CN102789340B - 一种电子白板的白板坐标获取方法、装置及电子白板 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电子白板技术领域，提供了一种电子白板的白板坐标获取方法、装置及电子白板，所述方法包括：基于透视投影变换，建立每一个校准点的显示坐标与对应白板坐标的第一映射关系；根据摄像头参数与每一个校准点的像素坐标，获取第一夹角及第二夹角的正切值；根据该第一夹角及第二夹角的正切值，建立每一个校准点的像素坐标与对应白板坐标的第二映射关系；根据该第一映射关系与第二映射关系，获取第一视场偏角的正切值及第二视场偏角的正切值；根据该第二映射关系、该第一视场偏角及该第二视场偏角的正切值，获取该每一个校准点的白板坐标。本发明通过自适应获取改变后的摄像头的视场偏角，能够根据该视场偏角准确地获取目标的白板坐标。

Description

一种电子白板的白板坐标获取方法、装置及电子白板

技术领域

本发明属于电子白板技术领域，尤其涉及一种电子白板的白板坐标获取方法、装置及电子白板。

背景技术

电子白板就是在传统白板的基础上，附加电子设备与相关软件，以在白板上实现触控、文字录入等人机交互功能。现有的基于红外摄像头的电子白板由以下部分构成：安装于白板上边框两角的两个红外摄像头、每个红外摄像头下方的红外发射管、贴在白板下边框和两个竖直边框上的红外反射膜以及相应控制电路。红外发射管发射的红外线照射到反射膜、然后反射回摄像头，在拍摄到的图像中出现一条亮带，当有物体接触到白板表面而遮挡了反射光时，图像里的亮带中会出现物体的投影，根据投影在两个摄像头所拍图像中的位置，以及摄像头的参数，可以计算出物体在白板平面上的坐标位置（白板坐标）。

定义摄像头的视场边界与白板边框之间存在的偏角为视场偏角，为了实现准确获取电子白板上目标物体的白板坐标，必需对视场偏角进行校准，然而，由于震动、松动等原因都会引起摄像头视场偏角的改变，且摄像头损坏后，更换摄像头也会引起摄像头视场偏角的变化，使得摄像头的安装要求非常严格，导致装配摄像头花费的时间较长，精密安装时带来的成本较高，产品返厂或者技术人员现场进行技术支持所带来的成本也会增加。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种电子白板的白板坐标获取方法、装置及电子白板，旨在解决由于现有技术不能够根据电子白板上摄像头的视场偏角的改变，自适应获取改变后的视场偏角，导致摄像头的安装及技术支持成本较高，白板坐标获取不准确的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种电子白板的白板坐标获取方法，所述电子白板上安装有第一摄像头与第二摄像头，所述方法包括下述步骤：

基于透视投影变换，根据电子白板上预设个数的校准点的显示坐标，建立每一个校准点的显示坐标与对应的白板坐标的第一映射关系；

获取所述每一个校准点的像素坐标，并根据摄像头参数，获取所述每一个校准点和所述第一摄像头的连线与所述第一摄像头的第一视场边界的第一夹角的正切值，以及所述每一个校准点和所述第二摄像头的连线与所述第二摄像头的第一视场边界的第二夹角的正切值；

根据所述第一夹角及所述第二夹角的正切值，建立所述每一个校准点的像素坐标与对应的白板坐标的第二映射关系；

根据所述第一映射关系与所述第二映射关系，获取第一映射系数、所述摄像头参数中第一视场偏角的正切值以及第二视场偏角的正切值；

根据所述第一映射关系及所述第一映射系数，或者根据所述第二映射关系、所述第一视场偏角及所述第二视场偏角的正切值，获取所述每一个校准点的白板坐标。

本发明实施例的另一目的在于提供一种电子白板的白板坐标获取装置，所述装置包括：

所述电子白板上安装有第一摄像头与第二摄像头，所述装置包括：

第一映射关系建立单元，用于基于透视投影变换，根据电子白板上预设个数的校准点的显示坐标，建立每一个校准点的显示坐标与对应的白板坐标的第一映射关系；

夹角正切值获取单元，用于获取所述每一个校准点的像素坐标，并根据摄像头参数，获取所述每一个校准点和所述第一摄像头的连线与所述第一摄像头的第一视场边界的第一夹角的正切值，以及所述每一个校准点和所述第二摄像头的连线与所述第二摄像头的第一视场边界的第二夹角的正切值；

第二映射关系建立单元，用于根据所述第一夹角及所述第二夹角的正切值，建立所述每一个校准点的像素坐标与对应的白板坐标的第二映射关系；

视场偏角获取单元，用于根据所述第一映射关系与所述第二映射关系，获取第一映射系数、所述摄像头参数中第一视场偏角的正切值以及第二视场偏角的正切值；以及

白板坐标获取单元，用于根据所述第一映射关系及所述第一映射系数，或者根据所述第二映射关系、所述第一视场偏角及所述第二视场偏角的正切值，获取所述每一个校准点的白板坐标。

本发明实施例的另一目的在于提供一种包括上述电子白板的白板坐标获取的电子白板。

本发明实施例通过以每一个校准点的白板坐标为中间变量，联立该第一映射关系与第二映射关系，获取第一映射系数、摄像头参数中第一视场偏角的正切值以及第二视场偏角的正切值，从而达到了针对电子白板上的目标，能够根据该第一映射关系及该第一映射系数，或者根据该第二映射关系、该第一视场偏角的正切值、第二视场偏角的正切值以及该摄像头的其他参数等，计算出该目标的白板坐标的目的，解决了由于现有技术不能够根据电子白板上摄像头的视场偏角的改变，自适应获取改变后的视场偏角，导致摄像头的安装及技术支持成本较高，白板坐标获取不准确的问题，使得摄像头的安装及技术支持成本得到降低，白板坐标的获取准确度也得到提高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于红外摄像的电子白板的结构图；

图2是本发明实施例提供的电子白板的坐标映射方法的应用环境示意图；

图3是本发明第一实施例提供的电子白板的白板坐标获取方法的实现流程图；

图4是本发明第二实施例提供的电子白板的白板坐标获取装置的结构图；

图5是本发明第二实施例提供的电子白板的白板坐标获取装置中夹角正切值获取单元的具体结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例通过以每一个校准点的白板坐标为中间变量，联立每一个校准点的显示坐标与对应的白板坐标的第一映射关系与该每一个校准点的像素坐标与对应的白板坐标的第二映射关系，获取第一映射系数、第一视场偏角的正切值以及第二视场偏角的正切值，从而根据该第一映射关系及该第一映射系数，或者根据该第二映射关系、该第一视场偏角及第二视场偏角的正切值，获取每一个校准点或者目标的白板坐标，使得摄像头的安装及技术支持成本得到降低，白板坐标获取的准确度得到提高。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

本发明实施例使用的基于红外摄像的电子白板的结构如图1所示，但不限于该结构，它主要由以下部分构成：触摸白板10，贴在边框11、12、13上的反射膜，安装于边框14上方左右两端的摄像头分别为第一摄像头DC1、第二摄像头DC2，与每个摄像头对应的红外LED灯与MCU（图中未画出），且两个摄像头的视场角∠FAD、∠GBE大于90°，并覆盖整个白板平面，且∠FAD与∠GBE大小相等，为已知量，在本发明实施例中，均用ε表示两个摄像头的视场角；用L表示第一摄像头DC1与第二摄像头DC2之间的距离，该L值为在电子白板生产时已确定；该第一摄像头所拍摄图像的像素宽度与该第二摄像头所拍摄图像的像素宽度相同，为已知量，均用w表示，例如当该第一摄像头所拍摄图像的分辨率为256*256时，则w值为256；第一摄像头的第一视场边界为连线AF，第二摄像头的第一视场边界为连线GB；用δ₁表示第一视场偏角∠FAB，用δ₂表示第二视场偏角∠GBA；用φ₁表示第一夹角∠FAO，用φ₂表示第二夹角∠GBO，O为物体16点击到的电子白板上的一个校准点。

需要说明的是，除了上述设置该第一摄像头的视场角、所拍摄图像的像素宽度分别与第二摄像头的视场角、所拍摄图像的像素宽度相同外，在实际应用过程中，该第一摄像头的视场角与该第二摄像头的视场角也可以不相同，该第一摄像头所拍摄图像的像素宽度与该第二摄像头所拍摄图像的像素宽度也可以不相同，在此不用于限制本发明。

在外接计算机24的显示屏上预设各校准点，该各校准点在计算机显示屏中的坐标是已知的，即显示坐标，也称为校准点的显示坐标，其中，该显示坐标的横坐标可以以该校准点到在显示屏左边界的像素宽度来表示，该显示坐标的纵坐标可以以该校准点到在显示屏上边界的像素高度来表示，将计算机显示屏上的校准点通过投影仪21投影到电子白板上22，如图2所示为本发明实施例提供的电子白板的坐标映射方法的应用环境示意图，电子白板中以加号“+”标识的为投影到电子白板上的校准点，如15，用物体16点击投影到电子白板上的某一校准点O，当物体16接触白板平面时，摄像头221、222，也即第一摄像头DC1与第二摄像头DC2捕获目标物体16的图像，经过MCU进行图像处理和相关运算得到此时目标物体在白板平面上的物理坐标，即白板坐标，也称为校准点的白板坐标，其中，该校准点的白板坐标的横坐标可以以该校准点到Y轴方向的距离来表示，该校准点的白板坐标的纵坐标可以以该校准点到X轴方向的距离来表示，需要说明的是，图1中设置该第一摄像头DC1的位置为原点（0,0），定义水平方向向右的方向为X轴方向，垂直向下的方向为Y轴方向，但本发明实施例所使用的电子白板的坐标系可以为但不限于如图1所示X-Y坐标系。

实施例一：

图3示出了本发明第一实施例提供的电子白板的白板坐标获取方法的实现流程，该电子白板上安装有第一摄像头与第二摄像头，详述如下：

在步骤S301中，基于透视投影变换，根据电子白板上预设个数的校准点的显示坐标，建立每一个校准点的显示坐标与对应的白板坐标的第一映射关系。

其中，该预设个数的校准点的个数至少为5，该每一个校准点的显示坐标为已知，利用投影仪投射显示屏上若干已知显示坐标的校准点至电子白板上，获取投影到电子白板上的校准点，基于透视投影变该换，可以利用下述公式求出投影到电子白板上的校准点的白板坐标，该第一映射关系如下公式所示：

$X=\frac{\mathrm{aU}+\mathrm{bV}+c}{\mathrm{gU}+\mathrm{hV}+1},---\left(1\right)$

$Y=\frac{\mathrm{dU}+\mathrm{eV}+f}{\mathrm{gU}+\mathrm{hV}+1},---\left(2\right)$

其中，（X,Y）为校准点的白板坐标，（U,V）为该校准点的显示坐标，a，b，c，d，e，f，g和h为该第一映射系数。

具体地，由于该第一映射系数为未知数，则只能求出每一个校准点的白板坐标的表达式，而不是具体的数值，当该预设个数的校准点的个数至少为5时，则利用公式（1）、（2）至少可以获取10个表达式，该表达式表示了每一个校准点的显示坐标与对应的白板坐标的第一映射关系。

在步骤S302中，获取该每一个校准点的像素坐标，并根据摄像头参数，获取该每一个校准点和该第一摄像头的连线与该第一摄像头的第一视场边界的第一夹角的正切值，以及该每一个校准点和该第二摄像头的连线与该第二摄像头的第一视场边界的第二夹角的正切值。

其中，以该每一个校准点在该第一摄像头所拍摄图像中的位置离该所拍摄图像左边界的像素宽度来表示该每一个校准点的像素坐标的横坐标，以该每一个校准点在该第二摄像头所拍摄图像中的位置离该所拍摄图像左边界的像素宽度来表示该每一个校准点的像素坐标的纵坐标，从而该每一个校准点的像素坐标的横坐标与纵坐标组成了该每一个校准点的像素坐标的坐标，其中，该第一摄像头所拍摄图像与该第二摄像头所拍摄图像分别为通过物体点击投影到电子白板上的该每一个校准点，当物体接触白板平面时，第一摄像头与第二摄像头分别捕获的该物体的图像。该摄像头参数包括该第一摄像头的视场角、第一视场偏角δ₁、所拍摄的图像的像素宽度，该第二摄像头的视场角、第二视场偏角δ₂、所拍摄的图像的像素宽度，以及该第一摄像头与该第二摄像头之间的距离L，其中，该第一摄像头的视场角与该第二摄像头的视场角分别用ε₁、ε₂表示，该第一摄像头所拍摄图像的像素宽度与该第二摄像头所拍摄图像的像素宽度分别用w₁、w₂表示，需要说明的是ε₁可以与ε₂相同，w₁也可以与w₂相同，在此不用于限制本发明。

在具体实施过程中，例如，对于电子白板上的某一校准点O，如图1所示，其对应在显示屏上的显示坐标为（U,V），该校准点的白板坐标为（X,Y），对应的像素坐标为（x₁,y₁），由于该第一摄像头所拍摄图像的像素宽度与该第二摄像头所拍摄图像的像素宽度分别用w₁、w₂表示，则该x₁与y₁的值均小于等于w₁或者w₂。根据摄像头参数，获取该校准点和该第一摄像头的连线与该第一摄像头的第一视场边界的第一夹角φ₁的正切值Tφ₁，以及该校准点和该第二摄像头的连线与该第二摄像头的第一视场边界的第二夹角φ₂的正切值Tφ₂的步骤具体为：

将摄像头参数中该第一摄像头的视场角ε₁、该第一摄像头所拍摄图像的像素宽度w₁以及该校准点的像素坐标的横坐标x₁代入下述公式，以获取该第一夹角φ₁的正切值Tφ₁：

$T{\mathrm{\φ}}_1=\frac{2\left(\frac{x_1}{w_1}\right)\tan \frac{{\mathrm{\ϵ}}_1}{2}}{1-(2\frac{x_1}{w_1}-1){\tan }^2\frac{{\mathrm{\ϵ}}_1}{2}},---\left(3\right)$

将摄像头参数中该第二摄像头的视场角ε₂、该第二摄像头所拍摄图像的像素宽度w₂以及该校准点的像素坐标的横坐标y₁代入下述公式，以获取该第二夹角φ₂的正切值Tφ₂：

$T{\mathrm{\φ}}_2=\frac{2\left(\frac{y_1}{w_2}\right)\tan \frac{{\mathrm{\ϵ}}_2}{2}}{1-(2\frac{y_1}{w_2}-1){\tan }^2\frac{{\mathrm{\ϵ}}_2}{2}},---\left(4\right)$

在步骤S303中，根据该第一夹角及该第二夹角的正切值，建立该每一个校准点的像素坐标与对应的白板坐标的第二映射关系。

在具体实施过程中，根据三角函数或者数学几何关系及公式（3）、（4），可以计算出图1中校准点O的白板坐标（X,Y）的表达式，如下所示：

$X=\frac{L\tan ({\mathrm{\φ}}_2-{\mathrm{\δ}}_2)}{\tan ({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\δ}}_1)+\tan ({\mathrm{\φ}}_2-{\mathrm{\δ}}_2)},---\left(5\right)$

$Y=\frac{L\tan ({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\δ}}_1)\tan ({\mathrm{\φ}}_2-{\mathrm{\δ}}_2)}{\tan ({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\δ}}_1)+\tan ({\mathrm{\φ}}_2-{\mathrm{\δ}}_2)},---\left(6\right)$

其中，L为第一摄像头与第二摄像头之间的距离，该值在生产电子白板时已确定，为已知量。

将上述公式（5）、（6）中的三角函数展开并化简，得出该第二映射关系如下公式（7）、（8）所示：

$X=\frac{L({\mathrm{T\φ}}_2+T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_{2}T{\mathrm{\δ}}_1-T{\mathrm{\φ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2)}{({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)+({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-1){\mathrm{T\δ}}_1+({\mathrm{T\φ}}_1{\mathrm{T\φ}}_2-1)T{\mathrm{\δ}}_2-({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)T{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{T\δ}}_2},---\left(7\right)$

$Y=\frac{L({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{2}T{\mathrm{\δ}}_1+T{\mathrm{\δ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2)}{({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)+({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-1){\mathrm{T\δ}}_1+({\mathrm{T\φ}}_1{\mathrm{T\φ}}_2-1)T{\mathrm{\δ}}_2-({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)T{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{T\δ}}_2},---\left(8\right)$

其中，（X,Y）为校准点的白板坐标，Tφ₁为该第一夹角φ₁的正切值，Tφ₂为该第二夹角φ₂的正切值，Tδ₁为该第一视场偏角δ₁的正切值，Tδ₂为该第二视场偏角δ₂的正切值。

在步骤S304中，根据该第一映射关系与该第二映射关系，获取第一映射系数、该摄像头参数中第一视场偏角的正切值以及第二视场偏角的正切值。

在具体实施过程中，联立公式（1）、（2）与（7）、（8），以白板坐标（X,Y）为中间变量，建立方程（9）、（10），如下所示：

$\frac{\mathrm{aU}+\mathrm{bV}+c}{\mathrm{gU}+\mathrm{hV}+1}=\frac{L({\mathrm{T\φ}}_2+T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_{2}T{\mathrm{\δ}}_1-T{\mathrm{\φ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2)}{({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)+({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-1){\mathrm{T\δ}}_1+({\mathrm{T\φ}}_1{\mathrm{T\φ}}_2-1)T{\mathrm{\δ}}_2-({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)T{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{T\δ}}_2},---\left(9\right)$

$\frac{\mathrm{dU}+\mathrm{eV}+f}{\mathrm{gU}+\mathrm{hV}+1}=\frac{L({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{2}T{\mathrm{\δ}}_1+T{\mathrm{\δ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2)}{({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)+({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-1){\mathrm{T\δ}}_1+({\mathrm{T\φ}}_1{\mathrm{T\φ}}_2-1)T{\mathrm{\δ}}_2-({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)T{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{T\δ}}_2},---\left(10\right)$

具体地，获取预设N个校准点中每一个校准点的显示坐标及像素坐标，根据已知的摄像头参数等，对于每一个校准点均可以列出如上述方程（9）、（10）所示的2个方程，则利用N个校准点可以组成2N个方程，由于该方程（9）、（10）中共有10个未知数，包括8个第一映射系数a，b，c，d，e，f，g，h，第一视场偏角的正切值Tδ₁以及第二视场偏角的正切值Tδ₂，则N的个数至少为5。

在步骤S305中，根据该第一映射关系及该第一映射系数，或者根据该第二映射关系、该第一视场偏角及该第二视场偏角的正切值，获取该每一个校准点的白板坐标。

在具体实施过程中，可以根据8个第一映射系数a，b，c，d，e，f，g，h，每一个校准点的显示坐标，基于第一映射关系获取对应的白板坐标，也可以根据该第一视场偏角及该第二视场偏角的正切值，基于第二映射关系获取对应的白板坐标，那么针对电子白板上的任意目标，都可以根据此时获取到的摄像头的第一视场偏角及第二视场偏角的正切值，基于第二映射关系等，获取该任意目标的电子白板。

另外，在实际使用过程中，假设N为5，则可以联立10个方程，获得10个未知系数唯一的一组解，此时对于该5个校准点来说，可以利用该10个未知数，准确的获取该5个校准点的白板坐标，然而，在实际使用过程中，当需要获取除了该5个校准点以外的目标的白板坐标时，则利用该唯一解获取的白板坐标误差较大，而使用5个以上的校准点，则会构成10个以上的方程，该方程为超定方程，解该超定方程可以获取该10个未知数的最小二乘解，则利用该最小二乘解所获取的所有目标的白板坐标均会更为准确。

在本发明实施例中，该电子白板的白板坐标获取方法能够根据预设个数校准点的显示坐标、像素坐标、已知的摄像头参数等，建立第一映射关系与第二映射关系，再根据共同的白板坐标变量，获取第一映射系数、该摄像头参数中第一视场偏角的正切值以及第二视场偏角的正切值，不需要求出该具体地视场偏角，从而达到了实时、自动获取电子白板上摄像头的2个视场偏角的正切值，并进一步地获取准确的白板坐标的目的，解决了在摄像头由于震动、松动、更换摄像头等原因引起视场偏角发生改变时，必须对安装进行技术支持或者返厂、更换的问题，简化了操作过程，降低了对摄像头安装的要求，降低了摄像头的安装及技术支持成本，且能够进一步地获取较为准确的白板坐标。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

实施例二：

图4示出了本发明第二实施例提供的电子白板的白板坐标获取装置的结构，该电子白板上安装有第一摄像头与第二摄像头，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该电子白板的白板坐标获取装置可以用于交互式电子白板，或者具有坐标映射功能的其他大尺寸的电子白板中，可以是运行于电子白板的坐标映射内的软件单元，也可以作为独立的挂件集成到电子白板中或者运行于电子白板的应用系统中，该电子白板的白板坐标获取装置包括第一映射关系建立单元41、夹角正切值获取单元42、第二映射关系建立单元43、视场偏角获取单元44以及白板坐标获取单元45，其中：

第一映射关系建立单元41，用于基于透视投影变换，根据电子白板上预设个数的校准点的显示坐标，建立每一个校准点的显示坐标与对应的白板坐标的第一映射关系。

其中，该预设个数的校准点的个数至少为5，该每一个校准点的显示坐标为已知，利用投影仪投射显示屏上若干已知显示坐标的校准点至电子白板上，获取投影到电子白板上的校准点，利用第一映射关系建立单元41基于透视投影变换，可以利用下述公式求出投影到电子白板上的校准点的白板坐标，该第一映射关系如下公式所示：

$X=\frac{\mathrm{aU}+\mathrm{bV}+c}{\mathrm{gU}+\mathrm{hV}+1},---\left(1\right)$

$Y=\frac{\mathrm{dU}+\mathrm{eV}+f}{\mathrm{gU}+\mathrm{hV}+1},---\left(2\right)$

其中，（X,Y）为校准点的白板坐标，（U,V）为该校准点的显示坐标，a，b，c，d，e，f，g和h为该第一映射系数。

在本发明实施例中，由于该第一映射系数a，b，c，d，e，f，g和h为未知数，则只能求出每一个校准点的白板坐标的表达式，而不是具体的数值，当该预设个数的校准点的个数至少为5时，则利用公式（1）、（2）至少可以获取10个表达式，该表达式表示了每一个校准点的显示坐标与对应的白板坐标的第一映射关系。

夹角正切值获取单元42，用于获取该每一个校准点的像素坐标，并根据摄像头参数，获取该每一个校准点和该第一摄像头的连线与该第一摄像头的第一视场边界的第一夹角的正切值，以及该每一个校准点和该第二摄像头的连线与该第二摄像头的第一视场边界的第二夹角的正切值。

其中，该摄像头参数包括该第一摄像头的视场角、第一视场偏角δ₁、所拍摄的图像的像素宽度，该第二摄像头的视场角、第二视场偏角δ₂、所拍摄的图像的像素宽度，以及该第一摄像头与该第二摄像头之间的距离L，且该第一摄像头的视场角与该第二摄像头的视场角分别用ε₁、ε₂表示，该第一摄像头所拍摄图像的像素宽度与该第二摄像头所拍摄图像的像素宽度分别用w₁、w₂表示，需要说明的是ε₁可以与ε₂相同，w₁也可以与w₂相同，在此不用于限制本发明。对于电子白板上的某一校准点O，如图1所示，其对应在显示屏上的显示坐标为（U,V），该校准点的白板坐标为（X,Y），对应的像素坐标为（x₁,y₁），由于该第一摄像头所拍摄图像的像素宽度与该第二摄像头所拍摄图像的像素宽度分别用w₁、w₂表示。

如图5所示，该夹角正切值获取单元42具体包括像素坐标获取单元421、第一夹角正切值获取单元422及第二夹角正切值获取单元423，其中：

像素坐标获取单元421，用于获取该每一个校准点的像素坐标。

其中，以该每一个校准点在该第一摄像头所拍摄图像中的位置离该所拍摄图像左边界的像素宽度来表示该每一个校准点的像素坐标的横坐标，以该每一个校准点在该第二摄像头所拍摄图像中的位置离该所拍摄图像左边界的像素宽度来表示该每一个校准点的像素坐标的纵坐标。当用物体点击电子白板上某一校准点时，例如图1中，目标物体16点击校准点O时，第一摄像头与第二摄像头分别拍摄16的图像，经过MCU进行图像处理可以获取该O点的像素坐标（x₁,y₁）。

第一夹角正切值获取单元422，用于根据摄像头参数，获取该每一个校准点和该第一摄像头的连线与该第一摄像头的第一视场边界的第一夹角的正切值。

具体地，将摄像头参数中该第一摄像头的视场角ε₁、该第一摄像头所拍摄图像的像素宽度w₁以及某一校准点的像素坐标的横坐标x₁代入下述公式，以获取该第一夹角φ₁的正切值Tφ₁：

$T{\mathrm{\φ}}_1=\frac{2\left(\frac{x_1}{w_1}\right)\tan \frac{{\mathrm{\ϵ}}_1}{2}}{1-(2\frac{x_1}{w_1}-1){\tan }^2\frac{{\mathrm{\ϵ}}_1}{2}}.---\left(3\right)$

第二夹角正切值获取单元423，用于根据摄像头参数，获取该每一个校准点和该第二摄像头的连线与该第二摄像头的第一视场边界的第二夹角的正切值。

具体地，将摄像头参数中该第二摄像头的视场角ε₂、该第二摄像头所拍摄图像的像素宽度w₂以及某一校准点的像素坐标的横坐标y₁代入下述公式，以获取该第二夹角φ₂的正切值Tφ₂：

$T{\mathrm{\φ}}_2=\frac{2\left(\frac{y_1}{w_2}\right)\tan \frac{{\mathrm{\ϵ}}_2}{2}}{1-(2\frac{y_1}{w_2}-1){\tan }^2\frac{{\mathrm{\ϵ}}_2}{2}},---\left(4\right)$

第二映射关系建立单元43，用于根据该第一夹角及该第二夹角的正切值，建立该每一个校准点的像素坐标与对应的白板坐标的第二映射关系。

在本发明实施例中，利用夹角正切值获取单元42获取第一夹角及第二夹角的正切值之后，再根据校准点在电子白板中的位置，可以求出该校准点的白板坐标的表达关系式，如上述实施例一中公式（5）、（6）所示，在此不再赘述，将公式（5）、（6）中的三角函数展开并化简，可以得出该每一个校准点的像素坐标与对应的白板坐标的第二映射关系，如公式（7）、（8）所示：

$X=\frac{L({\mathrm{T\φ}}_2+T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_{2}T{\mathrm{\δ}}_1-T{\mathrm{\φ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2)}{({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)+({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-1){\mathrm{T\δ}}_1+({\mathrm{T\φ}}_1{\mathrm{T\φ}}_2-1)T{\mathrm{\δ}}_2-({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)T{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{T\δ}}_2},---\left(7\right)$

$Y=\frac{L({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{2}T{\mathrm{\δ}}_1+T{\mathrm{\δ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2)}{({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)+({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-1){\mathrm{T\δ}}_1+({\mathrm{T\φ}}_1{\mathrm{T\φ}}_2-1)T{\mathrm{\δ}}_2-({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)T{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{T\δ}}_2},---\left(8\right)$

其中，（X,Y）为校准点的白板坐标，Tφ₁为该第一夹角φ₁的正切值，Tφ₂为该第二夹角φ₂的正切值，Tδ₁为该第一视场偏角δ₁的正切值，Tδ₂为该第二视场偏角δ₂的正切值。

视场偏角获取单元44，用于根据该第一映射关系与该第二映射关系，获取第一映射系数、该摄像头参数中第一视场偏角的正切值以及第二视场偏角的正切值。

在本发明实施例中，联立该第一映射关系建立单元41输出的第一映射关系以及第二映射关系建立单元43输出的第二映射关系，以白板坐标（X,Y）为中间变量，可以建立如下方程（9）、（10）：

$\frac{\mathrm{aU}+\mathrm{bV}+c}{\mathrm{gU}+\mathrm{hV}+1}=\frac{L({\mathrm{T\φ}}_2+T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_{2}T{\mathrm{\δ}}_1-T{\mathrm{\φ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2)}{({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)+({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-1){\mathrm{T\δ}}_1+({\mathrm{T\φ}}_1{\mathrm{T\φ}}_2-1)T{\mathrm{\δ}}_2-({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)T{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{T\δ}}_2},---\left(9\right)$

$\frac{\mathrm{dU}+\mathrm{eV}+f}{\mathrm{gU}+\mathrm{hV}+1}=\frac{L({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{2}T{\mathrm{\δ}}_1+T{\mathrm{\δ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2)}{({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)+({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-1){\mathrm{T\δ}}_1+({\mathrm{T\φ}}_1{\mathrm{T\φ}}_2-1)T{\mathrm{\δ}}_2-({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)T{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{T\δ}}_2},---\left(10\right)$

具体地，获取预设N个校准点中每一个校准点的显示坐标及像素坐标，根据已知的摄像头参数等，对于每一个校准点均可以列出如上述方程（9）、（10）所示的2个方程，则N个校准点可以获取2N个方程，由于该方程（9）、（10）中共有10个未知数，包括8个第一映射系数a，b，c，d，e，f，g，h，第一视场偏角的正切值Tδ₁以及第二视场偏角的正切值Tδ₂，则N的个数至少为5。

白板坐标获取单元45，用于根据该第一映射关系及该第一映射系数，或者根据该第二映射关系、该第一视场偏角及该第二视场偏角的正切值，获取该每一个校准点的白板坐标。

在本发明实施例中，可以根据8个第一映射系数a，b，c，d，e，f，g，h，每一个校准点的显示坐标，基于第一映射关系获取对应的白板坐标，也可以根据该第一视场偏角及该第二视场偏角的正切值，基于第二映射关系获取对应的白板坐标，那么针对电子白板上的任意目标，都可以根据此时获取到的摄像头的第一视场偏角及第二视场偏角的正切值，基于第二映射关系等，获取该任意目标的电子白板坐标。

在实际使用过程中，假设N为5，则可以联立10个方程，获得10个未知系数唯一的一组解，此时对于该5个校准点来说，可以利用该10个未知数，准确地获得该5个校准点的白板坐标，然而，在实际使用过程中，当需要获取除了该5个校准点以外的目标的白板坐标时，则利用该唯一解获取的白板坐标可能误差较大，因此可以使用5个以上的校准点，则构成10个以上的方程，该方程为超定方程，解该超定方程可以获取该10个未知数的最小二乘解，则利用该最小二乘解所获取的所有目标的白板坐标均会更为准确。

本发明实施例提供的电子白板的白板坐标获取装置能够根据第一映射关系建立单元41建立每一个校准点的显示坐标与对应的白板坐标的第一映射关系，夹角正切值获取单元42获取第一夹角的正切值与第二夹角的正切值，第二映射关系建立单元43建立该每一个校准点的像素坐标与对应的白板坐标的第二映射关系，视场偏角获取单元44联立该第一映射关系与该第二映射关系，最终获取该第一映射关系与该第二映射关系的未知数，包括第一映射系数、该摄像头参数中第一视场偏角的正切值以及第二视场偏角的正切值，从而能够根据该未知数利用白板坐标获取单元45获取每一校准点获取其他目标的白板坐标，达到了不管摄像头的视场偏角如何变化，该白板坐标获取装置均能够实现自适应实时获取改变后的视场偏角，以准确获取目标的白板坐标的目的，降低了摄像头的安装技术成本。

本发明实施例通过联立每一个校准点的显示坐标与对应的白板坐标的第一映射关系以及该每一个校准点的像素坐标与对应的白板坐标的第二映射关系，获取该第一映射关系与第二映射关系中的未知数，包括摄像头第一视场偏角及第二视场偏角的正切值，实现了能够根据该第一映射关系及该第一映射系数，或者根据该第二映射关系、该第一视场偏角及第二视场偏角的正切值等，准确地获取任意电子白板上目标的白板坐标，解决了由于现有技术不能够根据电子白板上摄像头的视场偏角的改变，自适应获取改变后的视场偏角，导致摄像头的安装及技术支持成本较高，白板坐标获取不准确的问题，降低了对摄像头的安装要求、精密安装及技术支持带来的成本，提高了白板坐标获取的准确度。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子白板的白板坐标获取方法，其特征在于，所述电子白板上安装有第一摄像头与第二摄像头，所述方法包括下述步骤：

基于透视投影变换，根据电子白板上预设个数的校准点的显示坐标，建立每一个校准点的显示坐标与对应的白板坐标的第一映射关系；

获取所述每一个校准点的像素坐标，并根据摄像头参数，获取所述每一个校准点和所述第一摄像头的连线与所述第一摄像头的第一视场边界的第一夹角的正切值，以及所述每一个校准点和所述第二摄像头的连线与所述第二摄像头的第一视场边界的第二夹角的正切值；

根据所述第一夹角及所述第二夹角的正切值，建立所述每一个校准点的像素坐标与对应的白板坐标的第二映射关系；

根据所述第一映射关系与所述第二映射关系，获取第一映射系数、所述摄像头参数中第一视场偏角的正切值以及第二视场偏角的正切值；

根据所述第一映射关系及所述第一映射系数，或者根据所述第二映射关系、所述第一视场偏角及所述第二视场偏角的正切值，获取所述每一个校准点的白板坐标。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设个数的校准点的个数至少为5。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一映射关系如下公式所示：

$X=\frac{\mathrm{aU}+\mathrm{bV}+c}{\mathrm{gU}+\mathrm{hV}+1},$

$Y=\frac{\mathrm{dU}+\mathrm{eV}+f}{\mathrm{gU}+\mathrm{hV}+1},$

其中，（X,Y）为校准点的白板坐标，（U,V）为校准点的显示坐标，a，b，c，d，e，f，g和h为所述第一映射系数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每一个校准点的像素坐标具体为：

以所述每一个校准点在所述第一摄像头所拍摄图像中的位置离所述所拍摄图像左边界的像素宽度来表示所述每一个校准点的像素坐标的横坐标，以所述每一个校准点在所述第二摄像头所拍摄图像中的位置离所述所拍摄图像左边界的像素宽度来表示所述每一个校准点的像素坐标的纵坐标。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摄像头参数包括所述第一摄像头的视场角、第一视场偏角、所拍摄的图像的像素宽度，所述第二摄像头的视场角、第二视场偏角、所拍摄的图像的像素宽度，以及所述第一摄像头与所述第二摄像头之间的距离。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据摄像头参数，获取所述每一个校准点和所述第一摄像头的连线与所述第一摄像头的第一视场边界的第一夹角的正切值，以及所述每一个校准点和所述第二摄像头的连线与所述第二摄像头的第一视场边界的第二夹角的正切值的步骤具体为：

将摄像头参数中所述第一摄像头的视场角ε₁、所述第一摄像头所拍摄图像的像素宽度w₁以及所述每一个校准点的像素坐标的横坐标x₁代入下述公式，以获取所述第一夹角φ₁的正切值Tφ₁：

$T{\mathrm{\φ}}_1=\frac{2\left(\frac{x_1}{w_1}\right)\tan \frac{{\mathrm{\ϵ}}_1}{2}}{1-(2\frac{x_1}{w_1}-1){\tan }^2\frac{{\mathrm{\ϵ}}_1}{2}};$

将摄像头参数中所述第二摄像头的视场角ε₂、所述第二摄像头所拍摄图像的像素宽度w₂以及所述每一个校准点的像素坐标的横坐标y₁代入下述公式，以获取所述第二夹角φ₂的正切值Tφ₂：

$T{\mathrm{\φ}}_2=\frac{2\left(\frac{y_1}{w_2}\right)\tan \frac{{\mathrm{\ϵ}}_2}{2}}{1-(2\frac{y_1}{w_2}-1){\tan }^2\frac{{\mathrm{\ϵ}}_2}{2}}.$

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二映射关系如下公式所示：

$X=\frac{L({\mathrm{T\φ}}_2+T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_{2}T{\mathrm{\δ}}_1-T{\mathrm{\φ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2)}{({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)+({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-1){\mathrm{T\δ}}_1+({\mathrm{T\φ}}_1{\mathrm{T\φ}}_2-1)T{\mathrm{\δ}}_2-({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)T{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{T\δ}}_2},$

$Y=\frac{L({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2-T{\mathrm{\φ}}_{2}T{\mathrm{\δ}}_1+T{\mathrm{\δ}}_{1}T{\mathrm{\δ}}_2)}{({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)+({\mathrm{T\φ}}_{1}T{\mathrm{\φ}}_2-1){\mathrm{T\δ}}_1+({\mathrm{T\φ}}_1{\mathrm{T\φ}}_2-1)T{\mathrm{\δ}}_2-({\mathrm{T\φ}}_1+{\mathrm{T\φ}}_2)T{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{T\δ}}_2},$

其中，（X,Y）为校准点的白板坐标，L为所述第一摄像头与所述第二摄像头之间的距离，Tφ₁为所述第一夹角φ₁的正切值，Tφ₂为所述第二夹角φ₂的正切值，Tδ₁为所述第一视场偏角δ₁的正切值，Tδ₂为所述第二视场偏角δ₂的正切值。

8.一种电子白板的白板坐标获取装置，其特征在于，所述电子白板上安装有第一摄像头与第二摄像头，所述装置包括：

第一映射关系建立单元，用于基于透视投影变换，根据电子白板上预设个数的校准点的显示坐标，建立每一个校准点的显示坐标与对应的白板坐标的第一映射关系；

夹角正切值获取单元，用于获取所述每一个校准点的像素坐标，并根据摄像头参数，获取所述每一个校准点和所述第一摄像头的连线与所述第一摄像头的第一视场边界的第一夹角的正切值，以及所述每一个校准点和所述第二摄像头的连线与所述第二摄像头的第一视场边界的第二夹角的正切值；

第二映射关系建立单元，用于根据所述第一夹角及所述第二夹角的正切值，建立所述每一个校准点的像素坐标与对应的白板坐标的第二映射关系；

视场偏角获取单元，用于根据所述第一映射关系与所述第二映射关系，获取第一映射系数、所述摄像头参数中第一视场偏角的正切值以及第二视场偏角的正切值；以及

白板坐标获取单元，用于根据所述第一映射关系及所述第一映射系数，或者根据所述第二映射关系、所述第一视场偏角及所述第二视场偏角的正切值，获取所述每一个校准点的白板坐标。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述预设个数的校准点的个数至少为5。

10.一种电子白板，其特征在于，所述电子白板包括权利要求8至9任一项所述的电子白板的白板坐标获取装置。