CN112269479A - 一种交互式智慧黑板的精准定位系统及其方法 - Google Patents

一种交互式智慧黑板的精准定位系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交互式智慧黑板的精准定位系统及其方法，涉及智慧黑板研发技术领域。本发明包括如下步骤：控制投影仪获取投影区域和智慧黑板的整体图像；将计算机屏幕中的图像与投影仪的投影图像进行比对；根据比对获取投影图像在整体图像中的轮廓；根据投影图像的轮廓、校准点和智慧黑板轮廓确定投影图像在智慧黑板中的坐标位置；电子笔在智慧黑板上书写时，根据电磁波的变化确定落笔点的位置。本发明通过电子笔内安装多种频率的电磁波和多组线圈，利用笔件在书写过程中检测的磁通量变化获取电动势，通过电动势的变化来获取X和Y两个方向上的电动势，来计算得出电子笔的书写轨迹，使笔迹计算更加精准，路径更加清晰。

Description

一种交互式智慧黑板的精准定位系统及其方法
技术领域
本发明属于智慧黑板研发技术领域，特别是涉及一种交互式智慧黑板的精准定位系统，即一种交互式智慧黑板的精准定位方法。
背景技术
二十一世纪是一个信息化的时代，视听多媒体当之无愧地成为这个时代的宠儿，而视觉媒体扮演的角色更是至关重要，智慧黑板正是视觉媒体这个大家庭中的重要一员。交互式智慧黑板是一种国际上新近崛起的替代传统黑板、粉笔的数字化教学演示设备，是汇聚尖端电子技术、软件技术与互联网技术等多种高科技手段而研究开发的高新技术产品。它的出现，是对沿袭几百年的黑板、粉笔、板擦“三位一体”的陈旧教学模式的一场革命性突破，其革命性的意义如同数码相机取代传统的手动相机、CD机取代传统的卡式录音机，完全顺应了信息化发展的趋势。
电子黑板大体上有复印式智慧黑板和交互式智慧黑板两大类，本申请文件应用与交互式智慧黑板方向，交互式智慧黑板主要由电子黑板、计算机、投影机等组成的交互式控制环境，运用相关软件实现在黑板上操控计算机并同步像是，计算机上的操作均可在电子黑板上同步显示并可存储的人机交互系统。
目前，在智慧黑板领域中，市场上流行的定位技术主要有超声波技术、红外技术、CCD技术、电磁感应技术等，不同种类的电子黑板也伴随着不同的技术应运而生。然而，用户越来越关注的是设计电子黑板的使用性能的好坏，例如友好的界面、流畅的笔划、清晰的显示等更加优越的性能被用户所期待。为此，诸多厂商采用了两种或两种以上定位技术相结合的方式来进一步完善智慧黑板的性能。其中，一种方式是将红外和超声波接收装置和发射装置安装在显示装置的四周，当智慧黑板笔在显示装置上进行书写时，其将遮挡一部分红外线或超声波，通过接收装置可以获得被遮挡光的坐标，从而实现定位，这种方式存在定位精度不高，系统复杂的问题，特别是当人体某一部分遮挡在红外和超声波发射装置与接收装置之间时，定位装置将产生误判，无法正常工作。另外一种方式是在智慧黑板笔上安装一个红外发光装置，在投影装置上安装一个摄像头，通过摄像头捕捉红外发光点进行定位，这种方式精度较高，系统也相对较简单。
但是这种智慧黑板存在以下两种缺点：
一、当智慧黑板笔的红外发光装置被人体遮挡时，摄像头就无法捕捉到红外发光点，从而定位装置失灵；
二、使用超声波计算延时，定位精度受温度影响，特别当应用于平板显示器书写平面时，由于平板显示器表面发热，超声信号传播过程中产生衰落，笔划感应器不能准确获得超声信号的到达时间，无法准确定位。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交互式智慧黑板的精准定位系统及其方法，通过电子笔内安装多种频率的电磁波和多组线圈，利用笔在书写过程中检测的磁通量变化获取电动势，来计算得出电子笔的书写轨迹，解决了现有的智慧黑板定位不准确、投影区域不能自定义的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种交互式智慧黑板的精准定位系统，包括智慧黑板、投影机和PC端；所述智慧黑板内嵌装有一与智慧黑板配套使用的电子笔；所述电子笔尖端在与智慧黑板接触时能够发出多个固定频率的电磁波，并在X、Y两个方向上设置多组线圈；所述智慧黑板与PC端之间通过USB串口线相连，使智慧黑板和PC端的操作同步显示；所述PC端通过VGA线与投影机相连；所述投影机用于将PC端显示内容展示到智慧黑板上；所述PC端内设置有对比模块；所述比对模块用于将计算机屏幕中的当前内容与投影图像进行比对；所述投影机内设置有轮廓确定模块；所述轮廓确定模块用于校准投影图像的轮廓；所述智慧黑板内设置有坐标确定模块、投影点定位模块和电子笔定位模块；所述坐标确定模块，用于根据投影图像的轮廓、校准点和智慧黑板投影区域确定黑板中的坐标位置；所述投影点定位模块，用于根据投影图像在智慧黑板中的坐标位置确定多个定位投影点在智慧黑板上的坐标位置；所述电子笔定位模块，用于根据定位函数对智慧黑板屏幕上的任意标准点在计算机屏幕上进行定位。
优选地，所述多组线圈设置在X、Y两个方向上，当电子笔靠近或远离闭合线圈时就会引起磁通量变化；当电子笔靠近线圈时发射一种电磁波，线圈上会产生此固定频率的电磁波；当电子笔定位时发送另一种频率的电磁波；线圈上感应到电子笔发射的电磁波在其波段范围时就会进入相应的处理程序来识别电子笔的靠近、按下、抬起的书写操作。
优选地，所述书写操作判断过程如下：离笔最近的线圈组感应到的电动势最高，在线圈中心位置感应到的电动势最大，线圈边缘感应到的电动势小于线圈中心位置的电动势；当电子笔下落后，获取X和Y两个方向上电动势，计算得到笔落点(X,Y)的坐标位置。
优选地，所述落笔点的坐标位置计算公式如下：
Figure BDA0002739836390000041
式中，XL为X方向上，触发线圈a上电压值进行模数转换的平均数据；XR为X方向上，触发线圈b上电压值进行模数转换的平均数据；YD为Y方向上，触发线圈a上电压值进行模数转换的平均数据；YU为Y方向上，触发线圈b上电压值进行模数转换的平均数据，W为十六进制的定数；线圈a和线圈b为电子笔接触点的外的两个线圈。
优选地，所述轮廓确定模块对校对投影的图像步骤如下：
步骤一、投影仪将图像投放到智慧黑板上；
步骤二、鼠标依次点击外框图的四个角点，获取鼠标点击时的屏幕坐标；
步骤三、依次将外扩的外框图四角坐标存放在集合中，形成连通域，将新连通域集合绘制在与投影仪分辨率相同的图像中得到手动掩模图。
优选地，所述步骤二中，外框图的四个角点在智慧黑板屏幕的任意位置；所述四个角点包括：外框图左上角点、外框图右上角点、外框图右下角点和外框图左下角点。
优选地，所述步骤三中，外框图四点坐标调整通过手动对四点坐标的横、纵坐标进行加减直至手动获取的外框图四角点形成的多边形与外框图相近。
本发明为一种交互式智慧黑板的精准定位方法，包括如下步骤：
步骤S1：控制投影仪获取投影区域和智慧黑板的整体图像；
步骤S2：将计算机屏幕中的图像与投影仪的投影图像进行比对；
步骤S3：根据比对获取投影图像在整体图像中的轮廓；
步骤S4：根据投影图像的轮廓、校准点和智慧黑板轮廓确定投影图像在智慧黑板中的坐标位置；
步骤S5：根据智慧黑板中的坐标位置确定多个定位投影点在智慧黑板上的坐标位置；
步骤S6：电子笔在智慧黑板上书写时，根据电磁波的变化确定落笔点的位置。
优选地，所述步骤S6中，定位流程：对X、Y线圈组循环大扫描，先将智慧黑板分为若干个小格，再细致扫描进一步锁定小格中一点的位置确定坐标，循环扫描得到落笔点轨迹线路。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过电子笔内安装多种频率的电磁波和多组线圈，利用笔件在书写过程中检测的磁通量变化获取电动势，通过电动势的变化来获取X和Y两个方向上的电动势，来计算得出电子笔的书写轨迹，使笔迹计算更加精准，路径更加清晰。
2、本发明通过投影仪将图像投放到智慧黑板上时，鼠标依次点击外框图的四个角点，获取鼠标点击时的屏幕坐标；依次将外扩的外框图四角坐标存放在集合中，形成连通域，将新连通域集合绘制在与投影仪分辨率相同的图像中得到手动掩模图，使用户可以在智慧黑板的任意区域定义投影显示范围。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的一种交互式智慧黑板的精准定位方法步骤图。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为一种交互式智慧黑板的精准定位系统，包括智慧黑板、投影机和PC端；
智慧黑板内嵌装有一与智慧黑板配套使用的电子笔，电子笔安装在智慧黑板周侧的凹槽内；电子笔尖端在与智慧黑板接触时能够发出多个固定频率的电磁波，并在X、Y两个方向上设置多组线圈；智慧黑板与PC端之间通过USB串口线相连，使智慧黑板和PC端的操作同步显示；
PC端通过VGA线与投影机相连；投影机用于将PC端显示内容展示到智慧黑板上；
PC端内设置有对比模块；比对模块用于将计算机屏幕中的当前内容与投影图像进行比对；
投影机内设置有轮廓确定模块；轮廓确定模块用于校准投影图像的轮廓；
智慧黑板内设置有坐标确定模块、投影点定位模块和电子笔定位模块；坐标确定模块，用于根据投影图像的轮廓、校准点和智慧黑板投影区域确定黑板中的坐标位置；投影点定位模块，用于根据投影图像在智慧黑板中的坐标位置确定多个定位投影点在智慧黑板上的坐标位置；电子笔定位模块，用于根据定位函数对智慧黑板屏幕上的任意标准点在计算机屏幕上进行定位。
其中，多组线圈设置在X、Y两个方向上，当电子笔靠近或远离闭合线圈时就会引起磁通量变化；当电子笔靠近线圈时发射一种电磁波，线圈上会产生此固定频率的电磁波；当电子笔定位时发送另一种频率的电磁波；线圈上感应到电子笔发射的电磁波在其波段范围时就会进入相应的处理程序来识别电子笔的靠近、按下、抬起的书写操作。
其中，书写操作判断过程如下：离笔最近的线圈组感应到的电动势最高，在线圈中心位置感应到的电动势最大，线圈边缘感应到的电动势小于线圈中心位置的电动势；当电子笔下落后，获取X和Y两个方向上电动势，计算得到笔落点(X,Y)的坐标位置。
其中，落笔点的坐标位置计算公式如下：
Figure BDA0002739836390000071
式中，XL为X方向上，触发线圈a上电压值进行模数转换的平均数据；XR为X方向上，触发线圈b上电压值进行模数转换的平均数据；YD为Y方向上，触发线圈a上电压值进行模数转换的平均数据；YU为Y方向上，触发线圈b上电压值进行模数转换的平均数据，W为十六进制的定数；线圈a和线圈b为电子笔接触点的外的两个线圈。
其中，轮廓确定模块对校对投影的图像步骤如下：
步骤一、投影仪将图像投放到智慧黑板上；
步骤二、鼠标依次点击外框图的四个角点，获取鼠标点击时的屏幕坐标；
步骤三、依次将外扩的外框图四角坐标存放在集合中，形成连通域，将新连通域集合绘制在与投影仪分辨率相同的图像中得到手动掩模图。
其中，步骤二中，外框图的四个角点在智慧黑板屏幕的任意位置；四个角点包括：外框图左上角点、外框图右上角点、外框图右下角点和外框图左下角点，这四个点可以在智慧黑板的任意位置，系统将做坐标的略微调整使四点成一个矩形，使用户可以在智慧黑板的任意区域定义投影显示范围。
其中，步骤三中，外框图四点坐标调整通过手动对四点坐标的横、纵坐标进行加减直至手动获取的外框图四角点形成的多边形与外框图相近。
请参阅图1所示，本发明为一种交互式智慧黑板的精准定位方法，包括如下步骤：
步骤S1：控制投影仪获取投影区域和智慧黑板的整体图像；
步骤S2：将计算机屏幕中的图像与投影仪的投影图像进行比对；
步骤S3：根据比对获取投影图像在整体图像中的轮廓；
步骤S4：根据投影图像的轮廓、校准点和智慧黑板轮廓确定投影图像在智慧黑板中的坐标位置；
步骤S5：根据智慧黑板中的坐标位置确定多个定位投影点在智慧黑板上的坐标位置；
步骤S6：电子笔在智慧黑板上书写时，根据电磁波的变化确定落笔点的位置。
其中，步骤S6中，定位流程：对X、Y线圈组循环大扫描，先将智慧黑板分为若干个小格，再细致扫描进一步锁定小格中一点的位置确定坐标，循环扫描得到落笔点轨迹线路。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各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，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种交互式智慧黑板的精准定位系统，包括智慧黑板、投影机和PC端，其特征在于：
所述智慧黑板内嵌装有一与智慧黑板配套使用的电子笔；所述电子笔尖端在与智慧黑板接触时能够发出多个固定频率的电磁波，并在X、Y两个方向上设置多组线圈；所述智慧黑板与PC端之间通过USB串口线相连，使智慧黑板和PC端的操作同步显示；
所述PC端通过VGA线与投影机相连；所述投影机用于将PC端显示内容展示到智慧黑板上；
所述PC端内设置有对比模块；所述比对模块用于将计算机屏幕中的当前内容与投影图像进行比对；
所述投影机内设置有轮廓确定模块；所述轮廓确定模块用于校准投影图像的轮廓；
所述智慧黑板内设置有坐标确定模块、投影点定位模块和电子笔定位模块；所述坐标确定模块，用于根据投影图像的轮廓、校准点和智慧黑板投影区域确定黑板中的坐标位置；所述投影点定位模块，用于根据投影图像在智慧黑板中的坐标位置确定多个定位投影点在智慧黑板上的坐标位置；所述电子笔定位模块，用于根据定位函数对智慧黑板屏幕上的任意标准点在计算机屏幕上进行定位。
2.根据权利要求1所述的一种交互式智慧黑板的精准定位系统，其特征在于，所述多组线圈设置在X、Y两个方向上，当电子笔靠近或远离闭合线圈时就会引起磁通量变化；当电子笔靠近线圈时发射一种电磁波，线圈上会产生此固定频率的电磁波；当电子笔定位时发送另一种频率的电磁波；线圈上感应到电子笔发射的电磁波在其波段范围时就会进入相应的处理程序来识别电子笔的靠近、按下、抬起的书写操作。
3.根据权利要求2所述的一种交互式智慧黑板的精准定位系统，其特征在于，所述书写操作判断过程如下：离笔最近的线圈组感应到的电动势最高，在线圈中心位置感应到的电动势最大，线圈边缘感应到的电动势小于线圈中心位置的电动势；当电子笔下落后，获取X和Y两个方向上电动势，计算得到笔落点的坐标位置。
4.根据权利要求3所述的一种交互式智慧黑板的精准定位系统，其特征在于，所述落笔点(X,Y)的坐标位置计算公式如下：
Figure FDA0002739836380000021
式中，XL为X方向上，触发线圈a上电压值进行模数转换的平均数据；XR为X方向上，触发线圈b上电压值进行模数转换的平均数据；YD为Y方向上，触发线圈a上电压值进行模数转换的平均数据；YU为Y方向上，触发线圈b上电压值进行模数转换的平均数据，W为十六进制的定数；线圈a和线圈b为电子笔接触点的外的两个线圈。
5.根据权利要求1所述的一种交互式智慧黑板的精准定位系统，其特征在于，所述轮廓确定模块对校对投影的图像步骤如下：
步骤一、投影仪将图像投放到智慧黑板上；
步骤二、鼠标依次点击外框图的四个角点，获取鼠标点击时的屏幕坐标；
步骤三、依次将外扩的外框图四角坐标存放在集合中，形成连通域，将新连通域集合绘制在与投影仪分辨率相同的图像中得到手动掩模图。
6.根据权利要求5所述的一种交互式智慧黑板的精准定位系统，其特征在于，所述步骤二中，外框图的四个角点在智慧黑板屏幕的任意位置；所述四个角点包括：外框图左上角点、外框图右上角点、外框图右下角点和外框图左下角点。
7.根据权利要求5所述的一种交互式智慧黑板的精准定位系统，其特征在于，所述步骤三中，外框图四点坐标调整通过手动对四点坐标的横、纵坐标进行加减直至手动获取的外框图四角点形成的多边形与外框图相近。
8.一种交互式智慧黑板的精准定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：控制投影仪获取投影区域和智慧黑板的整体图像；
步骤S2：将计算机屏幕中的图像与投影仪的投影图像进行比对；
步骤S3：根据比对获取投影图像在整体图像中的轮廓；
步骤S4：根据投影图像的轮廓、校准点和智慧黑板轮廓确定投影图像在智慧黑板中的坐标位置；
步骤S5：根据智慧黑板中的坐标位置确定多个定位投影点在智慧黑板上的坐标位置；
步骤S6：电子笔在智慧黑板上书写时，根据电磁波的变化确定落笔点的位置。
9.根据权利要求8所述的一种交互式智慧黑板的精准定位方法，其特征在于，所述步骤S6中，定位流程：对X、Y线圈组循环大扫描，先将智慧黑板分为若干个小格，再细致扫描进一步锁定小格中一点的位置确定坐标，循环扫描得到落笔点轨迹线路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114445455A (zh) * 2021-12-22 2022-05-06 北京中广上洋科技股份有限公司 一种黑板跟踪方法和系统

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