TWI433785B - Interactive electronic whiteboard image localization method and system - Google Patents
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Description
本發明係有關一種互動式電子白板影像定位方法及系統，尤指一種包括白板定位步驟、校正點運算步驟、初始化步驟者、筆點軌跡運算步驟及整合顯示步驟，俾能將筆點的實際座標與訊號處理單元之一應用程式的顯示畫面做一結合者。
今日互動式電子白板在使用上有關鍵性的改變，使白板能夠和電腦之間產生雙向的互動與操作，更使白板導入於e化系統中。互動電子白板的優點是能夠提升教學效率、執行各種應用軟體，並提供多元的學習型態及改善教學環境等。
據陳惠邦教授表示，互動白板在全球使用相當普遍，有超過二十五萬人在課堂親身體驗，甚至與耶魯、哈佛等知名大學同步。互動白板是一套將電腦、單槍投影機、感應式白板結合的系統，完全跳脫過去授課時因操作不同介面，而須中斷教學的模式。不過價格也不便宜，光是一面互動白板加上應用軟體，就要八萬多元。
互動式電子白板是具有感應裝置的白板(硬體)與可配合白板使用的軟體所整合而成，利用電腦技術、微電子技術與電子通訊技術，成為電腦的另一種輸入/輸出設備，讓老師以更直覺的操作方式，與電腦進行溝通，操作軟硬體功能與教學資源，成為重要的人機智慧型溝通平台。
教育部與國科會於2007年起擴大推動「資訊融入教學ICT計畫」，全面補助十五個縣市、上百所國中小，正式引進互動式電子白板。使用互動式電子白板能夠提升教學效率延續老師邊講解、邊書寫的授課習慣，讓數位化內容得以具體呈現。授課者可以在白板上執行各種應用軟體，完美呈現軟體之重要性、呈現各式色彩工具。在白板上的學生，可以隨時選擇筆的顏色和粗細，或用不同顏色的螢光筆呈現數字、提供多元的學習型態：如觸覺型學習者可以直接接觸白板或在白板上標記；聽覺型學習者透過白板討論。
視覺型學習者可以看到白板操作的變化、符合所有年齡層的學生使用。電子白板在校園中普及後，無論是最年輕的小學生或研究所的學生都極受歡迎、發揮電腦最大的教學功效。相較於全面性裝置個人電腦之教室，電子白板教室透過單片電子白板與單台電腦就可以讓全班學生一起學習，相對成本較低且效益更高、實現了建構式教學最佳的工具。電子白板的易用特性，可以讓老師和學生充分發揮想像力和創造力、老師和學生都不必忍受隨處飄揚的粉筆灰。簡易機械操作技巧就可以參與學習，比起使用滑鼠來操作，使用手指或手寫筆直接在白板上執行軟體，對學生來說更為容易上手。電子白板是互動教學的最佳教具，使用者可以在電腦端或白板端輸入資訊，提供更大的互動彈性。例如老師在電腦前，學生則在白板旁，在教學互動中，更能讓學生提出想法和進行教學活動。電子白板是其他週邊設備的最佳介面，可顯示數位相機拍攝的照片或影片，並隨時標記出重點。
例如觀看運動影片時，教練可以隨時點出運動員在什麼時間點，該怎樣表現及如何反應較為恰當，是絕佳的記錄工具。電子白板無論是使用在會議上或是課堂上，參與者皆可獲得最完整的紀錄內容檔案。本發明改良舊有電子白板使用四個攝影機的缺點，直接減少攝影機，也相對的減少其它硬體及軟體需求，大幅降低電子白板的成本，促進國科會完成資訊融入教學ICT計畫，所以本發明是很重要。市面上互動式電子白板利用USB與電腦連線，並使用單槍投影機投射於白板上，並配合電子白板相關應用軟體，電腦同步顯示電子白板書寫的內容，電子白板內建了數位互動之功能，模擬滑鼠的方式可進行線上修改、同步顯示、儲存與匯出教學資料。教學電腦整合了單槍投影機、互動式電子白板、學生平板電腦、無線藍芽手寫板、IRS回饋系統，形成了一個了優質的E化學習環境。互動式電子白板(Interactive Electronic WhiteBoard,IWB)促進了白板與電腦之間雙向互動。在電子白板上所書寫的內容皆可轉存為數位化檔案，且教師可直接於電子白板上直覺式操作各種應用軟體，增進師生間的互動；如圖(4-7)所示。
再者，依據硬體技術的不同，目前互動式電子白板可以分為五大類：紅外線感應、電磁感應式、壓力感應式、超音波感應式、CCD光學掃描式。下述是針對五大類技術作簡單的說明：
(1)紅外線感應是在電子白板的四周密布多個紅外線感應器，構成足夠密度的掃描網，以得到精準的定位，採用XY軸原理定位，隨著感應器數量增加，定位精準度也會跟著提升，根據物體阻擋住水平與垂直的紅外線，即可得到XY軸的座標而得到定位訊息。由於利用紅外線阻斷來做為偵測依據，因此不需要使用專用筆，以手指即可書寫。代表廠商為網奕資訊、3M、Sahara、Luidia、Hitachi。
該習用結構雖然具備電子互動教學功能，惟，其電子白板必須均勻設置紅外線感應組件，因此，必須採用專用訂製規格的白板方能達到白板筆之座標定位目的，因而使得製造過程較為繁雜且不易，以致生產成本過高，加上大尺寸的電子白板已逐漸成為趨勢的緣故，會因造價過高而缺乏競爭力。
(2)有關壓力觸控感應方面係由多層膜構成，主要包括負責偵測水平及垂直訊號的電阻薄膜與導電膜等，透過導電膜與電阻薄膜的接觸來定位，當任意一種筆尖或手指觸壓在白板上時，導電膜與電阻薄膜會接觸而產生電子訊號，訊號裡包含水平(X軸)與垂直(Y軸)的座標，再將訊號的相對位置回傳至電腦上。代表廠商為Polyvison、Interactive Tech、Smart。
該習用結構雖然具備電子互動教學功能，惟，其電子白板必須均勻設置壓力觸控感應組件，因此，必須採用專用訂製規格的白板方能達到白板筆之座標定位目的，使得製造過程較為繁雜而較不易產製，以致生產成本過高，加上大尺寸的電子白板已逐漸成為趨勢的緣故，會因造價過高而缺乏競爭力。
(3)有關電磁追蹤感應方係於白板裡嵌入感應線圈，各自偵測水平與垂直位置的訊號，因感應線圈為被動式，必須有1個裝置發送訊號。一般以筆的型態呈現，稱為感應筆或電子筆，根據感應線圈與感應筆彼此交換訊號來定位，使用時感應筆會發出訊號，當感應筆移動或書寫時，感應線圈接收到訊號之後就會定位，然後把相對位置回傳至電腦上，但此定位方式需使用特定感應筆。其中代表廠商為Promethean、GTCO、Numonics。
該習用結構雖然具備電子互動教學功能，惟，其電子白板必須均勻設置電磁感應組件，因此，必須採用專用訂製規格的白板方能達到白板筆之座標定位目的，因而使得製造過程較為繁雜且不易於產製，以致生產成本過高，加上大尺寸的電子白板已逐漸成為趨勢的緣故，會因造價過高而缺乏競爭力。
(4)有關超音波感應方面係於白板上緣左右兩邊各放1個超音波接收器，而訊號的發送則是透過專用的發射器，通常也會以筆的型態呈現，靠接收器與發射器之間的運作，以3點定位，而非XY軸的方式。運作方式為a.當發射器在白板表面移動時，接收器收到訊號後會依收到的時間、距離與角度，定位出發射器在白板上的位置；b.因不一定得與白板板面結合，所以書寫的介質不一定是電子白板，其接收器若採非固定式，則在任何1塊白板上均可使用，也可放在投影機旁，此定位方式也需使用特定感應筆。其中代表廠商為Hitachi、IBEAM。
該習用結構雖然具備電子互動教學功能，惟，其電子白板必須均勻設置超音波感應組件，因此，必須採用專用訂製規格的白板方能達到白板筆之座標定位目的，因而使得製造過程較為繁雜且不易於產製，以致生產成本過高，加上大尺寸的電子白板已逐漸成為趨勢的緣故，會因造價過高而缺乏競爭力。
(5)隨著電子白板的尺寸不斷地增加，使上述習用結構的生產成本亦跟隨不斷地上升，以致減損商業的競爭力，所以成本相對較為低廉的CCD光學掃描式之互動電子白板逐漸受到重視，其係於一般白板四邊緣設置四組CCD數位影像攝影單元，由於該習用結構受到影像定位計算法的因素限制，以致其影像擷取範圍較小，因此，該習用結構必須同時採用四組CCD之數位影像攝影單元方能達到同樣擷取及輸出白板筆之定位影像的效果，因而使得成本相對較高以致不利商業的推廣普及。
本發明之目的在於提供一種互動式電子白板影像定位方法及系統，由於採用光學掃描的方式擷取白板影像，加上係以影像前處理與影像定位演算法來計算出白板筆之筆點座標的緣故，所以數位影像攝影單元可擷取的畫面範圍相對較廣，故可縮減數位影像攝影單元的數量，不僅可以有效降低製造成本，並且得以提升筆點實際座標的定位精確度，因而具備有利互動式電子白板教學的推廣、提升互動教學之學習效果，進而達到互動式教學環境或是會議簡報目的等特點。
為達成上述功效，本發明採用之技術手段係將一具矩形白板邊緣設置複數個校正點，並以二數位影像攝影單元擷取各校正點影像與一白板影像，再將校正點影像輸入至一訊號處理單元中以進行影像前處理，而可算出各校正點座標，並建立一區塊參數資料庫，以建入各該校正點座標與實際校正點座標後取得白板之定位參數資料，而可做為白板矯正定位的依據，再將白板影像輸入至訊號處理單元中，以進行影像前處理而可得到一白板筆的筆點座標，再將筆點座標結合區塊參數資料庫後代入一影像定位演算法中，進而算出筆點的實際座標，使實際座標與訊號處理單元之一應用程式的顯示畫面做一結合者。
請參看第一至三圖所示，本發明主要係應用在互動式教學環境或是會議簡報的用途上，僅需利用一般白板(10)搭配二個數位影像攝影單元(20)即可擷取白板(10)之影像，並透過影像定位演算法即可輸出白板筆於白板(10)上所留下的筆點實際座標，再藉由投影機(40)將實際座標與電腦上的一應用程式結合的畫面投射在白板(10)上，即可達到即時互動教學或簡報的目的。
本發明方法的技術特徵，係包括下列步驟：
(a)白板架設影像擷取模組步驟，即於一白板(10)上架設影像擷取模組，該影像擷取模組由二個數位影像攝影單元(20)所組成；
(b)白板區塊參數資料庫建立步驟，其以該影像擷取模組配合一訊號處理單元(30a)來建立該白板(10)之區塊參數資料庫，其包括有：
(b1)於該白板(10)之一矩形書寫面(12)上設置複數個呈矩陣分佈的校正點(11)；
(b2)以該二影像攝影單元(20)擷取該白板(10)之該書寫面(12)影像；
(b3)以該訊號處理單元(30a)來初始化校正該白板(10)之該書寫面(12)影像，對該白板(10)之該書寫面(12)影像做前處理，並對該校正點(11)修正以確定其位在該白板(10)上的實際位置；及
(b4)依據該複數個校正點(11)對於該書寫面(12)所圍區域建立複數個大區塊參數資料庫，及每一大區塊中包含有複數個小區塊之參數資料庫；及
(c)白板筆座標處理步驟，其包括有：
(c1)以該二影像攝影單元(20)連續擷取該白板之該書寫面(12)影像；
(c2)以該訊號處理單元(30a)於判斷該書寫面(12)上有白板筆時，對該白板(10)之該書寫面(12)影像進行影像前處理；
(c3)以該訊號處理單元(30a)計算該白板筆之筆點位在該書寫面(12)的座標，並將該筆點之座標與該大、小區塊參數資料庫進行比對後，決定該筆點之座標位於其一大區塊中的一小區塊；
(c4)以該訊號處理單元(30a)依據一影像定位演算法計算出該筆點位在該白板之該書寫面上的實際座標；及
(c5)以該訊號處理單元(30a)將該筆點之實際座標資訊輸出。
請參看第一至三圖及第六、十圖所示，本發明主要係應用在互動式教學環境或是會議簡報的用途上，僅需利用一般白板(10)搭配數位影像攝影單元(20)即可擷取白板影像，並透過影像定位演算法即可輸出白板筆於白板(10)上的筆點實際座標，再藉由投影機(40)將筆點之實際座標與應用程式結合的畫面投射在白板(10)上，為達上述功效，本發明系統之技術特徵係包括一白板(10)、二組數位影像攝影單元(20)及一訊號處理單元(30a)，俾能將筆點之實際座標與訊號處理單元(30a)之一電腦應用程式的顯示畫面做一結合。
請參看第一至三圖所示，本發明白板(10)係呈矩形狀，並於白板(10)邊緣設置複數個校正點(11)，該白板(10)具有一矩形書寫面(12)，及位於書寫面(12)周邊之二平行長邊及二平行寬邊，而複數個校正點(11)係沿著白板之書寫面之長邊及寬邊呈矩陣設置。
請參看第二、三圖所示，本發明沿著白板(10)之長邊平行並置二組數位影像攝影單元(20)，每一數位影像攝影單元(20)負責擷取白板(10)書寫面(12)一半區域的影像。
請參看第二、三、六圖及第九至十二圖所示，本發明訊號處理單元(30a)，主要係將由影像攝影單元(20)輸入之校正點影像、白板筆及白板影像做影像前處理，進而得到校正點座標與白板筆的筆點座標，並於訊號處理單元(30a)內建一影像處理軟體及大、小區塊參數資料庫，該影像處理軟體具備執行影像定位演算法以及影像前處理的功能，該大、小區塊參數資料庫可供建入各校正點座標與實際校正點座標，藉以取得白板(10)之定位點參數資料，而可做為白板(10)及白板筆之筆點定位校正的依據，再將筆點座標結合區塊參數資料庫比對後代入影像定位演算法中，進而算出筆點的實際座標，據此得以使筆點之實際座標與訊號處理單元(30a)或一電腦之應用程式的顯示畫面做一結合。
請參看第一至三圖所示，本發明數位影像攝影單元(20)可以是數位攝影機(如CCD或是CMOS)或是網路數位攝影機，本發明對於中小尺寸之白板(90cm*90cm)只需一部影像擷取器，對於大尺寸之白版(88cm*176)也只需兩部數位影像攝影單元(20)，就能完成高精度之白板筆定位。於本發明的一種具體實施例中，對於尺寸為長度176cm*寬度88cm的白板(10)，數位影像攝影單元(20)的數量僅需二組，數位影像攝影單元(20)沿著白板(10)之長邊平行並置，且每一數位影像攝影單元(20)負責擷取白板(10)之書寫面(12)的一半區域影像。其中，二數位影像攝影單元(20)具體的固定方式，係利用定位裝置(50)固定，其定位裝置(50)包括二個倒L形桿體(51)，桿體(51)一端經一固定手段而固定在白板(10)上，另端藉另一固定手段以設置數位影像攝影單元(20)，進而使二影像攝影單元(20)分別固定於距離白板(10)上緣88cm的兩側且距離白板(10)向上延伸之平面為50cm的位置上。
請參看第三圖所示，本發明一種具體實施例中，其訊號處理單元(30a)可為一電腦(30)，該電腦(30)內建有一影像處理軟體及大、小區塊參數資料庫，其影像處理軟體具備執行影像定位演算法以及影像前處理的功能。影像處理軟體得以執行校正點影像、白板影像及白板筆之筆點的影像前處理作業，並可計算出校正點座標與白板筆的筆點座標。此外，為將電腦(30)的顯示畫面與筆點座標疊合，影像處理軟體更包括一用以將筆點之實際座標與電腦應用程式之顯示畫面結合的影像疊加程式。
請參看第三、四圖所示的流程，訊號處理單元(30a)之影像處理軟體不斷地讀取白板影像並判斷是否有白板筆影像產生，無白板筆影像，則繼續讀取白板影像；有白板筆影像時，則進行影像前處理以計算出白板筆之筆點座標。
請參看第七、十三圖所示，另一方面，建立於訊號處理單元影像處理軟體將校正點影像由RGB格式轉換至YIQ平面，再由YIQ平面取得校正點之影像，再使用YIQ平面的I值，取閥值除去大部份影像，保留校正點之影像，再經小面積雜訊過濾除去小面積非該校正點影像，並可取得校正點影像之重心位置，進而可以計算出校正點座標後予以輸出，其中，該YIQ平面係以灰階圖二值化的方式處理來取得校正點影像。
上述具體實施例中之影像定位演算法係為一具備執行快速定位法(FMBI,Fast Modified Bi-linear Interpolation Psition Location)的影像定位程式，以對數位影像攝影單元(20)所傳輸之白板影像進行影像快速定位運算。且影像定位演算法係以線性內插延伸的雙線性內插法並配合一比例法進行演算，而可求出白板筆之筆點的實際點座標。
請參看第二、三圖所示，為將數位影像攝影單元(20)所擷取影像像傳輸至訊號處理單元(30a)中，本創作更包含一訊號傳輸單元(31)，用以將數位影像攝影單元(20)所擷取之各校正點影像與白板影像傳輸至影像訊號處理單元中，於一種具體實施例中，訊號傳輸單元(31)可以是無線通訊模組(310)(如第三圖所示)，或是訊號線組(311)(如第二圖所示)。
本發明白板塊參數資料庫建立步驟流程如第三至六圖所示，首先於白板(10)之書寫面(12)設置複數個呈矩陣分佈的校正點(11)，以提供影像處理軟體程式初始化白板(10)定位矯正之用。並將數位影像攝影單元(20)安裝於距離白板(10)上緣88cm的兩側且距離白板(10)向上延伸之平面為50cm的位置上。
由於數位影像攝影單元(20)係人為安裝的緣故，所以數位影像攝影單元(20)與白板(10)的位置準確與否都將與白板筆偵測位置座標之精確息息相關。因此，需要進行白板的初始化定位矯正，校正點(11)可將白板(10)可使用的範圍標示出來。若數位影像攝影單元(20)與白板(10)的相對位置定位正確，才能夠使得影像定位演算法偵測計算之結果更為精確。
其流程如第四、五圖所示，先於白板上設置白板校正點，並以數位影像攝影單元(20)擷取白板影像，對影像做前處理，再以一定位演算法建立區塊參數資料，並記錄於區塊參數資料庫。為使區塊參數更為精確，其將白板之書寫面區分成複數個矩陣分佈的大區塊(如第九、十圖所示，第九圖為校正前，第十圖為校正後)，而建立有大區塊參數資料庫，而大區塊又區分成複數個矩陣分佈的小區塊，而建立有小區塊參數資料庫(如第十一、十二圖所示，第十一圖為校正前，第十二圖為校正後)。其中，當初始化白板(10)定位矯正動作完成時，則已將所需之定位參數資料予以記錄完畢，所以不需要白板(10)校正點(11)所提供之校正點座標資訊，因此，可以將白板(10)上的校正點(11)予以移除。
請參看第七圖所示，影像前處理步驟，係影像處理軟體將校正點影像由RGB格式轉換至YIQ平面，再由YIQ平面取得校正點之影像，再使用YIQ平面的I值，取閥值除去大部份影像，保留校正點之影像，再經小面積雜訊過濾除去小面積非該校正點影像，並可取得校正點影像之重心位置，進而可以計算出校正點座標後予以輸出。其中，該YIQ平面係以灰階圖二值化的方式處理來取得校正點影像；如第附件所示，係為灰階圖二值化後之校正點影像。使用二值化後之影像才易於計算出白板筆正確的X軸與Y軸坐標。
請參看第三、四、八至十二圖所示，本發明白板筆座標處理步驟流程中，訊號處理單元(30a)之影像處理軟體會不斷地讀取白板影像並判斷是否有白板筆影像產生，無白板筆影像，則繼續讀取白板影像。當白板筆於白板上劃過而而形成軌跡時，數位影像攝影單元(20)擷取到白板影像，並經由影像前處理作業，取得白板筆點的重心座標，經小面積雜訊過濾器濾除雜訊後，而可獲得目前白板筆所處位置的筆點座標。再將筆點座標與區塊參數資料庫中的資料做比較及校正後，再代入影像定位演算法中進行運算，如此即可精確地計算出白板筆的筆點實際坐標。其中，影像前處理流程如第七圖所示。再者，
YIQ，是NTSC(National Television Standards Committee)電視系統標準。Y是提供黑白電視及彩色電視的亮度信號(Luminance)，即亮度(Brightness)，I代表In-phase，色彩從橙色到青色，Q代表Quadrature-phase，色彩從紫色到黃綠色。由於在YIQ平面比在RGB平面，更易於有效處理影像運算，因此我們選擇在YIQ平面來運算。YIQ平面與RGB平面彼此間的轉換與反轉換的公式如下所示。
請參看第五至七圖所示，本發明使用之影像定位演算法在安置數位影像攝影單元(20)時，因為數位影像攝影單元(20)是人為安裝，所以數位影像攝影單元(20)與白板(10)的位置皆為變數，因此需要進行白板(10)初始化白板定位矯正，藉以將數位影像攝影單元(20)與白板(10)的相對位置矯正定位，能夠使得之後的定位演算法之結果更能正確。第五圖為初始化白板定位矯正之流程圖，係將白板(10)之書寫面設置呈矩陣分佈的複數個校正點(11)，再由數位影像攝影單元(20)取得含有校正點(11)之白板影像，經由影像前處理後將校正點(11)取出後，經由初始定位演算法運算，並記錄參數，以提供定位演算法之使用。
請參看第六圖及第九至十二圖所示，在本發明使初始化白板(10)定位矯正後，將校正點(11)移除，由數位影像攝影單元(20)繼續取得影像，影像前處理及去雜訊等處理後，即可將影像輸入於影像定位演算法中運算，其中，影像定位演算法所使用的是雙線性內插法，它是線性內插之延伸，並配合比例法之應用。
請參看第十三、十四圖所示，雙線性插值，又稱為雙線性內插。在數學上，雙線性插值是有兩個變數的插值函數的線性插值擴展，其核心思想是在兩個方向分別進行一次線性插值。
假如我們想得到未知函數f在點P=(x,y)的值，假設我們已知函數f在Q11=(x1,y1)、Q12=(x1,y2),Q21=(x2,y1)以及Q22=(x2,y2)四個點的值。
首先在x軸方向(白板長度方向)進行線性插值，得到
然後在y軸方向(白板寬度方向)進行線性插值，得到
這樣就得到所要的結果f(x,y)，
如果選擇一個坐標系統使得f的四個已知點坐標分別為(0,0)、(0,1)、(1,0)和(1,1)，那麼插值公式就可以化簡為
或者用矩陣運算表示為
與這種插值方法名稱不同的是，這種插值方法並不是線性的，它的形式是
(a 1 x
+a 2
)(a 3 y
+a 4
)，
它是兩個線性函數的乘積。另外，插值也可以表示為
b 1
+b 2 x
+b 3 y
+b 4 xy
.
在這兩種情況下，常數的數目都對應于給定的f的數據點數目。
線性插值的結果與插值的順序無關。首先進行y軸方向的插值，然後進行x軸方向的插值，所得到的結果是一樣的。
請參看第十四圖所示，在數學中，若兩個量的變化關係符合其中一個量是另一個量乘以一個常數，或等價地表達為兩者具有一個為常數的比率，則稱兩者是成比例的。
更正式地，若存在一非零常數k使
y
=k
×x
,
則稱變數y與變數x成比例(有時也稱為成正比)。
該關係通常表示為：
並稱該常數比率
k=y/x
為比例常數或比例關係中的比例恆量。
因為
y
=k
×x
等價於
x
=(1/k
)×y
,
因此可推出，若y與x具有比例常數為k的比例關係，則x也與y具有比例常數為1/k的比例關係。
若y與x成比例，則y作為x的一個函數的函數圖像會是一條穿過原點的直線，該直線的斜率等於其比例常數。
因此，藉由上述之結構設置，本發明由於採用光學掃描的方式擷取白板影像，加上係以影像前處理與影像定位法來計算出白板筆之筆點座標的緣故，所以數位影像攝影單元可擷取的畫面範圍相對較廣，故可縮減數位影像攝影單元的數量，不僅可以有效降低製造成本，並且得以提升筆點座標之定位精確度，因而具備有利互動式電子白板教學的推廣、提升互動教學之學習效果，進而達到互動式教學環境或是會議簡報目的等特點。
以上所述，僅為本發明之一可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請 鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。
(10)．．．白板
(11)．．．書寫面
(12)．．．校正點
(13)．．．白板筆
(20)．．．數位影像攝影單元
(30)．．．電腦
(30a)．．．訊號處理單元
(31)．．．訊號傳輸單元
(310)．．．無線通訊模組
(311)．．．訊號線組
(40)．．．投影機
(50)．．．定位裝置
(51)．．．桿體
第一圖係本發明部分結構之分解示意圖。
第二圖係本發明結合電腦及投影機之實施示意圖。
第三圖係本發明結合電腦及投影機之另一實施示意圖。
第四圖係本發明整體流程示意圖。
第五圖係本發明白板初始化矯正流程示意圖。
第六圖係本發明定位參數輸出流程示意圖。
第七圖係本發明影像前處理流程示意圖。
第八圖係本發明白板筆座標運算及輸出流程示意圖。
第九圖係本發明大區塊參數取像示意圖。
第十圖係本發明大區塊參數實際狀態示意圖。
第十一圖係本發明小區塊參數取像示意圖。
第十二圖係本發明小區塊參數實際狀態示意圖。
第十三圖係本發明雙線性內插法之示意圖。
第十四圖係本發明比例法之示意圖。
附件：係本發明灰階圖二值化後之影像示意圖。
(10)．．．白板
(11)．．．校正點
(12)．．．書寫面
(20)．．．數位影像攝影單元
(30)．．．電腦
(30a)．．．訊號處理單元
(31)．．．訊號傳輸單元
(311)．．．訊號線組
(40)．．．投影機
(50)．．．定位裝置
(51)．．．桿體
Claims (15)
- 一種互動式電子白板影像定位方法，其包括：白板架設影像擷取模組步驟，即於一白板上架設影像擷取模組，該影像擷取模組由二個數位影像攝影單元所組成；白板區塊參數資料庫建立步驟，其以該影像擷取模組配合一訊號處理單元來建立該白板之區塊參數資料庫，其包括有：於該白板之一矩形書寫面上設置複數個呈矩陣分佈的校正點；以該二影像攝影單元各分別負責擷取該白板之一半部的該書寫面影像；以一訊號處理單元來初始化校正該白板之該書寫面影像，對該白板之該書寫面影像做前處理，並對該校正點修正以確定其位在該白板上的實際位置；及依據該複數個校正點對於該書寫面所圍區域建立複數個大區塊參數資料庫，及每一大區塊中包含有複數個小區塊之參數資料庫；及白板筆座標處理步驟，其包括有：以該二影像攝影單元連續擷取該白板之該書寫面影像；以該訊號處理單元於判斷該書寫面上有白板筆時，對該白板之該書寫面影像進行影像前處理；以該訊號處理單元計算該白板筆之筆點位在該書寫面的座標，並將該筆點之座標與該大、小區塊參數資料庫進行比對，決定該筆點之座標位於其一大區塊中的一小區塊；以該訊號處理單元依據一影像定位演算法計算出該筆點位在該 白板之該書寫面上的實際座標；及於該訊號處理單元建立至少一用以顯示至少一顯示畫面的應用程式，該訊號處理單元將陸續產生之該實際座標所構成的筆點軌跡疊加於該顯示畫面中；及將該訊號處理單元訊號連結一投影機，使該投影機將疊加有該筆點軌跡的該顯示畫面投射在該白板上。
- 如請求項第1項所述之互動式電子白板影像定位方法，其中，該白板之該書寫面為矩形而具有二平行長邊及二平行寬邊，該複數個校正點呈矩陣分佈而將該書寫面區隔成複數個等分區域，且該影像擷取模組之該二個數位影像攝影單元相對該長邊並行設置。
- 如請求項第2項所述之互動式電子白板影像定位方法，其中，該白板之該書寫面的長邊長度至少為176cm，該寬邊長度至少為88cm，該二數位影像攝影單元分別以一定位裝置固定於該白板上，且位於自該白板頂端長邊向延伸88cm及向該白板前方延伸50cm的位置上。
- 如請求項第1項所述之互動式電子白板影像定位方法，其中，白板區塊參數資料庫建立步驟之該影像前處理，係將該影像由RGB格式轉換至YIQ平面，再由該YIQ平面取得該校正點之影像，再使用該YIQ平面的I值，取閥值除去大部份影像，保留該校正點之影像，再經小面積雜訊過濾以除去小面積非該校正點影像，並可取得該校正點影像之重心位置，再計算出該校正點座標後予以輸出。
- 如請求項第4項所述之互動式電子白板影像定位方法，其中，該 YIQ平面係以灰階圖二值化的方式處理來取得該校正點之該影像。
- 如請求項第1項所述之互動式電子白板影像定位方法，其中，完成該白板區塊參數資料庫建立步驟後，將該白板上之各該校正點予以移除。
- 如請求項第1項所述之互動式電子白板影像定位方法，其中，該訊號處理單元不斷地讀取該白板影像，並判斷是否有白板筆影像產生，無，則繼續讀取該白板影像；有，則進行該影像前處理以算出該白板筆之該筆點座標。
- 如請求項第1項所述之互動式電子白板影像定位方法，其中，該影像定位演算法係以線性內插延伸的雙線性內插法並配合一比例法進行演算，以求出該筆點的實際座標。
- 一種互動式電子白板影像定位系統，其包括：一呈矩形的白板，於進行一白板區塊參數資料庫建立步驟時，其一矩形書寫面上供設置複數個呈矩陣分佈的校正點，於進行一白板筆座標處理步驟時，該書寫面則供一白板筆書寫；一影像擷取模組，該影像擷取模組由二個數位影像攝影單元所組成，該二數位影像攝影單元相對該白板之該書寫面的一長邊平行並置，每一該數位影像攝影單元負責擷取該書寫面一半區域的影像，於進行該白板區塊參數資料庫建立步驟時，用以擷取位在該書寫面之該校正點影像，於進行該白板筆座標處理步驟時，則用以擷取位在該書寫面之該白板筆之筆點影像；一訊號處理單元，其用以擷取該影像擷取模組所取得之影像，分 別對該校正點影像與該白板影像做影像前處理以得到校正點座標與該白板筆的筆點座標，於進行該白板區塊參數資料庫建立步驟時，依據該校正點座標而建立複數個大區塊參數資料庫及每一大區塊中包含有複數個小區塊之參數資料庫，於進行該白板筆座標處理步驟時，則將該筆點座標結合該區塊參數資料庫比對後代入一影像定位演算法中，進而算出該筆點位在該白板之該書寫面上的實際座標資訊將該筆點的實際座標該訊號處理單元建立至少一用以顯示至少一顯示畫面的應用程式，該訊號處理單元將續產生之該實際座標所構成的筆點軌跡疊加於該顯示畫面；及一投影機，其與該訊號處理單元訊號連結，用以將疊加有該筆點軌跡的該顯示畫面投射在該白板上。
- 如請求項第10項所述之互動式電子白板影像定位系統，其中，該數位影像攝影單元係選自數位攝影機以及網路數位攝影機的其中一種。
- 如請求項第9項所述之互動式電子白板影像定位系統，其更包含一訊號傳輸單元，用以將該數位影像攝影單元所擷取之各該校正點影像與該白板影像傳輸至該訊號處理單元中。
- 如請求項第11項所述之互動式電子白板影像定位系統，其中，該訊號處理單元係為一電腦。
- 如請求項第9項所述之互動式電子白板影像定位系統，其更包含一與該訊號處理單元連通之訊號傳輸單元，用以將該筆點的實際座標資訊傳輸至一電腦中，並使該實際座標與該電腦之一應用程式的顯 示畫面做結合，將該筆點的座標所構成之軌跡顯示於該顯示畫面。
- 如請求項第9項所述之互動式電子白板影像定位系統，其中，該白板之該矩形書寫面的長邊長度至少為176cm，寬邊長度至少為88cm，該二數位影像攝影單元分別以一定位裝置固定於該白板上，且位於自該書寫面頂端長邊向延伸88cm及向該白板前方延伸50cm的位置上。
- 如請求項第9項所述之互動式電子白板影像定位系統，其中，該影像定位演算法係以線性內插延伸的雙線性內插法並配合一比例法進行演算，以求出該筆點的實際座標。
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