아이 트래커는 어떻게 작동하나요?

토비는 지난 20년간 시선추적 업계를 선도해 왔습니다. 과학 및 소비자 연구부터 XR 및 자동차 산업에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 토비 아이 트래커는 인간의 주의, 의도 및 행동에 대한 고유한 통찰력을 제공함으로써 세상을 발전시켜 왔습니다. 이 문서에서는 시선추적이 어떻게 작동하는지에 대해 자세히 설명합니다. 화면 기반 아이 트래커와 웨어러블 아이 트래커의 단계별 프로세스를 설명합니다.

시선추적이란 무엇인가요?

시선추적은 눈의 위치와 움직임을 측정하고 기록하는 센서 기술입니다. 아이 트래커는 시선점이라고도 하는, 사람이 어디를 또는 무엇을 보고 있는지를 파악하는 장치입니다.

시선의 시점은 다양한 유형의 자극에서 식별할 수 있습니다. 일반적으로 시선추적을 받는 사람은 컴퓨터 화면, 실제 환경 또는 가상 현실에 나타날 수 있는 자극에 주의를 기울입니다. 아이 트래커는 독립형 장치로 사용하거나 XR 헤드셋, PC, 차량(자동차 솔루션의 일부)과 같은 다른 기술에 통합할 수 있습니다.

시선추적 기술은 다음과 같은 광범위한 응용 분야가 있습니다.과학 및 의학 연구, 장애인을 위한 접근성, 운전 시 도로 안전 개선, 가상 현실 및 게임 경험 향상 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

아이 트래커의 주요 하드웨어 구성 요소

토비와 같은 비디오 기반 아이 트래커는 일반적으로 이러한 주요 하드웨어 구성 요소로 구성됩니다(그림 1):

• 근적외선 조명 모듈

• 카메라 센서

• 프로세서(이미지 감지, 3D 눈 모델, 시선 매핑 알고리즘)

시선추적은 어떻게 작동하나요?

1. 눈의 조명

토비 아이 트래커는 근적외선 스펙트럼 빛을 사용하여 눈을 비추고 각 눈에 빛 반사 패턴을 만듭니다. 특히 빛의 반사는 동공(눈 중앙의 검은색 원형 구멍)과 각막(눈 앞부분의 투명한 바깥층)에 떨어집니다.

각막에 반사되는 빛( 반짝임이라고도 함)을 동공 중심 위치를 기준으로 추적하여 시선 지점을 추정할 수 있습니다. 이 감지 방법을 동공 중심 각막 반사(PCCR)라고 합니다 .

2. 센서에 의한 반사 감지

아이 트래커에는 근적외선에 민감한 카메라 센서가 내장되어 있어 눈의 이미지와 반사된 이미지를 캡처합니다. 카메라 센서는 사용자 정면에 위치하여 사용자의 눈을 선명하게 볼 수 있습니다. 아이 트래커 속도에 따라 특정 유형의 눈 움직임에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 토비에서 가장 빠른 아이 트래커 (Tobii Pro Spectrum)은 0.833ms(1200Hz)마다 눈의 이미지를 촬영하며, 0.1도 미만의 진폭을 가진 미세한 눈 움직임인 마이크로 안구 운동까지 추적할 수 있습니다.

3. 이미지 처리 및 분석

촬영하는 동안 카메라에서 눈의 이미지가 캡처되어 분석을 위해 전송됩니다. 고급 이미지 처리 알고리즘은 개인의 눈의 3D 모델과 공간에서 눈의 위치를 추정하는 데 사용됩니다. 토비 아이 트래커를 사용하면 머리 받침대나 턱 받침대 없이도 시선 지점을 정확하게 계산할 수 있습니다. 이미지 분석 중에 동공 중심과 각막 반사가 감지되어 시선 지점을 계산합니다.

확대: 동공 중심 각막 반사(PCCR) 방법

시선 지점을 추정하기 위해 토비 아이 트래커는 동공 중심 각막 반사(PCCR)라는 방법을 사용합니다. 이 방법은 동공 중심과 각막에 반사되는 빛( 눈부심이라고 함)을 식별하고 위치를 파악하는 것을 기반으로 합니다. 근적외선 광원을 비추면 각막과 동공에 빛이 반사됩니다(그림 2).

이미지 처리 알고리즘은 동공의 중심과 각막의 빛 반사를 식별합니다(그림 3). 눈을 움직이면 홍채와 동공의 위치가 각막 반사에 따라 달라집니다. 시선추적 알고리즘은 동공 중심과 각막 반사 사이의 벡터를 사용하고 추가 계산을 통해 시선의 위치(즉, 우리가 바라보는 대상)를 매우 정확하게 추론합니다.

확대하기: 근적외선이란 무엇이며 시선추적에 근적외선을 사용하는 이유는 무엇인가요?

시선추적의 정확성은 동공 중심과 각막 반사에 대한 정확한 주석에 달려 있습니다. 환경 변화를 견딜 수 있고 언제든지 정확한 주석을 달 수 있는 안정적인 광원이 필요합니다. 근적외선은 정확하고 고정밀 시선추적을 위한 모든 요건을 충족하는 우수한 광원입니다:

• 사람의 눈에는 보이지 않는

근적외선은 사람의 눈에는 보이지 않습니다 – 불편함을 유발하거나 아이 트래커 앞에 있는 사람의 주의를 분산시키지 않습니다.

• 다양한 조건에서 안정적인 조명

근적외선은 가시광선 스펙트럼에 비해 주변광의 간섭이 적습니다. 따라서 각막에 안정적이고 정확한 조명을 제공하여 다양한 환경에서도 안정적인 시선추적 결과를 얻을 수 있습니다.

시선추적 장치의 종류와 작동 방식

비디오 기반 아이 트래커는 최신 시선추적 장치 중 가장 많이 사용되는 유형이며 다음과 같은 유형으로 더 나눌 수 있습니다:

• 화면 기반 아이 트래커, 원격 아이 트래커라고도 하는 아이 트래커

• 모바일 아이 트래커 또는 간단히 시선추적 안경

• 통합 또는 임베디드 시스템 또는 증강현실 장치(예: XR)

토비 화면 기반 아이 트래커

이름에서 알 수 있듯이 화면 기반 아이 트래커 는 데스크톱 또는 노트북 화면에 장착됩니다(그림 4). 화면 기반 아이 트래커는 컴퓨터 모니터에서 눈의 위치와 시선 지점을 계산합니다. 화면 기반 아이 트래커는 과학 연구뿐만 아니라 향상된 게임 경험이나 소비자 조사에도 광범위하게 사용됩니다.

토비 웨어러블 아이 트래커

웨어러블 아이트래커 웨어러블 아이 트래커 또는 간단히 시선추적 안경은 일반 안경처럼 착용합니다(그림 5). 웨어러블 아이 트래커에는 사용자가 보고 있는 것을 기록하는 전면 카메라가 있어 실제 환경에서 일인칭 인사이트를 얻을 수 있습니다. 웨어러블 아이 트래커는 일반적으로 과학 연구, 사용자 및 소비자 조사, 교육 및 평가에 사용됩니다.

XR 헤드셋에 내장된 시선추적 기능

확장 현실(XR) 은 몰입형 기술을 설명하는 포괄적인 용어로, 가상현실(VR), 증강현실(AR), 혼합/가상현실(MR)이 주요 유형입니다.

XR 헤드셋에서 XR 헤드셋의 시선추적 구성 요소에는 일반적으로 사용자와 디스플레이 사이에 링과 같은 구조로 배치된 카메라와 광원이 포함됩니다(그림 6). 핵심 머신러닝 알고리즘은 카메라 피드를 해석하여 동공 크기, 시선 벡터, 눈 뜨는 정도와 같은 실시간 데이터 포인트를 생성합니다. 이 정보는 사용자의 주의력과 인지 상태를 이해하고 의도를 예측하는 데 사용할 수 있습니다.

모든 시선추적 구성 요소를 렌즈에 완전히 내장하거나, 모든 구성 요소를 안경 프레임에 완벽하게 통합하거나, 렌즈와 프레임 임베딩을 조합하여 시선추적을 안경에 통합할 수 있습니다(그림 7). 모두 토비 기술과 시선추적 레퍼런스 디자인을 사용합니다.

시선추적 분야 XR 응용 분야 헬스케어, 교육, 시뮬레이션, UX 인사이트, 메드테크, 에듀테크, 과학 연구 등의 영역에 걸쳐 있습니다.