Calibración Ocular
Calibración Ocular en Sistemas de Eye Tracking: Fundamentos, Métodos y Aplicaciones en EyeSense
La calibración ocular es un proceso fundamental en cualquier sistema de seguimiento de la mirada, ya que permite alinear las estimaciones del dispositivo con la dirección real de la mirada del usuario. Sin una calibración precisa y fiable, los datos de seguimiento ocular carecerían de validez, lo que afectaría negativamente tanto a la investigación científica como a las aplicaciones interactivas en entornos de realidad virtual aumentada o en pantallas tradicionales.
1. Introducción a la Calibración Ocular
La calibración en eye tracking consiste en establecer una correspondencia entre las señales brutas capturadas por el hardware y las coordenadas espaciales reales en el espacio visual del usuario.
Este proceso es esencial porque la posición de los ojos, la distancia interpupilar , la forma de la córnea y otros factores anatómicos varían entre individuos. En segundo lugar, cada dispositivo tiene una configuración óptica y de cámara única que debe ajustarse para cada usuario. Por último, el uso de gafas o lentes de contacto introduce capas ópticas adicionales que pueden distorsionar la señal.
En el estudio de Schuetz y Fiehler 2022 con el HTC Vive Pro Eye, se demostró que una calibración bien ejecutada permite alcanzar una precisión media de ~1.08° en condiciones reales, dentro del rango especificado por el fabricante 0.5°–1.1°. Esto subraya la importancia de un protocolo de calibración robusto y repetible.
2. Principios Técnicos de la Calibración
2.1. Métodos de Calibración Comunes
El usuario fija la mirada en una serie de puntos conocidos en pantalla, generalmente 5–9 puntos. El sistema correlaciona la posición estimada de la mirada con la posición real del objetivo. La calibración por seguimiento suave, utiliza un objetivo en movimiento continuo, lo que puede ser más efectivo para usuarios con dificultades de fijación. Por último el método de auto-calibración y calibración dinámica, consiste en algoritmos que ajustan los parámetros en tiempo real durante el uso, sin intervención explícita del usuario.
2.2. Métricas de Calidad Post-Calibración
En cuanto a la precisión espacial, el error angular medio entre la posición estimada de la mirada y la posición real del objetivo. Se mide en grados visuales. La precisión de repetibilidad, consiste en una desviación estándar de las muestras de mirada durante una fijación. Indica la estabilidad de la señal. La tasa de muestras válidas, es un porcentaje de muestras en las que el sistema pudo detectar la pupila correctamente. Por último la latencia, es el retardo entre el movimiento ocular real y su registro por el sistema. Crítico para aplicaciones en tiempo real como el renderizado foveal.
3. Factores que Afectan la Calidad de la Calibración
3.1. Factores del Usuario
El estudio mostró que el uso de gafas reduce significativamente la precisión y exactitud en comparación con lentes de contacto o visión sin corrección. Las monturas y las reflexiones en los cristales pueden ocluir la pupila o distorsionar la imagen. La distancia interpupilar, es importante ya que, una IPD fuera del rango ajustable del visor puede provocar errores sistemáticos y fatiga visual. Cabe destacar, los movimientos oculares involuntarios, microsacudidas, deriva y parpadeos afectan la estabilidad de la señal.
3.2. Factores del Hardware y Software
Calidad de los sensores, resolución y frecuencia de muestreo de las cámaras de eye tracking. Iluminación IR, la posición y potencia de los emisores infrarrojos afectan la detección de la pupila. Algoritmos de procesamiento, filtrado espacial y temporal, métodos de fusión binocular. En cuanto al desgaste del dispositivo, el estudio encontró diferencias pequeñas pero significativas en la exactitud entre dos unidades del mismo modelo, posiblemente debido al uso prolongado o variaciones de fabricación.
4. Mejores Prácticas para una Calibración Óptima
Basado en los hallazgos del estudio y la literatura actual, se recomienda:
Implementar un ajuste mecánico previo, asegurar un ajuste cómodo y estable del HMD, ajustando la IPD física si el dispositivo lo permite. Tener unas condiciones ambientales controladas, evitar luz infrarroja ambiental excesiva que interfiera con los iluminadores del equipo. Cumplir un protocolo de calibración estandarizado, utilizar un número suficiente de puntos de calibración distribuidos en el campo visual, incluyendo posiciones periféricas si el estudio lo requiere. Seguir una validación post-calibración, implementar una fase de validación con objetivos conocidos para cuantificar el error real antes de comenzar el experimento o la aplicación.
Manejo de correcciones visuales:
Para usuarios con gafas, verificar que las almohadillas del HMD no bloqueen los iluminadores y evitar el empañamiento de lentes.
Los usuarios con lentes de contacto no mostraron pérdida significativa de rendimiento en el estudio, por lo que son una opción preferible.
Re-calibrar al usuario en cada sesión experimental, ya que la colocación del HMD puede variar.
Implementar checks de calidad de datos durante la tarea.