Comprendre le suivi oculaire et ce qu'il peut vous apporter : définitions, indicateurs et applications
Le suivi oculaire est une technologie essentielle pour comprendre le comportement humain et les processus de pensée qui le sous-tendent. Ses applications sont illimitées, aussi bien en recherche que dans un cadre commercial.
Dans l'ensemble, les technologies de suivi oculaire et de suivi du regard offrent des enseignements et des opportunités inestimables. Pour démêler leur complexité, répondons aux questions fondamentales : qu'est-ce que le suivi oculaire, comment fonctionne-t-il et quelles sont ses applications ?
Qu'est-ce que le suivi oculaire ?
Le suivi oculaire permet de mesurer les mouvements des yeux, la position des yeux et les points de regard grâce à différents procédés technologiques. Autrement dit, le suivi oculaire identifie et suit l'attention visuelle d'une personne : où elle regarde, quoi et pendant combien de temps.
La technologie de suivi oculaire est souvent évoquée pour :
- La mesure des schémas de clignement
- L'identification de ce qu'une personne ignore ou ne regarde pas
- L'évaluation de la réaction de la pupille face à des stimuli visuels ou émotionnels
- L'aide à l'interaction homme-machine et à l'apprentissage automatique.
Les bases du suivi oculaire et du suivi du regard
La technologie de suivi oculaire repose sur ce principe :
Les humains communiquent par le regard. En transmettant cette faculté aux ordinateurs, on leur permettra de fonctionner de façon plus humaine. Tweeter
Pour y parvenir, les psychologues ont étudié en détail la physiologie et l'anatomie de l'œil, ainsi que les opérations cognitives associées au système visuel.
Aspects anatomiques
Le cerveau traite les images grâce aux cellules photosensibles de la rétine. Ces bâtonnets et ces cônes détectent la lumière qui entre par la pupille et transmettent les données visuelles au cerveau.
Bien que la rétine compte beaucoup moins de cônes que de bâtonnets, ce sont les cônes qui nous permettent de voir en haute résolution et en couleur.
Source : Blausen.com staff (2014). « Medical gallery of Blausen Medical 2014 ». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI :10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436.
Les cônes se trouvent dans la fovéa, au centre du champ visuel. La fovéa est la zone de l'œil où l'acuité visuelle est la plus élevée, mais elle est remarquablement petite. Autour de la vision fovéale s'étend la zone périphérique, où la netteté diminue fortement.
Pour traiter en détail une information visuelle qui l'intéresse, l'œil doit donc bouger.
C'est ce compromis entre une vision centrale à haute résolution et une vision périphérique à basse résolution qui rend possible, à la base, le suivi oculaire.
Les mouvements oculaires
L'œil effectue de nombreux mouvements, comme la vergence ou la torsion. Mais les plus pertinents pour le suivi oculaire sont les fixations, les saccades et la poursuite lente.
Les fixations se produisent lorsque l'œil s'arrête pour recueillir des données visuelles. Leur durée est très variable, mais plus une fixation est longue, plus l'information visuelle traitée est importante.
Les saccades sont des « sauts » rapides que l'œil effectue entre deux fixations dans un environnement statique. L'œil passe d'un objet d'intérêt à un autre pour acquérir de nouvelles données visuelles en haute résolution.
En raison de leur extrême rapidité, la vision est suspendue pendant les saccades. Elles comptent donc moins que les fixations dans le suivi du regard. Elles renseignent néanmoins sur l'enchaînement des fixations et sur l'attention visuelle.
La poursuite lente est le mouvement de l'œil qui suit un objet en mouvement. Comme la vision reste possible pendant la poursuite lente, ce mouvement est pertinent pour le suivi des mouvements oculaires.
La taille de la pupille
Le suivi du regard par vidéo permet aussi de mesurer et d'analyser la taille de la pupille. Pour obtenir des données pupillaires précises, l'environnement doit être rigoureusement contrôlé.
Dans des conditions de test adaptées, on peut observer et suivre la dilatation de la pupille provoquée par :
- Des stimuli émotionnels forts
- Une attention soutenue
- L'éclairage
- La charge de la mémoire de travail
L'attention visuelle
Surtout, le suivi oculaire facilite l'étude de l'attention visuelle.
Ses ressources de traitement des images étant limitées, le cerveau sélectionne les informations visuelles pertinentes en fonction :
- De l'intérêt : la décision consciente ou inconsciente de regarder un objet
- De l'environnement : les éléments détectés par la vision périphérique
Dans le monde académique, l'étude de l'attention visuelle aide à comprendre les mécanismes de l'attention en général. Elle éclaire le traitement cognitif à l'œuvre pendant l'exécution d'une tâche.
Pour la même raison, le suivi oculaire et l'analyse de l'attention ont aussi une grande valeur dans le monde de l'entreprise.
Le suivi oculaire sert-il à la recherche qualitative ou quantitative ?
En matière de méthodes de recherche, le suivi oculaire sert aussi bien à la recherche qualitative qu'à la recherche quantitative.
| Recherche qualitative |
Recherche quantitative |
| ✓ Interprétation des comportements | ✓ Variable dépendante |
| ✓ Utilisabilité (UX/UI) | ✓ Tests A/B |
| ✓ Entretiens rétrospectifs | ✓ Mesure des stimuli |
Suivi oculaire classique et suivi oculaire 3D
Alors que le suivi oculaire classique se heurte à une série de limites, le suivi oculaire 3D pour capteurs de profondeur les surmonte grâce à :
- Une large zone de suivi
- Le suivi de plusieurs personnes
- Une ligne de visée en 3D
- L'absence de calibration
- Une solution 100 % logicielle (si l'appareil de suivi oculaire intègre une caméra 3D)
À l'heure où nous écrivons ces lignes, Eyeware est l'une des rares entreprises à proposer publiquement une solution commerciale de suivi oculaire pour caméras 3D.
GazeSense, le logiciel de codage du regard 3D en temps réel d'Eyeware, permet d'obtenir facilement des données de suivi oculaire quantitatives et qualitatives. Découvrez comment il peut servir vos projets commerciaux, industriels ou de recherche sur gazesense.com.
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Comment fonctionne le suivi oculaire ?
Le suivi oculaire suit la position et les mouvements des yeux de manière non intrusive. Une source de lumière infrarouge ou proche infrarouge, invisible, éclaire la pupille, ce qui crée un reflet sur la cornée. Une caméra infrarouge enregistre ensuite ce reflet, délimite le centre de la pupille, en déduit la rotation de l'œil et détermine la direction du regard.
La méthode PCCR (Pupil Center Corneal Reflection, ou reflet cornéen et centre de la pupille) est le nom technique de la principale méthode de suivi oculaire, dans laquelle la pupille et les reflets cornéens sont suivis optiquement.
La position de l'œil, le point de regard et les mouvements oculaires sont calculés à l'aide d'algorithmes mathématiques avancés.
Les informations enregistrées deviennent ensuite des données brutes, que le logiciel de suivi oculaire traite.
Comment les eye trackers fonctionnent avec la calibration
Pour un suivi oculaire exact et précis, il faut tenir compte du décalage entre l'axe optique et l'axe visuel. Si l'axe optique est mesurable visuellement, la fovéa, elle, est décalée de quelques degrés.
Source : Dorland's Medical Dictionary for Health Consumers. (2007).
Il faut donc une correction (la calibration) pour faire correspondre la position de la pupille et celle du regard.
Avant de commencer une expérience, le système se calibre en relevant la position des pupilles pour un ou plusieurs points prédéfinis.
Les données
Une fois le point de regard calculé, les données brutes se présentent sous la forme de coordonnées XY, qui indiquent où le participant regarde sur l'écran. Le système de suivi du regard produit ensuite des coordonnées au rythme de sa fréquence d'images.
Des outils logiciels servent généralement au suivi oculaire et au traitement des données, notamment pour identifier les fixations et les saccades. Les fixations apparaissent souvent sous forme de points dont la taille correspond à leur durée. Les saccades sont les lignes qui relient ces points.
Ces opérations aident à nettoyer les données brutes avant de générer des visualisations :
- Réduire la densité du bruit
- Améliorer la précision
- Appliquer un algorithme de classification des mouvements oculaires
Indicateurs et visualisations pour l'analyse des données de suivi oculaire
Des représentations statiques aux représentations animées, le suivi oculaire et le suivi du regard s'appuient sur toute une gamme d'indicateurs et de visualisations pour examiner les données collectées.
Les fixations
Avec les saccades, les fixations forment un scanpath, c'est-à-dire le trajet suivi par les yeux d'une personne. Le suivi oculaire permet aussi de mesurer :
- Le délai avant la première fixation (TTFF) : le temps écoulé entre l'apparition d'un stimulus et la fixation dans une zone d'intérêt (AOI). Il renseigne sur l'attention visuelle.
- La durée de la première fixation : la durée totale de la première fixation
- Le nombre de fixations : combien de fixations ont eu lieu dans une AOI
- La durée moyenne des fixations : plus elle est élevée, plus une AOI attire le participant
- Les séquences de fixations : composées de l'emplacement et du moment de chaque fixation
Points de regard et gaze plots
Le point de regard indique où regarde un participant, tandis que le gaze plot permet de visualiser le scanpath. Les gaze plots représentent l'ordre chronologique des fixations et des saccades.
Les gaze plots agrégés servent à évaluer les scanpaths de plusieurs participants afin d'identifier des schémas de comportement.
Les zones d'intérêt (AOI)
Pour évaluer les différents indicateurs de fixation, on utilise des zones d'intérêt (AOI) qui délimitent des régions précises d'une scène.
Pour les délimiter, on trace les AOI sur l'image, autour des éléments à comparer.
- Le ratio : le nombre de participants qui ont fixé une AOI
- Le dwell time : le temps passé à regarder une AOI, c'est-à-dire la durée d'observation
- Le nombre d'observations : le nombre de fois où un participant est revenu sur une AOI
Les cartes de chaleur
Outil de visualisation, la carte de chaleur montre comment se répartissent les fixations et les points de regard. Des tons verts, jaunes et rouges indiquent la densité des points de regard dans les différentes parties de l'AOI.
Les cartes de chaleur reposent sur un principe simple : plus une zone concentre de fixations, plus elle apparaît en rouge.
Les cartes de focus ou d'opacité
Une carte d'opacité, aussi appelée carte de focus, montre les mêmes informations qu'une carte de chaleur, mais d'une autre manière.
Au lieu de recouvrir les zones qui ont reçu le plus d'attention visuelle, elle les fait clairement ressortir. À l'inverse, les zones qui ont reçu le moins de fixations sont assombries.
Les mesures
L'unité de mesure standard du suivi oculaire est le point de regard :
1 point de regard = 1 échantillon brut de suivi oculaire
Ex. : fréquence d'échantillonnage de 60 Hz = 60 points de regard distincts par seconde (1 point de regard toutes les 16,7 millisecondes)
Un appareil de suivi oculaire grand public a une fréquence d'échantillonnage de 30 à 60 Hz. Les appareils dédiés à la recherche atteignent environ 120 Hz à 1 000 Hz (et certains jusqu'à environ 2 000 Hz).
Vitesses et fréquences moyennes des mouvements oculaires :
- Fixation
- De 100 à plus de 600 millisecondes
- Durée habituelle : 100 à 300 millisecondes
- Fréquence typique : environ 3 Hz
- Saccade
- De 20 à 120 millisecondes
- Durée habituelle : 20 à 40 millisecondes
- Jusqu'à 600 à 700 degrés par seconde
- Fréquence typique : 4 fois par seconde, soit environ 4 Hz
- Poursuite lente : jusqu'à 30 degrés par seconde
Matériel et logiciel : les outils du suivi du regard
Le suivi oculaire et le suivi du regard nécessitent un appareil pour capter les informations et un système pour les suivre et les traiter, autrement dit du matériel et un logiciel.
Qu'est-ce qu'un logiciel de suivi oculaire ?
Si les fonctions varient d'une marque à l'autre, le suivi oculaire classique fait généralement appel à deux types de logiciels :
- Un logiciel d'acquisition et d'enregistrement des données
- Un logiciel de traitement et d'analyse des données
Selon l'éditeur, un logiciel dédié peut en outre être nécessaire pour :
- Différents types d'eye trackers (par exemple lunettes ou dispositifs sur écran)
- Un eye tracker spécifique
- Différents stimuli (par exemple statiques ou dynamiques)
Il existe cependant plusieurs solutions logicielles intégrées qui couvrent à la fois l'acquisition et l'analyse des données.
Quel que soit le logiciel choisi, voici quelques critères clés à prendre en compte :
- L'exactitude
- La durée de calibration
- La distance optimale
- La latence
- La fréquence d'échantillonnage
- Les angles de suivi
- L'amplitude des mouvements de tête
- Le temps de récupération
Le suivi oculaire sans lunettes : comment fonctionne le suivi du regard 3D d'Eyeware ?
La solution logicielle de suivi oculaire de pointe d'Eyeware utilise des caméras à capteur de profondeur pour faciliter l'interaction homme-machine en 3D.
GazeSense annote des objets 3D d'intérêt et fournit des données en temps réel pour des études simultanées sur plusieurs personnes. Il renseigne ainsi sur l'attention, l'intention, l'intérêt et l'engagement.
Sans lunettes ni autre dispositif porté, ce logiciel primé fonctionne avec de nombreux appareils grand public et sur mesure équipés d'un capteur de profondeur. Des smartphones aux kits de développement, en passant par les ordinateurs portables et les périphériques de jeu, GazeSense est compatible avec les caméras stéréoscopiques, à lumière structurée et à temps de vol (ToF), ainsi qu'avec les capteurs 3D sur mesure.
Le logiciel de suivi du regard 3D trouve des applications dans de nombreux domaines : automobile, robotique, appareils grand public, jeu vidéo, commerce de détail et publicité.
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Matériel : qu'est-ce qu'un eye tracker ?
Fondamentalement, le suivi oculaire 2D classique nécessite un appareil pour mesurer l'activité : l'eye tracker.
Aujourd'hui, les eye trackers sont soit à distance (sur écran), soit mobiles ou portés (dispositifs montés sur la tête, comme des lunettes ou des casques de réalité virtuelle).
À distance : les dispositifs sur écran
Pour suivre l'activité oculaire à distance dans un environnement contrôlé, on utilise généralement des dispositifs sur écran.
Le participant est assis devant un écran d'ordinateur ou un ordinateur portable, équipé d'un module fixé sous l'écran ou à proximité. On lui présente ensuite des stimuli multimédias (photos, sites web, vidéos ou jeux) pour déclencher, enregistrer et analyser ses mouvements oculaires.
Dans l'ensemble, les eye trackers sur écran fournissent aux développeurs et aux chercheurs des enseignements sur l'attention visuelle en collectant des données oculaires de haute qualité dans un cadre de test statique.
Mobiles : lunettes de suivi oculaire et casques VR
Les dispositifs de suivi oculaire portés sont recommandés pour les études comportementales en situation réelle. Ils permettent de se déplacer au-delà de la « headbox », la zone limitée qu'imposent les eye trackers fixes.
Les eye trackers montés sur la tête mesurent les mouvements oculaires de très près. Les dispositifs mobiles comme les lunettes peuvent toutefois devenir instables dans certaines conditions de test, par exemple lorsque les participants font du sport.
En réalité virtuelle, le suivi oculaire peut permettre à l'utilisateur de commander des fonctions simplement en regardant un bouton virtuel.
Les casques VR dotés du suivi du regard peuvent servir à :
- La formation professionnelle dans l'industrie
- Le divertissement interactif
- Tester l'attention visuelle dans le commerce de détail, entre autres.
En résumé, si l'expérience exige que les participants réagissent dans un environnement naturel et dynamique, les eye trackers portés sont la meilleure solution.
Suivi oculaire et suivi de la tête
La différence entre suivi oculaire et suivi de la tête est simple.
Les deux consistent à suivre des positions et des mouvements, mais le premier ne suit que les yeux, tandis que le second n'enregistre que l'activité de la tête.
Combinées, ces deux technologies fournissent des données encore plus précieuses et créent une expérience utilisateur riche dans des applications comme le jeu vidéo.
Recherche et applications : comment le suivi oculaire fonctionne-t-il en situation réelle ?
Techniquement, presque toutes les situations comportant des éléments visuels peuvent bénéficier du suivi oculaire et du suivi du regard. Tweeter
Jusqu'ici, cette technologie a permis des avancées considérables en sciences cognitives, en neuromarketing, en IA, en sécurité au travail et dans bien d'autres domaines de recherche et d'activité.
Les domaines d'utilisation du suivi oculaire : à quoi sert-il ?
Comme prévu, le suivi oculaire a déjà révolutionné la façon dont les humains communiquent avec leurs appareils, et inversement.
Il reste toutefois à développer cette technologie pour que chaque appareil grand public en soit équipé. En attendant, elle continue d'aider chercheurs, développeurs et annonceurs à mieux comprendre que jamais le comportement humain conscient et inconscient.
Recherche
Comme nous l'avons vu, le suivi oculaire apporte une contribution importante à la recherche qualitative comme quantitative. Dans un contexte académique, il peut servir d'outil pour :
- L'étude du comportement visuel
- L'évaluation des mécanismes de l'attention
- La mesure des réactions aux stimuli visuels
- La compréhension des schémas d'apprentissage
- La comparaison des comportements de groupe
Automobile
Le suivi oculaire joue un rôle majeur dans la sécurité automobile. Il peut aider à détecter si le conducteur est somnolent ou distrait, et contribuer à prévenir les accidents.
Avec le suivi oculaire 3D, le conducteur est surveillé et assisté grâce à une interaction pilotée par le regard. Tweeter
Intégré à des tableaux de bord intelligents, il place les affichages tête haute en réalité augmentée et le copilote virtuel au cœur de l'expérience de conduite.
Psychologie
En psychologie, le suivi du regard permet d'étudier les processus cognitifs : la mémoire, la résolution de problèmes, le langage, la prise de décision, la perception et l'attention en général.
Les neurosciences utilisent le suivi oculaire pour l'étude et le dépistage précoce de maladies comme la maladie de Parkinson, la schizophrénie, la maladie d'Alzheimer ou l'autisme. Cette technologie a par exemple aidé des chercheurs à démontrer que les adultes atteints de TSA reconnaissent et comprennent des émotions complexes.
Neuromarketing et publicité
Parce qu'il facilite l'étude de l'attention visuelle, le suivi oculaire est devenu un outil précieux pour les spécialistes du neuromarketing et, plus largement, pour les annonceurs.
En ligne comme hors ligne, le suivi du regard aide à déterminer ce qui intéresse naturellement le plus les clients et ce qu'ils risquent d'ignorer complètement.
Les spécialistes du neuromarketing associent aussi désormais le suivi oculaire et le codage facial pour mesurer les émotions face à des stimuli multimédias.
Jeux vidéo et divertissement
Rendu fovéal, graphismes immersifs et contrôle étendu par le regard : autant de fonctions de pointe du jeu vidéo rendues possibles par le suivi oculaire.
Le joueur peut explorer l'environnement du regard et interagir avec différents éléments du jeu simplement en les regardant.
De la même manière, on peut depuis plusieurs années commander un téléviseur selon les mêmes principes.
Accessibilité
Grâce au suivi oculaire, les personnes en situation de handicap peuvent contrôler ordinateurs et appareils mobiles, et même créer de l'art numérique. Les personnes qui ne peuvent ni bouger ni parler peuvent communiquer avec les machines par les mouvements de leurs yeux.
Cette technologie a considérablement amélioré l'accessibilité et permis aux utilisateurs en situation de handicap d'accomplir de nombreuses tâches informatiques.
Commerce de détail
Les professionnels du commerce de détail peuvent aussi utiliser le suivi oculaire pour analyser l'attention en rayon. Autrement dit, le suivi du regard éclaire le comportement des clients et leur processus de décision d'achat. Tweeter
Les distributeurs peuvent ainsi nettement améliorer leurs présentoirs, leurs magasins et le design de leurs emballages, ainsi que l'agencement et la répartition des produits.
Quels sont les avantages et les inconvénients du suivi oculaire ?
Les avantages de la technologie de suivi oculaire sont sans aucun doute nombreux.
Avantages
- Des avancées dans des domaines comme l'IA, les sciences sociales et la santé
- Une technologie d'assistance pour les personnes à mobilité réduite
- Des interfaces et une expérience utilisateur améliorées
- Contribuer à la sécurité dans les environnements de travail dangereux
- Des résultats d'études de marché de grande qualité
- Un éclairage remarquable sur l'esprit et le corps humains, en combinaison avec d'autres biocapteurs comme :
- FEA (analyse des expressions faciales)
- ECG (électrocardiogramme)
- EEG (électroencéphalogramme)
- EDA (activité électrodermale)
- EMG (électromyographie)
Le suivi oculaire étant une technologie encore en développement, de nombreux défis restent à relever.
Difficultés
- L'effet Hawthorne : une personne modifie son comportement lorsqu'elle se sait observée (par exemple lors d'une étude en environnement de test)
- L'interprétation (par exemple, un nombre de fixations plus ou moins élevé peut mener à des conclusions différentes selon le contexte)
- Le plissement des yeux : la méthode PCCR (Pupil Center Corneal Reflection) n'est pas efficace lorsqu'un participant plisse les yeux
- Le problème du « toucher de Midas » dans les interfaces commandées par le regard : l'utilisateur déclenche sans le vouloir une action non souhaitée
- La calibration du suivi oculaire classique, qui reste à simplifier
Bonnes pratiques et éthique
Mener des études et des expériences de suivi oculaire demande un temps d'apprentissage.
Voici quelques-unes des procédures et considérations éthiques à prendre en compte en amont :
- Informer chaque participant de l'objectif, du déroulement, des risques éventuels et des bénéfices de l'expérience
- S'assurer que chaque participant donne son plein consentement à l'étude
- Préparer un environnement de test adapté : éclairage équilibré, suppression des distractions, réglage de l'équipement de suivi oculaire
- Familiariser les participants avec l'équipement et les procédures de suivi oculaire
Le suivi oculaire vaut-il la peine d'être exploré ?
Absolument.
Depuis ses débuts, la technologie de suivi oculaire a ouvert la voie à des progrès considérables dans d'innombrables domaines.
Le secteur du suivi du regard prévoit une croissance continue dans les années à venir, qui aidera :
- Les ingénieurs R&D à trouver des solutions concrètes grâce à une technologie de pointe
- Les responsables innovation à mettre en œuvre des solutions créatives et à la pointe
- Les développeurs à construire des systèmes plus efficaces pour relever les défis actuels et à venir
- Les marketeurs à créer des POC et à améliorer l'expérience client
- Les professeurs et les chercheurs à explorer de nouvelles pistes et à ouvrir la voie à un monde meilleur
- Les neuroscientifiques à mieux comprendre que jamais les troubles cognitifs graves
- Les étudiants à contribuer au développement de la technologie de demain
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