A novel Eye-tracking system based on multiple infrared LEDs and photo-detectors for smartglasses applications

In the last decades it has been observed a growing interest in the Eye Tracking (ET) devices, namely pieces of technologies able to measure and examine the person’s eyes’ movements and positions. By analysing where and what people are looking at, it could be possible to study lots of aspects related to human cognition, behaviour and interaction with the environment. Given its peculiarities, ET has been employed in a variety of sectors such as psychology, medicine, sport or aviation, either by means of glasses, electrodes or mask. Though, the techniques majorly used nowadays are either invasive and unpractical or have resulted in the realisation of devices hard to use on a daily basis. This thesis, being part of a Joint Research Centre Project promoted by Luxottica S.p.A. for the realisation of an innovative pair of smartglasses, proposes a new ET technique based on the exploitation of IR emitters and photodetectors. With these sensors being placed on the glasses’ frame, the goals of this work refer to the validation of the technique itself and the localization of the frame’s spots on where to locate the sensors. The study has been conducted on different realistic eye models where testings, spectral analysis and images elaboration have allowed to define the spots in the middle of the frame’s horizontal axis and in the bottom corners as the optimal zones where to put the photodetectors. Additionally, it has been shown that if more than four receivers are decided to be exploited, then the number of candidates points for their localization increase considerably, leaving the producer a certain freedom when deciding where to place them.

Negli ultimi decenni è stato osservato un crescente interesse nei dispositivi di Eye Tracking (ET), ossia tecnologie in grado di misurare ed esamninare i movimenti e le posizioni degli occhi di una persona. Analizzando cosa e dove le persone stiano guardando è possibile studiare diversi aspetti umani legati alla cognizione, al comportamento e all’interazione con l’ambiente. Date le sue peculiarità, l’ET è stato sfruttato in diversi settori quali psicologia, medicina, sport o aviazione, attraverso l’utilizzo di occhiali, elettrodi o maschere. Tuttavia, le tecniche maggiormente utilizzate attualmente sono o invasive e poco pratiche o sono operabili solo tramite strumenti difficili da usare quotidianamente. Questa tesi, essendo parte del Joint Research Centre Project promosso da Luxottica S.p.A. per la realizzazione di un innovativo paio di smartglasses, propone una nuova tecnica di ET basata sull’utilizzo di emettitori e ricevitori ad infrarossi. Considerando che questi ultimi saranno poi posizionati sulla montatura dell’occhiale, gli scopi di questo studio hanno riguardato la verifica della tecnica proposta e la localicazzione dei punti migliori sulla montatura dove poter posizionare i sensori. Lo studio è stato condotto su diversi modelli realistici di occhio umano dove test, analisi spettrali ed elaborazione di immagini hanno permesso di definire i punti al centro degli assi orizzontali e gli angoli inferiori della montatura attorno alla lente come le zone migliori dove collocare i fotorivelatori. Inoltre, è stato mostrato come il possibile utilizzo di più di quattro fotorivelatori risulterebbe in un aumento notevole in termini di punti dove poter sistemare i sensori, lasciando quindi al produttore una certà libertà nel decidere dove poterli posizionare.