QFM09 Eye-Tracking

Veranstaltung Seminar Quantitative Forschungsmethoden
Thema Eye-Tracking
Autoren Benedikt Schorb, Anna Bergisch
Bearbeitungsdauer 45 min
Letzte Bearbeitung 22.02.2015
Präsentationstermin 15.01.2015
Status finalisiert


Einleitung

(auch Blickerfassung, Blickregistrierung, Okulographie)

Bei Eye-Tracking handelt es sich um ein nonverbales Untersuchungsverfahren, bei dem mit speziellen technischen Hilfsmitteln (sog. Eye-Tracker) die Bewegungen des Auges über eine Bildfläche (Sakkaden) und die Blickfokussierungen/Verweildauer auf bestimmten Punkten (Fixationen) von Testpersonen registriert, aufgezeichnet und analysiert werden können (vgl. Vögele, 2005, S.6). Mit Hilfe einer solchen Messung kann dokumentiert werden welche Regionen von den Augen fixiert werden, wie häufig und wie lange ein solcher visueller Reiz beachtet wird (Intensität) und in welcher Reihenfolge die Testperson Objekte auf einer Oberfläche betrachtet. Die zu betrachtende Oberfläche kann entweder statisch (Bild, Homepage) oder dynamisch (Video, aktiv Bewegungsausübende) sein.

verfasst von Benedikt Schorb

Techniken zur Analyse der Blickrichtung

Unser Auge verfügt über einen hochmobilen Augapfel der im Zusammenspiel mit einer hochkomplexen Bildverarbeitung im virtuellen Cortex agiert. Hinzu kommen Bewegungen unseres Körpers und Kopfes (Kurt & Schreiber, 2012, S. 1). Der Augapfel verfügt in seiner Bewegung über drei Freiheitsgrade (horizontal, vertikal, torsionell), welche durch Muskeln gesteuert werden (Schreiber, 1999, S. 10). Die Augenbewegungen lassen sich unterteilen in die Bewegungen des Augapfels, Lidschlüsse und die Pupillenmotorik. Wir unterscheiden folglich drei Arten von Augenbewegungen (Rickheit, Herrmann & Deutsch, 2003, S. 143):

(1) Bewegungen des Auges, ohne dass ein „Verschieben“ der Information auf der Retina erfolgt. Sie treten auf als Reaktion auf Bewegungen des eigenen Körpers, des überwiegenden Teils der visuellen Umwelt oder eines fixierten Objekts.
(2) Zielsuchende Bewegungen des Auges zur Ausrichtung der Pupille auf (neue) Sehobjekte.
(3) Mikrobewegungen des Auges

In der heutigen Zeit sind mehrere unterschiedliche Techniken zur Analyse der Blickrichtung zu finden und werden je nach Anforderungsprofil angewendet(Duchowski, 2007, S. 51ff).

1. Electro-Oculography (EOG)
2. Optische Reflexion mit Kontaktlinsen durch elektromagnetische Spulensysteme/„Search Coil“
3. Video-Oculography (VOG)
4. Videobasierte Cornea- und Pupillenreflektionsbeziehung

Dieses Wiki-Modul beschäftigt sich mit der Technik der Video-Oculography (VOG). Bilder des Auges werden mit einer Videokamera erfasst und anschließend mit Hilfe eines Computers ausgewertet. Zunächst wird, durch die Erfassung der Stellung von Iris, Sklera (Bindehaut) und Pupille zur Position des Kopfes, die Blickrichtung festgestellt. Zum Errechnen der horizontalen und vertikalen Augenposition müssen die Pixelkoordinaten des Zentrums der Pupille bekannt sein und anschließend kalibriert werden. Anschließend werden Grenzflächen und Kanten mit Merkmalsselektion und einem mathematischen Modell zur Bestimmung des Abbildes im Verhältnis zur Stellung der Pupille oder Iris verbunden, was einen hohen mathematischen Aufwand erfordert (Kurt & Schneider, 2012, S. 12).

Wir unterscheiden zwischen zwei Techniken zur Blickrichtungsregistrierung, das Limbus-Tracking und das Pupillen-Tracking (Duchowski, 2007, S. 54).
Das Limbus-Tracking beschreibt die optische Registrierung des Übergangs zwischen Iris und Sklera. Mit dem hohen Helligkeitsunterschied zwischen Iris und Sklera ist ein gutes Unterscheidungsmerkmal gegeben. Da die äußere Randfläche der Iris jedoch nicht sehr scharf ist, spielt die Merkmalsselektion eine wichtige Rolle. Als problematisch stellt sich hier die Messung der vertikalen Augenbewegung dar, da die Iris zum Großteil vom Augenlied bedeckt ist (Kurt & Schneider, 2012, S. 12)
Beim Pupillen-Tracking wird der Übergang von Pupille zur Iris betrachtet und so können auch vertikale horizontale Augenbewegungen erfasst werden. Die Pupille ist wesentlich kleiner und besitzt eine scharfe Grenzfläche, jedoch ist der Farbkontrast an dieser Grenze nicht so groß. Auch die Helligkeitsanpassung der Pupille könnte zu Problemen führen (Kurt & Schneider, 2012, S. 12).

Das Auge wird durch künstliche, nicht sichtbare Infrarot(IR)-Lichtquellen beleuchtet. Während die Pupille die IR-Strahlen absorbiert werden die vom übrigen Auge reflektierten IR-Strahlen von einer Kamera registriert.
Bei der Messung unterscheidet man zwischen kopfgetragenen (Videobrille) und nicht-kopfgetragenen VOG-Geräten. Bei der kopfgetragenen Messapparatur wird der Infrarot-Empfänger (Kamera) in der Nähe der Augen am Kopf befestigt. Bei den nicht-kopfgetragenen Geräten werden die Kameras in festem geometrischem Verhältnis mit dem zu betrachteten Monitor angeordnet (Kurt & Schneider, 2012, S. 1).

Abb.1: Kopfgestützte Messapparatur (nach Kurt & Schneider, 2012, S. 1)

Abb.2: Nicht-kopfgetragene Messapparatur (nach Kurt & Schneider, 2012, S. 1)

verfasst von Anna Bergisch

Visualisierungsmöglichkeiten

Abhängig von den zu untersuchenden Parametern der Forschungshypothese können die registrierten Blickverläufe und -fokussierungen auf der betrachteten Oberfläche anschließend visualisiert werden (vgl. Bergstrom & Schall, 2014, S.16 ff).

Heat-Maps eignen sich hierbei besonders um die Beobachtungsintensität zu veranschaulichen. Hierbei werden Bereiche (sog. Hot Spots) welche sehr lange oder wiederholt fixiert wurden mit warmen Markierungsfarben (ähnlich wie bei einem Infrarotgerät) unterlegt. Je länger die Testperson auf einem solchen Hot Spot verweilt, desto wärmer (röter) ist dieser Bereich; je weniger eine Region betrachtet wird, umso kälter wird auch die unterlegte Markierungsfarbe (vgl. Abb. 3).

Bei Scanpaths (Gaze-Plots) wird die Betrachtungsintensität durch Kreise abgebildet (je größer, desto länger die Intensität). Allerdings soll hierbei insbesondere der Blickverlauf visualisiert werden. Die Gaze-Plots werden durch Linien miteinander verbunden und abhängig von der Reihenfolge der Fixation werden diese durch Nummern gekennzeichnet (Vgl. Abb. 4).

verfasst von Benedikt Schorb

• Besonders im Bereich der Markt- und Kommunikationsforschung (Medienwirkungsforschung: Wirksamkeit von Werbekampagnen untersuchen und optimieren)

• Homepage-Gestaltung: Wie benutzerfreundlich ist meine Homepage? Wohin kann ich den Benutzer lenken?

• Logistik im Supermarkt: Testeinkäufe

• Textoptimierung in der Literatur (vgl. Nufer & Ambacher, 2012, S. 9 f; Hofer & Mayerhofer, 2010, S. 155).

• Aber auch in der Sportwissenschaft finden sich Anwendungsbereiche: Auf welche Bereiche hat ein erfolgreicher Sportler zu achten um situationsgerecht zu handeln? Gegenspieler, Körpersegmente, Freiräume, Bewegung des Balles, etc.. Hier ein anschauliches Beispiel aus dem Baseball: „what it takes to hit a Major League pitch“

• Unser Alltagsverhalten analysieren und überprüfen: Eye-Tracking im Straßenverkehr / als Autozubehör: Eye-Tracking soll Autofahren sicherer machen.

Ideen:
• Durch Eye–Tracking unsere Smartphones / Tablets steuern? Durch Blickfokussierung / Blickintensität (vgl. Heat-Maps) könnten Menüs / Programme geöffnet werden.
• Sogenannte Gaming-Brillen (http://www.n24.de/n24/Nachrichten/Netzwelt/d/4142354/so-sieht-die-zukunft-des-gamings-aus.html) sind bereits in der Entwicklung, mit denen der Spieler in einer virtuell steuerbaren Welt versinken kann.

Abb. 5: Analysemöglichkeiten des Eye-Trackings (nach Hofer & Mayerhofer, 2010, S. 151)

verfasst von Benedikt Schorb

Exkurs: Sportsponsoring

Um das Vorgehen bei einer Eye-Tracking Analyse zu verdeutlichen, soll jetzt exemplarisch der Ablauf und die Untersuchung möglicher Forschungshypothesen mit Hilfe eines Beispiels aus dem Sportsponsoring vorgestellt und nötige Arbeitsschritte dieses Untersuchungsverfahrens erarbeitet werden. In der hier vorgestellten Abschlussarbeit (vgl. Schwalenstöcker, 2011) wurde den Probanden Videomaterial aus der Handballbundesligapartie HSV Handball gegen den THW Kiel präsentiert, mit der Absicht die Wahrnehmung und Erinnerungsleistung von Sponsoringbotschaften durch den TV-Zuschauer zu analysieren.

1) Bevor man mit der Eye-Tracking Analyse beginnt muss zunächst im Vorfeld das Videomaterial bearbeitet und passend zur Forschungsfrage geeignete Szenen/Bilder ausgewählt werden.
2) Ist das passende Material gewählt, werden die Spielausschnitte in eine Eye-Tracking Software (z.B. BeGaze) eingespielt um eine weitere Verarbeitung zu ermöglichen.
3) Sämtliche für die Forschungsfrage relevante Bereiche (hier: Sponsoringbotschaften) müssen in den gezeigten Szenen markiert werden. Hier werden sogenannte „areas of interest“ erstellt (für den Sponsor/ jedes Werbemittel relevante Stellen) und über das Werbelogo gelegt.

→ Ist das gesamte Videomaterial bearbeitet, ist es im Anschluss der Eye-Tracking Analyse möglich die Blickfokussierung der Probanden den einzelnen Sponsoren und Werbemitteln zuzuordnen. Darüber hinaus können Zusammenhänge zwischen Einblendungszeit und -größe der sichtbaren Logos und den Beobachtungszeiten und Fokussierungen dieser Werbebotschaften durch den Probanden ermittelt werden.
Analog hierzu kann dieses Vorgehen auch im Bereich der Sportwissenschaft angewandt werden (siehe Praxisbeispiel Cristiano Ronaldo), mit areas of interest welche sich auf den Ball, den Körperschwerpunkt, die Beinen oder auf die Fußstellung des Gegners legen lassen.

WICHTIG: Der Proband darf nicht wissen, dass es um eine Untersuchung der Sponsoringwahrnehmung geht, sonst lenkt dieser seine Blicke bewusst und verfälscht somit die Ergebnisse. Es muss also verschwiegen werden was untersucht wird.  siehe Richtlinien AFM7 Forschungsethik.

Anmerkung: Visuelle Aufmerksamkeit wird per Eye-Tracking Analyse festgestellt. Um die Erinnerungsleistung der Sponsorenbotschaften zu ermitteln, eignet es sich im Anschluss an die Eye-Tracking Untersuchung eine Befragung zu diesen durchzuführen. Diese kann wiefolgt durchgeführt werden: als

Recall Test

oder als

Recognition Test

Mit den Ergebnissen einer solchen Untersuchung lassen sich Vermarktungsstrategien planen und optimieren.
Ideen / Empfehlungen für die praktische Anwendung ermittelter Daten:
• Die Anzeigedauer für die Buchung von Sponsoring-Pakete der Bandenwerbung könnte festgelegt und diese preislich gestaffelt werden.
• Organisationen können aus den Heat Maps ableiten, worauf die Blicke der Zuschauer verweilen und daraus ableiten, wo es für Ihn als Sponsor sinnvoll ist Werbung zu platzieren.

Mögliche Hypothesen auf der Grundlage visueller Aufmerksamkeit & Erinnerung:

Je größer die Sponsoring-Botschaft, desto länger wird diese vom Zuschauer fixiert.

Je häufiger ein Sponsor im Bild vertreten ist, desto besser kann sich der Zuschauer an diesen erinnern.

verfasst von Benedikt Schorb

Vor- und Nachteile einer Eye-Tracking Analyse

Vorteile:
Durch Eye-Tracking können „harte Daten“ gewonnen werden, welche Rückschlüsse auf die kognitiven Vorgänge bei der Versuchsperson zulassen. Effekte wie bspw. soziale Erwünschtheit oder der Versuchsleitereffekt, die bei Nutzerbefragungen oder Fragebögen auftreten können, werden mit der Aufzeichnung der Blickrichtung minimiert bzw. ausgeschlossen. Des Weiteren kann ermittelt werden ob eine Person einen Text wirklich liest, oder nur einzelne Wörter scannt und wohin genau sich der Aufmerksamkeitsfokus richtet (Navigationsleisten, Werbebanner, etc.). So wird das Suchverhalten der Versuchsperson nachvollziehbar.

Nachteile:
Bei kopfgetragenen Messsystemen kommt es zu einer Beeinflussung durch die Einschränkung der Bewegungsfreiheit, der Proband ist sich ständig der Messsituation bewusst. Ein Laboreffekt entsteht. Es kann nicht bestimmt werden was ein Proband tatsächlich „gesehen“ bzw. wahrgenommen hat. Die Unterscheidung zwischen dem Sinnesreiz und der Wahrnehmung als kognitiver Prozess ist zu beachten. Der Eye-Tracker zeichnet lediglich den Blickfokus und keine Informationen auf dem peripheren Blickfeld auf. Er erlaubt keine Rückschlüsse darauf warum die Versuchsperson ein Bildschirmelement fixiert hat oder nicht. Nicht alle Nutzergruppen können untersucht werden, da einige Messverfahren Brillenträger ausschließen oder den Einsatz von Kontaktlinsen erfordern.

verfasst von Anna Bergisch

Zusammenfassung

Verschiedene Techniken und Visualisierungsmöglichkeiten des Eye-Trackings wurden in diesem Wiki-Modul vorgestelllt und bearbeitet. Um einen anwendungsbezogenen Überblick über das Eye-Tracking Verfahren zu erlangen, soll das folgende Video als anschauliche Zusammenfassung einer Eye-Tracking Methode aus trainingswissenschaftlicher Sicht dienen und dabei alle wichtigen Punkte nochmal aufgreifen.

Cristiano Ronaldo: Verteidiger – Verhalten lesen https://www.youtube.com/watch?v=2NcUkvIX6no


verfasst von Anna Bergisch und Benedikt Schorb

Eigener Standpunkt

Eye-Tracking ist eine sehr interessante und in der Wissenschaft interdisziplinäre Methode zur Blickrichtungsregistrierung. Das Wiki-Modul hätte einen weitaus größeren Umfang haben können um die unterschiedlichen Techniken und vor allem die Entwicklungsbereiche im Eye-Tracking vorzustellen. Um den Rahmen jedoch nicht zu sprengen, soll im Kapitel: Anwendungsbereiche, Ideen und Trends zur Veranschaulichung ein erster Praxisbezug hergestellt werden um anschließend einzelne Entwicklungsmöglichkeiten dieser Untersuchungsmethode aufzuzeigen. Die kopfgetragenen Messapparaturen werden ständig weiterentwickelt, sodass in absehbarer Zeit die Brillen kaum noch zu Behinderungen führen werden. Vor allem im sportwissenschaftlichen Bereich ist eine Entwicklung von stationären oder unförmigen Apparaturen zu mobil und flexibel einsetzbaren Brillen von hoher Relevanz.

verfasst von Benedikt Schorb und Anna Bergisch

Fragen

  1. Welche Schlüsse können Organisationen aus einer Eye-Tracking Analyse zu Sponsoringbotschaften ziehen?
Antwort
  1. Welche zwei Techniken zur Blickrichtungsregistrierung gibt es und worin unterscheiden sich diese?
Antwort
  1. Nenne jeweils zwei Vor- und Nachteile des Eye-Trackings.
Antwort

Literatur

  • Bergstrom, J. R. & Schall A. J. (2014). Eye Tracking in User Experience Design. Morgan Kaufmann.
  • Duchowski, A. T. (2007). Eye Tracking Methodology: Theorie and Practice (Second Edition). London: Springer Verlag.
  • Kurt, J., Schneider, G. (2012). Technische Prinzipien zur Messung der Blickrichtung und der Augenbewegungen. Zugriff am 25.12.2015 unter http://www2.rz.hu-berlin.de/reha/eye/Technische%20Prinzipien_Eye.pdf.
  • Hofer, N. & Mayerhofer, W. (2010). Die Blickregistrierung in der Werbewirkungsforschung: Grundlagen und Ergebnisse, in: Der Markt – Journal für Marketing, Heft 3-4, S. 143 - 169-
  • Nufer, G. & Ambacher, V. (2012). Eye Tracking als Instrument der Werbekontrolle. Reutlinger Diskussionsbeiträge zu Marketing & Management, Nr. 2012 – 5.
  • Rickheit G., Herrmann T. & Deutsch W. (2003). Psycholinguistik/Psycholinguistics: Ein internationales Handbuch. Berlin: De Gruyter Verlag
  • Schreiber, K. (1999). Erstellung und Optimierung von Algorithmen zur Messung von Augenbewegungen mittels Video-Okulographie-Methoden: Diplomarbeit in der vestibulo-okulären Arbeitsgruppe am Universitätsklinikum Tübingen http://work.thaslwanter.at/PDFs/Theses/Dipl_Schreiber_1999.pdf.
  • Schwalenstöcker, V. (2011). Diplomarbeit: Wie nehmen Zuschauer Sponsorenbotschaften in TV-Sportübertragungen wahr? - eine empirische Untersuchung von Aufmerksamkeits- und Erinnerungseffekten im Sportsponsoring am Beispiel einer TV-Übertragung der Handball-Bundesliga. Köln: Deutsche Sporthochschule 2011.
  • Vögele, S. (2005). Eye Tracking. Königstein.


Abbildungsverzeichnis

  • Abb.1: Kopfgestützte Messapparatur (nach Kurt & Schneider, 2012, S. 1)
  • Abb.2: Nicht-kopfgetragene Messapparatur (nach Kurt & Schneider, 2012, S. 1)
  • Abb.3: Heat map demonstrating how imagery can help lead users to other information and read neighboring text (nach Bergstrom & schall, 2014, S. 229)
  • Abb.4: Example of a gaze plot diagram representing fixations from one individual participant (nach Bergstrom & Schall, 2014, S. 16)
  • Abb. 5: Analysemöglichkeiten des Eye-Trackings (nach Hofer & Mayerhofer, 2010, S. 151)
  • Abb. 6: Screenshot der Videobearbeitung mittels BeGaze Software (nach Schwalenstöcker, 2011, S. 59)

Medienquellen

Anhang

Abb. 6: Screenshot der Videobearbeitung mittels BeGaze Software (nach Schwalenstöcker, 2011, S. 59)





Bewertung des Wiki-Moduls

Kategorie Bergisch Schorb Anmerkungen
Inhalt (max. 10) 10 Pkt 10 Pkt gute Erläuterung des Messprinzips, Praxisbezug, gute Illustration mit Videos, Vor- & Nachteile der Methodik
Form (max. 5) 03 Pkt 03 Pkt etwas mehr Übersichtlichkeit wünschenswert
Bonus (max. 2) 0 Pkt 01 Pkt Exkurs
Summe 13 Pkt 14 Pkt 27 Pkt
Einzelbewertung 13/15=87% 14/15=93% 27/30 = 90%
fm/quant_fometh/ws14_projekte/qfm09.txt · Zuletzt geändert: 15.07.2015 19:00 von Filip Cengic
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