基本信息
- 項目名稱：
- 基于計算機視覺和多點觸控技術的交互式電子白板
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目研制了一套基于計算機視覺和多點觸控技術的新型交互式交互白板系統，在現有的投影儀+計算機的多媒體教學設備的基礎上，增加高速攝像頭和紅外激光構成的檢測裝置，利用計算機視覺識別，紅外激光脈沖調制定位，多點觸控等技術來實現多媒體互動的交互白板功能。具有支持大屏幕尺寸，支持多點觸控、非接觸式操作，充分利用現有設備，便于移動、攜帶、改裝等特點。
- 詳細介紹：
- 本系統利用計算機視覺技術來完成對電子白板筆的定位，工作原理是用電子白板筆和白板擦發(fā)出的紅外光作為軌跡標記，計算機上的高速攝像頭捕捉到這些紅外光標記，識別出該標記在屏幕的位置坐標，并根據各自的歷史位置進行同步的身份辨識和運動跟蹤，然后將各個物體運動的坐標變化轉化為計算機控制指令，既可以控制光標的移動和點擊實現一般計算機輸入設備（如鼠標）的功能，又可以將電子白板筆的軌跡顯現在投影屏幕上，實現傳統黑板的即時書寫和黑板擦的擦除功能。 板擦的坐標位置，即實現多支電子白板筆、多人同時書寫，使用支持多點操作的現代操作系統（如Windows 7）即可在計算機上原生的支持多點觸控操作以及多點手勢的識別。 另外，紅外光可以直接照射在投影屏幕或墻面上，因而本系統可以適應各種介質制作的投影屏幕，可以在現有的投影儀設備和投影幕基礎上進行升級。利用紅外激光筆照射到屏幕上的光斑作為光線標記也可以被攝像頭捕捉到，因而可以實現遙控操作，遙控距離可以很容易的達到50m以上。 對于使用手指直接進行點擊的功能，可以利用若干個一字型激光器(發(fā)出的光不是一個點而是一條直線的激光器)在觸摸的近表面分布一個紅外光照層，當手指接觸到觸摸表面時，紅外光會被手指擋住，有一部分紅外光被手指邊緣反射，從而可以被攝像頭捕捉到，識別為一個觸控點，同樣可以實現電子白板筆的效果。 本系統具有以下突出優(yōu)點 1、直接模擬黑板擦和粉筆，符合傳統教學習慣 2、采用紅外識別技術，抑制環(huán)境干擾 3、支持非接觸遙控操作，可操作區(qū)域大 4、課堂即時互動，產生一種新的課堂交互形式 5、支持被動式操作，使用方便 6、使用了計算機視覺識別技術，信息獲取簡單 7、支持多支電子白板筆同時書寫，易于教學交流和互動
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的： 針對目前課堂教學手段與輔助設備在教學應用中的缺陷與不足，在現有交互白板理論基礎上，設計開發(fā)出一種基于計算機視覺和多點觸控技術的新型交互式電子白板系統，并實現多點觸控功能。 基本思路： 本系統利用計算機視覺技術來完成對電子白板筆的定位、身份辨識和運動跟蹤，將運動的坐標變化轉化為計算機控制指令，既可以控制光標的移動和點擊實現一般計算機輸入設備（如鼠標）的功能，又可以將電子白板筆的軌跡顯現在投影屏幕上，實現傳統黑板的即時書寫和黑板擦的擦除功能。 利用多點觸控技術可以同時識別多支電子白板筆和白板擦的坐標位置，即實現多支電子白板筆、多人同時書寫，使用支持多點操作的現代操作系統（如Windows 7）即可在計算機上原生的支持多點觸控操作以及多點手勢的識別。 利用獨創(chuàng)的激光脈沖調制技術實現非接觸式遙控操作，突破觸摸屏幕尺寸限制。 系統軟件采用模塊化設計，軟件由配置信息管理模塊、圖像處理模塊、多目標識別模塊、多目標追蹤模塊，事件處理模塊以及應用程序接口模塊等組成。 創(chuàng)新點： 1、直接模擬黑板擦和粉筆，符合傳統教學習慣 2、支持多支電子白板筆同時書寫，易于教學交流和互動 3、支持非接觸遙控操作，可操作區(qū)域大 4、課堂即時互動，產生一種新的課堂交互形式 5、支持被動式操作，使用方便 6、使用了計算機視覺識別技術，信息獲取簡單
科學性、先進性
- 本作品在使用形式上也保留了傳統的粉筆和黑板的即時書寫特點。支持多支筆同時書寫以及板擦功能。 本項目使用光學式多點操控技術作為定位方法，光學式多點操控技術區(qū)別于其他多點操控技術的關鍵在于，光學式多點觸控系統中主要利用圖像處理算法來完成對觸點的定位和跟蹤。優(yōu)點是將其他觸控系統使用昂貴的硬件完成的功能轉移到軟件上來實現。 遙控功能是本作品的特色功能，利用脈沖調制技術，可以使得只要將激光遙控對著屏幕即可控制光標的移動，觸摸開關使得點擊時操作點漂移距離很短，可以很精確的點擊所要點擊的位置，這種遙控方式在使用多個遙控進行操作時優(yōu)勢尤其明顯。 目前市場上多數已經存在的白板都是單點觸控，即只能識別和支持每次一支“筆”的書寫、點擊，這樣極大的限制了白板系統的應用。多點觸控技術解決了這一問題，多點觸控技術能同時采集多點信號，并對各路信號之間的時間和空間關系做出判斷。通過這些信息和后端的應用軟件支持，可以賦予不同的多點組合不同的操作含義。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 面議
作品可展示的形式
- 實物、產品； 現場演示； 圖片； 錄像；
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 技術特點： 1、計算機視覺技術，支持的觸控點數多 2、使用脈沖激光調制法解決非接觸操作的預定位問題 3、支持被動式觸控操作，無需專用觸控筆即可操作 作品優(yōu)勢： 1、操作方便 2、可靠性高 3、成本低 4、適用范圍廣 推廣前景及市場分析： 隨著現代教學方法的推行和多媒體教學技術的普及，交互白板將會被各大中小學采用。在商業(yè)領域，交互白板可以更好的進行商業(yè)展示和演講，同樣有著很好的應用前景。 經濟效益預測： 電子白板市場高速發(fā)展，2008-2009年增長速度達50%以上，預計仍然保持高增長率。在電子白板的用戶中，近90%來自教育行業(yè)，近10%來自商業(yè)用戶，其它為軍事、政府等機構。若采取本作品的設計可以獲得很好的經濟效益。
同類課題研究水平概述
- 一、多點觸控技術 多點觸控技術始于1982年由多倫多大學發(fā)明的感應食多點觸控技術發(fā)展展控屏幕。同年貝爾實驗室發(fā)表了首份探討觸控技術的學術文獻。 1984年，貝爾實驗室研制出一種能夠以多于一只手控制改變畫面的觸屏。同時上述于多倫多大學的一組開發(fā)人員終止了相關硬件技術的研發(fā)，把研發(fā)方向轉移至軟件及界面上，期望能接續(xù)貝爾實驗室的研發(fā)工作。 1991年此項技控取得重大突破，研制出一種名為數碼桌面的觸屏技術， 容許使用者同時以多個指頭觸控及拉動觸屏內的影像。 1999年，“約翰埃利亞斯”和“魯尼韋斯特曼”生產了的多點觸控產品包括iGesture板和多點觸控鍵盤。經過多年維持專利的iGesture板和多點觸控鍵盤。 2006年，Siggraph大會上，紐約大學的Jefferson Y Han教授向眾人演示最新成果，其領導研發(fā)的新型觸摸屏可由雙手同時操作,并且支持多人同時操作。利用該技術，Jefferson Y Han在36英寸×27英寸大小的屏幕上，同時利用多只手指(拇指似乎還無法感應到)，在屏幕上畫出了好幾根線條。與普通的觸摸屏技術所不同的是，它同時可以有多個觸摸熱點得到響應，而且響應時間非常短——小于0.1秒。 2007年，“蘋果”及“微軟”分別發(fā)表了應用多點觸控技術的產品及計劃，令該技術開始進入主流的應用。這種輸入界面讓使用者能大大擴大可操縱的比例言，引起大眾對使用多點觸控電腦的興趣。 二、交互式電子白板技術 在交互式電子白板技術的研究開發(fā)上，在英國、美國和日本等發(fā)達國家，交互電子白板的應用已經進入推廣普及階段，各方面條件正日臻成熟，科學的教學模式、先進的教學理念、豐富的資源庫、完善的技術保障與培訓體系已經基本形成。 電子白板技術在我國起步較晚，就調查顯示自1998年至2003年，有關電子白板的文章很少，幾乎為零，而在2003年以后，文章數量有了較大增長。2004年之后，對電子白板的研究迅速增加，尤其是首都師范大學丁興富老師的團隊于2004和英國普羅米休斯(Promethean)公司開始合作的項目在國內影響較大，在2004-2006年也出現了16篇相關淪文，其中還有一篇碩士論文
