¿Cómo funcionan los eye trackers?

Tobii lleva 20 años liderando el sector del eye tracking. Con aplicaciones en campos que van desde la investigacion cientifica y del consumidor hasta XR y Automotive, los Eye trackers de Tobii han hecho avanzar al mundo proporcionando una vision unica de la atencion, la intencion y el comportamiento humanos. En este artículo se explica en profundidad cómo funciona el eye tracking. Ilustramos paso a paso los procesos de Eye Tracker basado en pantalla y Eye trackers portatiles.

¿Qué es el eye tracking?

Eye tracking es una tecnología de sensores que mide y registra la posición y el movimiento de los ojos. Un Eye tracker es un dispositivo para evaluar dónde o qué se está mirando, también conocido como punto de mirada .

El punto de mirada puede identificarse en varios tipos de estímulos. Normalmente, una persona cuyos ojos son objeto de eye tracking dirige su atención a un estímulo que puede aparecer en la pantalla de un ordenador, en un entorno real o en una realidad virtual. Los eye trackers pueden utilizarse como dispositivos autónomos o integrarse en otras tecnologías, como auriculares XR, PC y vehículos (como parte de soluciones para automoción).

La tecnologia Eye tracking tiene una amplia gama de aplicaciones , como la investigacion medica y cientifica, la accesibilidad para personas con discapacidad, la mejora de la seguridad vial en la conduccion y la mejora de la realidad virtual y las experiencias de juego.

Principales componentes de hardware de un eye tracker

Los Eye trackers basados en vídeo, como Tobii, suelen constar de estos componentes clave de hardware (Figura 1):

• Módulos de iluminación de luz infrarroja cercana

• Sensores de cámara

• Procesador (detección de imágenes, modelo ocular 3D, algoritmo de mapeo de la mirada)

¿Cómo funciona el Eye tracking?

1. Iluminación de los ojos

Los Eye trackers de Tobii utilizan luz del espectro infrarrojo cercano para iluminar los ojos y crear patrones de reflexión de la luz en cada ojo. En concreto, el reflejo de la luz incide sobre la pupila (la abertura negra circular del centro del ojo) y la córnea (la capa externa transparente de la parte anterior del ojo).

El reflejo de la luz en la córnea (también conocido como destello ) se rastrea en relación con la posición del centro de la pupila, lo que permite estimar el punto de mirada. Este método de detección se conoce como reflejo corneal en el centro de la pupila (PCCR).

2. Detección de la reflexión mediante sensores

Los Eye trackers contienen sensores de cámara sensibles a la luz infrarroja cercana y captan imágenes de los ojos y los reflejos. Los sensores de la cámara se colocan delante del usuario y tienen una visión clara de sus ojos. Dependiendo de la velocidad del Eye tracker, puede adquirir información sobre tipos específicos de movimientos oculares. El Eye tracker más rápido de Tobii (Tobii Pro Spectrum ) toma una imagen de los ojos cada 0,833 ms (1200Hz) y permite el seguimiento de microsacadas - los movimientos oculares en miniatura de la amplitud inferior a 0,1 grados de ángulo visual.

3. Procesamiento y análisis de imágenes

Durante la adquisición, la imagen de un ojo se toma de la cámara y se envía para su análisis. Se utilizan algoritmos avanzados de procesamiento de imágenes para estimar un modelo 3D del ojo del individuo y la posición del ojo en el espacio. Con los Eye trackers de Tobii, el punto de mirada puede calcularse con precisión sin sujeción de la cabeza ni mentonera. El centro de la pupila y el reflejo de la córnea se detectan durante el análisis de la imagen para calcular el punto de mirada.

Ampliar: Método de reflexión pupilo-centro de la córnea (PCCR)

Para estimar el punto de la mirada, los Eye trackers de Tobii utilizan un método denominado reflejo corneal en el centro de la pupila (PCCR) . El método se basa en identificar y localizar el centro de la pupila y el reflejo de la luz en la córnea (conocido como destello ). La iluminación de una fuente de luz infrarroja cercana crea un reflejo de luz en la córnea y la pupila (figura 2).

Los algoritmos de tratamiento de imágenes identifican el centro de la pupila y el reflejo de la luz en la córnea (figura 3). Al mover los ojos, la posición del iris y la pupila cambia con respecto al reflejo corneal. Los algoritmos de Eye tracking utilizan el vector entre el centro de la pupila y el reflejo corneal y realizan cálculos adicionales para deducir la ubicación del punto de mirada (es decir, lo que miramos) con gran precisión.

Amplíe la imagen: ¿Qué es la luz infrarroja cercana y por qué se utiliza para el eye tracking?

La precisión del eye tracking depende de una anotación precisa del centro de la pupila y del reflejo corneal. Se necesita una fuente de iluminación estable que resista las variaciones ambientales y permita una anotación precisa en cualquier momento. La luz infrarroja cercana es una excelente fuente de luz que cumple todos los requisitos para un eye tracking exacto y de alta precisión:

• Invisible para el ojo humano

La luz infrarroja cercana es invisible para el ojo humano: no causa molestias ni distrae a la persona que está delante del Eye tracker.

• Iluminación estable en diferentes condiciones

La luz infrarroja cercana interfiere menos con la luz ambiental en comparación con el espectro visible. Esto asegura una iluminación fiable y precisa de la córnea, haciendo que los resultados del eye tracking sean estables en diferentes entornos.

Tipos de dispositivos de eye tracking y cómo funcionan

Los Eye trackers basados en vídeo son el tipo más utilizado de dispositivos modernos de eye tracker y pueden dividirse a su vez en los siguientes tipos:

• Eye Tracker basado en pantalla, también conocidos como eye trackers remotos.

• Eye trackers móviles o, simplemente, gafas de eye tracking

• Sistemas integrados o embebidos o dispositivos de Realidad Aumentada (XR, por ejemplo)

Eye tracker basado en pantalla de Tobii

Como su nombre indica, el Eye Tracker basado en pantalla se monta en la pantalla del ordenador de sobremesa o portátil (Figura 4). Eye tracker basado en pantalla calcula la posición del ojo y el punto de mirada en el monitor del ordenador. Los Eye tracker basados en pantalla se utilizan ampliamente en la investigación científica, así como para mejorar la experiencia de juego o la investigación del consumidor.

Eye trackers portatiles Tobii

Las Eye tracker portatiles o, simplemente, Eye trackers portatiles, se llevan como unas gafas normales (Figura 5). El Eye tracker portatil tiene una cámara frontal que graba lo que el usuario está mirando, lo que permite una visión en primera persona en entornos reales. El Eye tracker portatil se utiliza habitualmente en la investigación científica, la investigación de usuarios y consumidores, y la formación y evaluación.

Eye tracking integrado en el casco XR

La realidad extendida (RX) es un término genérico que describe las tecnologías de inmersión, cuyos principales tipos son la realidad virtual (RV), la realidad aumentada (RA) y la realidad mixta (RM).

En un casco XR , los componentes de eye tracking suelen incluir cámaras y fuentes de luz colocadas en una estructura en forma de anillo entre el usuario y la pantalla (Figura 6). Los principales algoritmos de aprendizaje automático interpretan la señal de la cámara para generar datos en tiempo real como el tamaño de la pupila, el vector de la mirada y la apertura ocular. Esta información puede utilizarse para comprender la atención y el estado cognitivo del usuario y anticipar sus intenciones.

Eye tracking puede integrarse en las gafas incorporando todos los componentes de eye tracking en las lentes, integrando todos los componentes en la montura de las gafas o combinando lentes y montura (Figura 7), todo ello con tecnología Tobii y diseños de referencia de eye tracking.

Eye tracking in XR applications spans domains such as healthcare, training, simulation, UX insights, MedTech, EdTech, and scientific research.