Eye Tracking – Eine allgemeine Einführung
mbanpm2015
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Einleitung
In diesem Beitrag wird allgemein in das Thema Eye Tracking eingeführt. Dazu wird zunächst der Begriff Eye Tracking definiert und die Arten von Aufnahmegeräten unterschieden. Danach wird auf die historische Entwicklung von Eye Tracking eingegangen, woraufhin zuletzt die Funktionsweisen des menschlichen Blicks sowie der Blickdatenaufzeichnung mittels Eye Trackern dargestellt werden.
Definition und Historie
Der Begriff Eye Tracking (dt. Blickverfolgung) bezeichnet die Verfolgung und Aufzeichnung von Blickbewegungen. Die Aufzeichnung erfolgt dabei mithilfe von technischen Geräten, den sogenannten Eye Trackern. Diese Geräte sind grundsätzlich in zwei Kategorien zu unterteilen: [2, S. 51-55]
- Mobile Systeme (head-mounted Eye Tracker)
- Stationäre Systeme (remote Eye Tracker)
Mobile Systeme werden mittels spezieller Vorrichtungen direkt auf dem Kopf des Probanden montiert. Da durch diese Verbindung eine hohe Bewegungsfreiheit entsteht, werden diese Eye Tracker hauptsächlich für Studien abseits des Computerbildschirms benutzt. Im Gegensatz dazu werden stationäre Eye Tracker nicht direkt an dem Probanden montiert und eignen sich daher eher für stationäre Untersuchungen.
Eye Tracking hat seinen Ursprung bereits Ende des 19. Jahrhunderts. Der Franzose Émile Javal beobachtete bereits 1879 die Augenbewegungen beim Lesen, indem er die Blickbewegungen einer lesenden Person über einen Spiegel verfolgte. Ungefähr 20 Jahre später wurden die ersten mechanischen Aperturen zur Verfolgung von Blickbewegungen entwickelt und verwendet. Diese waren jedoch zumeist sehr unangenehm für die aufzunehmende Person. E. B. Delabarre stellte 1898 beispielsweise eine Methode vor, bei welcher ein Stück Draht mit Gips am Auge des Probanden befestigt wurde. Das andere Ende des Drahtes wurde dann an einen Wellenschreiber angeschlossen, welcher die Bewegungen der Augen in Abhängigkeit zurzeit aufzeichnete. [5, S. 1028-1037]
Ein Meilenstein in der Entwicklung von Eye Tracking war die Entwicklung der Filmkamera im Jahr 1886. Dadurch konnten die Blickbewegungen technisch aufgezeichnet und im Nachhinein erneut betrachtet und analysiert werden. Ein weiterer Meilenstein war die Entwicklung von ersten technischen Systemen (um 1900), welche auf dem Prinzip der Hornhautreflektion basierten. Auch heutige Eye Tracker basieren Grundlegend auf diesem Ansatz.[1, S. 21-23, 5, S. 1028-1032] Seitdem werden die Blickbewegungen zunehmend erforscht und Eye Tracking in den verschiedensten Bereichen eingesetzt.
Der menschliche Blick
Der menschliche Blick besteht dabei in Wesentlichen aus einer Folge von Fixationen und Sakkaden. Während einer Fixation, dem Zeitraum zwischen zwei Sakkaden, steht das Auge nahezu still und es werden Informationen aufgenommen. Die Dauer einer Fixation variiert dabei stark. Je nach Art der Tätigkeit kann diese von wenigen Millisekunden bis hin zu einigen Sekunden dauern. [2, S. 21-26] Neben der Fixationsdauer spielt auch der Fixationsbereich eine wichtige Rolle. Der Bereich, der durch eine Fixation wahrgenommen werden kann, lässt sich in drei Kategorien unterteilen:[4, S. 5-7]
- Fovealer Bereich
- Parafovealer Bereich
- Peripherer Bereich
Der sogenannte foveale Bereich, der Bereich des scharfen Sehens, hat einen Radius von etwa ein Grad um den Fixationspunkt. Bei einem typischen Bildschirmabstand vom 70 cm hat dieser Kreis einen Durchmesser von ungefähr 2,4 cm, welcher in etwa der Größe einer 2 € Münze entspricht. Der Bereich der mittleren Schärfe wird auch parafovealer Bereich genannt. Dieser liegt zwischen ein und fünf Grad um den Fixationspunkt. Der darüberhinausgehende Sehbereich wird als peripherer Bereich bezeichnet. In diesem können Objekte nur noch in niedriger Schärfe wahrgenommen werden. Fixationen werden unterbrochen von Sakkaden, die den Sprung von einer Fixation zur Nächsten darstellen. Laut Holmqvist et al. [2, S. 21]
findet durch eine Sakkade eine Neupositionierung des Auges statt. Infolge dieser, springt der Blick zum nächsten Fixationspunkt und verbindet somit zwei Fixationen. Während die Dauer einer solchen Blickbewegung zwischen 30 und 80 ms liegt, beträgt die durchschnittliche Sprungweite beim Lesen etwa acht bis zehn Buchstaben.[3, S. 373]
Funktionsweise von Eye Trackern
Eye Tracker tasten den menschlichen Blick mit einer vorgegebenen Taktzahl (Hertz) ab. Je höher die Abtastrate der Hardware ist, desto genauer kann der menschliche Blick nachverfolgt werden. Typische Werte liegen bei modernen Eye Trackern zwischen 60 Hertz und 300 Hertz, wobei Geräte mit hohen Abtastraten eher im analytischen Bereich und Geräte mit niedrigeren Abtastraten im Endkundenbereich zu finden sind. Die meisten aktuellen Eye Tracker verwenden zur Aufzeichnung der Blickdaten eine videobasierte Erfassung der Pupillen mittels der Cornea Reflexion. Die Cornea Reflexion basiert auf der Registrierung von Lichtreflexen auf der Hornhaut (lateinisch Cornea). Dazu sendet der Eye Tracker für das Auge unsichtbare Infrarot-Strahlen aus, welche daraufhin von dem Auge reflektiert werden. Der Eye Tracker berechnet durch den so entstandenen Reflexionspunkt auf der Hornhaut die aktuelle Augenposition. Für die Bestimmung des spezifischen Blickpunktes auf dem Bildschirm ist eine vorherige Kalibrierung des Probanden notwendig. Während einer Kalibrierung wird die Pupillenposition für vorgegebene Punkte auf dem Bildschirm aufgenommen. Auf Basis dieser Beziehung berechnet der Eye Tracker während einer Aufnahme die Blickpunkte auf dem Bildschirm, sodass die Blickebewegungen eines Probanden bei der Durchführung verschiedenster Versuche aufgezeichnet und im Nachhinein analysiert werden können.
Was für Versuche dies sein können und welche Hersteller es im Bereich Eye Tracking gibt, wird im nächsten Blogbeitrag der Reihe „Eye Tracking“ näher erläutert.
Verfasst von Benedikt Schröder im Rahmen der Masterveranstaltung „Mobile Anwendungen mobile Systeme“ im Fachbereich Informatik, Studiengang Wirtschaftsinformatik, bei Frau Prof. Dr. U. Gröner an der Fachhochschule Dortmund, Veröffentlicht am 10.06.2018
