Eye tracking: quyền lực của đôi mắt

Giáo sư Stephen Hawking - biểu tượng của trí tuệ và khoa học - đang dần mất đi khả năng sử dụng máy tính. Vốn đã bất động trên xe lăn bởi căn bệnh ALS, tình trạng thoái hóa cơ khiến ông không thể cử động cơ mặt để điều khiển máy tính nữa. Nhưng sự đột phá đúng thời điểm của một công nghệ không mới đã vén mở giải pháp hoàn hảo cho bộ não bác học này. Công nghệ “Eye tracking” (ET) hay còn gọi là “theo dõi hành vi mắt người dùng” đang phát triển từ phạm vi sinh trắc học sang lĩnh vực điều khiển thiết bị bằng  cử  chỉ (Xem  bài  “điều  khiển  bằng  cử  chỉ”  -

Bệnh nhân không thể cử động có thể sử dụng thiết bị số nhờ công nghệ ET.

Đôi mắt là cửa sổ bộ não 
 

Ý tưởng về ET ra đời năm 1967, khi Alfred L. Yarbus nhà tâm lý học người Nga công bố một nghiên cứu thú vị: mắt phản ánh quá trình suy nghĩ của con người. Thông thường, người quan sát sẽ tập trung sự chú ý vào những yếu tố có vẻ đặc biệt, khác thường, mới lạ hoặc khó hiểu… vì thế suy nghĩ của đối tượng cụ thể có thể tìm ra chỉ nhờ phân tích chuyển động của mắt.
 

Công nghệ Eye-tracking sử dụng máy tính, máy quay, cảm biến hình ảnh và các phần mềm thông minh để ghi nhận, đo lường, phân tích chuyển động của đôi mắt một người. Mục tiêu ban đầu là phân tích cách mắt chuyển động, xác định điều mà họ tìm kiếm, đồng thời lý giải tâm lý và hành vi của họ.
 

Từ chỗ chỉ phố biến trong tâm lý và y học, nay kết hợp với những tiến bộ công nghệ thông tin, ET đang tạo bước đột phá trong lĩnh vực tương tác giữa con người và máy tính (HCI - Human Computer Interaction). Không chỉ hé mở tâm lý hành vi con người, công nghệ ET cảm ứng còn cho phép chuyển cử động mắt thành tín hiệu để điều khiển các thiết bị số.
 

Để đọc tín hiệu từ mắt, có 3 kỹ thuật ET chủ yếu:
 

1. Sử dụng thiết bị đo lường “đính kèm” mắt: chẳng hạn một kính đeo hoặc kính sát tròng được gắn cảm biến và máy quay. Phương pháp này vô cùng nhạy cảm với chuyển động của mắt nên rất được các nhà nghiên cứu ưa chuộng, nhưng nhược điểm là phải tiếp xúc trực tiếp với mắt nên gây khó chịu cho người dùng.
 

Kính sát tròng gắn cảm biến hình ảnh

Kính đeo mắt gắn máy quay

2. Sử dụng phương pháp quang học dựa trên sự phản xạ giác mạc. Kết hợp với bộ phận phát ánh sáng (thường là hồng ngoại), camera và cảm biến quang học ghi lại thay đổi của mắt thông qua hình ảnh phản chiếu từ giác mạc. Một số thiết bị còn phân tích cả những thay đổi rất nhỏ của mạch máu trên võng mạc. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi vì không phải tiếp xúc trực tiếp với mắt.
 

Ghi nhận chuyển động mắt nhờ phản xạ ánh sáng trên giác mạc.

Camera ghi nhận hình ảnh phản xạ phát ra từ hai đèn hồng ngoại gắn hai bên màn hình.

3. Sử dụng điện cực gắn trên da ở xung quanh mắt. Bản thân đôi mắt là nguồn điện tạo ra nhờ sự chuyển hóa trong võng mạc, với cực dương tại giác mạc và cực âm tại võng mạc. Tín hiệu điện đo được từ thay đổi của mắt gọi là điện nhãn đồ (EOG - Electrooculogram). EOG rất hữu dụng trong nghiên cứu chuyển động mắt vì nguồn điện từ mắt ổn định cả trong bóng tối nên thường dùng trong nghiên cứu giấc ngủ và đo lường chứng giật nhãn cầu. Nhược điểm chính của phương pháp là xác định hướng nhìn kém. Trong 3 phương pháp, phương pháp quang học thông dụng nhất, thường gặp trong các ứng dụng tương tác người-thiết bị. Hai phương pháp còn lại chủ yếu dùng trong y học, nghiên cứu, tiếp thị. chính xác hơn so với sử dụng camera.

Điện cực gắn trên da đo tín hiệu EOG

Quyền lực của đôi mắt

ET ra đời khoảng 3 thập kỷ nhưng rào cản chi phí và thiết bị cồng kềnh khiến công nghệ khó phổ biến. Thời gian đầu, người sử dụng ET phải đánh đổi giữa chi phí và chất lượng. Những hệ thống chính xác nhất trị giá lên đến hàng chục ngàn USD và đòi hỏi chuyên môn cao của nhân viên vận hành. Nhờ tiến bộ trong công nghệ máy tính và máy quay, vô khối thiết bị ET với giá cả không quá đắt, đa ứng dụng và dễ điều khiển ồ ạt ra đời.

Từ đó, ET trở thành công nghệ sinh trắc học phổ biến trong nghiên cứu y học, tâm lý học và ngôn ngữ nhận thức. Năm 1980, các nhà khoa học bắt đầu dùng ET để nghiên cứu sự tương tác giữa con người - máy tính và trả lời các câu hỏi liên quan đến tâm lý người dùng. ET vốn chỉ phổ biến trong nghiên cứu bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Phạm vi ứng dụng dần mở rộng sang lĩnh vực nghiên cứu tiếp thị, phát triển sản phẩm, thiết kế web... Các tập đoàn lớn nhờ đó mà tìm ra phương cách nâng cao mức độ thỏa mãn của khách hàng.
 

Nghiên cứu tiếp thị: thấu hiểu khách hàng từ ánh mắt
 

Có lẽ nghiên cứu tiếp thị là một trong những ngành nhiệt tình nhất với công nghệ ET. Nếu bạn đang bán một sản phẩm, làm thế nào lý giải vì sao doanh số bán hàng thấp. Vì mọi người không quan tâm đến sản phẩm đó, vì mẫu mã không “bắt mắt”, quảng cáo sai, hay vị trí trưng bày trên quầy hoặc trên website không hiệu quả?
 

Ở cấp độ đơn giản, ET cung cấp những thông tin cơ bản và rõ ràng nhất về hành vi người dùng: liệu họ có nhìn thấy điều họ quan tâm? Các nhà sản xuất đã dựa vào ET để tìm ra động lực mua hàng, hòng lọt vào “mắt xanh” của người tiêu dùng.
 

Chẳng hạn, trong biệt ngữ của Pháp, “zombie” (thây ma) chỉ những biểu tượng, hình ảnh hoặc cụm từ trên bao bì mà người mua vốn không thích nhưng không hề nhận ra. Một số công ty tư vấn tiếp thị sử dụng mắt kính có tích hợp ET để ghi lại chuyển động mắt của khách hàng. Họ lập bản đồ hình ảnh trên bao bì, xác định chính xác vị trí nào mắt người mua dừng lại lâu hơn và thể hiện sự thích thú, vị trí nào họ chỉ lướt qua hoặc không hề nhìn đến. Từ đó bộ phận tiếp thị thiết kế lại bao bì sao cho “bắt mắt” để nâng cao doanh số bán hàng.
 

Kính đeo ET cho biết khách hàng quan tâm đến thông tin gì trên bao bì sản phẩm

“Mắt thần” cho an toàn giao thông

Công nghệ ET cũng được dùng để cảnh báo các tài xế sắp ngủ gật. Hệ thống giám sát mệt mỏi dùng ET trị giá 10.000 USD đang được hai tập đoàn khai khoáng hàng đầu thế giới - BHP Billiton và Newmont Mining thử nghiệm trên các xe tải khai thác mỏ. Hệ thống này phân tích tần số, thời gian và tốc độ nháy mắt của người lái xe để phát hiện nếu họ sắp rơi vào tình trạng "ngủ gật". Chỗ ngồi sẽ rung mạnh và còi báo động chói tai phát ra đánh thức tài xế khi cần. Theo  quảng  cáo của  nhà  sản  xuất,

Xe tải khai thác mò có hệ thống ET giám sát mệt mỏi

công nghệ ET có thể giảm đến 90% phần trăm sự cố gây ra bởi sự mệt mỏi của tài xế.

Cảm ứng mắt giải phóng đôi tay
 

Khi công nghệ điều khiển máy tính và thiết bị bằng cử chỉ lên ngôi thì ET cũng bắt đầu “lấn sân” sang lĩnh vực tự động hóa. Tính linh hoạt của thiết bị và các phần mềm hiện đại đã truyền cảm hứng cho một thế hệ sản phẩm vô cùng phong phú dùng công nghệ ET.
 

Thị trường sắp tới dự đoán sẽ tràn ngập những ứng dụng tương tác bằng mắt như: kính 3D theo dõi mắt người, thiết bị nghe nhìn cuộn trang bằng mắt, điện thoại cảm ứng mắt, thiết bị laser theo dõi mắt bệnh nhân... của các nhà sản xuất thiết bị số lớn như Samsung, Fujitsu, Umoove, SensoMotoric Instruments, Haier. Không nghi ngờ gì nữa, ET sẽ trở thành tính năng cực hấp dẫn không chỉ trên giao diện máy tính mà cả các ứng dụng sử dụng hệ điều hành Android và Iphone. 
 

Riêng với y học, ET đã vượt xa phạm vi nghiên cứu để trở thành cánh tay đắc lực giúp các bác sĩ điều khiển dụng cụ y tế khi đang phẫu thuật. Hàng triệu người bại não, mất khả năng vận động, chấn thương cột sống hoặc tê liệt thần kinh cơ như Giáo sư Hawking cũng có cơ hội cải thiện cuộc sống nhờ sử dụng các thiết bị tích hợp ET.   Vẫn không ngơi đà tiến tới, những tiến bộ công nghệ hiện đại như ET ngày càng cải tiến và tự động hóa các chức năng cơ bản của con người. Mảnh đất tự động hóa thênh thang hứa hẹn khai phá nhiều ứng dụng mới, hấp dẫn và đầy giá trị!.

Samsung Galaxy S IV có thể cuộn trang bằng mắt

NHẬT ANH, STINFO số 7/2013