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Gafas de Realidad Aumentada con Eye Tracking

Las gafas de realidad aumentada con eye tracking o seguimiento ocular desarrolladas por el Dartmouth College podrían crear una experiencia aún más realista. La nueva tecnología mejora los controles del reproductor para juegos y permite una visualización de imágenes más precisa. Además, no necesita de una batería que ocupe espacio y aumente su peso.

Esta última característica es importante ya que el alto consumo de energía y el costo han mantenido a los rastreadores oculares fuera de los sistemas actuales de realidad aumentada. Mediante el uso de fotodiodos y luces de infrarrojo cercano, el DartNets Lab de Dartmouth ha creado un sistema portátil de uso eficiente de la energía que rastrea los movimientos rápidos de los ojos y permite la entrada de comandos del sistema con manos libres.

Las gafas, que también pueden ayudar a controlar la salud humana, se presentaron en el MobiCom 2018  celebrado en Nueva Delhi, India.

“Este es un avance emocionante para los jugadores, desarrolladores y otros usuarios de gafas inteligentes”, dijo Xia Zhou , profesor asociado de ciencias de la computación en Dartmouth y líder del proyecto, “es el primer rastreador ocular que puede caber en sus gafas diarias y Corre sin pilas “.

El uso de la vista como dispositivo de entrada efectivo en sistemas de interacción entre humanos y computadoras, tales como los videojuegos, requiere un seguimiento preciso de los movimientos oculares rápidos en el nivel submilimétrico. Los dispositivos de rastreo ideales deberían ser portátiles y consumir bajos niveles de energía para eliminar la carga frecuente. Hasta ahora, tal sistema no ha existido.

Según el equipo de investigación de Dartmouth, los rastreadores oculares portátiles existentes se quedan cortos debido principalmente a la incapacidad de igualar el alto rendimiento de seguimiento con el bajo consumo de energía. La mayoría de los rastreadores utilizan cámaras para capturar imágenes de los ojos, lo que requiere un procesamiento intensivo de las imágenes y genera altos costos y la necesidad de paquetes de baterías externas desordenadas.

“Tomamos un enfoque minimalista que realmente vale la pena en el uso de la energía y el factor de forma”, dijo Tianxing Li, estudiante de doctorado en Dartmouth y autor del artículo de investigación. “El nuevo sistema abre una amplia gama de usos para aplicaciones de seguimiento ocular”.

Para hacer que el sistema de Dartmouth funcionara, los investigadores necesitaban detectar la trayectoria, la velocidad y la aceleración de la pupila del ojo sin cámaras.

Las luces del infrarrojo cercano se utilizan para iluminar el ojo desde varias direcciones, mientras que los fotodiodos detectan patrones de luz reflejada. Esas reflexiones se utilizan para inferir la posición y el diámetro  en tiempo real a través de un algoritmo ligero basado en el aprendizaje supervisado.

Gafas AR con eyetracking
Al integrar el rastreador ocular en un par de gafas normales el sistema se basa en las luces NIR y fotodiodos para el seguimiento ocular y es alimentado por dos células solares delgadas en los brazos de las gafas. Crédito: DartNets Lab

Gafas AR con eyetracking

El prototipo se construyó con componentes de hardware disponibles en el mercado y se integró en un par de gafas regulares que rastrean cuatro etapas del movimiento ocular conocidas como fijación, búsqueda suave, sacada (movimientos rápidos)  y parpadeo. Los experimentos demostraron que el sistema logra una súper alta precisión con un bajo error en el seguimiento de la pupila.

“Al detectar el tipo de movimiento del ojo, el sistema puede adaptar la detección y el cálculo. “Algunos movimientos tienen trayectorias predecibles, lo que permite al sistema inferir la posición posterior de la pupila y minimizar el uso de energía”, dijo Li.

Con un consumo de energía que es cientos de veces más bajo que en los sistemas actuales, el rastreador ocular de Dartmouth se puede alimentar con energía recolectada de la iluminación interior, lo que significa que no se requieren baterías. El sistema de seguimiento ocular sin batería también es más fácil de integrar en un par de gafas normales.

Según el documento: “Aunque la captación de energía solar se ha estudiado ampliamente en la literatura, hasta donde sabemos, no se han realizado mediciones sistemáticas con configuraciones similares a las nuestras”. El diseño del sistema de seguimiento ocular de Dartmouth se ha hecho único. mediante la colocación de células solares verticalmente en el lado de los brazos de las gafas para recolectar energía de la iluminación interior en diversas actividades del usuario.

El sistema de bajo costo se puede utilizar para juegos de realidad aumentada y sistemas de visualización.

Al permitir mediciones más precisas de la posición del ojo, el sistema puede un día eliminar la necesidad de controladores manuales y puede dar como resultado una representación más eficiente de las imágenes por parte de los sistemas de visualización, lo que significa imágenes de mayor calidad.

El estudio se realizó exclusivamente en interiores porque la fuerte luz infrarroja en exteriores puede saturar los sensores de luz en el prototipo actual. Las investigaciones futuras incluyen adaptar la ganancia del sensor de luz en el sistema para uso en exteriores y mejorar la detección de ciertos movimientos oculares rápidos.

Con más avances, el seguimiento ocular continuo también se puede usar para identificar problemas de salud como trastornos mentales, detectar estados cognitivos como la fatiga y evaluar la efectividad de los tratamientos clínicos. Los futuros modelos también se optimizarán para una apariencia más miniaturizada y una mejor integración en gafas regulares con varias formas.

Leer el paper completo: Battery-Free Eye Tracker on Glasses

Fuente: Dartmouth College