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Eyetracking Begriffserklärung und Definition

eyetrackingMit dem Eyetracking wird die Blickerfassung von Menschen und Tieren erforscht. Mit Hilfe eines so genannten Eyetrackers werden die Blickbewegungen – meist Fixationen (genau betrachtete Punkte), Sakkaden (schnelle Bewegungen des Auges) und Regressionen – aufgezeichnet und analysiert. Das Eyetracking wird in Bereichen wie den Neurowissenschaften, der klinischen/kognitiven Linguistik, der Werbe-, Kognitions- und Wahrnehmungspsychologie, der Leseforschung und im Produktdesign angewandt.

Eyetracking als Urform wurde bereits im 19. Jahrhundert eingesetzt. Émile Javal beschrieb die Bewegungen des Auges beim Lesen. Mit der Erfindung der Filmkamera wurde die Methode perfektioniert. Erstmals war es möglich, die Blickbewegungen aufzuzeichnen und zu einem späteren Zeitpunkt zu analysieren. Pionierarbeit leistete der russische A. L. Yarbus, der den Einfluss der Aufgabenstellung in Bezug auf die Blickbewegungen setzte.

In den 70er Jahren etablierten sich neue Verfahren: Retinal-Nachbilder erzeugen durch starke Lichtreize Nachbilder auf der Netzhaut des Auges. Elektrookulogramme können die Spannung zwischen Netzhaut und Hornhaut des Auges messen. Verspiegelte Kontaktlinsen erlauben es, Reflexionen durch eine Kamera aufzuzeichnen. Bei der search.coil-Methode werden ebenfalls Kontaktlinsen verwendet, allerdings sind diese mit Spulen ausgerüstet und werden einem Magnetfeld ausgesetzt. Die Augenbewegung wird dann durch die induzierte Spannung errechnet.

Außerdem gibt es noch die Methode des „Video based Eyetracking„, bei dem spezielle Laser oder Infrarotgeräte Reflexionen auf der Hornhaut erzeugen, die zusammen mit der Pupillenposition zueinander von einer speziellen Kamera aufgezeichnet werden.

Technische Hintergründe

Es wird zunächst zwischen mobilen Eyetrackern, die auf dem Kopf der Testperson positioniert werden, und extern installierten Geräten unterschieden. Letztere lassen sich wiederum in zwei Kategorien unterteilen: Externe Remote-Geräte und solche, bei denen der Kopf des Probanden fixiert wird.

Bei mobilen Eyetrackig-Systemen werden die Augen- und die Blickfeldkamera mit einem Helm oder anderem Fixiersystem auf dem Kopf der teilnehmenden Person installiert, so dass sich diese frei bewegen kann. Mobile Eyetracker sind so perfekt für Feldstudien außerhalb des wissenschaftlichen Labors geeignet und werden etwa in der Marktforschung oder im Usability-Bereich eingesetzt. Damit lassen sich z.B. die Blickrichtungen in Geschäften und Supermärkten nachverfolgen oder aufzeigen, wohin der Proband auf Webseiten oder bei Filmszenen guckt.

Der Nachteil dieser Systeme besteht darin, dass die aufgezeichneten Daten nicht parametrisierbar sind und somit eine manuelle statistische Auswertung sehr aufwändig ist. Die Kameras zeichnen schließlich nur den jeweiligen Weg des Probanden und seine Blickpositionen auf. Deshalb werden solche Versuche eher individuell und anwenderzentriert ausgewertet.

Externe Eyetracking-Systeme, so genannte Remote Eyetracker, erlauben Messungen ohne Übertragungskabel und sonstige technische Geräte am Probanden. Er kann sich bei solchen Tests in einem vorgegebenen Bewegungsfeld frei bewegen, wobei z.B. auch seine Kopfbewegungen aufgezeichnet werden. Blickbewegungen auf einem Computermonitor werden von der Augenkamera automatisch erkannt, ohne dass der Proband in Kontakt mit den Geräten kommen muss.

Im Gegensatz dazu stehen Eyetracking-Systeme, bei denen der Kopf der Testperson fest in einem Gerät fixiert ist. Diese Systeme sind in der Regel teurer und unbequemer für den Probanden, liefern dafür aber genauere und vergleichbare Ergebnisse. Zu diesen „Tower“-Eyetracking-Geräten gehören die Pan-Tilt-Systeme, bei denen die Kamera die Kopfbewegungen des Probanden nachahmt, die Tilting-Mirror-Systeme, bei denen Kamera und Optik zwar fest stehen bleiben, dafür aber mechanisch betriebene Spiegel die Augenbewegungen bei Kopfbewegungen nachverfolgen, und die Fixed-Camera-Systeme, die durch Bildverarbeitungsmethoden einen Bewegungsfreiraum ermöglichen.

Aufbau eines Eyetracking-Systems

Bei Eyetracking-Versuchen sind die Systeme unterschiedlich aufgebaut. Ein Eyetracker besitzt jedoch immer eine Augenkamera, eine Kamera für das Blickfeld und eine Infrarotquelle. Am Beispiel des Modells „EL II“ soll nun der Aufbau eines Systems erläutert werden. Der Monitor, auf dem die zu betrachtenden Bilder dargestellt werden, sollte eine Größe von 17 Zoll haben, da diese Größe vor allem bei Leseexperimenten am geeignetsten ist. Die mit einem Netzwerkkabel verbundenen Programm- und Stimulusrechner sollten so aufgestellt sein, dass Lichtspiegelungen und andere ablenkende Reize während des Versuchs verhindert werden.

Der Programmrechner wird mit der Augenkamera und den Infrarotmarkern verbunden und sollte ebenso wie der Kontrollbildschirm außerhalb des Sichtfeldes des Probanden stehen. Am Headset befinden sich an beiden Seiten des Kopfes je eine Augenkamera sowie eine dritte Kamera auf dem Kopf, die auf einen von vier möglichen Infrarotmarker abgestimmt ist. Diese obere Kamera wird genau auf die Mitte des Stimulusmonitors eingestellt, die seitlichen Augenkameras befinden sich etwa auf Nasenhöhe. Anschließend erfolgen Kalibrierung und Validierung.

Anwendungsgebiete in Medizin, Psychologie und Marktforschung

Eyetracking wird in der Medizin etwa bei der Laserbehandlung von Augen eingesetzt, aber auch in der Neurologie, der Okulomotorik, der Gleichgewichtsforschung und bei Augenfehlstellungen. Ebenso findet Eyetracking Verwendung in den Neurowissenschaften (z.B. bei Studien mit MEG- oder EEG-Systemen), der Psychologie (bei der Wahrnehmung von Bildern oder Bewegungen, Analyse von Lernprozessen), der Marktforschung (Werbung, Packungsdesign, Point-of-Sale) und der Informatik (Aktivitätserkennung). Für körperlich behinderte Menschen bieten Eyetracking-Systeme die Möglichkeit der Computersteuerung via Augenmaus.

Ursprünglich wurde der Eyetracker vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelt, um auf der Internationalen Raumstation ISS Versuche durchzuführen. Erste Experimente zur Anpassung des Gleichgewichtssystems in der Schwerelosigkeit und bei der Rückkehr auf die Erde fanden von 2004 bis 2008 statt. Während ihres sechsmonatigen Aufenthalts auf der ISS durchliefen die Astronauten alle drei Wochen einen Versuch. Weitere regelmäßige Versuche fanden nach ihrer Rückkehr auf die Erde statt. Mittlerweile wird das ETD-System universell auf der ISS verwendet.



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