IRIMAS, équipe IMTI
Vision 3D, traitement de l'image et développement pour la microscopie photonique
Vision 3D, oculométrie, eyetracking, traitement de l'image
Mot-clés : eyetracking, oculométrie, calibration facile, ransac, parallax
Fig. 1 : système d'eyetracking avec contact Fig. 2: Principe de la calibration rapide
monopoint (à gauche), comparé à la calibration classique.
Keywords : eyetracking, easy calibration, ransac, parallax
Généralité sur l'oculométrie (eyetracking)
Il existe deux catégories de système : avec ou sans contact. Les systèmes sans contact (caméra fixe)
possèdent l'avantage de la simplicité, mais l'inconvénient majeur réside dans l'absence de mobilité.
Le Lab.El développe un modèle avec contact (Fig. 1): l'équipement est attaché à l'utilisateur et lui permet donc
d'être mobile.
L'inconvénient réside dans une calibration du système plus fastidieuse.
Principe
Diverses méthodes permettent de connaître la position de la pupille. La vision est ici utilisée : une image numérique de
l'oeil va permettre d'extraire la position du centre la pupille. Le but est ici de lier la position du regard à la
position de la pupille dans cette image.
Différentes étapes sont nécessaires :
Modélisation du système de vision. Calibration.
La scène en 3 dimensions est projetée sur une image en deux dimensions grâce au système de vision. Pour caractériser
cette transformation, il faut d'abord caractériser la caméra.
Les paramètres de la caméra sont d'abord estimés
à l'aide d'une mire (estimation de la pose).
La projection d'un point de la scène 3D vers l'image 2D nécessite 3 transformations :
Des points de correspondance ("points d'appariements") entre la scène et
l'image de l'oeil doivent être connus : c'est la phase de calibration, en principe effectuée par un utilisateur
immobile pointant du regard différents points d'une mire (Fig. 2, à droite).
L'homographie, permettant de lier la position de la pupille au point de regard dans la
scène, est finalement obtenue par inversion d'un système linéaire par la méthode des moindres carrés.
Dans un souci de simplification et d'automatisation, une méthode de calibration rapide, dite à un seul
point (Fig. 2, à gauche) a
été développée. Elle permet de multiplier le nombre de points d'appariement et d'éliminer les points aberrants, tout en
s'affranchissant des problèmes d'immobilité de l'utilisateur.
Détection de la pupille.
Un éclairage externe infrarouge est utilisé : il permet de s'affranchir des variations extérieures de lumières
et d'avoir un point fixe dans l'image grâce à la réflexion cornéenne de la source (image de Purkinje).
Pour détecter le centre de la pupille, une méthode simple et rapide par seuillage peut être utilisée. Différentes
variantes permettent d'améliorer la robustesse (algorithme Starbust associé à Ransac pour l'élimination de
points aberrants).
Le barycentre de la zone seuillée fournit le centre de la
pupille. Le programme est développé en C++ à l'aide de la bibliothèque libre OpenCV, pour assurer des résultats en temps
réel.
Résultats
Le suivi oculaire a été appliqué à l'étude du comportement d'un conducteur automobile.
Perspectives : oculomètre binoculaire et mesure de distance