Développement et implémentation d'algorithmes de traitement et de compression d'images pour un système embarqué miniaturisé d'oculométrie

Design and implementation of image processing and compression algorithms for a miniature embedded eye tracking system

• Auteur / Autrice : Pavel Morozkin
• Direction : Maria Trocan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal et de l'image
• Date : Soutenance le 29/06/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut supérieur d'électronique de Paris (1955-....)
• Jury : Président / Présidente : Habib Mehrez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Basarab Mateï, Marc Winoc Swynghedauw
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ales Procházka, François-Xavier Coudoux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes embarqués (informatique)

Traitement d'images -- Techniques numériques

Systèmes homme-machine

Oculométrie

Mesure

Oeil -- Mouvements

Mots clés libres

Traitement d'images

Compression d'image

Oculométrie

Système embarqué

Apprentissage automatique

Réseau de neurones artificiels

Digital image processing

Image compression

Eye tracking

Résumé

Les interactions Homme-machines (IHM) deviennent progressivement une partie intégrante de notre futur. Parmi eux, les systèmes embarqués d’oculométrie permettent à l'utilisateur d’interagir avec les objets placés dans un environnement connu, par l'utilisation les mouvements naturels des yeux. La solution mobile d’oculométrie EyeDee™ (développée par SuriCog) est un exemple précis de produit basé sur l’IHM. Elle inclut un système portable filaire ou sans fil Weetsy™ composé d’une monture Weetsy™ et d’une carte électronique Weetsy™, d’un capteur intelligent à distance π-Box™ et d’une unité de traitement basé sur un PC exécutant le logiciel SuriDev (analyse des mouvements des yeux, détection de la position de la tête et estimation du regard) qui délivre les résultats en temps réel à une application du client via SuriSDK™ (Software Development Kit, Kit de Développement Logiciel). En raison du caractère portable du système d’oculométrie développé il faut se conformer à certaines contraintes. Les plus importantes sont : une faible consommation d'énergie, un faible dégagement de chaleur, un faible rayonnement électromagnétique, un nombre limité d’instructions par seconde (MIPS – Million Instructions Per Second), ainsi qu’un support de transmission sans fil de données de l’œil. Par rapport à l'état-de-l'art des systèmes de compression d'images employés généralement, il est possible de construire de toutes nouvelles méthodes, approches et algorithmes de traitement d’images et de compression spécialisées à l’application de l’analyse des mouvements des yeux. Développement et implémentation de ces méthodes, approches et algorithmes sont les objectifs de la thèse.

Human-Machine Interaction (HMI) progressively becomes a part of coming future. Being an example of HMI, embedded eye tracking systems allow user to interact with objects placed in a known environment by using natural eye movements. The EyeDee™ portable eye tracking solution (developed by SuriCog) is an example of an HMI-based product, which includes Weetsy™ portable wire/wireless system (including Weetsy™ frame and Weetsy™ board), π-Box™ remote smart sensor and PC-based processing unit running SuriDev eye/head tracking and gaze estimation software, delivering its result in real time to a client’s application through SuriSDK (Software Development Kit). Due to wearable form factor developed eye-tracking system must conform to certain constraints, where the most important are low power consumption, low heat generation low electromagnetic radiation, low MIPS (Million Instructions per Second), as well as support wireless eye data transmission and be space efficient in general. Eye image acquisition, finding of the eye pupil ROI (Region Of Interest), compression of ROI and its wireless transmission in compressed form over a medium are very beginning steps of the entire eye tracking algorithm targeted on finding coordinates of human eye pupil. Therefore, it is necessary to reach the highest performance possible at each step in the entire chain. In contrast with state-of-the-art general-purpose image compression systems, it is possible to construct an entire new eye tracking application-specific image processing and compression methods, approaches and algorithms, design and implementation of which are the goal of this thesis.