Bovenmenselijk zicht: oogvolgtechnologie 'ziet het onzichtbare'

Computergebruik

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 05/05/2025

Op deze close-up van het menselijk oog is een patroon van vervormde lijnen te zien als reflectie, terwijl het met de nieuwe technologie wordt gevolgd. [Afbeelding: Florian Willomitzer]

Oogvolging

Oogregistratie speelt een belangrijke rol in de nieuwste apparaten voor virtual reality en augmented reality en is een belangrijke technologie in de entertainmentindustrie, wetenschappelijk onderzoek, medische en gedragswetenschappen, bestuurdersassistentiesystemen in auto's en zelfs industriële techniek.

Er valt dus veel te winnen bij iedere verbetering van de technologie om de menselijke oogbewegingen met grote nauwkeurigheid te volgen.

En Jiazhang Wang en zijn collega's aan de Universiteit van Arizona in de VS hebben een hele prestatie geleverd: ze hebben een krachtige 3D-beeldvormingstechniek, bekend als deflectometrie, geïntegreerd met een geavanceerd computersysteem. Hierdoor hebben ze de technologie voor oogregistratie drastisch kunnen verbeteren.

De nieuwe combinatie kan, ten opzichte van de enkele tientallen punten die met de huidige technologieën in het oog kunnen worden gedetecteerd, nu tienduizenden punten tegelijk vastleggen. En het potentieel bestaat om dit aantal zelfs nog verder te vergroten.

"Met huidige methoden voor het volgen van de oogbewegingen kunnen we alleen richtingsinformatie over de oogbol vastleggen op basis van een paar verspreide punten op het oppervlak, hooguit een tiental", legt professor Florian Willomitzer uit. "Met onze op deflectometrie gebaseerde methode kunnen we informatie van meer dan 40.000 oppervlaktepunten gebruiken, theoretisch gezien zelfs miljoenen, allemaal uit één enkele cameramomentopname."

"Meer datapunten leveren meer informatie op die potentieel gebruikt kan worden om de nauwkeurigheid van de schatting van de blikrichting aanzienlijk te verbeteren", voegt Wang toe. Dit is bijvoorbeeld cruciaal om toepassingen van de volgende generatie in virtual reality mogelijk te maken. We tonen aan dat onze methode het aantal verkregen datapunten gemakkelijk met een factor van meer dan 3000 kan verhogen ten opzichte van conventionele benaderingen.

Een camera registreert lichtpatronen die door het oogoppervlak worden weerkaatst. Eén algoritme maakt gebruik van een zogenaamde oppervlaktenormaalvector – de richting loodrecht op het oogoppervlak – om de vorm van het oog te meten, die vervolgens kan worden gebruikt om de kijkrichting te schatten. [Afbeelding: Jiazhang Wang et al. - 10.1038/s41467-025-56801-1]

Computationele deflectometrie

Deflectometrie is een 3D-beeldtechniek waarmee reflecterende oppervlakken met zeer hoge precisie kunnen worden gemeten. De meest voorkomende toepassingen zijn het scannen van grote telescopische spiegels of andere hoogwaardige optische apparatuur op de kleinste onvolkomenheden of vormafwijkingen ten opzichte van het ontwerp.

Het team noemt hun hybride techniek 'computationele deflectometrie' en voegt eraan toe dat de techniek, naast oogregistratie, ook ingezet kan worden om schilderijen en andere kunstwerken te analyseren, de vorm van huidafwijkingen te detecteren en nog veel meer.

In plaats van te vertrouwen op een paar puntbronnen van infraroodlicht om informatie te verkrijgen uit reflecties van het oogoppervlak, maakt de nieuwe methode gebruik van een beeldscherm dat gestructureerde lichtpatronen weergeeft, een zogenaamde verlichtingsbron. Elk van de meer dan 1 miljoen pixels op het scherm kan zo als een individuele lichtbron functioneren.

Door de vervorming van de patronen te analyseren terwijl ze op het oogoppervlak reflecteren, is het mogelijk om nauwkeurige, dichte 3D-oppervlaktegegevens te verkrijgen van zowel het hoornvlies, dat de pupil bedekt, als het witte gebied rondom de pupil, ook wel de sclera genoemd.

"De unieke combinatie van precieze meetmethoden en geavanceerde computers zorgt ervoor dat machines 'het onzichtbare kunnen zien'. Dat geeft ze een 'bovenmenselijk zicht', dat verder gaat dan wat de mens kan waarnemen", aldus Willomitzer.

Omdat er zoveel punten in het oog waren gedetecteerd, ontdekte het team een ​​wenselijk neveneffect: de nieuwe technologie creëert een dichte, nauwkeurige reconstructie van het oogoppervlak, die in de toekomst gebruikt kan worden voor directe diagnose en correctie van oogaandoeningen.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen