CN106095202A - 利用两个线阵式图像传感器定位笔尖轨迹的云板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用两个线阵式图像传感器定位笔尖轨迹的云板，包括白板，边框，线阵图像传感器，线光源，微处理器，边框内侧散射面；在白板两对角分别安装两个光轴相互平行的线阵图像传感器，线阵图像传感器镜头光轴与电子板平行；白板的四角附近安装光斑为窄线的线光源，窄线光斑照射到边框内侧散射面。微处理控制线光源分时点亮，当物体接触白板面时，由于点亮光源的位置不同，微处理器驱动两个线阵图像传感器可获取物体不同光源下的阴影，根据阴影的位置、大小以及照射光源的位置，可以计算出接触白板物体的位置以及大小。本发明具有定位精度高，功耗低，安装体积小，扫描速度快，不需要万向反射体等特殊反射边条，硬件结构简单，成本低，不受书写人自己的遮挡等优点。
Description
技术领域
本发明专利涉及电子触摸屏领域，更具体地是一种利用两个线阵式图像传感器定位笔尖轨迹的云板。
背景技术
交互式云电子板把多媒体教学和传统的板书结合在一起，融合两种模式的优势，逐渐成为不可或缺的教学工具。在其强大的修改，编辑等功能下保证了会议和课程的连续性。讲解者可以在上面任意书写，绘画并即时在电脑及电子板上同步显示，取代了传统的粉笔，油笔，黑板檫等。
目前市场上白板系统主要采用光电二极管阵列检测直接挡光线或CCD检测检测反射光线的方法。 其中目前市场主流前种方法，在白板四周布红外光电二极管对阵列，遮光物体触屏时，就会遮挡相应光线使部分光电二极管不能接收到红外光线，从而探测物体所在位置和大小。这种结构和方法，由于光电二极管对尺寸较大，使电子白板的边框尺寸较大，而且功耗高且速度相对慢，由于光电二极管对的数量较少，因此定位精度不高，特别是对较小直径的笔尖，存在无法探测或定位精度较差的情形，此外这种结构也存在易受干扰问题。目前市场上的这种结构难以准确探测普通书写白板笔的位置。
如专利号201520428001.6等采用CCD检测反射光的方法，它在边框上端安装两CCD和光源，利用物体直接遮挡反射光线的办法探测接触白板物体的位置和大小。虽然这种结构和方法具备较高的精度，但这种结构需要专门的万向光学反射膜（即不同方向照射到膜面的光线都能原路返回），因此需要较高的制造成本，而且对笔灰堆积的抗干扰能力较差。而且这种定位方法，对CCD安装角度的变动非常敏感，CCD安装角度有较大误差或发生变动，则定位会产生很大的偏差，而且对边沿附近的定位精度较低。
本发明利用不同时刻不同位置的光源照射到触屏挡光物体，把阴影投在边框内侧的不同位置，利用线阵式图像传感器测量投影的位置和大小，以及分析检测物体直接在线阵式图像传器的成像位置，精确计算出触屏物体的位置和大小的方法和装置。
发明内容
1、本发明的目的。
本发明提供一种成本低，结构简单，制备装配精度要求较低，而且定位精度能超过CCD检测遮挡反射光结构的适合于书写白板触屏检测方法，利用两个线阵式图像传感器定位笔尖轨迹的云板。
2、本发明所采用的技术方案。
本发明利用两个线阵式图像传感器定位笔尖轨迹的云板，包括：白板、边框、线阵图像传感器、线光源、微处理器、内框散射面；在白板、两对角分别安装一个线阵图像传感器，两线阵图像传感器镜头光轴相互平行且与白板面平行；边框的四角分别安装光斑窄线的线光源，窄线与白板平行并照射到散射面上；微处理器分别驱动四个线光源分时点亮照明，利用两线阵图像传感器获取在不同线光源点亮时接触白板面物体在边框内侧面的不同投影，比对不同物体投影和照射光源位置计算出物体的位置和尺寸。
更进一步具体实施例，所述的对不同物体投影和照射光源位置计算出物体的位置和尺寸采用具体为：线阵式图像传感器测量出不同位置光源照明下相同物体产生的投影直接计算出物体的位置与大小，并根据物体本身在线阵式图像传感器直接成像位置不变的特性，对物体进一步进行分离识别和位置尺寸修正，获得去除伪点和高精度定位。
更进一步具体实施例，所述的边框白板3mm，其内框散射面为普通粗糙表面散射面。
更进一步具体实施例，两个线阵图像传感器中心光轴与水平边框沿分别呈45度夹角，其成像角度大于90度角，其光电转换核心部件可以为线阵CCD，线阵CMOS或者MEMS光学扫描成像系统。
更进一步具体实施例，其分时点亮的线光源可为LED或LD光源。
3、本发明的有益效果。
本发明具有定位精度高，功耗低，安装体积小，扫描速度快，不需要万向反射体等特殊反射边条，硬件结构简单，成本低，不受书写人自己的遮挡等优点。
附图说明
图1是本发明专利的工作原理图。
图2是本发明专利的实施例结构示意图。
图3是本发明定位系统原理图。
其中，白板1，边框2，线阵图像传感器3，线光源4，单片机5，内框散射面6。
具体实施方式
如图1和图2所示，在白板两个角落的分别安装两个带有90度成像透镜的线阵式CCD，CCD像素数为1000，其光学中心光轴相互平行，与水平边沿呈45度夹角并与白板平面平行。在四个角安装的发射角为90度的线激光器，线光源和线阵式图像传感器都是由单片机来控制和驱动。白板边框采用铝质材质，内表面为氧化粗糙面，并用白色喷漆增强反射。
工作时，单片机控制线光源分时轮流点亮并驱动两个线阵式图像传感器拍摄下每个光源点亮时的边框灰度图，每一轮可以获得四个边框在LED照射下的4个一维灰度图。当有挡光体接触白板时，边框就会形成相应的阴影图。对同一个线阵图像传器的阴影图进行预处理，由于外界光的干扰和移动笔以外的其他物体直接在线阵图像传感上的成像位置和亮度基本不变，因此可以通过图片像素值求差以及图像分割方法去除环境光干扰和判定物体大致区域和数量。
具体物体位置判定时，根据阴影位置和白板的尺寸来定位和识别大小。其具体定位方法为：当有不透明物体接触到白板时，用线阵图像传感器分别记录不同光源下的阴影，找出两个投影中心在同一条边的边框的阴影，如图3所示的P点和Q点，则物体位置根据几何关系可知：y=PQ*h/(l+PQ)； x=OQ*(1-y/h)。其直径近似则为D=Dq*x/(h-PQ)，当(h-PQ)值比较小时，则可利用P点阴影来计算：D=Dp*(h-y)/h，以获得相对较高的精度。由于书写白板的字结构一般对定位位置敏感而对物体的尺寸精度要求不高，因此用这种定位方法在物体即使在边框附近，也有很高的定位精度。而且由于对角光源点同样可以图像传感器上成像，在工作过程中便可利用该光源进行定位标定，因此，对摄像头的安装角度等并不敏感。
电子白板工作时，先点亮所有的激光光源并读取数据，分析对角点在CCD所获图像中所点位置，以此进行标定。然后轮流点亮4个激光器，对从CCD获取四副图像进行计算、拼接和融合。自动找出存在两个阴影的那条边，根据白板的长和宽计算出物体的位置和直径。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明定位算法的原理以及结构的前提下，还可以做出若干改进和润饰，如增加了光源数量，或者在其它两个角落或其它部位线阵图像传感，只要内框采用散射面而非特定的反射膜，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种利用两个线阵式图像传感器定位笔尖轨迹的云板，其特征在于包括：白板（1），边框(2)，线阵图像传感器（3），线光源（4），微处理器（5），内框散射面（6）；在白板（1）两对角分别安装一个线阵图像传感器（3），两线阵图像传感器（3）镜头光轴相互平行且与白板（1）面平行；边框的四角分别安装光斑窄线的线光源（4），窄线与白板平行并照射到散射面（6）上；微处理器（5）分别驱动四个线光源（4）分时点亮照明，利用两线阵图像传感器（3）获取在不同线光源点亮时接触白板面物体在内框散射面（6）的不同投影，比对不同物体投影和照射光源位置计算出物体的位置和尺寸。
2.根据权利要求1所述的利用两个线阵式图像传感器定位笔尖轨迹的云板，其特征在于所述的对不同物体投影和照射光源位置计算出物体的位置和尺寸具体为：线阵式图像传感器（3）测量出不同位置光源照明下相同物体产生的投影直接计算出物体的位置与大小，并根据物体本身在线阵式图像传感器直接成像位置不变的特性，对物体进一步进行分离识别和位置尺寸修正，获得去除伪点和高精度定位。
3.根根据权利要求1所述的利用两个线阵式图像传感器定位笔尖轨迹的云板，其特征在于：所述的边框白板3mm，其内框散射面为普通粗糙表面散射面。
4.根据权利要求1所述的利用两个线阵式图像传感器定位笔尖轨迹的云板，其特征在于：两个线阵图像传感器（3）中心光轴与水平边框沿分别呈45度夹角，其成像角度大于90度角，其光电转换核心部件为线阵CCD，线阵CMOS或者MEMS光学扫描成像系统。
5.根据权利要求1所述的利用两个线阵式图像传感器定位笔尖轨迹的云板，其特征在于：其分时点亮的线光源可为LED或LD光源。
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