Seguimiento de ojos (traducido del inglés eye tracking) es el proceso de evaluar, bien el punto donde se fija la mirada (donde estamos mirando), o el movimiento del ojo en relación con la cabeza. Este proceso es utilizado en la investigación en los sistemas visuales, en psicología, en lingüística cognitiva y en diseño de productos.
Existen diversos sistemas para determinar el movimiento de los ojos. La variante más popular utiliza imágenes de vídeo a partir de las cuales se extrae la posición del ojo. Otros métodos utilizan bobinas de búsqueda o están basados en :electrooculogramas.
Los dispositivos de seguimiento ocular portátiles también se utilizan cada vez más para aplicaciones de rehabilitación y asistencia (relacionadas, por ejemplo, con sillas de ruedas o brazos robóticos y control de prótesis) .
Historia En la década de 1800, los estudios de los movimientos oculares se realizaron mediante la observación directa. En 1879 en París, Louis Emile Javal observó que la lectura no implica un suave barrido de los ojos a lo largo del texto (como se suponía), sino una serie de paradas cortas (llamadas fijaciones) y sacadas rápidas. Esta observación planteó importantes cuestiones sobre la lectura que más tarde fueron exploradas durante la década de 1900: ¿En qué palabras se detienen los ojos? ¿Por cuánto tiempo? ¿Cuándo regresan de nuevo a las palabras que ya se ha visto? thumb|left|320px|Ejemplo de fijaciones y sacadas en un texto. Este es el patrón típico del movimiento de nuestros ojos en una lectura.
Edmund Huey construyó el primer prototipo de seguidor de ojos con una especie de lente de contacto con un agujero que se colocaba en los ojos del sujeto a seguir. El objetivo estaba conectado a un puntero de aluminio que se movía en respuesta al movimiento del ojo. Huey estudiaba y cuantificaba regresiones (sólo una pequeña proporción de los movimientos sacádicos son regresiones), y muestran que algunas palabras en oraciones no son fijas.
El primer seguidor de ojos no intrusivo fue construido por Guy Thomas Buswell en Chicago. Éste utiliza haces de luz que se reflejan en el ojo y luego las graba en una película. Buswell hizo estudios sistemáticos en la lectura y la visualización de imágenes.
En la década de 1950, Alfred L. Yarbus realizó una investigación de seguimiento ocular importante y debido a esto, su libro de 1967 se cotizó muy alto. Mostró que la tarea encomendada a un sujeto tiene una gran influencia en los movimientos oculares del sujeto. También escribió sobre la relación entre la fijación y el interés:
thumb|right|320px|Estudio realizado por Yarbus en 1967 donde se contempla que la tarea encomendada influye en el movimiento de los ojos.
"Todos los registros muestran de manera concluyente que el carácter del movimiento de los ojos es completamente independiente o prácticamente en función del material de la imagen y cómo se hizo, siempre que sea plana o casi plana". El patrón cíclico en el examen de las imágenes "no depende sólo de lo que se muestra en la imagen, sino también del problema que se enfrenta el observador y la información que se espera obtener de la imagen".
"Los registros de los movimientos oculares muestran que la atención del observador se lleva a cabo generalmente solo por ciertos elementos de la imagen, el movimiento de los ojos refleja los procesos del pensamiento humano, de modo que Yarbus pensó que el observador se puede seguir en cierta medida a través de los registros del movimiento de los ojos.
"La atención del observador es frecuentemente atraído por elementos que no dan información importante pero que, en su opinión, puede hacerlo. A menudo, un observador centrará su atención en los elementos que son inusuales en las circunstancias particulares, desconocido, incomprensible, y así sucesivamente ".
"... Al cambiar sus puntos de fijación, el ojo del observador en varias ocasiones vuelve a los mismos elementos de la imagen. El tiempo adicional es dedicado a la percepción que no se utiliza para examinar los elementos secundarios pero si a reexaminar los elementos más importantes".
En la década de 1970, las investigaciones de rastreo ocular se expandieron rápidamente. En 1980, Just y Carpenter describió la gran influencia del ojo y la mente con una hipótesis, la hipótesis de que "no hay ningún retraso apreciable entre lo que se fija y lo que se procesa". Si esta hipótesis es correcta, entonces cuando un sujeto mira a una palabra o un objeto, él o ella también piensa (proceso cognitivo), y por tanto queda exactamente registrado el tiempo de la fijación.
El 1980 se empezó a utilizar el seguimiento de ojos para resolver preguntas relacionadas con la interacción persona-ordenador. En concreto, los investigadores estudiaron cómo los usuarios podrían realizar búsquedas en los menús del ordenador. Además, los ordenadores permitieron a los investigadores utilizar el seguimiento de los ojos en tiempo real, principalmente para ayudar a los usuarios con discapacidades. Más recientemente, se ha producido un crecimiento en el uso del seguimiento ocular para estudiar cómo los usuarios interactúan con interfaces de usuario en PC. Los resultados de estas investigaciones se pueden utilizar para plantear posibles cambios en el diseño de la interfaz.
Otra área de investigación reciente se centra en el desarrollo Web. En esta se puede incluir cómo reaccionan los usuarios a los menús desplegables o saber en lo que se centran en una página web para que el desarrollador sepa dónde colocar un anuncio. Según Hoffman, el consenso actual es que la atención visual siempre va un poco (de 100 a 250 ms) por delante de los ojos. Pero tan pronto como se mueve la atención a una nueva posición, los ojos hacen lo mismo. Todavía no se puede inferir procesos cognitivos específicos directamente desde una fijación en un objeto determinado en una escena. Por ejemplo, una fijación en una cara en una fotografía que puede indicar el reconocimiento, gusto, disgusto, etc.
Tipos de seguimientos Principalmente se dividen en tres categorías:
Mediante sensado invasivo Utilizando algo adjunto al ojo como una lente de contacto especial con un espejo incorporado o un sensor de campo magnético. El movimiento de la unión se mide con el supuesto que no se deslice de manera significativa cuando el ojo gire. Las mediciones realizadas con lentes de contacto han aportado grabaciones extremadamente detalladas de los movimientos oculares. Las bobinas magnéticas es el método que utilizan para realizar estudios sobre la dinámica y la fisiología subyacente al movimiento del ojo.
Mediante sensado no invasivo El segundo tipo de seguimiento sería sin necesidad que haya contacto. A través de la luz, por lo general luz infrarroja, se refleja en los ojos y se capta mediante una cámara de video o algún otro sensor óptico. La información recogida se analiza para extraer la rotación de los ojos y los cambios en los reflejos. Los seguidores de ojos basados en vídeo suelen utilizar el reflejo corneal (la primera imagen de Purkinje) y el centro de la pupila como características para saber el paso del tiempo. Un tipo más sensible de seguidor de ojos sería el dual-Purkinje, el cual utiliza los reflejos de la parte frontal de la córnea (la primera imagen de Purkinje) y la parte posterior de la lente (cuarta imagen de Purkinje) como características principales. Otro método que aún es más sensible es uno que extrae las características de la imagen del interior de ojo, es decir, de los vasos sanguíneos de la retina. Los métodos ópticos, especialmente los basados en la grabación de video son ampliamente utilizados para el seguimiento de la mirada y están bien considerados porque no son invasivos y el coste es bajo.
Mediante potenciales eléctricos Finalmente, el tercer tipo utiliza el potencial eléctrico medido con electrodos colocados alrededor de los ojos para detectar el movimiento. Los ojos son el origen de un constante campo de potencial eléctrico que también se puede detectar en total oscuridad aunque estos estén cerrados. Puede estar modelado para generar un dipolo con el polo positivo en la córnea y el polo negativo en la retina.
La señal eléctrica que se puede derivar al uso de dos pares de electrodos de contacto colocados en la piel alrededor del ojo se llama electrooculograma (EOG). Si los ojos se mueven de la posición del centro hacia la periferia, la retina se acerca a uno de los electrodos, mientras que la córnea se acerca al opuesto. Este cambio en la orientación de los dipolos cambia consecuentemente los resultados del campo potencial eléctrico la señal EOG medida.
EOG es, sin embargo, una técnica muy robusta para medir los movimientos oculares sacádicos asociados con los cambios de la mirada y la detección de parpadeos. Al contrario que los seguidores de ojos basados en videos, EOG permite la grabación de los movimientos oculares, incluso con los ojos cerrados, y por lo tanto puede ser utilizado en la investigación de los sueños. Se trata de un muy ligero enfoque que, a diferencia de los seguidores actuales de ojos basados en videos, sólo necesita una potencia de cálculo muy baja y funciona bajo diferentes condiciones de iluminación.
Tecnologías y técnicas La extensa mayoría de diseños actuales son seguidores de ojos basados en vídeos. Una cámara enfoca uno o los dos ojos y graba sus movimientos mientras el sujeto mira una serie de estímulos. Los seguidores de ojos más modernos usan el contraste para localizar el centro de la pupila y crear un reflejo de la córnea a través de luz infrarroja e infrarroja cercana no colimada. El vector entre estas dos características puede usarse para computar la intersección de la mirada con una superficie después de una simple calibración individual. Se usan dos tipos generales de técnicas de seguimiento de ojos: pupila brillante y pupila oscura. La diferencia entre ellas se basa en la localización de la fuente de iluminación con respecto a los ojos. Si la iluminación es coaxial con la mirada, los ojos actúan como catadióptricos de manera que la luz refleja en la retina un efecto de pupila brillante parecido al de los ojos rojos. En cambio, si la fuente de iluminación no es coaxial con la mirada, la pupila aparece oscura ya que el retro reflejo de la retina se desvía lejos de la cámara. La técnica de la pupila brillante genera un mejor contraste iris/pupila debido a un seguimiento de ojos más correcto en relación con la pigmentación del iris y reduce significativamente les interferencias producidas por las pestañas y otras características ocultas. Esto además permite un seguimiento en condiciones que van desde la total oscuridad hasta una claridad alta. Estas técnicas no son muy efectivas para hacer seguimientos en exteriores ya que se producen interferencias en su monitorización.
Las configuraciones de los seguidores de ojos varían mucho; algunos se montan en la cabeza, otros requieren la cabeza solo para ser estables (por ejemplo con un apoya-mentón), y algunos siguen los movimientos de la cabeza de forma remota y automática durante el movimiento. La mayoría usan una frecuencia de muestreo de al menos 30 Hz. Aunque 50/60 Hz és lo más común, actualmente muchos seguimientos de ojos basados en video funcionan a 240, 350 o incluso 1000/1250 Hz, frecuencia que se necesita para captar en detalle los rápidos movimientos durante la lectura o durante los estudios de neurología.