miniatura|Seguiment del moviment dels ulls en pacients amb glaucoma en un entorn de conducció El seguiment d'ulls és un procés per mesurar la posició dels ulls i els moviments oculars quan s'està realitzant una acció determinada. S'utilitzen en la investigació sobre el sistema visual, en la psicologia, la lingüística cognitiva i en disseny de productes. Hi ha una sèrie de mètodes per mesurar el moviment de l'ull. La variant més popular utilitza imatges de vídeo del qual s'extreu la posició de l'ull. Altres mètodes utilitzen bobines de cerca o es basen en el electrooculograma.
Història miniatura|esquerra|Exemple de fixacions i sortides en un text. Aquest és el patró típic del moviment dels ulls en la lectura. A la dècada de 1800, els estudis dels moviments oculars es van realitzar mitjançant l'observació directa. El 1879 a París, Louis Emile Javal va observar que la lectura no implica un suau escombrat dels ulls al llarg del text (com es suposava), sinó una sèrie de parades curtes (anomenades fixacions) i sortides ràpides. Aquesta observació va plantejar importants qüestions sobre la lectura que més tard van ser explorades durant la dècada de 1900: A quines paraules s'aturen els ulls? Quant de temps? Quan tornen de nou a les paraules que ja s'han vist?
Edmund Huey va construir el primer prototip de seguidor d'ulls amb una espècie de lent de contacte amb un forat que es col·locava als ulls del subjecte a seguir. L'objectiu estava connectat a un punter d'alumini que es movia en resposta al moviment de l'ull. Huey estudiava i quantificava regressions (només una petita proporció dels moviments sacàdics són regressions) i mostren que algunes paraules en oracions no són fixes.
El primer seguidor d'ulls no intrusiu va ser construït per Guy Thomas Buswell a Chicago. Aquest utilitza feixos de llum que es reflecteixen a l'ull i després els grava en una pel·lícula. Buswell va fer estudis sistemàtics en la lectura i la visualització d'imatges. A la dècada de 1950, Alfred L. Yarbus va realitzar una investigació de seguiment ocular important i a causa de això, el seu llibre de 1967 es va cotitzar molt alt. Va mostrar que la tasca encomanada al subjecte té una gran influència en els seus moviments oculars. També va escriure sobre la relació entre la fixació i l'interès:
miniatura|upright=1.4|Estudi realitzat per Yarbus en 1967 on es contempla que la feina encomanada influeix en el moviment dels ulls. “Tots els registres mostren de forma concloent que el caràcter del moviment dels ulls és completament independent o pràcticament en funció del material de la imatge i com es va fer, sempre que sigui plana o quasi plana”. El patró cíclic en l'examen de les imatges “no depèn només del que es mostra a la imatge, sinó també del problema que afronta l'observador i la informació que espera obtenir de la imatge”.
“Els registres dels moviments oculars mostren que l'atenció de l'observador es porta a terme normalment només per certs elements de la imatge, els moviments dels ulls reflecteixen els processos del pensament humà, així que Yarbus va pensar que l'observador es pot seguir en certa manera amb els registres dels moviments dels ulls.
“L'atenció de l'observador és freqüentment atreta per elements que no donen informació important però que, en la seva opinió, poden fer-ho. Sovint, un observador centrarà la seva atenció en els elements que són inusuals en les circumstàncies particulars, desconegut, incomprensible, i així successivament”.
“...Al canviar els seus punts de fixació, l'ull de l'observador en diverses ocasions torna als mateixos elements de la imatge. El temps addicional és dedicat a la percepció que no es fa servir per examinar els elements secundaris però a reexaminar els elements més importants”. A la dècada de 1970, les investigacions de rastreig ocular es van expandir ràpidament. El 1980, Just i Carpenter van descriure la gran influència de l'ull i la ment com una hipòtesi, la hipòtesi de “no hi ha cap retard apreciable entre el que es fixa i el que es processa”. Si aquesta hipòtesi és correcta, quan un subjecte mira una paraula o un objecte, ell o ella també pensa (procés cognitiu) i, per tant, queda exactament registrat el temps de la fixació.
El 1980 es va començar a fer servir el seguiment d'ulls per resoldre preguntes relacionades amb la interacció persona-ordinador. En concret, els investigadors van estudiar com els usuaris podrien realitzar cerques en els menús de l'ordinador. A més, els ordinadors van permetre als investigadors fer servir el seguiment dels ulls a temps real, principalment per ajudar els usuaris amb discapacitat. Més recentment, es va produir un creixement de l'ús d'aquesta tecnologia per estudiar com els usuaris interaccionen amb les interfícies dels ordinadors. Els resultats d'aquestes investigacions es poden fer servir per plantejar possibles canvis en el disseny de la interfície. Una altra àrea d'investigació recent se centra en el desenvolupament web. En aquesta es pot incloure com reaccionen els usuaris als menús desplegables o saber en el qual se centren en una pàgina web perquè el desenvolupador sàpiga on col·locar un anunci. Segons Hoffman, el consens actual és que l'atenció visual sempre va una mica (de 100 a 250 ms) per davant dels ulls. Però tan aviat com es mou l'atenció a una nova posició, els ulls fan el mateix. Encara no es poden inferir processos cognitius específics des de la fixació d'un objecte determinat en una escena. Per exemple, una fixació en una cara d'una fotografia pot indicar reconeixement, gust, disgust, etc.
Tipus de seguidors Principalment es consideren tres categories:
Mitjançant un mètode invasiu Utilitzant quelcom adjunt a l'ull com una lent de contacte especial amb un mirall incorporat o un sensor de camp magnètic. El moviment de la unió es mesura amb el supòsit que no llisqui de manera significativa quan l'ull giri. Les mesures realitzades amb lents de contacte han aportat gravacions extremadament detallades dels moviments oculars. Les bobines magnètiques és el mètode que utilitzen per fer estudis sobre la dinàmica i la fisiologia subjacent al moviment de l'ull.
Mitjançant un mètode no invasiu El segon tipus de seguidor seria sense necessitat que hi hagi cap mena de contacte. A través de la llum, en general llum infraroja, es reflecteix en els ulls i es capta mitjançant una càmera de vídeo o algun altre sensor òptic. La informació recollida s'analitza per extreure la rotació dels ulls i els canvis dels reflexos. Els seguidors d'ulls basats en vídeo solen utilitzar el reflex corneal (la primera imatge de Purkinje) i el centre de la pupil·la com a característiques per saber el pas del temps. Un tipus més sensible de seguidor d'ulls seria el dual-Purkinje, el qual utilitza els reflexos de la part frontal de la còrnia (la primera imatge de Purkinje) i la part posterior de la lent (quarta imatge de Purkinje) com a característiques principals. Un altre mètode que encara és més sensible és un que extreu les característiques de la imatge de l'interior de l'ull, és a dir, dels vasos sanguinis de la retina. Els mètodes òptics, especialment els basats en la gravació de vídeo són àmpliament utilitzats per al seguiment de la mirada i estan ben considerats perquè no són invasius i el cost és baix.
Mitjançant potencials elèctrics Finalment, el tercer tipus utilitza el potencial elèctric mesurat amb elèctrodes col·locats al voltant dels ulls per detectar el moviment. Els ulls són l'origen d'un constant camp de potencial elèctric que també es pot detectar en foscor total, encara que els ulls estiguin tancats.
Pot estar modelat per generar un dipol amb el pol positiu a la còrnia i el pol negatiu a la retina. El senyal elèctric que es pot derivar a l'ús de dos parells d'elèctrodes de contacte col·locats a la pell al voltant de l'ull es diu electrooculograma (EOG). Si els ulls es mouen de la posició del centre cap a la perifèria, la retina s'acosta a un dels elèctrodes, mentre que la còrnia s'acosta a l'oposat. Aquest canvi en l'orientació dels dipols canvia conseqüentment els resultats mesurats del camp potencial elèctric del senyal EOG.
EOG és, però, una tècnica molt robusta per mesurar els moviments oculars sacàdics associats amb els canvis de la mirada i la detecció de parpelleigs. Al contrari que els seguidors d'ulls basats en vídeos, EOG permet l'enregistrament dels moviments oculars, fins i tot amb els ulls tancats i, per tant, pot ser utilitzat en la investigació dels somnis. Es tracta d'un molt lleuger enfocament que, a diferència dels seguidors actuals d'ulls basats en vídeos, només necessita una potència de càlcul molt baixa i funciona sota diferents condicions d'il·luminació.
Tecnologies i tècniques L'extensa majoria de dissenys actuals són seguidors d'ulls vídeos basats en vídeos. Una càmera enfoca un o els dos ulls i grava els seus moviments mentre l'individu mira una sèrie d'estímuls. Els seguidors d'ulls més moderns utilitzen el contrast per localitzar el centre de la pupil·la i crear un reflex a la còrnia a través de llum infra-roja i infra-roja propera no colimada. El vector entre aquestes dues característiques es pot utilitzar per computar la intersecció de la mirada amb una superfície després d'un simple calibratge individual. S'usen dos tipus generals de tècniques de seguiment d'ulls: pupil·la brillant i pupil·la fosca. La diferència entre elles es basa en la localització de la font d'il·luminació pel que fa als ulls. Si la il·luminació és coaxial amb la mirada, els ulls actuen com catadiòptrics de manera que la llum reflecteix en la retina un efecte de pupil·la brillant semblant al dels ulls vermells. En canvi, si la font d'il·luminació no és coaxial amb la mirada, la pupil·la apareix fosca, ja que el retro reflex de la retina es desvia lluny de la càmera. La tècnica de la pupil·la brillant genera un millor contrast iris/pupil·la a causa d'un seguiment d'ulls més correcte amb relació a la pigmentació de l'iris i redueix significativament les interferències produïdes per les pestanyes i altres característiques ocultes. Això a més a més permet un seguiment en condicions que van des de la total foscor fins a una alta claredat. Aquestes tècniques però no són efectives per fer seguiments en exteriors, ja que es produeixen interferències en el seu monitoratge.
Les configuracions dels seguidors d'ulls varien molt; alguns es munten al cap, d'altres requereixen el cap només per ser estables (per exemple amb un recolza-barbeta), i d'altres segueixen els moviments del cap de forma remota i automàtica durant el moviment. La majoria fan servir una freqüència de mostreig d'almenys 30 Hz. Encara que 50/60 Hz és el més comú, actualment molts seguiments d'ulls basats en vídeo funcionen a 240, 350 o fins i tot 1000/1250 Hz, freqüència que es necessita per captar en detall els ràpids moviments durant la lectura o durant els estudis de neurologia.
El moviment dels ulls normalment es divideix en fixacions i sortides, quan la mirada s'atura a certa posició i quan es mou a una altra posició respectivament. Les sèries resultants de les fixacions i les sortides s'anomena scanpath. La majoria de la informació dels ulls es fa disponible durant la fixació, però no durant la sortida. Els un o dos graus centrals (la fòvea) aporta la major part de la informació; els inputs de les excentricitats més extenses (la perifèria) donen menys informació. Per tant, la localització de les fixacions al llarg del scanpath mostren quins punts d'informació dels estímuls són processats durant una sessió de seguiment d'ulls. De mitja, les fixacions duren al voltant de 200 ms durant la lectura de texts lingüístics i 350 ms durant la visió d'una escena. Preparar la sortida cap a un nou objectiu porta al voltant de 200 ms.