EL RASTREADOR OCULAR: el poder de tu mirada

El rastreador ocular es un Proyecto desarrollado por alumnos de 3º y 4º de la ESO y Bachillerato del IES Campanar. 

Alumn@s: Yesica Álvarez Ortega, Jorge Alvarruiz Campos, Manel Castillo Giménez, Pablo Cantero Aguilar, Nicolás Errandonea Barenboim, Francisco Guil Ruíz, Liu Ja He, Raúl Palomares Badenas, Rafael Palomares Badenas y Diego Senabre Bellido
Profesorado: Javier Agustí Almela y Olimpia López-Manzanares Beltrán

El Proyecto fue presentado en la X Feria Experimenta y obtuvo el premio del público y una mención por parte del Jurado. También se presentó en Expociencia 2015.


¿Qué es el rastreador ocular?
Cuando leemos nuestros ojos van realizando fijaciones en las palabras, al mirar a un escaparate, nuestra mirada se detiene unos segundos más en las cosas que nos gustan, cuando jugamos al fútbol nuestros ojos van siguiendo el balón… ¿Y si pudieras registrar el mapa de tu mirada? ¿Y si el movimiento de tus ojos pudiera mover el ratón del ordenador?  
El rastreador ocular (eyetracking) es un sistema que permite la interacción persona-ordenador. Iluminando el ojo con luz infrarroja conseguimos traducir el movimiento ocular en movimiento del cursor del ordenador o hacer un registro de lo que miras. En definitiva, este conjunto de técnicas, que incluye cámaras, sensores, lentes, luces, etc. permiten observar y monitorizar la forma en que una persona mira una imagen, una escena o una página web con la finalidad de estudiar el orden en que fija su atención en cada uno de los elementos y durante cuánto tiempo. El eyetracking puede utilizarse para evaluar una interfaz de usuario o utilizarse como dispositivo de entrada para interactuar con sistemas informáticos o físicos.

¿Para qué sirve?
Las aplicaciones del rastreador ocular como medio de interacción con el entorno son varias. Se esta empezando a usar esta tecnología en el caso de personas con movilidad reducida, construcción de paneles de control más ergonómicos, mejora del entrenamiento deportivo, juegos de ordenador, aplicaciones educativas para entrenar el control y focalización de la atención, etc.

Nuestro montaje

El objetivo del proyecto es montar un dispositivo de seguimiento ocular que permita controlar el cursor del ratón en la pantalla del ordenador, y así poder manejar diversas aplicaciones como juegos, programas de escritura, dibujo, etc.

La interfaz hombre-máquina de rastreo ocular que presentamos es un sistema formado por ordenador con una webcam adaptada para capturar la Radiación Infrarroja (IR). Para ello, se ha eliminado el filtro que bloquea las radiaciones infrarrojas y se ha añadido otro que bloquea todo el espectro lumínico, excepto la IR.

Por otra parte, con leds infrarrojos se ha montado un sistema de iluminación hacia el ojo para que el reflejo de la pupila se pueda utilizar como input de datos y determinar qué punto de la pantalla se está mirando. El ojo es sensible a longitudes de onda entre 400 nm. y 700 nm., y el espectro infrarrojo va de 700 nm. a 1000 μm. En nuestro caso, utilizamos leds que van de 720 a 850 nm. La ventaja de utilizar la luz IR es que proporciona una luz estable y, al ser invisible para el ojo, no interfiere con la visión. 

Se han realizado dos tipos de montaje, uno próximo al ojo y el otro remoto.
  • Soporte próximo (head mounted): Utilizando unas gafas de protección sobre las que se ha montado la cámara y los leds, con una separación entre 1,5 y 2 cm y con un apoyo que las mantiene paralelas al ojo. 
  • Soporte remoto: Con una plataforma sobre el teclado del ordenador, en la que se colocan tanto las luces como la cámara a una distancia entre 30 y 50 cm.


En ambos casos, tanto la cámara como los leds se conectan al ordenador por usb.

Con el software adecuado se convierte el movimiento del ojo en una serie de coordenadas X e Y, que se definen como el punto al cual se está mirando en el área de calibración. El software permite el rastreo (tracking) tanto de la pupila como de uno o dos reflejos de la córnea. Para detectar la mirada, hay que tener en cuenta que al ser un sistema basado en imágenes en movimiento capturadas por la cámara, el programa ha de pasar de un espacio de 2 coordenadas, a 3 coordenadas: eje X, eje Y, y  tiempo T.

La información acerca del punto de mira necesita de un postprocesado para agrupar los puntos de mira alcanzados anteriormente en áreas de interés y ser utilizados en el siguiente paso. Para este fin, se utilizan algoritmos de smoothing (suavizado), que eliminan ese ruido producido por el jitter, o retardo, que se produce cuando el usuario intenta mirar a un punto.
  1. Se ilumina el ojo con luz infrarroja
  2.  Se captura el reflejo en la retina con una webcam
  3. Se registran los movimientos del ojo con un programa informático
  4. Se procesa la información y se calcula el punto que se está mirando
  5.  Se utiliza esa información como input para controlar el puntero
La interacción hombre-máquina (Human Computer Interaction, HCI) se define como la forma que tiene una persona de interactuar con un ordenador (Yang and Chen, 2009). 

Ejercicio
Normalmente no somos conscientes de los movimientos de nuestros ojos. Prueba a seguir con tu mirada los números consecutivamente, empezando por el 1 y terminando por el 15.





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