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Eyetracking im Sport

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Die Analyse des Blickverhaltens rückt in den letzten Jahren zunehmend ins sportwissenschaftliche Interesse. Bis jetzt verhindert jedoch das Fehlen einer geeigneten Messtechnik den breiten Einsatz in der Sportpraxis. Daher entwickelt ein Forschungsteam am Institute for Human Centered Engineering HuCE der Berner Fachhochschule zusammen mit dem Institut für Sportwissenschaft ISPW der Universität Bern einen sporttauglichen Eyetracker.

Starburst-Algorithmus zur Lokalisierung des Pupillenzentrums.
Illustration: Damian Weber

Blickbewegungen im Sport
Aktuelle, mobile Eyetracking-Systeme sind in erster Linie für quasistatische Umgebungen geeignet, z.B. für Studien zum Produktmarketing im Supermarkt. Zudem lassen die Einschränkung des Sichtfeldes, das hohe Gewicht, der schlechte Tragekomfort sowie die geringe Robustheit gegenüber dynamischen Bewegungen einen Einsatz im sportlichen Umfeld kaum zu. Darüber hinaus ist mit aktuellen Systemen keine ausreichende Benutzerfreundlichkeit für einen trainingsbegleitenden Einsatz gegeben. Am ISPW Bern wird seit einigen Jahren intensiv das Blickverhalten samt seinen Auswirkungen auf das Entscheidungsverhalten in sportlichen Situationen beforscht. Die dabei verwendeten Eyetracking-Systeme sind zwar mobil, werden aber primär für Labormessungen eingesetzt. Um die dort gewonnenen Ergebnisse nun auch in realen Sportsituationen überprüfen zu können, zielt das Kooperationsprojekt auf die Entwicklung eines sporttauglichen Eyetrackers. Geringes Gewicht, Kompaktheit und Outdooreinsatzmöglichkeit bei Sonne und Regen sind neben geringer Verletzungsgefahr und einfacher Bedienbarkeit Voraussetzungen für die Anwendung in hochdynamischen Situationen und im Trainingsalltag. Darüber hinaus darf der Athlet durch das Tragen des Messsystems in keiner Weise in seiner Routine beeinflusst werden, sondern muss auch mit dem System in der Lage bleiben, seine Normalleistungen zu erzielen.

Unser Konzept
Eyetracking-Systeme analysieren die Pupillenbewegungen und kombinieren diese mit einem Szenenbild, um die Blickpfade des Trägers sichtbar zu machen. Die grösste Herausforderung bei diesen optischen Systemen ist das Finden einer möglichst guten Kameraperspektive auf das Auge, ohne dabei das Sichtfeld des Trägers einzuschränken. Unser Konzept basiert auf einer für den Sport geeigneten Sicherheitsbrille, in welche wir Miniaturkameras integrieren. Diese Kameras erlauben eine direkte Perspektive von innerhalb der Brillengläser auf die Augen. Zudem kann auf diese Weise das gesamte Umgebungslicht abgeschottet werden, was zu einer gesteigerten Tracking-Robustheit bei wechselnden Lichtverhältnissen führt. Obwohl Kompaktheit ein Kernmerkmal des am HuCE zu entwickelnden Eyetracking-Systems ist, kann es in besonders dynamischen Situationen weiterhin zu einem Verrutschen der Brille kommen. Normalerweise erfordert dies eine Neukalibration des Systems. Unsere Lösung mit zwei Kameras pro Auge und den entsprechenden Signalverarbeitungs-Algorithmen hingegen kann ein 3-D-Modell des Augapfels erstellen und dadurch Verschiebungen des Eyetracking-Systems erkennen und in Echtzeit kompensieren. Ausserdem ermöglicht die Modellierung eine autonome Kalibrierung, was im Vergleich zu existierenden Eyetracking-Systemen eine erhebliche Steigerung des Bedienkomforts bedeutet.

Das Eyetracking-Team: hinten (v.l.n.r.): Prof. Dr. Ernst-Joachim Hossner, Dr. Ralf Kredel, Damian Weber, Carlo Prelz; vorn: Prof. Dr. Marcel Jacomet, Prof. Dr. Theo Kluter, Reto Meier