CN103207706A - 双光笔电子白板系统及笔区别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子白板系统，尤其涉及一种基于光学图像技术的双光笔电子白板系统及其光笔区别方法。在信号接收处理器中还包括一个红外接收模块，主光笔的发光控制电路在笔头受到压力而触发时，在发光的开始阶段驱动红外发射管以所述载波频率发射红外载波信号，而所述的从光笔不发射载波信号。本发明的基本精神是，在现有技术的信号接收处理器中引入一个识别信号接收模块，在主光笔中增加一个相应的识别信号发射机制，主光笔中的识别信号发射时刻与光笔发光起始时刻相重合，从而系统根据光笔的发光起始时刻是否伴随有识别信号来判断是否为主光笔；而在光笔的后续发光过程中则根据位置关系判断光笔亮点属于主光笔或从光笔。

Description

双光笔电子白板系统及笔区别方法

技术领域

本发明涉及一种电子白板系统，尤其涉及一种基于光学图像技术的双光笔电子白板系统及其光笔区别方法。

技术背景

基于光学图像技术的电子白板系统的实现基础是采用图像分析的光笔位置跟踪，在专利号ZL011080477、发明专利公开号CN1305143A、名称为“用于计算机坐标与控制信息输入的系统及方法”的中国发明专利中有详细描述。其工作原理是：用光笔产生的亮点来指示位置，引入摄像装置实时采集图像，用信号处理电路实时分析图像信号并提取亮点的位置信息，通过接口电路和相应软件输入到计算机，用坐标矫正算法进行坐标校准，使光标的位置跟踪光笔的物理位置。一般采用红外发射管作为光笔的发光源，利用透红外而不透可见光的滤光片可以屏蔽可见光的干扰。这种技术方案易于检测多个光笔的亮点的位置，但却无法区分每支光笔的特征从而区分亮点属于哪一个光笔。随着这种产品的应用的深入，在许多应用中需要能够同时支持两支光笔同时操作，并且可以识别操作的笔。

发明内容

本发明的目的是，提供一种对现有技术进行简单升级而实现的可区分主笔和从笔的双光笔电子白板系统，以及其光笔区别方法。

为达到所述目的，本发明的一种双光笔电子白板系统，包括一支主光笔、一支从光笔、一个信号接收处理器，所述主光笔和从光笔的笔头有红外发射管，内部有压力触发机构和发光控制电路，所述信号接收处理器包括摄像头、电路和通信接口；在所述信号接收处理器中还包括一个能灵敏接收特定频率的红外载波信号的红外接收模块，它连接到信号接收处理器的电路中，所述主光笔的发光控制电路在笔头受到压力而触发时，在发光的开始阶段驱动红外发射管以所述载波频率发射红外载波信号，而所述的从光笔不发射载波信号。

实际使用时，当从光笔开始触发发光时，信号接收处理器将检测到光笔的亮点，而红外接收模块不会收到载波信号；而当主光笔触发发光时，信号接收处理器将检测到光笔的亮点，且同时红外接收模块将接收到载波信号。根据上述区别特征，可以在光笔触发可瞬间可以对其是主光笔还是从光笔进行区分判断。即可以监视每帧图像中光笔亮点的数量，当有新出现的光笔亮点时，检查本帧图像期间或上一帧图像期间红外接收模块是否检测到载波信号，如果是，则判定新出现的亮点属于主光笔，如果否，则判定属于从光笔。而在光笔触发后持续发光期间，如果仅有一支光笔在工作，则易于判断其属于主光笔或从光笔，如果有两支光笔同时操作，则可以根据新一帧图像中光笔亮点的位置到主光笔和从光笔的预测位置之间的距离关系判断其属于主光笔或从光笔，例如以距离平方和最小为标准。

根据本发明，在现有技术中仅仅需要在信号接收处理器中增加一个普通的红外接收模块，而光笔仅需对发光控制电路进行简单升级，就可以实现主从光笔可识别的双光笔交互白板系统。

附图说明

图1是本发明的实施例的双光笔电子白板系统中信号接收处理器的构成示意图。

图2是本发明的实施例中主光笔在笔头按压触发开始的发光波形。

图3A，3B，3C，3D是本发明的实施例中进行主光笔/从光笔区分的流程图。

图中：摄像头1，电路2，接口3，红外接收模块4。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本发明的实施例是一种具有交互白板功能的数字多媒体投影机。它是在现有技术的数字多媒体投影机中安装了本发明的双光笔电子白板系统的信号接收处理器，同时配合一支主光笔和一支从光笔实现的。其中的信号接收处理器的构成如图1所示。图1中，摄像头1、电路2、接口3是现有技术的基本部分。本发明引入了红外接收模块(Infrared Receiver Module)4，它是一种广泛用于红外遥控系统，如空调、电视机等的一体化接收模块，内置PIN光敏二极管和前置放大器IC，实现红外信号的拾取、放大和解码。其输出端连接到电路2的一个I/O输入口，当发生40KHz的红外载波信号是，其输出电平发生跳变，从而由电路2接收和处理。所述的从光笔是现有技术的普通光笔，当笔头接触白板时，其发出稳定的红外光线；所述的主光笔的特殊之处在于，当笔头接触白板时，笔内控制电路将驱动笔头内的红外发射管以频率40KHz的脉冲形式发光，然后以稳定光强发光。

图2示意了这种发光过程，其中从t1时刻开始被触发发光，此时发光为红外载波信号，t2时改为稳定发光，本实施例中，t2-t1约为0.7ms，发光为频率40KHz的方波脉冲，可以被红外接收模块4接收。

判别亮点属于主光笔或从光笔的步骤可以在信号接收处理器的固件中实现，也可以在计算机软件中实现，但方法是相同的。图3A-3D显示了这种方法的基本步骤。

如图3A，开始时，光笔没有开始操作，这时处于状态A。此时，检测每一帧图像中的光笔亮点，如果出现一个笔亮点，则需要再检查在本帧或上一帧期间有没有载波信号出现，如果有，则可以判断此亮点是主光笔发出，转到状态M；如果没有，则此亮点为从光笔发出，转到状态P，如步骤201，203，205，206所示；如果同时出现了两个亮点，则是一种巧合状态，无法进行光笔区分，需要等待直到两个亮点都消失，然后回到状态A；如果没有亮点出现，同样回到状态A，如步骤202，204所示。

如图3B，在状态M，主光笔已经开始操作，这时，如果仅有一个笔亮点，则其是主光笔，如步骤301、304所示；如果出现了两个亮点，则根据两个亮点距离主光笔预测位置的距离判断两个亮点的归属，即距离近的属于主光笔，距离远的属于新出现的从光笔，如步骤302、305所示；如果没有亮点，则表明主光笔结束操作，此时经过步骤303回到状态A。经过步骤305，两支笔在同时操作了，这样就进入新的状态MP。

如图3C，在状态P，仅有从光笔在操作，此时如果仅有一个亮点，则仍然是从光笔，如步骤401、404所示；如果出现了两个亮点，即增加了一个亮点，则需要检查是否发生红外载波信号，如果是，则增加的一个亮点是主光笔，这时需要根据两个亮点到从光笔的预测位置的距离进行判断，距离近的是从光笔，距离远的是主光笔，如步骤402、405、407所示；如果没有亮点，则表明从光笔操作结束，经过步骤403回到状态A；在步骤405，如果没有发现红外载波信号，则是非正常情况，进行错误处理，等待所有亮点消失，然后回到状态A。

如图3D，在状态MP，此时已有两个光笔在同时操作，如果新的一帧仅有一个亮点，则其属于主光笔和从光笔之一，而另一个结束操作。判断当前光笔的依据是本帧中的亮点距离主光笔预测位置和从光笔预测位置的距离。如果距离主光笔预测位置较近，则当前亮点是主光笔，否则是从光笔。根据上述结果进入状态M或P，如步骤501、504所示；如果新的一帧仍有两个亮点，则它们分别属于主光笔和从光笔，需要根据与主光笔和从光笔的预测位置的距离进行判断，一个简单的算法是：如果亮点A到主光笔预测位置的距离为dAM，到从光笔预测位置的距离是dAP，而亮点B到主光笔预测位置的距离为dBM，到从光笔预测位置的距离是dBP，则如果(dAM*dAM+dBP*dBP)＜(dAP*dAP+dBM*dBM)，则A属于主光笔而B属于从光笔，否则相反，如步骤502、505所示；如果新的一帧没有亮点，则两个光笔同时结束，回到状态A，如步骤503所示。

在上述步骤中，光笔预测位置的计算，是根据其在近两帧以上的位置，计算其移动速度和加速度，再根据其在当前帧中的位置，计算出下一帧的位置。在实际应用中，也可以简化为：将当前帧的位置近似为下一帧预测位置。

本发明的基本精神是，在现有技术的信号接收处理器中引入一个识别信号接收模块，在主光笔中增加一个相应的识别信号发射机制，主光笔中的识别信号发射时刻与光笔发光起始时刻相重合，从而系统根据光笔的发光起始时刻是否伴随有识别信号来判断是否为主光笔；而在光笔的后续发光过程中则根据位置关系判断光笔亮点属于主光笔或从光笔。根据这一精神，完全可以采用其他识别信号发射接收方法，例如射频信号。即在主光笔中引入一个射频发射模块，在信号接收处理器中引入一个射频接收模块，在主光笔中，当笔头触发发光的瞬间发射一个射频脉冲，从光笔不含有射频发射模块。

根据同样思路，也可以采用不同光笔发射不同识别信号的方法来区分不同光笔，这样还可以实现2支以上多光笔的系统。如果是红外载波作为识别信号，则主光笔和从光笔的发光控制电路在笔头受到压力而触发时，在发光的开始阶段驱动红外发射管以所述载波频率发射红外载波信号脉冲序列，主光笔和从光笔所发射的脉冲序列可以区分。如果是采用射频信号作为识别信号，则在所述主光笔和从光笔中包括一个射频发射模块，在信号接收处理器中包括一个射频接收模块，主光笔和从光笔当笔头触发发光的瞬间发射一个射频脉冲序列，两者的脉冲序列可以区分。采用这种方式时，进行笔区分的方法与上述完全类似，不同仅仅在于对主光笔和从光笔的识别改为都检查其识别信号特征。

显然，本技术领域的人员可以在对本发明的双光笔电子白板系统进行各种改变和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种双光笔电子白板系统，包括一支主光笔、一支从光笔、一个信号接收处理器，所述主光笔和从光笔的笔头有红外发射管，内部有压力触发机构和发光控制电路，所述信号接收处理器包括摄像头、电路和通信接口，其特征在于：在所述信号接收处理器中还包括一个能接收特定频率的红外载波信号的红外接收模块，它连接到信号接收处理器的电路中，所述主光笔的发光控制电路在笔头受到压力而触发时，在发光的开始阶段驱动红外发射管以所述载波频率发射红外载波信号，而所述的从光笔不发出载波信号。

2.一种双光笔电子白板系统，包括一支主光笔、一支从光笔、一个信号接收处理器，所述主光笔和从光笔的笔头有红外发射管，内部有压力触发机构和发光控制电路，所述信号接收处理器包括摄像头、电路和通信接口，其特征在于：在所述主光笔中包括一个射频发射模块，在信号接收处理器中包括一个射频接收模块，在主光笔中，当笔头触发发光的瞬间发射一个射频脉冲，从光笔不含有射频发射模块。

3.一种双光笔电子白板系统，包括一支主光笔、一支从光笔、一个信号接收处理器，所述主光笔和从光笔的笔头有红外发射管，内部有压力触发机构和发光控制电路，所述信号接收处理器包括摄像头、电路和通信接口，其特征在于：在所述信号接收处理器中还包括一个能接收特定频率的红外载波信号的红外接收模块，它连接到信号接收处理器的电路中，所述主光笔和从光笔的发光控制电路在笔头受到压力而触发时，在发光的开始阶段驱动红外发射管以所述载波频率发射红外载波信号脉冲序列，主光笔和从光笔所发射的脉冲序列可以区分。

4.一种双光笔电子白板系统，包括一支主光笔、一支从光笔、一个信号接收处理器，所述主光笔和从光笔的笔头有红外发射管，内部有压力触发机构和发光控制电路，所述信号接收处理器包括摄像头、电路和通信接口，其特征在于：在所述主光笔和从光笔中包括一个射频发射模块，在信号接收处理器中包括一个射频接收模块，主光笔和从光笔当笔头触发发光的瞬间发射一个射频脉冲序列，两者的脉冲序列可以区分。

5.一种如权利要求1或2所述的双光笔电子白板系统的主从笔区别方法，其特征在于，其方法包括以下步骤：

监视每帧图像中光笔亮点的数量，当有新出现的光笔亮点时，检查本帧期间或上一帧期间红外接收模块是否检测到载波信号，如果是则判定新出现的光笔亮点属于主光笔，如果否则判定属于从光笔；

根据新一帧图像中光笔亮点的位置与主光笔和从光笔的预测位置之间的距离关系判断其属于主光笔或从光笔。

6.根据权利要求5所述的双光笔电子白板系统的主从笔区别方法，其特征在于，所述的主光笔和从光笔的预测位置是根据主光笔和从光笔在最近两帧以上的位置，计算其移动速度和加速度，再根据其在当前帧中的位置，计算得出的。

7.根据权利要求5所述的双光笔电子白板系统的主从笔区别方法，其特征在于，所述的主光笔和从光笔的预测位置是主光笔和从光笔在当前帧中的位置。

8.根据权利要求5所述的双光笔电子白板系统的主从笔区别方法，其特征在于，还包括以下步骤：

如果同时新出现两个光笔亮点，则将其信息丢弃，并丢弃此后图像中的亮点信息，直到两个亮点都消失；

如果前一帧图像中已经包含有主光笔和从光笔的亮点，而新一帧图像中有两个亮点，则以两个亮点到主光笔和从光笔的预测位置的距离的平方和最小为判断依据确定两个亮点各自属于主光笔或从光笔。

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