基本信息
- 项目名称：
- 基于红外摄像技术的电子白板
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 白板是当前会议与教育等场合常用的交流演示工具，能够较好的辅助演讲者表达观点，便于进行学术及方案探讨。电子白板，作为传统白板的替代产品，具有更好的互动性和表达能力，能够实现无纸化办公、教学及网络远程交流等。 针对当前市场上电子白板部署和移动困难，同时生产流程较复杂，价格较为昂贵这一现况，设计了一套新型的交互式电子白板系统，它通过普通摄像头加装红外滤光镜的方式，较低成本地实现对安装红外光源的白板笔的轨迹捕捉与定位，结合计算机和投影仪，在实现电子白板的交互性与表现力的同时，更加灵活且易于部署，成本也大为降低。通过方案的完善及技术的改进，最终设计出的基于摄像技术的交互式电子白板性能能够达到较实用的要求。可利用白板笔代替鼠标在白板上进行操作，可以运行应用程序，可以对文件进行编辑、注释、保存等在计算机上利用键盘及鼠标可以实现的任何操作。该系统经过实际测试证明方案是完全可行的。 科技查新报告表明国内尚无与本项目创新点相同的专利文献。
- 详细介绍：
- 白板是当前会议与教育等场合常用的交流演示工具，能够较好的辅助演讲者表达观点，便于进行学术及方案探讨。电子白板，作为传统白板的替代产品，具有更好的互动性和表达能力，能够实现无纸化办公、教学及网络远程交流等。 针对当前市场上电子白板部署和移动困难，同时生产流程较复杂，价格较为昂贵这一现况，设计了一套新型的交互式电子白板系统，它通过普通摄像头加装红外滤光镜的方式，较低成本地实现对安装红外光源的白板笔的轨迹捕捉与定位，结合计算机和投影仪，在实现电子白板的交互性与表现力的同时，更加灵活且易于部署，成本也大为降低。依据这样的项目要求，整个方案做了如下工作并取得预期效果： 进行产业分析与市场需求调研，通过资料的收集与及与客户面对面的交流获得需求分析，提出降低成本与提高方便性才能新型交互式电子白板的关键；针调研结果提出了采用普通摄像机加红外滤镜的电子白板系统的实现方案，并针对这套硬件设备开发了专用的软件，它基于图像识别能够有效地进行白板笔的定位，同时给软件预留了接口以方便二次开发；设计了专门的图像处理算法并针对一些特殊情况进行优化改进，使其可在较低的计算机资源消耗的情形下，有较强的抗干扰能力，能够适应较为复杂的应用环境；设计了基于普通红外激光器的白板笔，低成本下实现远距离对白板的相应操作。 通过方案的完善及技术的改进，最终设计出来的基于摄像技术的交互式电子白板性能能够达到较实用的要求。可利用白板笔代替鼠标在白板上进行操作，可以运行应用程序，可以对文件进行编辑、注释、保存等在计算机上利用键盘及鼠标可以实现的任何操作。该系统经过实际测试证明方案是完全可行的。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的与思路： 现有电子白板存在结构较为复杂、成本较高难于普及等缺点，为此设计了一种成本低廉且易于使用的基于红外摄像的交互式电子白板。 创新点： 1、采用了普通摄像头加装红外滤光镜的方式，低成本地实现对安装红外光源的白板笔的轨迹捕捉与定位； 2、开发了专用的基于图像识别进行白板笔定位的相关软件，同时预留接口方便功能扩展； 3、针对系统的应用场合设计了专用的图像处理算法，并进行优化，具有较好的抗干扰性； 4、设计了基于普通红外激光器的白板笔，低成本下实现远距离对白板的相应操作。 技术关键： 1、白板的功能定义及硬件的设计与实现； 2、红外光目标的追踪和识别； 3、屏幕的标定与目标位置计算； 4、系统软硬件接口设计与实现。
科学性、先进性
- 作品先进性： 1、用普通摄像头加装红外滤光镜的低成方案代替现在市场上价格昂贵、技术复杂的电子白板技术； 2、无需专用白板屏幕。可以在任何现有的白板、投影软幕、墙面、甚至大屏幕显示器上实现交互式白板功能； 3、不受投影画幅大小限制，可方便的应用在在超大屏幕上。可配合各种场地，应用灵活，设备简单小巧，安装方便； 4、成本低廉、适用于任何品牌投影机及各种教学、会议演示场 地，基本无需保养费用； 5、可实现远距离画图和操作，方便使用者演示。 参考文献： [1] 谭家杰,殷森余,陈家璧. 电子白板激光笔迹扫描定位系统研究[J].光电子.激光, 2002,(11). [2] 张刚毅. 电子白板功能的设计与实现[J]. 现代电子技术, 2006,(01). [3] 交互式电子白板技术分析及评测[J]. 微电脑世界, 2007,(04).
获奖情况及鉴定结果
- 2009年4月 本校 第十三届“腾飞杯”大学生课外学术科技作品竞赛 特等奖(第一名) 2009年6月 第七届陕西省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛 特等奖，公开答辩第一名
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术转让
作品可展示的形式
- 实物、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 特点与优势： 1、相对于市面上现有电子白板产品成本更为低廉； 2、采用视频摄像技术进行定位，具有很强的便携性与适应性； 3、可以在现有的显示屏、白板甚至墙面的基础上进行升级； 4、可远离白板进行交互操作，方便使用者。 适应范围与推广前景： 可广泛应用于学术交流、会议、教育、培训、医疗、军事等场合。 市场分析与经济效益预测： 1、近两年电子白板市场呈跨越式增长，08年的增速高达到59%； 2、目前市面上尚无类似产品销售，采用该技术的产品成本低廉，安装使用方便，市场前景广阔。
同类课题研究水平概述
- 目前国内对电子白板系统的研究，仅有少数涉及技术上的改进和开发，大部分进行的是应用性研究，主要讨论如何在实际教学等环境中发挥电子白板的作用，提高教学效率。西北大学蔡萍等提出通过笔与手势进行白板交互操作的一种方法。杭州师范大学金贵朝等提出了对绘制的草图进行识别的方法来方便操作。胡永斌等提出了采用手写板进行白板操作，同时降低成本，但是交互性与直观性相对较差。谭家杰等提出了采用几何测角原理进行白板笔的轨迹跟踪的方法，但是该方法对设备的制造精度要求较高。 目前市面上的交互式电子白板设计方案主要有以下几种：压感技术、电磁感应技术、超声波技术、此外还有采用激光扫描、红外线扫描以及线阵CCD技术的产品。市场上产品以电磁感应、压感、超声技术的较为常见，都采用专用白板。常见采用电磁技术的品牌为：SMART BORAD、巨龙、日本松下、英国普罗米修斯等。均提供系统整体解决方案。超声波输入技术提供商全球以美国AMX、育通和以色列Pegasus为代表，国内同类产品多为使用其技术进行贴牌生产。 常见电子白板技术的特点： 1）压感技术：定位精度较高，响应速度一般，实现大面积白板较困难，怕划伤。需要专用白板屏幕。 2）红外线扫描技术：定位准确、精度较高，无需专用笔，使用寿命较长，响应速度较快，但无压感反应、受强光和灰尘的影响 、白板笔不支持鼠标右键等功能，对计算机操作较困难。 3）超声波技术：部分产品无需专用屏幕，有一定的便携性，但是精度较差，还受到温度的影响。 4）电磁感应：定位准确、精度高、可靠性高、书写过程中有压感，白板笔支持鼠标右键等功能，显示区域的均匀度较好。必须使用专用笔。但反应速度不够快, 即书写的笔过去之后笔迹才出现， 怕划伤一旦划伤整块板就可能不能使用，难以实现超大面积的版面制作。 5）电阻压感：定位相对准确，无需专用笔。耐用性差，怕划伤， 反应速度较慢，无法做超大面积，白板笔不支持鼠标右键等功能，对计算机操作较困难。 6）线阵CCD：响应速度和精度都较好，但是成本比较高。
