}

A que estás a mirar? Mirando os ollos

2007/04/01 Villanueva Larre, Arantxa - Telekomunikazio Ingeniaritzan doktoreaNafarroako Unibertsitate Publikoa Iturria: Elhuyar aldizkaria

Aínda que a investigación sobre os sistemas de seguimento da mirada comezou hai décadas, entón, ao redor de finais dos 60, o poder controlar un computador co ollo era un soño totalmente inimaxinable paira os seus primeiros admiradores. Con todo, desde entón estes sistemas desenvolvéronse con gran rapidez e fixeron cada vez máis clara a vía paira facer realidade esas intencións que parecían inaccesibles. Os desenvolvementos e aplicacións do sistema de seguimento do ollo, eye tracking, espertaron certo interese nos últimos anos.
A que estás a mirar? Mirando os ollos
01/04/2007 | Villanueva Larre, Arantxa | Doutor en Enxeñaría de Telecomunicacións pola Universidade Pública de Navarra

(Foto: De arquivo)
A tecnoloxía de seguimento ocular abarca desde a informática até a psicoloxía. O proceso da imaxe, a electrónica, a óptica e a análise dos procesos cognitivos teñen que ver co deseño e uso destes sistemas. Pero... que obxectivo pode ter seguir a mirada dun ser humano e analizala?... Que tipo de sistemas e técnicas permiten coñecer o movemento dos ollos dunha persoa? Imos responder lentamente a estas preguntas.

Aplicacións de sistemas observacionales

No que respecta ás aplicacións destes sistemas, pódese clasificar en usos con fins diagnósticos e usos con fins interactivos.

Usos diagnósticos

A atención ou atención é un proceso que focaliza a capacidade de entender a nosa contorna nun estímulo concreto. Ten que ver directamente coa nosa parte cognitiva e coñecer o movemento dos ollos axuda en gran medida a comprender estes mecanismos. A utilización dun sistema eye tracking como ferramenta diagnóstica xerou ferramentas paira medir a relación entre o movemento dos ollos e a atención. Pódense aplicar en psicoloxía pero tamén noutros ámbitos, sobre todo no de mercadotecnia e publicidade.

Realizáronse traballos interesantes neste campo. Recentemente obtivéronse resultados diagnósticos relevantes en neurociencia e psicoloxía. Uno dos apartados máis estudados é o dos movementos oculares nos procesos de lectura de textos. A análise dos movementos oculares durante a lectura axuda a detectar certos erros e patoloxías, sendo a dislexia una das máis coñecidas. O obxectivo dos sistemas de eye tracking neste campo sería rexistrar a traxectoria visual da persoa ante o texto para que a psicóloga ou o especialista correspondente interprete os datos. Da mesma maneira, os estudos e traballos realizados consideran o estudo dos movementos oculares como una valiosa ferramenta paira o diagnóstico precoz da esquizofrenia e o estrabismo.

Os puntos azuis representan os puntos de vista rexistrados sobre o texto.
D. Salvucci/Drexel Univ.

Continuando coas aplicacións diagnósticas, tamén se atoparon traballos máis complexos que exploran contornas intelixentes. Cada ser humano segue un patrón ao explorar a súa contorna. A análise dos movementos oculares na percepción libre ten consecuencias positivas paira comprender os mecanismos que utilizamos paira asimilar o medio ambiente.

Puntos observados por un especialista ao analizar una mamografía e percorrido cos ollos.
C.E. Nodine et ao./Pendergrass Lab. e Estudo de Mama por Imaxe na Univ. de Pennsylvania

En xeral, estes sistemas son una potente ferramenta paira comprender e medir a intelixencia humana. En función da aplicación, as consecuencias poden modificar positivamente o comportamento do ser humano en certas accións. É sabido que a falta de atención provoca accidentes na condución. Nos últimos tempos realizáronse importantes esforzos en automoción. Sen dúbida, a análise dos movementos oculares do condutor é una ferramenta perfecta paira detectar a falta de atención e o soño do condutor. Os resultados experimentais servirán paira conseguir coches máis seguros no futuro.

Similares usos pódense atopar na industria e no medicamento. Na industria, o rexistro e control de calidade dos produtos realízase a miúdo a través da vista, e unha mal análise pode ter consecuencias graves. Con todo, pode ser máis grave que un especialista explore pouco una resonancia ou outras imaxes médicas. A análise dos movementos oculares, tanto na industria como nos estudos de imaxes médicas, pode ser utilizado paira detectar estratexias de inspección repetitivas ou escasas do ser humano.

Nos dous anuncios da esquerda, os puntos azuis máis grandes son os que máis atención espertaron. Na imaxe da dereita aparecen marcadas as partes máis exploradas dunha páxina web.
Instituto de Investigación de Mercadotecnia de Consumo de Xapón; M. Russel/Laboratorio de Investigación de Software Accesible/Unidade Estatal de Wichita.
Por último, pero quizais con maior forza, abriuse un amplo campo ao redor do mundo da publicidade e a mercadotecnia. A mirada do consumidor é una fonte de información de gran valor. Na publicidade, o camiño percorrido polos ollos é un dato innegable paira saber se se viu e asimilado una parte determinada do anuncio.

Na mesma liña, os estudos sobre as páxinas web xa comezaron a asentar certos principios de deseño. Segundo os estudos realizados, en xeral, na páxina web explórase en primeiro lugar o apartado superior esquerdo. Os resultados indican que tratamos de buscar letras maiúsculas, que parecen estar normalmente nesa zona.

Usos interactivos

Os usos interactivos dos sistemas eye tracking deben entenderse dentro do contexto de comunicación home-ordenador. Neste sentido, nalgunhas situacións nas que non é posible utilizar as mans preséntanse como una opción interesante.

A capacidade motriz do ser humano, é dicir, o control motor, vese afectada por numerosas enfermidades e patoloxías como a esclerose múltiple, a esclerose lateral amiotrófica, a parálise cerebral, o dano da medula e o infarto cerebral, entre outras. A pesar das súas peculiaridades, independentemente da súa orixe, teñen como característica destacable a redución da capacidade motriz. A miúdo, esta deterioración pode chegar ás máximas medidas, provocar a inmobilidade total e converter ao home en prisioneiro do seu corpo.

Con todo, normalmente, mesmo en etapas avanzadas da enfermidade, o movemento ocular controlado mantense intacto e convértese nunha única vía de comunicación. Nestes casos, a localización anterior da pantalla da mirada pode utilizarse como instrución paira o computador. Con este obxectivo creáronse numerosos software específicos. As aplicacións máis coñecidas son os chamados teclados virtuais. Nelas, o usuario do sistema eye tracking pode seleccionar letras e palabras mirando no teclado que aparece na pantalla e completar así as frases. Isto permitiría, en gran medida, superar as súas dificultades de comunicación.

Na figura móstrase un exemplo sinxelo. Grazas ao sistema eye tracking, a película detense cando o espectador leva a mirada fóra da pantalla, porque o sistema entende que o espectador chama a atención noutra cousa.
Human Media Lab. Univ. de Queens

A aplicación dos sistemas de eye tracking é ampla no ámbito das discapacidades e cada día aparecen novas posibilidades.

Con todo, existen usos interactivos non relacionados coa inmobilidade. A súa base é a relación entre o punto no que se corrixe a mirada na pantalla e o interese do usuario. Estas denomínanse Gaze Contingent Display (GCD) ou interfase baixo vixilancia. Neles pódese adaptar a contorna da pantalla explorada ao usuario, por exemplo, mostrar máis detalles, utilizar un zoom automático ou crear nova información relacionada co anterior.

Do mesmo xeito, resulta interesante a aplicación destas técnicas á realidade virtual e ao mundo dos debuxos animados. É sabido que este tipo de traballos supoñen una gran carga de computación. Producir imaxes de calidade non é un proceso tan simple. O obxectivo dos sistemas de eye tracking sería adiviñar cal é a parte da imaxe que o espectador observa paira mostrar este elemento con mellor definición e máis detalle. No resto de partes, con todo, perderíase a calidade, facilitando así a reprodución da imaxe.

Técnicas e sistemas de seguimento da mirada

Co anterior, pódese dicir que os sistemas eye tracking teñen certa aplicación… pero que é un sistema eye tracking? En que consiste o seu funcionamento? O traballo de Young e Sheena resume perfectamente os recursos que ofrece a tecnoloxía paira seguir a mirada. En realidade, existen diversas tecnoloxías que permiten analizar a mirada do ser humano, sendo as máis coñecidas a electrooculografía (EOG) e a videooculografía (VOG).

Exemplo de sistema OMR.
Metro Vision
As técnicas do primeiro grupo foron amplamente aceptadas fai uns corenta anos. O seu fundamento é medir os cambios de tensión eléctrica que produce o corpo ao mover o ollo. Paira rexistrar estes cambios de sinal eléctrico é necesario pegar electrodos ao redor do ollo. Estas variacións prodúcense entre 15-200V. Asúmese una variación media de 20V ao virar un grao polo ollo.

Os contrarios a esta técnica utilizan como argumento de oposición interferencias. É innegable que os movementos musculares que hai ao redor teñen una influencia notable no sinal. Ademais, a dependencia da anchura da pupila da luz altera o funcionamento dos electrodos. En consecuencia, esta técnica require condicións moi especiais para que os resultados obtidos sexan datos representativos do ocorrido.

As técnicas videoculográficas utilizan una cámara paira gravar as imaxes do ollo. A base é simple: a imaxe do ollo cambia a medida que cambia a mirada. En canto a estes sistemas, as fontes de luz que operan no infravermello próximo (750-880 nm) teñen un uso notable. A capacidade de visión do ser humano alcanza os 700 nm, polo que este tipo de luz é invisible, é dicir, non apreciamos o efecto producido no ollo. O obxectivo da luz é, por unha banda, xerar imaxes oculares dunha calidade aceptable e, por outro, provocar peculiaridades concretas na imaxe, que se xeren reflexos na superficie da córnea.

Exemplo de sistema VOG. A cámara grava a imaxe do ollo. Á dereita, imaxe da pupila. Neste caso ven claramente dous reflexos na imaxe.
IRISCOM; Univ. de Navarra Público

Normalmente, utilizando técnicas de proceso propias da imaxe, nas imaxes gravadas búscanse características especiais como a forma da pupila, a disposición dos reflexos, etc. Os cambios nestas características están directamente relacionados coa variación da mirada.

Exemplo dun sistema que se coloca arriba como lentes na cabeza. Abaixo, un sistema que suxeita a cabeza de forma fixa mediante un soporte.
SR Research Eyelink; Laboratorio de percepción visual. Instituto de Tecnoloxía Rochester; Tecnoloxías Fourward.

Uno dos grandes límites destes sistemas é o movemento da cabeza. O usuario debe manter a cabeza fixa nunha zona paira non ir fóra da cámara. A pesar da escasa importancia desta barreira no ámbito da inmobilidade, nalgúns usuarios e aplicacións non é tarefa fácil, xa que as lentes e obxectivos de campo que utilizan estes sistemas deixan pouco espazo á liberdade. Co obxectivo de superar esta barreira, varios investigadores propuxeron novas solucións. Os máis coñecidos son os sistemas que se aplican directamente sobre a cabeza, como un casco ou una lente. A cabeza pode moverse libremente, xa que a cámara móvese con ela.

Tamén dispomos de sistemas que manteñen a cabeza fixa mediante un soporte. O problema desaparece porque se pode aceptar que a cabeza queda quieta. Por parte do usuario pérdese comodidade.

Exemplo dun sistema de eye tracking multicámara.
T. Ohno/NTT Cyber Solutions lab./ Corporación NTT
Na última década moitos investigadores trataron de superar as barreiras e limitacións que estes sistemas xeran. Neste sentido, os resultados máis destacados foron os sistemas de eye tracking multicámara ou estéreo. Por unha banda, a posición da cabeza determínase mediante dous cámaras de campo amplo, situadas na imaxe (esquerda, abaixo) sobre a pantalla. Se se coloca a cabeza no espazo, a outra cámara que segue o ollo, a parte inferior da pantalla, enfócase cara a ese punto utilizando motores especiais paira obter una imaxe adecuada paira o seu procesado.

Co anterior, podemos afirmar que o futuro dos sistemas de eye tracking está asegurado. A medida que se melloren as técnicas empregadas, podemos esperar una maior escoita destes aparellos.

Coidado, por tanto, cando te pos diante do escaparate dunha tenda... Alguén mira a ti!

Atención
(Foto: Unidade Inst. Investigación Aplicacións Visuais/Derby)
Hai catro anos realizouse un interesante experimento na National Gallery de Londres. David Wooding, coñecido investigador que morreu fai un par de anos, rexistrou movementos oculares de persoas ante cadros utilizando un sistema de eye tracking. Os datos almacenados serían una medida directa do interese da persoa. No exemplo, o percorrido dun espectador co ollo represéntase por raias e puntos. Pódese considerar que os tramos máis observados son os que prestaron maior atención.
(Foto: Human Media Lab./Univ. de Queens.)
Tamén se realizaron traballos curiosos neste campo. Uno dos máis curiosos é Auramirror, do equipo dirixido por Roel Vertegal na Universidade de Queens en Canadá. O obxectivo é medir, a través dos movementos dos ollos, a atención entre o oínte e o relator nunha conferencia ou entrevista. Segundo os investigadores, o contacto ocular podería mostrar certo interese mutuo e a duración deste contacto sería a medida da atención. Esta atención maniféstase mediante unha “nube” virtual.
Fundamentos de técnicas videooculográficas
Á marxe dos aspectos matemáticos máis complexos, as técnicas videooculográficas poden clasificarse en varios criterios. Una das máis coñecidas é a dos sistemas que utilizan una pupila clara e una pupila escura. A diferenza entre estas técnicas radica na posición da fonte luminosa respecto da cámara. Se a fonte luminosa sitúase no eixo de simetría da cámara, na imaxe aparece a luz pupila. Ten a mesma base que un efecto frecuente na utilización do flash nas fotos, o efecto dos ollos vermellos. Como o flash está preto da cámara, toda a luz reflectida na retina do ollo volve directamente á imaxe e represéntase cunha pupila vermella destacada. No caso dos sistemas eye tracking, xa que traballan con imaxes en branco e negro, o efecto reflíctese nun gris claro. Non é necesario dicir que este efecto desaparece se a fonte de luz colócase lonxe do eixo, entón a pupila aparece máis escura na imaxe.
(Foto: Univ. de Navarra Público; Centro de Investigación de Almadas de IBM)
Bibliografía
Chapman, P. Underwood, G.
Eye Guidance in Reading and Scene Perception.
Elsevier, Oxford, England, 1998.
------
Duchowski, T.
The Eye tracking Methodology. Theory and Practice.
Springer-Verlag Londres Ltd. 2003.
------
Henderson, J.M. Ferreira, F.
The interface of Language, Vision, and Action.
Psychology Press, Nova York, 2004.
------
Young, L.R. e Sheena, D.
Survey of eye movement recording methods.
Methods Designs, Behavior Research Methods and Instrumentation, 7, 5, 1975, 397-429.
Villanueva Larre, Arantxa
Servizos
Máis información
2007
Seguridade
041
Premios; Software; Tecnoloxía; Comunicación
Dossier
Servizos

Gai honi buruzko eduki gehiago

Elhuyarrek garatutako teknologia