CN1281209A - 基于大屏幕显示的“光电虚拟黑板”系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于大屏幕显示的“光电虚拟黑板”系统。它是头部带可控红外点状发光源的光笔指点棒的指点位置信息由带CCD摄像器件的视频信号处理装置通过光学成像获取,光笔功能操作指令信息通过对指点棒发光源进行调制获取,位置信息与指令信息编码合成后通过口线馈入计算机,再通过VGA视频线控制投影仪直投或背投得到大屏幕平面显示界面。本发明具有在大屏幕显示界面上直接指点操作计算机和实现画板操作的功能,并有操作便利、直观形象的优点。

Description

基于大屏幕显示的“光电虚拟黑板”系统

本发明涉及一种基于大屏幕显示的“光电虚拟黑板”系统。

人类信息交流的历史与人类自身的历史一样久远。在文字尚未发明之前，人们一直依赖画图和打手势来帮助他人了解重要信息。几千年来，博学者手执教鞭，对实物、图形或放大书写的文字进行“指点”性的讲解，成为间接知识传授和一对多信息交流的主导形式。在近、当代，传统的黑板式授课就是这种主导形式的典型表现。讲台上教师手执粉笔在黑板上书写，对学生群面授，这种授课方式的弱点显而易见，如粉尘大、信息传授量小，由于学生忙于笔记而导致授课效率低下，等等。那末有无新的授课方式能弥补这些弱点呢?

随着计算机应用的普及，尤其是近期多媒体技术的诞生和发展，使改革传统教学方式的可能成为现实。计算机辅助教学(CAI)充分发挥了计算机技术的优势，已成为计算机应用的一个重要领域。由于计算机的人机界面-显示器尺寸较小，使受教学生群规模受到限制，从而一定程度上制约了利用计算机辅助面授的规模。这便成为发展现代显示技术的理由之一。

显示装置作为软拷贝装置是人和计算机之间实时会话所必不可少的人机接口。LSI的进步使液晶显示(LCD)、荧光显示管显示(VFD)、等离子体显示(PDP)、发光二极管显示(LED)、电致发光显示(ELD)等都有了长足发展。随着现代显示技术的进步，大屏幕平面显示已成为当代显示技术的主流。从目前国内技术水平和应用前景来看，液晶光阀投影显示(LCLV)在军工和民用上都具有较大应用市场，尤其适用于利用计算机辅助的一对多信息交流场合。现在国外相关厂家，如PROXIMA、SHARP、JVC等，国内如浙江大学光电系等，均已研制生产出体积小、光强大、功能齐全、甚至是便携式的LCLV投影机，广泛应用于答辩、讲座、放映、挂盘讲解、产品展示和教学中。这类投影机联接在计算机的VGA接口上，可在大屏幕上同步投影出计算机显示器界面，从而实现对黑板的替代，完全弥补了黑板式授课的种种弱点。

大屏幕平面显示自身也存在弊端，主要体现在人机交互的便利性上。目前大屏幕平面显示的人机交互手段主要是使用键盘和鼠标对计算机直接操作，最便利的当数带跟踪球的无线鼠标，但仍需要键盘辅助输入。这至少有两点不足，一是操作者必须面对输入设备而不是面向听众，从而使演示缺乏生动性和必要的情感交流；二是操作者不能象在黑板上书写那样自如地在显示界面上随意发挥，或标识重点，或对显示内容进行增删，要实现这一点必须对文本或图象文件进行修改，从而要求操作者必须非常熟悉操作系统，同时能非常快地输入文字或图形，这显然对使用者要求过高。能否找到一种新的方法来克服上述的不足呢?

本发明的目的是提供一种操作便利、直观形象的基于大屏幕显示的“光电虚拟黑板”系统。

为了达到上述目的，本发明采取下列措施：

基于大屏幕显示的“光电虚拟黑板”系统，其特征在于头部带可控红外点状发光源的光笔指点棒的指点位置信息由带CCD摄像器件的视频信号处理装置通过光学成像获取，光笔功能操作指令信息通过对指点棒发光源进行调制获取，位置信息与指令信息编码合成后通过口线馈入带有键盘的计算机，再通过VGA视频线控制投影仪直投或背投得到大屏幕平面显示界面，该界面与计算机显示器的界面同步显示。

本发明的优点：

1、具有在大屏幕显示界面上直接指点操作计算机的功能

采用光笔指点棒替代鼠标，可以实现直接对大屏幕显示界面进行指点、定位、跟踪、定向、选择等功能，并能与鼠标、键盘等计算机输入设备实现全兼容；

2、具有在大屏幕显示界面上实现画板操作的功能

能够在大屏幕显示界面上直接作图，可改变线宽、颜色、前景、后景等设置，能实现块拷贝、擦除、归整等功能；

3、具有在大屏幕显示界面上实现通过直写将字符、数字、汉字输入计算机的功能；

4、操作便利，对使用者要求低；

5、直观形象，在信息交流场合能实现面对受教者的生动演示；

6、应用广泛，既适合于改进多媒体教学的直观性，又能应用于各类答辩、放映、产品表现、军事研讨、股票分析、棋盘挂盘讲解、游戏娱乐等场合。

下面结合附图作详细说明：

图1是基于大屏幕显示的“光电虚拟黑板”系统立体结构示意图；

图2是基于大屏幕显示的“光电虚拟黑板”系统方框示意图；

图3是视频信号处理装置方框原理图；

图4是预处理及特征筛选电路和终止计数电路的电路原理图。

如图1所示头部带可控红外点状发光源的光笔指点棒[2]的指点位置信息由带CCD摄像器件的视频信号处理装置[8]通过光学成像获取，光笔功能操作指令信息通过对指点棒发光源进行调制获取，位置信息与指令信息编码合成后通过口线[9]馈入带有键盘[6]的计算机[4]，再通过VGA视频线[7]控制投影仪[3]直投或背投得到大屏幕平面显示界面[1]，该界面与计算机显示器[5]的界面同步显示。

如图2所示由计算机主机控制带VGA接口的大屏幕投影仪，在大屏幕投影显示界面上产生与显示器界面同步显示的内容。大屏幕投影显示界面可看作是一个虚拟的黑板界面，用光笔指点棒模拟粉笔在其上描迹操作。此时光笔描绘的轨迹经光学系统成像由CCD摄像器件探测，CCD摄像器件的输出信号传至视频信号处理装置进行处理，得到光笔描绘轨迹序列点的座标，经座标序列合成及串行通信驱动，将序列点座标馈入计算机，在实时描迹驱动软件驱动下实现在虚拟黑板界面上定位、描迹、确认、书写、绘画等功能。

如图3所示CCD摄像器件在驱动电路的驱动下，探测头部带可控红外发光源的光笔指点棒的指点位置，经预处理及特征点筛选电路筛选，送至终止计数电路，来控制纵向座标计数电路和横向座标计数电路对指点位置的两维座标进行计数，从驱动电路中分离出视频信号的场频触发电路和行频触发电路，对指点位置的两维座标计数经电子细分电路实现细分，并由座标合成电路对特征点的座标序列值进行合成。

如图4所示CCD摄像器件输出的视频信号[11]经由U1、U2两个电压比较器处理，筛选出光点特征信号[12]和行频信号[13]，其中U1、U2的参考电压分别由电位器W1、W2提供，行频信号[13]经电阻R、电容C构成积分电路，通过电位器W3为电压比较器U3提供参考电平而提取出视频信号中的场频信号[14]，行频信号[13]经U4反相器倒相后与光点特征信号[12]共同输入D触发器U5，得到X记数终止信号[15]，场频信号[14]与光点特征信号[12]共同输入D触发器U6，得到Y记数终止信号[16]。图中U6、U5所示D触发器方框内各符号分别代表各引线端功能，其中D表示输入，Q表示输出， $\stackrel{\‾}{Q}$ 表示反相输出，CLK表示输入时钟，CD表示清零，SD表示预置。

Claims (3)

1．一种基于大屏幕显示的“光电虚拟黑板”系统，其特征在于头部带可控红外点状发光源的光笔指点棒[2]的指点位置信息由带CCD摄像器件的视频信号处理装置[8]通过光学成像获取，光笔功能操作指令信息通过对指点棒发光源进行调制获取，位置信息与指令信息编码合成后通过口线[9]馈入带有键盘[6]的计算机[4]，再通过VGA视频线[7]控制投影仪[3]直投或背投得到大屏幕平面显示界面[1]，该界面与计算机显示器[5]的界面同步显示。

2．根据权利要求1所述的一种基于大屏幕显示的“光电虚拟黑板”系统，其特征在于所说带CCD摄像器件的视频信号处理装置的原理为：CCD摄像器件在驱动电路的驱动下，探测头部带可控红外发光源的光笔指点棒的指点位置，经预处理及特征点筛选电路筛选，送至终止计数电路，来控制纵向座标计数电路和横向座标计数电路对指点位置的两维座标进行计数，从驱动电路中分离出视频信号的场频触发电路和行频触发电路，对指点位置的两维座标计数经电子细分电路实现细分，并由座标合成电路对特征点的座标序列值进行合成。

3．根据权利要求1或2所述的一种基于大屏幕显示的“光电虚拟黑板”系统，其特征在于所说预处理及特征点筛选电路和终止计数电路的电路原理为：CCD摄像器件输出的视频信号[11]经由U1、U2两个电压比较器处理，筛选出光点特征信号[12]和行频信号[13]，其中U1、U2的参考电压分别由电位器W1、W2提供，行频信号[13]经电阻R、电容C构成积分电路，通过电位器W3为电压比较器U3提供参考电平而提取出视频信号中的场频信号[14]，行频信号[13]经U4反相器倒相后与光点特征信号[12]共同输入D触发器U5，得到X记数终止信号[15]，场频信号[14]与光点特征信号[12]共同输入D触发器U6，得到Y记数终止信号[16]。

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