眼睛作家是一台低成本视线跟踪装置，配备有特制软件，方便那些因肌肉萎缩、偏瘫、硬化症而瘫痪的随笔作家和艺术家用他
们的眼睛来创作。
下面展示的原型设计，以一副眼镜为基本设备，方便“眼睛创作者”工作：
[视频](The Eyewriter)
从第一个视频展示开始，我们一直深入发掘和改进装置，最终我们有个新版本问世--“眼睛作家2.0”。新版本改善了输入准
确度，即使用户头部轻微移动也能使用。旧版本眼睛作家是为瘫痪作家而设计的，是要戴在完全无法运动的头部上使用的。
2.0版本设计上使用一个摄像头和LED系统，将其远离头部放置，于是头部轻微移动的用户也能使用了，例如多发性硬化症患者
、戴眼镜的人等等。
眼睛作家既廉价又完全开源。现时，零件成本大约200美金，而传统商用视线跟踪系统则需9000至20000美金。便宜订单是巨大
吸引力，也是为了那些需要视线跟踪器的人所考虑的。
这个秋季，我们展出和公测了眼睛作家2.0。我们甚至将其与一个机械臂连接，用来画出人们用眼睛视线创作的艺术作品。详
情见以下链接：
http://www.switched.com/2010/12/13/eyewriter-teams-up-with-robotagger-to-print-kids-ocular-artwork/print/ EyeWriter Teams Up With Robotagger to Print Kids' Ocular Artwork
[原文链接](http://www.switched.com/2010/12/13/eyewriter-teams-up-with-robotagger-to-print-kids-ocular-
artwork/print/)
最初眼睛作家是为了Tony Quan，一名2003年不幸确诊为渐冻人的随笔艺术家所设计的。将摄像头对准用户眼珠子，仪器就能
跟踪用户眼睛动向，从而使他得以绘画。在儿童电影节当中，一些小幸运儿有幸获得试用眼睛作家的机会。用眼睛作家指挥的
机械臂将孩子的创作用它那橘黄臂膀变成了现实。
[视频](Eyewriter 2)
简单来说，我们就做了几件事。首先，我们将发光LED放在屏幕边缘和中央。接着，我们拆开利用PS3的摄像头，用以获得垂直
同步信号（产生于拍摄每帧图像时），使红外传感器探测到。第三步是编程步骤，建立Arduino和电路，控制闪光信号。最后
，我们为这个系统做个底层，初步测试软件。
以技术角度来看，2.0版本系统以3个红外发光器对每帧进行闪频观测。在偶数帧时，瞳孔出现发光，那是因为红外光正从你的
眼中反射回来，就像常见那种照相机红眼现象那样。在奇数帧时，你的瞳孔则是黯淡的。两者的差别使我们实时区别追踪瞳孔
轨迹成为可能。进一步说，探测到由红外发光造成的反光，加上瞳孔中的信息，用反光/瞳孔位置映射算法方程的最少正方形
吻合解进行屏幕位置校正。
在动工之前，我们需要合理数目的零件制作这个设备。看看图片，先对我们做的东西有个概念，而详细零件清单在PDF档案里
已有列明。
眼睛作家2.0由数个程序片断组装及运行。在这个步骤中，我们讲述如何下载安装集成开发环境、程序开放式框架及眼睛作家
程序本身。
一、集成开发环境（IDE）
• 集成开发环境（IDE）是为软件开发程序员准备的综合性开发工具软件。 • 如有需要，下面链接用以下载安装一个IDE来运行开放式程序框架。
二、开放式程序框架 • 开放式程序框架以C++库文件设计，以简单直观的实验框架为创造过程提供帮助。 • 如有需要，可于下面链接下载开放式程序框架。
三、眼睛作家的GitHub • GitHub是一个基于网页界面的分布式版本控制系统，用户们在这个平台上分享交换程序代码。 • Visit the EyeWriter source page on GitHub.
[http://github.com/eyewriter/eyewriter/tree/remoteEyetracker]
(http://github.com/eyewriter/eyewriter/tree/remoteEyetracker) • 眼睛作家的源代码在以下GitHub页面内。
[http://github.com/eyewriter/eyewriter/tree/remoteEyetracker]
(http://github.com/eyewriter/eyewriter/tree/remoteEyetracker) • 在右上角菜单中下载代码。 • 选择ZIP格式。 • 完成下载后，解压缩文件，将“eyewriter-xxxxxx”文件夹移动到开放式框架的“apps”文件夹中。 • 打开“apps/eyewriter-xxxxxxx/eyeWriterTracker/RemoteEyeTracker.xcodeproj”文件，测试所有安装程序工作无
恙。 • 试运行源代码，跟踪调试窗口应该出现在演示视频模式中。
我们需要为硬件安装多两个驱动。摄像头驱动建立起PS3摄像头和电脑之间的交互，Arduino软件则提供软件和硬件之间的接口
。
安装PS摄像头驱动
Mac系统下： • Macam是Mac OS X的USB摄像头驱动程序，数以百计的USB摄像头通过它能被Mac OS X的视频捕捉程序所识别。我们用
的是PS3摄像头，那么驱动程序就是为了让电脑识别它所要安装的。
• 从SourceForge链接下载摄像头驱动程序：
[http://sourceforge.net/projects/webcam-osx/files/cvs-build/2009-09-25/macam-cvs-build-2009-09-
25.zip/download](http://sourceforge.net/projects/webcam-osx/files/cvs-build/2009-09-25/macam-cvs-build-2009-
09-25.zip/download)
• 下载完成后，解压缩档案，将macam.component放入硬盘里 /Library/Quicktime/文件夹中。
PC版本的： • 下载并安装CL-Eye-Driver:
Arduino • Arduino是嵌入式计算机系统的设计开发工具，有开源单片机控制硬件、集成了输入输出和基本程序语言所组成。
• 从http://arduino.cc/en/Main/Software下载安装Arduino软件。
• 不熟悉Arduino环境的话，http://arduino.cc/en/Guide/HomePage内可
以参考入门解说。
在这里，你需要载入Arduino程序框架，以便PS摄像头工作。
一、Arduino程序框架（仅限PS摄像头使用） • 在Arduino IDE软件内载入Arduino眼睛作家程序框架“apps/eyewriter-
xxxxxxx/eyeWriterTracker/StrobeEye/StrobeEye.pde”，使眼睛作家软件能识别硬件。
• 当Arduino板连接上时，将程序框架上载到板内。如果你不熟悉这一步，请参阅
http://arduino.cc/en/Guide/HomePage内的入门解说。
电源适配器
在这里，你需要切下一段电源适配器的导线，用以驱动面包板电路。
• 剪下7.5伏电源适配器的接口。
• 用电压计从裸露导线中确定正负极。
• 用一段剥好的红线和黑线，将红线焊上适配器的正极导线，黑线焊上负极导线。
• 先单独捆扎裸露导线，确保正负极分开不会短路，然后再将它们扎在一块，确保没有导线裸露。
红外LED • 收集8个红外发光二极管（IR LED）和一片圆形的印刷电路板（PCB）。
• 在PCB上做一个LED阵列，你需要确定每个LED的正负极引脚。一般来说，长脚阳（正），短脚阴（负）。另外，在镜
头发光阴极那边往往有个扁平斑点。
为方便区分，不妨在导线节点上标注正负极。
• 串联4个LED为一组，下一组也是4个，互相并联。将LED的引脚剪短柄焊接在一起。
• 将LED引脚焊接在一起组成电路后，将大约2英尺（约60厘米）的红绿通信导线分别焊到LED电路的正负两端。
• 测试LED的PCB电路板，建立下图所示电路。仔细观察红外LED是否发出黯淡的红光。
• 确认红外LED工作无误后，用热熔胶固定电路板背后的所有节点。
• 重复以上1~5步，做多一些LED PCB电路板。
• 用一块较大的圆形PCB，小心在中间钻一个洞，如下图所示。
• 在PCB的外缘，建立一个4个LED串联一组共4个互相并联电路。LED的放置位置需使PS摄像头正好吻合，而摄像头不会
阻挡住LED。
• 在焊接好LED引脚组成电路和4对正负极电源导线后，将4组LED并联排列。
• 焊接约2英尺（约６０厘米）红绿通信导线至LED电路的正负极端点。
• 建立如下的电路来测试较大的LED PCB板，看看红外LED是否发出黯淡红光。
• 确认红外LED工作无误后，用热熔胶固定电路板背后的所有节点。
在这里我们讲解如何取出PS摄像头。对于替换摄像镜头、加装红外滤镜和连接垂直同步信号来说这步是必须的。 • 拿出PS摄像头。温馨提示：私拆不保，责任自负。
• 撬开四颗盒子底部的螺帽。
• 扭下四颗螺帽下的螺丝。别丢掉，稍后你要用回它们。
• 拿掉四颗螺丝后，继续撬开后半部分盒子，建议使用一字螺丝刀和锤子，或一把尖嘴钳。使用巧劲，别坏了里面的东
西或伤着自己。
• 拉出导线，将塑料座边上的两颗底部螺丝扭下来，保留它们备用。
• 拿掉垂直的部分。
• 扭下电路板周围的五颗螺丝（两颗在边上，三颗在上面），同样保留它们备用。
• 拿掉五颗螺丝后，从盒子前面拿起电路板。
• 有四个麦克风穿过电路板顶部。直接使用剪子剪掉它们，我们用不着它们。
• PS摄像电路板准备完毕，随时可接线。下一步是将它连接垂直同步信号和接地点。
在这里我们介绍如何截取摄像头的垂直同步信号。垂直同步信号是由摄像头刷新率所产生的电子信号。获取摄像头的垂直同步
信号至关重要，只有通过它我们才能将摄像头刷新率和红外LED信号相吻合。
• 标出PS摄像电路板的接地点。有些型号的PS摄像头在镜头底座（左下图）附近有5个节点，而另一些则只有4个（右下
图）。倘若你的型号有5个节点，那接地点就是最接近镜头底座的那个。如果你的型号有4个节点的画，接地点还是在最接近镜
头底座那里，不过那个节点宽度相当于其他的两倍。
• 剪下约两英尺（约60厘米）四色通讯导线，将红绿色导线和黑白色导线分开。
• 在距离一端约两英寸（约5厘米）分开红线和绿线。剥开一小片绿线末端的绝缘层，用于焊接PS摄像头接地端。
• 将PS摄像电路板和绿线别在一个支架上，准备焊接一端绿线到接地点。用一片厚纸张或卡纸夹在曲别针上，避免划伤
电路板。
• 将绿线和PS摄像头接地点焊接起来。
• 标定电路板上的垂直同步信号源，在下图圆圈内所示。注意：近期型号的PS摄像头（由电路板的金色外缘可以得知）
中，信号源在PCB板的前方，R19电阻的上方。而更近期更新一些的型号也投入市场，在下图介绍如何在上面找到信号源。
• 用一把锋利小刀，小心用刀尖架在信号源上，轻轻刮开绝缘涂层，使金属触点裸露出来。
• 红线用于连接裸露的信号源，但导线太粗，无法在这么小区域内焊接平整，于是我们需要一条标号30导线作为中介。
将两条标号30导线末端剥线。
• 截短红线，将标号30导线一端与红线焊接起来。
• 在焊接标号30导线到信号源之前，需要测试一下所有连接是否准确无误。组装如下图所示电路，当标号30导线接触信
号源时，面包板上的LED应会快速闪烁。
• 用0.022英寸（0.56毫米）细的焊锡，小心翼翼将标号30导线焊上裸露的信号源。面包板上闪烁的LED能确认是否操作
成功。
这里介绍如何将摄像头重组一体。
• 松开固定镜头的两颗螺丝，小心操作，垂直同步信号传输节点是很脆弱的。拆开镜头，放好螺丝。
• 量度新装镜头架的正方形开口大小。用滤纸裁减一个刚好大小的正方形，将其放入开口处。
• 滤纸到位后，螺接新的镜头架。也许需要出一些力，镜头架对于电路板来说稍大，导致其中一个螺丝将成角度钻入。
• 将新的镜头旋进电路板新镜头架上。
• 灌热熔胶固定保护垂直同步信号连接。
在这里我们告诉大家如何在面包板上组装电路，而这是让Arduino融入眼睛作家的最初过程。
• 用下面链接的电路图组装电路。
• 组装好全部电路后，眼睛作家的代码已预备妥当，等待摄像机实时输入。要从演示视频模式切换回实时图像模式，打
开“apps/eyewriter-xxxxxxx/eyeWriterTracker/bin/data/Settings/inputSettings.xml”，将mode tag选项从1改为0。
• 打开“apps/eyewriter-xxxxxxx/eyeWriterTracker/RemoteEyeTracker.xcodeprof”文件，运行源代码，跟踪调试画
面应该显示PS的摄像头拍摄的画面。
在这里我们讲一讲如何做个木制手提底座。做这个蛮有意思的，它使得整个系统有一个稳定结构摆放在上面，便于测试校准及
提供眼睛作家工作环境。
下面列出制作底座所需材料和零件： • 2根5/16英寸直径木棒，约20英寸长。（A）
• 2根5/16英寸直径木棒，约1.5英寸长。（D）
• 一个20 x 4 x 0.5英寸的木块（B）
• 3个3 x 1.75 x 1.75英寸的木块（C）
• 钻头的直径和木棒直径一样。
如图所示，用一块C零件调整另外两块C零件，夹紧它们，在距离它们边缘0.75英寸处钻穿它们。
• 第二步：
将两块零件C洞对洞排整齐，将它们放置到零件B的边上，排齐夹住（如图所示）并钻它们至零件B大约1.5英寸深。
将短木棒穿过每个零件C和零件B的钻孔放进去。
• 第三步
钻一个适合三脚架快装板螺丝直径的孔。
• 第四步：
将底座（B）和边缘部件（C）组装，插入并通过钻孔排齐木棒（A），使它们和底座长度平齐。
在这里我们介绍眼睛作家这款软件，让你能安装使用。 • 通过电脑视角（CV）面板右面第一排的屏幕对焦选项将摄像头对焦。旋转摄像头镜头直到图像变得锐利清晰，接着跳
出屏幕对焦选项，返回跟踪屏幕。
• 在面板右面第一排选择载入视频设定。
PS3摄像头： 理想状态下，你希望图像是清晰、平衡，噪点最少的，就如同下图所示。在摄像头选项表单下，通过滑动图像增益和快门选项
，直到图像达至理想。
• 在压缩选项表单下，就有类似以下情况。倘若你的电脑性能较好，那就选择每秒30帧（FPS）。如果电脑速度较慢，
那就设为每秒15帧吧。
在这步中完成屏幕校正。
• 按下空格键出现指引提示，在按下空格键开始。当红点出现时，盯着看吧。
• 在校正后，蓝线显示所有校正误差范围。当出现长条蓝线时，按下空格键重设校正步骤。
• 盯着“抓我吧”方块，方块的颜色将转为绿色。
• 当方块完全绿色时，意味着捕捉到了，接着它会出现在别的地方。不断抓取方块，这用来测试校正视线追踪功能。
画字母
• 绘图模式开始时默认暂停。在绘图前，你可以选择显示背景网格与否。当然，背景网格可在任何暂停时选择切换。
• 盯着暂停按钮，切换为录制模式来进行绘图。盯着按钮，它将转为绿色，便切换到录制模式。
• 它用向量点计算法绘图，以盯住画布区域某个点约一秒钟建立标点的方式完成。绿色视线追踪圆圈是需要停留一段时
间确定一个标点的。
• 当增加标点时，标点之间将以线条连接。 用这些线条，你可以创作不同的图形或画字母。要想新开一个线条端点，
只需盯住“下一笔”这个按钮。
• 保留当前图形或字母，并移往下一个，盯住“下一个字母”按钮。先前你所画的字母会在屏幕顶部出现，新的画布已
为下一个字母准备好。
• 当你完成绘制图形和字母后，盯住“下个模式”进入放置模式。
放置模式 • 默认上，你画的字母处于全选状态，等待安置。若想选择单个字母，只需盯着“选择字母”按钮。
• 若想让你选择的图像顺时针或逆时针旋转则选择“旋转”按钮。
• 要上下左右移动你选的图像，选择“平移”按钮。
• 要想放大缩小则按下“变焦”，你选择的图像会因此改变尺寸。
• 按钮“自动放置”是将你的字母按照你画的次序并排放置。
• 完成放置图像和字母后，再次盯着“下个模式”进入效果渲染模式。
• 你想按哪个键，就盯着哪个键。当你盯着的时候，按键的颜色变为绿色然后闪为蓝色。
• 字母键闪为蓝色后，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键将说出你打的词汇。切换语音朗读开关在屏幕的中间偏右，在你输入词汇并按下空格键后
将自动阅读。
• 注意屏幕右下方的大写开关。在输入数字及特殊字符，例如“!@#$%”等需要手动切换。
• 阻挡小球通过屏幕下方你的球拍光标。
• 球拍会滑向你目光移动到的X坐标。因此当你盯住移动小球时，球拍也随之横向移动。
