Eye tracking technology
Temi trattati
• Cenni di visione: la luce e l’anatomia dell’occhio
• I movimenti oculari
• Visione e processi cognitivi
• Strumenti di misurazione
• Applicazioni
Cenni di visione: la luce
Proprietà delle onde elettromagnetiche
Riflessione
Mezzi opachi
Assorbimento
Rifrazione
Mezzi trasparenti
Cenni di visione: l’occhio
Tessuto intermedio ricco di
vasi sanguigni
Tessuto esterno, la parte dura del
bulbo oculare
Tessuto interno, sede dei fotorecettori
http://www.naturalmentescienza.it/ipertesti/visione/occhio.htm
Cenni di visione: l’occhio
CORNEA: Membrana trasparente che permette il
passaggio della luce facendo convergere i raggi verso la
fovea
IRIDE: Sottile fascio di fibre muscolari attraverso le quali
la pupilla vene dilatata
PUPILLA: Regola la quantità di luce che entra nell’occhio
CRISTALLINO: Lente naturale biconvessa, controlla il
processo di accomodamento
UMOR VITREO: riempie 4/5 del globo oculare e la sua
funzione principale è sostenere e proteggere il bulbo
oculare
Cenni di visione: l’occhio
Processo di accomodamento: permette di mettere a fuoco oggetti posti a diverse
distanze
Cenni di visione: l’occhio
Bastoncelli
La retina
Converte l’energia luminosa in
attività neurale (trasduzione).
Coni
STRATO 3
È organizzata in lamine per evitare
effetti di riflessione interna all’occhio.
Cellule orizzontali
STRATO 2
Cellule bipolari
Cellule amacrine
STRATO 1
Cellule gangliari
LUCE
Cenni di visione: l’occhio
Fotorecettori
Coni
Sono circa 6 milioni per occhio
concentrati soprattutto in fovea.
Specializzati in visione diurna.
Sensibilità al dettaglio e al colore.
Bastoncelli
Sono circa 120 milioni per occhio
concentrati in periferia.
Specializzati in visione notturna,
molto sensibili alla luce.
NO Sensibilità al dettaglio.
Cenni di visione: l’occhio
Visione centrale vs. Visione periferica
Massima
risoluzione
spaziale
Grazie ai continui movimenti degli occhi non
ci accorgiamo di questa differenza!
Visione meno
nitida
Cenni di visione: i movimenti oculari
6 muscoli estrinseci organizzati in tre coppie ad azione antagonista:
Movimenti orizzontali muscoli retti mediali e laterali
Movimenti verticali  muscoli retti superiore ed inferiore
Torsione  muscoli obliqui superiore ed inferiore
I muscoli dell’occhio sono caratterizzati da fibre contrattili più rapide di quelle che
si trovano negli altri muscoli (nell’uomo 3 saccadi/sec).
Cenni di visione: i movimenti oculari
Saccadi
-Movimenti rapidi degli occhi che hanno lo scopo di portare l’oggetto d’interesse al
centro dello sguardo ;
-Saccadi riflesse e saccadi volontarie;
- La durata può variare da 10 a 100 ms, con una durata tipica intono ai 20-30 ms
- Evento balistico: una volta programmata non può essere interrotta o deviata, deve
essere portata a termine
- Solo la morte cerebrale sopprime i movimenti degli occhi (presenti anche nel sonno e
nel coma)
Cenni di visione: i movimenti oculari
Fissazioni
-Stabilizzano sulla retina l’immagine dell’oggetto target
- “Soste” sui singoli elementi che permettono di estrarre informazioni percettive
- La durata può variare da 200 a 300 ms, ma è variabile e strettamente correlata al tipo
di compito (p.e. 225 ms per lettura silenziosa vs. 400 ms per scrittura a macchina)
“Vediamo” soltanto durante le fissazioni
SOPPRESSIONE SACCADICA
Cenni di visione: i movimenti oculari
Smooth pursuit – Movimento di inseguimento lento
-Movimento di inseguimento dell’occhio calibrato in
base alla velocità del target;
- per mantenere il target centrato in fovea
Movimenti di vergenza
-Movimenti disgiunti (a differenza di tutti i precedenti che sono coniugati),
in quanto gli occhi si muovono con ampiezze e direzioni diverse l'uno
dall'altro;
- Consentono la fissazione di oggetti posti a differenti distanze
dall'osservatore
Cenni di visione: il campo visivo
Visione foveale e parafoveale
I movimenti oculari ci permettono di
ampliare il nostro campo visivo (saccadi
riflesse)
Perché registrare i movimenti oculari?
Eye-mind assumption
L’oggetto che stiamo fissando è ciò che viene elaborato dal sistema cognitivo.
Just & Carpenter (1986)
Misurando i movimenti oculari quindi è possibile inferire quali parti dello stimolo sono
state effettivamente elaborate dal soggetto.
Stretto legame con attenzione visiva: l’informazione che arriva al sistema visivo è
troppo abbondante, l’attenzione agisce come un filtro che esclude l’informazione
non rilevante per i nostri scopi.
Come registrare i movimenti oculari?
Scleral coil
Sull’occhio del soggetto viene applicata una lente a contatto.
La registrazione avviene attraverso l’induzione di un campo
magnetico alternato esercitato su una spirale metallica applicata
su di una particolare lente a contatto.
Lente a contatto
Collegate a sistemi
meccanici.
Alta precisione, ma alta invasività.
Come registrare i movimenti oculari?
Elettro-oculografia (EOG)
Misura le differenze di potenziale
vicino agli occhi
Quando l’occhio ruota il potenziale
corneo-retinico varia in funzione della
direzione del movimento.
Permette di misurare i movimenti
oculari anche con gli occhi chiusi.
Scarsa precisione spaziale, inoltre gli
elettrodi necessitano di condizioni
fisiologiche costanti.
Come registrare i movimenti oculari?
Video-oculografia (VOG)
Tecniche che utilizzano l’analisi di immagini o dati video per misurare particolari
caratteristiche degli occhi con lo scopo di individuare la loro posizione nello spazio
tracciando lo spostamento della pupilla e del riflesso corneale.
Dark pupil effect
Dark pupil effect
Tramite illuminatori IR il sistema rileva la
posizione della pupilla. La cornea infatti è
trasparente alla luce visibile ma riflette gli IR.
Come registrare i movimenti oculari?
Quando gli occhi si muovono la
pupilla si sposta, ma la posizione
del riflesso corneale (glint) resta
costante.
L’algoritmo di calcolo dei
sistemi di eye tracking utilizza i
riflessi corneali per ricostruire la
posizione della pupilla nello
spazio.
Strumenti VOG
Strumenti a mentoniera
Strumenti all in one
Strumenti VOG
Strumenti stand-alone
Strumenti head-mounted e occhialini
Strumenti VOG
Tobii 1750
Accuratezza
0.5°
Frame rate
50 Hz
Libertà di
movimento
30x16x20
Telecamera
NIRs-LED
Strumenti VOG
Tobii Glasses
IR Marker sensor
30 Hz
Technique
Dark pupil
Illuminatori
Scene camera
Eye tacking sensor
Frame rate
Metriche
Gaze duration  somma della durata di una serie di fissazioni consecutive
all’interno di una AOI
Fixation duration mean  durata media delle fissazioni fatta sulla scena (in
genere quando il valore è alto è indice di difficoltà da parte del partecipante)
Number of fixations  numero totale di fissazioni sullo stimolo. Negativamente
correlato all’efficienza della ricerca visiva.
Scanpath  sequenza di fissazioni e saccadi. Misura dell’efficienza della ricerca
visiva e la posizione degli elementi più informativi.
AOI
Areas Of Interest (AOI)  Selezionare e definire delle aree particolari all’interno
dello stimolo (p.e. il brand),
AOI
Gaze duration mean per AOI durata media dell’esplorazione di una AOI. Tempi
lunghi possono indicare sia l’importanza dell’elemento contenuto nella AOI, sia
difficoltà di comprensione dell’elemento contenuto nella AOI.
Number of fixations  numero di fissazioni all’interno della AOI. Assunzione:
elementi più importanti dovrebbero ricevere un maggior numero di fissazioni
Time to first fixation  intervallo di tempo tra l’inizio della sessione e la prima
fissazione all’interno della AOI.
Observation count  quante volte il partecipante esplora una certa AOI
Output
Gazeplot
Immagine che rappresenta la
sequenza di saccadi e fissazioni in
successione ordinata. Ogni
saccade è rappresentata da una
linea e ogni fissazione è
rappresentata da un cerchio il cui
diametro è direttamente
proporzionale alla durata della
fissazione.
Output
Heatmaps
Immagine di aggregazione dei dati
di molti partecipanti. Le aree rosse
corrispondono aree che sono state
fissate per un tempo più lungo
mentre le aree blu identificano
aree che sono state fissate per un
tempo breve.
Output
Gazereplay
Video che ricostruisce la
sequenza delle saccadi e
delle fissazioni
Applicazioni: eye tracking passivo
Web usability
Applicazioni: eye tracking passivo
Web usability
Pagina web del calendario delle partite d beach volley - Olimpiadi di Pechino 2008:
ai partecipanti veniva chiesto di individuare le date dei vari incontri.
Applicazioni: eye tracking passivo
Usabilità
Applicazioni: eye tracking passivo
Packaging
A seconda dello scopo (salute vs. sapore) i partecipanti guardavano
aree diverse delle confezioni (Visschers, Hess & Siegrist, 2010).
Applicazioni: eye tracking passivo
Human factors
La visualizzazione degli elementi a lista comporta una minore distrazione
dell’automobilista.
Kujala & Saariluoma, 2011
Applicazioni: eye tracking passivo
Neuropsicologia
Gruppo di controllo
Bambini con autismo
Bambini con sindrome
di Williams
Riby & Hancock, 2008
Applicazioni: eye tracking attivo
Gli occhi diventano uno strumento di input.
Effetto Re Mida
Area attiva
Distinguere aree che possono essere attivate da
aree che non possono essere attivate
Applicazioni: eye tracking attivo
Modulo internet
I link che possono essere
attivato sono raggruppati e
non interferiscono con
l’esplorazione della pagina.
Applicazioni: eye tracking attivo
Chirurgia
Tien & Atkis, 2008
Applicazioni: eye tracking attivo
Aereonautica
Merchant & Schnell, 2000