Optimierung der Eye-Tracking-Leistung bei der Chameleon3 USB 3.1

Die Beobachtung von Augenbewegungen hat im Laufe der Jahre eine enorme Entwicklung durchlebt. Alles nahm seinen Anfang vor mehr als einem Jahrhundert, als der Schulpsychologe Edmund Huey eine Kontaktlinse mit Löchern für die Pupillen entwickelte, um festzustellen, wie Leute lesen. Heutzutage kommen nicht invasive Eyetracker in den verschiedensten Situationen zum Einsatz.

UX/UI-Experten und akademische Forscher verwenden die Eye-Tracking-Technologie, um Verhaltensdaten zu sammeln und Analysen für Bilder, Videos und Webseiten durchzuführen. Allein durch Blicke wird es Menschen mit Behinderungen möglich, eine Computermaus oder eine Tastatur auf dem Bildschirm zu steuern und zu bedienen. Entwickler setzen die Technologie derweil ein, um neue Eye-Tracking-Anwendungen zu entwickeln. 

In den vergangenen drei Jahren hat der GP3-Eyetracker von Gazepoint maßgeblich zu neuen und unerwarteten Entwicklungen auf diesen Märkten beigetragen. GP3 nutzt eine  Firefly MV -Kamera von FLIR und war damit der erste Eyetracker, der eine enorme Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit zu einem erschwinglichen Preis geboten hat. Im Sommer 2016 wird Gazepoint die Fähigkeiten des Gerätes mit der Markteinführung des neuen GP3HD ausbauen. Dieser stützt sich auf die Chameleon3 USB3  USB3 Vision-Kamera.

Hohe Standards im Eye-Tracking

Die aktuelle Version des GP3 Desktop-Eyetrackers wird unter dem Bildschirm und etwa eine Armlänge vom Nutzer entfernt angebracht. Um den Blickpunkt zu errechnen, werden Gesicht und Augen von Infrarotlichtern (IR) angestrahlt. Diese verringern die Empfindlichkeit gegenüber der Umgebungsbeleuchtung. Das System umfasst eine Firefly MV Mono USB 2.0-Platinenkamera , die hochwertige Bilder von der Pupille sowie eine Reflexion von der Oberfläche der Hornhaut, einen sogenannten Glint, aufnimmt. Des Weiteren setzt sich das System aus einem Miniaturobjektiv und einem IR-Durchlassfilter, kompakten IR-LED-Leuchten und dazugehörigen Steuergeräten und E/A-Elektronik zusammen.

Nachdem das FlyCapture SDK das Bild bezogen hat, isolieren Bildverarbeitungsalgorithmen die Pupille und Glints. Anhand dieser Bildmerkmale wird der Blickpunkt errechnet, sprich ein Schätzwert, der darauf verweist, auf welche Stelle ein Nutzer auf einem Bildschirm schaut.

Das GP3-System verfügt zudem über eine API, mit der Entwickler innovative Verfahren für erweiterte natürliche Mensch-Computer-Interaktionen untersuchen können. 

"Da die Augen das Fenster zu den Gedanken des Nutzers darstellen, sind die Erkenntnisse, die durch das Eye-Tracking gewonnen werden können, für eine Vielzahl von Anwendungen entscheidend. Dies umfasst alles von Gebrauchstauglichkeitsprüfungen bis hin zur akademischen Forschungsarbeit im Bereich der kognitiven Prozesse", sagte Dr. Craig Hennessey, Mitbegründer von Gazepoint.

Eye-Tracking: Die nächste Generation

Als Gazepoint mit der Entwicklung des GP3 begann, zogen die Ingenieure eine Vielzahl von Kameraherstellern aus der gesamten Welt in Betracht. "Wir haben uns aufgrund der erschwinglichen, qualitativ hochwertigen Produkte für die industrielle Bildverarbeitung, des freundlichen Kundendienstes und des vollausgestatteten SDKs für FLIR entschieden", erklärte Hennessey.

Dementsprechend erschien es nur logisch, dass sich Gazepoint für seinen Eyetracker der nächsten Generation, den GP3HD, ebenfalls wieder für ein Produkt von FLIR entscheiden würde. Die Chameleon3-Kamera baut auf den Vorzügen des ursprünglichen GP3 auf und sorgt damit für eine Optimierung verschiedener wichtiger Kennzahlen. Die erhöhte Auflösung (1280x1024) samt ½"-P1300-Global-Shutter-CMOS-Sensor von On Semi ermöglicht ein größeres Kamerasichtfeld und dementsprechend auch ein größeres zulässiges Spektrum an Kopfbewegungen vor dem System. Die Bildrate wurde ebenfalls von 60 Hz auf 150 Hz erhöht, was mit einer Verbesserung des temporalen Tracking-Vermögens des GP3HD einhergeht. Zudem wird dadurch ein weitaus stabileres Blickdatensignal gewährleistet. Gleichwie bei der Firefly MV im GP3 nutzt auch der GP3HD den Bild-Blitz-Controller der Chameleon3-Kamera, um das IR-LED-Beleuchtungssystem zu synchronisieren.

Gazepoint entschied sich damals aufgrund des sehr gängigen Anschlussbusses (USB2) für die Firefly MV. Auch bei der Wahl der neuen Kamera spielte der Anschluss eine entscheidende Rolle, sodass sich das Unternehmen für die Chameleon3 mit ihrem USB3-Bus entschied. Hennessey rechtfertigt dies wie folgt: "Das sind die Kernanforderungen an ein kostengünstiges, vielseitig einsetzbares System." Weitere Vorteile beider Kameras umfassen die qualitativ hochwertigen Kamerasensoren für die industrielle Bildverarbeitung, die gute IR-Empfindlichkeit und die elektrische Steuerung des IR-Beleuchtungssystems.

Ein Blick in die Zukunft

Dank seines zuverlässigen Fertigungsprozesses und der hohen Qualität seiner Komponenten wird der GP3 zunehmend als hochleistungsfähige und benutzerfreundliche Komplettlösung für das Eye-Tracking anerkannt. Durch den Einsatz der Chameleon3-Kamera geht Gazepoint davon aus, dass der GP3HD Forschern und Entwicklern, die das Produkt nach seiner Markteinführung im Sommer 2016 verwenden werden, sogar noch umfassendere Vorteile bieten wird.