Blickbewegungsregistrierung

Mit Blickbewegungsregistrierung (Okulographie, Eye Tracking) bezeichnet man das Aufzeichnen der aus Fixationen, Sakkaden, langsamen Folgebewegungen und Vergenzbewegungen bestehenden Blickbewegungen einer Person.

Die Okulographie dient der Erforschung von Augenbewegungen und Augenbewegungsstörungen. Darüber hinaus wird die Okulographie als wissenschaftliche Methode in den Neurowissenschaften, der Psychologie (u.a. Wahrnehmungs-, Kognitions-, Werbe- und Entscheidungspsychologie), der Benutzerfreundlichkeits-Forschung, der Linguistik und der Sicherheitstechnik eingesetzt.

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Bereits zu Beginn des 19. Jahrhunderts versuchte man Augenbewegungen objektiv zu erfassen. Bis in die 60er Jahre hinein wurden dazu zahlreiche mechanische, fotografische und elektromagnetische Verfahren eingesetzt, die jedoch alle physisch unangenehm für die Probanden waren.

In den 70er Jahren wurden dann neue, für die Teilnehmer angenehmere, Verfahren entwickelt.

• Retinal-Nachbilder, durch eine Folge starker Lichtreize werden so genannte Nachbilder auf der Retina erzeugt, durch deren Position man die Augenbewegung schließen kann.
• Elektrookulogramme messen die elektrische Spannung zwischen Netzhaut (negativer Pol) und der Hornhaut (positiver Pol).
• Kontaktlinsenmethode, die verspiegelt sind und deren Reflexion von einer Kamera aufgezeichnet wird.
• search coil, bei der ebenfalls Kontaktlinsen eingesetzt werden, welche mit Spulen versehen sind und einem magnetischen Feld ausgesetzt werden. Aus der induzierten Spannung kann dann die Augenbewegung errechnet werden.
• Cornea Reflex Methode, welche die Reflexion einer oder mehrerer Lichtquellen (Infrarot oder spezielle Laser) auf der Hornhaut und die Pupillenposition zueinander nutzt. Das Augenbild wird mit einer geeigneten Kamera aufgenommen. Das Verfahren wird auch als "video based eye tracking" bezeichnet.

Je nach Anwendungsgebiet, experimentellen Anforderungen und Systemeigenschaften unterscheidet man bei videobasierten Blickbewegungsmeßsystemen heute im wesentlichen zwischen 4 Kategorien.

Eingabegerät

In den 90er Jahren eingeführte kopfgetragene (sog. "head-mounted") und berührungslose (sog. "remote") Systeme werden häufig im Umfeld mit Schwerpunkt auf einfacher Handhabung, schnelle und probandenfreundliche Benutzung eingesetzt. Sie dienen als Mensch-Maschine-Schnittstelle bzw. Eingabegerät.

Remote Eye Tracker

Remote Eye Tracker ermöglichen die Durchführung berührungsloser Messungen. Hierbei entfallen die sonst üblichen Kopfgestelle oder andere mechanische Bauteile wie Übertragungskabel oder Kinnstützen. Der Proband kann sich nach erfolgreicher Kalibrierung in einem gewissen Bewegungsradius frei bewegen. Ein bedeutender Aspekt liegt hierbei in der Kompensation der Kopfbewegungen. Eine Person kann einen Ort fixieren und dabei Kopfbewegungen durchführen, ohne den Fixationsort zu verlieren. Unterschiedliche Techniken werden dabei eingesetzt:

• Pan-Tilt-Systeme:

Mechanisch bewegliche Komponenten führen die Kamera mit Kameraoptik den Kopfbewegungen des Probanden nach. Aktuelle Systeme erreichen dabei Messraten von bis zu 120Hz.

• Tilting-Mirror-Systeme:

Während Kamera und Optik raumfest bleiben erlauben servogetriebene Spiegel ein Nachverfolgen des Auges bei Kopfbewegungen.

• Fixed-Camera-Systeme:

Diese Systeme verzichten auf jegliche mechanisch bewegliche Komponenten und erzielen den Bewegungsfreiraum mittels Bildverarbeitungsmethoden.

Ein weiteres, sehr spezifisches Anwendungsfeld ist der Bereich im Fahrzeug, bei dem neben dem Blickverhalten auch Fahrerzustandserkennung (z.B. Müdigkeit) über die Dynamik des Lidschlusses erfasst werden kann.

Remote Eye Tracking erfolgt in der Regel in einem mechanisch definierten Aufbau von Eye Tracker und Stimulus und erlaubt daher auch identische Experimente mit einer Vielzahl von Probanden durchzuführen und die Ergebnisse auf dem gleichen Stimulus zu analysieren.

Anwendungsgebiete sind z.B.:

• Blickwinkelregistrierung für Werbung, Ergonomie und Psychologie
• Computersteuerung für körperlich beeinträchtigte
• Mensch-Maschine-Interaktion

Head-mounted Eye Tracker

Kopfgetragene Systeme, oder Head-mounted Eye Tracker erlauben in erster Linie Mobilität. Auswertungen und Analysen erfolgen im Wesentlichen individuell und anwenderzentriert. Eine ebenfalls am Kopfsystem befestige Szenenkamera zeichnet ein Video auf, dass i. d. R. dem Sichtfeld des Probanden entspricht. In diesem Video wird die Blickposition des Probanden eingespielt und erlaubt so online, aber auch in der Analyse offline, eine Verfolgung des Blickpfades während einer freien Betätigung des Probanden. Generalisierung über mehrere Probanden und Aufmerksamkeitsanalyse auf bestimmte Objekte lässt sich technisch über 3D/6D Positionserfassungssysteme (sog. Head Tracker)

Anwendungsbegiete sind z.B.:

• Marktforschung, Kommunikationspsychologie
• Mensch-Maschine-Interaktion
• Simulator und Traingsanalyse

Medizin

Im direkten medizinischen Umfeld finden Systeme zur Blickbewegungsmessung, zum Teil als zertifizierte Medizinprodukte, Einzug in Diagnostik und Therapie. Die populäre Laserbehandlung bei Fehlsichtigkeiten verdankt Ihren Erfolg u.a. dem Einsatz von Eye Trackern, welche sicherstellen, dass der Laser die Hornhaut an der geplanten Stelle behandelt und Augenbewegungen überwacht werde. Gegebenenfalls wird der Laser nachgeführt - oder aber abgeschaltet bis das Auge wieder die richtige Position hat. Andere Systeme der Video-Oculographie wiederum wurden und werden eingesetzt im Bereich der Neurologie, Gleichgewichtsforschung, Okulomotorik und Augenfehlstellungen.

Neurowissenschaften

Zunehmend Verwendung finden Eye Tracking Systeme im Umfeld interdisziplinaerer Forschung, z.B. Psychologie und Neurowissenschaften. Eye Tracker werden dabei eingesetzt bei funktioneller Bildgebung in Kernspintomographen (fMRI), bei Studien an Magnetoenzephalographie-Geräten (MEG), in Verbindung mit Elektroenzephalografie (EEG)-Systemen etc.

Hochleistungssysteme

In diese Kategorie kann man Anwendungen klassifizieren, die einen außerordentlich hohen Anspruch and Datenqualität, Systemgenauigkeit und Abtastrate, also Messfrequenz, haben. Bei Mindestanforderungen von ca. 250 Hz erzielen Hochleistungssysteme zur Zeit Abtastraten von 1250Hz bei Genauigkeiten von einigen Zehntel Grad Auflösung auf dem Stimulus. Speziallösungen sowohl für mechanische Probandenfixierung als auch für Leseforschung exisitieren hier ebenfalls.

Anwendungsgebiete:

• Studien zu kleinen und kleinsten Augenbewegungen (Sakkaden, Mikrosakkaden)
• Neuropsychologie, Neurologie

Quellen

Literatur

• Alan Dix; Finlay, Janet; Abowd, Gregory; Beale, Russell: Mensch Maschine Methodik. Prentice Hall, München 1995. ISBN 3930436108