CN107765534A - 一种全息展示与智能互动教学的集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全息展示与智能互动教学的集成系统，其包括一个信号处理系统、一个显示处理系统、一个输出系统。所述信号处理系统包括成像器，控制器，光传感器，数字信号处理器，显示界面及图像分割器、两个图像调制器。所述显示处理系统包括操作系统、立体渲染引擎、高清显卡。通过所述信号处理系统主要完成平面与立体图像的数据收集与处理，与所述显示处理系统共同作用，通过两个同步步骤完成深度信息定位与立体渲染，所述输出系统包括一台投影机，光路控制器、显示屏幕，可完成立体图像与平面图像切换。本发明简化了3D全息成像过程，加速平面图像全息处理，可完成2D与3D全息的自由切换，同时与智能平面电子黑板功能集成，丰富教学手段，引发学习兴趣，达到更好的教学效果。
Description
技术领域
本发明涉及教学集成系统领域，更具体的是涉及一种可广泛应用于教学领域的全息展示与智能互动教学的集成系统。
背景技术
智能教学设备的引入使得教学质量、教学方式方法均发生了巨大的变化，新兴科技在其中起到至关重要的作用，教学设备开始向智能化方向发展，智能黑板、智能白板等的应用越加普遍，未来，拓展多功能集成的教学系统成为学校教学升级、学生素质发展的必然趋势。
目前，第一，教学普遍依赖平面展示，不利于学生充分理解所学知识、形成空间思维和形象思维，也不利于教师实施教学，在教学过程中会耗费较多时间进行平面展示与讲解，影响教学节奏；第二，3D全息展示一般多用于展会展览，全息展示器一般单独设置，所占空间较大、不便于移动。采用光学折射，成像质量会受到一定影响，并且，采用全息成像需利用matlab等语言，经过大量数据抽样计算，才能将实物转化为全息像，过程较为繁琐、专业性较强，不利于教学资源的自主扩充；第三，3D全息展示功能单一，尚未与其他智能教学功能做到交互使用，降低了教学的便利性与互动性。
发明内容
本发明的目的在于通过一种全息展示与智能互动教学的集成系统来解决以上背景技术部分提到的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种全息展示与智能互动教学的集成系统，包括一个信号处理系统、一个显示处理系统、一个输出系统。
所述信号处理系统包括成像器，控制器，光传感器，数字信号处理器，显示界面及图像分割器、两个图像调制器。所述信号处理系统运行过程可描述为：运用所述成像器对观察对象进行扫描，观察对象可以为平面图像，也可为立体图形，经扫描后，通过所述控制器下达指令，可将平面图像直接传输至所述平面光路进行输出，也可将经扫描的平面图像与立体图像信息经所述光传感器感知并初步分类，反馈至所述数字信号处理器，将平面与立体图像光线处理后的数据交由所述数字信号处理器进行系统处理后，分成两个同步步骤分别完成深度信息定位和立体渲染，一方面保证成像的视觉效果稳定性，另一方面保证全息成像的准确性。
所述光传感器感知，利用激光技术，通过光的偏振状态感知接收图像的光线，将平面与立体图像光线处理后的数据交由所述数字信号处理器进行系统处理后，经由所述显示界面和图像分割器分割为左侧子图像和右侧子图像，形成适应双眼视觉要求的，复原图形深度信息的全角度图像，并与经所述显示处理系统处理后的立体影像一并经由所述的与其对应的图像调制器生成全息图像。
所述显示处理系统包括操作系统、立体渲染引擎、高清显卡。经所述数字信号处理器处理后的数据同时传输至所述操作系统，经过安装于操作系统中的立体渲染引擎进行渲染后，通过高清显卡形成清晰立体影像，与适应双眼视觉要求的全角度图像经所述图像调制器生成全息图像，能够更加生动形象的展示教学资料，通过场景式教育加深学生认识与理解，更好的掌握知识。
所述输出系统包括一台投影机，光路控制器、显示屏幕。所述投影机接收经由图像调制器调制处理后的图像进行投射，所述光路控制器可以根据使用者操作指令完成立体光路与平面光路的切换，其中经立体光路可将经过以上所述系统处理后的图像进行全息展示，按照指令切换到平面光路时，可将显示屏幕作为智能平面电子黑板，可以完成平面展示、视频播放、缩放书写、多点触控等功能，丰富教学互动。
本发明简化了3D全息成像过程，加速平面图像全息处理，可完成2D与3D全息的自由切换，同时与智能平面电子黑板功能集成，丰富教学手段，引发学习兴趣，达到更好的教学效果。
附图说明
图1是本发明一种全息展示与智能互动教学的集成系统，图2是深度信息定位过程图
图3是立体渲染过程图。
具体实施方式
为本领域人员更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，另外还需要说明，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
请参照图1至图3所示，本实施例提供一种全息智能互动教学系统，包括一个信号处理系统（1）、一个显示处理系统（2）、一个输出系统（3）。
所述信号处理系统（1）包括成像器（1-1），控制器(1-2)，光传感器(1-3)，数字信号处理器(1-4)，显示界面及图像分割器(1-5)、两个图像调制器(1-6)。所述信号处理系统(1)运行过程可描述为：运用所述成像器(1-1)对观察对象进行扫描，观察对象可以为平面图像，也可为立体图形，经扫描后，通过所述控制器(1-2)下达指令，可将平面图像直接经所述平面光路（3-2.1）进行输出，也可将经扫描的平面图像、立体图像信息经所述光传感器(1-3)，进一步传递至所述数字信号处理器（1-4）进行后续处理。
将平面与立体图像光线处理后的数据交由所述数字信号处理器（1-4）进行系统处理后，分成两个同步步骤分别完成深度信息定位和立体渲染，一方面保证成像的视觉效果稳定性，另一方面保证全息成像的准确性。
步骤一，将平面与立体图像光线处理后的数据交由所述数字信号处理器（1-4）进行系统处理后，经由所述显示界面和图像分割器（1-5）将画面分割为左侧子图像（1-5.1）和右侧子图像（1-5.2），形成适应双眼视觉要求的，复原图形深度信息的全角度图像，并与经所述显示处理系统（3）处理重构后的三维像素影像一并经由所述的与其对应的图像调制器（1-6）生成全息图像。
具体深度信息定位过程可描述为：由于经过所述数字信号处理器（1-4）的图像为单个图像，其图像中的像素点坐标相对于立体空间中的坐标并不唯一，造成了物体成像的深度信息缺失，影像视觉效果，为避免出现偏差，保证图像的深度信息，将图像经分为所述显示界面和图像分割器（1-5）将画面分割为左侧子图像和右侧子图像，假设对左右两个子图像上两个相同像素点PL、PR与右侧图像解调器（1-6.1）、左侧图像解调器(1-6.2)的O1，O2中心点连线，其相交点处为具备深度信息的目标点，其中参照坐标轴X轴、Y轴相互垂直，Z轴与最终成像坐标的方向一致，根据三角定位原理，能够确定成像的包含平面与深度信息的坐标点，进而复原全角度图像。
步骤二，所述显示处理系统（2）包括操作系统（2-1）、立体渲染引擎（2-2）、高清显卡（2-3）。经所述数字信号处理器（1-4）处理后的数据同时传输至所述操作系统（2-1），经过安装于操作系统（2-1）中的立体渲染引擎（2-2）进行渲染，其渲染基本过程为：通过光传感器（1-3），利用激光技术，通过光的偏振状态感知接收图像的光线，并将其反馈至所述数字信号处理器(1-4)，通过所述数字信息处理器(1-4)针对接收到的图像光线进行坐标位置编码，再将编码后的数字信息上传至立体渲染引擎（2-2），将这些数量众多的坐标位置数据按照一一对应的原则，运用立体渲染引擎（2-2）完成三维像素位置的对应重构，提供高效的显示大型场景的能力，减少图像处理时间，加速遍历，通过所述高清显卡（2-3）形成清晰立体影像，与适应双眼视觉要求的全角度图像经所述图像调制器（1-6）生成全息图像，能够更加生动形象的展示教学资料，通过场景式教育加深学生认识与理解，更好的掌握知识。
应用以上两个图像处理步骤，有效降低3D成像操作的专业度要求，便于教学实际操作与内容补充，避免教师受到全息教学资源有限、专业受限无法自行制作全息资源的困扰，能够将此技术更充分的应用于教学实践中去。
所述输出系统（3）包括一台投影设备（3-1），光路控制器（3-2）、显示屏幕（3-3）。所述投影机接收经由图像调制器（1-6）调制处理后的图像进行投射，投出的全息影像能够完成270度广角展示，展示内容的尺寸可通过投影设备（3-1）进行调节，为实现全息成像质量，满足课堂教学需要，经过测试，投影设备至少具有以下基本性能指标：
通过所述光路控制器（3-2）可以根据使用者操作指令完成立体光路（3-2.2）与平面光路（3-2.1）的切换，其中经所述立体光路（3-2.2）可将经过以上所述系统处理后的图像进行全息展示，按照指令切换到所述平面光路（3-2.1）时，可将显示屏幕（3-3）作为智能平面电子黑板，可以完成平面展示、视频播放、缩放书写、多点触控等功能，节省教学空间，增加教学互动。
本发明实现了全息展示与智能电子黑板等功能集成，丰富了教学方法，激发学生学习积极性，提高教学效率，有助于教学发展与学生培养。
Claims (6)
1.本发明公开了一种全息展示与智能互动教学的集成系统，其包括一个信号处理系统、一个显示处理系统、一个输出系统，所述信号处理系统包括成像器，控制器，光传感器，数字信号处理器，显示界面及图像分割器、两个图像调制器；所述显示处理系统包括操作系统、立体渲染引擎、高清显卡，通过所述信号处理系统主要完成平面与立体图像的数据收集与处理，与所述显示处理系统共同作用，通过两个同步步骤完成深度信息定位与立体渲染；所述输出系统包括一台投影机，光路控制器、显示屏幕，可完成立体图像与平面图像切换，实现与智能平面电子黑板功能集成。
2.根据权利要求1所述的全息展示与智能互动教学的集成系统，其特征在于，所述信号处理系统包括成像器，控制器，光传感器，数字信号处理器，显示界面及图像分割器、两个图像调制器。
3.根据权利要求2所述的全息展示与智能互动教学的集成系统，其特征在于，所述信号处理系统运行过程可描述为：运用所述成像器对观察对象进行扫描，观察对象可以为平面图像，也可为立体图形，经扫描后，通过所述控制器下达指令，可将平面图像直接传输至所述平面光路进行输出，也可将经扫描的平面图像与立体图像信息经所述光传感器感知并初步分类，反馈至所述数字信号处理器，将平面与立体图像光线处理后的数据交由所述数字信号处理器进行系统处理后，分成两个同步步骤分别完成深度信息定位和立体渲染，一方面保证成像的视觉效果稳定性，另一方面保证全息成像的准确性。
4.根据权利要求2所述的全息展示与智能互动教学的集成系统，其特征在于，所述光传感器感知，利用激光技术，通过光的偏振状态感知接收图像的光线，将平面与立体图像光线处理后的数据交由所述数字信号处理器进行系统处理后，经由所述显示界面和图像分割器分割为左侧子图像和右侧子图像，形成适应双眼视觉要求的，复原图形深度信息的全角度图像，并与经所述显示处理系统处理后的立体影像一并经由所述的与其对应的图像调制器生成全息图像。
5.根据权利要求1所述的全息展示与智能互动教学的集成系统，其特征在于，所述显示处理系统包括操作系统、立体渲染引擎、高清显卡，经所述数字信号处理器处理后的数据同时传输至所述操作系统，经过安装于操作系统中的立体渲染引擎进行渲染后，通过高清显卡形成清晰立体影像，与适应双眼视觉要求的全角度图像经所述图像调制器生成全息图像，能够更加生动形象的展示教学资料，通过场景式教育加深学生认识与理解。
6.根据权利要求1所述的全息展示与智能互动教学的集成系统，其特征在于，所述输出系统包括一台投影机，光路控制器、显示屏幕，所述投影机接收经由图像调制器调制处理后的图像进行投射，所述光路控制器可以根据使用者操作指令完成立体光路与平面光路的切换，其中经立体光路可将经过以上所述系统处理后的图像进行全息展示，按照指令切换到平面光路时，可将显示屏幕作为智能平面电子黑板，可以完成平面展示、视频播放、缩放书写、多点触控等功能，丰富教学互动。
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| CN109119007A (zh) * | 2018-09-17 | 2019-01-01 | 北京唐冠天朗科技开发有限公司 | 一种产品多维展示系统和方法及应用 |
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