Comparaison des méthodes d'oculométrie pour la recherche en ergonomie

Comparaison des méthodes d’oculométrie pour la recherche en ergonomie. Découvrez les techniques d’oculométrie les plus adaptées aux études en ergonomie grâce à une analyse comparative. Explorez les avantages et les limites des différentes méthodes d’oculométrie utilisées dans la recherche en ergonomie. Prenez des décisions éclairées pour choisir l’approche d’oculométrie la plus appropriée afin d’améliorer efficacement les résultats de vos recherches.

Comprendre les limites humaines : le rôle de la recherche sur les facteurs humains

Nous ne sommes que des êtres humains. 

Cette phrase résume de nombreuses idées que nous savons intuitivement : que nous, êtres humains, ne sommes pas des êtres purement rationnels ; que notre capacité d’attention et notre charge de travail sont limitées ; et que nous sommes enclins à commettre des erreurs et à nous laisser distraire.

Le domaine de la recherche sur les facteurs humains s’appuie sur ce principe et vise à comprendre les capacités et les limites de l’être humain au sein d’un système, ainsi qu’à explorer les moyens d’optimiser les performances, la santé ou la sécurité des personnes, en fonction du contexte.

La recherche en facteurs humains peut aborder des questions aussi simples que la manière d’optimiser une interface informatique pour rationaliser un processus de travail, ou des questions aussi complexes que l’analyse de la dynamique entre les équipes homme-robot travaillant en usine ou les processus décisionnels des pilotes de chasse en situation de combat.

Les chercheurs en facteurs humains ont recours à toute une panoplie d’outils pour répondre à ces questions. Les questionnaires standard sont couramment utilisés ; on peut citer, par exemple, un questionnaire permettant d’évaluer la charge mentale perçue dans le cadre d’une dynamique d’équipe. Il existe également des paradigmes de recherche standard, comme le MATB-II de la NASA, qui proposent une série de tâches standardisées pour évaluer les performances et la charge de travail. Mais comme nous le savons ici chez iMotions, l’auto-évaluation a ses limites. 

Le recours à des mesures physiologiques et à des biocapteurs dans la recherche sur le comportement humain n’est pas une nouveauté dans le domaine des facteurs humains : la littérature compte de nombreuses études qui exploitent des outils tels que l’oculométrie, l’analyse des expressions faciales, l’EEG, l’EMG, l’EDA et l’ECG pour compléter les approches de recherche traditionnelles ^[3-6].

L’oculométrie, en particulier, est très prisée, car il est essentiel de comprendre comment fonctionne l’attention visuelle pour évaluer l’efficacité avec laquelle on traite les informations visuelles cruciales qui nous entourent. Cependant, il existe de nombreux types d’oculomètres. Comment choisir l’outil qui convient ? 

Pour répondre à cette question, nous avons mené une étude de faisabilité en interne visant à comparer trois méthodes d’oculométrie : l’oculométrie sur écran, les lunettes d’oculométrie et l’oculométrie à distance via webcam. Nous avons utilisé une tâche simple et facilement transposable – l’assemblage de blocs – pour évaluer les forces et les faiblesses de ces différentes configurations d’oculométrie. 

Méthodes

Douze participants ont été recrutés pour cette étude et répartis en trois groupes, un pour chaque configuration d’oculométrie (soit quatre participants par groupe). Pour notre tâche sur écran, nous avons demandé aux participants de jouer à un jeu de construction de blocs disponible gratuitement tout en enregistrant leurs mouvements oculaires à l’aide d’un Smart Eye AI-X à 60 Hz. Les participants du groupe utilisant l’oculométrie par webcam ont joué au même jeu, mais leurs yeux ont été enregistrés via une webcam à l’aide de l’algorithme d’oculométrie par webcam d’iMotions. Les participants du groupe utilisant des lunettes d’oculométrie ont reçu des blocs de construction physiques, en tant qu’équivalent réel du jeu de construction de blocs sur écran. Nous avons également utilisé des webcams pour enregistrer les expressions faciales des participants pendant qu’ils effectuaient la tâche.

Dans le cadre de notre étude de faisabilité, nous avons posé trois questions, dont les résultats sont résumés dans un tableau récapitulatif à la fin de cet article. Premièrement, comment les trois configurations se comparent-elles en termes de facilité d’utilisation et de précision des données ? Deuxièmement, dans quelle mesure les données issues des différentes configurations sont-elles comparables ? Troisièmement, dans quelle mesure les expressions faciales sont-elles comparables dans les trois configurations ?

Précision, évolutivité et validité écologique

L’oculométrie sur écran et par webcam présentait un compromis évident entre précision et évolutivité. Si la première fournit des données précises, elle nécessite un laboratoire gourmand en ressources ; la seconde offre une grande facilité d’évolutivité, mais au prix d’une précision nettement moindre. Les lunettes d’oculométrie, grâce à leur champ de vision plus large, offraient également une bonne précision perçue.

En matière de validité écologique, l’oculométrie par webcam permet aux participants de mener des études sur écran dans le confort de leur domicile. Le dispositif de lunettes, en revanche, permet aux participants d’interagir avec les éléments de construction, ce qui confère une validité écologique différente, et sans doute supérieure. Si les deux types d’études sur écran peuvent être facilement analysés, le fait de laisser aux participants toute liberté d’exécuter une tâche motrice comme ils le feraient habituellement allonge considérablement la durée de l’analyse.

Compatibilité des indicateurs

Une préoccupation courante chez les chercheurs est de savoir si les indicateurs des processus que l’on souhaite mesurer sont comparables dans différents contextes. Dans notre cas, cela nous a amenés à nous poser la question suivante : « Les participants passent-ils autant de temps sur le tableau sur lequel ils construisent, que le processus se déroule à l’écran ou avec de véritables blocs ? »

Dans les trois études, nous avons défini des zones d’intérêt autour de la base du tableau. L’analyse a révélé un temps de fixation global comparable (~47 % du temps) sur la base du tableau, tant pour l’étude réalisée avec des lunettes que pour celle menée à l’aide d’un écran. Cela signifie que, dans notre étude à petite échelle, les participants ont passé environ 47 % de leur temps à regarder la base du tableau, tant dans l’étude réalisée à l’aide d’un écran que dans celle menée avec des lunettes, qui présentait une plus grande validité écologique.

La condition utilisant l’oculométrie par webcam présentait un temps de fixation nettement plus court (~22 %). Les cartes thermiques ci-dessous reflètent la variabilité inhérente aux données de l’oculométrie par webcam, ce qui suggère que bon nombre des véritables fixations sur le tableau de construction ont pu être trop bruitées et se situer en dehors de la zone d’intérêt définie.

Carte thermique et zones d’intérêt issues de l’oculométrie sur écran (en haut) et par webcam (en bas), illustrant le compromis entre précision et évolutivité.

Les expressions faciales dans différents contextes

C’est dans la condition avec lunettes, où l’expérimentateur interagissait avec les participants, que ces derniers ont montré le plus d’expressions faciales. Les participants avaient également davantage tendance à sourire en présence de l’expérimentateur, et à froncer les sourcils – ce qui semble indiquer une concentration – lorsqu’ils effectuaient la tâche en ligne, en laboratoire ou à domicile. Cela souligne l’importance de choisir le capteur biologique adapté à votre question de recherche et de compléter votre étude d’oculométrie.

Comparaison des différentes configurations :

	Condition SBET	État des lunettes	Condition WebET
Précision	Haute précision	Précision moindre, champ de vision plus large	Précision la plus faible
Niveau de détail de l’analyse	Il est possible d’utiliser des zones d’intérêt (AOI) plus petites (par exemple, sur des blocs)	Allongement du temps d’analyse nécessaire pour suivre dynamiquement toutes les zones d’intérêt	Recommandé pour les zones d’intérêt (AOI) plus étendues afin de tenir compte des erreurs de précision
Validité écologique	Environnement contrôlé	Forte validité écologique	Une validité écologique accrue limitée à un dépistage
Évolutivité	La collecte des données prend beaucoup de temps	La collecte et l’analyse de ces données prennent beaucoup de temps.	Facilement évolutif
FEA	S’intègre facilement	Influencé par les mouvements	S’intègre facilement
Intégration avec d’autres capteurs	Compatible avec les systèmes GSR, EMG, ECG et EEG	Facile à intégrer avec les signaux GSR, ECG et EMG	Ce n’est pas possible avec la plateforme en ligne
Rapport coût-efficacité	Nécessite du matériel dédié et des ressources spécifiques à l’étude	Nécessite du matériel dédié et des ressources spécifiques à l’étude	Fonctionnant via webcam. Besoin minimal en personnel.

En résumé, chaque configuration présente ses avantages et ses inconvénients. Certaines offrent une meilleure validité écologique, d’autres vous permettent d’étendre la portée de vos recherches, d’autres encore garantissent une plus grande précision, et chacune se distingue par son niveau de facilité d’utilisation. En fonction de votre protocole de recherche et de la portée de votre étude, iMotions propose plusieurs solutions flexibles pour optimiser votre flux de travail. N’hésitez pas à nous contacter pour trouver la solution qui vous convient le mieux.

Références

Sellers et al., Proc. de la Hum Factors and Ergonomics Society, (2014)

Santiago-Espada et al., Le logiciel « The multi-attribute task battery II (MATB-II) » pour la recherche sur les performances humaines et la charge de travail : guide de l’utilisateur (2011).

Mele & Federici, Cogn Process (2012)

Hazlett, CHI 2006

Hardy et al., Proc. Hum. Factors Ergo. Soc., (2013)

Hankins & Wilson, Aviat Space Enviro Med (1998)

iMotions, « Livre blanc sur la précision des webcams v2 » (2022)

Bishay et al., arXiv.org (2022)