Katseenseuranta

Katseenseuranta on prosessi, jossa mitataan katseen suuntaa ja muita katseen käyttäytymiseen liittyviä ilmiöitä. Katseenseurantalaite on laite katseen suunnan ja silmien liikkeen mittaamiseksi. Katseenseurantaa käytetään muun muassa näön tutkimuksessa, psykologiassa, psykolingvistiikassa, markkinoinnissa, syöttölaitteena ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutuksessa ja tuotesuunnittelussa. Katseenseurantaa käytetään myös yhä enemmän kuntouttavissa ja avustavissa sovelluksissa (jotka liittyvät esimerkiksi pyörätuolien, robottivarsien ja proteesien hallintaan). Katseen liikkeen mittaamiseen on olemassa useita menetelmiä. Suosituimmassa menetelmässä katseen suunta tunnistetaan silmästä heijastuneen valon perusteella. Muut menetelmät perustuvat esimerkiksi magnetometriaan tai elektro-okulografiaan . 
Katseen suunnan lisäksi tyypillisiä tutkimuskohteita ovat katseen lyhyet pysähdykset eli niin kutsutut "fiksaatiot" ja niiden välissä tapahtuvat nopeat liikkeet, "sakkadit." Fiksaatioiden aikanakaan silmä ei ole täysin pysähdyksissä, ja tällöin tapahtuvia pieniä liikkeitä kutsutaan "mikrosakkadeiksi". Esimerkiksi verkkosivustojen käytettävyystutkimuksissa voidaan tutkia sivuston eri elementteihin kohdistuneiden fiksaatioiden määrää ja ajallista pituutta. Katseen suuntaan ja liikkeisiin liittyvien ominaisuuksien lisäksi voidaan tutkia pupillin koon ja silmänräpäytysten muutoksia. 
Historia.
Ensimmäiset katseenseurantatutkimukset tehtiin 1800-luvulla tekemällä havaintoja koehenkilöiden katseen liikkeistä ilman katseenseurantalaitteistoa. Vuonna 1879 Pariisissa Louis Émile Javal havaitsi, että lukeminen ei tapahdu tasaisella liikkeellä tekstiä pitkin, kuten aiemmin oletettiin. Sen sijaan lukiessa katseen liike koostuu sarjasta lyhyitä pysähdyksiä (fiksaatiot) ja nopeista liikkeistä pysähdysten välissä (sakkadit). 
Varhaiset katseenseurantalaitteet olivat mekaanisia. Edmund Huey rakensi katseenseurantalaitteen käyttäen eräänlaista piilolinssiä, jossa oli reikä pupillille. Linssi oli kytketty alumiiniseen osoittimeen, joka liikkui vasteena silmän liikkeelle. Huey tutki katsetta lukemisen aikana ja havaitsi katseen liikkuvan välillä oikealta vasemmalle (näitä liikkeitä kutsutaan regressioiksi), ja hän osoitti, että jokaisen sanan kohdalla ei tapahdu fiksaatiota. 
Ensimmäiset etäältä toimivat katseenseurantalaitteet rakensi Guy Thomas Buswell Chicagossa tallentamalla silmästä heijastuvat valonsäteet filmille. Buswell teki systemaattisia tutkimuksia lukemisesta ja kuvien katselusta. 
Alfred L. Yarbus teki 1950-luvulla merkittäviä katseenseurantakokeita, ja hänen vuonna 1967 julkaistua kirjaansa pidetään yhtenä alan merkkiteoksista. Yarbus osoitti, että koehenkilölle annetulla tehtävällä on erittäin suuri vaikutus tämän silmien liikkeeseen. Hän kirjoitti myös fiksaatioiden ja kiinnostuksen kohteen välisestä suhteesta. 
1980-luvulta alkaen katseenseurantamenetelmiä on käytetty ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutuksen tutkimiseen. Alussa kiinnostuksen kohteena oli erityisesti kuinka käyttäjät etsivät komentoja tietokonevalikoista.
Katseenseurannalla on tutkittu käyttäjien vuorovaikutusta erilaisten tietokoneiden rajapintojen kanssa. Tutkimuksissa on selvitetty esimerkiksi kuinka helppokäyttöisiä rajapinnat ovat käyttäjille.&lt;/ref&gt; Toinen tietokoneisiin liittyvä käyttökohde on verkkosivustojen kehitys. Verkkosivujen kehittäjä voi olla kiinnostunut esimerkiksi siitä mihin käyttäjät kiinnittävät huomionsa verkkosivustolla, jotta mainokset voidaan sijoittaa mahdollisimman tehokkaasti. 
Katseenseurantalaitteet.
Katseenseurantatekniikka.
Katseenseuranta voidaan toteuttaa eri tavoin tavoin: (i) mekaanisesti, mittaamalla silmään kiinnitetyn esineen (yleensä erityisen piilolinssin) liike ; (ii) optisesti, mittaamalla pupillista heijastunutta infrapunavaloa ilman suoraa kosketusta silmään; ja (iii) sähköisesti, mittaamalla silmän lihasten sähköpotentiaalia silmien ympärille sijoitetuilla elektrodeilla (elektro-okulografia). Näistä optisiin menetelmiin perustuvat katseenseurantalaitteet ovat yleisimpiä. 
Optinen katseenseuranta.
Optiset katseenseurantalaitteet nauhoittavat usein käyttäjän silmien liikkeet videolle. Katseen suunnan tunnistaminen perustuu pupillista ja sarveiskalvolta heijastuvan infrapunavalon tunnistamiseen. Katseenseurantalaitteissa käytetään infrapunavaloa, sillä ihmissilmä ei näe infrapunavaloa eikä se siten vaikuta pupillin kokoon tai häiritse käyttäjän toimintaa. Sarveiskalvon heijastuksia taas tarvitaan erottamaan silmien liike pään liikkeistä (ks. oheinen kuva). 
Mekaaninen katseenseuranta.
Mekaanisissa katseenseurantalaitteissa silmälle asetetaan piilolinssi jonka liikettä mitataan. Piilolinssissä voi olla peili tai erityinen magneettikenttäsensori. Magneettisensoreita käytettäessä koehenkilön tai -eläimen silmien ympärille asetettavat sähkömagneetit indusioivat piilolinsseihin magneettikentän jonka voimakkuudesta voidaan päätellä katseen suunta. 
Elektro-okulografiaan perustuva katseenseuranta.
Elektro-okulografiaan perustuvassa katseenseurannassa koehenkilön silmien ympärille asennetaan elektrodit, jotka mittaavat silmän lihasten heikkoa sähköpotentiaalia. Sähköpotentiaalin muutoksista voidaan nähdä silmien suunnan muutos. Tällaiset katseenseurantalaitteet eivät kuitenkaan mittaa katseen suuntaa kovin tarkasti. Menetelmää käytetäänkin pääasiassa esimerkiksi unitutkimuksissa, sillä elektro-okulografialla silmän liikkeet voidaan mitata myös silmien ollessa kiinni, toisin kuin optisessa ja mekaanisessa katseenseurannassa.
Katseenseurantalaitteet.
Katseenseurantalaitteen toteutus riippuu käyttökohteesta. Päähän puettavat mobiilit katseenseurantalaitteet soveltuvat esimerkiksi autoa ajettaessa tehtäviin kokeisiin. Toisaalta mobiili katseenseurantalaite voi olla myös integroituna VR-laseihin . Paikallaan tapahtuvia katseenseurantakokeita varten on olemassa työpöytämalleja, joista osa on itsenäisiä ja osa integroituna suoraan näyttöpäätteeseen .
Käyttökohteet.
Katseenseurantamenetelmiä käytetään monilla tieteenaloilla, mukaan lukien psykologia (erityisesti psykolingvistiikka); ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutus (HCI); ergonomia; markkinointitutkimus ja lääketieteellinen tutkimus. Katseenseurantadataa voidaan analysoida tilastollisesti ja graafisesti, tavoitteena tunnistaa tyypillisiä katseen käyttäytymisen tapoja erilaisten tehtävien aikana. Tutkimalla fiksaatioita, sakkadeja, pupillien laajentumista tai silmien räpyttelyä voidaan tutkia esimerkiksi koehenkilön stressitasoa. Kaupallisista kohteista keskeisimpiä ovat markkinointi- ja käytettävyystutkimukset.
Kognitiivisen kuormituksen mittaaminen.
Muutokset kognitiivisessa kuormituksessa aiheuttavat muutoksia pupillin koossa ja silmien räpyttelyssä . Tätä ilmiötä on hyödynnetty tutkittaessa kognitiivista kuormitusta ajosimulaattoreissa, kokeneiden ja kokemattomien lääkärien eroissa , ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutuksessa sekä simultaanitulkkauksen ja muiden kielellisten tehtävien yhteydessä .
Markkinointi ja käytettävyys.
Yksi merkittävimmistä katseenseurannan kaupallisista käyttökohteista on mainonnan ja markkinoinnin tehokkuuden tutkimus . Katseenseurantaa käytetään laajalti myös käytettävyyden tutkimuksessa , esimerkiksi verkkosivustoja suunniteltaessa .
Katseenseuranta syötemenetelmänä.
Katseenseurannan käyttöä syötemenetelmänä on myös tutkittu. Katseenseurannan hyödyntämisen perusongelma on niin kutsuttu "Midaan kosketuksen ongelma" eli kuinka erottaa tahaton ja tahallinen katseen liike, kun käyttäjä haluaa esimerkiksi painaa nappia kohdistamalla siihen katseensa.
Viihdekäyttö.
Katseenseurantaa käytetään VR-laseissa parantamaan käyttökokemusta. Lisäksi on olemassa kuluttajille tarkoitettuja, videopelaamiseen suunniteltuja katseenseurantalaitteita.
Katseenseurantatutkimus Suomessa.
Tunnetuimpia suomalaisia katseenseurantaa hyödyntäneitä tutkijoita ovat Turun yliopiston psykologian professori Jukka Hyönä sekä Tampereen yliopiston professori Kari-Jouko Räihä ja dosentti Päivi Majaranta. Katseenseurantamenetelmiä on käytetty tutkimuksessa muun muassa Tampereen yliopistossa, Turun yliopistossa, Itä-Suomen yliopistossa, Aalto-yliopistossa, Jyväskylän yliopistossa ja Helsingin yliopistossa.