Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   9 , No .   2 ,  Febr ua ry   201 8 ,  pp.  438 ~ 446   IS S N:  25 02 - 4752 ,  DOI: 10 .11 591/ ijeecs . v9.i 2 . pp 4 38 - 4 46           438       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Ga z e T rack ing  Alg orith m Us ing  Nigh t  Visio n Camera       T.A.   Iz z uddin 1 * ,  M.H.  Jali 2 ,  A.R.  Abdull ah 3 ,  R . Sudir m an 4   1, 2, 3  Cent er   for Robotic a nd  Ind ustria l   Autom at i on,   Facu lty   of El ec tr ic a l   Engi ne er ing   Univer sit Te knik al   Ma lay sia   Mel aka ,   Hang Tuah   Ja y a ,   76100   Dur ia n  Tungga l ,   Me la ka ,   Ma lay sia   4 Facul t y   of Elect ric a l  Eng ineeri n g,   Univer si ti T ek nologi   Ma lay sia ,   81310  UTM,   Johor Ba hru, Johor   Malay s ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   J un   9 , 201 6   Re vised  N ov   2 0 , 2 01 6   Accepte d  Dec  11 , 201 6       Now aday s,  the   adva nc ement  of   m edi ca l  te chn olog y   h as  given  birt h  into   m an y   innova t ive  m ac hine s  and  devi c es  to  improv e  our  hea lt h  life,   espe cia l l y   to  those  who  are  disabl ed  or  gif t ed.   On  som e  peopl e  with  seve r e   disabi litie s   such  as  quadr ip le gi a,   th e  hum an  e y e - ba ll   does   not  onl y   serv e   as  a  vision  s y stem,  but  al so  a  m ea ns  of  co nve y ing  informa ti on  and  in te nt i on  to  othe r   peopl e .   Thi s  is   bec ause   a lt hou gh  quadr ipl eg ic  pat ie n ts  suffer  the   loss  of  m oto r  sensory   f unct ions  from   the   nec k  and  bel o w,  upper   nec k  fu nct ions  suc h   as  the   vision  s y stem  is  nor m al l y   spare d .   Thi s  e nabl es  the   pa ti e nt  to  cont rol   the   m ovement   o f  his/he r   e y e ball s  to  conv e y   d esire d  informati on .   Although   m an y   sim il ar  r e sea rch es  h ave   b ee n  d one ,   th is  pape r  proposes  the   use  of   image  proc essing  on  image   ca p t ure d  using  web c am  with  it s  Infr a - Red  (IR)   fil ter  removed  (a. k. a  night   visi on)  to  ac hi eve   robustness.  Thi s  al lows  th e   al gorit hm   to  pro per l y   tr ac k  th e  l oca t ion  of  the   ir i s  despit e  of  it s  a nd  t he  pupil  col or  v ari a ti ons.   Two  image   pro ce ss ing  a lgori th m s  are   the n   use d,   e ac h   with   owns   tra deof f  b et wee n  spe ed  a nd  ac cur acy .     Anal y sis  on  bot h  al gorit hm s  show s good  tra c king  per form an c e  despi te of  th e m ent ione d  tra d e off   Ke yw or d s :   Im age p r ocessi ng   Gaze  de te ct ion   Pupil  d et ect io n     Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   T.A. I zz uddi n ,    Ce nter fo r  R obotic an d Ind us tria l A uto m at io n,   Faculty  of E le ct rical  En gi ne erin g   Un i ver sit  Te kn ikal   Ma la ysi a Me la ka,   Hang T ua h  Jay a,  76100 D ur ia n  T un gg al ,  Mel aka,   Ma la ysi a   Em a il :  ta r m iz i @u te m .ed u. m y       1.   INTROD U CTION   Our  fr ee do m   to  m ov e  f reely   is  inv al ua ble  to  us.  Howe ve r  not  e ver y on e   sh a red  the  sa m e  ta ste   of  fr ee do m .  For  s om e,  su ch  as   a   quad riplegic  patie nt,  or   a   pa raly zed  per s on,  unable  t o  m ov e   in dep e nde ntly   is  dem enting.   To   ov e rco m e  this  m atter  m any  researc hes  ha ve   been   do ne  in  the  m edical   fiel d  to  i m pr ove  the   qu al it y  of   li fe  of   a  quad riple gic.  T he  fact  t hat  m os t  qu ad r iplegic   retai n  m os t  of   it s  uppe r  nec k  f unct io n,   giv e  way  for  resea rch e r  to  le verage  this  into  assist ing   them   to  m ov e  inde pende ntly   again  [1 ] - [3 ] .  I n  m os t  researc hes   an   e le ct ric  wh eel c ha ir  is  us ed   to   a chieve   this  obje ct ive  [ 1],   [4 ] .  Bi o - sig nals  s uc h  as   the   m ov em ent  of  the  ey e ball  [ 5],   [4 ] ,  E EG   sign al s   an d  EM G  sig nals  a re  t ran sla te d  in   co m m and   to  m ove  the  wh eel c ha ir  [ 4].   This  pro j ect   pro poses  the  use   of   im age  pr ocessin g  te ch ni qu e  to  trac k  the  m ov em ent  of   the  ey ebal l,  by  locat ing  sub j ec t’s  pu pil.  T he  l ocati on  ca n  la te r  be  tra ns la te d  int o  c o m m an ds   t o  m ov e  t he   w heelchair   to   le ft  or  rig ht.    This  le ads  the  res earc her s  t o  de velo p  a  syst e m   that  can  help  the  disable  pe rs on  by  m ov in g  th e  ey e  balls.   Gen e rall y,  gaz e  detect ion   syst e m   is  a  syst e m   that  captur e d  im age  data  of   ey e  pupil,  de te ct ing   a nd   trac king  m ov e m ents  of   t he  us er ’s  ey es,  a ppr ox im at ing   the  li ne - of - sig ht  vect or ,   an d  m ov e  the  el ect ric  wh eel c hair  in d esi re d  directi on  b ase d  on  th e  per s on’s  ey es   and   it   is  a  syste m   based   on  e ye   bio m et rics  [ 6].  Ey e  trackin g  syst e m /gaze  trackin g  syst em   us e  the  im a ge  pr oc essing  te ch niq ue   to  c onve rt  the  in pu t  dat a  int o  dig it al   form   an d  so m e  m a them at ic al  op erati on s  a re  ap plied   to  the  data  to  create   m or e  i m age  en ha ncem ent  [7 ] .   Using  im age  processi ng  te chn i qu e ,  the   im age  of  the   picture   will   th en  be  ide ntifi ed  on  col or s ,   sh a des,  con t rasts  an d  s hap e s  that  can no t  be  see n  by   norm al  ey e.  Subseque ntly ,  after  pe rfor m i ng   im age  pr oc essin g  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ga ze  Tr ackin g Al gorit hm Usi ng Ni ght Vi sio n  C am er a   ( T. A . I zz uddi n )   439   te chn iq ue,   i nfo rm ation   on  the   locat ion   of   th e  pupil  will   then  be  se nt  to  a   m ic ro process or  that  will   con t ro l  the   directi onal  m ov em ent o f  a  wheel chair  m oto r  [ 16] .   Ed ge  detect io n  is  an  im age  processin g  te c hniqu e  for  fin ding  the  boun dar i es  of  ob j ect s  w it hin   im ages  [8 ] .  T his  can  be  achie ved   by   detect ing   di sco ntinu it ie s  in  bri ghtness .  Ed ge  detect io n  is  cast of f  for  i m age   segm entat ion   and   data  e xtract ion   in   areas  s uc h  as  im age  processin g,   c om pu te r  visio n,  a nd   m achine  vision.  Com m on   edg e   detect ion   al gorithm s  include  Sobel,  Ca nny,  Pr ewit t,  Ro be r ts,  an d  f uzzy  log ic   m et ho ds.  But  in  this  case,  the  us e  of   ca nn y  m et ho d  is  esse ntial   as  the  in pu t  fr am e  is  pr oces se d  for  dig it al   i m ages  [9 ] .  Thi s   m et ho d  is  no t   finali zed   sinc e  it   is  in  t he  m idd le   of  pro cess.  T he  res ul t  of   ed ge  det ect ion   m et ho d  will   be   con ti nue d wit h som e  m or phol og y  f undam ental  f or  pupil e xtracti on.     This  pa per   pro po s es  two  ty pe   of   m et ho d  in  order   to  d et ect   the  iris.  The  fi r st  ste p  is  to  detect   the  us er  face  by  us in g  sk in  colo r  segm entat ion   and   fin d  the  fac e  of   the  per s on   ov e r  the  im age.  This  m et hod  cat egorized  the   i m age  into  fac ia l  and   non - fa c ia l  reg ion   si nc e  hu m an  sk in  colo r  is  dissim il ar  fr om   the  na t ur e.  Af te r  t he  face  of   the  per s on  is  detect ed,   the   propose d  us e d  of   ci rc ular  H ough  Tr ans f or m   per m itted  to  locat e   the  iris  in  the  face  re gion.  T his  pro j ect   wil l  fo cu s  m or e  on   ey e  detect io n.   T he  H ough  trans form   is  a   featur e   abstracti on  te c hn i qu e   us e d  in   i m ag e  analy sis,  com pu te r  vi su al iz at ion ,  a nd  di gital   i m age  processi ng   [ 10] .  Th e  pur po se   of  thi s  trans f or m   is  to  disc over  im perfect   occa sio ns   of  ob j ect   in side  a  ce rtai n  cl ass  of  s hap e s  by  a   vo ti ng   proce dure .  T his  m et ho d  is  c onside r ed  t o  be  s uitable   since   the   ci r cular   sh a pes   can   detect   t he   pu pil  reg i on [11 ] ,  [ 12] .   Re gionpro ps   is   al so   us ed  in  this  pro j ect ,  whic h  it   can  us ed   to  cal culat e  o bj ect   pro pe rtie s  fr om   the  bin a ry  i m age.  Ever y  re gion prop s  has  s om e  s pecific  pro per t ie s  that  can  be  us e d  to  m easur e  the  bin ary  im a ge.  So m e  of   exam ple  pro per ti es  that  can  be  use   is  boundi ng   box  pro per ti es.   This  is  re pr es ented  as  a  4 - ve ct or   wh e re  the  first   two  e ntries  a r e  the  x  a nd  y  c oor din at es  of   t he  up per   le ft  c orner   of  the  bo unding  box,  an d  the  two  la st   entrie s  are   the   wi dth   a nd  th e   heig ht  of  the  box  [13].  T he   su it able  prop e rtie s   that  ca n  be  use   are   centr oid   pro pe rtie s  that  cal cu la te   the  cente r   co ordinati on  of  bi nar y  obj e ct .  The   cent ro i d  will   be  us e d  gaze   detect ion p urp os e d.       2.   RESE ARC H M ET H OD   This  syst em   c on sist s  of  3  pa rts  w hich   is   the  ha rdwa re  dev el op m ent  f or   t he  fi rst  pa rt.  A fter  t he   hard war e  co nfi gurati on  is  read y,  the  ne xt  ste p  will   be  the  al gorithm   to  trac k  the  pupil  re gio n.  The  sec ond  part   will   sh ows   the   process   un der  ta ken  to  e xtra ct   pupil  bo unda ry.  T he  la st  pa rt  is  to  for m ulate   the  gaze   tr ackin g  directi on.           Figure  1. O veral l gaze  detect ion sy ste m       2.1. Hea dset   Configur at io n   This  pro j ect   c on sist s  of   se ve ral  dev ic es  th at   need   to  be  consi der e d  f or   the  accuracy  of   web cam   placem ent.  Ther ef or e ,  a  head  set   is   design   by   us ing   S OLID WO RK  s o  th at   the  web cam   can  be  placed  on   to p  of the  hea d  to  iden ti fy t he gaz e posit ion.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  9 ,  No.  2 ,  Fe br uary   201 8   :   4 3 8   –   4 4 6   440       Figure  2. Desi gn of  gaze  dete ct ion   headset       2.2. Nig ht Visi on   C amer a   The  co ntour  a nd   c olor  for  bo t h  pupil  an d  iris  of   Asia n  pe op le   is  m or e  to  da r k  brown,   un li ke   Euro pean   pe ople  w hich  it s eye s intensit y between pupil  and  iris can  be  see n  by clea r  visi on   or   norm al  c olored  web cam   [14].   To  overc om e   this  pro blem ,  the  use   of   ni gh t  visio n  ca m era  can  be  us e d  to  overc om e  the   pro blem s since it ca n  cl early   diff e re ntiat e   be tween  pupil a nd iris  of the  hu m an  ey es.    The  use   or  real   Night  Visio n  Cam era  is  expensive .  H ow e ve r  this  can  be  a chieve  by  rem ov i ng   t he  IR  filt er  of  a  nor m al   cheap   we bc a m   su ch   as  s how n  i n  Fi gure  3.   By   rem ov in g  the   IR  filt er,  it   al lows   the   in fr a red  li gh t  to  be dete ct ed  by t he nig ht v isi on cam e ra.    Norm al   LED  te nd s  to  m ake  the  patie nt  or  us e r  feels  uncom fo rta ble  du e  t o  li gh t  intensit y  that   i m m erse  towa r ds   the   ey es.  T he  f unct ion  of  the  IR  L ED  is  to  pro vid e   an   add it io nal  li ght  towards  t he  hum an  visio n  s o  t hat   it   can  be  detect ed  by  night  vis ion   cam era.  The  a dvanta ges  of  this  cam era  are  it   detect   th e  iris   and pr ov i de  a ddit ion al  li ght t hat can not b e s een  by no rm al   visio n.           Figure  3.  W e bc a m  w it h  ni ght visio n       2.3. Alg orit h m for G az e Trackin g   Fo r   both   al gori thm s,  the  proc ess  of  Im age  Acquisi ti on,  E dg e   Detect io n,  Im age  Fil le d  and  Creat es  a   Stru ct ur al   Ele m ent  are  i den t ic al   [15].  T he   dif fer e nt  c ome s  w he n  the   pupil  is  detect e d  a nd  it   ne eds   to  be   centrali zed.   Bo th  Al gorithm s  will   us e  diff e r ent  m ediu m   in  orde r  to  i den ti fy  the  c oord i na te s  and  to  highli gh t   the b i nar y  reg i on.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ga ze  Tr ackin g Al gorit hm Usi ng Ni ght Vi sio n  C am er a   ( T. A . I zz uddi n )   441       Figure  4:  Dev e lop m ent o f  g az e tracki ng alg ori thm       2.4.  I ma ge Ac quisi tion   First  par t  of  this  pro j ect   is  by  captu rin g  the  i m age  wh i ch  will   be  in  an  RGB  i m age.  The  im age  acqu isi ti on  wil l  fr am e  these  im ages  from   re corde d  vid e o  a nd   st or e d  in  th e  MATLAB  director y.  T he  i m age  after  that  will   be  co nv e rted  into  a  gr ay   scal e  i m age  since  the  pix el   store d  in  the  i m ages  is  m os tly  br igh t  a nd   dark.  Af te r  tha t,  the  gray   scal e  i m age  is  conver te d  into   bi na ry  i m ages  tha t  rep r esent  0  f or  blac k  an d  w hi te   fo r   1.   This  will   re su lt   in  black   a nd  w hite  im ages.  As  we  know  that   our   pu pi l  is  m os tl y  black,   t hus  it   will s  easi ly  getti ng  t he regi on as  we  c onve rt it  into bina ry .     2.5.  Ed ge  D e te ction   Af te r  the  bin ar y  i m age  is  ob ta ined  with  desired   th reshol d  le vel,  the  ne xt  process  w ould  be  detect in g  the  e dg es   of  t he   area  of  inte re st  in  the   im age  w hich   is  the   pupil  portio n,  in   orde r  t o  rem ov e  t he  portio n  of  the  pupil  out  f r om  the  e nh a nce d  i m age.  The  c hose n  filt er  wh i ch  is  the   can ny   filt er  has  bee n  im ple m ented  to  the   i m ages  in  orde r  to  get  the  noti ceable   edg e s.  The  ca nn y  e dge  detect or   first  sm oo ths  the  im age  to  el im inate   and  reduce  noise .  I t  then   fin ds  th e  i m age  gra dient  to   hi gh li ght  reg i on s   with   hi gh   sp at ia l  de ri vati ves  w hich  m ean  the  sh a rp  cha nges  in  im age  bri ghtness  t o  ge t  i m po rtant  in f or m at ion   from   the  im age.  Ca nn y  filt er  bee n  c ho s e n  du e  to  t he  c harac te risti c o f  t he  eye s which  is roun d  a nd cur ved, th us i t i s can pro du ce d  t he  d esi re d res ult.     2.6. Fi ll  Ho le s   Af te r  t he  fin al   resu lt   we  will   get  the  desir ed  ed ge  wh ic h  is  the  pu pil  center,  it   is  an  esse ntial   requirem ent to det ect  the m ove m ent o f  t he h um an  ey es. A s   we kno w,   pupi l porti on h a s  be en used  for t r ackin g   the  gaze  m ov em ent  ei ther  righ t  or  le ft.  I n  order   to  m ake  t he  pupil  portion   to  be  m ore  no ti ceable ,  di la ti on   process  has  be en  ap plied  t oward s  t he  im age.  The n  the  m orpholo gical   ope rati on   is  im plem ented  to  the  i m age.   Fil l  ho le s  act   as  a  fu ncti on   th at   fill   an  i m age  with  wh it e  pi xel.  It  fill s  al l   the  ho le s  that  pr ese nt   in  the  im age  thu s  m ake th e im age full  in w hite pixels .   2.7. Cre at in g Struc tu ri n g  E le ments   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  9 ,  No.  2 ,  Fe br uary   201 8   :   4 3 8   –   4 4 6   442   This  process   usi ng  str uctu ral  el em ent  in  order  to  c reates  a  la rg e   s hap e s   of  bin a ry  im a ge  from   the   pupil  re gion.  S ince  the  syst e m   us ing   a   ni ght  vision   c am era ,  the  re g i on   t ha t  sh ows  t he  da r kest  col or   is  on ly   the  pupil  reg i on.  Thu s  the  us e  of  structu rin g  el em ent  tog et her   with  dilat ion   c an  help  to  crea te s  i m age  with   m or e   prom inent an d  la rg er . S truct uri ng  elem ent co m es w it h  m any  p aram et ers  su ch  as d ia m on d, rectang le s, oct a gon  and  dis k  str uct ur i ng   el em ents .  All  of   t he  pa ram et ers  com e   with  s pecific  set ti ng   f or  the  structu ral  el em ents.   Fo r   this  projec t,  the  s uitable   par am et er  is  disk   str uctu rin g  el e m ent.  Disk   structu rin g  el e m ents  will   create s  a   disk - sha pe d  of   bin a ry  i m age  with   de sire d  ra diu s .  But  the  de sired  rad i us   m us t  sat isfy  the  non - ne gative  i ntege r .   The  la r ge r  the   value o f  ra dius , th e  struct ur i ng elem ents w il l bec om e larger.       2.8. Pupil  Loc aliz at ion  usin g Reg i on   Pro p s a n d  Circul ar  Houg h   Wh e n  the  pupi l  portio n  has  be en  detect ed,  t he  ne xt  ste p  is   to  tr ack   this  portio n  from   the  rest  of  the   i m age.  It  ca n  be  ob ta ine d  by   detect in g  the   com par ison  of   the  black  an d  w hite  of  the   im age.  T o  ide nt ify   the  portio n  of  wh i te   pix el s,  t he  s yst e m   fo r  Algorit hm   1  use   r egio npr op s   f unct ion   to   create s  pro per ti es  t ha t  can   m easur es  an d  highli gh t  the  i m age  reg io n  with  boun ding   box,   wh il e  al gorithm   2  will  us e  Ci rcu la r  Hou gh  Transf or m   to  detect   the  rou nd   im age  and   centrali zed  the   i m age.  The  Im age  will   be  highli gh te d  w i th  ci rcle  ou tl ine t hat act ually  the pr op e rtie s of Circ ular  H ough  Tra nsfo rm .     2.9. Gaz e Tra cking  Directi on   The  in pu t  im a ge  give n  to  th e  MATLAB  f or   processin g  will   pr od uce  a n  outp ut  i m age  with  the   coor din at es o f  the  pu pil.  T he  ou t pu t  im age w il l  be  a   fi xed s iz e  an d  the   siz e  will   be   di vide d  int o  si x  bloc ks   a nd  the  pu pil  coor din at es  in   the  center  will   indi cat e  it   as  strai gh t.   Wh ere   the   blo c k  in   the  s econd  row  a nd   third  colum n  will   ind ic at e  the  po si ti on   of  the  pu pil  as  le ft  and  si m i la rly   the  blo c k  in  the  s econd  r ow  an d  first  colum n  will   ind ic at e  the  pupi l  po sit ion   a s  Ri gh t.  [ 1]  By   set ti ng   the  co ord inate s  of   eac h  blo c k.   T he  out pu t   i m ages w il l be  consi der e d  a s a  r ect an gle  with  certai n  le ng t h and o f br ea dth.     But  a  m od ific at ion   of  this  m et ho d  would  be  pro posed  i ns te ad  of   us in g  the  c oord i na te s  fo r  im age  siz e,  the  pro posed  m et ho d  w ou l d  be  ide ntif yi ng   the  di recti on   of   the  gazing   by  cal culat ing   t he  an gle  of  sight .   The  distance  f r om   us er  ey e  can  be  c al culat ed  f ro m   the  we bcam   and   the  distance  of   t he   us er  ey e  ca n  a lso  be   ca lc ulate d.   W it h  these  two  va lues,  the  val ue   of   θ      can  be  determ ined.   This  can  be  un de rstood  by  lookin g  at  the  T heorem   Pyt hagor as   co ncep t.   But,   th e  we bcam   it se lf  has   bee n  pr ov i ded  with   th e  viewi ng  an gl e.  Th e   viewin g  an gle  ta ke  place  with  60  de gr ee  to ta l  as  we  ta ke  an  exam ple  of  320*240  ou t put  i m ages,  the  320  is  the  x - axis  of   t he  f ram es  and   the  viewi ng   a ng le   of   the  we bcam   will   be  synch ronize  w it h  it .  The  co ndit io n  would be  li ke  t his: -   a.   Bl ock   (2,  1)   &   (2,  2) :  T he  ou tpu t  c oor din at e s  of  the  i ris  sat isfyi ng   belo w  conditi on  will   detect   the  pupil   po sit io n  as  Ri ght.C on diti on : i f  ( (Cent ro i d  >= Bl ock   (2,  2) &  (2,  1)))   b.   Bl ock   (2,  3)   &   (2,  4) :  T he  ou tpu t  c oor din at e s  of  the  i ris  sat isfyi ng   belo w  conditi on  will   detect   the  pupil   po sit io n  as  Str ai gh t.C onditi on:  if  (( Ce ntr oi d  >  Bl ock   (2,  3)   an d  cent ro i d  <  Bl ock   (2,  2)   &&  ce ntr oid   >  Bl ock   (2,  4) an d  ce ntr oid  <  Bl ock ( 2, 5))   c.   Bl ock   (2,  5)   &   (2,  6) :  T he  ou tpu t  c oor din at e s  of  the  i ris  sat isfyi ng   belo w  conditi on  will   detect   the  pupil   po sit io n  as  Lef t. Co nd it io n: if  ( (ce ntr oid s  >= Bl ock   (2,  5) &  (2,  6)))           Figure  5. Direc ti on   detect ion  m et ho d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ga ze  Tr ackin g Al gorit hm Usi ng Ni ght Vi sio n  C am er a   ( T. A . I zz uddi n )   443   3.   RES ULT A ND D I SCUS S ION   The  fi rst  ste p  of  the  local iz at ion   of   t he  pu pil  is  by  captu re  the  im age  of   th e  hu m an  ey e  in  RGB  c olor   for  the   im age  acqu isi ti on  process.   T he  im age  form at   will   be  JP G  f orm a t  that  can  be  read  by  M ATL AB   com m and .  T he   i m age  al so   m us t  be  store d  i n  MAT LAB  di rector y  s o  th at   the  com m and   window  ca n  re ad  th e   i m age .           Figure  6:  Nor m al  RGB i m age in to  night  vis ion  im age       Figure  6  s how s  the  im age  of   an  ey e  in  ori gi nal  RGB  c olor   captu red  f ro m   night  visi on  w ebcam .  The  night  visio n  c a m era  al lows   t he  in fr a - re d  li gh t  t o  im m erse  to  it .  T her e f or e ,  the  pupil  reg i on   ca n  be  cl early  identifie d.           Figure  7.   Proce ss of  pupil l oca li zat ion           Figure  8. Im age is d et ect ed   3.1. Alg orit h m Perf orm ance   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  9 ,  No.  2 ,  Fe br uary   201 8   :   4 3 8   –   4 4 6   444   Ba sed  on  the  Figure  9,   it   can  be  s how n  th at   the  blu e  li ne   process  th e  im age  faster  c om par ed  to  th e   red pl otted li ne . T his is  du e  to  the  functi on  use d by the  b l ue  li ne  is t aki ng less tim e to process.           Figure  9.   Per f orm ance o f  t he f un ct io n use d  i n M at la b       Table  1.  Tim e Perfo rm ance f or A l gorithm  1   Line Nu m b e r   Co d e   Calls   Total Ti m e   % Ti m e   12   d ata= g etsn ap sh o t ( v id );   299   1 3 .96 4  s   4 5 .05 %   23   i m sh o w ( d ata);   299   9 .41 9  s   3 0 .3%   1   v id = v id eo i n p u t(‘ win v id ..   1   1 .94 1  s   6 .3%   18   e= ed g e(BW 6 , ’can n y ’) ;   299   1 .33 1  s   4 .3%   20   BW= i m f ill (e, ’ho les’);   299   0 .74 3  s   2 .4%   All oth er  Lines       3 .64 5  s   1 1 .7%   Totals       3 1 .04 3  s   100%       Table  2.  Tim e Perfo rm ance f or A l gorithm  2   Line Nu m b e r   Co d e   Calls   Total Ti m e   % Ti m e   29   [ cent ersBrig h t,  rad iiBrig h …   299   1 1 .81 9  s   3 0 .3%   11   d ata= g etsn ap sh o t ( v id );   299   9 .71 3  s   2 4 .9%   24   i m sh o w ( d ata);   299   9 .35 4  s   2 4 .0%   1   v id = v id eo i n p u t ( ‘winv id ..   1   1 .86 7  s   4 .8%   17   e= ed g e(BW 5 , ’can n y ’) ;   299   1 .20 0  s   3 .1%   All oth er  Lines       5 .00 8  s   1 2 .9%   Totals       3 8 .95 3  s   100%       3.2. Accur ac y of G az e D etec tion   The  la st  is  the  te st  fo r  accu ra cy ,  Table  3,   Table  4  an d  Tab le   5  sh ows  the  accuracy  of  ga ze  detect ion  by  m ov in g  the   ey eball   to  the   le ft  and   rig ht.   Both  te chn i que  pr od uce  acc ur at e  gaze  a nd  the  detect ion   can  be   cl early   seen.  But  the  pro blem   occu rs  f or  bo t h  te ch nique s  w hen  the  ey e  gazes  t o  the   m os t  righ t  w hich  i t   ind ic at es the  a ng le   of  36 d e gree. T his is  du e   to the su rro undi ng  li ght t hat im m erse tow ar ds  t he  ey es.    Fo r  this p r oj ect , th e requirem e nt is f or  f ast  com pu ta ti on al  w it h  high accur ac y. Fo r  both alg or it hm s,  it   us es  ca nn y  e dge  detect io n  wh ic h  detect s  the  ed ge  bo un dar y  of   pupil  reg i on.  But  f or  tim e  co m pu ta ti on al ,   Algorithm   1  proces s  faster   c om par ed  to  A lgorit hm   2  with  ti m e  diff ere nt  of  7.9 1  sec onds .   The refo r e  for  rob otics app li c at ion  that requi res  fast com pu ta ti on , A l gorith m  1  is  m or e su it able and  can be i m ple m ented  into  a r obotics w he el chair syste m .       Table  3.   Acc uracy  o f  P up il  fo r  Ce nte r Gaze   0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 T i m e ( s) T i m e  P e r f o r m a n ce  d u e  t o  F u n ctio n  Use d     N u m b e r  o f  F u n ctio n  Ca l l s A l g o r i th m  1 A l g o r i th m  2 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ga ze  Tr ackin g Al gorit hm Usi ng Ni ght Vi sio n  C am er a   ( T. A . I zz uddi n )   445   Para m eters   Can n y  with Reg io n  Pr o p s   Ho u g h  Circle   Cen troid  at  x - ax is     83     88       Cen ter=12  deg ree           Table  4.   Acc uracy  o f  P up il  fo r  Le ft G aze   Para m eters   Can n y  with Reg io n  Pr o p s   Ho u g h  Circle   Cen troid  at  x - ax is     109     109       Left  =  - 2 4  deg ree       Cen troid  at  x - ax is     136     117       Left =  - 36   d eg ree           Table  5: A cc ur acy  o f  P up il  fo r  Ri ght Gaze   Para m eters   Can n y  with   Reg io n  Pr o p s   Ho u g h  Circle   Cen troid  at  x - ax is     44     58     Rig h t =  2 4  deg ree       Cen troid  at  x - ax is   136   117       Rig h t= 36   d eg ree           4.   CON CLUSION   This  pap e r  has   presente d  t he   de velo pm ent  and  analy sis  of  a n  al gorit hm  that  ca n  detect   the  pupil  reg i on   by  us in g  re gionpro ps   an d  Ci rcu la r  Hou gh.  T he  pupil  re gion  is  then  form ulated   to  giv e   a  re f eren ce   ang le   that  can   be  us e d  by  r obotic  wheel chair.  Detect ion  of   pu pil  reg i on   is  do ne  by   us in g  a  night  visio n  ca m era  that  is   m od ifie d  fr om   a  no rm al   web ca m .  The  us e  of   ni gh t  visio n  ca m er a  can  help  to  m axi m i ze  the  edg e  boun dar y   reg i on   since  i t  can  dif fere nti at e  betwee n  iri s  an d  pu pil.  T he  we bcam   is  at ta ched   with  4  IR   LED  t hat  can  giv e  e xtra  il lu m inati on   to wa rd s  t he  ey es  s o  that  the  pupil  will   be  m or e  prom inent.  T his  is  an   adv a ntage   f or   t he   ga ze  detect i on   beca us e  t he   pupil  can   sti ll   be  de te ct ed  ev en  in  a  da rk   r oom .  More  im p or ta nt,  The  IR  L ED   does  not  m ake  the  patie nt  or  use r  feels  un c om fo rtable  sinc e  the  IR  L ED   c an  only   be   dete ct ed  by   night  visi on   ca m era.  For  fu t ure  im pr ov em ent,  the  web cam   c an  be  re place d  with  a  cam era  that  can   zo om   ou t  X: 83 X: 109 X: 136 X: 44 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  9 ,  No.  2 ,  Fe br uary   201 8   :   4 3 8   –   4 4 6   446   from   wide  distance.  T he  cu r ren t  cam era  is  placed  in  fro nt  of   t he  use r  and   t his  m igh t   m ake  the  us e r  feel  un c om fo rtable .         ACKN OWLE DGE MENTS     The  a uthor s  w ou l d  li ke  t o  e xpress  since re t hanks  to  Ce ntr e of Ro boti c s, Inst ru m entat ion  a nd  Au t om ation   (CERIA )  a nd Uni ver sit i Te kn i ka l M al ay sia  Melak a  (U TeM ) for the  f ina ncial   su pp or t  f or  t his   pro j ect .       REFERE NCE S    [1]     Gauta m ,   G. ,   Sum ant h,   G.,  Kart hikey an ,   K.  C . ,   Sundar,   S.,  &  Venka ta r aman,   D.  (2014).   E y e   m ovement  base d   el e ct r oni c  whee l  cha ir  for  phy sic al l y   ch allen ged  per sons .   Int ernati onal  Jour nal  of  Sci entific  &   Technol ogy  Re search ,   3 (2) ,   206 - 212.     [2]     L.   Masek ,   “ Recogniti on  of  Hu m an  Iris  Patt ern s  for  Biom et ric   Ide nti f ic a ti on , ”  B. S.  the sis , Dept.  Com pute r  Scienc e   and  Software   En gi nee r ing, Weste rn  Aus tra lia  Uni ver sit y ,   Crawl y ,   Aus tra li a ,   200   [3]     J.  Cann y ,   “ A  Com puta ti onal   App roa ch  to  Edg e  Detect ion , ”  IE EE   Tr ans.  Pat te rn  Anal .   Ma ch.   Int el l . ,   vol .   PA MI - 8,   no.   6 ,   pp .   679 – 6 98,   Nov.   1986.   [4]     3.   D   M.  A.  Z ia,  U.  Ans ari ,   M.  Ja m il ,   O.  Gil la ni ,   and  Y.  A y az,  “ F ace   and  e ye   d etec t ion  in  images   using  skin  col o r  segment ati on  an d  ci rcular  hough  transfor m , ”  2 014  Int.   Conf.   Robot.   Emerg.   Alli ed  Technol .   Eng. ,   pp.   211 – 2 13,   Apr.  2014.   [5]     L.   Masek ,   “ Recogniti on  of  Hu m an  Iris  Patt ern s  for  Biom et ric   Ide nti f ic a ti on , ”  B. S.  the sis , Dept.  Com pute r  Scienc e   and  Software   En gine er ing, Weste rn  Aus tra lia  Uni ver sit y ,   Crawl y ,   Aus tra li a ,   2003 .   [6]     H.  M.  Peixot o,   A.  M.  G.  Guerre iro,   and  A.  D.  D.  Neto,   “Im age  Proce ss ing  for  Ey e  Det ec t ion  and  Classifi cat io n  of   the   Gaz e  Dir ec t i on, ”   Inte rn ation al   Join t  Confe re nce   on   Neura l  N et works ,   pp .   247 5 – 2480,   2009 .   [7]     As te ria dis,  S . ,   N ikol ai d is,  N. ,   Ha jdu,   A. ,   &  Pit as,   I.   (2006,   M arc h ).   An  ey e   detec t i on  algorit hm  using  pix e l  to  edge  inf orm ati on .   In   I nt.   S y m p .   on   Co ntrol ,   Com m un.   and  Sig n.   Proc .   [8]     J.  C ann y ,   “ A  Com puta ti onal   App roa ch  to  Edg e  Detect ion , ”  IE EE   Tr ans.  Pat te rn  Anal .   Ma ch.   Int el l . ,   vol .   PA MI - 8,   no.   6 ,   pp .   679 – 6 98,   Nov.   1986.   [9]     A.  Ektesabi  an d  A.  Kapoor ,   "Ex ac t  pupi l  an d  iris  boundary   detec t ion,"   The  2nd  Int ern atio nal   Conf ere nc e   on  Control ,   Inst rum ent a ti on  and  Aut om at ion ,   Shir az,   2011,   pp.   1217 - 1221.   [10]     D.  Dec ker   and  J .   A.  Piepmei er ,   “G aze  Tr ack ing  Inte rfac e  for  R oboti c  Con trol, ”   2008  40th  Sout hea st.  S y m p .   S yst.   The or y ,   pp.   274 – 278,   Mar .   2008 .   [11]     Mohd  Saad,   Norhashim ah   and   Abdulla h,   Abdu l  Rahi m   (2011)   Brai n  le sion  seg m ent at ion  from   diffusion  weighted   MRI  base d  on  ada pti v e  thre shol ding  and  gra y   level  co - oc cur ren c e  m at rix.   Journa l  of  Tele commun ic ati on ,   Elec tronic   and  Computer  E ngine ering   ( JTEC)   .   pp.   1 - 13.   ISS N 2180 - 1843   [12]     a.   E l - Z aa rt   and  H.  Mathkour,   “ A  new  approach   for  pupil   de tection  in  iris  rec ogn it ion  syst em, ”   2010  2nd  Int.   Co nf .   Com put.   Eng .   T ec hnol . ,   pp.   V4 – 415 – V4 – 419,   20 10.   [13]     B.   Suhaimi,  “ Com pute r  Cursor  by   Hum an  Optica l  Inte r ac t ion,”  B . S.  the sis,   Dept.  El e ct ri ca l  Engi n ee ring . ,   UT eM. ,   Mela ka ,   Ma lay si a, 2012   [14]     Y.  Jung,  D.  Kim ,   and  J.  Kim ,   “Eye   detec ti on   for  ey egl ass   w eare rs   in  iris  rec ognit ion , ”   18th   IEE E  Int .   S y m p.   Consum .   El ectro n.   (ISCE   2014),   no.   1 ,   pp .   1 – 2 ,   J un.   2014 .   [15]     N.  Mohd  Saad,  S.  A.  R.   Abu - Baka r,  S.  Muda ,   M.  M.  Mokji  a nd  L.   Sa la hudd i n,   "Brai n   le sion   segm ent at ion   o f   Diffusion - weigh te d  MRI  using  g ra y   le v el   co - oc c urre nce  m at rix , "   2011  IE EE   In ter nati onal  Conf e renc e  on  Imagin g  Syste ms   and  Te c hnique s ,   Pen ang, 2011, pp. 284 - 2 89.   [16]     Jali ,   M.  H.,   et   al.   "A N FIS - PI D  C ontrol ler  for  Arm   Reha bil itati on   Devic e. "   I nt ernati onal  Journal  of  Engi ne ering  and  Technol ogy   ( IJET )   7. 5  (2015):  1 589 - 1597.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.