Okulografija

Istorija

XIX a. visi tyrimai regos sistemos srityje buvo vykdomi tiktai stebėjimo būdu. 
1879 m.  Paryžiuje Lui Emilis Žavalis atrado tai, kad spausdinto teksto skaitymo procese, akys nejuda monotoniškai, kaip buvo manoma anksčiau. Akys daro trumpus sustojimus, kuriuos Žavalis pavadino fokusavimais, ir staigiais judesiais – sakadomis. Tyrimas suprovokavo daug klausimų dėl skaitymo proceso ypatybių atsiradimo, kurios buvo išaiškintos jau XX a.: ties kokiais žodžiais žmogus koncentruoja savo dėmesį? Kaip ilgai tai trunka? Kam reikalingas sugrįžimas prie žodžių, kuriuos žmogus jau matė?
Edmundas Hugh sukurė pirmą prietaisą akių sekimui. Prietaisas atrodė kaip lęšis su skyle vyzdžiui. Prietaisas buvo susietas su rodykle, padaryta iš aliuminio, kuri sinchroniškai judėjo kartu su akies obuoliu.  Hju naudojo kvantines regresijas (tik mažoji dalis sakadų yra iš tikrųjų regresijos). 
Pirmas neinvazinis akių stebėtojas buvo sukurtas Gi Тomasu Bušvelu Čikagoje. Bušvelas naudojo šviesos spindulių atspindžius nuo akies obuolio į jautrią šviesai juostelę. Tokiu būdu jis pravesdavo mokslinius tyrimus, nagrinėdamas skaitymo procesų ypatybę.
1950 m. Maskvoje rusų mokslininkas  Alfredas Jarbusas padarė svarbius mokslinius tyrimus akių stebėjimo srityje  ir jo monografija 1967 m. buvo labai aukštai įvertinta pasaulio akademinės bendruomenės. Jis parodė, kad formali užduotis, priskirta bandomajam asmeniui, turi didžiulį poveikį eksperimento rezultatui.
Jis taip pat aprašė ryšį tarp bandomojo asmens motyvacijos ir jo žvilgsnio fokusavimų: „Atlikti tyrimai… rodo, kad akių judėjimo pobūdis arba yra visiškai nepriklausomas, arba yra labai mažai priklausomas vizualaus turinio“. Serija bandymų parodė, kad eksperimento rezultatas priklausomas ne tik nuo vizualinio stimulo, bet ir nuo užduoties, nustatytos bandomajam, o taip pat nuo informacijos, kurią bandomas subjektas tikisi gauti iš vaizdo stimulo.
Eksperimento akių judėjimo vertinimo įrašai parodė, kad tik nedidelė dalis vaizdinių elementų pritraukia bandomojo objekto dėmesį ir jo akys fiksuojasi ties tais elementais. Akių judėjimo procesas atspindi žmogaus mąstymo procesą. Žvilgsnis su kai kuriuo užlaikimu juda link taško, į kurį sukoncentruotas visas bandomojo dėmesys. Tokiu palyginus paprastu būdu galima išaiškinti, kokie elementai labiausiai pritraukia bandomojo dėmesį, kaip dažnai ir kokia tvarka.
Dažniausiai bandomojo dėmesį pritraukdavo elementai, kurie negali suteikti  svarbios informacijos, tačiau pagal jo asmeninę nuomonę, gali tai padaryti. Dažnai bandomojo akys fiksuojasi ties tais elementais, kurie paprasčiausiai yra neįprasti tokiame kontekste..
Judant nuo vieno taško iki kito, bandomojo akis dažniausiai grįžta prie tų elementų, kuriuos jis anksčiau yra matęs, t. y. papildomą laiką naudoja antrinei peržiūrai labiau svarbių elementų, nei mažiau svarbių elementų.
1970 m. akių judėjimo sekimo tyrimai sparčiai pradėjo plisti, ypač  skaitymo teorijos ribose.
1980 m. „Just and Carpenter“ suformulavo hipotezę apie sąryšį tarp žmogaus sąmonės ir vizualinės sitemos. «Neegzistuoja esminio skirtumo tarp to, ties kuo fiksuoja savo dėmesį žmogus ir to, ką jis bando suprasti». Jeigu šita hipotezė yra teisinga, reiškia, kad žiūrint į žodį arba objektą, žmogus mąsto apie jį (kognityvinis procesas) bei šis procesas pagal laiko užtrukimą yra analogiškas laiko tarpui, kurį žmogus skiria fokusavimuisi. 
Praeito amžiaus septinto dešimtmečio laikotarpiu šita hipotezė plito paslėpto dėmesio problemos atžvilgiu. Paprasčiausiai, paslėptas dėmesys – žmonės dažnai žiūri ne į tai, kas iš tikrųjų atkreipia jų dėmesį. Paslėptas dėmesys matomas akių stebėjimo įrašuose, kurių metu žvilgsnio pėdsakas ir fokusavimosi taškas skiriasi, nes juda pro objektus, kurie iš tikrųjų pritraukė dėmesį .  

Akių stebėtojų rūšys

Akių stebėtojai nustato optinės ašies orientaciją bei orientacijos pasikeitimų dinamiką laike. Tai daroma keliais būdais, tačiau juos galima suskirstyti į tris dideles grupes.
Pirmasis būdas naudoja mechaninį kontaktą su akimi. Tai gali būti kontaktiniai lęšiai su įmontuotais veidrodžiais, tai gali būti miniatiūriniai prietaisai, kuriantys magnetinį lauką. Matavimai, atlikti specialiųjų kontaktinių lęšių dėka, parodė itin jautrių akių judėjimui įrašus. Gauti duomenys dažnai yra naudojami mokslininkų, nagrinėjančių dinamiką bei paslėptą akių fiziologiją.
Sekanti  kategorija naudoja bekontaktinius optinius metodus akių judėjimui registruoti. Naudojamos infraraudonųjų spindulių šviesos, kurias atsispindi akies obuolys. Jos yra registruojamos videokameros ar kito specialiai sukonstruoto optinio sensoriaus. Filmuotos medžiagos apdirbimo proceso metu, gaunama informacija apie akies obuolio orientaciją obuolio erdvėje ir jo dinamika laike. Akių stebėtojai, paremti filmavimu, dažnai naudoja atsispindintį infraraudonųjų spindulių apšvietimą nuo akies ragenos. Sudėtingesnis stebėtojo tipas, naudoja kaip ir atspindį nuo ragenos, taip ir atspindį nuo lęšio.
Trečioji kategorija naudoja elektros potencialus, matuojamus elektrodais, pastatytaus aplink akis. Kiekviena akis yra stabilaus elektros lauko šaltiniu, kuris gali būti aptiktas netgi esant visiškai tamsai, arba kai bandomasis užmerkia savo akis. Akis gali būti prilygintas prie dipolio, kurio teigiamas polis randasi ant ragenos, o neigiamas ant tinklainės. Elektrinis signalas gali būti gaunamas naudojant dviejų poros elektrodų būdu, įdiegiant į odą aplink vienos iš akių. Toks duomenų gavimo metodas vadinamas elektrookulograma (EOG). Jei akys juda iš centrinės pozicijos link periferinių, tai tinklainė artėja prie vieno iš elektrodų, o ragena prie kito. Šis procesas keičia dipolio orientaciją, kaip  rezultatas, dėl to kinta elektrinis laukas, ir būtent todėl keičiasi matuojamas EOG signalas. Taigi, šių dviejų elektrinių signalų analizė gali būti naudojama akių stebėjimui. 

Akių stebėtojo panaudojimas praktikoje

Galutinis vartotojas gali būti suinteresuotas tame, kokie vaizdo fragmentai labiausiai atkreipia bandomojo dėmesį. Vienas iš svarbiausių momentų yra tas, kad akių stebėtojas negali tiksliai atrasti tašką, kuris pritraukė dėmesį. Tačiau, akių judėjimo stebėjimas praverčia tuo, kad galima efektyviai nustatyti taškų eiliškumą, kurios pritraukia dėmesį. Tam, kad nustatyti kur nukreiptas žmogaus žvilgsnis, reikia padaryti kalibruotę. Tokių procedūrų metu, bandomajam siūloma paeiliui nukreipti savo žvilgsnį į kalibruotų markerių seriją. Tuo pačiu metu stebėtojas užrašo akių vyzdžių koordinates, kurios atitinka kiekvienam iš kalibruotų markerių.  Tiksli ir patikima kalibruotė būtina tam kad gauti teisingus ir atitinkančius realybę duomenis.

Akių stebėjimo panaudojimas sudetingose važinėjimo automobiliu situacijose

Dviejų grupių vairuotojų akių judėjimas buvo nuskenuotas akių stebėtoju, pritvirtintu ant bandomųjų žmonių galvų. Tyrimai buvo atlikti švedų federaliniame technologijų institute. Šiame eksperimente dalyvavo vairuotojai-naujokai ir vairuotojai su ilgamete patirtimi. Eksperimentas buvo sudarytas pagal važinėjimą labai siauru keliu. Paveikslėlyje parodytos serijos nuotraukų vairuotojo-naujoko ir vairuotojo su patirtimi. Nuotraukų seka apima laiko intervalą 0,5 sekundėmis.
Serija nuotraukų rodo kuo skyrėsi fiksacijos pas vairuotoją-naujoką ir pas vairuotoją su patirtimi. Pirmųjų nuotraukų palyginimas parodo, kad patyręs vairuotojas iš pradžių stebi važiojamosios dalies iškraipymą, tuo metu, kaip vairuotojas-naujokas, fokusuojasi ties parkuotais automobiliais. Vidutinėse nuotraukose matosi, kad patyręs vairuotojas koncentruojasi į sritį, kur teoriškai gali pasirodyti mašina važiuojantį į jo pusę, o vairuotojas-naujokas vis dar žiūri į priparkuotas mašinas. Apatinėse nuotraukose matosi, kad vairuotojas-naujokas įvertina atstumą tarp sienos iš kairės ir priparkuotų automobiliu, o patyręs vairuotojas gali naudoti šoninį regėjimą ir vis dar koncentruojasi ties pavojingo kelio posūkio: jei šioje srityje atsiras mašina, jis galės privažiuoti prie pakelės ir sustoti tarp priparkuotų mašinų.

Žvilgsnio stebėjimo technologija greito skaitymo mokymo metu

Skaitymo bei pratymų atlikimo metu, speciali įranga „Eye-Tracker“ stebi žvilgsnio judėjimo trajektoriją. Programa analizuoja informaciją apie akių jūdėjimą ir automatiškai tikrina užduočių atlikimą. Informacija nedelsiant perduodama žmogui, kuris padeda ištaisyti klaidas kad mokymas būtų efektyvesnis.

Jaunesniųjų bei vyresniųjų bandomųjų akių stebėjimas

Vyresnio amžiaus žmonės labiau remiasi centralizuotų regėjimu. Jų vaikščiojimo greitis mažesnis nei pas jaunesnius žmones. Jaunesni žmonės vaikščiuojimo procese nauduojasi kaip centralizuotu, taip ir išoriniu regėjimu. Išorinis regėjimas padeda jiems geriau kontraliuoti aplinką ir dėl to jie vaikšto greičiau.

Komercinės programos

Pastaraisiais metais smarkiai padidėjo akių stebėjimo sistemų sudėtingumas ir jų naudojimo paprastumas, todėl staigiai išaugo susidomėjimas iš komercinio sektoriaus pusės. Taikymo sistemos sudaro web-naudojimą, reklamą, išorės produkcijos dizaino optimizavimą ir produktų automatizavimą. Apskritai komercinis akių stebėjimo naudojimas nužengė į tai, kad vartotojų grupėms pateikiamas vienas tas pats vizualinis stimulas, stebint akių judėjimą. Galutinių stimulų pavyzdžiais gali būti interneto svetainės, televizijos programos, sporto rungtynių transliacijos, filmai, reklama, žurnalų bei laikraščių puslapiai, kai kurių produktų pakuotės, taip pat bankomatai ir vartotojų programinės įrangos sąsajos. Gauta informacija gali būti statistiškai analizuota ir atspindėti grafiškai tam, kad parodyti išvadų teisingumą.  Tyrimų fiksacijų, pasikeitusių vyzdžių dydžių, bei daugelio kitų parametrų metu, mokslininkai iš esmės gali nustatyti iš sukurtų informacinių išteklių, ir kalbėti apie produkto efektyvumą.
Akių stebėjimas tradiciškai naudojamas siekiant įvertinti reklamos efektyvumą įvairiems medijos resursams. Televizijos filmukai, reklama interneto svetainėse, rėmėjų logotipų rodymas televizijoje- visa tai atveria plačią komercinio akių stebėjimo veiklos sritį. Analizuojamas pakuočių bei logotipų parduotuvių vitrinuose pastebėjimas, laikraščiai, interneto svetainės ir tv laidos. Tai leidžia mokslininkams, detalizuotai įvertinti tai, kaip vartotojai įžvelgia arba ne galutinio produkto logotipą bei pakuotę, POS. Tokių būdu, vizualinįo imlumo deka, reklamos specialistas gali įvertinti reklamos bendrovės efektyvumą.
Akių stebėjimas leidžia pakuotės kūrėjams įvertinti jos efektyvumą. Tokiu būdu gali būti vertinamas pastebėjimas, patrauklumas ir tyrinėjamos pakuotės šiuolaikinių tendencijų atitinkamumas, siekiant optimalaus pasirinkimo. Akių stebėjimas dažnai yra nadojamas, kol komercinis produktas dar yra prototipo pradiniame etape. Prototipai dažniausiai yra testipjami poromis, siekiant nustatyti labiausiai veiksmingą dizainą, bei lyginant jį su konkurentų sprendimais.
Vienas iš labiausiai besivystančių akių stebėjimo būdu yra gatvės terminalų dizaino optyvizavimas. Šiuo metu mokslininkai priėjo iki to, kad siūlo integruoti akių stebėtojus į gatvės terminalų įrengimą. Pagrindinis uždavinys yra sumažinti laiko sąveiką tarp žmogaus ir prietaiso.
Akių stebėjimas taip pat gali nauduotis siekiant optimizuoti sistemos skaitmeninio fotoaparato autofokusavimą (aiškumas nukrypsta ten, kur žiūri vartotojas).
Nuo 2005 metų akių stebėjimo sistema yra naudojama visiškai paralyžiuotų žmonių bendravimo įrangoje. Jie leidžia surinkti tekstinius pranešimus, naršyti internete naudojant tik jų akis. Akių stebėjimas leidžia pasiekti teigiamų rezultatų, net jei smegenų paralyžius, kai pacientas nevalingai juda.