眼睛作家是一臺低成本視線跟蹤裝置，配備有特制軟件，方便那些因肌肉萎縮、偏癱、硬化癥而癱瘓的隨筆作家和藝術(shù)家用他們的眼睛來創(chuàng)作。

下面展示的原型設(shè)計，以一副眼鏡為基本設(shè)備，方便“眼睛創(chuàng)作者”工作：

從第一個視頻展示開始，我們一直深入發(fā)掘和改進裝置，最終我們有個新版本問世–“眼睛作家2.0”。新版本改善了輸入準確度，即使用戶頭部輕微移動也能使用。舊版本眼睛作家是為癱瘓作家而設(shè)計的，是要戴在完全無法運動的頭部上使用的。2.0版本設(shè)計上使用一個攝像頭和LED系統(tǒng)，將其遠離頭部放置，于是頭部輕微移動的用戶也能使用了，例如多發(fā)性硬化癥患者、戴眼鏡的人等等。

眼睛作家既廉價又完全開源。現(xiàn)時，零件成本大約200美金，而傳統(tǒng)商用視線跟蹤系統(tǒng)則需9000至20000美金。便宜訂單是巨大吸引力，也是設(shè)計給那些需要視線跟蹤器的人。

這個秋季，我們展出和公測了眼睛作家2.0。我們甚至將其與一個機械臂連接，用來畫出人們用眼睛視線創(chuàng)作的藝術(shù)作品。

http://www./2010/12/13/eyewriter-teams-up-with-robotagger-to-print-kids-ocular-artwork/print/

（2.0版本在設(shè)計過程中，在Ito Takayuki、Kyle McDonald、Golan Levin和Parsons大學“眼睛作家“協(xié)作小組的學生幫助和錄入下得以完成。同時也鳴謝卡內(nèi)基梅隆大學創(chuàng)意調(diào)查工作室為開發(fā)設(shè)立一個部門。）

步驟1：總覽

簡單來說，我們就做了幾件事。首先，我們將發(fā)光LED放在屏幕邊緣和中央。接著，我們拆開利用PS3的攝像頭，用以獲得垂直同步信號（產(chǎn)生于拍攝每幀圖像時），使紅外傳感器探測到。第三步是編程步驟，建立Arduino和電路，控制閃光信號。最后，我們?yōu)檫@個系統(tǒng)做個底層，初步測試軟件。

以技術(shù)角度來看，2.0版本系統(tǒng)以3個紅外發(fā)光器對每幀進行閃頻觀測。在偶數(shù)幀時，瞳孔出現(xiàn)發(fā)光，那是因為紅外光正從你的眼中反射回來，就像常見那種照相機紅眼現(xiàn)象那樣。在奇數(shù)幀時，你的瞳孔則是黯淡的。兩者的差別使我們實時區(qū)別追蹤瞳孔軌跡成為可能。進一步說，探測到由紅外發(fā)光造成的反光，加上瞳孔中的信息，用反光/瞳孔位置映射算法方程的最小二乘法擬合(中文百度百科Least Squares Fitting)進行屏幕位置校正。

步驟2：零件清單

在動工之前，我們需要合理數(shù)目的零件制作這個設(shè)備?？纯瓷蠄D，先對我們做的東西有個概念，而詳細零件清單在PDF檔案里已有列明。

零件清單下載

步驟3：軟件——開放式框架與眼睛作家

眼睛作家2.0由數(shù)個程序片斷組裝及運行。在這個步驟中，我們講述如何下載安裝集成開發(fā)環(huán)境、程序開放式框架及眼睛作家程序本身。

一、集成開發(fā)環(huán)境（IDE）

· 集成開發(fā)環(huán)境（IDE）是為軟件開發(fā)程序員準備的綜合性開發(fā)工具軟件。

· 如有需要，下面鏈接用以下載安裝一個IDE來運行開放式程序框架。

http://www./setup

二、開放式程序框架

· 開放式程序框架以C++庫文件設(shè)計，以簡單直觀的實驗框架為創(chuàng)造過程提供幫助。

· 如有需要，可于下面鏈接下載開放式程序框架。

http://www./download

三、眼睛作家的GitHub

· GitHub是一個基于網(wǎng)頁界面的分布式版本控制系統(tǒng)，用戶們在這個平臺上分享交換程序代碼。

· 眼睛作家的源代碼在以下GitHub頁面內(nèi)。

[http://github.com/eyewriter/eyewriter/tree/remoteEyetracker]

(http://github.com/eyewriter/eyewriter/tree/remoteEyetracker)

· 在右上角菜單中下載代碼。

· 選擇ZIP格式。

· 完成下載后，解壓縮文件，將“eyewriter-xxxxxx”文件夾移動到開放式框架的“apps”文件夾中。

· 打開“apps/eyewriter-xxxxxxx/eyeWriterTracker/RemoteEyeTracker.xcodeproj”文件，測試所有安裝程序工作無恙。

· 試運行源代碼，跟蹤調(diào)試窗口應該出現(xiàn)在演示視頻模式中。

步驟4：軟件——攝像頭和Arduino

我們需要為硬件安裝多兩個驅(qū)動。攝像頭驅(qū)動建立起PS3攝像頭和電腦之間的交互，Arduino軟件則提供軟件和硬件之間的接口。

安裝PS攝像頭驅(qū)動

Mac系統(tǒng)下：

· Macam是Mac OS X的USB攝像頭驅(qū)動程序，數(shù)以百計的USB攝像頭通過它能被Mac OS X的視頻捕捉程序所識別。我們用的是PS3攝像頭，那么驅(qū)動程序就是為了讓電腦識別它所要安裝的。

· 從SourceForge鏈接下載攝像頭驅(qū)動程序。

· 下載完成后，解壓縮檔案，將macam.component放入硬盤里 /Library/Quicktime/文件夾中。

PC版本的：

· 下載CL-Eye-Driver并安裝。

Arduino

· Arduino是嵌入式計算機系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)工具，有開源單片機控制硬件、集成了輸入輸出和基本程序語言所組成。

· 從http:///en/Main/Software下載安裝Arduino軟件。

· 不熟悉Arduino環(huán)境的話，http:///en/Guide/HomePage內(nèi)可以參考入門解說。

步驟5：載入Arduino程序框架

在這里，你需要載入Arduino程序框架，以便PS攝像頭工作。

一、Arduino程序框架（僅限PS攝像頭使用）

· 在Arduino IDE軟件內(nèi)載入Arduino眼睛作家程序框架“apps/eyewriter-xxxxxxx/eyeWriterTracker/StrobeEye/StrobeEye.pde”，使眼睛作家軟件能識別硬件。

· 當Arduino板連接上時，將程序框架上載到板內(nèi)。如果你不熟悉這一步，請參閱http:///en/Guide/HomePage內(nèi)的入門解說。

步驟6：硬件：電源適配器

電源適配器

在這里，你需要切下一段電源適配器的導線，用以驅(qū)動面包板電路。

· 剪下7.5伏電源適配器的接口。

· 用電壓計從裸露導線中確定正負極。

· 用一段剝好的紅線和黑線，將紅線焊上適配器的正極導線，黑線焊上負極導線。

· 先單獨捆扎裸露導線，確保正負極分開不會短路，然后再將它們扎在一塊，確保沒有導線裸露。

步驟7：硬件：紅外LED

紅外LED

· 收集8個紅外發(fā)光二極管（IR LED）和一片圓形的印刷電路板（PCB）。

· 在PCB上做一個LED陣列，你需要確定每個LED的正負極引腳。一般來說，長腳陽（正），短腳陰（負）。另外，在鏡頭發(fā)光陰極那邊往往有個扁平斑點。為方便區(qū)分，不妨在導線節(jié)點上標注正負極。

· 串聯(lián)4個LED為一組，下一組也是4個，互相并聯(lián)。將LED的引腳剪短柄焊接在一起。

· 將LED引腳焊接在一起組成電路后，將大約2英尺（約60厘米）的紅綠通信導線分別焊到LED電路的正負兩端。

· 測試LED的PCB電路板，建立下圖所示電路。仔細觀察紅外LED是否發(fā)出黯淡的紅光。

· 確認紅外LED工作無誤后，用熱熔膠固定電路板背后的所有節(jié)點。

· 重復以上1~5步，做多一些LED PCB電路板。

· 用一塊較大的圓形PCB，小心在中間鉆一個洞，如下圖所示。

· 在PCB的外緣，建立一個4個LED串聯(lián)一組共4個互相并聯(lián)電路。LED的放置位置需使PS攝像頭正好吻合，而攝像頭不會阻擋住LED。

· 在焊接好LED引腳組成電路和4對正負極電源導線后，將4組LED并聯(lián)排列。

· 焊接約2英尺（約60厘米）紅綠通信導線至LED電路的正負極端點。

· 建立如下的電路see schematic here來測試較大的LED PCB板，看看紅外LED是否發(fā)出黯淡紅光。

· 確認紅外LED工作無誤后，用熱熔膠固定電路板背后的所有節(jié)點。

步驟８：拆解PS攝像頭——前期準備

在這里我們講解如何取出PS攝像頭。對于替換攝像鏡頭、加裝紅外濾鏡和連接垂直同步信號來說這步是必須的。

· 拿出PS攝像頭。溫馨提示：私拆不保，責任自負。

· 撬開四顆盒子底部的螺帽。

· 扭下四顆螺帽下的螺絲。別丟掉，稍后你要用回它們。

· 拿掉四顆螺絲后，繼續(xù)撬開后半部分盒子，建議使用一字螺絲刀和錘子，或一把尖嘴鉗。使用巧勁，別壞了里面的東西或傷著自己。

· 拉出導線，將塑料座邊上的兩顆底部螺絲扭下來，保留它們備用。

· 拿掉垂直的部分。

· 扭下電路板周圍的五顆螺絲（兩顆在邊上，三顆在上面），同樣保留它們備用。

· 拿掉五顆螺絲后，從盒子前面拿起電路板。

· 有四個麥克風穿過電路板頂部。直接使用剪子剪掉它們，我們用不著它們。

· PS攝像電路板準備完畢，隨時可接線。下一步是將它連接垂直同步信號和接地點。

步驟9：拆解PS攝像頭–垂直同步信號

在這里我們講解獲取攝像頭同步垂直信號流程。同步垂直信號生成取決于攝像頭刷新率，而獲取它對項目來說至關(guān)重要，它是將攝像頭刷新率和紅外LED吻合的唯一辦法。

· 在PS攝像頭電路板上標定接地節(jié)點。有些型號的PS攝像頭在鏡頭座附近有5個節(jié)點（下面左圖），而另外一些型號則有4個（下面右圖）。如果你的型號有5個節(jié)點，那么接地點則是最靠近鏡頭座的那個。如果你的型號有4個節(jié)點，接地點還是在最靠近鏡頭座的那個，只是它的寬度大概是其他節(jié)點的兩倍。

· 剪下約2英尺（60厘米）長4色通訊導線，將紅線和綠線從黑線白線中間分離開來。

· 將紅線和綠線從一端分出約2英寸（5厘米）長，將綠線上面的絕緣層剝開，然后把綠線焊在PS攝像頭的接地點上。

· 將PS攝像頭電路板和綠線夾在一個架子上，準備將它們焊接。可以用一小片厚紙或卡紙夾在夾子和電路板之間防止刮花電路板。

· 將綠線焊接在PS攝像頭接地點上。

· 在電路板上找出垂直同步信號區(qū)域，在下圖圓圈內(nèi)所示。

注意：更新型號的PS攝像頭（可以由電路板外緣的金色滾邊所識別）中，垂直同步信號熱點在PCB板的前面，電阻R19正上方。

而更加新型的攝像頭也已經(jīng)投入市場（v9.2），下圖告訴你如何區(qū)分識別他們，以及在上面怎樣找到垂直同步信號熱點。

· 用一把鋒利的小刀，小心用刀尖在熱點區(qū)上刮下一些絕緣覆膜，將金屬接觸面暴露開來。

· 紅線要連接在裸露的垂直同步信號區(qū)，但導線太粗了，不能很好平整地焊在這塊小區(qū)域上，所以需要用一根30碼導線作為中轉(zhuǎn)。將兩根30碼導線末端剝線。

· 截短紅線，然后將30碼導線其中一端和紅線一端焊接起來。

· 在將30碼導線焊在信號區(qū)之前，先做個測試來確保所有連接正常。建立下圖的電路，當30碼導線接觸到信號區(qū)時，面包板上面的LED應該會快速閃爍。

· 用0.022英寸粗（0.56毫米）的焊錫小心將30碼導線和裸露的信號區(qū)焊接起來，從面包板上閃爍的LED可以確定是否成功。

步驟10：拆解PS攝像頭——完成

這里介紹如何將攝像頭重組一體。

· 松開固定鏡頭的兩顆螺絲，小心操作，垂直同步信號傳輸節(jié)點是很脆弱的。拆開鏡頭，放好螺絲。

· 量度新裝鏡頭架的正方形開口大小。用濾紙裁減一個剛好大小的正方形，將其放入開口處。

· 濾紙到位后，螺接新的鏡頭架。也許需要出一些力，鏡頭架對于電路板來說稍大，導致其中一個螺絲將成角度鉆入。

· 將新的鏡頭旋進電路板新鏡頭架上。

· 灌熱熔膠固定保護垂直同步信號連接。

步驟11：全電路

在這里我們告訴大家如何在面包板上組裝電路，而這是讓Arduino融入眼睛作家的最初過程。

· 用下面電路圖組裝電路。

· 組裝好全部電路后，眼睛作家的代碼已預備妥當，等待攝像機實時輸入。要從演示視頻模式切換回實時圖像模式，打開“apps/eyewriter-xxxxxxx/eyeWriterTracker/bin/data/Settings/inputSettings.xml”，將mode tag選項從1改為0。

· 打開“apps/eyewriter-xxxxxxx/eyeWriterTracker/RemoteEyeTracker.xcodeprof”文件，運行源代碼，跟蹤調(diào)試畫面應該顯示PS的攝像頭拍攝的畫面。

步驟12：制作木頭底座

在這一步，我們討論如何做一個便攜木制底座。做這個蠻有趣的，做出來的硬件系統(tǒng)因此就有個穩(wěn)固外殼可以放置其中，便于測試、調(diào)整及和眼睛作家軟件聯(lián)動。

下面列出底座所需材料零件；

· 兩根約20英寸長5/16木棒。（A）

· 2根約1.5英寸長5/16木棒。（D）

· 1塊20 x 4 x 0.5英寸大小木塊。（B）

· 3塊3 x 1.75 x 1.75英寸木塊。（C）

· 和木棒直徑相若的鉆頭。

· 第一步： 用圖中零件中的第三塊C部件調(diào)整另外兩塊C部件，用臺鉗夾住它們，在離邊緣約0.75英寸處鉆穿它們。

· 第二步： 用兩個已經(jīng)鉆好相同洞眼的C部件，將它們放在B部件的邊緣，將調(diào)整處夾緊，在B部件長鉆進約1.5英寸深。將短木棒插進B部件邊緣的洞眼，穿過C部件的洞眼。

· 第三步：

鉆出一個適合三腳架快裝板固定螺絲的洞眼。

· 第四步：

在底座（B）和邊緣部件（C）安裝好后，將木棒（A）插入洞眼，用底座邊長調(diào)整尺寸。

步驟13：使用眼睛作家軟件——安裝及調(diào)試屏幕

這里我們?yōu)槟憬榻B眼睛作家這款軟件，以便你能安裝它。

· 選擇右面計算機視角面板（CV）第一排的對焦選項以調(diào)節(jié)攝像頭焦距。旋轉(zhuǎn)攝像頭鏡頭，直到圖像變得清晰，接著取消選單返回調(diào)試畫面。

· 選擇右面板第一排的載入視頻設(shè)置。

PS3攝像頭的設(shè)置：

一般來說，你希望有明亮、平衡的圖像，噪點越少越好。在網(wǎng)絡(luò)攝像頭選項中，調(diào)節(jié)增益和快門選項，直到圖像變得理想。

· 在壓縮選項中，如果你用的計算機速度較快，那就設(shè)置每秒幀數(shù)為30，慢的話就調(diào)到15。

步驟14：用眼睛作家進行屏幕定位

在這步中完成屏幕校正。

· 按下空格鍵出現(xiàn)指引提示，在按下空格鍵開始。當紅點出現(xiàn)時，盯著看吧。

· 在校正后，藍線顯示所有校正誤差范圍。當出現(xiàn)長條藍線時，按下空格鍵重設(shè)校正步驟。

步驟15：用眼睛作家玩抓人游戲

· 盯著“抓我吧”方塊，方塊的顏色將轉(zhuǎn)為綠色。

· 當方塊完全綠色時，意味著捕捉到了，接著它會出現(xiàn)在別的地方。不斷抓取方塊，這用來測試校正視線追蹤功能。

步驟16：使用眼睛作家作畫

字母作畫

· 在你開始作畫前，繪圖模式默認為暫停狀態(tài)。你能調(diào)節(jié)是否使用背景網(wǎng)格。背景網(wǎng)格在暫停時可隨時調(diào)出。

· 盯住暫停按鈕切換到錄制模式以開始繪圖。當你盯住它的時候，按鈕會轉(zhuǎn)為綠色，就切換為錄制模式。

· 繪圖模式使用向量點。盯住畫布某個地方大約一秒鐘，畫一個節(jié)點。綠色的眼球跟蹤圓圈需要停留一會來定點。

· 當你增加節(jié)點時，它們之間就畫上連接。以此，你能畫出不同形狀和字母。新開一條線的話，只需盯住下一筆這個按鈕。

· 要修改你畫的東西，可選擇撤銷節(jié)點，以將上一點移除，或選擇撤銷筆畫，就能將上一筆畫全部去除。

· 要儲存現(xiàn)有形狀或字母，畫一個新的，就盯住下一個字母這個按鈕。剛剛畫好的字母會出現(xiàn)在屏幕上方，一張新畫布等待著你畫新的字母上去。

· 當你完成形狀和字母繪圖時，盯住下個模式，切換到放置模式。

放置模式

· 默認情況下，你畫的所有字母都會用作放置用途。盯住選擇字母按鈕，以選擇特定的一個。

· 選擇旋轉(zhuǎn)按鈕，將你選擇的圖像右轉(zhuǎn)（順時針）或左轉(zhuǎn)（逆時針）。

· 選擇位移，可將你選擇的圖像上下左右移動。

· 選擇縮放，可將你選擇的圖像放大縮小。

· 自動放置則按照你繪圖的順序依次放置你畫的字母。

· 當你完成放置圖形和字母后，盯住下個模式切換到效果渲染模式。

步驟17：使用眼睛作家軟件打字

· 你想按哪個鍵，就盯著哪個鍵。當你盯著的時候，按鍵的顏色變?yōu)榫G色然后閃為藍色。

· 字母鍵閃為藍色后，就等于被按下了。在屏幕上方，你能看到你打了什么字。

· 按下屏幕左下方的SPEAK鍵將說出你打的詞匯。切換語音朗讀開關(guān)在屏幕的中間偏右，在你輸入詞匯并按下空格鍵后將自動閱讀。

· 注意屏幕右下方的大寫開關(guān)。在輸入數(shù)字及特殊字符，例如“!@#$%”等需要手動切換。

步驟18：用眼睛作家玩打乒乓游戲

· 阻擋小球通過屏幕下方你的球拍光標。

· 球拍會滑向你目光移動到的X坐標。因此當你盯住移動小球時，球拍也隨之橫向移動。