Temi trattati Cenni di visione: la luce e l’anatomia dell’occhio I movimenti oculari

1. Eyetrackingtechnology • Temi trattati • Cenni di visione: la luce e l’anatomia dell’occhio • I movimenti oculari • Visione e processi cognitivi • Strumenti di misurazione • Applicazioni

2. Cenni di visione: la luce Proprietà delle onde elettromagnetiche Riflessione Assorbimento Rifrazione Mezzi opachi Mezzi trasparenti

3. Cenni di visione: l’occhio Tessuto intermedio ricco di vasi sanguigni Tessuto esterno, la parte dura del bulbo oculare Tessuto interno, sede dei fotorecettori http://www.naturalmentescienza.it/ipertesti/visione/occhio.htm

4. 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

5. Cenni di visione: l’occhio Processo di accomodamento:permette di mettere a fuoco oggetti posti a diverse distanze

6. Cenni di visione: l’occhio Bastoncelli Coni La retina Converte l’energia luminosa in attività neurale (trasduzione). È organizzata in lamine per evitare effetti di riflessione interna all’occhio. STRATO 3 Cellule orizzontali STRATO 2 Cellule bipolari Cellule amacrine STRATO 1 Cellule gangliari LUCE

7. Cenni di visione: l’occhio Fotorecettori 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.

8. 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!

9. Cenni di visione: i movimenti oculari 6 muscoli estrinseci organizzati in tre coppie ad azione antagonista: Movimenti orizzontali muscoli retti mediali e laterali Movimenti verticali  muscoli retti superiore ed inferiore Torsione  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).

10. 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)

11. 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

12. Cenni di visione: i movimenti oculari • Smoothpursuit – 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

13. Cenni di visione: il campo visivo Visione foveale e parafoveale I movimenti oculari ci permettono di ampliare il nostro campo visivo (saccadi riflesse)

14. Perché registrare i movimenti oculari? Eye-mindassumption L’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.

15. Come registrare i movimenti oculari? Scleralcoil 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.

16. 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.

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

18. 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 eyetracking utilizza i riflessi corneali per ricostruire la posizione della pupilla nello spazio.

19. Strumenti VOG Strumenti a mentoniera Strumenti all in one

20. Strumenti VOG Strumenti stand-alone Strumenti head-mounted e occhialini

21. Strumenti VOG Telecamera NIRs-LED

22. Strumenti VOG IR Markersensor Illuminatori Scene camera Eyetackingsensor

23. Metriche Gazeduration somma della durata di una serie di fissazioni consecutive all’interno di una AOI Fixationdurationmean durata media delle fissazioni fatta sulla scena (in genere quando il valore è alto è indice di difficoltà da parte del partecipante) Numberoffixations 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.

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

25. AOI Gazedurationmean 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. Numberoffixations numero di fissazioni all’interno della AOI. Assunzione: elementi più importanti dovrebbero ricevere un maggior numero di fissazioni Timeto first fixation intervallo di tempo tra l’inizio della sessione e la prima fissazione all’interno della AOI. Observationcount quante volte il partecipante esplora una certa AOI

26. 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.

27. 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.

28. Output Gazereplay Video che ricostruisce la sequenza delle saccadi e delle fissazioni

29. Applicazioni: eyetracking passivo Web usability

30. Applicazioni: eyetracking passivo Web 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.

31. Applicazioni: eyetracking passivo Usabilità

32. Applicazioni: eyetracking passivo Packaging A seconda dello scopo (salute vs. sapore) i partecipanti guardavano aree diverse delle confezioni (Visschers, Hess & Siegrist, 2010).

33. Applicazioni: eyetracking passivo Human factors La visualizzazione degli elementi a lista comporta una minore distrazione dell’automobilista. Kujala & Saariluoma, 2011

34. Applicazioni: eyetracking passivo Neuropsicologia Bambini con sindrome di Williams Gruppo di controllo Bambini con autismo Riby & Hancock, 2008

35. Applicazioni: eyetracking 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

36. Applicazioni: eyetracking attivo Modulo internet I link che possono essere attivato sono raggruppati e non interferiscono con l’esplorazione della pagina.

37. Applicazioni: eyetracking attivo Chirurgia Tien & Atkis, 2008

38. Applicazioni: eyetracking attivo Aereonautica Merchant & Schnell, 2000