Implementation of a web browser based on eye tracking for hands-free navigation

Among the various devices and approaches developed in the field of human-computer interaction, eye tracking systems are gaining more and more interest. Eye tracking involves determining where a user is looking on a screen, by detecting his eye movements. In recent years, some companies specialized in the production of these devices have committed themselves to design new low-cost models, destined for the mass market, with the aim of allowing anyone to use this technology, previously limited to universities and firms for analysis and researches. Even the major technology companies are considering these tools with the aim of developing new ways of interaction for their users or for analytical purposes. In recent times, eye tracking has been integrated into some applications to receive some inputs through the eyes of the user or to facilitate the use of a system. Thanks to these devices, it is also possible to carry out various studies based on what a person observes in reaction to a visual stimulus and where its attention is focused. The results of these experiments are used in different application fields to analyze cognitive and behavioral processes. The speed and intuitiveness of using the eyes to give input to a system are some of the advantages of this type of approach. A fundamental aspect of eye tracking is that it can be the only method of interaction for people suffering from certain types of severe motor disabilities through which they can succeed in using a system or communicating with the external environment. Nowadays, access to the Web is daily performed by many people. By virtue of its principle of universality, anyone must be able to surf the Internet without being limited by physical conditions. The development of web browsers based on eye tracking is essential to ensure accessibility even for people with disabilities. This work presents a Web browser that works exclusively with the user's eyes, without requiring interactions with the mouse or the keyboard. In addition to the classic functions of these programs (such as the possibility to go back or forward among the visited pages, to set a home page or to manage a list of favorite sites), the system allows to correctly select a hyperlink that interests the user. The different methods developed and integrated in this browser have been designed with the aim of addressing the problems that would arise in case of direct interaction with a web page through a simple pointing. This happens in consequence of the measurement errors of the eye trackers (in particular those that are low-cost and with limited precision) that can make difficult the pointing of a link or can cause the involuntary selection of an element of the page different from the one of interest. The user can also scroll the page in two different ways. In order to provide text input, for example to indicate the next page to visit or to fill in a form, a special on-screen keyboard is provided. The implemented system has been subjected to testing with different people to verify its ease of understanding and interaction already from the first use.

Implementazione di un web browser basato sull'eye tracking per la navigazione senza l'uso delle mani. Tra i vari dispositivi e approcci sviluppati nel campo della human-computer interaction, i sistemi di eye tracking stanno acquisendo sempre più interesse. L’eye tracking consiste nel determinare dove un utente stia guardando su uno schermo, attraverso la rilevazione dei suoi movimenti oculari. Negli ultimi anni, alcune aziende specializzate nella produzione di questi dispositivi si sono impegnate a progettare nuovi modelli a basso costo, destinati al mercato di massa, con il fine di permettere a chiunque di utilizzare questa tecnologia, in precedenza limitata alle università e alle aziende per analisi e ricerche. Anche le maggiori compagnie della tecnologia stanno prendendo in considerazione questi strumenti con l’obiettivo di sviluppare nuove modalità d’interazione per i propri utenti o per scopi analitici. In tempi recenti, l’eye tracking è stato integrato in alcune applicazioni per ricevere degli input attraverso lo sguardo dell’utente o per facilitare l’interazione con un sistema. Grazie a questi dispositivi, è inoltre possibile effettuare diversi studi basati su ciò che una persona osserva in reazione ad uno stimolo visivo e dove si focalizza la sua attenzione. I risultati di questi esperimenti vengono utilizzati in diversi campi applicativi per analizzare i processi cognitivi e comportamentali. La rapidità e l’intuitività di usare i propri occhi per dare input ad un sistema sono alcuni dei vantaggi di questo tipo di approccio. Un aspetto fondamentale dell’eye tracking è che può rappresentare l’unico metodo d’interazione per le persone affette da alcuni tipi di gravi disabilità motorie attraverso il quale possono riuscire ad utilizzare un sistema o a comunicare con l’ambiente esterno. Oggigiorno l’accesso al Web viene eseguito quotidianamente da tantissime persone. In virtù del suo principio di universalità, chiunque deve avere la possibilità di poter navigare in Internet senza venir limitato dalle condizioni fisiche. Lo sviluppo di web browsers basati sull’eye tracking è fondamentale per garantirne l’accessibilità anche agli utenti con disabilità. In questo lavoro viene presentato un web browser che funziona esclusivamente con l’uso degli occhi dell’utente, senza richiedere interazioni con il mouse o la tastiera. Oltre alle funzioni classiche di questi programmi (come la possibilità di andare indietro o avanti tra le pagine visitate, di impostare una pagina principale o di gestire una lista di siti preferiti), il sistema permette di selezionare correttamente un link che interessa all’utente. I diversi metodi sviluppati e integrati in questo browser sono stati ideati con lo scopo di affrontare i problemi che emergerebbero se s’interagisse direttamente con una pagina web attraverso un semplice puntamento. Ciò avviene in conseguenza agli errori di misurazione degli eye trackers (in particolar modo di quelli a basso costo con precisione limitata) che possono rendere difficile il puntamento di un link o causare la selezione involontaria di un elemento della pagina diverso da quello d’interesse. L’utente può anche effettuare lo scrolling della pagina in due modi diversi. Al fine di fornire degli input testuali, per indicare la prossima pagina da visitare o per compilare un form, è stata realizzata un’apposita tastiera a schermo. Il sistema implementato è stato soggetto a testing con diverse persone per verificarne la facilità di comprensione e d’interazione già dal primo utilizzo.