Dispositif de pointage visuel par laser embarqué sur une lentille de contact sclérale

Visual pointing device by laser embedded on a scleral contact lens

• Auteur / Autrice : François-Maël Robert
• Direction : Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye, Christian Person
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et photonique
• Date : Soutenance le 19/12/2023
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et le numérique
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : LCS Lentilles SAS (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Equipe Dispositifs Hyperfréquences - Département Optique - Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Christian Brosseau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye, Christian Person, Valentina Emiliani, Sylvain Bourdel, Vincent Nourrit
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valentina Emiliani, Sylvain Bourdel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Holographie

Lentilles de contact

Oculométrie

Mots clés libres

Oculométrie

Lentille de contact

Holographie

Eye-Tracking

Contact lens

Holography

Résumé

L’œil est un organe sur lequel la mesure de différents paramètres biologiques et cognitifs est possible. En particulier, l’étude des mouvements de l’œil et de la position du regard, ou oculométrie, a diverses applications dans des domaines tels que la conception d’interfaces humain-machines, les thérapies de restauration et réhabilitation visuelles ou la mesure de la charge cognitive. Le plus couramment, un oculomètre consiste en un dispositif comportant une caméra filmant l’œil associée à un algorithme de détection de pupille, la position de celle-ci étant liée à une position de regard dans l’environnement. Cette technique nécessite un traitement d’image pouvant être complexe et sujet à de mauvaises détections de pupille. Ce travail de thèse propose un nouveau type d’oculomètre vidéo, basé sur une lentille de contact sclérale dans laquelle sont encapsulés deux VCSELs, des lasers émettant dans l’infrarouge proche (850 nm). Ces lasers sont alimentés par induction à l’aide d’une bobine embarquée dans une monture. La monture embarque aussi la caméra filmant la lentille sur l’œil et une seconde caméra filmant l’environnement. La position des spots infrarouges de la lentille est associée à une position du regard par une calibration. Cette approche a été testée et validée expérimentalement, sur banc et sur humain au sein de la plateforme Streetlab à l’Institut de la Vision. Le dispositif a été certifié et a obtenu un marquage CE. L’utilisation d’un capteur optique de position, un PSD (Position Sensing Detector), pour remplacer la caméra filmant l’œil et gagner en fréquence d’acquisition, a été également été testée. La matérialisation du regard peut également passer par l’imagerie directe des spots infrarouges projetés dans l’environnement. Un élément d’optique diffractive a donc été incorporé à la lentille, pour collimater ou mettre en forme le faisceau issu des VCSELs sous forme de croix, et ainsi désigner une cible sans perturber la version humaine. La position regardée est vue par une caméra filmant dans l’infrarouge.

The eye is an organ that can be used to measure various biological and cognitive parameters. In particular, the study of eye movements and gaze position, or oculometry, has various applications in fields such as the design of human-machine interfaces, visual restoration and rehabilitation therapies or the measurement of cognitive load. Most commonly, an oculometer consists of a device comprising a camera filming the eye, combined with a pupil detection algorithm, the position of which is linked to a gaze position in the environment. This technique requires image processing that can be complex and prone to poor pupil detection. This thesis proposes a new type of video oculometer, based on a scleral contact lens encapsulating two VCSELs, lasers emitting in the near infrared (850 nm). These lasers are powered inductively by a coil embedded in a mount. The mount also carries the camera filming the lens on the eye and a second camera filming the environment. The position of the infrared spots on the lens is associated with a gaze position by calibration. This approach has been tested and validated experimentally, on bench and on human subjects, on the Streetlab platform at the Institut de la Vision. The device has been certified and CE marked. The use of an optical position sensor, a PSD (Position Sensing Detector), to replace the camera filming the eye and gain in acquisition frequency, was also tested. The materialization of the gaze can also be achieved by direct imaging of infrared spots projected into the environment. A diffractive optics element was therefore incorporated into the lens, to collimate or shape the beam from the VCSELs in the form of a cross, and thus designate a target without disturbing the human version. The viewed position is seen by a camera filming in the infrared.