French Civil Aviation University(ENAC), ISAE Supaero

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Dr. Almoctar Hassoumi

I have recently defended my Ph.D. thesis under the supervision of my advisors Christophe Hurter and Vsevolod Peysakhovich. The thesis title is Gaze usages, analysis, and interaction. The link to download the manuscript is here.

I'm currently working as a Post-doctoral fellow under the supervision of Mickaël Causse in DCAS laboratory (Aeronautics and Space Center) at ISAE Supaero (Institute of Aeronautics and Space) in Toulouse, France.

Abstract - English

Eye-tracking technologies have a long history in various domains as a tool for understanding human visual behavior. They estimate the locations in a scene where a user is looking. These systems are used in various domains including human-computer interaction, usability studies, and learning transfer. As an example, gaze-based text entry allows interacting with computing systems for people with motor impairments, physical disabilities or lower muscle controls. They are also used to comprehend the visual behaviors of a pilot searching for information in a cockpit. The capabilities of computing devices are growing, so as the demand for new tools that take advantage of other sense organs (e.g., the eyes). However, a number of barriers still exists and makes these devices less accurate and difficult to use in daily activities. One of these problems is the shift between the actual and the estimated position of the user’s point-of-regard, which systematically comes from the eye-tracking systems’ accuracy and precision. Following recent advances, there is an increasing interest in affordable systems that have the potential to be more accurate and, researchers are continually investigating novel approaches. This thesis covers different issues of eye movement research. It proposes the use of novel approaches as a step towards overcoming these accuracy and precision issues. More specifically, we introduce novel strategies for detecting mapping functions for gaze estimation and calibration-free gaze interaction. In addition to proposing frameworks and strategies for improving accuracy, new calibration procedures and patterns are also revealed and discussed. In this dissertation, we address these issues in three different ways: calibration and mapping functions, calibration-less gaze interaction, visualization and exploration. We present four main contributions. First, we present a new method for calibrating state-of-the-art eye trackers with better accuracy. Second, we present a new gaze-based authentication method which works without any prior calibration, and can be extended to any alphanumeric-based input modality. Third, we present an uncertainty visualization approach. Finally, a method of analyzing eye movements data and aircraft trajectories using a novel brushing technique is proposed.

Résumé - Français

Les technologies de suivi du regard ont une longue histoire dans l’analyse du comportement du système visuel. Elles permettent d’estimer les endroits dans une scène où un utilisateur regarde. Les capacités des dispositifs informatiques sont en perpétuelle croissance, ainsi que le besoin pour de nouveaux outils qui peuvent permettre de tirer profit de nouveaux moyens de communiquer (par exemple avec les yeux). Ces systèmes sont utilisés dans divers domaines, notamment dans l’interaction homme-machine, les études sur l’ergonomie et l’utilisabilité, et le transfert de connaissance. Par exemple, pour les personnes ayant une déficience motrice ou un handicap physique, la saisie de texte par le regard peut être un important moyen d’interaction. En outre, ces outils peuvent être également utilisés pour comprendre les comportements visuels d’un pilote recherchant de l’information dans un cockpit. Toutefois, un certain nombre de barrières existent et rendent ces outils moins précis et donc moins efficaces. L’un des problèmes majeurs est le décalage entre la position réelle et la position estimée du point de regard de l’utilisateur. Celui-ci, sujet à des erreurs de précision, ne permet pas encore de se servir pleinement du canal d’interaction que peut offrir le regard. À la suite des progrès récents des technologies de détection de mouvements oculaires, on s’intéresse de plus en plus aux systèmes abordables, pas coûteux, précis et facilement utilisable. Cette thèse porte sur différents aspects de la recherche sur les mouvements oculaires. Elle propose de nouvelles approches qui permettent d’augmenter la précision de calcul de l’estimation du regard. En effet, nous montrerons qu’il existe des fonctions polynomiales plus adaptées que les modèles utilisés dans la littérature, et même dans les outils commercialisés. Nous proposons donc une nouvelle façon de construire automatiquement de nouveaux modèles qui sont mieux adaptés pour l’estimation du regard, et ce, pour tous les types de méthodes de calibration connus à ce jour. Nous présentons aussi de nouvelles stratégies pour l’interaction basée sur le regard, ne nécessitant aucune calibration préalable. En plus de proposer des stratégies pour améliorer la précision et des techniques d’interaction, des outils de visualisation et d’exploration sont également proposés. Dans cette thèse, nous contribuons alors sous trois différents angles : les techniques de calibration, l’interaction basée sur le regard, la visualisation et l’exploration.