了解眼动追踪及其如何为您服务:定义、指标和应用

眼动追踪是帮助我们了解人类行为和潜在思维过程的关键技术。它的应用是无限的,无论是在研究和商业用途。

总体而言,眼睛和凝视跟踪技术提供了宝贵的洞察力和机会。为了解开它的复杂性,让我们探索基本问题 什么是眼动追踪, 这个怎么运作,它的应用是什么.

什么是眼动追踪?

眼球追踪使 眼球运动、眼球位置和注视点的测量 通过各种 技术流程. 换句话说,眼动追踪可以识别和监控一个人的 视觉注意 在位置、对象和持续时间方面。

眼动追踪技术经常被提及:

  • 闪烁模式的测量
  • 识别对象忽略/不看的内容
  • 当出现视觉/情绪刺激时评估瞳孔反应
  • 促进人机交互和 机器学习.

眼动追踪和注视追踪基础知识

眼动追踪技术诞生的前提是:

人类通过眼神交流进行交流。通过将这个属性传递给计算机,它们将能够以更像人类的方式运行。 Click To Tweet

为此,心理学家详细研究了眼睛的生理学和解剖学以及与视觉系统相关的认知操作。

解剖学方面

大脑通过视网膜中的感光细胞处理图像。这些视杆细胞和视锥细胞检测通过瞳孔进入的光并将视觉数据发送到大脑。

虽然视网膜中的视锥细胞比视杆细胞少得多,但前者允许人类 以高分辨率和全彩色观看.

Eye Anatomy

资料来源:Blausen.com 员工(2014 年)。 “Blausen Medical 2014 医学画廊“。维基医学杂志 1 (2)。 DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436.

锥细胞在 中央凹,视野的中心。中央凹是眼睛中视力最高的区域,但它特别小。中央凹视觉区域之外是周边区域,其清晰度显着下降。

因此,为了处理感兴趣的详细视觉信息,眼睛必须移动。

具有高分辨率中心视觉和低分辨率周边视觉的折衷方案是眼动追踪技术的开始。

眼球运动

眼睛执行许多运动,例如辐辏或扭转。然而,通过眼动追踪测量的最相关的是 固定装置, 扫视, 和 顺利追击.

固定装置 当眼睛停止收集视觉数据时发生。尽管一个人的持续时间变化很大,但注视时间越长,处理的视觉信息就越多。

扫视 是眼睛在静态环境中注视之间进行的快速“跳跃”。眼睛从一个感兴趣的对象移动到另一个感兴趣的对象,目的是获取高分辨率的新视觉数据。

由于眼跳的速度极快,视力受到抑制。因此,它们在注视跟踪中的重要性不如注视。然而,它们确实揭示了有关注视和视觉注意过程的信息。

平稳追击 是指看着运动中的物体并跟踪它时发生的眼球运动。由于在平稳追逐过程中可以进行视觉摄取,因此该运动与追踪眼球运动有关。 

瞳孔大小

此外,基于视频的注视跟踪允许测量和分析瞳孔大小。为了获得准确的瞳孔跟踪数据,需要严格控制环境。

测试条件不足,可观察和监测瞳孔扩张,原因如下:

  • 强烈的情绪刺激
  • 急性注意
  • 照明
  • 工作记忆负荷

视觉注意

最重要的是,视觉眼球追踪 有助于视觉注意力的研究。

由于图像处理资源的有限性,大脑根据以下条件选择性地选择相关的视觉信息:

  • 兴趣 – 有意识或无意识地决定看一个物体
  • 环境 – 通过周边视觉检测到的元素

在学术界,对视觉注意力的检查通常会导致对注意力机制的理解。它揭示了在执行给定任务期间发生的认知处理。

出于同样的原因,眼动追踪和注意力分析在商业运营领域也很有价值。

眼动追踪是用于定性研究还是定量研究?

在研究方法的背景下,眼动追踪用于定性和定量研究。

定性研究

定量研究

行为解读 因变量
可用性(UX/UI) A/B 测试
回顾性访谈 刺激测量 

标准与 3D 眼动追踪

虽然标准的眼动跟踪面临着一系列的限制,但深度传感器的3D眼动跟踪通过以下解决方案解决了这些挑战。

  • 大范围
  • 多人追踪
  • 3D 视线
  • 无需校准
  • 仅限软件(如果眼动跟踪设备集成了3D摄像头)。

在写这篇文章的时候, Eyeware 是全球唯一一家公开提供商业眼动追踪解决方案的 3D 相机公司.

Eyeware 实时 3D 凝视编码软件 GazeSense 为获取定量和定性眼动追踪数据提供了一个简单的解决方案。在这里发现它如何帮助您的业务、工业或研究工作 – 凝视感网.

眼动追踪如何工作?

眼动追踪通过跟踪眼睛的位置和运动来工作 非侵入式的。不可见的近红外或红外光源照亮瞳孔。因此,在角膜上产生反射。 然后,红外摄像机将记录该反射,划定瞳孔中心,推断眼睛旋转,并确定注视方向。

就PCCR眼动跟踪而言,瞳孔中心角膜反射(PCCR)是眼动跟踪所使用的主要方法的正式术语,其中瞳孔和角膜反射被光学监测。

眼睛位置、注视点和眼球运动均使用先进的数学算法计算得出。

之后,记录的信息将成为眼动追踪软件随后处理的原始数据。 

眼球追踪器是如何进行校准的

为了达到眼动追踪的精准度和准确度,用户需要采取 光轴和视轴之间缺乏对齐 考虑到。虽然光轴是肉眼可见的,但中央凹的位置偏离了几度。

Visual And Optic Axes

资料来源:Dorland 的健康消费者医学词典。 (2007 年)。

这需要 更正 (校准)以确保瞳孔和凝视的位置对齐。

在开始实验之前,系统会通过监测瞳孔位置的一个或多个预定义点来进行校准。

数据

在计算凝视点之后,原始数据以 XY 坐标。 XY 坐标指示参与者在屏幕上注视的位置。然后,凝视跟踪根据其帧速率输出坐标。

软件工具通常用于眼动追踪和处理数据,即识别注视和扫视。注视点通常显示为大小与运动持续时间相对应的点。眼跳是连接注视点的线。 

这些操作可以帮助在生成可视化之前清理原始数据:

  • 降低噪音密度
  • 提高精度
  • 应用眼动分类算法

眼动追踪数据分析的指标和可视化裂解

从静态到动画表示,眼动追踪和注视追踪使用 各种指标 和可视化检查 收集到的数据。

固定装置

与扫视一起,注视创造了一个 扫描路径,即对象眼睛所遵循的路径。此外,眼动追踪允许测量:

  • 首次固定时间 (TTFF) – 从刺激开始到在感兴趣区域 (AOI) 内注视之间的时间。这提供了对视觉注意力的洞察力。
  • 首次固定时间 – 第一次固定的总时间
  • 固定计数 – 一个 AOI 内发生了多少次注视
  • 平均注视时间 – 平均注视持续时间越长,AOI 对受访者的吸引力越大
  • 固定序列 – 由固定位置和固定时间组成

凝视点 & plots

例如,凝视点揭示了受访者正在注视的位置,凝视图有助于扫描路径的可视化。凝视路径图描绘了进行注视和扫视的时间顺序。

聚合凝视图用于评估多个受访者的扫描路径,以最终识别行为模式。

感兴趣的领域(AOI)

为了评估不同的注视指标,感兴趣区域 (AOI) 用于选择场景中的特定区域。

Dim Eye Tracking Area Of Interest
昏暗的灯光——车内环境
Bright Eye Tracking Area Of Interest
强光——办公环境

为了划界,AOI 绘制在图像上,围绕选择用于比较的元素。

  • 比率 – 关注 AOI 的参与者数量
  • 德威全部时间 – 查看 AOI 所花费的时间,即观察持续时间
  • 观察计数 – 参与者重新访问 AOI 的次数

热图

作为一种可视化工具,热图说明了注视点和注视点是如何分布的。绿色、黄色和红色色调用于显示 AOI 特定部分的注视点密度。

Eye Tracking Heat Map Light
白色背景热图样本
Eye Tracking Heat Map Dark Background
黑色背景热图样本

眼动追踪和热图的工作原理是 在某个区域发生的注视越多,该区域就会越红。

焦点/不透明度贴图

不透明度贴图,l所谓的焦点图,显示与热图相同的信息,但方式不同。

而不是覆盖最受关注的区域l 注意,焦点/不透明度图清楚地突出显示它们。反过来,注视最少的区域会变暗。

措施

眼动追踪的标准测量单位是注视点:

1 个注视点 = 1 个原始眼动追踪样本

例如:60 Hz 采样率 = 60 个单独的注视点/秒(1 个注视点/16.7 毫秒)

消费者眼动追踪设备的采样率可以在 30 到 60 Hz 之间变化。研究专用单元可以跟踪大约 120 赫兹到 1000 赫兹(有些甚至高达 2000 赫兹左右)。

眼球运动速度和频率平均值为:

  • 固定
    • 从 100 到超过 600 毫秒
    • 通常持续时间:100-300 毫秒
    • 典型频率:约 3 Hz
  • 扫视
    • 从 20 到 120 毫秒
    • 通常持续时间:20-40 毫秒
    • 高达 600-700 度/秒
    • 典型频率:4 次/秒,频率约为 4 Hz
  • 光滑的 追求 – 高达 30 度/秒

硬件和软件:注视跟踪工具

眼动追踪和注视追踪需要一个设备来捕获信息和一个系统来跟踪和处理它,即硬件和软件。

什么是眼动追踪软件?

尽管功能因品牌而异,但在标准眼动追踪过程中通常需要使用两种类型的软件:

  • 软件 采集和记录数据
  • 用于处理和分析数据的软件

此外,根据开发人员的不同,可能需要专用软件用于:

  • 不同类型的眼动仪(例如眼镜与基于屏幕的)
  • 特定的眼动仪
  • 不同的刺激(例如静态与动态)

但是,有几种集成软件解决方案可用于数据采集和分析。

无论选择何种软件,一些关键功能 要考虑的是:

  • 准确性
  • 校准时间
  • 最佳距离
  • 潜伏
  • 采样率
  • 跟踪角度
  • 头部运动范围
  • 恢复时间

不戴眼镜的眼动追踪:Eyeware 的 3D 凝视追踪如何工作?

Eyeware提供的最先进的眼动追踪软件解决方案使用 深度感应相机,以简化 3D 中的人机交互。

GazeSense 注释感兴趣的 3D 对象 实时输出数据 用于多人同时学习。因此,它提供了有关注意力、意图、兴趣和参与度的信息。

无需眼镜 或其他可穿戴追踪器,这款屡获殊荣的软件可与各种采用深度传感器技术的消费者和定制设备配合使用。从 智能手机开发套件, 笔记本电脑 要么 游戏外设, GazeSense 兼容立体、结构光和 ToF 相机,以及定制的 3D 传感器。

3D 视线跟踪软件在许多领域都有应用,例如汽车、机器人、消费设备、游戏、零售和广告。

要了解 GazeSense 如何通过多模式人机交互优化您的商业或学术工作, 联系我们的客户成功专家.

硬件:什么是眼动仪?

从根本上说,标准的 2D 眼动追踪需要一个测量活动的设备,称为眼动追踪器。

今天,眼动仪要么 远程(基于屏幕)或移动/可穿戴设备(头戴式设备,例如眼镜或虚拟现实耳机)。

远程:基于屏幕的设备

当在远处跟踪眼睛活动时 在受控环境中,通常使用基于屏幕的设备。

参与者坐在计算机显示器或笔记本电脑前,该显示器或笔记本电脑具有安装在屏幕下方或以其他方式靠近屏幕的面板或独立单元。然后,向参与者呈现多媒体刺激——如照片、网站、视频或游戏——来触发、记录和分析眼球运动。

总体而言,基于屏幕的眼动追踪器通过在静态测试设置中收集高质量的眼睛相关信息,为开发人员或研究人员提供视觉注意力洞察。

移动设备:眼动追踪眼镜和 VR 耳机

可穿戴眼动追踪设备被推荐用于行为研究 现实世界的场景。它们允许移动超出固定眼动仪施加的“前箱”限制。

头戴式眼动仪可以近距离测量眼球运动。尽管如此,像眼镜这样的移动追踪器在某些测试条件下可能会变得不稳定,例如参加运动的参与者。

在 VR 应用中, 眼动追踪可以让受访者 只需查看特定的虚拟按钮即可控制功能

具有凝视追踪功能的 VR 头戴式设备可用于:

  • 工业领域的专业培训
  • 互动娱乐
  • 测试零售业的视觉注意力等等。

Eye Tracking Virtual Reality Experience

总而言之,如果实验需要参与者在 自然、动态的环境、可穿戴眼动仪设备是最佳解决方案。

眼动追踪与头部追踪

眼动追踪和头部追踪的区别很简单。

虽然这两个过程都涉及监控位置和运动,但前者只跟踪眼睛,而后者只记录头部活动。

结合起来,这两种技术可以提供更有价值的数据,并在游戏等应用程序中创造丰富的用户体验。

研究与应用:眼动追踪如何在现实世界中发挥作用?

从技术上讲,几乎任何具有视觉元素的场景都可以从眼动追踪和注视追踪中受益。 Click To Tweet

到目前为止,该技术已被用于在认知科学、神经营销、人工智能、工作场所安全以及许多其他感兴趣的研究和商业领域取得巨大进步。

眼动追踪的使用领域:它的用途是什么?

正如预测的那样,眼动追踪已经彻底改变了方式 人类与设备通信,反之亦然。

然而,我们仍然需要开发眼动追踪技术,以便每个标准消费设备都配备它。在此之前,它继续帮助学者、开发人员和广告商获得对有意识和潜意识人类行为的无与伦比的洞察力。

研究

如前所述,眼动追踪对定性和定量研究都有重大贡献。在学术环境中,该技术可用作以下工具:

  • 视觉行为研究
  • 注意机制评估
  • 视觉刺激反应测量
  • 学习模式洞察
  • 群体行为比较

汽车

眼动追踪在其中发挥着重要作用 汽车行业的安全.该技术可以帮助检测驾驶员是否昏昏欲睡或分心,并有助于防止车祸。

借助 3D 眼动追踪,可通过注视支持的交互对驾驶员进行监控和协助。 Click To Tweet

通过将该技术整合到智能仪表板中,增强现实 HUD 和虚拟副驾驶等功能成为驾驶体验的核心部分。

心理学

在心理学领域,凝视追踪可以研究认知过程。例子包括记忆、解决问题、语言、决策、感知和一般的注意力。

神经科学 使用眼动追踪研究和早期发现帕金森氏症、精神分裂症、阿尔茨海默氏症或自闭症等疾病。例如,技术帮助研究人员 展示 ASD 成人对复杂情绪的识别和理解.

神经营销与广告

由于眼动追踪技术促进了视觉注意力的研究,它已成为更广泛的神经营销人员和广告商的有用工具。

同时 线上线下 应用程序,凝视跟踪有助于确定 客户自然最感兴趣的是什么 以及他们可能完全忽略的内容。

此外,神经营销人员现在使用眼动追踪和面部编码来测量接触多媒体刺激时的情绪。

视频游戏和娱乐

Foveated 渲染、包围图形和扩展的注视控制都是游戏行业的前沿功能,可以通过眼动追踪实现。

用户可以通过他们的注视来探索环境,并通过观察它们来与游戏的各种元素进行交互。

同样,几年来,个人已经能够控制电视 基于相同的原则。

可访问性

通过眼动追踪, 残疾人可以控制电脑和移动设备 乃至 创造数字艺术.不能移动或说话的人可以通过眼球运动与机器交流。

该技术极大地改善了可访问性,并使残疾用户能够执行各种与计算机相关的任务。

零售

零售业的专业人士也可以使用眼动追踪来生成货架注意力分析。换句话说,凝视追踪技术提供了对购物者行为和购买决策过程的洞察。 Click To Tweet

因此,零售商可以在展示、商店和包装设计以及布局和分销方面做出显着改进。

眼动追踪的优缺点是什么?

毫无疑问,眼动追踪技术的优势是非常丰富的。

好处

  • 人工智能、社会科学和医疗保健等领域的进步
  • 行动不便人士的辅助技术
  • 用户界面和体验改进
  • 确保危险工作环境中的安全
  • 高质量的市场研究结果
  • 当与更多生物传感器一起使用时,对人类身心的非凡洞察力,例如:
    • 有限元分析 (面部表情分析)
    • 心电图 (心电图)
    • 脑电图 (脑电图)
    • EDA (皮肤电活动)
    • 肌电图 (肌电图)

由于眼动追踪仍然是一项发展中的技术,因此仍有许多挑战需要解决。

困难

  • 霍桑效应——一个人在知道自己被观察的情况下改变了自己的行为(例如,在测试环境中进行的研究)
  • 解释(例如,更多或更少的注视可以根据上下文陈述不同的结论)
  • 眯眼——当参与者眯眼时,瞳孔中心角膜反射 (PCCR) 方法无效
  • 凝视控制界面中的迈达斯触摸问题——当用户无意触发了不希望的动作时
  • 更容易校准标准眼动追踪

最佳实践与道德

进行眼动追踪 研究和实验 有学习曲线。 

应事先确认的一些程序和道德考虑是:

  • 告知每位参与者实验的目的、程序、潜在风险(如果有)和益处
  • 确保每个参与者提供他或她的 完全同意 参加研究
  • 准备一个有效的测试环境--平衡光线,消除干扰,调整眼球追踪设备
  • 培训参与者熟悉眼动跟踪设备和程序

眼动追踪值得探索吗?

绝对地.

自最初发展以来,眼动追踪技术为无数领域的巨大进步铺平了道路。

凝视追踪行业预计未来几年将持续增长,有助于: 

  • 研发工程师 使用尖端技术寻找现实世界的解决方案
  • 创新领袖 实施创造性的、最先进的解决方案
  • 开发者 建立更有效的系统来解决当前和迫在眉睫的挑战  
  • 营销人员 创建 POC 并提升消费者体验
  • 教授和研究人员 开辟新天地,为更美好的世界铺平道路
  • 神经科学家 获得对严重认知障碍的前所未有的洞察力
  • 学生 为未来技术的发展做出贡献

我们很乐意帮助您使用我们的软件尝试实时 3D 凝视编码。 联系 Eyeware 团队 直接留言。