Temi trattati Cenni di visione: la luce e l’anatomia dell’occhio I movimenti oculari
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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
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Cenni di visione: la luce
Proprietà delle onde elettromagnetiche
Riflessione
Assorbimento
Rifrazione
Mezzi opachi
Mezzi trasparenti
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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
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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
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Cenni di visione: l’occhioProcesso di accomodamento: permette di mettere a fuoco oggetti posti a diverse distanze
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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
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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.
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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!
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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).
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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)
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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
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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
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Cenni di visione: il campo visivo
Visione foveale e parafovealeI movimenti oculari ci permettono di ampliare il nostro campo visivo (saccadi riflesse)
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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Strumenti VOG Strumenti a mentoniera
Strumenti all in one
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Strumenti VOG Strumenti stand-alone
Strumenti head-mounted e occhialini
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Strumenti VOG
TelecameraTelecamera
NIRs-LED
Tobii 1750
Accuratezza 0.5°
Frame rate 50 Hz
Libertà di movimento
30x16x20
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Strumenti VOG
Illuminatori
Scene camera
Eye tacking sensor
IR Marker sensor
Tobii Glasses
Frame rate 30 Hz
Technique Dark pupil
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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.
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AOI Areas Of Interest (AOI) Selezionare e definire delle aree particolari all’interno dello stimolo (p.e. il brand),
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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
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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.
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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.
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Output
Gazereplay
Video che ricostruisce la sequenza delle saccadi e delle fissazioni
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Applicazioni: eye tracking passivoWeb usability
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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.
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Applicazioni: eye tracking passivoUsabilità
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Applicazioni: eye tracking passivo
Packaging
A seconda dello scopo (salute vs. sapore) i partecipanti guardavano aree diverse delle confezioni (Visschers, Hess & Siegrist, 2010).
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Applicazioni: eye tracking passivo
Human factors
La visualizzazione degli elementi a lista comporta una minore distrazione dell’automobilista.
Kujala & Saariluoma, 2011
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Applicazioni: eye tracking passivo
Neuropsicologia
Gruppo di controllo Bambini con autismo Bambini con sindrome di Williams
Riby & Hancock, 2008
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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
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Applicazioni: eye tracking attivoModulo internet
I link che possono essere attivato sono raggruppati e non interferiscono con l’esplorazione della pagina.
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Applicazioni: eye tracking attivoChirurgia
Tien & Atkis, 2008
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Applicazioni: eye tracking attivoAereonautica
Merchant & Schnell, 2000