專利名稱：基于大屏幕顯示的“光電虛擬黑板”系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于大屏幕顯示的“光電虛擬黑板”系統(tǒng)。
人類信息交流的歷史與人類自身的歷史一樣久遠。在文字尚未發(fā)明之前，人們一直依賴畫圖和打手勢來幫助他人了解重要信息。幾千年來，博學(xué)者手執(zhí)教鞭，對實物、圖形或放大書寫的文字進行“指點”性的講解，成為間接知識傳授和一對多信息交流的主導(dǎo)形式。在近、當代，傳統(tǒng)的黑板式授課就是這種主導(dǎo)形式的典型表現(xiàn)。講臺上教師手執(zhí)粉筆在黑板上書寫，對學(xué)生群面授，這種授課方式的弱點顯而易見，如粉塵大、信息傳授量小，由于學(xué)生忙于筆記而導(dǎo)致授課效率低下，等等。那末有無新的授課方式能彌補這些弱點呢 隨著計算機應(yīng)用的普及，尤其是近期多媒體技術(shù)的誕生和發(fā)展，使改革傳統(tǒng)教學(xué)方式的可能成為現(xiàn)實。計算機輔助教學(xué)(CAI)充分發(fā)揮了計算機技術(shù)的優(yōu)勢，已成為計算機應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。由于計算機的人機界面-顯示器尺寸較小，使受教學(xué)生群規(guī)模受到限制，從而一定程度上制約了利用計算機輔助面授的規(guī)模。這便成為發(fā)展現(xiàn)代顯示技術(shù)的理由之一。
顯示裝置作為軟拷貝裝置是人和計算機之間實時會話所必不可少的人機接口。LSI的進步使液晶顯示(LCD)、熒光顯示管顯示(VFD)、等離子體顯示(PDP)、發(fā)光二極管顯示(LED)、電致發(fā)光顯示(ELD)等都有了長足發(fā)展。隨著現(xiàn)代顯示技術(shù)的進步，大屏幕平面顯示已成為當代顯示技術(shù)的主流。從目前國內(nèi)技術(shù)水平和應(yīng)用前景來看，液晶光閥投影顯示(LCLV)在軍工和民用上都具有較大應(yīng)用市場，尤其適用于利用計算機輔助的一對多信息交流場合?，F(xiàn)在國外相關(guān)廠家，如PROXIMA、SHARP、JVC等，國內(nèi)如浙江大學(xué)光電系等，均已研制生產(chǎn)出體積小、光強大、功能齊全、甚至是便攜式的LCLV投影機，廣泛應(yīng)用于答辯、講座、放映、掛盤講解、產(chǎn)品展示和教學(xué)中。這類投影機聯(lián)接在計算機的VGA接口上，可在大屏幕上同步投影出計算機顯示器界面，從而實現(xiàn)對黑板的替代，完全彌補了黑板式授課的種種弱點。
大屏幕平面顯示自身也存在弊端，主要體現(xiàn)在人機交互的便利性上。目前大屏幕平面顯示的人機交互手段主要是使用鍵盤和鼠標對計算機直接操作，最便利的當數(shù)帶跟蹤球的無線鼠標，但仍需要鍵盤輔助輸入。這至少有兩點不足，一是操作者必須面對輸入設(shè)備而不是面向聽眾，從而使演示缺乏生動性和必要的情感交流；二是操作者不能象在黑板上書寫那樣自如地在顯示界面上隨意發(fā)揮，或標識重點，或?qū)︼@示內(nèi)容進行增刪，要實現(xiàn)這一點必須對文本或圖象文件進行修改，從而要求操作者必須非常熟悉操作系統(tǒng)，同時能非?？斓剌斎胛淖只驁D形，這顯然對使用者要求過高。能否找到一種新的方法來克服上述的不足呢 本發(fā)明的目的是提供一種操作便利、直觀形象的基于大屏幕顯示的“光電虛擬黑板”系統(tǒng)。
為了達到上述目的，本發(fā)明采取下列措施基于大屏幕顯示的“光電虛擬黑板”系統(tǒng)，其特征在于頭部帶可控紅外點狀發(fā)光源的光筆指點棒的指點位置信息由帶CCD攝像器件的視頻信號處理裝置通過光學(xué)成像獲取，光筆功能操作指令信息通過對指點棒發(fā)光源進行調(diào)制獲取，位置信息與指令信息編碼合成后通過口線饋入帶有鍵盤的計算機，再通過VGA視頻線控制投影儀直投或背投得到大屏幕平面顯示界面，該界面與計算機顯示器的界面同步顯示。
本發(fā)明的優(yōu)點1、具有在大屏幕顯示界面上直接指點操作計算機的功能采用光筆指點棒替代鼠標，可以實現(xiàn)直接對大屏幕顯示界面進行指點、定位、跟蹤、定向、選擇等功能，并能與鼠標、鍵盤等計算機輸入設(shè)備實現(xiàn)全兼容；2、具有在大屏幕顯示界面上實現(xiàn)畫板操作的功能能夠在大屏幕顯示界面上直接作圖，可改變線寬、顏色、前景、后景等設(shè)置，能實現(xiàn)塊拷貝、擦除、歸整等功能；3、具有在大屏幕顯示界面上實現(xiàn)通過直寫將字符、數(shù)字、漢字輸入計算機的功能；4、操作便利，對使用者要求低；5、直觀形象，在信息交流場合能實現(xiàn)面對受教者的生動演示；6、應(yīng)用廣泛，既適合于改進多媒體教學(xué)的直觀性，又能應(yīng)用于各類答辯、放映、產(chǎn)品表現(xiàn)、軍事研討、股票分析、棋盤掛盤講解、游戲娛樂等場合。
下面結(jié)合附圖作詳細說明

圖1是基于大屏幕顯示的“光電虛擬黑板”系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是基于大屏幕顯示的“光電虛擬黑板”系統(tǒng)方框示意圖；圖3是視頻信號處理裝置方框原理圖；圖4是預(yù)處理及特征篩選電路和終止計數(shù)電路的電路原理圖。
如圖1所示頭部帶可控紅外點狀發(fā)光源的光筆指點棒[2]的指點位置信息由帶CCD攝像器件的視頻信號處理裝置[8]通過光學(xué)成像獲取，光筆功能操作指令信息通過對指點棒發(fā)光源進行調(diào)制獲取，位置信息與指令信息編碼合成后通過口線[9]饋入帶有鍵盤[6]的計算機[4]，再通過VGA視頻線[7]控制投影儀[3]直投或背投得到大屏幕平面顯示界面[1]，該界面與計算機顯示器[5]的界面同步顯示。
如圖2所示由計算機主機控制帶VGA接口的大屏幕投影儀，在大屏幕投影顯示界面上產(chǎn)生與顯示器界面同步顯示的內(nèi)容。大屏幕投影顯示界面可看作是一個虛擬的黑板界面，用光筆指點棒模擬粉筆在其上描跡操作。此時光筆描繪的軌跡經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像由CCD攝像器件探測，CCD攝像器件的輸出信號傳至視頻信號處理裝置進行處理，得到光筆描繪軌跡序列點的座標，經(jīng)座標序列合成及串行通信驅(qū)動，將序列點座標饋入計算機，在實時描跡驅(qū)動軟件驅(qū)動下實現(xiàn)在虛擬黑板界面上定位、描跡、確認、書寫、繪畫等功能。
如圖3所示CCD攝像器件在驅(qū)動電路的驅(qū)動下，探測頭部帶可控紅外發(fā)光源的光筆指點棒的指點位置，經(jīng)預(yù)處理及特征點篩選電路篩選，送至終止計數(shù)電路，來控制縱向座標計數(shù)電路和橫向座標計數(shù)電路對指點位置的兩維座標進行計數(shù)，從驅(qū)動電路中分離出視頻信號的場頻觸發(fā)電路和行頻觸發(fā)電路，對指點位置的兩維座標計數(shù)經(jīng)電子細分電路實現(xiàn)細分，并由座標合成電路對特征點的座標序列值進行合成。
如圖4所示CCD攝像器件輸出的視頻信號[11]經(jīng)由U1、U2兩個電壓比較器處理，篩選出光點特征信號[12]和行頻信號[13]，其中U1、U2的參考電壓分別由電位器W1、W2提供，行頻信號[13]經(jīng)電阻R、電容C構(gòu)成積分電路，通過電位器W3為電壓比較器U3提供參考電平而提取出視頻信號中的場頻信號[14]，行頻信號[13]經(jīng)U4反相器倒相后與光點特征信號[12]共同輸入D觸發(fā)器U5，得到X記數(shù)終止信號[15]，場頻信號[14]與光點特征信號[12]共同輸入D觸發(fā)器U6，得到Y(jié)記數(shù)終止信號[16]。圖中U6、U5所示D觸發(fā)器方框內(nèi)各符號分別代表各引線端功能，其中D表示輸入，Q表示輸出，Q‾]]>表示反相輸出，CLK表示輸入時鐘，CD表示清零，SD表示預(yù)置。
權(quán)利要求
1．一種基于大屏幕顯示的“光電虛擬黑板”系統(tǒng)，其特征在于頭部帶可控紅外點狀發(fā)光源的光筆指點棒[2]的指點位置信息由帶CCD攝像器件的視頻信號處理裝置[8]通過光學(xué)成像獲取，光筆功能操作指令信息通過對指點棒發(fā)光源進行調(diào)制獲取，位置信息與指令信息編碼合成后通過口線[9]饋入帶有鍵盤[6]的計算機[4]，再通過VGA視頻線[7]控制投影儀[3]直投或背投得到大屏幕平面顯示界面[1]，該界面與計算機顯示器[5]的界面同步顯示。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大屏幕顯示的“光電虛擬黑板”系統(tǒng)，其特征在于所說帶CCD攝像器件的視頻信號處理裝置的原理為CCD攝像器件在驅(qū)動電路的驅(qū)動下，探測頭部帶可控紅外發(fā)光源的光筆指點棒的指點位置，經(jīng)預(yù)處理及特征點篩選電路篩選，送至終止計數(shù)電路，來控制縱向座標計數(shù)電路和橫向座標計數(shù)電路對指點位置的兩維座標進行計數(shù)，從驅(qū)動電路中分離出視頻信號的場頻觸發(fā)電路和行頻觸發(fā)電路，對指點位置的兩維座標計數(shù)經(jīng)電子細分電路實現(xiàn)細分，并由座標合成電路對特征點的座標序列值進行合成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于大屏幕顯示的“光電虛擬黑板”系統(tǒng)，其特征在于所說預(yù)處理及特征點篩選電路和終止計數(shù)電路的電路原理為CCD攝像器件輸出的視頻信號[11]經(jīng)由U1、U2兩個電壓比較器處理，篩選出光點特征信號[12]和行頻信號[13]，其中U1、U2的參考電壓分別由電位器W1、W2提供，行頻信號[13]經(jīng)電阻R、電容C構(gòu)成積分電路，通過電位器W3為電壓比較器U3提供參考電平而提取出視頻信號中的場頻信號[14]，行頻信號[13]經(jīng)U4反相器倒相后與光點特征信號[12]共同輸入D觸發(fā)器U5，得到X記數(shù)終止信號[15]，場頻信號[14]與光點特征信號[12]共同輸入D觸發(fā)器U6，得到Y(jié)記數(shù)終止信號[16]。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于大屏幕顯示的“光電虛擬黑板”系統(tǒng)。它是頭部帶可控紅外點狀發(fā)光源的光筆指點棒的指點位置信息由帶CCD攝像器件的視頻信號處理裝置通過光學(xué)成像獲取,光筆功能操作指令信息通過對指點棒發(fā)光源進行調(diào)制獲取,位置信息與指令信息編碼合成后通過口線饋入計算機,再通過VGA視頻線控制投影儀直投或背投得到大屏幕平面顯示界面。本發(fā)明具有在大屏幕顯示界面上直接指點操作計算機和實現(xiàn)畫板操作的功能,并有操作便利、直觀形象的優(yōu)點。
文檔編號G09G5/00GK1281209SQ9911057
公開日2001年1月24日 申請日期1999年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月20日
發(fā)明者劉向東, 劉旭 申請人:浙江大學(xué)