מעקב אחר עיניים ממלא תפקיד קריטי באוזניות המציאות הווירטואליות והגדולות האחרונות ומהווה טכנולוגיה חשובה בתעשיית הבידור, מחקר מדעי, מדעי הרפואה והתנהגותיים, סיוע לנהיגה ברכב והנדסת תעשיה. עם זאת, מעקב אחר תנועות העין האנושית ברמת דיוק גבוהה הוא אתגר מפחיד.
חוקרים באוניברסיטת אוניברסיטת אריזונה ויאנט המכללה למדעים אופטיים הפגינו כעת גישה חדשנית שיכולה לחולל מהפכה ביישומים למעקב אחר עיניים. המחקר שלהם, שפורסם ב תקשורת טבעמגלה שלשילוב טכניקת הדמיה תלת מימדית עוצמתית המכונה Deflectometry עם חישוב מתקדם יש פוטנציאל לשפר משמעותית את טכנולוגיית מעקב העיניים החדישה.
שיטות עקבות עיניים נוכחיות יכולות רק לתפוס מידע כיווני של גלגל העין מכמה נקודות שטח דלילות, בערך תריסר לכל היותר. בשיטה המבוססת על Deplectometry שלנו, אנו יכולים להשתמש במידע מיותר מ- 40,000 נקודות פני השטח, באופן תיאורטי אפילו מיליונים, כולם חולצו רק מתמונת מצלמה אחת ומיידית. "
פלוריאן ווילומיצר, פרופסור חבר למדעים אופטיים וחוקר ראשי של המחקר
"נקודות נתונים נוספות מספקות מידע נוסף שניתן להשתמש בו כדי להגדיל משמעותית את הדיוק של אומדן כיוון המבט", אמר ג'יאז'אנג וואנג, חוקר פוסט -דוקטורט במעבדה של וילומיצר ובמחבר הראשון של המחקר. "זה קריטי, למשל, כדי לאפשר יישומי דור הבא במציאות מדומה. הראינו שהשיטה שלנו יכולה בקלות להגדיל את מספר נקודות הנתונים שנרכשו על ידי גורם של יותר מ -3,000, בהשוואה לגישות קונבנציונאליות."
דהלקומטריה היא טכניקת הדמיה תלת מימדית המאפשרת מדידה של משטחים רפלקטיביים ברמת דיוק גבוהה מאוד. יישומים נפוצים של דהלקומטריה כוללים סריקת מראות טלסקופ גדולות או אופטיקה אחרת בעלת ביצועים גבוהים עבור הפגמים או החריגות הקלות ביותר מצורתם שנקבעה.
מינוף כוחה של דהלקומטריה ליישומים מחוץ לבדיקת משטחים תעשייתיים הוא מוקד מחקרי מרכזי בקבוצת המחקר של ווילומיצר ב- U של מעבדת הדמיה ומדידה תלת מימדית חישובית. הצוות מזדווג הדלקת דלקת עם שיטות חישוב מתקדמות המשמשות בדרך כלל במחקר ראיית מחשב. מסלול המחקר שהתקבל, אותו מכנה וילומיצר "הדלקת חישובית", כולל טכניקות לניתוח ציורים ויצירות אמנות, שיטות הדמיה תלת מימדית מבוססות טאבלט למדידת צורת נגעי העור ומעקב עיניים.
"השילוב הייחודי של טכניקות מדידה מדויקות וחישוב מתקדם מאפשר למכונות 'לראות את הבלתי נראה', נותן להם 'חזון סופר -אנושי' מעבר לגבולות מה שבני האדם יכולים לתפוס", אמר וילומיצר.
במחקר זה הצוות ערך ניסויים עם משתתפים אנושיים ומודל עיניים מלאכותי מציאותי. הצוות מדד את כיוון הצפייה של נבדקי המחקר והצליח לעקוב אחר כיוון המבט שלהם עם דיוק בין 0.46 ל- 0.97 מעלות. כאשר נבדק במודל העיניים המלאכותיות, השגיאה הייתה סביב 0.1 מעלות בלבד.
במקום להיות תלוי בכמה מקורות תאורה של נקודת אינפרא אדום כדי לרכוש מידע מהשתקפות פני העיניים, השיטה החדשה משתמשת במסך המציג דפוסי אור מובנים ידועים כמקור ההארה. כל אחד מיותר ממיליון פיקסלים על המסך יכול אפוא לפעול כמקור אור נקודה אינדיבידואלי.
על ידי ניתוח העיוות של הדפוסים המוצגים כשהם משקפים את פני העיניים, החוקרים יכולים להשיג נתוני משטח תלת מימד מדויקים וצפופים הן מהקרנית, אשר מכסה את התלמיד, והן את האזור הלבן סביב התלמיד, המכונה הסקלרה, הסביר וואנג.
"השחזור החישובי שלנו משתמש אז בנתוני שטח אלה יחד עם אילוצים גיאומטריים ידועים לגבי הציר האופטי של העין כדי לחזות במדויק את כיוון המבט", אמר.
במחקר קודם, הצוות כבר בדק כיצד הטכנולוגיה יכולה להשתלב בצורה חלקה עם מציאות מדומה ומערכות מציאות מוגברת על ידי פוטנציאל שימוש בתבנית משובצת קבועה במסגרת האוזניות או בתוכן הוויזואלי של האוזניות עצמו – בין אם זה תמונות או וידאו – כתבנית המתבטאת משטח העיניים. זה יכול להפחית משמעותית את מורכבות המערכת, אומרים החוקרים. יתר על כן, גרסאות עתידיות של טכנולוגיה זו יכולות להשתמש באור אינפרא אדום במקום באור גלוי, מה שמאפשר למערכת לפעול מבלי להסיח את דעתם של המשתמשים עם דפוסים גלויים.
וואנג אמר כי "כדי לקבל מידע רב ככל האפשר מהקרנית והסקלרה של העין וסקלרה ללא כל עמימות, אנו משתמשים בסטריאו-די-דלקומטריה בשילוב עם אלגוריתמי אופטימיזציה של פני השטח," אמר וואנג. "הטכניקה קובעת את המבט מבלי להניח הנחות חזקות לגבי צורת העין או משטח העין, כפי שעושים כמה שיטות אחרות, מכיוון שפרמטרים אלה יכולים להשתנות מהמשתמש למשתמש."
ב"תופעת לוואי "רצויה, הטכנולוגיה החדשה יוצרת שחזור פנים צפוף ומדויק של העין, שיכולה לשמש לאבחון ולתיקון של הפרעות עיניים ספציפיות בעתיד, הוסיפו החוקרים.
מכוון לקפיצת הטכנולוגיה הבאה
אמנם זו הפעם הראשונה שהמציאה משמשת למעקב אחר עיניים-לידיעת החוקרים-אמר וואנג, "זה מעודד שהיישום המוקדם שלנו כבר הוכיח דיוק דומה או טוב יותר ממערכות מעקב עיניים מסחריות בניסויים בעיניים אנושיות אמיתיות."
עם פטנט ממתינים ותוכניות למסחור באמצעות השקת טק אריזונה, המחקר סולל את הדרך לעידן חדש של מעקב עין חזק ומדויק. החוקרים מאמינים כי עם חידודים הנדסיים נוספים ואופטימיזציות אלגוריתמיות, הם יכולים לדחוף את גבולות מעקב העיניים מעבר למה שהושג בעבר בטכניקות המתאימות להגדרות יישום בעולם האמיתי. בשלב הבא, הצוות מתכנן להטמיע שיטות שחזור תלת מימד אחרות במערכת ולנצל את הבינה המלאכותית כדי לשפר עוד יותר את הטכניקה.
"המטרה שלנו היא להיסגר ברמות הדיוק של 0.1 מעלות שהתקבלו עם ניסויי העין של המודל", אמר וילומיצר. "אנו מקווים שהשיטה החדשה שלנו תאפשר גל חדש של טכנולוגיית מעקב אחר עיניים מהדור הבא, כולל יישומים אחרים כמו מחקר מדעי המוח ופסיכולוגיה."
מחברים משותפים על העיתון כוללים את אוליבר קוסירט, פרופסור חבר להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת נורת'ווסטרן, שם החלו וילומיצר וואנג את הפרויקט, וטיאנפו וואנג ובינגג'י שו, שניהם סטודנטים לשעבר בנורת'ווסטרן.
