사용자 캘리브레이션이 최소화된 시선 추적 시스템 연구

Abstract

인간의 인지 능력은 시각에 많은 것을 의존하고 있다. 디지털 문명사회에 접어들면서, 현대인들은 시각적으로 사물을 인식하는 것에 능숙해졌다. 사람이 사물을 인식할 때 시선을 어디에 두는지에 대한 연구는 여러 학계에서 활발히 진행되고 있다. 시선 추적 시스템은 인간의 시선을 객관적으로 분석하는 방법으로 주로 장애인용 안구 마우스와 마케팅 분야의 사용성 평가에 이용된다. 시선 추적 시스템을 이용하여 사용성 평가를 할 경우 사용자의 시선 경로와 응시 시간을 알 수 있다. 실시간 추적 시스템의 경우 빠른 결과를 알 수 있지만, 동공 중심과 글린트(Glint)를 잘못 찾을 경우 시선 위치의 오차가 발생하는데 이를 수정할 수 없다. 반면 오프라인 시선 추적 시스템의 경우 시험자가 시선 위치의 오차를 보정할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구는 빠른 결과보다 시선 위치의 정밀도를 필요로 하는 사용성 평가를 위한 오프라인 추적시스템을 연구하였다. 일반적으로 시선 추적 시스템을 사용하기 전에 캘리브레이션을 해야 하는 절차가 존재한다. 이 과정은 실험시간이 길고 피험자에게 눈의 피로를 주는 등의 어려움을 가지고 있다. 따라서 사용자의 편의성을 개선시키기 위해 캘리브레이션의 최소화에 대한 선행 연구들이 있었다. 기존 연구에서는 시선 위치 계산을 위해 적외선 조명 방향점을 계산한 다음 동공 중심점에 대한 캘리브레이션을 진행하였는데, 본 연구에서는 적외선 조명 방향점의 교정 과정을 제외한 캘리브레이션을 수행하여 시선 위치 계산을 간편하게 하였다. 이는 적외선 조명 방향점을 교정하지 않아도 동공 중심점에 대한 캘리브레이션의 배율이 상대적으로 변하기 때문에 적외선 조명 방향점의 교정 과정은 불필요하다고 판단한 것이다. 따라서 본 논문에서는 동공 중심점에 대한 캘리브레이션만으로 시선 위치를 계산하였다. 동공 중심점의 갤리브레이션을 위하여 교정 후 카메라 중심으로부터 동공 중심점 사이 거리를 교정 전 거리에 대한 이차식으로 보고 리그레션을 수행하였다. 제안하는 시스템은 화각이 넓고 고해상도의 카메라 1대와 모니터 모서리에 달린 적외선 조명 4개와 카메라에 달린 적외선 조명 1개로 구성되어 있다. 사용자 캘리브레이션 과정이 한 곳을 잠시 바라보는 것으로 최소화 되었고, Projective space의 불변량(invariant)을 이용하여 사용자의 머리의 움직임이나 사용자와 모니터의 거리 변화가 크게 문제되지 않는다. 본 연구의 시선 추적 시스템은 기존 연구화 비교하여 시선 위치 계산의 과정이 축소되었고 그 결과 시스템 캘리브레이션이 간소화 되었다. 또한 오프라인 시스템으로 시선 위치 계산의 정밀도가 높다. 본 연구의 시선 추적 시스템을 이용하여 보다 간편하고 정교한 사용성 평가를 하길 기대한다.; A cognitive capability of human depends a lot on a sense of sight. Since we have been into a digital information society, people are adept at a visual awareness on products. The studies on a motion of gaze when people recognize a product are under way in the several academic fields. A gaze tracking system is a device of measuring either the point of gaze or the motion of gaze. It has applications like an eye mouse for the handicapped and an usability test in marketing fields. In case of a real-time gaze tracking system, tester can get a live result. However, if the gaze tracking system finds the wrong center of pupil and the wrong glints points, it occurs an error of the gaze and the result could not be corrected. On the other hand, in case of an off-line gaze tracking system, there is an advantage that the tester can correct the error of the gaze. This research is aimed at off-line gaze tracking system for user ability test, which need a deliberate gaze point, not a rapid result. In general, we need a process of calibration before using a gaze tracking system. This process has the inconvenience because the calibration takes long time and a subject feels an eyestrain. Therefore, There were the studies on the minimization of the calibration for user's convenience to be improved. In previous researches, the gaze tracking system calibrates the calculation of the virtual projection points and also performs a calibration of the center of pupil. This research makes the calculation of the gaze point simpler by excluding the calibration process of the virtual projection points. Even if the virtual projection points is not adjusted, a multiplying factor of the calibration of the center of pupil can vary relatively. for such reason as mentioned, system does not need to calculate the virtual projection points. Therefore, this research calculated the gaze point using the calibration of the center of pupil only. For the calibration about the center of pupil, the distance between the center of camera and the center of pupil after the correction is modeled as the second-order polynomial of the distance before the correction. The proposed system is composed of a large angle of view and high resolution camera and four infrared light LEDs which is fixed on a monitor and one infrared light LED of camera. The gaze tracking system is not affected by user's head movement or the distance between a user and a monitor. In comparison with the previous researches, the process of the calculation about the gaze point is simplified. As a result, system calibration is streamlined and also the accuracy of the calculation of gaze point is improved. Using this gaze tracking system of this research, usability test would be more convenient and deliberate.