Entendendo o rastreamento ocular e como ele pode funcionar para você: definições, métricas e aplicações

O rastreamento ocular é uma tecnologia crucial para nos ajudar a entender o comportamento humano e os processos de pensamento subjacentes. Suas aplicações são ilimitadas, tanto na pesquisa como no uso comercial.

De modo geral, a tecnologia de rastreamento dos olhos e dos olhares proporciona uma visão e oportunidades inestimáveis. Para desembrulhar sua complexidade, vamos explorar as questões fundamentais de o que é rastreamento ocular, como funciona, e quais são suas aplicações.

O que é Eye Tracking?

O rastreamento ocular permite a medição dos movimentos dos olhos, das posições dos olhos e dos pontos de vista através de vários processos tecnológicos. Em outras palavras, o rastreamento ocular identifica e monitora o atenção visual em termos de localização, objetos e duração.

A tecnologia de rastreamento ocular é freqüentemente mencionada a respeito:

  • Medição de padrões de piscar
  • Identificação do que um sujeito ignora/não olha
  • Avaliação da reação dos alunos quando apresentados com estímulos visuais/emocionais
  • Facilitação da interação humano-computador e aprendizagem de máquinas.

Rastreamento ocular e Rastreamento dos olhos

A premissa sobre a qual a tecnologia de rastreamento ocular foi fundada é:

Os seres humanos se comunicam por contato visual. Ao passar esse mesmo atributo aos computadores, eles serão capazes de funcionar de forma mais humana. Click To Tweet

Para isso, os psicólogos estudaram, em detalhes, a fisiologia e anatomia do olho e as operações cognitivas associadas ao sistema visual.

Aspectos anatômicos

O cérebro processa imagens através de células de sensor de luz na retina. Estas células de barra e células cone detectam a luz que entra através da pupila e enviam os dados visuais para o cérebro.

Embora haja muito menos células cônicas do que células de bastão na retina, as primeiras permitem que os seres humanos para ver em alta resolução e a cores.

Eye Anatomy

Fonte: Funcionários do Blausen.com (2014). “Galeria médica da Blausen Medical 2014“. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436.

As células do cone estão em a fovea, o centro do campo visual. A fóvea é a região com maior acuidade visual do olho, mas é notavelmente pequena. Fora da área de visão do fóvea está a região periférica, onde a acuidade diminui significativamente.

Como resultado, para processar informações visuais detalhadas de interesse, o olho tem que se mover.

O compromisso de ter uma visão central de alta resolução e uma visão periférica de baixa resolução é o que permite a tecnologia de rastreamento ocular, para começar.

Movimentos dos olhos

O olho executa uma série de movimentos, como vergência ou torção. Entretanto, os mais pertinentes medidos através do rastreamento dos olhos são fixações, saccadese busca suave.

Fixações ocorrem quando o olho pára para coletar dados visuais. Embora a duração de um seja altamente variável, quanto mais longa for uma fixação, mais informações visuais serão processadas.

Saccades são "saltos" rápidos que o olho realiza entre fixações em um ambiente estático. O olho se move de um objeto de interesse para outro com o objetivo de adquirir novos dados visuais em alta resolução.

Devido à extrema velocidade das sacadas, a visão é suprimida. Assim, eles não são tão significativos no rastreamento do olhar quanto as fixações. No entanto, elas revelam informações sobre o curso das fixações e a atenção visual.

Busca suave é o movimento dos olhos que ocorre quando se olha para um objeto em movimento e o segue. Como a entrada visual é possível durante a perseguição suave, o movimento é relevante para rastrear os movimentos dos olhos. 

Tamanho da Aluna

Além disso, o rastreamento do olhar por vídeo permite a medição e análise do tamanho dos alunos. Para obter dados precisos de rastreamento de pupilos, o ambiente precisa ser rigorosamente controlado.

Condições de teste inadequadas, a dilatação da pupila pode ser observada e monitorada como resultado disso:

  • Fortes estímulos emocionais
  • Atenção aguda
  • Iluminação
  • Carga de memória de trabalho

Atenção visual

Mais importante, rastreamento visual dos olhos facilita o estudo da atenção visual.

Devido à natureza limitada dos recursos de processamento de imagem, o cérebro escolhe seletivamente as informações visuais relevantes com base nas mesmas:

  • Interesse - a decisão consciente ou inconsciente de olhar para um objeto
  • Meio Ambiente - elementos detectados através da visão periférica

Na academia, o exame da atenção visual leva à compreensão dos mecanismos de atenção em geral. Ele lança luz sobre o processamento cognitivo que ocorre durante a execução de uma determinada tarefa.

Pela mesma razão, o rastreamento dos olhos e a análise da atenção são valiosos também no âmbito das operações comerciais.

O rastreamento ocular é usado para pesquisas qualitativas ou quantitativas?

No contexto dos métodos de pesquisa, o rastreamento ocular é usado tanto para pesquisa qualitativa quanto quantitativa.

Pesquisa qualitativa

Pesquisa quantitativa

Interpretação comportamental Variável dependente
Usabilidade (UX/UI) Teste A/B
Entrevistas retrospectivas Medição de estímulos 

Rastreamento ocular padrão vs. 3D

Enquanto as limitações padrão do rastreamento ocular enfrentam uma série de limitações, o rastreamento ocular 3D para sensores de profundidade resolve os desafios com as seguintes soluções:

  • Ampla gama
  • Rastreamento multipessoal
  • Linha de visão 3D
  • Sem calibração
  • Somente software (se o dispositivo de rastreamento ocular integrar a câmera 3D)

No momento de escrever esta peça, Eyeware é a única empresa no mundo que oferece publicamente uma solução comercial de rastreamento visual para câmeras 3D.

Eyeware's software de codificação 3D em tempo real O GazeSense oferece uma solução fácil para a obtenção de dados quantitativos e qualitativos de rastreamento ocular. Descubra aqui como ele pode ajudar seus negócios, indústrias ou empreendimentos de pesquisa - gazesense.com.

Como funciona o Eye Tracking?

O rastreamento ocular funciona seguindo a posição e os movimentos dos olhos de forma não intrusiva. Uma fonte de luz quase infravermelha ou infravermelha invisível ilumina a pupila. Assim, uma reflexão gera uma reflexão sobre a córnea. Uma câmera infravermelha registrará então esse reflexo, delimitará o centro da pupila, deduzirá a rotação dos olhos e determinará a direção do olhar.

Em termos de PCCR eye tracking, Pupil Center Corneal Reflection (PCCR) é o termo formal para o principal método de rastreamento ocular, no qual a pupila e os reflexos da córnea são monitorados opticamente.

A posição dos olhos, o ponto de observação e os movimentos dos olhos são todos calculados usando algoritmos matemáticos avançados.

Depois disso, as informações registradas tornam-se dados brutos que o software de rastreamento ocular processa subseqüentemente. 

Como os rastreadores oculares funcionam com a calibração

Para alcançar precisão e exatidão no rastreamento dos olhos, o usuário precisa tomar o falta de alinhamento entre os eixos óptico e visual em consideração. Enquanto o eixo óptico é visivelmente mensurável, a localização do fóvea está fora de questão em alguns graus.

Visual And Optic Axes

Fonte: Dorland's Medical Dictionary for Health Consumers. (2007).

Isto requer correção (calibração) para garantir que as posições do aluno e do olhar se alinhem.

Antes de iniciar uma experiência, o sistema calibra monitorando as posições dos alunos para um ou mais pontos pré-definidos.

Dados

Após o cálculo de um ponto de observação, os dados brutos aparecem sob a forma de um Coordenada XY. A coordenada XY indica onde um participante está olhando na tela. Em seguida, as coordenadas de saída de rastreamento do olhar, de acordo com sua velocidade de frame rate.

As ferramentas de software são normalmente utilizadas para rastrear e processar dados, ou seja, identificar fixações e sacadas. As fixações freqüentemente aparecem como pontos com tamanhos correspondentes à duração do movimento. Saccades são as linhas que conectam os pontos de fixação. 

Estas ações podem ajudar a limpar os dados brutos antes de gerar visualizações:

  • Reduzir a densidade de ruído
  • Melhorar a precisão
  • Aplicar um algoritmo de classificação do movimento dos olhos

Métricas e visualizações para dados de rastreamento ocular Analysis

De representações estáticas a animadas, rastreamento ocular e uso de rastreamento do olhar uma variedade de métricas e visualizações para inspecionar os dados coletados.

Fixações

Juntamente com as sacadas, as fixações criam um scanpath, ou seja, o caminho que os olhos de um sujeito seguem. Além disso, o rastreamento dos olhos permite a medição de:

  • Tempo para a primeira fixação (TTFF) - o tempo entre o início de um estímulo e a fixação dentro de uma área de interesse (AOI). Isto proporciona uma percepção da atenção visual.
  • Duração da primeira fixação - tempo total de primeira fixação
  • Contagem de fixações - quantas fixações aconteceram dentro de uma AOI
  • Duração média da fixação - quanto maior a duração média da fixação, mais atraente é uma AOI para o respondente
  • Seqüências de fixação - composto de local e hora de fixação

Pontos de vista e plots

While a gaze point reveals where a respondent is looking, a gaze plot facilitates the visualization of the scanpath. Os gráficos do caminho do olhar representam a ordem cronológica em que as fixações e sacadas foram realizadas.

As parcelas de observação agregadas são usadas para avaliar os caminhos de varredura de múltiplos entrevistados para, em última análise, identificar padrões de comportamento.

Áreas de interesse (AOI)

Para avaliar diferentes métricas de fixação, são usadas áreas de interesse (AOIs) para selecionar regiões específicas em uma cena.

Dim Eye Tracking Area Of Interest
Dim Light - Ambiente In-Car
Bright Eye Tracking Area Of Interest
Luz forte - Ambiente de escritório

Para delimitação, as AOIs são desenhadas na imagem, em torno dos elementos escolhidos para comparação.

  • Relação - o número de participantes que se fixaram em uma AOI
  • Dwetempo - quanto tempo foi gasto vendo uma AOI, ou seja, a duração da observação
  • Contagem de observação - o número de vezes que um participante revisitou uma AOI

Mapas térmicos

Como uma ferramenta de visualização, um mapa de calor ilustra como as fixações e os pontos de observação são distribuídos. Os tons verde, amarelo e vermelho são usados para mostrar a densidade dos pontos de observação em partes específicas da AOI.

Eye Tracking Heat Map Light
Amostra do Mapa do Calor de Fundo Branco
Eye Tracking Heat Map Dark Background
Amostra do Mapa de Calor de Fundo Preto

O rastreamento ocular e os mapas de calor funcionam com base no princípio de que o mais fixações acontecem em uma determinada área, quanto mais avermelhada for a região.

Mapas de foco/opacidade

Um mapa de opacidade, umltão conhecido como um mapa de foco, mostra as mesmas informações que um mapa de calor, mas de uma maneira diferente.

Em vez de cobrir as áreas que receberam mais visitasl atenção, um mapa de foco/opacidade os destaca claramente. Por sua vez, as áreas com menos fixações são escurecidas.

Medidas

A unidade de medida padrão no rastreamento ocular são os pontos de observação:

1 ponto de observação = 1 amostra crua de rastreamento ocular

Por exemplo: Taxa de amostragem de 60 Hz = 60 pontos de observação/segundo separados (1 ponto de observação/16,7 milissegundos)

Um dispositivo de rastreamento dos olhos do consumidor tem uma taxa de amostragem que pode variar de 30 a 60 Hz. As unidades dedicadas à pesquisa podem rastrear em torno de 120 Hz a 1000 Hz (e algumas até cerca de 2000 Hz).

A velocidade do movimento dos olhos e as médias de freqüência são:

  • Fixação
    • De 100 a mais de 600 milissegundos
    • Duração habitual: 100-300 milissegundos
    • Freqüência típica: em torno de 3 Hz
  • Saccata
    • De 20 a 120 milissegundos
    • Duração habitual: 20-40 milissegundos
    • Até 600-700 graus/segundo
    • Freqüência típica: 4 vezes/segundo a uma taxa de cerca de 4 Hz
  • Smooth busca - até 30 graus/segundo

Hardware & Software: Ferramentas de rastreamento de gaze

O rastreamento ocular e o rastreamento do olhar precisam de um dispositivo para capturar informações e de um sistema para rastreá-las e processá-las, ou seja, hardware e software.

O que é o Eye Tracking Software?

Embora as características variem de uma marca para outra, há normalmente dois tipos de software que precisam ser usados no processo padrão de rastreamento ocular:

  • Software para aquisição e registro de dados
  • Software para processamento e análise de dados

Além disso, dependendo do desenvolvedor, poderá ser necessário um software dedicado:

  • Diferentes tipos de rastreadores de olhos (por exemplo, óculos vs. baseados em tela)
  • Um rastreador ocular específico
  • Diferentes estímulos (por exemplo, estático vs. dinâmico)

Entretanto, há várias soluções integradas de software disponíveis tanto para aquisição de dados quanto para análise.

Independentemente do software escolhido, algumas características chave a considerar são:

  • Precisão
  • Tempo de calibração
  • Distância ideal
  • Latência
  • Taxa de amostragem
  • Ângulos de rastreamento
  • Faixa de movimento da cabeça
  • Tempo de recuperação

Rastreamento ocular sem óculos: Como funciona o Rastreamento de Olhos 3D do Eyeware?

A solução de software de rastreamento ocular de última geração, fornecida pelo Eyeware, utiliza câmeras com sensor de profundidade para facilitar a interação homem-máquina em 3D.

GazeSense anotar objetos 3D de interesse e produz dados em tempo real para estudos simultâneos com várias pessoas. Como resultado, ele fornece informações sobre atenção, intenção, interesse e engajamento.

Sem a necessidade de óculos ou outros rastreadores de desgaste, o premiado software funciona com uma variedade de dispositivos de consumo e personalizados com tecnologia de sensor de profundidade. A partir de smartphones para kits de desenvolvimento, laptops ou periféricos de jogosO GazeSense é compatível com câmeras estereoscópicas, de luz estruturada e ToF, bem como com sensores 3D personalizados.

O software de rastreamento do olhar 3D tem aplicações em muitos campos, tais como automotivo, robótica, dispositivos de consumo, jogos, varejo e publicidade.

Para descobrir como o GazeSense pode otimizar seus esforços comerciais ou acadêmicos através da interação multimodal homem-máquina, Entre em contato com nosso Especialista em Sucesso de Clientes.

Hardware: O que é um Eye Tracker?

Fundamentalmente, o rastreamento padrão 2D dos olhos requer um dispositivo para medir a atividade, conhecido como um rastreador de olhos.

Hoje, os rastreadores oculares são remoto (baseado em tela) ou móvel/desgaste (dispositivos montados na cabeça, como óculos ou fones de ouvido de realidade virtual).

Remoto: Dispositivos baseados em tela

Ao rastrear a atividade dos olhos à distância em um ambiente controlado, dispositivos baseados em tela são tipicamente utilizados.

O participante senta-se em frente a um monitor de computador ou laptop, que tem um painel ou unidade autônoma montada abaixo ou de outra forma perto da tela. Em seguida, o participante é apresentado com estímulos multimídia - como fotografias, websites, vídeos ou jogos - para acionar, gravar e analisar os movimentos dos olhos.

De modo geral, os rastreadores de olhos baseados em tela fornecem uma percepção da atenção visual para desenvolvedores ou pesquisadores, coletando informações de alta qualidade relacionadas aos olhos em um ambiente de teste estático.

Móvel: Óculos de rastreamento ocular e fones de ouvido VR

Recomenda-se o uso de dispositivos de rastreamento ocular para estudos comportamentais em cenários do mundo real. Eles permitem movimentos além das limitações da "caixa de cabeça" impostas pelos rastreadores estacionários de olhos.

Os rastreadores oculares montados na cabeça podem medir os movimentos oculares de perto. No entanto, os rastreadores móveis como óculos podem se tornar instáveis em certas condições de teste, tais como participantes praticando esportes.

Em aplicações VRo rastreamento dos olhos pode permitir que o entrevistado características de controle apenas olhando para um determinado botão virtual

Podem ser usados fones de ouvido VR com rastreamento visual:

  • Treinamento profissional em campos industriais
  • Entretenimento interativo
  • Testando a atenção visual no varejo, e muito mais.

Eye Tracking Virtual Reality Experience

Em resumo, se os experimentos precisarem de participantes para responder em ambiente natural, dinâmico, dispositivos de rastreamento ocular vestíveis são a melhor solução.

Rastreamento ocular vs. Rastreamento da cabeça

A diferença entre o rastreamento dos olhos e o rastreamento da cabeça é simples.

Enquanto ambos os processos envolvem o monitoramento de posições e movimentos, o primeiro apenas rastreia os olhos enquanto o segundo registra apenas a atividade da cabeça.

Quando combinadas, as duas tecnologias fornecem dados ainda mais valiosos e criam uma rica experiência de usuário em aplicações como jogos.

Pesquisa e Aplicações: Como o Eye Tracking funciona em situações do mundo real?

Tecnicamente falando, quase qualquer cenário com elementos visuais pode se beneficiar do rastreamento ocular e do rastreamento do olhar. Click To Tweet

Até agora, a tecnologia tem sido usada para fazer enormes avanços na ciência cognitiva, neuromarketing, IA, segurança no trabalho e muitos outros campos de pesquisa e negócios de interesse.

Campos de uso do Eye Tracking: Para que ele é usado?

Como previstoo rastreamento dos olhos já revolucionou o caminho humanos se comunicam com dispositivos e vice-versa.

No entanto, ainda precisamos desenvolver a tecnologia de rastreamento dos olhos para que todos os dispositivos de consumo padrão sejam equipados com ela. Até lá, ela continua a ajudar acadêmicos, desenvolvedores e anunciantes a obter uma visão sem igual do comportamento humano consciente e subconsciente.

Pesquisa

Como já mencionado, o rastreamento ocular tem contribuições significativas tanto para a pesquisa qualitativa quanto quantitativa. Em um contexto acadêmico, a tecnologia pode ser usada como uma ferramenta para:

  • Estudo de comportamento visual
  • Avaliação dos mecanismos atencionais
  • Medição da resposta de estímulos visuais
  • Percepção dos padrões de aprendizagem
  • Comparação do comportamento do grupo

Automotivo

O rastreamento ocular tem um papel importante em segurança na indústria automotiva. A tecnologia pode ajudar a detectar se o motorista está sonolento ou distraído, e ajudar a prevenir acidentes de carro.

Com o rastreamento 3D dos olhos, o motorista é monitorado e assistido através da interação apoiada pelo olhar. Click To Tweet

Ao incorporar a tecnologia em painéis de controle inteligentes, características como HUDs de realidade aumentada e co-piloto virtual tornam-se uma parte central da experiência de dirigir.

Psicologia

Dentro do campo da psicologia, o rastreamento do olhar permite o estudo dos processos cognitivos. Os exemplos incluem memória, resolução de problemas, linguagem, tomada de decisões, percepção e atenção em geral.

Neurociência utiliza o rastreamento ocular para o estudo e detecção precoce de doenças como Parkinson, esquizofrenia, Alzheimer, ou autismo. Por exemplo, a tecnologia tem ajudado os pesquisadores demonstrar o reconhecimento e a compreensão de emoções complexas em adultos com ASD.

Neuromarketing & Publicidade

Como a tecnologia de rastreamento ocular facilita o estudo da atenção visual, ela se tornou uma ferramenta útil para os neuro-marketers e anunciantes em uma escala mais ampla.

Em ambos online e offline aplicações, o rastreamento do olhar ajuda a determinar no que os clientes estão naturalmente mais interessados e o que eles podem ignorar completamente.

Além disso, os neuro-marketers agora usam o rastreamento ocular e a codificação facial para medir as emoções quando expostos a estímulos multimídia.

Jogos de vídeo e entretenimento

Renderização adorável, gráficos envolventes e controle prolongado do olhar são características de ponta na indústria de jogos que são possíveis através do rastreamento dos olhos.

O usuário pode explorar o ambiente através de seu olhar e interagir com vários elementos do jogo só de olhar para eles.

Da mesma forma, há vários anos, as pessoas têm sido capazes de controlar os televisores com base nos mesmos princípios.

Acessibilidade

Através do rastreamento dos olhos, pessoas com deficiência podem controlar computadores e dispositivos móveis e mesmo criar arte digital. Os indivíduos que não podem se mover ou falar podem se comunicar com as máquinas através de movimentos oculares.

A tecnologia melhorou muito a acessibilidade e capacitou os usuários deficientes a realizar uma variedade de tarefas relacionadas ao computador.

Varejo

Os profissionais do varejo também podem usar o rastreamento dos olhos para gerar análises da atenção nas prateleiras. Em outras palavras, a tecnologia de rastreamento dos olhos fornece insights sobre o comportamento do comprador e o processo de decisão de compra. Click To Tweet

Como resultado, os varejistas podem fazer melhorias notáveis em termos de exibição, armazenagem e design de embalagens, bem como de layout e distribuição.

Quais são os prós e os contras do rastreamento ocular?

Sem dúvida, as vantagens da tecnologia de rastreamento ocular são abundantes.

Benefícios

  • Avanços em campos como IA, ciências sociais e saúde
  • Tecnologia assistiva para indivíduos com mobilidade limitada
  • Interface do usuário e melhorias na experiência
  • Garantindo a segurança em ambientes de trabalho perigosos
  • Resultados de pesquisa de mercado de alta qualidade
  • Notáveis insights sobre a mente e o corpo humano, quando usado com mais biosensores como:
    • FEA (Análise da Expressão Facial)
    • ECG (Eletrocardiograma)
    • EEG (Eletroencefalograma)
    • EDA (Atividade eletrodérmica)
    • EMG (Eletromiógrafo)

Como o rastreamento dos olhos continua sendo uma tecnologia em desenvolvimento, ainda há uma infinidade de desafios que precisam ser abordados.

Dificuldades

  • O Efeito Hawthorne - uma pessoa muda seu comportamento sabendo que está sob observação (por exemplo, um estudo de pesquisa em um ambiente de teste)
  • Interpretação (por exemplo, um número maior ou menor de fixações pode afirmar conclusões diferentes com base no contexto)
  • Squinting - o método Pupil Center Corneal Reflection (PCCR) não é eficaz quando um participante squints
  • Problema de toque Midas em interfaces controladas pelo olhar - quando um usuário acciona involuntariamente uma ação indesejada
  • Calibração mais fácil para o rastreamento padrão dos olhos

Melhores Práticas e Ética

Conduzindo o rastreamento dos olhos estudos e experiências têm uma curva de aprendizado. 

Apenas alguns dos procedimentos e considerações éticas que devem ser reconhecidas de antemão são:

  • Informar cada participante sobre o propósito, procedimentos, riscos potenciais (se houver) e benefícios de um experimento
  • Assegurar que cada participante forneça seu pleno consentimento para participar do estudo
  • Preparar um ambiente de teste eficaz - luz balanceada, remoção de distrações, ajuste do equipamento de rastreamento ocular
  • Treinar os participantes para estarem familiarizados com os equipamentos e procedimentos de rastreamento ocular

O rastreamento ocular vale a pena explorar?

Absolutamente.

Desde seu desenvolvimento inicial, a tecnologia de rastreamento ocular abriu o caminho para o progresso monumental em inúmeros campos.

A indústria de rastreamento do olhar projeta um crescimento contínuo nos próximos anos, ajudando: 

  • Engenheiros de P&D encontrar soluções do mundo real com tecnologia de ponta
  • Líderes da inovação implementar soluções criativas e de última geração
  • Desenvolvedores construir sistemas mais eficazes para resolver os desafios atuais e iminentes  
  • Comerciantes criar POCs e melhorar a experiência do consumidor
  • Professores e pesquisadores abrir novos caminhos e preparar o caminho para um mundo melhor
  • Neurocientistas obter uma visão sem precedentes dos graves distúrbios cognitivos
  • Estudantes contribuir para o desenvolvimento da tecnologia do futuro

Ficaríamos felizes em ajudá-lo a tentar a codificação dos olhares 3D em tempo real com nosso software. Chegar à equipe do Eyeware com uma mensagem direta.