Semi-Supervised Pattern Recognition and Machine Learning for Eye-Tracking

The first step in monitoring an observer’s eye gaze is identifying and locating the image of their pupils in video recordings of their eyes. Current systems work under a range of conditions, but fail in bright sunlight and rapidly varying illumination. A computer vision system was developed to assist with the recognition of the pupil in every frame of a video, in spite of the presence of strong first-surface reflections off of the cornea. A modified Hough Circle detector was developed that incorporates knowledge that the pupil is darker than the surrounding iris of the eye, and is able to detect imperfect circles, partial circles, and ellipses. As part of processing the image is modified to compensate for the distortion of the pupil caused by the out-of-plane rotation of the eye. A sophisticated noise cleaning technique was developed to mitigate first surface reflections, enhance edge contrast, and reduce image flare. Semi-supervised human input and validation is used to train the algorithm. The final results are comparable to those achieved using a human analyst, but require only a tenth of the human interaction

Eye and mouth openness estimation in sign language and news broadcast videos

Currently there exists an increasing need of automatic video analysis tools to support sign language studies and the evaluation of the activity of the face in sign language and other videos. Henceforth, research focusing on automatic estimation and annotation of videos and facial gestures is continuously developing. In this work, techniques for the estimation of eye and mouth openness and eyebrow position are studied. Such estimation could prove beneficial for automatic annotation and quantitative evaluation of sign language videos as well as towards more prolific production of sign language material. The method proposed for the estimation of the eyebrow position, eye openness, and mouth state is based on the construction of a set of facial landmarks that employ different detection techniques designed for each facial element. Furthermore, we compare the presented landmark detection algorithm with a recently published third-party face alignment algorithm. The landmarks are used to compute features which describe the geometric information of the elements of the face. The features constitute the input for the classifiers that can produce quantized openness estimates for the studied facial elements. Finally, the estimation performance of the estimations is evaluated in quantitative and qualitative experiments with sign language and news broadcast videos

Improved facial feature fitting for model based coding and animation

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Iris Recognition: Robust Processing, Synthesis, Performance Evaluation and Applications

The popularity of iris biometric has grown considerably over the past few years. It has resulted in the development of a large number of new iris processing and encoding algorithms. In this dissertation, we will discuss the following aspects of the iris recognition problem: iris image acquisition, iris quality, iris segmentation, iris encoding, performance enhancement and two novel applications.;The specific claimed novelties of this dissertation include: (1) a method to generate a large scale realistic database of iris images; (2) a crosspectral iris matching method for comparison of images in color range against images in Near-Infrared (NIR) range; (3) a method to evaluate iris image and video quality; (4) a robust quality-based iris segmentation method; (5) several approaches to enhance recognition performance and security of traditional iris encoding techniques; (6) a method to increase iris capture volume for acquisition of iris on the move from a distance and (7) a method to improve performance of biometric systems due to available soft data in the form of links and connections in a relevant social network

A system for eye-directed control in an split-foveal-peripheral-display

In this thesis an eye-directed controller is developed that slaves the narrow field display within a split-foveal-peripheral-display system to the operator's gaze position. A neural network controller is proposed that directly maps the gaze position to the narrow field projection co-ordinates without the need for any axis or co-ordinate transformations. A novel image feature-extraction algorithm, for extraction of the pupil-purkinje difference measure, has been developed that exhibits robust and reproducible real-time performance. By providing foveal and peripheral vision in a far-field teleoperator through the eye-directed split-foveal-peripheral-display, visual information is sufficiently and naturally provided for the establishment of telepresence.Dissertation (M Eng (Electronic Engineering))--University of Pretoria, 2007.Electrical, Electronic and Computer Engineeringunrestricte

Visual complexity in human-machine interaction = Visuelle Komplexität in der Mensch-Maschine Interaktion

Visuelle Komplexität wird oft als der Grad an Detail oder Verworrenheit in einem Bild definiert (Snodgrass & Vanderwart, 1980). Diese hat Einfluss auf viele Bereiche des menschlichen Lebens, darunter auch solche, die die Interaktion mit Technologie invol-vieren. So wurden Effekte visueller Komplexität etwa im Straßenverkehr (Edquist et al., 2012; Mace & Pollack, 1983) oder bei der Interaktion mit Software (Alemerien & Magel, 2014) oder Webseiten (Deng & Poole, 2010; Tuch et al., 2011) nachgewie-sen. Obwohl die Erforschung visueller Komplexität bereits bis auf die Gestaltpsycho-logen zurückgeht, welche etwa mit dem Gestaltprinzip der Prägnanz die Bedeutung von Simplizität und Komplexität im Wahrnehmungsprozess verankerten (Koffka, 1935; Wertheimer, 1923), sind weder die Einflussfaktoren visueller Komplexität, noch die Zusammenhänge mit Blickbewegungen oder mentaler Beanspruchung bisher ab-schließend erforscht. Diese Punkte adressiert die vorliegende Arbeit mithilfe von vier empirischen Forschungsarbeiten. In Studie 1 wird anhand der Komplexität von Videos in Leitwarten sowie der Effekte auf subjektive, physiologische und Leistungsparameter mentaler Beanspruchung die Bedeutung des Konstruktes im Bereich der Mensch-Maschine Interaktion untersucht. Studie 2 betrachtet die dimensionale Struktur und die Bedeutung verschiedener Ein-flussfaktoren visueller Komplexität genauer, wobei unterschiedliches Stimulusmaterial genutzt wird. In Studie 3 werden mithilfe eines experimentellen Ansatzes die Auswir-kungen von Einflussfaktoren visueller Komplexität auf subjektive Bewertungen sowie eine Auswahl okularer Parameter untersucht. Als Stimuli dienen dabei einfache, schwarz-weiße Formenmuster. Zudem werden verschiedene computationale und oku-lare Parameter genutzt, um anhand dieser Komplexitätsbewertungen vorherzusagen. Dieser Ansatz wird in Studie 4 auf Screenshots von Webseiten übertragen, um die Aussagekraft in einem anwendungsnahen Bereich zu untersuchen. Neben vorangegangenen Forschungsarbeiten legen insbesondere die gefundenen Zusammenhänge mit mentaler Beanspruchung nahe, dass visuelle Komplexität ein relevantes Konstrukt im Bereich der Mensch-Maschine Interaktion darstellt. Dabei haben insbesondere quantitative und strukturelle, aber potentiell auch weitere Aspekte Einfluss auf die Bewertung visueller Komplexität sowie auf das Blickverhalten der Be-trachter. Die gewonnenen Ergebnisse erlauben darüber hinaus Rückschlüsse auf die Zusammenhänge mit computationalen Maßen, welche in Kombination mit okularen Parametern gut für die Vorhersage von Komplexitätsbewertungen geeignet sind. Die Erkenntnisse aus den durchgeführten Studien werden im Kontext vorheriger For-schungsarbeiten diskutiert. Daraus wird ein integratives Forschungsmodell visueller Komplexität in der Mensch-Maschine-Interaktion abgeleitet