캘리브레이션(Calibration)이란 무엇이며, 왜 필요할까요?

우리가 세상을 볼 때, 모든 부분을 똑같이 선명하게 보는 것은 아닙니다. 즉, 망막 중심부(중심와, fovea)에서만 가장 선명하게 보이고, 주변부는 형태나 움직임 정도만 감지합니다. 아이트래커(eye tracker, 시선추적기)는 사람이 어디를 보고 있는지를 측정하지만, 이를 정확하게 기록하려면 반드시 캘리브레이션(calibration) 과정이 필요합니다.

캘리브레이션(Calibration) 이란?

캘리브레이션은 아이트래커의 원시 측정값을 실제 사람이 보고 있는 화면의 위치와 맞추는 과정입니다. 사람마다 눈의 해부학적 구조가 조금씩 다르기 때문에, 보정 과정이 없으면 아이트래커가 계산한 시선 위치가 실제 시선과 어긋날 수 있으며, 그 이유는 다음과 같습니다.

  • 광학축(optical axis)과 시각축(visual axis)은 완벽히 일치하지 않습니다. 이 차이를 카파 각(angle kappa)이라 부르며, 작은 오차라도 시선 위치 계산에 영향을 줍니다.

  • 아이트래커의 위치나 알고리즘 모델에서 발생하는 시스템 편향(system bias)도 정확도를 떨어뜨릴 수 있습니다.

캘리브레이션은 이런 오차와 편향값을 줄여주어 보다 정확한 데이터를 얻도록 합니다.

캘리브레이션을 수행하는 방식

캘리브레이션 과정에서는 참가자가 화면에 나타나는 여러 개의 점(보통 5~9개)을 순서대로 바라봅니다. 아이트래커는 이때 기록된 원시 시선 데이터와 실제 점의 위치를 비교하여 보정 함수를 계산합니다. 이 과정을 통해 시스템 편향을 줄여 정확도(accuracy)를 높일 수 있습니다. 정밀도(precision, 반복 측정의 일관성)는 바뀌지 않지만, 전반적인 시선 데이터의 신뢰도가 올라갑니다. 연구 목적에 따라 1~2점으로 간단히 진행하기도 하고(아동 연구, 보조공학 등), 최대 12점까지 사용해 더 정밀하게 보정하기도 합니다.

캘리브레이션을 최적화 하는 방법은?

캘리브레이션을 최적화 하기 위해서는 몇 가지 중요한 조건이 충족되어야 합니다. 우선, 하나의 캘리브레이션 포인트만 사용하는 것보다 여러 개의 포인트를 사용하는 것이 정확도를 높이는 데 유리합니다. 일반적으로 포인트가 많을수록 정확도가 좋아지지만, 경험이 부족한 피험자는 다섯 개 이상의 포인트에 집중하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 캘리브레이션 자체는 10초에서 30초 정도밖에 걸리지 않지만, 이 과정에서 피험자가 집중을 유지하지 못하거나 점이 이동할 때 깜박임이 발생할 수 있습니다. 따라서 피험자가 점이 고정된 순간에만 집중하도록 안내하는 것이 필요합니다.

또한, 화면의 배경 색상에도 주의를 기울여야 합니다. 동공 중심 이동(pupil center shift)이라는 효과 때문에, 실험에서 제시될 자극과 비슷한 밝기의 배경을 사용하는 것이 권장됩니다. 피험자에게는 캘리브레이션 중에 화면의 점을 추측하려 하지 말고 단순히 따라가기만 하면 된다는 점을 명확히 알려주어야 하며, 이렇게 해야 개인별 정확한 데이터를 얻을 수 있습니다.

이와 더불어, 눈 추적 기록 중에는 편안한 자세를 유지하고 아이트래커 앞에서 최적의 위치에 앉도록 해야 합니다. 머리카락이 얼굴을 가리지 않도록 미리 정리하는 것도 중요합니다. 이러한 조건들을 잘 지키면 캘리브레이션 과정이 훨씬 원활해지고, 결과적으로 정확도가 높아져 아이트래킹 데이터의 전반적인 품질을 향상시킬 수 있습니다.

1  Harezlak, K., Kasprowski, P., & Stasch, M. (2014). Towards Accurate Eye Tracker Calibration – Methods and Procedures. Procedia Computer Science, 35, 1073-1081.
2  Artal, P. (2014). Optics of the eye and its impact on vision: A tutorial. Advances in Optics and Photonics, 6, 340-67.
3  Freeman, A.W., Nguyen, V.A., & Jolly, N. (1996). Components of visual acuity loss in strabismus. Vision Research, 36 (5), 765-774.