The Do It Yourself relay

Le principe de base est très simple. Il s'agit d'une simple webcam qui « zoom » sur l'œil de l'utilisateur. La webcam étant branchée en USB, ils suffit alors d'effectuer le traitement sur l'image récupérée avec des bibliothèques OpenFramWorks. Le logiciel repèrer ainsi la position de la pupille par rapport à l'œil et en déduit la directions du regard.

Au niveau de la fabrication, il est possible:

• soit de fixer la webcam à l'ordinateur (zoom important)
• soit de fixer la webcam directement en face d'un œil, par exemple en l'installant sur une monture de lunette (zoom plus raisonnable).
  

Dans tous les cas, il faudra effectuer quelques modifications mineures dont les détails sont expliqués plus bas.

• Étape 1: Démonter la webcam pour la miniaturiser
  
• Étape 2: Ajouter un filtre InfraRouge
  
• Étape 3: Changer l'optique de la caméra en fonction du zoom souhaité
  
• Étape 4: Ajouter des LED InfraRouges
  
• Étape 5: Fixer l'ensemble sur le support
  

Vous trouverez tous les détails du projet (informations, photos, vidéos, sources, etc ... ) sur leur site web: eyewriter.org
ainsi qu'un tutoriel de fabrication en anglais tiré du site insructables: Version PDF à télécharger ici

« Alors pourquoi tu écris un billet la dessus si le tuto existe déjà ? »

1. Parce que je trouve l'idée tout simplement géniale, et que je souhaite faire connaître ce système à d'autres personnes.
   
2. Parce que je l'ai fabriqué et que je veux faire mon retour d'expérience et donner quelques conseils supplémentaires pour les suivant (principe de la communauté DIY)
3. Pour montrer que c'est facile à mettre en place et que ça fonctionne plutôt pas mal. Si le temps et les connaissances me le permettent, j'aimerais travailler sur l'amélioration du système (cf la fin du billet)
4. Et puis parce que j'écris ce que je veux :)

Donc sans plus tarder, la liste du matériel nécessaire:

• tournevis, fer à souder, étain (~0€ si vous avez déjà)
• 1 paire de lunette (~1€)
• 1 webcam USB compatible VGA et sensible aux IR (~10€)
• 1 filtre InfraRouge (IR): une vielle disquette fera l'affaire (0€)
• 1 lot d'optiques (lentille) pour caméra de sécurité CCTV, disponible ici sur DealExtrem (~10€)
• entre 2 et 4 LED IR et les résistances qui vont avec. (~2€)
  

Le cout revient donc à environ 23€ (sans compter l'ordinateur) ce qui n'est vraiment rien comparé aux produits professionnel qui existent sur le marché.

Dans le tuto de l'« EyeWriter », il est conseillé d'utiliser la webcam de la Playstation3. Cependant, j'ai pu effectuer des essais avec trois webcam (compatible VGA) et les trois fonctionnaient. Je ne comprend donc pas vraiment l'intérêt d'utiliser la webcam PS3 qui vaut entre 30 et 40€ alors qu'une simple webcam premier prix fonctionne correctement.
De plus, le lot d'optiques pour caméra que j'ai acheté sur DX est compatible avec cette webcam alors que dans le tuto « EyeWriter », ils sont obligés d'ajouter une pièce en plastique supplémentaire ("lens holder") pour adapter ces optiques à la webcam PS3.

Étape 1:Démonter la webcam pour la miniaturiser

Je ne pense pas qu'il y ait besoin de plus d'explication pour ça, un simple tournevis vous suffira pour désosser la pièce maitresse de ce projet. Et pour information, plus votre webcam est de bonne facture (produit "no name" ou copie chinoise grotesque) plus il vous sera facile de la démonter (le fabricant ne s'étant pas embêté à cacher les vis ou à avoir un système de montage sophistiqué).

Étape 2: Ajouter un filtre InfraRouge

Votre caméra mise à nu, il ne devrait maintenant plus vous rester que le PCB et le système de maintient de l'optique. C'est ce dernier qu'il faut maintenant démonter. C'est sans doute l'étape la plus délicate. En effet, une fois l'optique ôtée, le capteur CCD se trouve à l'air libre sans aucune protection. Faites donc attention à bien le protéger de la poussière et à ne pas mettre les doigts dessus. Notre but est de placer un filtre IR entre ce capteur et son optique. Mais alors je vous entend d'ici, « à quoi il sert ce filtre IR ? »

Aparté: Nous avons dis tout à l'heure, que le traitement de l'image consiste à évaluer la position de la pupille. Ors, la pupille se trouve au milieu de l'iris ce qui rend l'identification de la pupille difficile par le logiciel. On a alors recourt à cette petit astuce: Les LED IR éclairent l'œil. En tant que bon opticien, vous savez que le noir absorbe la lumière alors que le blanc la réfléchie. Ça tombe justement bien puisque la pupille est de couleur foncée alors que l'iris et la conjonctive bulbaire sont plutôt de couleurs claires. Et c'est maintenant qu'intervient notre filtre IR situé devant le capteur CCD. Ce filtre ne laisse passer que le rayonnement infra-rouge, c'est à dire, la lumière réfléchie par les parties blanches de l'oeil. Donc grâce au combo LED IR + filtre IR, notre webcam affichera déjà une image d'un rond sombre (pupille) dans un milieu claire (œil). C'est donc un premier filtre qui facilite la détection de la pupille dans le traitement logiciel. Vous pouvez vous amuser à faire des essais avec et sans ce système LED+filtre et vous remarquerez assez rapidement la différence.
Maintenant, que vous avez compris son intérêt continuons les explications du montage. Nous disions donc …

Notre but est de placer un filtre IR entre ce capteur et son optique. Des filtres IR s'achètent dans des magasins spécialisés dans les optiques ou des magasin de photo. Cependant, au vu des prix et surtout de la surface ridicule dont nous avons besoin, le disque d'une veille disquette conviendra parfaitement. Découpez en un morceau de taille adéquate et fixez le sur le support de la lentille (le filtre ne doit pas toucher le capteur CCD). Faites attention à ne pas rayer ou poser vos doigts sur le filtre pendant cette étape, sinon vous aurez des traces sur l'image fourni par la caméra. Une fois de plus, évitez au maximum le contact avec la poussière.

Étape 3: Changer l'optique de la caméra en fonction du zoom souhaité

Il vous faudra surement changer la lentille en fonction de la distance à laquelle se trouve la caméra par rapport à l'œil. L'achat d'un kit d'optique générique pour caméra est donc sans doute la meilleure option. Si vous êtes chanceux, l'optique d'origine de votre webcam est démontable et vous pourrez directement fixer la lentille de focale souhaitée à sa place. Sinon vous devrait bricoler un système de fixation.
Pour ma part, j'ai remplacé l'optique d'origine par une lentille de focale 8mm (la caméra étant située à environ 10cm de l'œil). Le réglage du focus s'effectue en faisant varier la distance entre la lentille et la capteur (donc en vissant l'optique plus ou moins sur son support). Cependant, avec l'ajout du filtre et le changement d'optique, vous aurez sans doute des difficultés pour faire la mise au point de l'image mais ne vous en faites pas trop pour cela car le logiciel de traitement vidéo fait quand même bien son boulot même si l'image n'est pas tout à fait nette.

Étape 4: Ajouter des LED InfraRouges

La dernière étape consiste à ajouter les LED IR pour éclairer l'œil. Il faut donc les fixer sur le PCB de la webcam en direction de l'œil. Au niveau de leur alimentation, j'ai effectué une petite modification par rapport au tuto du « Eye Writer ». Dans le tuto, les LED sont alimentées avec des piles, fixées sur la monture de lunette. Pour améliorer la portabilité du système, j'ai préféré les alimenter avec la tension de 5V fourni par le port USB de l'ordinateur. Si vous choisissez également cette solution, attention à ne pas tirer trop de courant car les ports USB de l'ordinateur ne sont pas vraiment fait pour ça. Avant de brancher la webcam assurez vous également qu'il n'y ait aucun court-circuit, sous peine d'endommager votre ordinateur.
Comme moi, vous vous demandez surement si l'éclairage de l'œil avec des LED IR à si courte distance n'est pas dangereux. C'est une question que l'on retrouve beaucoup sur les forums de discussion et dans les commentaires d'internautes. Apparemment, aucune étude ne montre qu'il y ait un danger. Surtout dans le cas d'une utilisation non intensive, je ne pense pas qu'il y ait de risque. Si cela vous rassure, il est possible de diminuer la puissance des LED en limitant le courant les traversant.

Étape 5: Fixer l'ensemble sur le support

Quelque soit le choix de votre support (monture de lunette ou support fixe) il est maintenant temps d'y fixer la webcam. Dans le cas des montures de lunettes, faites en sorte que la webcam n'oscille pas trop lors d'un mouvement de la tête. Il vous faut donc choisir une tige de fixation dans un matériau assez rigide et la couper assez courte.

Video de la fabrication

Test de fonctionnement:

Maintenant que votre système est prêt et branché (normalement reconnu comme une webcam classique), vous pouvez réaliser des test avec le logiciel EyeTracking. Rendez-vous dans la section développement du site eyewriter.org pour télécharger les sources des logiciels de traitement (compilé ou non, multi-plateforme).

Voici la Vidéo de présentation du logiciel EyeTracking

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