Eye-Tracking per Webcam vs. Eye-Tracker [Vor- und Nachteile]

Webcam-Eye-Tracking vs. Eye-Tracker: Was ist besser? Entdecken Sie die Vor- und Nachteile sowie die Anwendungsmöglichkeiten der jeweiligen Technologie, um die ideale Lösung für Ihre Forschungsziele zu finden.

Modernste Eye-Tracking-Technologie nutzt leistungsstarke Industriekameras, die Licht im nahen Infrarotbereich erfassen und zudem von einer aktiven Beleuchtung in diesem Spektrum profitieren. Diese Funktionen sorgen gemeinsam für ein äußerst präzises Eye-Tracking-System. Es zeichnen sich jedoch auch andere Optionen ab, insbesondere das webcam-basierte Eye-Tracking, von denen einige in naher Zukunft wahrscheinlich zu ernstzunehmenden Konkurrenten werden. In diesem Beitrag tauchen wir in die Welt der speziellen Eye-Tracking-Hardware und des webcam-basierten Eye-Trackings ein und werfen einen Blick auf mögliche Zukunftsaussichten.

Wie funktioniert Eye-Tracking per Webcam?

Ein typischer Eye-Tracker ist ein spezielles Kameragerät, das für die Erfassung von Augenbewegungen unter allen Lichtverhältnissen entwickelt und optimiert wurde und in der Lage ist, Kopfbewegungen sowie eine Vielzahl physiologischer Abweichungen im Augenbereich auszugleichen.

Das webcam-basierte Eye-Tracking verwendet keine Infrarotdioden zur Erfassung der sogenannten Hornhautreflexionen; es handelt sich um einen rein videobasierten Eye-Tracker.

Das bedeutet, dass beim Eye-Tracking mit der Webcam im Wesentlichen Eye-Tracking-Daten von einer „normalen“ Kamera erfasst werden – einer Kamera, die Licht im sichtbaren Spektrum erfasst. Der Grund dafür ist, dass wir eigentlich nur eine Webcam benötigen oder wollen, die mit Licht im sichtbaren Spektrum arbeitet – Videokonferenzen im nahen Infrarotbereich wären eine seltsame Erfahrung.

Sichtbares Spektrum, Auflösung und Kontrast

Webcams und andere Kameras für den privaten Gebrauch sind auf das sichtbare Spektrum ausgelegt. Auch wenn handelsübliche Kameras ständig weiterentwickelt werden, bringt die Arbeit mit videobasierter Eye-Tracking-Technologie einige Einschränkungen mit sich:

• Nur das sichtbare Spektrum: kein Nutzen durch Licht im nahen Infrarotbereich (das es dem Algorithmus ermöglicht, die Pupille vor dem Hintergrund der umgebenden Iris genau zu erkennen). Videobasierte Eye-Tracker erkennen Augen und Pupillen ausschließlich anhand von Videobildern und nicht anhand der Reflexion an der Hornhaut.  
• Auflösung: Eine typische Webcam kann bis zu HD-Auflösung aufzeichnen, allerdings oft auf Kosten der Latenz und Bildrate. Eine niedrigere Auflösung kann dieses Problem beheben, allerdings geht dies hier mit einer geringeren Pixelanzahl zur Darstellung des Augenbereichs einher. Weniger Pixel bedeuten weniger Informationen, aus denen der Blickpunkt extrahiert werden kann, und letztlich eine geringere Genauigkeit und Zuverlässigkeit.
• Kontrast: Da die Webcam vollständig von den Umgebungslichtverhältnissen abhängt, kann eine schlechte Beleuchtung zu einer noch geringeren Genauigkeit führen, da der Kontrast zwischen den Augenbewegungen und dem Hintergrund des Gesichts zu gering ist.

Erfassung der Augenbewegungen mit einer Webcam

Wie kann der Eye-Tracking-Algorithmus der Webcam die Augen und Pupillen erkennen, ohne sich auf die Reflexion der Hornhaut zu stützen? Dazu wendet er einen vierstufigen Prozess an, der vereinfacht gesagt wie folgt abläuft: 

1. Die Position des Gesichts erkennen
2. Die Position der Augen im Gesicht erkennen
3. Die Ausrichtung des linken und rechten Auges erkennen
4. Die Ausrichtung der Augen auf das Bildschirmkoordinatensystem abbilden

Die meisten Methoden stützen sich bei der Zuordnung in Schritt 4 auf eine Kalibrierung. Die Kalibrierung erfolgt in der Regel auf die gleiche Weise wie beim herkömmlichen Eye-Tracking: Es wird eine Reihe von Kalibrierungspunkten auf dem Bildschirm eingeblendet, und der Teilnehmer wird gebeten, diese Punkte anzusehen, um ein Modell zu erstellen.

Vor- und Nachteile des webkamera-basierten Eye-Trackings

Demnach versprechen die Befürworter, dass Eye-Tracking zu einer allgegenwärtigen Technologie wird. Im Grunde handelt es sich um eine Technologie, die alle Geräte mit integrierten Kameras unterstützen könnten – und das sind heute natürlich praktisch alle PCs und Mobilgeräte.

Für die akademische und kommerzielle Forschung besteht die Möglichkeit, Daten zur visuellen Aufmerksamkeit bei jeder beliebigen Bevölkerungsgruppe und jedem demografischen Segment zu erheben – kostengünstig und schnell –, ähnlich wie beim Versenden einer typischen Online-Umfrage.

Je nach Art der durchgeführten Forschung kann die Qualität der mit Webcams erhobenen Daten jedoch Einschränkungen unterliegen. Vor allem die akademische Forschung, die auf hohe Genauigkeit angewiesen ist, wird vorerst weiterhin auf bildschirmbasierte Eye-Tracker angewiesen sein. In diesem Sinne spiegelt die Möglichkeit der Veröffentlichung von Forschungsergebnissen die Akzeptanz der verwendeten Instrumente durch die wissenschaftliche Gemeinschaft wider. Das bedeutet, dass webkamera-basierte Methoden mehr Bekanntheit, akademische Begutachtung, Qualitätssicherung sowie eine sorgfältige Auswahl der Befragten und eine hohe Rücklaufquote erfordern, um wissenschaftlich akzeptable Ergebnisse zu erzielen.

4 kostenpflichtige und kostenlose Softwarelösungen für Webcam-Eye-Tracking

Wenn Sie sich näher mit webcam-basiertem Eye-Tracking befassen möchten, stehen Ihnen mehrere Optionen zur Verfügung, darunter iMotions Online, das 2024 als Teil der iMotions-Produktsuite eingeführt wurde.

iMotions Online – browserbasierte Datenerfassung

iMotions Online ist unsere neue eigenständige und vollständig browserbasierte Plattform zur Datenerfassung. Die Daten werden über die Browser-Oberfläche und die Webcam des Teilnehmers erfasst, um Eye-Tracking- und Gesichtsausdrucksdaten zu sammeln, die bei Bedarf auch mit Online-Umfragen kombiniert werden können. Die Daten werden in der iMotions-Cloud-Infrastruktur verarbeitet und analysiert, wobei die Integrität gewahrt bleibt, ohne die volle, flexible Funktionalität zu beeinträchtigen. iMotions Online basiert auf der neuesten Version unseres webcam-basierten Eye-Tracking-Algorithmus WebET 3.0, dem genauesten und am gründlichsten validierten Algorithmus auf dem Markt. iMotions Online eignet sich perfekt für skalierbare UX/UI-Tests, Bild- und Videotests sowie Marketingstudien. 

Die folgenden Optionen sind unabhängig von iMotions und bieten eingeschränktere Analysefunktionen:

GazeRecorder – Desktop

GazeRecorder ist eine Freeware, die vom unabhängigen Forscher Szymon Deja entwickelt wurde. Die Anwendung dient zur Kalibrierung und Aufzeichnung von Eye-Tracking-Daten sowie von Bildschirminhalten. Nach der Aufzeichnung stehen Videoexporte und Rohdaten zur Verfügung.

Webgazer – Webbrowser

WebGazer ist ein Forschungsprojekt der Brown University. Es ist einzigartig, da es in JavaScript programmiert ist und die Einbettung von Eye-Tracking-Funktionen in eine Webseite ermöglicht.

EyeSee

EyeSee ist ein belgisches Marktforschungsunternehmen, das Online-Lösungen anbietet, die eine Analyse des Gesichtsausdrucks beinhalten.

Fortschritte bei Webcam- und Eye-Tracking-Methoden

Vereinfachte Komponenten – jedoch mit Nahinfrarotlicht

Bevor The Eye Tribe von Facebook übernommen wurde, bestand das Ziel des Unternehmens darin, robuste Eye-Tracking-Algorithmen zu entwickeln, die mit kostengünstigen Hardwarekomponenten funktionieren. Der Plan sah nicht vor, sich ausschließlich auf die in Geräten integrierten Standardkameras zu verlassen; vielmehr galt es zu beweisen, dass robustes Eye-Tracking durch Hinzufügen nur weniger zusätzlicher Hardwarekomponenten allgegenwärtig werden könnte.

Dies bedeutete letztlich, dass zusätzlich zu der bereits in einem Laptop oder Mobiltelefon vorhandenen Kamera eine Diode, die für eine aktive Beleuchtung im nahen Infrarotbereich sorgt, ausreichen würde, um die für ein präzises Eye-Tracking erforderliche Robustheit zu erreichen.

Geringere Kosten

Intel Realsense ist eine kostengünstige Hardwareplattform, die für wenige hundert Dollar erworben werden kann und die Möglichkeit bietet, im nicht sichtbaren Spektrum aufzunehmen sowie eine Entfernungskarte für die Bilder zu erstellen. Eyeware ist ein Eye-Tracking-Startup, das Eye-Tracking-Algorithmen für diese Plattformen entwickelt hat.

Genauigkeit – durch verschiedene Methoden

Adhawk präsentiert eine völlig neue Methode zur Erfassung von Augenbewegungen. Anstelle einer herkömmlichen Kamera nutzt das System einen MEMS-Scanner. Der Vorteil besteht darin, dass die Hardwarekosten drastisch gesenkt werden können und potenziell sehr genaue Messungen der Augenposition möglich sind.

Derzeit lässt sich diese Technologie vor allem in ein brillenähnliches Gerät integrieren, was bedeutet, dass eine Fern-Eye-Tracking-Lösung mit der Allgegenwärtigkeit webkamerabasierter Systeme nicht sofort verfügbar sein wird.

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Zusammenfassung: Eye-Tracker vs. Webcam-basierte Eye-Tracker-Funktionen

In diesem Kapitel haben wir einen einfachen Vergleich einiger wichtiger Funktionen von Eye-Trackern und Webcam-basierten Eye-Trackern vorgenommen.

Genauigkeit

Spezielle Eye-Tracker:

• Präzision: Spezielle Eye-Tracker wurden speziell für die Erfassung von Augenbewegungen entwickelt. Sie nutzen häufig Infrarotsensoren, um die Reflexion an der Hornhaut und die Bewegung der Pupille zu erfassen. Dies ermöglicht eine hohe Präzision und Genauigkeit bei der Erfassung.
• Stabilität: Diese Geräte sind weniger anfällig für äußere Einflüsse wie Lichtverhältnisse, wodurch eine gleichbleibende Leistung gewährleistet ist.
• Kalibrierung: Spezielle Eye-Tracker verfügen in der Regel über ausgefeilte Kalibrierungsverfahren, die sicherstellen, dass die Erfassung genau auf den jeweiligen Nutzer abgestimmt ist.

Webcam-basiertes Eye-Tracking:

• Allgemeine Genauigkeit: Obwohl Fortschritte erzielt wurden, sind webkamerabasierte Lösungen in der Regel weniger genau als spezielle Eye-Tracker. Dies liegt in erster Linie daran, dass Webkameras nicht speziell für das Eye-Tracking entwickelt wurden.
• Umgebungsfaktoren: Webcam-basierte Lösungen reagieren unter Umständen empfindlicher auf Lichtveränderungen und erfordern möglicherweise, dass sich der Benutzer in einem bestimmten Abstand oder Winkel zur Kamera befindet.
• Kalibrierung: Zwar ist eine Kalibrierung bei Lösungen auf Webcam-Basis möglich, doch ist sie möglicherweise nicht so präzise wie bei speziellen Trackern.

Datenanalyse

Spezielle Eye-Tracker:

• Umfangreiche Daten: Diese Tracker liefern eine Fülle von Daten, darunter Blickverfolgungsdiagramme, Heatmaps und Sakkadenverläufe. Anhand dieser Daten lässt sich das Nutzerverhalten sehr detailliert analysieren.
• Software-Integration: Viele spezielle Eye-Tracker werden mit proprietärer Software geliefert, die speziell für detaillierte Analysen entwickelt wurde und Forschern und Fachleuten die Auswertung der Daten erleichtert.

Webcam-basiertes Eye-Tracking:

• Grundlegende Analyse: Zwar bieten einige Softwarelösungen Heatmaps und Blickverfolgungsdiagramme an, doch sind die Daten möglicherweise nicht so detailliert oder genau wie die von speziellen Trackern.
• Flexibilität: Ein Vorteil von Webcam-basierten Lösungen besteht darin, dass sie sich aufgrund der weit verbreiteten Nutzung von Webcams in eine Vielzahl von Anwendungen integrieren lassen. Dies kann für Entwickler von Vorteil sein, die grundlegende Eye-Tracking-Funktionen in ihre Software integrieren möchten.

Forschung und berufliche Anwendungen

Spezielle Eye-Tracker:

• Forschung: In Bereichen wie Psychologie, Neurowissenschaften und Marketing ist die Präzision spezieller Eye-Tracker von unschätzbarem Wert. Sie ermöglichen es Forschern, detaillierte Erkenntnisse über die visuelle Aufmerksamkeit und kognitive Prozesse zu gewinnen.
• Professionelle Anwendungen: In Branchen wie der Spieleindustrie, der assistiven Technologie und dem User-Experience-Design (UX) bieten spezielle Eye-Tracker eine Präzision, die das Endprodukt oder das Nutzererlebnis erheblich verbessern kann.

Webcam-basiertes Eye-Tracking:

• Forschung: Für Vorstudien oder in Fällen, in denen hohe Präzision keine Priorität hat, können webkamerabasierte Lösungen eine kostengünstige Alternative darstellen.
• Professionelle Anwendungen: In Szenarien, in denen einfaches Eye-Tracking das Nutzererlebnis verbessern kann – beispielsweise bei bestimmten Videospielen oder E-Learning-Plattformen –, lassen sich webcam-basierte Lösungen integrieren, ohne dass zusätzliche Hardware erforderlich ist.

Während spezielle Eye-Tracker eine überlegene Genauigkeit und bessere Datenanalysefunktionen bieten, stellen webkamera-basierte Eye-Tracking-Lösungen für bestimmte Anwendungen eine leichter zugängliche und flexiblere Option dar. Die Wahl zwischen beiden hängt weitgehend von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Aufgabe ab. Da sich die Technologie ständig weiterentwickelt, ist mit weiteren Verbesserungen sowohl bei speziellen als auch bei webkamera-basierten Eye-Tracking-Lösungen zu rechnen.

Fazit

Letztendlich hängt der Nutzen der verschiedenen Eye-Tracking-Verfahren – unabhängig von der gewählten Methode – davon ab, wie sie eingesetzt werden. Wenn es darum geht, festzustellen, wo ein Proband auf einen bestimmten Bereich des Bildschirms geblickt hat, können webkamera-basierte Methoden diesen Zweck durchaus erfüllen. Bereiche wie Neuromarketing, UX/UI-Tests sowie Video- und Bildtests können erheblich von der Verwendung webkamerabasierter Eye-Tracking-Verfahren profitieren. Wenn jedoch eine höhere räumliche oder zeitliche Auflösung erforderlich ist, sind Infrarot-Eye-Tracker unverzichtbar. 

Wie bei jeder Technologie liegt das Beste noch vor uns. Zukünftige Hardware- und Software-Integrationen werden immer ausgefeilter und werden bald mit speziellen Eye-Trackern konkurrieren können. Nach unserer Einschätzung bei iMotions entwickelt sich das Webcam-Eye-Tracking derzeit zu einer sehr praktikablen Option für bestimmte Arten von Forschung und Datenerhebung.

Insbesondere in Bereichen, in denen die Datenerhebung Bilder, Videos oder Websites betrifft, kann das webkamera-basierte Eye-Tracking jede Studie erheblich beschleunigen. Derzeit können Unternehmen vom Einsatz des webkamera-basierten Eye-Trackings profitieren, um tiefere Einblicke zu gewinnen, die zudem häufiger gewonnen werden können, was die Produktentwicklung beschleunigt und Marketingstrategien optimiert. Im akademischen Bereich kann das webkamera-basierte Eye-Tracking ein leistungsstarkes Lehrmittel sein, wenn es um die Vermittlung von Eye-Tracking im Speziellen und menschlichem Verhalten im Allgemeinen geht.  

Wir hoffen, dass Ihnen diese Übersicht über das webkamera-basierte Eye-Tracking weitergeholfen hat. Wenn Sie mehr über die Einzelheiten des Eye-Trackings erfahren möchten, laden Sie sich unten unseren kostenlosen, umfassenden Leitfaden herunter oder kontaktieren Sie uns, falls Sie mehr über iMotions und unsere Eye-Tracking-Lösungen erfahren möchten.