Registro visual

El seguimiento ocular es el proceso de medir el punto de la mirada (donde uno está mirando) o el movimiento de un ojo en relación con la cabeza. Un rastreador ocular es un dispositivo para medir la posición y el movimiento de los ojos . Los rastreadores oculares se utilizan en la investigación del sistema visual , en psicología, en psicolingüística , marketing, como un dispositivo de entrada para la interacción humano-computadora.y en el diseño de productos. Los rastreadores oculares también se utilizan cada vez más para aplicaciones de rehabilitación y asistencia (relacionadas, por ejemplo, con el control de sillas de ruedas, brazos robóticos y prótesis). Hay varios métodos para medir el movimiento de los ojos. La variante más popular utiliza imágenes de video de las que se extrae la posición del ojo. Otros métodos utilizan bobinas de búsqueda o se basan en el electrooculograma .

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Los científicos rastrean los movimientos oculares en pacientes con glaucoma para comprobar la discapacidad visual mientras conducen.
Seguidor ocular Yarbus de la década de 1960.

En la década de 1800, se realizaron estudios del movimiento ocular utilizando observaciones directas. Por ejemplo, Louis Émile Javal observó en 1879 que la lectura no implica un barrido suave de los ojos a lo largo del texto, como se suponía anteriormente, sino una serie de paradas cortas (llamadas fijaciones) y movimientos sacádicos rápidos . [1] Esta observación planteó preguntas importantes sobre la lectura, preguntas que se exploraron durante la década de 1900: ¿En qué palabras se detienen los ojos? ¿Por cuánto tiempo? ¿Cuándo regresan a palabras ya vistas?

Un ejemplo de fijaciones y sacadas sobre texto. Este es el patrón típico de movimiento de los ojos durante la lectura. Los ojos nunca se mueven suavemente sobre el texto fijo.

Edmund Huey [2] construyó un rastreador ocular temprano, usando una especie de lente de contacto con un agujero para la pupila . La lente estaba conectada a un puntero de aluminio que se movía en respuesta al movimiento del ojo. Huey estudió y cuantificó las regresiones (solo una pequeña proporción de movimientos sacádicos son regresiones) y demostró que algunas palabras de una oración no están fijadas.

Los primeros rastreadores oculares no intrusivos fueron construidos por Guy Thomas Buswell en Chicago, utilizando rayos de luz que se reflejaban en el ojo y luego los grababa en una película. Buswell realizó estudios sistemáticos sobre la lectura [3] y la visualización de imágenes. [4]

En la década de 1950, Alfred L. Yarbus [5] realizó una importante investigación sobre el seguimiento ocular y su libro de 1967 se cita a menudo. Mostró que la tarea asignada a un sujeto tiene una gran influencia en el movimiento de los ojos del sujeto. También escribió sobre la relación entre fijaciones e interés:

"Todos los registros ... muestran de manera concluyente que el carácter del movimiento del ojo es completamente independiente o muy poco dependiente del material de la imagen y cómo se hizo, siempre que sea plano o casi plano". [6] El patrón cíclico en el examen de imágenes "depende no sólo de lo que se muestra en la imagen, sino también del problema que enfrenta el observador y la información que espera obtener de la imagen". [7]
Este estudio de Yarbus (1967) se refiere a menudo como evidencia de cómo la tarea asignada a una persona influye en el movimiento de sus ojos.
"Los registros de los movimientos oculares muestran que la atención del observador generalmente se mantiene solo en ciertos elementos de la imagen ... El movimiento ocular refleja los procesos de pensamiento humano; por lo tanto, el pensamiento del observador puede seguirse hasta cierto punto a partir de registros del movimiento ocular (el pensamiento que acompañan al examen del objeto en particular). Es fácil determinar a partir de estos registros qué elementos atraen la mirada del observador (y, en consecuencia, su pensamiento), en qué orden y con qué frecuencia ". [6]
"Con frecuencia se llama la atención del observador sobre elementos que no brindan información importante pero que, en su opinión, pueden hacerlo. A menudo, un observador enfocará su atención en elementos que son inusuales en las circunstancias particulares, desconocidos, incomprensibles, etc. . " [8]
"... al cambiar sus puntos de fijación, el ojo del observador vuelve repetidamente a los mismos elementos de la imagen. El tiempo adicional dedicado a la percepción no se utiliza para examinar los elementos secundarios, sino para reexaminar los elementos más importantes". [9]
Este estudio de Hunziker (1970) [10] sobre el seguimiento ocular en la resolución de problemas utilizó una película simple de 8 mm para seguir el movimiento de los ojos filmando al sujeto a través de una placa de vidrio en la que se mostraba el problema visual. [11] [12]

En la década de 1970, la investigación sobre el seguimiento ocular se expandió rápidamente, en particular la investigación sobre la lectura. Rayner ofrece una buena descripción general de la investigación en este período . [13]

En 1980, Just y Carpenter [14] formularon la influyente hipótesis Strong ojo-mente , según la cual "no hay un desfase apreciable entre lo que se fija y lo que se procesa". Si esta hipótesis es correcta, entonces cuando un sujeto mira una palabra u objeto, él o ella también piensa en él (proceso cognitivo), y exactamente durante el tiempo que dure la fijación registrada. Los investigadores a menudo dan por sentada la hipótesis que utilizan el seguimiento ocular. Sin embargo, las técnicas de la mirada contingente ofrecen una opción interesante para desenredar las atenciones abiertas y encubiertas, para diferenciar lo que se fija y lo que se procesa.

Durante la década de 1980, la hipótesis ojo-mente a menudo se cuestionaba a la luz de la atención encubierta, [15] [16] la atención a algo que uno no está mirando, lo que la gente suele hacer. Si la atención encubierta es común durante las grabaciones de seguimiento ocular, la ruta de exploración y los patrones de fijación resultantes a menudo mostrarían no dónde ha estado nuestra atención, sino solo dónde ha estado mirando el ojo, sin indicar el procesamiento cognitivo.

La década de 1980 también vio el nacimiento del uso del seguimiento ocular para responder preguntas relacionadas con la interacción entre humanos y computadoras. Específicamente, los investigadores investigaron cómo los usuarios buscan comandos en los menús de las computadoras. [17] Además, las computadoras permitieron a los investigadores utilizar los resultados del seguimiento ocular en tiempo real, principalmente para ayudar a los usuarios discapacitados. [17]

Más recientemente, ha habido un crecimiento en el uso del seguimiento ocular para estudiar cómo los usuarios interactúan con diferentes interfaces de computadora. Las preguntas específicas que hacen los investigadores están relacionadas con lo fáciles que son las diferentes interfaces para los usuarios. [17] Los resultados de la investigación del seguimiento ocular pueden conducir a cambios en el diseño de la interfaz. Sin embargo, otra área de investigación reciente se centra en el desarrollo web. Esto puede incluir cómo reaccionan los usuarios a los menús desplegables o dónde centran su atención en un sitio web para que el desarrollador sepa dónde colocar un anuncio. [18]

Según Hoffman, [19] el consenso actual es que la atención visual está siempre ligeramente (100 a 250 ms) por delante del ojo. Pero tan pronto como la atención se mueva a una nueva posición, los ojos querrán seguirla. [20]

Todavía no podemos inferir procesos cognitivos específicos directamente de una fijación en un objeto particular en una escena. [21] Por ejemplo, una fijación en una cara en una imagen puede indicar reconocimiento, agrado, disgusto, perplejidad, etc. Por lo tanto, el seguimiento ocular a menudo se combina con otras metodologías, como los protocolos verbales introspectivos .

Gracias al avance de los dispositivos electrónicos portátiles, los rastreadores oculares portátiles montados en la cabeza actualmente pueden lograr un rendimiento excelente y se utilizan cada vez más en aplicaciones de investigación y mercado dirigidas a entornos de la vida diaria. [22] Estos mismos avances han llevado a un aumento en el estudio de los pequeños movimientos oculares que ocurren durante la fijación, tanto en el laboratorio como en entornos aplicados. [23]

El uso de redes neuronales convolucionales en el seguimiento ocular permite identificar nueva información mediante inteligencia artificial.

En el siglo XXI, el uso de inteligencia artificial (IA) y redes neuronales artificiales se ha convertido en una forma viable de completar tareas y análisis de seguimiento ocular. En particular, la red neuronal convolucional se presta al seguimiento ocular, ya que está diseñada para tareas centradas en imágenes. Con la IA, las tareas y los estudios de seguimiento ocular pueden generar información adicional que puede que no hayan sido detectados por los observadores humanos. La práctica del aprendizaje profundo también permite que una red neuronal determinada mejore en una tarea determinada cuando se le dan suficientes datos de muestra. Sin embargo, esto requiere un suministro relativamente grande de datos de entrenamiento. [24]

Los posibles casos de uso de la IA en el seguimiento ocular cubren una amplia gama de temas, desde aplicaciones médicas [25] hasta seguridad del conductor [24] y teoría de juegos. [26] Si bien la estructura de la CNN puede encajar relativamente bien con la tarea de seguimiento ocular, los investigadores tienen la opción de construir una red neuronal personalizada que se adapte a la tarea específica en cuestión. En esos casos, estas creaciones internas pueden superar a las plantillas preexistentes para una red neuronal. [27] En este sentido, queda por ver si existe una forma de determinar la estructura de red ideal para una tarea determinada.

Los rastreadores oculares miden las rotaciones del ojo de varias formas, pero principalmente se dividen en una de tres categorías: (i) medición del movimiento de un objeto (normalmente, una lente de contacto especial) adherida al ojo; (ii) seguimiento óptico sin contacto directo con los ojos; y (iii) medición de potenciales eléctricos usando electrodos colocados alrededor de los ojos.

Seguimiento adjunto al ojo

El primer tipo utiliza un accesorio para el ojo, como una lente de contacto especial con un espejo integrado o un sensor de campo magnético, y el movimiento del accesorio se mide asumiendo que no se desliza significativamente cuando el ojo gira. Las mediciones con lentes de contacto ajustados han proporcionado registros extremadamente sensibles del movimiento ocular, y las bobinas de búsqueda magnéticas son el método de elección para los investigadores que estudian la dinámica y la fisiología subyacente del movimiento ocular. Este método permite medir el movimiento del ojo en direcciones horizontal, vertical y de torsión. [28]

Seguimiento óptico

Una pantalla de seguimiento ocular montada en la cabeza . Cada ojo tiene una fuente de luz LED (metal dorado) en el costado de la lente de la pantalla y una cámara debajo de la lente de la pantalla.

La segunda categoría amplia utiliza algún método óptico sin contacto para medir el movimiento del ojo. La luz, normalmente infrarroja, se refleja en el ojo y se detecta mediante una cámara de vídeo o algún otro sensor óptico especialmente diseñado. Luego, la información se analiza para extraer la rotación del ojo de los cambios en los reflejos. Los rastreadores oculares basados ​​en video generalmente usan el reflejo corneal (la primera imagen de Purkinje ) y el centro de la pupila como características para rastrear a lo largo del tiempo. Un tipo de rastreador ocular más sensible, el rastreador ocular de Purkinje dual, [29] utiliza reflejos de la parte frontal de la córnea (primera imagen de Purkinje) y la parte posterior del cristalino (cuarta imagen de Purkinje) como características para rastrear. Un método de seguimiento aún más sensible es tomar imágenes de las características del interior del ojo, como los vasos sanguíneos de la retina, y seguir estas características a medida que el ojo gira. Los métodos ópticos, en particular los basados ​​en la grabación de vídeo, se utilizan ampliamente para el seguimiento de la mirada y se prefieren por ser no invasivos y económicos.

Medida de potencial eléctrico

La tercera categoría utiliza potenciales eléctricos medidos con electrodos colocados alrededor de los ojos. Los ojos son el origen de un campo de potencial eléctrico constante que también se puede detectar en la oscuridad total y si los ojos están cerrados. Puede modelarse para ser generado por un dipolo con su polo positivo en la córnea y su polo negativo en la retina. La señal eléctrica que se puede derivar usando dos pares de electrodos de contacto colocados en la piel alrededor de un ojo se llama electrooculograma (EOG) . Si los ojos se mueven desde la posición central hacia la periferia, la retina se acerca a un electrodo mientras que la córnea se acerca al opuesto. Este cambio en la orientación del dipolo y, en consecuencia, el campo de potencial eléctrico da como resultado un cambio en la señal EOG medida. A la inversa, mediante el análisis de estos cambios en el movimiento ocular se pueden rastrear. Debido a la discretización dada por la configuración común del electrodo, se pueden identificar dos componentes de movimiento separados, uno horizontal y uno vertical. Un tercer componente EOG es el canal EOG radial, [30] que es el promedio de los canales EOG referenciados a algún electrodo posterior del cuero cabelludo. Este canal EOG radial es sensible a los potenciales de pico sacádicos que se derivan de los músculos extraoculares al inicio de los movimientos sacádicos y permite una detección confiable incluso de movimientos sacádicos en miniatura. [31]

Debido a las posibles desviaciones y las relaciones variables entre las amplitudes de la señal EOG y los tamaños sacádicos, es difícil utilizar EOG para medir el movimiento ocular lento y detectar la dirección de la mirada. Sin embargo, EOG es una técnica muy sólida para medir el movimiento ocular sacádico asociado con los cambios de mirada y la detección de parpadeos . A diferencia de los rastreadores oculares basados ​​en video, EOG permite registrar los movimientos oculares incluso con los ojos cerrados y, por lo tanto, se puede utilizar en la investigación del sueño. Es un enfoque muy liviano que, a diferencia de los rastreadores oculares actuales basados ​​en video, solo requiere una potencia computacional muy baja; trabaja bajo diferentes condiciones de iluminación; y se puede implementar como un sistema portátil integrado y autónomo. [32] [33] Por lo tanto, es el método de elección para medir el movimiento ocular en situaciones móviles de la vida diaria y las fases REM durante el sueño. La principal desventaja de EOG es su precisión en la dirección de la mirada relativamente pobre en comparación con un rastreador de video. Es decir, es difícil determinar con buena precisión exactamente hacia dónde está mirando un sujeto, aunque se puede determinar el tiempo de los movimientos oculares.

Los diseños actuales más utilizados son los eye-trackers basados ​​en vídeo. Una cámara enfoca uno o ambos ojos y registra el movimiento de los ojos cuando el espectador mira algún tipo de estímulo. La mayoría de los rastreadores oculares modernos utilizan el centro de la pupila y la luz infrarroja / infrarroja cercana no colimada para crear reflejos corneales (CR). El vector entre el centro de la pupila y los reflejos de la córnea se puede utilizar para calcular el punto de mirada en la superficie o la dirección de la mirada. Por lo general, se necesita un procedimiento de calibración simple del individuo antes de usar el rastreador ocular. [34]

Se utilizan dos tipos generales de técnicas de seguimiento ocular infrarrojo / infrarrojo cercano (también conocido como luz activa): pupila brillante y pupila oscura. Su diferencia se basa en la ubicación de la fuente de iluminación con respecto a la óptica. Si la iluminación es coaxial con la trayectoria óptica, entonces el ojo actúa como un retrorreflector ya que la luz se refleja en la retina creando un efecto de pupila brillante similar al ojo rojo . Si la fuente de iluminación está desviada de la trayectoria óptica, entonces la pupila aparece oscura porque la retrorreflexión de la retina se dirige lejos de la cámara. [35]

El seguimiento de la pupila brillante crea un mayor contraste entre el iris y la pupila, lo que permite un seguimiento ocular más robusto con toda la pigmentación del iris y reduce en gran medida la interferencia causada por las pestañas y otras características que oscurecen. [36] También permite el seguimiento en condiciones de iluminación que van desde oscuridad total hasta muy brillante.

Otro método, menos utilizado, se conoce como luz pasiva. Utiliza luz visible para iluminar, algo que puede causar algunas distracciones a los usuarios. [35] Otro desafío con este método es que el contraste de la pupila es menor que en los métodos de luz activa, por lo tanto, el centro del iris se usa para calcular el vector. [37] Este cálculo necesita detectar el límite del iris y la esclerótica blanca ( seguimiento del limbo ). Presenta otro desafío para los movimientos oculares verticales debido a la obstrucción de los párpados. [38]

  • Infrarrojo / infrarrojo cercano: pupila brillante.

  • Infrarrojo / infrarrojo cercano: pupila oscura y reflejo corneal.

  • Luz visible: centro del iris (rojo), reflejo corneal (verde) y vector de salida (azul).

Las configuraciones de seguimiento ocular varían mucho: algunas están montadas en la cabeza, otras requieren que la cabeza esté estable (por ejemplo, con un reposacabezas) y algunas funcionan de forma remota y automática para rastrear la cabeza durante el movimiento. La mayoría usa una frecuencia de muestreo de al menos 30 Hz. Aunque 50/60 Hz es más común, hoy en día muchos rastreadores oculares basados ​​en video funcionan a 240, 350 o incluso 1000/1250 Hz, velocidades necesarias para capturar los movimientos oculares de fijación o medir correctamente la dinámica sacádica.

Los movimientos oculares generalmente se dividen en fijaciones y movimientos sacádicos, cuando la mirada se detiene en una determinada posición y cuando se mueve a otra posición, respectivamente. La serie resultante de fijaciones y movimientos sacádicos se denomina ruta de exploración . La persecución suave describe el ojo que sigue un objeto en movimiento. Los movimientos oculares de fijación incluyen microsacadas : pequeñas sacadas involuntarias que se producen durante el intento de fijación. La mayor parte de la información del ojo está disponible durante una fijación o una búsqueda suave, pero no durante una sacada. [39]

Las rutas de exploración son útiles para analizar la intención cognitiva, el interés y la prominencia. Otros factores biológicos (algunos tan simples como el género) también pueden afectar la ruta de exploración. El seguimiento ocular en la interacción persona-computadora (HCI) normalmente investiga la ruta de exploración con fines de usabilidad o como método de entrada en pantallas dependientes de la mirada , también conocidas como interfaces basadas en la mirada . [40]

La interpretación de los datos que son registrados por los diversos tipos de eye-trackers emplea una variedad de software que los anima o los representa visualmente, de modo que el comportamiento visual de uno o más usuarios puede resumirse gráficamente. El video generalmente se codifica manualmente para identificar las AOI (Área de interés) o recientemente se usa inteligencia artificial. La presentación gráfica rara vez es la base de los resultados de la investigación, ya que están limitados en términos de lo que se puede analizar; la investigación que se basa en el seguimiento ocular, por ejemplo, generalmente requiere medidas cuantitativas de los eventos del movimiento ocular y sus parámetros. más comúnmente utilizado:

Representaciones animadas de un punto en la interfaz Este método se utiliza cuando se examina el comportamiento visual de forma individual indicando dónde el usuario centró su mirada en cada momento, complementado con un pequeño camino que indica los movimientos sacádicos previos, como se ve en la imagen.

Representaciones estáticas de la trayectoria sacádica Es bastante similar a la descrita anteriormente, con la diferencia de que se trata de un método estático. Se requiere un mayor nivel de experiencia que con los animados para interpretar esto.

Mapas de calor Una representación estática alternativa, utilizada principalmente para el análisis aglomerado de los patrones de exploración visual en un grupo de usuarios. En estas representaciones, las zonas 'calientes' o zonas con mayor densidad designan donde los usuarios enfocaron su mirada (no su atención) con mayor frecuencia. Los mapas de calor son la técnica de visualización más conocida para los estudios de seguimiento ocular. [41]

Mapas de zonas ciegas o mapas de enfoque Este método es una versión simplificada de los mapas de calor donde se muestran claramente las zonas visualmente menos atendidas por los usuarios, permitiendo así una comprensión más fácil de la información más relevante, es decir, estamos informados. sobre qué zonas no fueron vistas por los usuarios.

Mapas de prominencia De manera similar a los mapas de calor, un mapa de prominencia ilustra las áreas de enfoque mostrando de manera brillante los objetos que llaman la atención sobre un lienzo inicialmente negro. Cuanto más enfoque se le dé a un objeto en particular, más brillante aparecerá. [42]

Los eye-trackers miden necesariamente la rotación del ojo con respecto a algún marco de referencia. Esto generalmente está relacionado con el sistema de medición. Por lo tanto, si el sistema de medición está montado en la cabeza, como con EOG o un sistema basado en video montado en un casco, entonces se miden los ángulos de los ojos en la cabeza. Para deducir la línea de visión en coordenadas mundiales, la cabeza debe mantenerse en una posición constante o también se deben rastrear sus movimientos. En estos casos, la dirección de la cabeza se agrega a la dirección del ojo en la cabeza para determinar la dirección de la mirada.

Si el sistema de medición está montado en una mesa, como con las bobinas de búsqueda esclerales o los sistemas de cámara montada en la mesa (“remotos”), los ángulos de mirada se miden directamente en coordenadas mundiales. Normalmente, en estas situaciones, los movimientos de la cabeza están prohibidos. Por ejemplo, la posición de la cabeza se fija mediante una barra de mordida o un soporte para la frente. Entonces, un marco de referencia centrado en la cabeza es idéntico a un marco de referencia centrado en el mundo. O coloquialmente, la posición del ojo en la cabeza determina directamente la dirección de la mirada.

Algunos resultados están disponibles sobre los movimientos del ojo humano en condiciones naturales en las que también se permiten los movimientos de la cabeza. [43] La posición relativa del ojo y la cabeza, incluso con la dirección constante de la mirada, influye en la actividad neuronal en áreas visuales superiores. [44]

Se han realizado muchas investigaciones sobre los mecanismos y la dinámica de la rotación ocular, pero el objetivo del seguimiento ocular suele ser estimar la dirección de la mirada. Los usuarios pueden estar interesados ​​en qué características de una imagen llaman la atención, por ejemplo. Es importante darse cuenta de que el rastreador ocular no proporciona una dirección absoluta de la mirada, sino que solo puede medir los cambios en la dirección de la mirada. Para saber con precisión qué está mirando un sujeto, se requiere algún procedimiento de calibración en el que el sujeto mira a un punto o serie de puntos, mientras que el eye tracker registra el valor que corresponde a cada posición de la mirada. (Incluso aquellas técnicas que siguen las características de la retina no pueden proporcionar la dirección exacta de la mirada porque no hay una característica anatómica específica que marque el punto exacto donde el eje visual se encuentra con la retina, si es que existe un punto único y estable). La calibración confiable es esencial para obtener datos válidos y repetibles del movimiento ocular, y esto puede ser un desafío significativo para sujetos no verbales o aquellos que tienen una mirada inestable.

Cada método de seguimiento ocular tiene ventajas y desventajas, y la elección de un sistema de seguimiento ocular depende de consideraciones de costo y aplicación. Existen métodos fuera de línea y procedimientos en línea como AttentionTracking . Existe una compensación entre costo y sensibilidad, ya que los sistemas más sensibles cuestan muchas decenas de miles de dólares y requieren una experiencia considerable para funcionar correctamente. Los avances en la tecnología informática y de video han llevado al desarrollo de sistemas de costo relativamente bajo que son útiles para muchas aplicaciones y bastante fáciles de usar. [45] La interpretación de los resultados aún requiere cierto nivel de experiencia, sin embargo, porque un sistema mal alineado o mal calibrado puede producir datos tremendamente erróneos.

Seguimiento ocular mientras conduce un automóvil en una situación difícil

Cuadros de seguimiento ocular en carretera estrecha descritos en esta sección [46]

El movimiento ocular de dos grupos de conductores ha sido filmado con una cámara frontal especial por un equipo del Instituto Federal de Tecnología de Suiza: los conductores novatos y experimentados registraron el movimiento ocular mientras se acercaban a una curva de una carretera estrecha. La serie de imágenes se ha condensado a partir de los fotogramas de la película original [47] para mostrar 2 fijaciones oculares por imagen para una mejor comprensión.

Cada una de estas imágenes fijas corresponde a aproximadamente 0,5 segundos en tiempo real.

La serie de imágenes muestra un ejemplo de las fijaciones oculares n. ° 9 a n. ° 14 de un principiante típico y un conductor experimentado.

La comparación de las imágenes superiores muestra que el conductor experimentado revisa la curva e incluso le queda la Fijación No. 9 para mirar a un lado, mientras que el conductor novato necesita revisar la carretera y estimar su distancia hasta el automóvil estacionado.

En las imágenes del medio, el conductor experimentado ahora está completamente concentrado en el lugar donde se puede ver un automóvil que se aproxima. El conductor novato concentra su vista en el automóvil estacionado.

En la imagen inferior, el principiante está ocupado estimando la distancia entre la pared izquierda y el automóvil estacionado, mientras que el conductor experimentado puede usar su visión periférica para eso y aún concentrar su vista en el punto peligroso de la curva: si un automóvil aparece allí, tiene que ceder el paso, es decir, detenerse a la derecha en lugar de adelantar al automóvil estacionado. [48]

Estudios más recientes también han utilizado el seguimiento ocular montado en la cabeza para medir los movimientos oculares durante las condiciones de conducción del mundo real. [49] [23]

Seguimiento ocular de personas jóvenes y mayores mientras caminan

Mientras caminan, los sujetos de edad avanzada dependen más de la visión foveal que los sujetos más jóvenes. Su velocidad al caminar se ve disminuida por un campo visual limitado , probablemente causado por una visión periférica deteriorada.

Los sujetos más jóvenes hacen uso de su visión central y periférica mientras caminan. Su visión periférica permite un control más rápido sobre el proceso de caminar. [50]

Una amplia variedad de disciplinas utilizan técnicas de seguimiento ocular, incluida la ciencia cognitiva ; psicología (en particular, psicolingüística ; el paradigma del mundo visual); interacción humano-computadora (HCI); factores humanos y ergonomía ; investigación de mercados e investigación médica (diagnóstico neurológico). Las aplicaciones específicas incluyen el seguimiento del movimiento ocular en la lectura de idiomas , la lectura de música , el reconocimiento de la actividad humana , la percepción de la publicidad, la práctica de deportes, la detección de distracciones y la estimación de la carga cognitiva de conductores y pilotos y como medio de operar computadoras por personas con discapacidad motora severa. .

Aplicaciones comerciales

En los últimos años, la mayor sofisticación y accesibilidad de las tecnologías de seguimiento ocular ha generado un gran interés en el sector comercial. Las aplicaciones incluyen usabilidad web , publicidad, patrocinio, diseño de paquetes e ingeniería automotriz. En general, los estudios comerciales de seguimiento ocular funcionan presentando un estímulo objetivo a una muestra de consumidores, mientras que un seguidor ocular se utiliza para registrar la actividad del ojo. Los ejemplos de estímulos objetivo pueden incluir sitios web; programas de televisión; eventos deportivos; películas y comerciales; revistas y periódicos; paquetes; exhibidores de estantes; sistemas de consumo (cajeros automáticos, sistemas de caja, quioscos); y software. Los datos resultantes se pueden analizar estadísticamente y representar gráficamente para proporcionar evidencia de patrones visuales específicos. Al examinar las fijaciones, movimientos sacádicos , dilatación de la pupila, parpadeos y una variedad de otros comportamientos, los investigadores pueden determinar mucho sobre la eficacia de un medio o producto determinado. Si bien algunas empresas completan este tipo de investigación internamente, hay muchas empresas privadas que ofrecen servicios y análisis de seguimiento ocular.

Un campo de la investigación comercial de seguimiento ocular es la usabilidad web. Si bien las técnicas de usabilidad tradicionales a menudo son bastante poderosas para proporcionar información sobre los patrones de clic y desplazamiento, el seguimiento ocular ofrece la capacidad de analizar la interacción del usuario entre los clics y cuánto tiempo pasa un usuario entre los clics, lo que proporciona información valiosa sobre qué funciones son las más importantes. llamativo, cuyas características causan confusión y que se ignoran por completo. Específicamente, el seguimiento ocular se puede utilizar para evaluar la eficiencia de búsqueda, la marca, los anuncios en línea, la usabilidad de la navegación, el diseño general y muchos otros componentes del sitio. Los análisis pueden tener como objetivo un prototipo o un sitio de la competencia además del sitio principal del cliente.

El seguimiento ocular se usa comúnmente en una variedad de diferentes medios publicitarios. Los comerciales, los anuncios impresos, los anuncios en línea y los programas patrocinados son propicios para el análisis con la tecnología actual de seguimiento ocular. Un ejemplo es el análisis de los movimientos oculares sobre los anuncios de las páginas amarillas . Un estudio se centró en las características particulares que hacían que las personas vieran un anuncio, si veían los anuncios en un orden particular y cómo variaban los tiempos de visualización. El estudio reveló que el tamaño del anuncio, los gráficos, el color y el texto influyen en la atención a los anuncios. Saber esto permite a los investigadores evaluar con gran detalle la frecuencia con la que una muestra de consumidores se fija en el logotipo, producto o anuncio de destino. Como resultado, un anunciante puede cuantificar el éxito de una campaña determinada en términos de atención visual real. [51] Otro ejemplo de esto es un estudio que encontró que en la página de resultados de un motor de búsqueda , los fragmentos de autoría recibieron más atención que los anuncios pagados o incluso el primer resultado orgánico. [52]

Otro ejemplo más de investigación comercial de seguimiento ocular proviene del campo de la contratación. Un estudio analizó cómo los reclutadores revisan los perfiles de Linkedin y presenta los resultados como mapas de calor. [53]

Aplicaciones de seguridad

En 2017, los científicos construyeron una red neuronal integrada profunda (DINN) a partir de una red neuronal profunda y una red neuronal convolucional. [24] El objetivo era utilizar el aprendizaje profundo para examinar imágenes de los conductores y determinar su nivel de somnolencia "clasificando los estados de los ojos". Con suficientes imágenes, la DINN propuesta idealmente podría determinar cuándo parpadean los controladores, con qué frecuencia parpadean y durante cuánto tiempo. A partir de ahí, podría juzgar qué tan cansado parece estar un conductor dado, realizando de manera efectiva un ejercicio de seguimiento ocular. La DINN fue capacitada con datos de más de 2.400 sujetos y diagnosticó correctamente sus estados entre el 96% y el 99,5% de las veces. La mayoría de los otros modelos de inteligencia artificial funcionaron a tasas superiores al 90%. [24] Idealmente, esta tecnología podría proporcionar otra vía para la detección de somnolencia del conductor .

Aplicaciones de la teoría de juegos

En un estudio de 2019, se construyó una red neuronal convolucional (CNN) con la capacidad de identificar piezas de ajedrez individuales de la misma manera que otras CNN pueden identificar rasgos faciales. [26] Luego se alimentó con datos de entrada de seguimiento ocular de treinta jugadores de ajedrez de varios niveles de habilidad. Con estos datos, la CNN utilizó la estimación de la mirada para determinar las partes del tablero de ajedrez a las que un jugador estaba prestando mucha atención. Luego generó un mapa de prominencia para ilustrar esas partes del tablero. En última instancia, la CNN combinaría su conocimiento del tablero y las piezas con su mapa de prominencia para predecir el próximo movimiento de los jugadores. Independientemente del conjunto de datos de entrenamiento en el que se entrenó el sistema de red neuronal, predijo el siguiente movimiento con mayor precisión que si hubiera seleccionado cualquier movimiento posible al azar, y los mapas de prominencia dibujados para cualquier jugador y situación determinados eran más del 54% similares. [26]

Tecnología de asistencia

Las personas con discapacidad motora grave pueden utilizar el seguimiento ocular para interactuar con las computadoras [54], ya que es más rápido que las técnicas de escaneo de un solo interruptor y es intuitivo de operar. [55] [56] La discapacidad motora causada por la parálisis cerebral [57] o la esclerosis lateral amiotrófica a menudo afecta el habla, y los usuarios con discapacidad motora y del habla severa (SSMI) utilizan un tipo de software conocido como ayuda de comunicación alternativa y aumentativa (AAC), [58] que muestra iconos, palabras y letras en la pantalla [59] y utiliza software de conversión de texto a voz para generar una salida hablada. [60] En tiempos recientes, los investigadores también exploraron el seguimiento ocular para controlar brazos robóticos [61] y sillas de ruedas eléctricas. [62] El seguimiento ocular también es útil para analizar los patrones de búsqueda visual, [63] detectar la presencia de nistagmo y detectar los primeros signos de discapacidad de aprendizaje mediante el análisis del movimiento de la mirada durante la lectura. [64]

Aplicaciones de aviación

El seguimiento ocular ya se ha estudiado para la seguridad de vuelo comparando las rutas de exploración y la duración de la fijación para evaluar el progreso de los pilotos en formación, [65] para estimar las habilidades de los pilotos, [66] para analizar la atención conjunta de la tripulación y la conciencia situacional compartida. [67] También se exploró la tecnología de seguimiento ocular para interactuar con los sistemas de visualización montados en el casco [68] y las pantallas multifuncionales [69] en aviones militares. Se realizaron estudios para investigar la utilidad del rastreador ocular para el bloqueo de objetivos Head-up y la adquisición de objetivos Head-up en sistemas de visualización montados en casco (HMDS). [70] Los comentarios de los pilotos sugirieron que, aunque la tecnología es prometedora, sus componentes de hardware y software aún no han madurado. [ cita requerida ] La investigación sobre la interacción con pantallas multifuncionales en el entorno del simulador mostró que el seguimiento ocular puede mejorar los tiempos de respuesta y la carga cognitiva percibida de manera significativa en los sistemas existentes. Además, la investigación también investigó la utilización de medidas de fijación y respuestas pupilares para estimar la carga cognitiva del piloto. La estimación de la carga cognitiva puede ayudar a diseñar cabinas adaptables de próxima generación con una seguridad de vuelo mejorada. [71] El seguimiento ocular también es útil para detectar la fatiga del piloto. [72] [23]

Aplicaciones automotrices

En los últimos tiempos, la tecnología de seguimiento ocular se investiga en el dominio de la automoción tanto de forma pasiva como activa. La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras midió la duración de la mirada para realizar tareas secundarias mientras se conduce y la usó para promover la seguridad al desalentar la introducción de dispositivos que distraen demasiado en los vehículos [73] Además de la detección de distracciones, el seguimiento ocular también se usa para interactuar con IVIS. [74] Aunque la investigación inicial [75] investigó la eficacia del sistema de seguimiento ocular para la interacción con HDD (Head Down Display), todavía requería que los conductores apartaran la vista de la carretera mientras realizaban una tarea secundaria. Estudios recientes investigaron la interacción controlada por la mirada con HUD (Head Up Display) que elimina la distracción de los ojos fuera de la carretera. [76] El seguimiento ocular también se usa para monitorear la carga cognitiva de los conductores para detectar posibles distracciones. Aunque los investigadores [77] exploraron diferentes métodos para estimar la carga cognitiva de los conductores a partir de diferentes parámetros fisiológicos, el uso de parámetros oculares exploró una nueva forma de utilizar los rastreadores oculares existentes para monitorear la carga cognitiva de los conductores además de la interacción con IVIS. [78] [79]

Aplicaciones de entretenimiento

El videojuego de 2021 Before Your Eyes registra y lee el parpadeo del jugador, y lo usa como la forma principal de interactuar con el juego. [80] [81]

Con el seguimiento ocular proyectado para convertirse en una característica común en varios productos electrónicos de consumo, incluidos teléfonos inteligentes, [82] computadoras portátiles [83] y auriculares de realidad virtual, [84] [85] se han planteado preocupaciones sobre el impacto de la tecnología en la privacidad del consumidor. [86] [87] Con la ayuda de técnicas de aprendizaje automático , los datos de seguimiento ocular pueden revelar indirectamente información sobre el origen étnico, los rasgos de personalidad, los miedos, las emociones, los intereses, las habilidades y el estado de salud física y mental de un usuario. [88] Si tales inferencias se extraen sin el conocimiento o la aprobación del usuario, esto puede clasificarse como un ataque de inferencia . Las actividades oculares no siempre están bajo el control de la voluntad, por ejemplo, "las miradas impulsadas por estímulos, la dilatación de la pupila, el temblor ocular y los parpadeos espontáneos ocurren principalmente sin esfuerzo consciente, similar a la digestión y la respiración". [88] Por lo tanto, puede ser difícil para el ojo rastrear a los usuarios para estimar o controlar la cantidad de información que revelan sobre sí mismos.

  • Atención de seguimiento
  • Movimiento del ojo
  • Movimiento ocular en la lectura de idiomas
  • Movimiento de los ojos en la lectura de música.
  • Seguimiento ocular en la ISS
  • Fovea
  • Imágenes foveadas
  • Paradigma de contingencia de la mirada
  • Investigación de mercado
  • Seguimiento del mouse
  • Visión periférica
  • Sacádica
  • Lectura de pantalla
  • SDK de visage

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