Binocular eye-gaze tracking can be used to estimate the point-of-gaze (POG) of a subject in real-world three-dimensional (3D) space using the vergence of the eyes. In this thesis, a novel non-contact, model-based technique for 3D POG estimation is presented. The non-contact system allows people to select real-world objects in 3D physical space using their eyes, without the need for head-mounted equipment. Using a model-based POG estimation algorithm allows for free head motion and a single stage of calibration. The users were free to naturally move and reorient their heads while operating the system, within an allowable headspace of 3.2 x 9.2 x 14 cm. A rela tively high precision, as measured by the standard deviation of the 3D POG estimates, was measured to be 0.26 cm and was achieved with the use of high speed sampling and digital filtering techniques. When observing points in a 3D volume, large head and eye rotations are far more common than when observing a 2D screen. A novel corneal reflection pattern matching algorithm is presented for increasing image feature tracking reliability in the presence of large eye rotations. It is shown that an average accuracy of 3.93 cm was achieved over seven different subjects and a workspace volume of 30 x 23 x 25 cm (width x height x depth). An example application is presented illustrating the use of the 3D POG as a human computer interface in a 3D game of Tic-Tac-Toe on a 3 x 3 x 3 volumetric display. / Applied Science, Faculty of / Electrical and Computer Engineering, Department of / Graduate

The purpose of this paper is to begin to analyze the discourse of volunteer tourism. More specifically, a holistic examination of the hermeneutic circle of volunteer tourism that takes into consideration the messages being communicated by volunteer tourism organizations, the voluntourist's interpretation and consumption of the messages, and in turn the re-distribution of the messages via social media using photographs and comments. The sending organization pre-trip materials were reviewed to determine if volunteer tourism participants experienced a voluntourist gaze and subsequently captured similar images as marketed by the sending organization, thus completing the hermeneutic circle. Using grounded theory, photographs were coded to flush out underlying themes and patterns. These themes and patterns were incorporated into semi-structured interviews that were conducted, using a purposive sample of participants in a volunteer tourism experience with a student volunteer organization, to document the experience of the voluntourist. Underlying patterns further studied included: tourist gaze (Urry, 1990) vs. family gaze (Haldrup and Larsen, 2003), characterizations of hosts (Caton & Santos, 2008), and the characterizations of other images (Schmallegger et al., 2010) utilizing content and semiotic analysis. These results were triangulated with the interview responses to interpret the story shared on Facebook. Additionally, Barthes (1977) theory of anchorage and relay was utilized to analyze the photographs uploaded onto Facebook and the related captions and comments to reveal the story shared. / Master of Science

Yes / Physical interactions between objects, or between an object and the ground, are amongst the most biologically relevant for live beings. Prior knowledge of Newtonian physics may play a role in disambiguating an object’s movement as well as foveation by increasing the spatial resolution of the visual input. Observers were shown a virtual 3D scene, representing an ambiguously rotating ball translating on the ground. The ball was perceived as rotating congruently with friction, but only when gaze was located at the point of contact. Inverting or even removing the visual context had little influence on congruent judgements compared with the effect of gaze. Counterintuitively, gaze at the point of contact determines the solution of perceptual ambiguity, but independently of visual context. We suggest this constitutes a frugal strategy, by which the brain infers dynamics locally when faced with a foveated input that is ambiguous. / J.S. was funded by a College of Life Sciences studentship from the University of Leicester.

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La recherche présentée dans cette thèse est divisée en trois parties. Notre objectif dans la première partie est l’amélioration de la compression de l’image par stéganographie. Dans cette étude, la compression de données est effectuée en deux étapes. Tout d’abord, nous profitons du compactage d’énergie en utilisant JPEG pour réduire les données redondantes. Ensuite, nous intégrons des blocs de bits dans les blocs suivants de la même image stéganographie. Les bits intégrés servent à non seulement augmenter la taille du fichier de l’image compressée, mais aussi à diminuer davantage la taille du fichier. Les résultats expérimentaux montrent que notre méthode donne de meilleurs taux de compression tout en conservant une haute qualité de l’image. Le deuxième sujet de cette thèse propose un formalisme bayésien pour la stéganalyse d’image numérique qui permet la détection d’images stego, l’identification de l’algorithme de stéganographie utilisé, l’estimation de la longueur du message et l’emplacement, et l’anticipation dans le cas de l’intégration en utilisant un algorithme de stéganographie inconnu. La détection, l’identification et l’anticipation impliquent l’apprentissage discriminant dans l’espace des fonctions. L’estimation nécessite la fusion de classificateurs permettant la discrimination entre les sous-images et une intégration entière des couvertures de tailles différentes. La validation sur des images JPEG montre que le système proposé est efficace et permet d’anticiper des algorithmes de stéganographie inconnus. Le troisième sujet de la thèse décrit une méthode d’estimation du regard de l’oeil humain pendant un mouvement normal de la tête. Dans ce procédé, la position et l’orientation de la tête sont acquises par des données de profondeur fournies par Kinect. La direction de l’oeil est obtenue à partir d’images à haute résolution. Nous nous proposons la régression logistique multinomiale pour construire une fonction de mappage du regard et de vérifier l’état de l’iris. L’efficacité de la méthode proposée est validée par une évaluation de la performance pour plusieurs personnes avec différentes distances et poses par rapport à la caméra et dans différents états de l’oeil.

Domenichino (1581-1641), a Bolognese artist, painted a unique interpretation of Ovid's myth of the goddess Diana and mortal hunter Actaeon in 1616 titled, Archery Contest of Diana and her Nymphs. This image depicts the goddess and her nymphs actively engaged in various activities. This portrayal is drastically different from common depictions of the time period, in which the goddess is portrayed as vulnerable, weak, and subjected to male voyeurism. In contrast, Domenichino painted his female warriors as physically strong and empowered with their weapons in hand. Compared to the art of his contemporaries, Domenichino's painting clearly evidences that he was influenced and inspired by a well-established, protofeminist artistic tradition originating in Bologna. Bologna offered several contributing factors which created a receptive environment for female artists to thrive. Artists like Lavinia Fontana were able to create strong careers that were both profitable and competitive with those of their male contemporaries. Fontana's depictions of female subjects deliberately pushed against the stereotype of painting heroines as passive objects exposed to male voyeurism. In Archery Contest of Diana and her Nymphs, Domenichino approaches Diana and her nymphs in the same fashion as the Bolognese protofeminists. The women depicted are no longer passive objects to be gazed upon; rather they are actively engaged and have physically fit bodies. Domenichino and the protofeminist tradition redefined how heroines are depicted by empowering the women as dynamic participants in brave pursuits.

In this dissertation, a new approach for determining gaze direction is presented. This approach is based on the existence of a visual axes center for the human eye, the location of which is invariant with respect to the head. The vector from the visual axes center of an eye through the pupil center provides a reliable approximation for a gaze vector. Calibration camera images of human subjects looking at known points on a computer monitor are collected in a non-intrusive manner. Algorithms are applied to the images from two independent cameras whose spatial relationship is known with respect to the monitor. The calibration algorithms allow determination of physical distances between selected facial features visible in the images and the invariant location of the visual axes center for each eye (not visible) with respect to these features. Given these invariant relationships between a subject's facial features and eye visual axes centers, optimization techniques are applied to subsequent images collected from a single camera to obtain the three-dimensional locations of the visible facial features and the visual axes centers, and from these, the gaze direction. The results of experiments conducted to determine the viability and accuracy of the visual axes center approach in determining the gaze direction are presented. The results show that the approach can provide acceptable gaze direction error values when high accuracy (< 1° angular error) is not required. Techniques to improve accuracy are discussed as well as potential limitations of the approach.

This document explores and questions notions of place, identity, and transformation caused by displacement.

La recherche présentée dans cette thèse est divisée en trois parties. Notre objectif dans la première partie est l’amélioration de la compression de l’image par stéganographie. Dans cette étude, la compression de données est effectuée en deux étapes. Tout d’abord, nous profitons du compactage d’énergie en utilisant JPEG pour réduire les données redondantes. Ensuite, nous intégrons des blocs de bits dans les blocs suivants de la même image stéganographie. Les bits intégrés servent à non seulement augmenter la taille du fichier de l’image compressée, mais aussi à diminuer davantage la taille du fichier. Les résultats expérimentaux montrent que notre méthode donne de meilleurs taux de compression tout en conservant une haute qualité de l’image. Le deuxième sujet de cette thèse propose un formalisme bayésien pour la stéganalyse d’image numérique qui permet la détection d’images stego, l’identification de l’algorithme de stéganographie utilisé, l’estimation de la longueur du message et l’emplacement, et l’anticipation dans le cas de l’intégration en utilisant un algorithme de stéganographie inconnu. La détection, l’identification et l’anticipation impliquent l’apprentissage discriminant dans l’espace des fonctions. L’estimation nécessite la fusion de classificateurs permettant la discrimination entre les sous-images et une intégration entière des couvertures de tailles différentes. La validation sur des images JPEG montre que le système proposé est efficace et permet d’anticiper des algorithmes de stéganographie inconnus. Le troisième sujet de la thèse décrit une méthode d’estimation du regard de l’oeil humain pendant un mouvement normal de la tête. Dans ce procédé, la position et l’orientation de la tête sont acquises par des données de profondeur fournies par Kinect. La direction de l’oeil est obtenue à partir d’images à haute résolution. Nous nous proposons la régression logistique multinomiale pour construire une fonction de mappage du regard et de vérifier l’état de l’iris. L’efficacité de la méthode proposée est validée par une évaluation de la performance pour plusieurs personnes avec différentes distances et poses par rapport à la caméra et dans différents états de l’oeil.