基本信息
- 项目名称：
- 基于计算机视觉和多点触控技术的交互式电子白板
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目研制了一套基于计算机视觉和多点触控技术的新型交互式交互白板系统，在现有的投影仪+计算机的多媒体教学设备的基础上，增加高速摄像头和红外激光构成的检测装置，利用计算机视觉识别，红外激光脉冲调制定位，多点触控等技术来实现多媒体互动的交互白板功能。具有支持大屏幕尺寸，支持多点触控、非接触式操作，充分利用现有设备，便于移动、携带、改装等特点。
- 详细介绍：
- 本系统利用计算机视觉技术来完成对电子白板笔的定位，工作原理是用电子白板笔和白板擦发出的红外光作为轨迹标记，计算机上的高速摄像头捕捉到这些红外光标记，识别出该标记在屏幕的位置坐标，并根据各自的历史位置进行同步的身份辨识和运动跟踪，然后将各个物体运动的坐标变化转化为计算机控制指令，既可以控制光标的移动和点击实现一般计算机输入设备（如鼠标）的功能，又可以将电子白板笔的轨迹显现在投影屏幕上，实现传统黑板的即时书写和黑板擦的擦除功能。 板擦的坐标位置，即实现多支电子白板笔、多人同时书写，使用支持多点操作的现代操作系统（如Windows 7）即可在计算机上原生的支持多点触控操作以及多点手势的识别。 另外，红外光可以直接照射在投影屏幕或墙面上，因而本系统可以适应各种介质制作的投影屏幕，可以在现有的投影仪设备和投影幕基础上进行升级。利用红外激光笔照射到屏幕上的光斑作为光线标记也可以被摄像头捕捉到，因而可以实现遥控操作，遥控距离可以很容易的达到50m以上。 对于使用手指直接进行点击的功能，可以利用若干个一字型激光器(发出的光不是一个点而是一条直线的激光器)在触摸的近表面分布一个红外光照层，当手指接触到触摸表面时，红外光会被手指挡住，有一部分红外光被手指边缘反射，从而可以被摄像头捕捉到，识别为一个触控点，同样可以实现电子白板笔的效果。 本系统具有以下突出优点 1、直接模拟黑板擦和粉笔，符合传统教学习惯 2、采用红外识别技术，抑制环境干扰 3、支持非接触遥控操作，可操作区域大 4、课堂即时互动，产生一种新的课堂交互形式 5、支持被动式操作，使用方便 6、使用了计算机视觉识别技术，信息获取简单 7、支持多支电子白板笔同时书写，易于教学交流和互动
作品图片
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： 针对目前课堂教学手段与辅助设备在教学应用中的缺陷与不足，在现有交互白板理论基础上，设计开发出一种基于计算机视觉和多点触控技术的新型交互式电子白板系统，并实现多点触控功能。 基本思路： 本系统利用计算机视觉技术来完成对电子白板笔的定位、身份辨识和运动跟踪，将运动的坐标变化转化为计算机控制指令，既可以控制光标的移动和点击实现一般计算机输入设备（如鼠标）的功能，又可以将电子白板笔的轨迹显现在投影屏幕上，实现传统黑板的即时书写和黑板擦的擦除功能。 利用多点触控技术可以同时识别多支电子白板笔和白板擦的坐标位置，即实现多支电子白板笔、多人同时书写，使用支持多点操作的现代操作系统（如Windows 7）即可在计算机上原生的支持多点触控操作以及多点手势的识别。 利用独创的激光脉冲调制技术实现非接触式遥控操作，突破触摸屏幕尺寸限制。 系统软件采用模块化设计，软件由配置信息管理模块、图像处理模块、多目标识别模块、多目标追踪模块，事件处理模块以及应用程序接口模块等组成。 创新点： 1、直接模拟黑板擦和粉笔，符合传统教学习惯 2、支持多支电子白板笔同时书写，易于教学交流和互动 3、支持非接触遥控操作，可操作区域大 4、课堂即时互动，产生一种新的课堂交互形式 5、支持被动式操作，使用方便 6、使用了计算机视觉识别技术，信息获取简单
科学性、先进性
- 本作品在使用形式上也保留了传统的粉笔和黑板的即时书写特点。支持多支笔同时书写以及板擦功能。 本项目使用光学式多点操控技术作为定位方法，光学式多点操控技术区别于其他多点操控技术的关键在于，光学式多点触控系统中主要利用图像处理算法来完成对触点的定位和跟踪。优点是将其他触控系统使用昂贵的硬件完成的功能转移到软件上来实现。 遥控功能是本作品的特色功能，利用脉冲调制技术，可以使得只要将激光遥控对着屏幕即可控制光标的移动，触摸开关使得点击时操作点漂移距离很短，可以很精确的点击所要点击的位置，这种遥控方式在使用多个遥控进行操作时优势尤其明显。 目前市场上多数已经存在的白板都是单点触控，即只能识别和支持每次一支“笔”的书写、点击，这样极大的限制了白板系统的应用。多点触控技术解决了这一问题，多点触控技术能同时采集多点信号，并对各路信号之间的时间和空间关系做出判断。通过这些信息和后端的应用软件支持，可以赋予不同的多点组合不同的操作含义。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 面议
作品可展示的形式
- 实物、产品； 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
- 技术特点： 1、计算机视觉技术，支持的触控点数多 2、使用脉冲激光调制法解决非接触操作的预定位问题 3、支持被动式触控操作，无需专用触控笔即可操作 作品优势： 1、操作方便 2、可靠性高 3、成本低 4、适用范围广 推广前景及市场分析： 随着现代教学方法的推行和多媒体教学技术的普及，交互白板将会被各大中小学采用。在商业领域，交互白板可以更好的进行商业展示和演讲，同样有着很好的应用前景。 经济效益预测： 电子白板市场高速发展，2008-2009年增长速度达50%以上，预计仍然保持高增长率。在电子白板的用户中，近90%来自教育行业，近10%来自商业用户，其它为军事、政府等机构。若采取本作品的设计可以获得很好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 一、多点触控技术 多点触控技术始于1982年由多伦多大学发明的感应食多点触控技术发展展控屏幕。同年贝尔实验室发表了首份探讨触控技术的学术文献。 1984年，贝尔实验室研制出一种能够以多于一只手控制改变画面的触屏。同时上述于多伦多大学的一组开发人员终止了相关硬件技术的研发，把研发方向转移至软件及界面上，期望能接续贝尔实验室的研发工作。 1991年此项技控取得重大突破，研制出一种名为数码桌面的触屏技术， 容许使用者同时以多个指头触控及拉动触屏内的影像。 1999年，“约翰埃利亚斯”和“鲁尼韦斯特曼”生产了的多点触控产品包括iGesture板和多点触控键盘。经过多年维持专利的iGesture板和多点触控键盘。 2006年，Siggraph大会上，纽约大学的Jefferson Y Han教授向众人演示最新成果，其领导研发的新型触摸屏可由双手同时操作,并且支持多人同时操作。利用该技术，Jefferson Y Han在36英寸×27英寸大小的屏幕上，同时利用多只手指(拇指似乎还无法感应到)，在屏幕上画出了好几根线条。与普通的触摸屏技术所不同的是，它同时可以有多个触摸热点得到响应，而且响应时间非常短——小于0.1秒。 2007年，“苹果”及“微软”分别发表了应用多点触控技术的产品及计划，令该技术开始进入主流的应用。这种输入界面让使用者能大大扩大可操纵的比例言，引起大众对使用多点触控电脑的兴趣。 二、交互式电子白板技术 在交互式电子白板技术的研究开发上，在英国、美国和日本等发达国家，交互电子白板的应用已经进入推广普及阶段，各方面条件正日臻成熟，科学的教学模式、先进的教学理念、丰富的资源库、完善的技术保障与培训体系已经基本形成。 电子白板技术在我国起步较晚，就调查显示自1998年至2003年，有关电子白板的文章很少，几乎为零，而在2003年以后，文章数量有了较大增长。2004年之后，对电子白板的研究迅速增加，尤其是首都师范大学丁兴富老师的团队于2004和英国普罗米休斯(Promethean)公司开始合作的项目在国内影响较大，在2004-2006年也出现了16篇相关沦文，其中还有一篇硕士论文
