Comment fonctionnent les Eye Trackers ou Oculomètres ?

Tobii est à la tête de l'industrie de l'eye tracking depuis 20 ans. Avec des applications dans des domaines allant de la recherche scientifique et de la recherche sur les consommateurs à l'automobile, les Eye Trackers ou Oculomètres ont fait progresser le monde en fournissant des informations uniques sur l'attention, l'intention et le comportement humains. Cet article présente en détail le fonctionnement de l'eye tracking. Nous illustrons étape par étape les processus des Eye Trackers ou Oculomètres sous écran ou sous Oculomètres portables.

Qu'est-ce que l'eye tracking ?

L'eye tracking est une technologie de capteurs qui mesure et enregistre la position et le mouvement des yeux. Un Eye Tracker ou Oculomètres est un dispositif permettant d'évaluer où ou ce que l'on regarde, également connu sous le nom de point de regard .

Le point du regard peut être identifié pour différents types de stimuli. En règle générale, une personne dont les yeux sont suivis dirige son attention vers un stimulus qui peut apparaître sur un écran d'ordinateur, dans un environnement réel ou dans une réalité virtuelle. Les Eye Trackers ou Oculomètres peuvent être utilisés comme dispositifs autonomes ou être intégrés dans d'autres technologies, telles que les casques XR, les PC et les véhicules (dans le cadre de solutions automobiles).

La technologie de l'Eye tracking a un large éventail d' applications , notamment la recherche scientifique et médicale, l'accessibilité pour les personnes handicapées, l'amélioration de la sécurité routière au volant, et l'amélioration de la réalité virtuelle et des expériences de jeu.

Principaux composants matériels d'un Eye Tracker ou Oculomètre

Les Eye Trackers ou Oculomètres, tels que Tobii, se composent généralement des éléments matériels suivants (Figure 1) :

• Modules d'éclairage dans le proche infrarouge

• Capteurs de caméra

• Processeur (détection d'images, modèle 3D de l'œil, algorithme de cartographie du regard)

Comment fonctionne l'eye tracking ?

1. Éclairage des yeux

Les Eye Trackers ou Oculomètres de Tobii utilisent un spectre lumineux proche de l'infrarouge pour éclairer les yeux et créer des motifs de réflexion de la lumière sur chaque œil. Plus précisément, la réflexion de la lumière tombe sur la pupille (l'ouverture circulaire noire au centre de l'œil) et la cornée (la couche externe transparente à l'avant de l'œil).

La réflexion de la lumière sur la cornée (également connue sous le nom de reflet ) est suivie par rapport à la position du centre de la pupille, ce qui nous permet d'estimer le point du regard. Cette méthode de détection est connue sous le nom de réflexion cornéenne au centre de la pupille (PCCR) .

2. Détection de la réflexion par des capteurs

Les Eye trackers ou Oculomètres contiennent des capteurs de caméra sensibles à la lumière proche de l'infrarouge et capturent des images des yeux et des reflets. Les capteurs de la caméra sont placés en face de l'utilisateur et ont une vue claire de ses yeux. En fonction de la vitesse de l'Eye Tracker ou Oculomètre, vous pouvez obtenir des informations sur des types spécifiques de mouvements oculaires. L'Eye Tracker ou Oculomètres le plus rapide de Tobii (Tobii Pro Spectrum ) prend une image des yeux toutes les 0,833 ms (1200Hz) et permet le tracking des microsaccades - les mouvements oculaires miniatures d'une amplitude inférieure à 0,1 degré d'angle visuel.

3. Traitement et analyse d'images

Pendant l'acquisition, l'image d'un œil est saisie par la caméra et envoyée pour analyse. Des algorithmes avancés de traitement de l'image sont utilisés pour estimer un modèle 3D de l'œil de la personne et la position de l'œil dans l'espace. Avec les Eye Trackers ou Oculomètres de Tobii, le point de regard peut être calculé avec précision sans appuie-tête ou mentonnière. Le centre de la pupille et le reflet de la cornée sont détectés lors de l'analyse de l'image pour calculer le point du regard.

Zoom sur la méthode de réflexion cornéenne au centre de la pupille (PCCR) Méthode de réflexion cornéenne au centre de la pupille (PCCR)

Pour estimer le point du regard, les Eye Trackers ou Oculomètres de Tobii utilisent une méthode appelée réflexion cornéenne au centre de la pupille (PCCR) . Cette méthode est basée sur l'identification et la localisation du centre de la pupille et de la réflexion de la lumière sur la cornée (connue sous le nom de reflet ). L'éclairage d'une source de lumière proche de l'infrarouge crée une réflexion lumineuse sur la cornée et la pupille (Figure 2).

Les algorithmes de traitement d'image identifient le centre de la pupille et la réflexion de la lumière sur la cornée (figure 3). Lorsque nous bougeons les yeux, la position de l'iris et de la pupille change par rapport au reflet de la cornée. Les algorithmes d'Eye tracking utilisent le vecteur entre le centre de la pupille et le reflet de la cornée et effectuent d'autres calculs pour déduire l'emplacement du point de regard (c'est-à-dire ce que nous regardons) avec une grande précision.

Zoom sur le sujet : Qu'est-ce que la lumière proche infrarouge et pourquoi l'utiliser pour l'Eye tracking ?

La précision de l'Eye tracking repose sur une annotation précise du centre de la pupille et de la réflexion cornéenne. Il est donc nécessaire de disposer d'une source d'éclairage stable qui puisse résister aux variations environnementales et permettre une annotation précise à tout moment. La lumière proche infrarouge est une excellente source de lumière qui répond à toutes les exigences d'un eye tracking précis et de haute précision :

• Invisible à l'œil nu

La lumière proche de l'infrarouge est invisible pour l'Eye Tracker ou Oculomètre. Elle ne provoque pas d'inconfort et ne distrait pas la personne placée devant l'eye tracker ou les oculomètres.

• Eclairage stable dans différentes conditions

La lumière proche infrarouge interfère moins avec la lumière ambiante que le spectre visible. Cela garantit une illumination fiable et précise de la cornée, ce qui rend les résultats de l'Eye tracking stables dans différents environnements.

Types d'appareils d'eye tracking et leur fonctionnement

Les Eye Trackers ou Oculomètres basés sur la vidéo sont le type le plus utilisé des dispositifs modernes d'Eye Trackers ou Oculomètres et peuvent être divisés en plusieurs types :

• Eye Tracker ou Oculomètres sous écran ou Oculomètres sous sous forme de lunettes de suivi.

• Eye Trackers ou Oculomètres ou, plus simplement, lunettes eye tracking

• Systèmes intégrés ou embarqués ou dispositifs de réalité augmentée (XR, par exemple)

Eye Trackers ou Oculomètres sous écran ou Oculomètre sous écran sous sous écran ou Oculomètre sous écran

Comme son nom l'indique, l' Eye Tracker sous écran ou Oculomètres sous écran est monté sur l'écran de l'ordinateur de bureau ou de l'ordinateur portable (Figure 4). Les Eye trackers sous écran ou Oculomètres calculent la position de l'œil et le point de regard sur le moniteur de l'ordinateur. Les Eye trackers sous écran ou Oculomètres sont largement utilisés dans la recherche scientifique, ainsi que pour améliorer l'expérience de jeu ou la recherche sur les consommateurs.

Eye Tracker ou Oculomètres portés Tobii

L'Eye Tracker ou Oculomètres, ou plus simplement les Eye Trackers oculomètres, se portent comme des lunettes ordinaires (Figure 5). L'Eye Tracker ou Oculomètres portable est équipé d'une caméra frontale qui enregistre ce que l'utilisateur regarde, ce qui permet d'obtenir des informations à la première personne dans des environnements réels. L'Eye Tracker ou Oculomètres portable est couramment utilisé dans la recherche scientifique, la recherche sur les utilisateurs et les consommateurs, ainsi que dans la formation et l'évaluation.

Eye tracking intégré au casque XR

La Réalité augmentée (RX) est un terme générique qui décrit les technologies immersives, dont les principaux types sont la réalité virtuelle (RV), la réalité augmentée (RA) et la réalité mixte (RM).

Dans un casque XR , les composants d'eye tracking comprennent généralement des caméras et des sources lumineuses placées dans une structure en forme d'anneau entre l'utilisateur et l'écran (figure 6). Les principaux algorithmes d'apprentissage automatique interprètent le flux de la caméra pour générer des points de données en temps réel tels que la taille de la pupille, le vecteur du regard et l'ouverture des yeux. Ces informations peuvent être utilisées pour comprendre l'attention et l'état cognitif de l'utilisateur et anticiper ses intentions.

L'Eye tracking peut être intégré dans des lunettes soit en incorporant tous les composants de l'Eye tracking dans les verres, soit en les intégrant de manière transparente dans la monture des lunettes, soit en combinant l'incorporation des verres et de la monture (figure 7), le tout en utilisant la technologie Tobii et les conceptions de référence en matière d'Eye tracking.

L'Eye tracking dans les applications UX couvre des domaines tels que la santé, la formation, la simulation, les insights UX, les MedTech, les EdTech et la recherche scientifique.