Verschiedene Eye Tracking Systeme

Transkript

1 Verschiedene Eye Tracking Systeme Stationär AUGEN FORSCHUNGS Verschiedene Eye Tracking Systeme Remote AUGEN FORSCHUNGS 1

2 Verschiedene Eye Tracking Systeme Head-mounted EyeLink I / EyeLink II Systeme SMI-EyeLink I Eye Tracker Pupil Tracking (EyeLink II zusätzlich Corneareflex) Binokulares Tracking Berechnung der Blickposition Kalibrierung Kompensation von Kopfbewegungen Zeitliche Auflösung 250 Hz (EyeLink II 500 Hz) Räumliche Genauigkeit 0,5 1 o Online-Verfügbarkeit der und nachfolgende Analyse (delay ca. 15 ms) SMI EyeLink I

3 EyeLink II / EyeGaze Systeme SR Research EyeLink II LC Technologies EyeGaze Rohdaten Sakkadenwinkel Fixationskoordinaten Fixationsdauern Pupillendurchmesser...

4 Rohdaten Weiterverarbeitung Off-line, Speicherung in Datei On-line, z.b. blick-kontingente Stimulus-Manipulation Grafische Darstellung: Fixationen Reduktion von Blickbewegungsdaten durch Anzeige von Fixationsdaten oberhalb eines bestimmten Schwellwertes für die Fixationsdauer

5 Grafische Darstellung: Clusteranalyse Raum-zeitliche Gruppierung von Fixationen dynamische Cluster Berechnung von Clusterabständen, gewichtet mit Fixationsdauern und Winkeln zwischen aufeinanderfolgenden Sakkaden Definition geeigneter Schwellwerte für Clusterübergänge Grafische Darstellung: attentional landscapes Summation zwei-dimensionaler Gaussfunktionen mit Maxima an Fixationspunkten Gewichtung der Funktionen mit Fixationsdauern attention function a(x,y)

6 Grafische Darstellung: Projektion von attentional landscapes Überlagerung der attentional landscapes mit dem Originalstimulus f p : A x O P Verschiedene Überlagerungsfunktionen, z.b. Intensivierung oder Abschwächung von Helligkeit oder Kontrast, Reduktion der optischen Auflösung in Regionen mit niedrigen Werten der attentional landscape Graphische Darstellung: Von Blickbewegungen zu attentional landscapes

7 Grafische Darstellung: Gaze traces / trajectories Pfad von Sakkaden (Linien) und Fixationen (Kreise) eines einzelnen Probanden Grafische Darstellung: Gaze spots / heat maps aggregierte Darstellung einer Gruppe von Probanden, Hitzekarten

8 Grafische Darstellung: Beispiele Heat maps Gaze traces Grafische Darstellung: Beispiele

9 Grafische Darstellung: Gaze replays Abspielen des aufgezeichneten Pfades in Echtzeit oder Zeitlupe x x x x x x x x x Grafische Darstellung: Gaze replays Abspielen des aufgezeichneten Pfades in Echtzeit oder Zeitlupe

10 Grafische Darstellung: Gaze replays Abspielen des aufgezeichneten Pfades in Echtzeit oder Zeitlupe Grafische Darstellung: Gaze replays Abspielen des aufgezeichneten Pfades in Echtzeit oder Zeitlupe

11 Statistische Auswertung Verteilung der Betrachtungszeit, z.b. auf Elemente in einer Webseite Statistische Auswertung Verteilung der Betrachtungszeit, z.b. auf Elemente in einer Webseite

12 Überblick: Historie 19. Jh.: direkte Beobachtung von Augenbewegungen ohne Hilfsmittel 1879: Louis Émile Javal prägt Begriff der Sakkade 1908: Huey baut ersten Eye-Tracker (Kontaktlinse mit Aluminiumzeiger) 1922: Buswell baut optischen Eye-Tracker (Licht wird von Auge reflektiert und auf Film aufgezeichnet) 1950er: Alfred L. Yarbus, systematische Forschung (Empfehlung: Eye Movements and Vision, 1967) 1980: Just und Carpenter formulieren strong eye-mind hypothesis Kognition und Perzeption Leseforschung Betrachtung statischer und bewegter Szenen / Bilder Aufmerksamkeitssteuerung Medizinische Forschung (Diagnose & Therapie) Klinische Studien Neurologische, psychiatrische Erkrankungen Entwicklungsstörungen Neurophysiologie und Augenheilkunde Okulomotorische Steuerung: Sakkadensteuerung, optokinetischer Nystagmus Anwendungen Entwicklung von Benutzer-Schnittstellen Ergonomie Evaluation / Verbraucherverhalten Werbung

13 Beispiele Leseforschung Medizin Benutzerschnittstellen Verbraucherverhalten Leseforschung Experimentelle Leseforschung erster Ansatzpunkt der Blickregistrierung Ende des 19. Jhd. (z.b. Erdmann und Dodge, 1898) Lesen eines Textes nicht kontinuierlich, sondern sprunghaft

14 Leseforschung Mögliche Fragestellungen Ist der Text gut lesbar? Gibt es Textpassagen / Worte die schwierig sind, also viel Zeit benötigen? Müssen Sätze mehrmals fixiert werden? Werden Texte intensiv gelesen oder nur überflogen? Wie schnell kann man lesen ohne daß man den Inhalt vergißt? Muß auf frühere Textpassagen zurückgegriffen werden? Leseforschung Unabhängige Variable z.b. Schwierigkeit des präsentierten Textes Abhängige Variablen z.b. Anzahl der Fixationen pro Zeile, Dauer der Fixationen, Anzahl der Regressionen auf frühere Textpassagen Untersuchungen zum Umfang der beim Lesen aufnehmbaren Zeichen: Ca. zehn Zeichen links und rechts vom Fixationspunkt können verarbeiten werden, d.h. pro Fixation ca. drei Worte (Rayner, 1975)

15 Medizin Hilfe bei der Diagnose bestimmter Erkrankungen des Nervensystems, z.b. Schizophrenie oder Parkinson-Syndrom Blickpositions-abhängige Stimuluspräsentation zu Therapiezwecken, z.b. bei Hemi-Neglect Patienten Medizin Hilfe bei der Diagnose bestimmter Erkrankungen des Nervensystems, z.b. Schizophrenie oder Parkinson-Syndrom Blickpositions-abhängige Stimuluspräsentation zu Therapiezwecken, z.b. bei Hemi-Neglect Patienten Kontrolle von Heilerfolgen einer Therapie

16 Medizin Hilfe bei der Diagnose bestimmter Erkrankungen des Nervensystems, z.b. Schizophrenie oder Parkinson-Syndrom Blickpositions-abhängige Stimuluspräsentation zu Therapiezwecken, z.b. bei Hemi-Neglect Patienten Kontrolle von Heilerfolgen einer Therapie Interaktive, blickgesteuerte Benutzeroberflächen als Kommunikationsschnittstelle für Patienten mit motorischen Defiziten Messung von Blickbewegungen bei Autofahrern, Piloten usw. U.a. Aufschluß über Faktoren, die die Aufmerksamkeit beeinflussen und ggf. zu erhöhtem Unfallrisiko führen Kritische Faktoren: Ergonomie und Verständlichkeit von Bedienelementen, Instrumenten und Anzeigen Ziel ist eine optimale Anordnung und Gestaltung der Fahrerumgebung

17 Beispiel Anpassung von Navigationsmeldungen an die Verkehrslage Beispiel: Integration von Sprache & Bild Internetseiten, Zeitungen usw. können mittels Eye-Tracking sehr gut analysiert und dementsprechend gestaltet werden. In Studien zeigte sich z.b., daß bei Bedienungsanleitungen Abbildungen und zugehörige Texte dann besonders gut verständlich sind, wenn Text und Bild nahe bei einander angeordnet werden.

18 Beispiel: Integration von Sprache & Bild Internetseiten, Zeitungen und Ähnliches können mittels Eye-Tracking sehr gut analysiert und dementsprechend gestaltet werden. In Studien zeigte sich z.b., daß semantische Icons bei der Orientierung auf Geländeplänen unterstützenden Wirkung besitzen Beispiel: Integration von Sprache & Bild Internetseiten, Zeitungen und Ähnliches können mittels Eye-Tracking sehr gut analysiert und dementsprechend gestaltet werden. In Studien zeigte sich z.b., daß Erhöhung von Text-Bild-Zusammenhang nicht unbedingt Integration und Retention verbessert (nur geringe Beachtung der Bildbereiche trotz hoher Bedeutsamkeit)

19 Beispiel: Command Interaction Evaluation blick-kontingenter Eingabemethoden in der Mensch- Maschine-Interaktion Beispiel: Command Interaction Blickbewegungen können zur Kontrolle von Benutzerschnittstellen genutzt werden. So kann man heute schon die Maus ersetzen und den Computer mittels Augenbewegung steuern, es wird auch Augenmaus bzw. Blickmaus genannt. Es gibt auch Projekte, wobei die Augen zur Steuerung virtueller Tastaturen und zur Bedienung von graphischen Benutzeroberflachen genutzt werden, z.b. Eye Dasher. Besonders körperlich beeinträchtigte Menschen können daraus Nutzen ziehen. Wenn diese Menschen Ihre Hände nicht zur Handhabung einer normalen Maus nutzen können, kann in solchen Fällen die Augenmaus dazu benutzt werden, unterschiedliche elektronische Medien, wie z.b. Telefon, Fax, oder Sprachgeneratoren zu steuern.

20 Beispiel: Command Interaction Im Gegensatz zu einer manuell gesteuerten Computer-Maus benötigt eine Augenmaus keine explizite visuelle Rückmeldung. Ein Problem ergibt sich beim Selektieren ( klicken auf Objekte), schließlich soll nicht jeder (ungewollte) Blick Aktionen auslösen: Midas-Touch Problem Es gibt verschiedene Lösungsmöglichkeiten. Man kann zum einen entweder Zwinkern oder eine bestimmte Fixationsdauer als Klick annehmen. Da der Mensch aber nicht perfekt ist und ab und zu reflexartig zwinkert, oder sich nicht immer auf einen kleinen Button starren kann, entstehen so auch Fehler. Es gab auch schon Experimente, wobei die Maus mittels Eye- Tracking bewegt wurde und der Klick dann per Maus ausgelöst wurde. Dies war zwar nicht wesentlich schneller, wurde aber von den Versuchspersonen als effizienter empfunden. Beispiel: Non-Command Interaction Die Human- Computer Interaction kann auch unbewusst geschehen. Wenn der PC zum Beispiel die Augenbewegung vorausahnt und dementsprechend reagiert, oder die Benutzeroberfläche zu Gunsten der momentanen Augenbewegung verändert. Man nennt diese Aktionen non-command Interaktionen ( interessenund emotionssensitive Medien ). Um diese Interaktionen zu ermöglichen, muß man einerseits die Nutzerinteressen mit Hilfe der Erkennung von Gebieten mit hoher Aufmerksamkeitszuwendung erfassen. Andererseits muss die emotionalen Reaktionen der Probanten beobachtet werden. Dabei wird die Lidschlagfrequenz und die Veränderungen der Pupillengröße analysiert. Daraus lassen sich emotionale Veränderungen feststellen. Kombination aus command und non-command Prinzipien sind bereits in Planung. Kommunikation kann mittels Eye-Tracking noch wesentlich verbessert werden.

21 Beispiel: Non-Command Interaction Beispielsweise wurde das GAZE Groupware System als Konferenzund Kooperationssystem für mehrere Teilnehmer entwickelt. Im GAZE-System wird ein dreidimensionaler Raum erstellt, in welchem alle Konferenzteilnehmer auf zweidimensionalen Flächen erscheinen. Im 3D-Raum rotieren die Flächen in Abhängigkeit von der Blickrichtung jeder Teilnehmer. Beispiel: Non-Command Interaction In Spracherkennungssystemen kann eine vorherige Fixation vom Menschen zum System eine Aufmerksamkeit dieses Hervorrufen. So könnte das System in einem Raum voller Menschen die Befehle von einer Person entgegen nehmen, der so genannte Cocktail-Party- Effekt Regelkreis: Das System wartet auf Augenkontakt zum Agenten Nach kurzer Fixation wechselt der Agent in Aufnahmebereitschaft Nutzer beginnt Spracheingabe Wird Blick abgewendet, wird die Spracherkennung unterbrochen Das System kann während der ganzen Zeit Rückmeldungen an den Benutzer signalisieren, damit dieser bemerkt, ob das Gerät alles richtig interpretiert. Solch ein Gerät könnte zum Beispiel auf Bahnhöfen oder, allgemein, an belebten Plätzen genutzt werden.

22 Beispiel: Vision-based image retrieval Problem Suche/Navigation in großen Bilddatenbanken schwierig und langsam Methodik Vision-/Content-based image retrieval Optimierung von relevance feedback : Blickgesteuerte Extraktion lokaler Bildmerkmale Beispiel: Vision-based image retrieval Ziele / Resultate Identifikation bildspezifisch relevanter Aufmerksamkeitsbereiche Entwicklung neuer, intuitiver Navigationsmethoden für Bilddatenbanken Beschleunigung der Bildsuche

23 Verbraucherverhalten Erste Einsätze der Blickregistrierung in der Werbung ca Untersuchung der Wirkung von Werbeprospekten und spots vor dem Start einer Werbekampagne (Consumer appeal) Überprüfung der Positionierung von Produkt, Produktnamen und -informationen Verbraucherverhalten Mögliche Fragestellungen Welche Elemente interessieren während der Betrachtung? Lenken Elemente von wichtigen Elementen ab? Werden wichtige Elemente (z.b. Menüs oder Buttons) gefunden? Kann sich der Anwender auf einer Seite orientieren? Wo sind Elemente, die vom Ziel ablenken? Sind Unterschiede zwischen verschiedenen Benutzern zu erkennen? Männer Frauen Anfänger Experten Werden Werbebanner gesehen oder ignoriert? Welchen Positionen werden besonders viel Aufmerksamkeit geschenkt?

24 Verbraucherverhalten Packaging research, label viewing Verbraucherverhalten Print advertising

25 Verbraucherverhalten Weitere Ergebnisse Studien ergaben, daß Werbung in einem Printmedium, wie z.b. den Gelben Seiten, dann besonders beachtet wurde, wenn sie farbig war (21% länger betrachtet als nicht farbige Werbung) und graphische Darstellungen enthalten waren größer als andere Werbung war wenn sie in der alphabetische Reihenfolge günstig (am Anfang oder Ende eines Buchstabens) positioniert wurde. Bei Videowerbespots werden gerne schnelle Überblendungen genutzt. Nachdem die visuelle Aufmerksamkeit des Konsumenten auf eine bestimmte Stelle gelenkt wurde, erscheinen dort nach einem Schnitt Produkt oder Produktname. Somit betrachtet der Konsument automatisch zumindest kurz das Produkt. Eigene Untersuchungen Demnächst Visuelle Suche Adaptive Navigation Kommunikation Entscheidungshandeln