CN201477559U - 基于超声光电成像技术的电子白板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于超声光电成像技术的电子白板，其包括有计算机，特点是：计算机通过数据线连接信号接收处理装置，信号接收处理装置的通讯信号传输及投影范围内设有显示设备，信号接收处理装置通过超声波定位及光电成像定位与信号发射装置进行通讯互联，以此确定信号发射装置的光点坐标信息与状态信息。采用本实用新型可实现个性化文字输入或绘画功能。并且，定位精度与稳定性大幅提高，抗干扰能力增强，书写更加流畅。

Description

基于超声光电成像技术的电子白板

技术领域

本发明涉及一种电子白板，尤其涉及一种基于超声光电成像技术的电子白板。

背景技术

电子白板系统是一种广泛应用在教育、培训、视频会议、展示等领域中的集光电、软件、通讯等多种技术手段于一体的高新技术产品，并通过计算机、平板显示器或投影屏幕来实现交互功能，不仅能够非常方便的将书写内容存入计算机，还可对屏幕内容进行编辑、修改、标注等操作，并对计算机进行控制。

下面对市场上涌现的类似原理的电子白板的优缺点进行描述。

首先，分别针对光电成像或超声测距原理的产品进行描述，例如：

一、单成像镜头立体定位的产品类

1.使用安装在显示白板外的装配有长焦光学镜头的CMOS或CCD摄像器件，通过对整个白板的摄入图像来分析确定光笔光点坐标位置；此类产品虽然拆卸安装方便，但最大缺点是易受到阳光、灯光等在有效摄入范围内的红外干扰，并且最大问题是书写时遮挡显示光路与光电采集光路，从而导致书写时坐标点剧烈抖动或坐标点消失的不稳定现象。

2.使用安装在显示白板外的装配有短焦广角镜头的CMOS或CCD摄像器件，也是通过对整个白板的摄入图像来分析确定光笔光点坐标位置；此类产品显示白板顶部部分区域还是存在书写显示或光电采集光路遮挡现象，同样对阳光、灯光等在有效摄入范围内红外干扰的也法根本解决，还是会导致坐标点抖动或坐标点消失的不稳定现象；同时，昂贵的短焦广角镜头组也增加了产品成本。

二、多成像镜头平面定位的产品类

使用安装在显示白板边框或顶角处的多个CMOS、CCD摄像器件或CCD线阵，通过光笔红外点在每个摄像器件或CCD线阵中的成像位置来综合计算得出光笔光点坐标位置；虽然技术较先进，不会出现书写遮挡问题，但缺点是需要在出厂前对各图像传感器件或线阵位置固定，后期无法变动，这就决定了显示尺寸不能灵活扩大；同时对摄像器件或线阵安装工艺有很高要求，这就增加了生产、调试、维护的难度，用户如遇产品质量问题时，需要专业人员维护或拆卸这些大设备；由于摄像器件或线阵等昂贵器件数量多，就增加了采购成本；同样是基于红外成像原理，对阳光、灯光等的红外干扰也是束手无策，也会导致坐标点抖动的不稳定现象。

三、超声测距原理定位的产品类

使用安装在显示白板边框上的2个超声波接收装置采集超声波发射笔的超声信号，通过计算出2个收到超声波笔发出的超声波的时间间隔，根据超声波在空气中的传播速度、采用三点定位的原理(即根据三角形已知的三个边长，可以确定超声波笔所在的定点原理)以及温度修正，计算出超声波笔的坐标位置，虽然原理并不复杂、安装拆卸方便，但由于其使用捕捉红外光作为计算超声波的时间起始点，因此也易受外界红外干扰影响；还有，如果在环境噪声大的场合，高分贝的噪声对超声波有一定的影响，这样就会导致测距不准，直接导致光点坐标抖动、跳变或定位不准的现象。

其次，目前的电子白板系统大部分都是要么专板专用，不能灵活更新升级；要么安装工艺繁杂，虽可更换升级，但需要专业人员指导或操作才可以使用；要么设备笨重、体积大，不宜便携等等，这就造成白板设备无法重复利用，不仅造成资金浪费，也增大了白板系统维护成本，用户无法自主升级更新设备、装配电子白板，这无疑增添了使用的不便性。

再次，很大比例的电子白板系统只能提供简单的文字或线条输入，无法反映出根据书写压力表现出的笔迹粗细的文字输入或绘画功能。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种基于超声光电成像技术的电子白板。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

基于超声光电成像技术的电子白板，包括有计算机、显示设备，其特征在于：计算机通过数据线连接信号接收处理装置，信号接收处理装置的通讯信号传输及投影范围内设有显示设备，所述信号接收处理装置通过超声波定位及光电成像定位与信号发射装置进行通讯互联，在此期间信号接收处理装置被计算机识别为标准的人机接口HID设备，以此确定信号发射装置的光点坐标信息与状态信息。

上述的基于超声光电成像技术的电子白板，其中：所述的信号发射装置包括外壳，外壳的一端安装有书写接触头，书写接触头通过红外发射管连接压力传感器，压力传感器通过超声波发射模块连入控制板，控制板上设有无线收发模块，控制板上设有电源装置，外壳上还设置有轻触按钮及小功率激光器，两者分别连入控制板。

进一步地，上述的基于超声光电成像技术的电子白板，其中：所述的书写接触头接触端为圆弧形，采用摩擦系数小，不产生刺耳噪声的材料构成。

更进一步地，上述的基于超声光电成像技术的电子白板，其中：所述的轻触按钮至少有四个，通过控制板的控制，按钮所实现的状态功能包括笔、鼠标、橡皮擦、右键菜单、软键盘、光笔颜色、翻页显隐与切换以及遥控开关机。

更进一步地，上述的基于超声光电成像技术的电子白板，其中：所述信号接收处理装置包括有装置外壳，其内设有超声波接收模块、红外接收模块、光电成像模块、光电指示模块、温度传感器模块，各个模块互联构成信号传输通路，信号传输通路上连接无线收发模块与处理器模块，处理器模块的连接通路上连接有通讯接口。

更进一步地，上述的基于超声光电成像技术的电子白板，其中：所述的光电成像模块为包含高清晰度的CCD或CMOS图像传感器，图像传感器上设有水平视角大于90度的长焦球面或非球面镜头；或是图像传感器上设有短焦广角球面或非球面镜头。

更进一步地，上述的基于超声光电成像技术的电子白板，其中：所述的光电成像模块设有与信号发射装置的红外波长相同的带通滤镜片。

更进一步地，上述的基于超声光电成像技术的电子白板，其中：所述的光电指示模块为LED指示灯，或是7段数码管，或是液晶模块，或是小功率激光器。

更进一步地，上述的基于超声光电成像技术的电子白板，其中：所述的显示设备为直接显示类型，包括平板液晶、等离子、背投电视及显示器；或者，所述的显示设备为投影机，其包括墙面、投影幕布、普通白板构成的投射介质。

再进一步地，上述的基于超声光电成像技术的电子白板，其中：所述的信号接收处理装置与计算机进行通讯互联时，以USB或无线方式作为连接介质。

本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：可以根据不同显示设备，使用不同方式装配信号接收处理装置，组成不同电子白板系统。通过接收并处理信号发射装置发射的书写压感、轻触按钮的无线信号，可实现个性化文字输入或绘画功能。通过与小功率激光器配合使用，可实现激光翻页笔功能。更为重要的是，通过有机结合超声与光电成像定位技术，定位精度与稳定性大幅提高，抗干扰能力增强，书写更加流畅，达到优化实用的目的。再者，其组装简便、操作方便，能够实际应用于教育、培训、会议、展示发布等领域。

附图说明

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。这些附图当中，

图1是信号发射装置的结构示意图；

图2是信号接收处理装置的结构示意图；

图3是显示设备在天花板上前方吊装的结构示意图；

图4是显示设备在支架上前方吊装的结构示意图；

图5是显示设备采用任一边框支架固定的结构示意图；

图6是显示设备采用任一顶角支架固定的结构示意图。

图中各附图标记的含义如下：

1计算机              2显示设备

3信号发射装置        301红外发射管

302压力传感器        303轻触按钮

304超声波发射模块    305无线模块

306小功率激光器      307书写接触头

308外壳              309电池

310控制板            4信号接收处理装置

401红外接收模块      402超声波接收模块

403无线收发模块      404光电成像模块

405温度传感器模块    406处理器模块

407光电指示模块      408通讯接口

409外壳        5USB数据线

具体实施方式

如图1～6所示的基于超声光电成像技术的电子白板，包括有计算机1、显示设备2，计算机1通过数据线连接信号接收处理装置4，信号接收处理装置4的通讯信号传输及投影范围内设有显示设备，其与众不同之处在于：所述信号接收处理装置4通过超声波定位及光电成像定位与信号发射装置3进行通讯互联。在此期间，信号接收处理装置4被计算机1识别为标准的人机接口HID(Human Interface Device)设备，以USB或无线方式作为连接介质，以此确定信号发射装置3的光点坐标信息与状态信息。

进一步来看，考虑到信号接收处理装置4的正常工作，数据线为USB数据线5，其给信号接收处理装置提供电源、数据通讯。并且，考虑到应用场合的不同，USB数据线的长度通过定制至少可达20米。

结合实际应用来看，计算机1可以是台式机或便携式笔记本电脑。显示设备2可以是直接显示类型，比如平板液晶、等离子、背投电视或显示器。或者，显示设备2是通过投影机投射成像类型，比如平整的墙面、投影幕布、普通白板、桌面或其它可以投射的介质。

结合参照图1来看，信号发射装置3包括外壳308，外壳308，的一端安装有书写接触头307，书写接触头307通过红外发射管301连接压力传感器302，压力传感器302通过超声波发射模块304连入控制板310，控制板310上设有无线收发模块305，控制板310上设有电池309作为电源装置。并且，外壳308上还设置有轻触按钮303及小功率激光器306，两者分别连入控制板310。

为了便于使用者把持，信号发射装置3可以是笔状、教鞭状或手持鼠标状。同时，接触显示设备2的书写接触头307为圆弧形，其采用摩擦系数小、不易对显示设备2表面造成损坏或刮伤，不会产生刺耳噪声的材料制成，并且满足使用期间的更换需求。轻触按钮303中的其中一个按钮可以实现信号发射装置3的电源开与关功能，在不使用时彻底切断电池供电，节约能源。

再进一步来看，壳体上可以有多个轻触按钮303，其功能可进行自定义，实现如笔、鼠标、橡皮擦、右键菜单、软键盘、光笔颜色、翻页显隐与切换以及遥控开关机等。举例来说，当小功率激光器306与轻触按钮303结合使用时，作用等同于激光翻页笔。

参照图2来看，信号接收处理装置4包括有装置外壳409，其内设有超声波接收模块402、红外接收模块401、光电成像模块404、光电指示模块407、温度传感器模块405，各个模块互联构成信号传输通路。进一步来看，信号传输通路上连接无线收发模块403与处理器模块406。同时，处理器模块406的连接通路上连接有通讯接口。并且，信号接收处理装置4可以是一体式或分体式类型，其为了适应不同的安装需求，可以为扁平状、球形或长条形。

具体来说，光电成像模块404包含高清晰度的CCD或CMOS图像传感器，在图像传感器上设有水平视角大于90度的长焦球面或非球面镜头；或是图像传感器上设有短焦广角球面或非球面镜头。同时，上述的各个部件都可调整水平和垂直角度，有利于接收处理装置4的完全调试。而且，为了便于使用者知晓状态，光电指示模块407可以采用LED指示灯、7段数码管、液晶模块或是小功率激光器。

在实际应用中，信号接收处理装置4根据显示设备2的不同，可通过相应的固定装置固定在显示设备前方的天花吊顶上，即如图3所示。或者，如图4所示，信号接收处理装置4近距安装在显示设备2的上前方支架上。当然，亦可以将其固定在显示设备的任一边框支架上，或是显示设备2的任一顶角支架上，即图5、图6所示。上述用于固定的这些固定装置可以快速拆卸、自由组装，对于后期维护来说，比较简便。

更进一步来看，在使用信号发射装置3时，若显示设备2采用如平板液晶、等离子、背投电视或显示器等直接显示类型的设备，显示光路与信号接收处理装置4的光电采集光路均不会被遮挡，不影响正常的使用。同样的，对于采用如平整的墙面、投影幕布、普通白板、桌面或其它可以投射的介质进行投影机投射成像的，调整信号接收处理装置4的安装位置，如将其近距安装在显示设备2的上前方支架上显示光路与信号接收处理装置4的光电采集光路也不会被遮挡。

结合本发明的使用来看：信号发射装置3在显示设备2上点击、书写、绘画或揿下轻触按钮303时，信号接收处理装置4中红外接收模块401接收来自信号发射装置3中红外发射管301发射的红外信号，获得超声波测距计算中的时间参考点信号。与此同时，信号接收装置4中光电成像模块404捕捉红外发射管301发射的红外信号，获得红外光点的成像位置信息。同时，左、右超声波接收模块402接收到信号发射装置3中超声波发射模块304发射的超声波信息，通过红外信号的时间参考点获得左右距离信息。信号接收处理装置4中的无线收发模块403，接收来自信号发射装置3内压力传感器302所捕获的书写时的压感信息，以及轻触按钮303被按压的按键信息。

随后，信号接收处理装置4中的处理器模块406经过综合计算处理接收到的这些红外、超声波、红外光点、无线压感、无线控制信息后，再通过温度传感器模块405获得的温度参数，对超声波距离的计算结果进行温度修正。由此，经过处理器模块406综合、分析、处理后，获得信号发射装置3的书写点坐标信息、抬笔、落笔、书写笔迹粗细、按键信息。

之后再经过光电指示模块407进行指示，并通过USB数据线5与计算机1进行通讯，通过投影成像或直接在显示设备2上实时显示，以达到通过信号发射装置3直接控制计算机的效果，最终实现电子白板的交互功能。在此期间，通过接收并处理信号发射装置发射的书写压感、轻触按钮的无线信号，可实现个性化文字输入或绘画的功能需求，便于讲演。

通过信号发射装置3实现翻页操作步骤与实现原理大致如下：在使用信号发射装置3的小功率激光器306对显示设备2的内容进行演示或讲解时，揿下或放开控制小功率激光器306的轻触按钮303，控制小功率激光器306的打开与关闭来发出翻页命令。随后，信号接收处理装置4接收到轻触按钮303的无线控制命令后，实时的通过USB数据线5传输给计算机1，达到指示显示内容以及控制计算机的目的。

通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后可以根据不同显示设备，使用不同方式装配信号接收处理装置，组成不同电子白板系统。通过接收并处理信号发射装置发射的书写压感、轻触按钮的无线信号，可实现个性化文字输入或绘画功能。通过与小功率激光器配合使用，可实现激光翻页笔功能。更为重要的是，通过有机结合超声与光电成像定位技术，定位精度与稳定性大幅提高，抗干扰能力增强，书写更加流畅，达到优化实用的目的。再者，其组装简便、操作方便，能够实际应用于教育、培训、会议、展示发布等领域。

Claims (10)

1.基于超声光电成像技术的电子白板，包括计算机和显示设备，其特征在于：计算机通过数据线连接信号接收处理装置，信号接收处理装置的通讯信号传输及投影范围内设有显示设备，所述信号接收处理装置通过超声波定位及光电成像定位与信号发射装置进行通讯互联，信号接收处理装置为被计算机识别为的人机接口设备。

2.根据权利要求1所述的基于超声光电成像技术的电子白板，其特征在于：所述信号发射装置包括有外壳，外壳的一端安装有书写接触头，书写接触头通过红外发射管连接压力传感器，压力传感器通过超声波发射模块连入控制板，控制板上设有无线收发模块，控制板上设有电源装置，外壳上还设置有轻触按钮及小功率激光器，两者分别连入控制板。

3.根据权利要求2所述的基于超声光电成像技术的电子白板，其特征在于：所述的书写接触头接触端为圆弧形，采用摩擦系数小，不产生刺耳噪声的材料构成。

4.根据权利要求2所述的基于超声光电成像技术的电子白板，其特征在于：所述的轻触按钮至少有四个，通过控制板的控制，按钮所实现的状态功能包括笔、鼠标、橡皮擦、右键菜单、软键盘、光笔颜色、翻页显隐与切换以及遥控开关机。

5.根据权利要求1所述的基于超声光电成像技术的电子白板，其特征在于：所述信号接收处理装置包括有装置外壳，其内设有超声波接收模块、红外接收模块、光电成像模块、光电指示模块、温度传感器模块，各个模块互联构成信号传输通路，信号传输通路上连接无线收发模块与处理器模块，处理器模块的连接通路上连接有通讯接口。

6.根据权利要求5所述的基于超声光电成像技术的电子白板，其特征在于：所述的光电成像模块为包含高清晰度的CCD或CMOS图像传感器，图像传感器上设有水平视角大于90度的长焦球面或非球面镜头；或是图像传感器上设有短焦广角球面或非球面镜头。

7.根据权利要求5所述的基于超声光电成像技术的电子白板，其特征在于：所述的光电成像模块设有与信号发射装置的红外波长相同的带通滤镜片。

8.根据权利要求5所述的基于超声光电成像技术的电子白板，其特征在于：所述的光电指示模块为LED指示灯，或是7段数码管，或是液晶模块，或是小功率激光器。

9.根据权利要求1所述的基于超声光电成像技术的电子白板，其特征在于：所述的显示设备为直接显示类型，包括平板液晶、等离子、背投电视及显示器；或者，所述的显示设备为投影机投射成像类型，其包括墙面、投影幕布、普通白板构成的投射介质。

10.根据权利要求1所述的基于超声光电成像技术的电子白板，其特征在于：所述的信号接收处理装置与计算机进行通讯互联时，以USB或无线方式作为连接介质。

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