Die Webcam-Atemerkennung verbessert die Fernforschung, indem sie mittels Videoanalyse die Atemfrequenz und die Dauer des Atemzyklus erfasst. Forscher gewinnen emotionale Einblicke allein mithilfe einer Webcam, indem sie die Webcam-basierte Atemerkennung mit Eye-Tracking und der Analyse von Gesichtsausdrücken kombinieren, um auch aus der Ferne ein differenzierteres Verständnis der impliziten emotionalen Reaktionen der Befragten zu erlangen.

Fernbefragungen werden immer beliebter, da sie den Befragten mehr Komfort bieten, da sie nicht extra in ein physisches Labor reisen müssen. Forscher können so leichter Daten von Stichprobenpopulationen sammeln, die über verschiedene Zeitzonen verteilt sind, ohne teure Hardware zu benötigen, oder sorgfältig ausgewählte Befragte mit ungewöhnlichen Arbeitszeiten oder solche, die bekanntermaßen schwer zu erreichen sind, einbeziehen. Webcam-basierte Atemmessungen stehen nun zur Verfügung, um die Fernerhebung von Daten zu ergänzen.

iMotions erweitert seine Suite zur Fernerfassung von Daten um ein neues Webcam-Atmungsmodul

Was ist Webcam-Atmung?

Einfach ausgedrückt ermöglicht „Webcam-Respiration“ (WebResp) Forschern, die Atemfrequenz (den Zyklus aus Ein- und Ausatmen) und die Zyklusdauer anhand von Videomaterial zu ermitteln. Dabei werden Algorithmen eingesetzt, um die von einer Webcam aufgenommenen Einzelbilder zu analysieren. Die Algorithmen zur Merkmalserkennung bei WebResp nutzen Orientierungspunkte wie Kopf, Schultern und Arme, um den Brustbereich aus den Einzelbildern herauszufiltern. (Für diejenigen, die mit unserer webkamera-basierten Eye-Tracking-Technologie vertraut sind: Dies ähnelt der Vorgehensweise von WebET, bei der Gesichtsmerkmale verwendet werden, um Pupillen für das Eye-Tracking zu finden.)

Anschließend vergleicht der WebResp-Algorithmus aufeinanderfolgende Bilder, um feine Veränderungen im Brustbereich zu erfassen, und filtert dabei Brustbewegungen heraus, die wahrscheinlich nicht mit der Atmung zusammenhängen. Die Filter sind so eingestellt, dass sie einen Bereich von Atemfrequenzen abdecken, der sowohl unter als auch über der Ruheatemfrequenz liegt, sodass Veränderungen in der Atmung erkannt werden können, die außerhalb der normalen Muster liegen, und auch jüngere Teilnehmer berücksichtigt werden.

Die Webcam-Atemmessung basiert nicht auf der Remote-Photoplethysmographie (rPPG, auch als kamerabasierte Photoplethysmographie bekannt), bei der anhand von Gesichtsvideos und der Erkennung von Veränderungen der Hautfarbe und Helligkeit (die sich in Änderungen der RGB-Werte widerspiegeln) Rückschlüsse auf Veränderungen des Blutvolumens gezogen werden. Anhand dieser Veränderungen lassen sich mithilfe von Algorithmen die Herz- und Atemfrequenz abschätzen. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass rPPG auf Veränderungen der Hautfarbe beruht und die Datenqualität je nach Hautfarbe variieren kann. WebResp stützt sich auf Brustbewegungen, nicht auf Veränderungen der Haut.

WebResp stützt sich auf Brustkorbbewegungen und nicht, wie bei herkömmlichen Methoden, auf Veränderungen der Haut.

Um Ihnen ein umfassendes Verständnis dieser innovativen Technologie und der ihr zugrunde liegenden Methodik zu vermitteln, laden wir Sie ein, die spezielle Seite zum Thema „Webcam-Atmung“ zu besuchen. Erfahren Sie, wie dieses nicht-invasive Tool Ihre Möglichkeiten im Bereich der Fernforschung revolutionieren kann.

Wie gut funktioniert die Atemüberwachung per Webcam?

Wir haben ein Whitepaper veröffentlicht, in dem die Atemfrequenz per Webcam bewertet wird.

Laden Sie das Whitepaper „Webcam Respiration“ herunter

In der ersten Studie haben wir WebResp mit einem Atemgurt verglichen, dem Goldstandard für die Atemmessung. Wir stellten fest, dass die beiden Methoden bei der Bestimmung der Atemfrequenz und der Atemzahl in einer kontrollierten Laborumgebung vergleichbar waren, in der die Probanden still vor einem Bildschirm saßen und neutrale sowie emotionale Videos ansahen.

In der zweiten Studie untersuchten wir, ob sich WebResp für Studien im Bereich der Verbraucher-Neurowissenschaften eignet. Konkret ging es darum, ob qualitativ hochwertige Daten aus der Ferne erhoben werden können und ob diese Daten ausreichen, um Veränderungen der Atmung zu erfassen, wie sie in Studien der Verbraucher-Neurowissenschaften zu erwarten sind. Um Reize aus der Verbraucher-Neurowissenschaft nachzubilden, wurden den Teilnehmern Videos und Bilder gezeigt, die lustig, ekelerregend, positiv oder neutral wirken sollten.

Die erste Analyse ergab, dass Qualitätsdaten aus der Ferne erfasst werden konnten. Der Mittelwert und der Median der Datenqualität lagen über dem festgelegten Qualitätsgrenzwert für verwertbare Daten, was darauf hindeutet, dass mehr als die Hälfte der erfassten Daten weiter analysiert werden konnte. Dabei ist zu beachten, dass dies nicht bedeutet, dass eine große Anzahl von Teilnehmern ausgeschlossen wurde. Bei 195 Teilnehmern wurden über 3 Millionen Datenpunkte auf ihre Qualität hin analysiert.

Anhand dieser Qualitätsdaten wurde anschließend untersucht, ob sich Veränderungen der Atemfrequenz feststellen ließen, wenn die Probanden verschiedene Reize betrachteten (lustige Videos, ekelerregende Bilder, positive Bilder und ein Referenzvideo). Mit WebResp konnten Veränderungen der Atemfrequenz beim Vergleich eines lustigen Videos mit dem Referenzvideo, dem ekelerregenden oder dem positiven Video festgestellt werden. Die durchschnittliche Zyklusdauer unterschied sich signifikant zwischen den ekelerregenden und den humorvollen Videos sowie zwischen den lustigen Videos und den positiven Bildern.

Wie kann ich Webcam-Respiration mit anderen Tools zur Fernerfassung kombinieren?

Bislang waren Webcams, Eye-Tracking und die Analyse von Gesichtsausdrücken in Kombination mit herkömmlichen Messmethoden wie Umfragen die wichtigsten Instrumente in der Forschung zu Fern-Biosensoren. Nun bietet iMotions über das Modul zur Fernerfassung von Daten eine Atemerkennung per Webcam an, die zusätzliche Erkenntnisse aus denselben Webcam-Daten ermöglicht.

Ergänzung der Eye-Tracking-Messung um die Atmung

Wenn Sie bereits webkamera-basiertes Eye-Tracking nutzen, um zu erfahren, wie Ihre Befragten ihre Aufmerksamkeit verteilen, kann die Webkamera-Atemmessung anhand derselben Webkamera-Daten zusätzliche Einblicke in die implizite emotionale Reaktion der Befragten liefern.

Bei der Verwendung von Videowerbung oder Filmtrailern in einer Fernstudie werden diese dynamischen Reize oft sorgfältig zusammengestellt, um die Aufmerksamkeit zu bestimmten Zeitpunkten auf bestimmte Teile des Videos zu lenken. Mithilfe von Webcam-basiertem Eye-Tracking mit Fernerfassung lässt sich beurteilen, ob die Befragten das wahrnehmen, was die Kuratoren von ihnen erwarten, und nachvollziehen, wie sie ihre Aufmerksamkeit während des Betrachtens verteilen.

Die Ergänzung des Eye-Trackings durch Atemmessungen liefert zusätzliche Informationen über die impliziten emotionalen Reaktionen der Befragten anhand von Veränderungen ihrer Atemfrequenz. Durch die Einbeziehung der Atmung können A/B-Tests mit Eye-Tracking über die reine Aufmerksamkeit hinausgehen und differenziertere Hinweise liefern. So zeigen beispielsweise Veränderungen bei Eye-Tracking-Kennzahlen (wie Verweildauer oder erneute Blicke) die visuelle Aufmerksamkeit an. Die Ergänzung dieser Daten durch Informationen über Atemmuster kann Interesse an einem sympathischen Schauspieler, Verwirrung hinsichtlich des Zwecks eines Produkts oder Vorfreude während einer spannungsgeladenen Szene in einem Horror-Trailer anzeigen.

Zudem beschränken sich implizite emotionale Reaktionen nicht nur auf Reaktionen auf die visuellen Informationen des Videostimulus. Mit Eye-Tracking allein ist es schwierig, implizite emotionale Reaktionen zu verstehen und zu erfassen, wie sich die Töne in den getesteten Videos auf Ihre Studienteilnehmer auswirken. Veränderungen in der Hintergrundmusik oder in den Stimmen von Sprechern und Schauspielern können implizite emotionale Reaktionen beeinflussen. Soundeffekte können das Eintauchen des Publikums in das Erlebnis verstärken. Mithilfe von Atemdaten lassen sich diese zusätzlichen Erkenntnisse mit Aufmerksamkeitsdaten aus dem webcam-basierten Eye-Tracking kombinieren.

Einbeziehung der Atmung in die Analyse des Gesichtsausdrucks

Die Gesichtsausdrucksanalyse ist ein hervorragendes Instrument zur Erkennung geäußerter Emotionen, selbst wenn diese nur für den Bruchteil einer Sekunde sichtbar sind. Sie ermöglicht es uns zu erkennen, wann Befragte Freude, Wut, Überraschung, Angst, Verachtung, Traurigkeit oder Ekel zeigen und wie lange diese Ausdrucksformen anhalten. Eine Einschränkung bei der Untersuchung geäußerter Emotionen besteht darin, dass manche Befragte ein Lächeln unterdrücken, Verwirrung verbergen oder ihre Emotionen übertreiben könnten.

Die Reaktion eines Teilnehmers auf den Trailer eines James-Bond-Films im Modul „iMotions Remote Data Collection“ – oben die Atmung und unten die AFFDEX-Valenzmetriken.

Zwar können Biosensoren uns nicht sagen, warum die befragte Person motiviert ist, ihr Verhalten auf diese Weise zu kontrollieren, doch können wir ihre Mimik mit ihren Atemmuster vergleichen, um die Komplexität ihrer emotionalen Reaktion zu verstehen. Dies ermöglicht es uns, geäußerte Emotionen mit impliziten Emotionen zu vergleichen. Anhand der Atmung lässt sich erfassen, wann die Befragten seufzen, nach Luft schnappen oder den Atem anhalten, sowie Veränderungen ihrer Atemfrequenz. Die Erfassung der Atmung über die Webcam ist zudem nützlich, um Einblicke in die Emotionen von Befragten zu gewinnen, die in Bezug auf ihre Mimik nicht besonders ausdrucksstark sind.

Kombination von Gesichtsausdrucksanalyse, Eye-Tracking und Atmung

Eine gängige Laborausstattung für Neuromarketing-Labore umfasst die Messung der galvanischen Hautreaktion (GSR), Eye-Tracking (ET) und die Analyse von Gesichtsausdrücken (FEA). Die GSR hat sich zu einem leistungsstarken Instrument für die Untersuchung von Videowerbung, Filmtrailern und anderen Videostimuli entwickelt, um die Intensität der emotionalen Reaktionen beim Betrachten zu erfassen. So können Forscher selbst kleinste Veränderungen der Hautleitfähigkeit während emotional aufgeladener Szenen feststellen.

Ein offensichtliches Hindernis für diejenigen, die Fernforschung betreiben, besteht darin, dass die Forscher keine Elektroden an ihren Probanden anbringen können. Mit Hilfe der Webcam-Atemmessung können Marktforscher ähnliche Erkenntnisse gewinnen wie in herkömmlichen Neuromarketing-Labors, wobei sie ausschließlich Daten von Webcams nutzen. In manchen Fällen kann die Atemmessung aussagekräftiger sein als die Hautleitfähigkeitsmessung (GSR).

Die GSR eignet sich hervorragend zur Messung einer erhöhten sympathischen Aktivität und wird häufig zur Untersuchung von Themen wie der allgemeinen Erregung eingesetzt, was Aufschluss über Aspekte wie die kognitive Belastung und die Wachsamkeit gibt. Allerdings liefert die GSR keine Informationen über die parasympathische Aktivität. Die Atmung wird sowohl vom sympathischen als auch vom parasympathischen Nervensystem beeinflusst, was bedeutet, dass sie auch zur Untersuchung von Entspannung herangezogen werden kann. Anhand der Atmung lässt sich zudem feststellen, ob jemand bei Angst oder Ekel den Atem anhält, oder ob bei Erregung kürzere Atemzyklen auftreten.

Weitere Informationen zum Webcam-Atmungsmodul finden Sie auf der entsprechenden Modulseite: