El seguimiento ocular es el proceso de medir el punto de la mirada (hacia dónde se mira) o el movimiento de un ojo en relación con la cabeza. Un rastreador ocular es un dispositivo para medir las posiciones y el movimiento de los ojos . Los rastreadores oculares se utilizan en la investigación sobre el sistema visual , en psicología, en psicolingüística , en marketing, como dispositivo de entrada para la interacción hombre-computadora y en el diseño de productos. Además, los rastreadores oculares se utilizan cada vez más para aplicaciones de asistencia y rehabilitación, como el control de sillas de ruedas, brazos robóticos y prótesis. Recientemente, el seguimiento ocular se ha examinado como una herramienta para la detección temprana del trastorno del espectro autista . Existen varios métodos para medir el movimiento ocular, siendo la variante más popular la que utiliza imágenes de vídeo para extraer la posición de los ojos. Otros métodos utilizan bobinas de búsqueda o se basan en el electrooculograma .
En el siglo XIX, se realizaron estudios sobre el movimiento ocular mediante observaciones directas. Por ejemplo, Louis Émile Javal observó en 1879 que la lectura no implica un movimiento suave de los ojos a lo largo del texto, como se suponía anteriormente, sino una serie de paradas breves (llamadas fijaciones ) y movimientos sacádicos rápidos . [1] Esta observación planteó importantes preguntas sobre la lectura, preguntas que se exploraron durante el siglo XX: ¿En qué palabras se detienen los ojos? ¿Durante cuánto tiempo? ¿Cuándo regresan a las palabras ya vistas?
Edmund Huey [2] construyó un rastreador ocular primitivo, utilizando una especie de lente de contacto con un orificio para la pupila . La lente estaba conectada a un puntero de aluminio que se movía en respuesta al movimiento del ojo. Huey estudió y cuantificó las regresiones (solo una pequeña proporción de los movimientos sacádicos son regresiones) y demostró que algunas palabras de una oración no están fijadas.
Los primeros rastreadores oculares no intrusivos fueron construidos por Guy Thomas Buswell en Chicago, utilizando rayos de luz que se reflejaban en el ojo y luego se grababan en una película. Buswell realizó estudios sistemáticos sobre la lectura [3] [4] y la visualización de imágenes. [5]
En la década de 1950, Alfred L. Yarbus [6] realizó una investigación sobre el seguimiento ocular y su libro de 1967 se cita a menudo. Demostró que la tarea asignada a un sujeto tiene una influencia muy grande en el movimiento ocular del sujeto. También escribió sobre la relación entre las fijaciones y el interés:
"Todos los registros... muestran de manera concluyente que el carácter del movimiento del ojo es completamente independiente o sólo muy ligeramente dependiente del material de la imagen y de cómo fue hecha, siempre que sea plana o casi plana". [7]
El patrón cíclico en el examen de imágenes "depende no sólo de lo que se muestra en la imagen, sino también del problema al que se enfrenta el observador y de la información que espera obtener de la imagen". [8]
Los registros de los movimientos oculares muestran que la atención del observador suele estar centrada únicamente en determinados elementos de la imagen... El movimiento ocular refleja los procesos de pensamiento humano; por lo tanto, el pensamiento del observador puede seguirse hasta cierto punto a partir de los registros del movimiento ocular (el pensamiento que acompaña al examen del objeto en particular). Es fácil determinar a partir de estos registros qué elementos atraen la mirada del observador (y, en consecuencia, su pensamiento), en qué orden y con qué frecuencia. [7]
La atención del observador se dirige con frecuencia a elementos que no aportan información importante pero que, en su opinión, pueden hacerlo. A menudo, el observador centra su atención en elementos que son inusuales en las circunstancias particulares, desconocidos, incomprensibles, etc. [9]
... al cambiar el punto de fijación, la mirada del observador vuelve una y otra vez a los mismos elementos del cuadro. El tiempo adicional que se dedica a la percepción no se emplea en examinar los elementos secundarios, sino en reexaminar los más importantes. [10]
En la década de 1970, la investigación sobre el seguimiento ocular se expandió rápidamente, en particular la investigación sobre la lectura. Rayner ofrece una buena descripción general de la investigación en este período . [13]
En 1980, Just y Carpenter [14] formularon la influyente hipótesis ojo-mente de Strong , según la cual "no hay un desfase apreciable entre lo que se fija y lo que se procesa". Si esta hipótesis es correcta, entonces cuando un sujeto mira una palabra u objeto, también piensa en ello (lo procesa cognitivamente), y durante exactamente el mismo tiempo que la fijación registrada. Los investigadores que utilizan el seguimiento ocular suelen dar por sentada esta hipótesis. Sin embargo, las técnicas de contingencia de la mirada ofrecen una opción interesante para desentrañar las atenciones manifiestas y encubiertas, para diferenciar lo que se fija y lo que se procesa.
Durante la década de 1980, la hipótesis ojo-mente fue cuestionada a menudo a la luz de la atención encubierta, [15] [16] la atención a algo que uno no está mirando, algo que la gente hace a menudo. Si la atención encubierta es común durante las grabaciones de seguimiento ocular, la trayectoria de escaneo resultante y los patrones de fijación a menudo no mostrarían dónde se ha centrado la atención, sino solo dónde ha estado mirando el ojo, sin indicar el procesamiento cognitivo.
En la década de 1980 también se empezó a utilizar el seguimiento ocular para responder a preguntas relacionadas con la interacción entre humanos y computadoras. En concreto, los investigadores investigaron cómo los usuarios buscan comandos en los menús de las computadoras. [17] Además, las computadoras permitieron a los investigadores utilizar los resultados del seguimiento ocular en tiempo real, principalmente para ayudar a los usuarios discapacitados. [17]
Más recientemente, se ha producido un crecimiento en el uso del seguimiento ocular para estudiar cómo interactúan los usuarios con diferentes interfaces informáticas. Las preguntas específicas que se hacen los investigadores están relacionadas con la facilidad con la que los usuarios utilizan las distintas interfaces. [17] Los resultados de la investigación sobre el seguimiento ocular pueden dar lugar a cambios en el diseño de la interfaz. Otra área reciente de investigación se centra en el desarrollo web. Esto puede incluir cómo reaccionan los usuarios a los menús desplegables o dónde centran su atención en un sitio web para que el desarrollador sepa dónde colocar un anuncio. [18]
Según Hoffman, [19] el consenso actual es que la atención visual siempre está ligeramente (100 a 250 ms) por delante del ojo. Pero tan pronto como la atención se mueve a una nueva posición, los ojos querrán seguirla. [20]
Los procesos cognitivos específicos aún no se pueden inferir directamente de una fijación en un objeto particular en una escena. [21] Por ejemplo, una fijación en una cara en una imagen puede indicar reconocimiento, agrado, desagrado, desconcierto, etc. Por lo tanto, el seguimiento ocular a menudo se combina con otras metodologías, como protocolos verbales introspectivos .
Gracias a los avances en dispositivos electrónicos portátiles, los rastreadores oculares portátiles montados en la cabeza actualmente pueden lograr un excelente rendimiento y se utilizan cada vez más en aplicaciones de investigación y mercado dirigidas a entornos de la vida diaria. [22] Estos mismos avances han llevado a un aumento en el estudio de pequeños movimientos oculares que ocurren durante la fijación, tanto en el laboratorio como en entornos aplicados. [23]
En el siglo XXI, el uso de la inteligencia artificial (IA) y las redes neuronales artificiales se ha convertido en una forma viable de completar tareas y análisis de seguimiento ocular. En particular, la red neuronal convolucional se presta al seguimiento ocular, ya que está diseñada para tareas centradas en imágenes. Con la IA, las tareas y los estudios de seguimiento ocular pueden generar información adicional que los observadores humanos podrían no haber detectado. La práctica del aprendizaje profundo también permite que una red neuronal determinada mejore en una tarea determinada cuando se le proporcionan suficientes datos de muestra. Sin embargo, esto requiere un suministro relativamente grande de datos de entrenamiento. [24]
Los posibles casos de uso de la IA en el seguimiento ocular cubren una amplia gama de temas, desde aplicaciones médicas [25] hasta seguridad del conductor [24], teoría de juegos [26] e incluso aplicaciones de educación y capacitación. [27] [28] [29]
Los rastreadores oculares miden las rotaciones del ojo de varias maneras, pero principalmente se dividen en tres categorías:
El primer tipo utiliza un accesorio que se coloca en el ojo, como una lente de contacto especial con un espejo incorporado o un sensor de campo magnético, y el movimiento del accesorio se mide asumiendo que no se desliza significativamente cuando el ojo gira. Las mediciones con lentes de contacto ajustadas han proporcionado registros extremadamente sensibles del movimiento ocular, y las bobinas de búsqueda magnéticas son el método de elección para los investigadores que estudian la dinámica y la fisiología subyacente del movimiento ocular. Este método permite la medición del movimiento ocular en direcciones horizontales, verticales y de torsión. [30]
La segunda categoría amplia utiliza algún método óptico sin contacto para medir el movimiento ocular. La luz, normalmente infrarroja, se refleja desde el ojo y es detectada por una cámara de vídeo o algún otro sensor óptico especialmente diseñado. A continuación, la información se analiza para extraer la rotación del ojo a partir de los cambios en los reflejos. Los rastreadores oculares basados en vídeo suelen utilizar el reflejo corneal (la primera imagen de Purkinje ) y el centro de la pupila como características que hay que seguir a lo largo del tiempo. Un tipo de rastreador ocular más sensible, el rastreador ocular de doble Purkinje [31] , utiliza los reflejos de la parte delantera de la córnea (primera imagen de Purkinje) y de la parte trasera del cristalino (cuarta imagen de Purkinje) como características que hay que seguir. Un método de seguimiento aún más sensible es obtener imágenes de las características del interior del ojo, como los vasos sanguíneos de la retina, y seguir estas características a medida que el ojo gira. Los métodos ópticos, en particular los basados en la grabación de vídeo, se utilizan ampliamente para el seguimiento de la mirada y se prefieren por ser no invasivos y económicos.
La tercera categoría utiliza potenciales eléctricos medidos con electrodos colocados alrededor de los ojos. Los ojos son el origen de un campo de potencial eléctrico constante que también se puede detectar en la oscuridad total y si los ojos están cerrados. Se puede modelar para que se genere mediante un dipolo con su polo positivo en la córnea y su polo negativo en la retina. La señal eléctrica que se puede derivar utilizando dos pares de electrodos de contacto colocados en la piel alrededor de un ojo se llama electrooculograma (EOG) . Si los ojos se mueven desde la posición central hacia la periferia, la retina se acerca a un electrodo mientras que la córnea se acerca al opuesto. Este cambio en la orientación del dipolo y, en consecuencia, el campo de potencial eléctrico da como resultado un cambio en la señal EOG medida. A la inversa, al analizar estos cambios en el movimiento ocular se puede rastrear. Debido a la discretización dada por la configuración de electrodos comunes, se pueden identificar dos componentes de movimiento separados: uno horizontal y uno vertical. Un tercer componente EOG es el canal EOG radial, [32] que es el promedio de los canales EOG referenciados a algún electrodo posterior del cuero cabelludo. Este canal EOG radial es sensible a los potenciales de pico sacádicos que surgen de los músculos extraoculares al inicio de los movimientos sacádicos y permite una detección confiable incluso de movimientos sacádicos en miniatura. [33]
Debido a las posibles desviaciones y las relaciones variables entre las amplitudes de la señal EOG y los tamaños de las sacadas, es un desafío usar EOG para medir el movimiento ocular lento y detectar la dirección de la mirada. Sin embargo, EOG es una técnica muy robusta para medir el movimiento ocular sacádico asociado con los cambios de mirada y detectar parpadeos . A diferencia de los rastreadores oculares basados en video, EOG permite registrar los movimientos oculares incluso con los ojos cerrados y, por lo tanto, puede usarse en la investigación del sueño. Es un enfoque muy liviano que, a diferencia de los rastreadores oculares basados en video actuales, requiere poca potencia computacional, funciona en diferentes condiciones de iluminación y puede implementarse como un sistema portátil integrado y autónomo. [34] [35] Por lo tanto, es el método de elección para medir el movimiento ocular en situaciones de vida diaria móviles y fases REM durante el sueño. La principal desventaja de EOG es su precisión relativamente pobre en la dirección de la mirada en comparación con un rastreador de video. Es decir, es difícil determinar con buena precisión exactamente hacia dónde mira un sujeto, aunque se puede determinar el momento de los movimientos oculares.
Los diseños actuales más utilizados son los rastreadores oculares basados en vídeo. Una cámara enfoca uno o ambos ojos y registra el movimiento ocular mientras el espectador mira algún tipo de estímulo. La mayoría de los rastreadores oculares modernos utilizan el centro de la pupila y luz infrarroja / infrarroja cercana no colimada para crear reflejos corneales (CR). El vector entre el centro de la pupila y los reflejos corneales se puede utilizar para calcular el punto de mirada en la superficie o la dirección de la mirada. Por lo general, se necesita un procedimiento de calibración simple del individuo antes de utilizar el rastreador ocular. [36]
Se utilizan dos tipos generales de técnicas de seguimiento ocular por infrarrojos o infrarrojos cercanos (también conocidas como luz activa): pupila brillante y pupila oscura. Su diferencia se basa en la ubicación de la fuente de iluminación con respecto a la óptica. Si la iluminación es coaxial con el camino óptico, entonces el ojo actúa como un retrorreflector ya que la luz se refleja en la retina creando un efecto de pupila brillante similar al ojo rojo . Si la fuente de iluminación está desplazada respecto del camino óptico, entonces la pupila aparece oscura porque la retrorreflexión de la retina se dirige lejos de la cámara. [37]
El seguimiento de pupila brillante crea un mayor contraste entre iris y pupila, lo que permite un seguimiento ocular más sólido con toda la pigmentación del iris y reduce en gran medida la interferencia causada por las pestañas y otras características que oscurecen la imagen. [38] También permite el seguimiento en condiciones de iluminación que van desde la oscuridad total hasta las más brillantes.
Otro método menos utilizado es el conocido como luz pasiva. Utiliza luz visible para iluminar, algo que puede causar algunas distracciones a los usuarios. [37] Otro desafío con este método es que el contraste de la pupila es menor que en los métodos de luz activa, por lo tanto, se utiliza el centro del iris para calcular el vector. [39] Este cálculo necesita detectar el límite del iris y la esclerótica blanca ( seguimiento del limbo ). Presenta otro desafío para los movimientos oculares verticales debido a la obstrucción de los párpados. [40]
Las configuraciones de seguimiento ocular varían enormemente. Algunas se montan en la cabeza, otras requieren que la cabeza esté estable (por ejemplo, con un soporte para la barbilla) y algunas funcionan de forma remota y rastrean automáticamente la cabeza durante el movimiento. La mayoría utiliza una frecuencia de muestreo de al menos 30 Hz. Aunque 50/60 Hz es más común, hoy en día muchos rastreadores oculares basados en video funcionan a 240, 350 o incluso 1000/1250 Hz, velocidades necesarias para capturar los movimientos oculares de fijación o medir correctamente la dinámica de las sacadas.
Los movimientos oculares se dividen típicamente en fijaciones y movimientos sacádicos (cuando la mirada se detiene en una posición determinada y cuando se mueve a otra posición, respectivamente). La serie resultante de fijaciones y movimientos sacádicos se denomina trayectoria de exploración. El seguimiento suave describe el seguimiento ocular de un objeto en movimiento. Los movimientos oculares de fijación incluyen microsacadas : pequeñas sacadas involuntarias que ocurren durante el intento de fijación. La mayor parte de la información del ojo se pone a disposición durante una fijación o un seguimiento suave, pero no durante una sacada. [41]
Las rutas de exploración son útiles para analizar la intención cognitiva, el interés y la relevancia. Otros factores biológicos (algunos tan simples como el género) también pueden afectar la ruta de exploración. El seguimiento ocular en la interacción entre humanos y computadoras (HCI) generalmente investiga la ruta de exploración con fines de usabilidad o como un método de entrada en pantallas dependientes de la mirada , también conocidas como interfaces basadas en la mirada. [42]
La interpretación de los datos registrados por los distintos tipos de rastreadores oculares se basa en diversos programas informáticos que los animan o representan visualmente, de modo que se puede resumir gráficamente el comportamiento visual de uno o más usuarios. El vídeo se suele codificar manualmente para identificar las AOI (áreas de interés) o, más recientemente, mediante inteligencia artificial. La presentación gráfica rara vez es la base de los resultados de las investigaciones, ya que están limitados en cuanto a lo que se puede analizar; las investigaciones que se basan en el seguimiento ocular, por ejemplo, suelen requerir medidas cuantitativas de los eventos de movimiento ocular y sus parámetros. Las visualizaciones más utilizadas son las siguientes:
Representaciones animadas de un punto de la interfaz Este método se utiliza cuando se examina el comportamiento visual de forma individual indicando dónde centró la mirada el usuario en cada momento, complementado con un pequeño recorrido que indica los movimientos sacádicos anteriores, como se ve en la imagen.
Representaciones estáticas de la trayectoria sacádica Esta es bastante similar a la descrita anteriormente, con la diferencia de que este es un método estático. Se requiere un mayor nivel de experiencia que con las animadas para interpretarlo.
Mapas de calor Representación estática alternativa, utilizada principalmente para el análisis aglomerado de los patrones de exploración visual en un grupo de usuarios. En estas representaciones, las zonas 'calientes' o de mayor densidad designan donde los usuarios enfocaron su mirada (no su atención) con mayor frecuencia. Los mapas de calor son la técnica de visualización más conocida para estudios de seguimiento ocular. [43]
Mapas de zonas ciegas o mapas de foco Este método es una versión simplificada de los mapas de calor donde se muestran de forma clara las zonas menos atendidas visualmente por los usuarios, permitiendo así una más fácil comprensión de la información más relevante, es decir, proporciona más información sobre qué zonas no fueron vistas por los usuarios.
Mapas de prominencia De manera similar a los mapas de calor, un mapa de prominencia ilustra áreas de enfoque al mostrar de manera brillante los objetos que llaman la atención sobre un lienzo inicialmente negro. Cuanto más se enfoque en un objeto en particular, más brillante aparecerá. [44]
Los rastreadores oculares miden necesariamente la rotación del ojo con respecto a algún marco de referencia. Esto suele estar vinculado al sistema de medición. Por lo tanto, si el sistema de medición está montado en la cabeza, como en el caso de los sistemas EOG o de los sistemas basados en vídeo montados en un casco, se miden los ángulos ojo-cabeza. Para deducir la línea de visión en coordenadas del mundo, la cabeza debe mantenerse en una posición constante o también deben rastrearse sus movimientos. En estos casos, la dirección de la cabeza se suma a la dirección del ojo-cabeza para determinar la dirección de la mirada. Sin embargo, si el movimiento de la cabeza es menor, el ojo permanece en una posición constante. [45]
Si el sistema de medición está montado en una mesa, como en el caso de las bobinas de búsqueda escleral o los sistemas de cámara (remotos) montados en la mesa, los ángulos de la mirada se miden directamente en coordenadas del mundo. Por lo general, en estas situaciones los movimientos de la cabeza están prohibidos. Por ejemplo, la posición de la cabeza se fija utilizando una barra de mordida o un soporte para la frente. Entonces, un marco de referencia centrado en la cabeza es idéntico a un marco de referencia centrado en el mundo. O, coloquialmente, la posición del ojo en la cabeza determina directamente la dirección de la mirada.
Hay algunos resultados disponibles sobre los movimientos oculares humanos en condiciones naturales en las que también se permiten los movimientos de la cabeza. [46] La posición relativa del ojo y la cabeza, incluso con una dirección de la mirada constante, influye en la actividad neuronal en las áreas visuales superiores. [47]
Se han realizado muchas investigaciones sobre los mecanismos y la dinámica de la rotación ocular, pero el objetivo del seguimiento ocular suele ser estimar la dirección de la mirada. Los usuarios pueden estar interesados en saber qué características de una imagen atraen la mirada, por ejemplo. El rastreador ocular no proporciona una dirección absoluta de la mirada, sino que puede medir únicamente los cambios en dicha dirección. Para determinar con precisión lo que está mirando un sujeto, se requiere un procedimiento de calibración en el que el sujeto mira un punto o una serie de puntos, mientras que el rastreador ocular registra el valor que corresponde a cada posición de la mirada. (Incluso las técnicas que rastrean las características de la retina no pueden proporcionar la dirección exacta de la mirada porque no existe una característica anatómica específica que marque el punto exacto en el que el eje visual se encuentra con la retina, si es que existe un único punto estable). Una calibración precisa y fiable es esencial para obtener datos válidos y repetibles sobre el movimiento ocular, y esto puede suponer un reto importante para sujetos no verbales o aquellos que tienen una mirada inestable.
Cada método de seguimiento ocular tiene ventajas y desventajas, y la elección de un sistema de seguimiento ocular depende de consideraciones de costo y aplicación. Existen métodos fuera de línea y procedimientos en línea como AttentionTracking . Existe un equilibrio entre costo y sensibilidad, y los sistemas más sensibles cuestan muchas decenas de miles de dólares y requieren una experiencia considerable para funcionar correctamente. Los avances en la tecnología informática y de video han llevado al desarrollo de sistemas de costo relativamente bajo que son útiles para muchas aplicaciones y bastante fáciles de usar. [48] Sin embargo, la interpretación de los resultados aún requiere cierto nivel de experiencia, porque un sistema desalineado o mal calibrado puede producir datos muy erróneos.
Un equipo del Instituto Federal Suizo de Tecnología ha filmado el movimiento de los ojos de dos grupos de conductores con una cámara especial: conductores novatos y experimentados registraron el movimiento de sus ojos mientras se acercaban a una curva de una carretera estrecha. La serie de imágenes se ha condensado a partir de los fotogramas originales de la película [50] para mostrar dos fijaciones de los ojos por imagen para una mejor comprensión.
Cada una de estas imágenes fijas corresponde aproximadamente a 0,5 segundos en tiempo real.
La serie de imágenes muestra un ejemplo de las fijaciones oculares n.° 9 a n.° 14 de un novato típico y de un conductor experimentado.
La comparación de las imágenes superiores muestra que el conductor experimentado revisa la curva e incluso le queda la fijación nº 9 para mirar a un lado, mientras que el conductor novato necesita revisar la carretera y estimar su distancia hasta el coche aparcado.
En las imágenes del medio, el conductor experimentado ahora está concentrado por completo en el lugar donde se puede ver un automóvil que se aproxima. El conductor novato concentra su vista en el automóvil estacionado.
En la imagen inferior, el novato está ocupado estimando la distancia entre la pared izquierda y el coche aparcado, mientras que el conductor experimentado puede utilizar su visión periférica para ello y aún así concentrar la visión en el punto peligroso de la curva: si aparece un coche allí, el conductor tiene que ceder el paso, es decir, detenerse a la derecha en lugar de pasar el coche aparcado. [51]
Estudios más recientes también han utilizado el seguimiento ocular montado en la cabeza para medir los movimientos oculares durante condiciones de conducción del mundo real. [52] [23]
Al caminar, los sujetos mayores dependen más de la visión foveal que los sujetos más jóvenes. Su velocidad al caminar se ve disminuida por un campo visual limitado , probablemente causado por un deterioro de la visión periférica.
Los sujetos más jóvenes utilizan tanto su visión central como la periférica al caminar. La visión periférica les permite controlar más rápidamente el proceso de caminar. [53]
Una amplia variedad de disciplinas utilizan técnicas de seguimiento ocular, incluyendo la ciencia cognitiva ; psicología (notablemente psicolingüística ; el paradigma del mundo visual); interacción hombre-computadora (HCI); factores humanos y ergonomía ; investigación de mercado e investigación médica (diagnóstico neurológico). [54] Las aplicaciones específicas incluyen el seguimiento del movimiento ocular en la lectura de idiomas , lectura de música , reconocimiento de actividad humana , la percepción de publicidad, la práctica de deportes, detección de distracciones y estimación de carga cognitiva de conductores y pilotos y como un medio para operar computadoras por personas con discapacidad motora severa. [23] En el campo de la realidad virtual, el seguimiento ocular se utiliza en pantallas montadas en la cabeza para una variedad de propósitos, incluyendo para reducir la carga de procesamiento al solo representar el área gráfica dentro de la mirada del usuario. [55]
En los últimos años, la creciente sofisticación y accesibilidad de las tecnologías de seguimiento ocular han generado un gran interés en el sector comercial. Las aplicaciones incluyen usabilidad web , publicidad, patrocinio, diseño de paquetes e ingeniería automotriz. En general, los estudios de seguimiento ocular comercial funcionan presentando un estímulo objetivo a una muestra de consumidores mientras un rastreador ocular registra la actividad ocular. Ejemplos de estímulos objetivo pueden incluir sitios web, programas de televisión, eventos deportivos, películas y comerciales, revistas y periódicos, paquetes, exhibidores de estanterías, sistemas de consumo (cajeros automáticos, sistemas de pago, quioscos) y software. Los datos resultantes pueden analizarse estadísticamente y representarse gráficamente para proporcionar evidencia de patrones visuales específicos. Al examinar fijaciones, movimientos sacádicos , dilatación de pupilas, parpadeos y una variedad de otros comportamientos, los investigadores pueden determinar mucho sobre la efectividad de un medio o producto determinado. Si bien algunas empresas completan este tipo de investigación internamente, hay muchas empresas privadas que ofrecen servicios y análisis de seguimiento ocular.
Un campo de investigación comercial de seguimiento ocular es la usabilidad web. Si bien las técnicas de usabilidad tradicionales suelen ser bastante eficaces para proporcionar información sobre los patrones de clics y desplazamientos, el seguimiento ocular ofrece la capacidad de analizar la interacción del usuario entre los clics y el tiempo que pasa un usuario entre clics, lo que proporciona información valiosa sobre qué características son las más llamativas, cuáles causan confusión y cuáles se ignoran por completo. En concreto, el seguimiento ocular se puede utilizar para evaluar la eficiencia de las búsquedas, la imagen de marca, los anuncios en línea, la usabilidad de la navegación, el diseño general y muchos otros componentes del sitio. Los análisis pueden centrarse en un prototipo o en un sitio de la competencia, además del sitio principal del cliente.
El seguimiento ocular se utiliza habitualmente en una variedad de medios publicitarios diferentes. Los anuncios comerciales, los anuncios impresos, los anuncios en línea y los programas patrocinados son todos propicios para el análisis con la tecnología actual de seguimiento ocular. Un ejemplo es el análisis de los movimientos oculares en los anuncios de las Páginas Amarillas . Un estudio se centró en qué características particulares hacían que las personas notaran un anuncio, si veían los anuncios en un orden particular y cómo variaban los tiempos de visualización. El estudio reveló que el tamaño del anuncio, los gráficos, el color y el texto influyen en la atención a los anuncios. Saber esto permite a los investigadores evaluar con gran detalle la frecuencia con la que una muestra de consumidores se fija en el logotipo, el producto o el anuncio de destino. Por lo tanto, un anunciante puede cuantificar el éxito de una campaña determinada en términos de atención visual real. [56] Otro ejemplo de esto es un estudio que descubrió que en una página de resultados de un motor de búsqueda , los fragmentos de autoría recibieron más atención que los anuncios pagos o incluso el primer resultado orgánico. [57]
Otro ejemplo de investigación comercial sobre seguimiento ocular proviene del campo de la contratación. Un estudio analizó cómo los reclutadores examinan los perfiles de LinkedIn y presentaron los resultados en forma de mapas de calor . [58]
En 2017, los científicos construyeron una red neuronal integrada profunda (DINN) a partir de una red neuronal profunda y una red neuronal convolucional. [24] El objetivo era utilizar el aprendizaje profundo para examinar imágenes de conductores y determinar su nivel de somnolencia "clasificando los estados oculares". Con suficientes imágenes, la DINN propuesta podría determinar idealmente cuándo parpadean los conductores, con qué frecuencia parpadean y durante cuánto tiempo. A partir de ahí, podría juzgar qué tan cansado parece estar un conductor determinado, realizando efectivamente un ejercicio de seguimiento ocular. La DINN se entrenó con datos de más de 2400 sujetos y diagnosticó correctamente sus estados entre el 96% y el 99,5% del tiempo. La mayoría de los demás modelos de inteligencia artificial funcionaron a tasas superiores al 90%. [24] Esta tecnología idealmente podría proporcionar otra vía para la detección de la somnolencia del conductor .
En un estudio de 2019, se construyó una red neuronal convolucional (CNN) con la capacidad de identificar piezas de ajedrez individuales de la misma manera que otras CNN pueden identificar rasgos faciales. [26] Luego se le suministraron datos de entrada de seguimiento ocular de 30 jugadores de ajedrez de varios niveles de habilidad. Con estos datos, la CNN utilizó la estimación de la mirada para determinar las partes del tablero de ajedrez a las que un jugador estaba prestando mucha atención. Luego generó un mapa de prominencia para ilustrar esas partes del tablero. Finalmente, la CNN combinaría su conocimiento del tablero y las piezas con su mapa de prominencia para predecir el próximo movimiento de los jugadores. Independientemente del conjunto de datos de entrenamiento con el que se entrenó el sistema de red neuronal, predijo el próximo movimiento con mayor precisión que si hubiera seleccionado cualquier movimiento posible al azar, y los mapas de prominencia dibujados para cualquier jugador y situación determinados fueron más del 54 % similares. [26]
Las personas con discapacidad motora grave pueden utilizar el seguimiento ocular para interactuar con ordenadores [59], ya que es más rápido que las técnicas de escaneo de un solo interruptor y su funcionamiento es intuitivo. [60] [61] El deterioro motor causado por la parálisis cerebral [62] o la esclerosis lateral amiotrófica a menudo afecta al habla, y los usuarios con discapacidad motora y del habla grave (SSMI) utilizan un tipo de software conocido como ayuda de comunicación aumentativa y alternativa (AAC), [63] que muestra iconos, palabras y letras en la pantalla [64] y utiliza un software de texto a voz para generar una salida hablada. [65] En los últimos tiempos, los investigadores también exploraron el seguimiento ocular para controlar brazos robóticos [66] y sillas de ruedas eléctricas. [67] El seguimiento ocular también es útil para analizar patrones de búsqueda visual, [68] detectar la presencia de nistagmo y detectar signos tempranos de discapacidad de aprendizaje mediante el análisis del movimiento de la mirada durante la lectura. [69]
El seguimiento ocular ya se ha estudiado para la seguridad del vuelo comparando las trayectorias de escaneo y la duración de la fijación para evaluar el progreso de los pilotos en formación, [70] para estimar las habilidades de los pilotos, [71] para analizar la atención conjunta de la tripulación y la conciencia situacional compartida. [72] También se exploró la tecnología de seguimiento ocular para interactuar con sistemas de visualización montados en el casco [73] y pantallas multifuncionales [74] en aeronaves militares. Se realizaron estudios para investigar la utilidad del rastreador ocular para el bloqueo del objetivo con la cabeza hacia arriba y la adquisición del objetivo con la cabeza hacia arriba en sistemas de visualización montados en el casco (HMDS). [73] Los comentarios de los pilotos sugirieron que, si bien la tecnología es prometedora, sus componentes de hardware y software aún deben madurar. [73] La investigación sobre la interacción con pantallas multifuncionales en el entorno del simulador mostró que el seguimiento ocular puede mejorar los tiempos de respuesta y la carga cognitiva percibida significativamente con respecto a los sistemas existentes. Además, la investigación también investigó la utilización de mediciones de fijación y respuestas pupilares para estimar la carga cognitiva del piloto. La estimación de la carga cognitiva puede ayudar a diseñar cabinas adaptativas de próxima generación con una seguridad de vuelo mejorada. [75] El seguimiento ocular también es útil para detectar la fatiga del piloto. [76] [23]
En los últimos tiempos, la tecnología de seguimiento ocular se ha investigado en el ámbito automotriz tanto de forma pasiva como activa. La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras midió la duración de la mirada para realizar tareas secundarias mientras se conduce y la utilizó para promover la seguridad al desalentar la introducción de dispositivos que distraigan excesivamente en los vehículos [77]. Además de la detección de distracciones, el seguimiento ocular también se utiliza para interactuar con IVIS [78] . Aunque la investigación inicial [79] investigó la eficacia del sistema de seguimiento ocular para la interacción con HDD (Head Down Display), aún requería que los conductores apartaran la vista de la carretera mientras realizaban una tarea secundaria. Estudios recientes investigaron la interacción controlada por la mirada con HUD (Head Up Display) que elimina la distracción de los ojos fuera de la carretera [80] . El seguimiento ocular también se utiliza para monitorear la carga cognitiva de los conductores para detectar posibles distracciones. Aunque los investigadores [81] exploraron diferentes métodos para estimar la carga cognitiva de los conductores a partir de diferentes parámetros fisiológicos, el uso de parámetros oculares exploró una nueva forma de utilizar los rastreadores oculares existentes para monitorear la carga cognitiva de los conductores además de la interacción con IVIS [82] [83]
El videojuego de 2021 Before Your Eyes registra y lee el parpadeo del jugador y lo utiliza como forma principal de interactuar con el juego. [84] [85]
El uso generalizado de la tecnología de seguimiento ocular ha arrojado luz sobre su uso en la ingeniería de software empírica en los años más recientes. La tecnología de seguimiento ocular y las técnicas de análisis de datos se utilizan para investigar la comprensibilidad de los conceptos de ingeniería de software por parte de los investigadores. Estos incluyen la comprensibilidad de los modelos de procesos comerciales, [86] y los diagramas utilizados en la ingeniería de software, como los diagramas de actividad UML y los diagramas EER . [87] Las métricas de seguimiento ocular como la fijación, la ruta de escaneo, la precisión de la ruta de escaneo, el recuerdo de la ruta de escaneo, las fijaciones en el área de interés / región relevante se calculan, analizan e interpretan en términos de comprensibilidad del modelo y del diagrama. Los hallazgos se utilizan para mejorar la comprensibilidad de los diagramas y modelos con soluciones adecuadas relacionadas con el modelo y mejorando los factores personales relacionados, como la capacidad de memoria de trabajo, la carga cognitiva , el estilo de aprendizaje y la estrategia de los ingenieros de software y modeladores.
La investigación cartográfica ha adoptado ampliamente las técnicas de seguimiento ocular. Los investigadores las han utilizado para ver cómo las personas perciben e interpretan los mapas . [88] Por ejemplo, el seguimiento ocular se ha utilizado para estudiar las diferencias en la percepción de la visualización 2D y 3D, [89] [90] la comparación de las estrategias de lectura de mapas entre novatos y expertos [91] o estudiantes y sus profesores de geografía, [92] y la evaluación de la calidad cartográfica de los mapas. [93] Además, los cartógrafos han empleado el seguimiento ocular para investigar varios factores que afectan la lectura de mapas, incluidos atributos como el color o la densidad de símbolos. [94] [95] Numerosos estudios sobre la usabilidad de las aplicaciones de mapas también aprovecharon el seguimiento ocular. [96] [97]
El compromiso diario de la comunidad cartográfica con los datos visuales y espaciales la posicionó para contribuir significativamente a los métodos y herramientas de visualización de datos de seguimiento ocular. [98] Por ejemplo, los cartógrafos han desarrollado métodos para integrar datos de seguimiento ocular con SIG , utilizando software SIG para una mayor visualización y análisis. [99] [100] La comunidad también ha entregado herramientas para visualizar datos de seguimiento ocular [101] [98] o una caja de herramientas para la identificación de fijaciones oculares basadas en un componente espacial de datos de seguimiento ocular. [102]
Dado que se prevé que el seguimiento ocular se convierta en una característica común en varios productos electrónicos de consumo, incluidos los teléfonos inteligentes, [103] las computadoras portátiles [104] y los cascos de realidad virtual, [105] [106] se han planteado preocupaciones sobre el impacto de la tecnología en la privacidad del consumidor. [107] [108] Con la ayuda de técnicas de aprendizaje automático , los datos de seguimiento ocular pueden revelar indirectamente información sobre la etnia, los rasgos de personalidad, los miedos, las emociones, los intereses, las habilidades y el estado de salud física y mental de un usuario. [109] Si dichas inferencias se extraen sin el conocimiento o la aprobación del usuario, esto puede clasificarse como un ataque de inferencia . Las actividades oculares no siempre están bajo control volitivo, por ejemplo, "las miradas impulsadas por estímulos, la dilatación de la pupila, el temblor ocular y los parpadeos espontáneos ocurren principalmente sin esfuerzo consciente, similar a la digestión y la respiración". [109] Por lo tanto, puede ser difícil para los usuarios de seguimiento ocular estimar o controlar la cantidad de información que revelan sobre sí mismos.
