CN102707817A - 激光书写系统 - Google Patents

Abstract

本发明的激光书写系统包括中央处理模块、激光笔、输入模块和输出模块，其中输入模块包括信号接收器和摄像头，该信号接收器与所述激光笔通过无线信号连接，与所述中央处理模块电信号连接，用于接收所述激光笔发出的控制指令，并将其传递给所述中央处理模块；该摄像头与所述中央处理模块信号连接，用于采集所述投影屏幕上的激光光点信号。使用本发明的系统时，用户可手持激光笔在演讲场所自由移动，并通过激光笔实现远程标注、书写等功能，解决了激光笔缺少互动的问题和电子白板生产成本高和使用受限等问题。

Description

激光书写系统

技术领域

本发明涉及计算机软件领域，尤其是一种适用于多媒体教学演示的激光书写系统。 

背景技术

随着电脑和投影仪的普及，多媒体演示越来越频繁，老师教学、产品演示、会议讨论都会采用多媒体。在演示过程中，演讲者经常需要标注重点和简单书写，以引起观众的注意和交流互动。第一代激光笔只有激光指示功能；第二代激光笔，也叫翻页笔，在激光指示的基础上集成了电脑翻页和遥控的功能，演讲者可以脱离电脑和讲台，走到观众中去做一些互动。但简单激光笔和翻页激光笔都无法解决用户在投影幕上用激光进行随意标注和书写，激光指示不能在投影幕上留下任何痕迹，因此演示过程中缺少书写互动。 

为了解决多媒体教学互动性差的问题，电子白板应时而生，其采用红外技术或电容屏触摸技术，可以实现书写或标注。但目前电子白板有许多弊端：1、技术本身决定了白板需要采用昂贵的特殊材料，生产耗材多，产品重量大，运输不方便，维护成本高；2、必须靠近屏幕进行书写、控制，使用者被束缚在白板面前；3、白板的面积固定，安装位置受限，不能灵活调节。 

发明内容

本针对以上多媒体演示的不便，本发明提出一种激光书写系统，该激光书写系统包括： 

中央处理模块：用于接收和处理各种指令，并发出处理结果； 

激光笔：用于向投影屏幕发出激光光点信号，并向所述中央处理模块发出控制指令， 

输入模块：包括信号接收器和摄像头，该信号接收器与所述激光笔通过无线信号连接，与所述中央处理模块电信号连接，用于接收所述激光笔发出的控制指令，并将其传递给所述中央处理模块；该摄像头与所述中央处理模块信号连接，用于采集所述投影屏幕上的激光光点信号； 

输出模块：与所述中央处理模块信号连接，用于输出所述中央处理模块的处理结果； 

所述投影屏幕上的激光光点信号被所述摄像头捕捉，并传递至所述中央处理模块识别和定位；所述激光笔的控制指令通过所述信号接收器传递至中央处理器，中央处理模块根据所述激光光点信号和控制指令生成相应的书写或遥控信号，通过所述输出模块输出显示。 

激光笔发出的激光光点可在投影屏幕上自由移动，而中央处理模块可通过摄像头实时捕捉到激光光点，并根据激光笔发出的控制指令操控投影画面进行显示或演示。使用本发明的激光书写系统时，用户可在演讲场所自由移动，只需手持激光笔即可达到书写、操作演示画面等目的，方便实用。 

所述的中央处理模块在识别激光光点信号时，采用矩阵进行计算，以识别激光光点的具体位置、大小等信息。所述摄像头采集激光光点信号时，所述中央处理模块先对采集到的图像进行膨胀处理和边缘检测，提取带有激光光点的投影图像，再对这些投影图像上的激光光点进行特征识别，最后转换成鼠标信号。所述特征识别包括颜色、亮度和大小的识别。 

本发明的激光书写系统，采用图像识别技术，可配合安装在电脑上的白板软件，实现激光笔在普通投影幕或墙壁上随意标注、书写和丰富的电子白板功能；其通过激光点识别技术和对现有投影设备的简单改造，不仅解决了激光笔缺少互动的问题，还解决了电子白板的生产成本高和使用受限等问题。本发明的有益效果有： 

1、节能环保，无需耗材。在现有投影仪和投影幕的基础上，不需要特殊白板，只需简单加装摄像头就可以实现交互式电子白板的功能，生产成本低，使用过程中不需耗材，也不费电，真正节能环保； 

2、活动空间大，操作灵活。只要激光点能到达投影幕上，激光书写系统就能工作，演讲者活动空间大，不受屏幕限制。 

3、便携设计，安装方便。演讲者只需携带一个摄像头和一套遥控激光笔，就可将投影幕或墙壁升级为交互式电子白板，携带方便，满足移动办公的需要，白板面积和安装位置随意选择，由于系统结构精简，日后维护非常简单。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明激光书写系统优选实施例的系统连接示意图。 

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

本发明提出一种激光书写系统，该激光书写系统包括中央处理模块、激光笔、输入模块和输出模块，其中中央处理模块用于接收和处理各种指令，并发出处理结果；激光笔用于向投影屏幕发出激光光点信号，并向所述中央处理模块发出控制指令，输入模块：包括信号接收器和摄像头，该信号接收器与所述激光笔通过无线信号连接，与所述中央处理模块电信号连接，用于接收所述激光笔发出的控制指令，并将其传递给所述中央处理模块；该摄像头与所述中央处理模块信号连接，用于采集所述投影屏幕上的激光光点信号；输出模块：与所述中央处理模块信号连接，用于输出所述中央处理模块的处理结果。 

使用时，用户可手持激光笔在演讲场所自由移动，激光笔发出的激光光点 可在投影屏幕上自由移动。而中央处理模块可通过摄像头以一定的速度不断地采集投影屏幕上的图像。摄像头采集到的图像信号在所述中央处理模块中进行图像处理，以达到识别和定位激光光点的目的。而激光笔上还设置了若干个控制按键，通过这些控制按键，可发出控制指令，这些指令通过所述信号接收器传递至中央处理器，中央处理模块根据识别的激光光点的位置和控制指令生成相应的书写或遥控信号，并通过输出模块输出至显示器、投影屏幕或墙上显示。 

在图1所示的优选实施例中，该激光书写系统在判定激光光点有运动的状态下，摄像头会以30帧/秒的速度捕获带有激光光点的图像，并对捕获到的图像进行膨胀处理和边缘检测，提取有效的带有激光光点的投影图像。在这些提取的有效投影图像上，对激光点颜色、亮度和大小等有效特征进行精确识别，计算出最优解，形成坐标映射，转换成鼠标信号；再利用安装在电脑上的白板功能软件和遥控激光笔上的功能键就可以实现对电脑的控制或激光书写。由于白板功能软件是现有技术，故在本发明中不再详细赘述。 

本发明中的激光光点识别包括信号采集、运动追踪、图像预处理、特征识别筛选等步骤，最后得到光点位置的最优解，从而识别光点的位置。在计算过程中采用矩阵进行变换，以得到最优解。 

所述的矩阵变换过程可描述如下：设有矩阵H，H＝【a，b，c；d，e，f；g，h，i】矩阵H表示屏幕投射在墙上的四边形通过投射变化后的立体矩阵，其中(a，b，c)、(d，e，f)(g，h，i)这三个坐标点是从摄像头看到的四边形屏幕的四个角中选择三个进行的坐标变换的来。由于屏幕是平行四边形的，所以只需三个点的坐标即可确定屏幕的边缘位置。该坐标变换为现有的常用变换方法，再此不再赘述。 

在理想的情况下，四个点形成的是一个完全正规的长方形，但是大多数情 况下四个点所形成的是一个不正规的四边形，这是因为摄像头是从一个角度去看这个四边形的，会有光学上的变形。当进行坐标变换时，就需要把不正规的四边形矫正成正规的长方形，这个过程也叫矩形矫正，其所采用的计算公式为： 

$X^{\′}=\frac{\mathrm{ax}+\mathrm{by}+c}{\mathrm{gx}+\mathrm{hy}+i},$ $Y^{\′}=\frac{\mathrm{dx}+\mathrm{ey}+f}{\mathrm{gx}+\mathrm{hy}+i},$

其中，x、y为识别的激光光点原始点的横坐标和纵坐标，X′，Y′为映射到投影屏幕上的横坐标和纵坐标，a、b、c、d、e、f、g、h、i为所述的三个坐标点中的值。 

其具体的计算过称为： 

1、通过摄像头以30帧/秒的速度从摄像头捕获图像，存放在内存内，等待处理； 

2、运动追踪：对内存中的图像进行差值化操作，追踪出运动区域，放入矩阵容器中，该矩阵容器即是上述的H； 

3、图像预处理：对矩阵容器中的图像进行一系列的预处理操作，再放入新的内存块；所示的预处理包括图像膨胀处理和边缘检测，经过膨胀处理后光点的亮度和大小特征更加明显，经过边缘检测后，光点的位置和边界更加明显，以便于进一步识别光点的位置； 

4、特征识别筛选，对预处后的图像进行特征识别，加入最优结果集合；特征识别筛选的项目包括颜色过滤、亮度过滤、大小过滤等。由于光点有红色或蓝色或绿色的特征，所以可通过颜色过滤可滤掉非特征颜色图像区域；因为光点具有明显的亮度特征，其中间最亮，且亮度向四周递减，根据该特点可过滤掉亮度太高或者太低的非特征图像区域；光点还具有一定的大小特征，所以大小过滤可过滤掉偏大或者偏小的图像区域。 

最后，对经过多个筛选后的最优结果集合再次进行综合对比，选择最优解，并对得出的最优结果进行坐标映射，并把鼠标移动到最优解的相应位置。 

本发明在现有的投影仪装置基础上进行简单改造，用激光点就可以在普通投影幕上进行书写和标注，能实现远距离激光书写；还可以把现有的翻页激光笔改成触控发光，更符合人们的书写习惯。本发明的激光书写系统不仅有利于多媒体演示和互动，还十分环保，节省费用。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种激光书写系统，特征在于：该系统包括：

中央处理模块：用于接收和处理各种指令，并发出处理结果；

激光笔：用于向投影屏幕发出激光光点信号，并向所述中央处理模块发出控制指令，

输入模块：包括信号接收器和摄像头，该信号接收器与所述激光笔通过无线信号连接，与所述中央处理模块电信号连接，用于接收所述激光笔发出的控制指令，并将其传递给所述中央处理模块；该摄像头与所述中央处理模块信号连接，用于采集所述投影屏幕上的激光光点信号；

输出模块：与所述中央处理模块信号连接，用于输出所述中央处理模块的处理结果；

所述投影屏幕上的激光光点信号被所述摄像头捕捉，并传递至所述中央处理模块识别和定位；所述激光笔的控制指令通过所述信号接收器传递至中央处理器，中央处理模块根据所述激光光点信号和控制指令生成相应的书写或遥控信号，通过所述输出模块输出显示。

2.如权利要求1所述的激光书写系统，其特征在于：所述摄像头以30帧/秒的速度采集所述投影屏幕上的激光光点信号。

3.如权利要求2所述的激光书写系统，其特征在于：所述摄像头采集激光光点信号时，所述中央处理模块先对采集到的图像进行膨胀处理和边缘检测，提取带有激光光点的投影图像，再对这些投影图像上的激光光点进行特征识别，最后转换成鼠标信号。

4.如权利要求3所述的激光书写系统，其特征在于：所述特征识别包括颜色、亮度和大小的识别。

Images