Temi trattati

• Cenni di visione: la luce e l’anatomia dell’occhio

• I movimenti oculari

• Visione e processi cognitivi

• Strumenti di misurazione

• Applicazioni

Eye tracking technology

Cenni di visione: la luce

Proprietà delle onde elettromagnetiche

Riflessione

Assorbimento

Rifrazione

Mezzi opachi

Mezzi trasparenti

Cenni di visione: l’occhio

http://www.naturalmentescienza.it/ipertesti/visione/occhio.htm

Tessuto esterno, la parte dura del bulbo oculare

Tessuto intermedio ricco di vasi sanguigni

Tessuto interno, sede dei fotorecettori

Cenni di visione: l’occhio

CORNEA: Membrana trasparente che permette il passaggio della luce facendo convergere i raggi verso la fovea

IRIDE: Sottile fascio di fibre muscolari attraverso le quali la pupilla vene dilatata

PUPILLA: Regola la quantità di luce che entra nell’occhio

CRISTALLINO: Lente naturale biconvessa, controlla il processo di accomodamento

UMOR VITREO: riempie 4/5 del globo oculare e la sua funzione principale è sostenere e proteggere il bulbo oculare

Cenni di visione: l’occhioProcesso di accomodamento: permette di mettere a fuoco oggetti posti a diverse distanze

Cenni di visione: l’occhio

La retina Converte l’energia luminosa in attività neurale (trasduzione).

È organizzata in lamine per evitare effetti di riflessione interna all’occhio.

LUCELUCECellule gangliariCellule gangliari

Cellule bipolari

BastoncelliBastoncelli ConiConi

Cellule amacrineCellule amacrine

Cellule orizzontaliSTRATO 2

STRATO 3STRATO 3

STRATO 1STRATO 1

Cenni di visione: l’occhioFotorecettori

Coni

Sono circa 6 milioni per occhio concentrati soprattutto in fovea. Specializzati in visione diurna. Sensibilità al dettaglio e al colore.

Bastoncelli

Sono circa 120 milioni per occhio concentrati in periferia. Specializzati in visione notturna, molto sensibili alla luce. NO Sensibilità al dettaglio.

Cenni di visione: l’occhio

Visione centrale vs. Visione periferica

Massima risoluzione spaziale

Visione meno nitida

Grazie ai continui movimenti degli occhi non ci accorgiamo di questa differenza!

Cenni di visione: i movimenti oculari

6 muscoli estrinseci organizzati in tre coppie ad azione antagonista:

Movimenti orizzontali muscoli retti mediali e lateraliMovimenti verticali muscoli retti superiore ed inferioreTorsione muscoli obliqui superiore ed inferiore

I muscoli dell’occhio sono caratterizzati da fibre contrattili più rapide di quelle che si trovano negli altri muscoli (nell’uomo 3 saccadi/sec).

Cenni di visione: i movimenti oculari

Saccadi

-Movimenti rapidi degli occhi che hanno lo scopo di portare l’oggetto d’interesse al centro dello sguardo ;

-Saccadi riflesse e saccadi volontarie;

- La durata può variare da 10 a 100 ms, con una durata tipica intono ai 20-30 ms

- Evento balistico: una volta programmata non può essere interrotta o deviata, deve essere portata a termine

- Solo la morte cerebrale sopprime i movimenti degli occhi (presenti anche nel sonno e nel coma)

Cenni di visione: i movimenti oculari

Fissazioni

-Stabilizzano sulla retina l’immagine dell’oggetto target

- “Soste” sui singoli elementi che permettono di estrarre informazioni percettive

- La durata può variare da 200 a 300 ms, ma è variabile e strettamente correlata al tipo di compito (p.e. 225 ms per lettura silenziosa vs. 400 ms per scrittura a macchina)

“Vediamo” soltanto durante le fissazioni

SOPPRESSIONE SACCADICA

Cenni di visione: i movimenti oculariSmooth pursuit – Movimento di inseguimento lento

-Movimento di inseguimento dell’occhio calibrato in base alla velocità del target;- per mantenere il target centrato in fovea

Movimenti di vergenza

-Movimenti disgiunti (a differenza di tutti i precedenti che sono coniugati), in quanto gli occhi si muovono con ampiezze e direzioni diverse l'uno dall'altro;- Consentono la fissazione di oggetti posti a differenti distanze dall'osservatore

Cenni di visione: il campo visivo

Visione foveale e parafovealeI movimenti oculari ci permettono di ampliare il nostro campo visivo (saccadi riflesse)

Perché registrare i movimenti oculari?

Eye-mind assumptionL’oggetto che stiamo fissando è ciò che viene elaborato dal sistema cognitivo.

Just & Carpenter (1986)

Misurando i movimenti oculari quindi è possibile inferire quali parti dello stimolo sono state effettivamente elaborate dal soggetto.

Stretto legame con attenzione visiva: l’informazione che arriva al sistema visivo è troppo abbondante, l’attenzione agisce come un filtro che esclude l’informazione non rilevante per i nostri scopi.

Come registrare i movimenti oculari?Scleral coil

Sull’occhio del soggetto viene applicata una lente a contatto. La registrazione avviene attraverso l’induzione di un campo magnetico alternato esercitato su una spirale metallica applicata su di una particolare lente a contatto.

Lente a contatto

Collegate a sistemi meccanici.

Alta precisione, ma alta invasività.

Come registrare i movimenti oculari?Elettro-oculografia (EOG)

Misura le differenze di potenziale vicino agli occhi

Quando l’occhio ruota il potenziale corneo-retinico varia in funzione della direzione del movimento.

Permette di misurare i movimenti oculari anche con gli occhi chiusi.

Scarsa precisione spaziale, inoltre gli elettrodi necessitano di condizioni fisiologiche costanti.

Come registrare i movimenti oculari?Video-oculografia (VOG)

Tecniche che utilizzano l’analisi di immagini o dati video per misurare particolari caratteristiche degli occhi con lo scopo di individuare la loro posizione nello spazio tracciando lo spostamento della pupilla e del riflesso corneale.

Tramite illuminatori IR il sistema rileva la posizione della pupilla. La cornea infatti è trasparente alla luce visibile ma riflette gli IR.

Dark pupil effect Dark pupil effect

Come registrare i movimenti oculari?

Quando gli occhi si muovono la pupilla si sposta, ma la posizione del riflesso corneale (glint) resta costante.L’algoritmo di calcolo dei sistemi di eye tracking utilizza i riflessi corneali per ricostruire la posizione della pupilla nello spazio.

Strumenti VOG Strumenti a mentoniera

Strumenti all in one

Strumenti VOG Strumenti stand-alone

Strumenti head-mounted e occhialini

Strumenti VOG

TelecameraTelecamera

NIRs-LED

Tobii 1750

Accuratezza 0.5°

Frame rate 50 Hz

Libertà di movimento

30x16x20

Strumenti VOG

Illuminatori

Scene camera

Eye tacking sensor

IR Marker sensor

Tobii Glasses

Frame rate 30 Hz

Technique Dark pupil

Metriche

Gaze duration somma della durata di una serie di fissazioni consecutive all’interno di una AOI

Fixation duration mean durata media delle fissazioni fatta sulla scena (in genere quando il valore è alto è indice di difficoltà da parte del partecipante)

Number of fixations numero totale di fissazioni sullo stimolo. Negativamente correlato all’efficienza della ricerca visiva.

Scanpath sequenza di fissazioni e saccadi. Misura dell’efficienza della ricerca visiva e la posizione degli elementi più informativi.

AOI Areas Of Interest (AOI) Selezionare e definire delle aree particolari all’interno dello stimolo (p.e. il brand),

AOI

Gaze duration mean per AOI durata media dell’esplorazione di una AOI. Tempi lunghi possono indicare sia l’importanza dell’elemento contenuto nella AOI, sia difficoltà di comprensione dell’elemento contenuto nella AOI.

Number of fixations numero di fissazioni all’interno della AOI. Assunzione: elementi più importanti dovrebbero ricevere un maggior numero di fissazioni

Time to first fixation intervallo di tempo tra l’inizio della sessione e la prima fissazione all’interno della AOI.

Observation count quante volte il partecipante esplora una certa AOI

Output

Gazeplot

Immagine che rappresenta la sequenza di saccadi e fissazioni in successione ordinata. Ogni saccade è rappresentata da una linea e ogni fissazione è rappresentata da un cerchio il cui diametro è direttamente proporzionale alla durata della fissazione.

Output

Heatmaps

Immagine di aggregazione dei dati di molti partecipanti. Le aree rosse corrispondono aree che sono state fissate per un tempo più lungo mentre le aree blu identificano aree che sono state fissate per un tempo breve.

Output

Gazereplay

Video che ricostruisce la sequenza delle saccadi e delle fissazioni

Applicazioni: eye tracking passivoWeb usability

Applicazioni: eye tracking passivoWeb usability

Pagina web del calendario delle partite d beach volley - Olimpiadi di Pechino 2008: ai partecipanti veniva chiesto di individuare le date dei vari incontri.

Applicazioni: eye tracking passivoUsabilità

Applicazioni: eye tracking passivo

Packaging

A seconda dello scopo (salute vs. sapore) i partecipanti guardavano aree diverse delle confezioni (Visschers, Hess & Siegrist, 2010).

Applicazioni: eye tracking passivo

Human factors

La visualizzazione degli elementi a lista comporta una minore distrazione dell’automobilista.

Kujala & Saariluoma, 2011

Applicazioni: eye tracking passivo

Neuropsicologia

Gruppo di controllo Bambini con autismo Bambini con sindrome di Williams

Riby & Hancock, 2008

Applicazioni: eye tracking attivo

Gli occhi diventano uno strumento di input.

Effetto Re Mida Distinguere aree che possono essere attivate da aree che non possono essere attivate

Area attiva

Applicazioni: eye tracking attivoModulo internet

I link che possono essere attivato sono raggruppati e non interferiscono con l’esplorazione della pagina.

Applicazioni: eye tracking attivoChirurgia

Tien & Atkis, 2008

Applicazioni: eye tracking attivoAereonautica

Merchant & Schnell, 2000