电磁式电子白板定位算法的设计和实现
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交互式电子白板的设计与实现随着信息技术的发展,交互式电子白板作为新型智能教学设备,已经成为现代教育中不可或缺的一部分。
相比于传统的石墨板、白板和投影仪等教具,交互式电子白板具有更加出色的互动性、实时反馈性和个性化定制性,为教学活动提供了更多的可能性和更广泛的应用场景。
本文将重点探讨交互式电子白板的设计与实现。
一、硬件设计交互式电子白板必须具备硬件设备,作为基础支撑,同时要满足底层驱动、信号传输和电源保障等多重需求。
硬件设计的关键在于发挥各个功能组件的优势,同时满足实际的需求,确保各个环节的协同合作。
硬件设计主要包括以下几个方面:1.屏幕:交互式电子白板的核心部件是触控屏幕,涉及到显示质量、触控感应、耐磨性、耐用性等方面的考虑。
常见的屏幕类型有电磁感应式和电容式触控屏,具体选择要根据实际需求和教学场景来决定。
2.控制器:控制器是连接触控屏幕和计算机的核心设备,主要负责信号的接收和处理,常见的控制器类型包括USB、VGA和HDMI等。
3.支架和支架杆:支架和支架杆是交互式电子白板的重要组成部分,主要负责支撑屏幕、控制器和相关配件,要求结构稳固、易于操作和调整。
4.投影仪和音响:投影仪和音响是交互式电子白板的重要辅助设备,能够提高教学效果和互动性,同时也需要考虑其型号、投射距离、音效质量等方面的要求。
二、软件系统除了硬件设备之外,交互式电子白板还需要配备相应的软件系统,实现教学资源的展示和管理、互动交流和思维创新等多方面的功能。
软件设计的关键在于界面友好、易于操作和兼容性强,能够满足教师和学生的实际需求和个性化需求。
软件系统主要包括以下几个方面:1.界面设计:界面设计是软件系统的核心,直接决定了用户体验和互动效果,要求清晰、简洁、美观和易于操作。
2.多媒体资源管理:多媒体资源管理是软件系统的主要功能之一,可以支持多种文件格式和各种教学资源,方便教师进行资源组织和展示。
3.互动交流:互动交流是交互式电子白板的最大优势之一,软件系统需要支持实时互动、群组讨论、投票功能等,促进学生的积极参与和合作学习。
嵌入式定位系统的设计与软件算法实现-设计应用定位系统自问世后便得到了蓬勃发展,其应用已渗入到各行各业。
个人消费领域引领移动定位类型科技产品集中涌现,其他领域和行业也有大量技术更新。
目前各领域的定位系统主要集中在平台和地图的研发上,平台配合应用要求选用硬件,地图根据显示要求实现软件算法。
因而,它们在定位系统的研究工作中各成体系,兼容性不强。
近年来,在定位系统设计中,硬件选择越来越集中在几个品牌的几个型号上。
而软件设计方面比较分散。
因而在一个兼容性强的平台上实现软件的集中研发,将是未来的研发方向。
这里提出一种系统构造模式,弱化硬件平台的影响而力求限度的统一软件设计。
1 系统整体设计方案这里提出一种实用的设计方案,通过对系统的各方面配置,实现GPS实时导航功能。
系统主控器件采用韩国Samsung公司生产的ARM核32位RISC微处理器S3C2410,并在由其组成的开发板上移植Linux操作系统,Linux操作系统负责系统的整体调度和控制。
通过S3C2410的UART接口连接GPS接收机,用以接收NEMA0183格式的GPS定位信息。
通过UART接口和GSM/GPRS模块MC35进行通信。
为了在移动LED上实现电子地图的绘制显示,系统的整体层次结构框图如图1所示。
Linux操作系统负责底层硬件的初始化和管理,并向上层提供应用接口,MiniGUI完成电子地图在LED上的绘制,并通过Linux内核提供的应用接口与GPS接收机和GSM/GPRS模块完成通信等功能。
要得到地图的左上角和右下角的经纬度坐标,只需知道地图边界范围内任取的2个参考点的4个参数即可。
通过在某地实地采集的3个参考点,得到表l所列的坐标数据。
根据公式,上面的3个参考点共有3种组合方式,分别得出3组经纬度值,对这3组取平均值,以减少误差,提高精度。
终求得左上角和右下角的坐标数据,如表2所示。
从而得到基准点,并将其坐标数据保存到坐标数据文件taiyuan_gps.dat中。
绪论一、选题背景以及意义随着计算机技术的飞速发展, 全球定位系统(GPS) 和地理信息系统 (GIS) 在各行各业中得到广泛的重视和应用, 两者的集成化程度也日益加强,实现了GPS 导航信息在GIS上的可视化、一体化和集成化,能够在地图上实时动态地跟踪目标和显示地理位置。
GPS定位为GIS提供了采集数据信息的新方法,GIS为GPS提供了可视化的原始地图背景,两者关系愈加紧密。
电子地图是随着计算机技术的发展而产生的一种崭新的地理信息载体,具备地图的内涵, 是数字地图在计算机屏幕上的符号化显示, 具有信息丰富、直观易懂、更新方便、实用灵活等特点, 因而受到用户的普遍欢迎。
所以电子地图与GPS定位系统相结合成为两者未来发展的必然趋势。
随着GPS车载导航设备和PDA设备的快速发展,GPS、电子地图与掌上电脑技术相融合,逐步形成一个嵌入式的掌上导航系统,是当前GIS、GPS研究领域的主要趋势。
如今,作为GPS与GIS 很好的结合体,GPS车载导航系统在国内外市场已经逐步普及,成为汽车行业的宠儿。
本文选题意义在于利用GIS矢量数据(shapefile非拓扑关系数据)作为电子地图格式,结合GPS,在电子地图上实现实时定位,对基于电子地图GPS定位技术的研究打下了坚实基础。
二、国内外研究进展作为GPS导航与GIS的结合体,嵌入式掌上导航系统成为了国内外GPS厂商发展的重点,尤其是汽车行业的宠儿——车载GPS导航系统。
车载GPS导航系统是一种先进的导航系统,能够探测到汽车在行驶途中的当时位置,协助驾驶者在陌生的道路环境中,通过电子地图与话音指南,准确地掌握前往目的地的路线。
它是GPS导航定位技术与电子地图技术结合的焦点。
现阶段,随着电子产和汽车产业的快速发展,国内外汽车生产商、GPS专业厂商加快了对汽车GPS导航系统研制,而我国汽车导航系统本身起步比国外要晚了许多,在各个方面存在着较大差距,下面简述国内外在该行业上的研究进展状况。
基于电磁感应的室内定位与导航系统设计室内定位与导航系统的设计一直是现代科技领域的热门研究课题之一。
随着人们对室内定位需求的增加,基于电磁感应的室内定位与导航系统备受关注。
本文将围绕基于电磁感应的室内定位与导航系统设计展开讨论,探讨其原理、应用以及存在的问题与挑战。
首先,我们来介绍一下基于电磁感应的室内定位与导航系统的原理。
电磁感应是指利用电磁场与物体之间的相互作用来实现定位和导航的技术。
在室内环境中,可以利用室内的磁场或电场等特征进行定位与导航。
室内定位与导航系统设计的基本思路是通过布置一定数量的感应节点,在室内环境中建立电磁场分布的数学模型,进而利用这些节点对室内环境的电磁场进行采集,通过算法计算出用户的位置信息,并提供导航指引。
常用的基于电磁感应的室内定位系统包括磁场定位系统、电场定位系统等。
磁场定位系统利用地球的磁场以及室内电器设备所产生的磁场对用户进行定位。
感应节点会测量环境中的磁场强度,并通过算法计算用户位置。
这种定位系统的优点是准确度较高,且对用户设备要求较低。
但是,由于磁场受到金属物体的干扰等因素的影响,系统的稳定性和精度仍然存在一定的挑战。
电场定位系统则利用设备所产生的电场信号进行定位。
感应节点会测量环境中的电场强度,并通过算法计算用户位置。
这种定位系统的优点是在对金属物体的干扰较小,且定位精度较高。
然而,由于室内环境中电场信号的分布不均匀,系统的可靠性与稳定性还有待提升。
基于电磁感应的室内定位与导航系统在实际应用中具有广泛的前景。
举例来说,室内定位与导航系统可以用于购物中心、机场、医院、博物馆等场所的导航服务,方便用户找到目的地。
在紧急情况下,室内定位系统还可以发挥重要作用,协助救援队伍准确定位被困人员,并迅速导航到达。
尽管基于电磁感应的室内定位与导航系统在实际应用中有很多优势和潜力,但也存在一些挑战。
首先,系统的精度和稳定性需要进一步提高。
当前的室内定位与导航系统在复杂环境下,如多层建筑、有干扰物的区域等,还存在误差和不准确的情况。
基于双模块定位的超宽屏电子白板设计【摘要】本文提出了一种采用双模块定位的超宽屏交互式电子白板系统的整体软硬件实现方案,能够实现传统教学黑板4m*1.5m范围内精确定位和超宽屏书写。
系统基于红外超声波进行定位,为提高测距精度,在软件上加入了多点校准算法保证定位的准确性。
为了使两个接收器在中间定位重合的区域协调工作,解决在融合区笔迹坐标选择问题,结合实际提出了一种线性融合的思路。
实验结果表明系统实现了超宽屏书写,并适合在不同材质上使用,其通用性强,可靠性高。
【关键词】红外线超声波定位;精确测距;多点校准;线性融合1.引言交互式电子白板是在传统白板上应用软硬件技术,在白板上实现人机交互功能的系统,被广泛应用与教育、商务、培训、会议等领域。
随着计算机多媒体技术的快速发展,交互式电子白板技术已经渐趋成熟,但传统的交互式电子白板受各种技术限制,其定位范围十分有限,在教育等领域中仍然不能完全替代传统的板书[1]。
而随着宽屏技术的兴起,在显示效果上已经能达到宽屏大范围,人们自然希望将交互式电子白板与宽屏显示结合起来[2]。
目前,欧美发达国家在交互式电子白板技术及应用[3]上都十分成熟。
国外产品书写效果较好,功能设计人性化,而且有多模块联合定位的宽屏应用产品,但价格非常昂贵,制作工艺复杂,核心技术没有相关的报道。
国外文献大多使用机器视觉和图像处理的方法,并没有对宽屏电子白板的概念和实现方案进行详细描述,而且大多在Dr.Johnny Chung Lee发明的使用Wii手柄制作的简易电子白板的基础上扩展而成[4]。
该方法的优点是开发和实现成本低,但缺点是架设及校准过程繁琐,有红外反射问题容易造成误判,Wii手柄接收和红外发射笔发射通路容易被身体阻隔造成断点现象,而且一旦投影区变大,需要考虑Wii与计算机长距离通信问题。
文献[5]使用了Kinect的深度摄像头检测用户动作轮廓,将深度数据处理后显示笔迹的方法。
该方案免去了红外发射的部分,但实现需要昂贵的深度摄像头。
(此文档为word格式,下载后您可任意编辑修改!)绪论一、选题背景以及意义随着计算机技术的飞速发展, 全球定位系统(GPS) 和地理信息系统 (GIS) 在各行各业中得到广泛的重视和应用, 两者的集成化程度也日益加强,实现了GPS 导航信息在GIS 上的可视化、一体化和集成化,能够在地图上实时动态地跟踪目标和显示地理位置。
GPS定位为GIS提供了采集数据信息的新方法,GIS为GPS提供了可视化的原始地图背景,两者关系愈加紧密。
电子地图是随着计算机技术的发展而产生的一种崭新的地理信息载体,具备地图的内涵, 是数字地图在计算机屏幕上的符号化显示, 具有信息丰富、直观易懂、更新方便、实用灵活等特点, 因而受到用户的普遍欢迎。
所以电子地图与GPS定位系统相结合成为两者未来发展的必然趋势。
随着GPS车载导航设备和PDA设备的快速发展,GPS、电子地图与掌上电脑技术相融合,逐步形成一个嵌入式的掌上导航系统,是当前GIS、GPS研究领域的主要趋势。
如今,作为GPS与GIS 很好的结合体,GPS车载导航系统在国内外市场已经逐步普及,成为汽车行业的宠儿。
本文选题意义在于利用GIS矢量数据(shapefile非拓扑关系数据)作为电子地图格式,结合GPS,在电子地图上实现实时定位,对基于电子地图GPS定位技术的研究打下了坚实基础。
二、国内外研究进展作为GPS导航与GIS的结合体,嵌入式掌上导航系统成为了国内外GPS厂商发展的重点,尤其是汽车行业的宠儿——车载GPS导航系统。
车载GPS导航系统是一种先进的导航系统,能够探测到汽车在行驶途中的当时位置,协助驾驶者在陌生的道路环境中,通过电子地图与话音指南,准确地掌握前往目的地的路线。
它是GPS导航定位技术与电子地图技术结合的焦点。
现阶段,随着电子产和汽车产业的快速发展,国内外汽车生产商、GPS专业厂商加快了对汽车GPS导航系统研制,而我国汽车导航系统本身起步比国外要晚了许多,在各个方面存在着较大差距,下面简述国内外在该行业上的研究进展状况。
基于电磁波传播模型的室内定位算法研究室内定位是指在室内环境中确定移动设备的位置。
对于无线通信技术而言,室内定位一直是一个具有挑战性的问题。
在缺乏全球定位系统(GPS)的室内环境中,我们需要一种可靠的室内定位算法。
基于电磁波传播模型的室内定位算法正是通过分析和建立电磁波在室内环境中的传播模型来实现的。
基于电磁波传播模型的室内定位算法主要包括三个步骤:信号特征提取、信号传播模型建立和位置估计。
首先,信号特征提取是室内定位算法的基础。
通过测量、分析和处理接收到的无线信号,我们可以提取出一些关键的信号特征,如信号强度、到达时间差、相位差等。
这些信号特征可以用来描述信号在室内环境中的传播过程,为后续的信号传播模型建立提供基础。
其次,信号传播模型建立是基于电磁波传播模型的室内定位算法的核心。
它通过分析和建立电磁波在室内环境中的传播模型,即描述信号在室内环境中传播的数学模型,来实现室内定位。
常用的传播模型包括路径损耗模型、多径传播模型等。
路径损耗模型描述了信号在室内环境中随着距离的增加而衰减的过程,多径传播模型描述了信号在室内环境中因多个反射、散射、绕射等效应导致的多条路径传播的过程。
根据实际测量数据与模型拟合,可以估计出室内环境中的传播参数,如路径损耗指数、多径传播参数等。
最后,位置估计是基于电磁波传播模型的室内定位算法的最终目标。
通过信号特征提取和信号传播模型建立,我们可以得到一组信号特征和对应的传播模型参数。
在位置估计阶段,我们可以利用这些信息来估计移动设备的位置。
常用的位置估计算法包括最小二乘法、加权最小二乘法、粒子滤波等。
这些算法通过对信号特征和传播模型参数进行处理和分析,以得到最可能的位置估计结果。
综上所述,基于电磁波传播模型的室内定位算法是通过分析和建立电磁波在室内环境中的传播模型来实现室内定位的。
它包括信号特征提取、信号传播模型建立和位置估计三个步骤。
通过这些步骤的处理和分析,我们可以得到移动设备在室内环境中的位置估计结果。
随着人类社会的不断发展,分工与合作变成了提高工作效率的关键点,协同办公变成现在比较流行的一个话题,CSCW(计算机支持协同工作)变成了计算机研究的重要方向,共享白板是具有代表性的的协同办公应用,其组成了一个可以大家工作操作的一个交流环境,实现了实时同步一个人的修改操作到这个协同环境的其他计算机上。电子白主要应用于协同工作系统,随着信息网络的高速发展,通过网络等远程通讯方式搭建出一个虚拟化的办公或学习的区域,基于Internet的共享电子白板成为主流,但是网络的不稳定性容易导致用户体验的流畅性得不到保证,而且分布式的白板系统,首先要需要在用户数量上面支持多用户,并且还要保证共享白板系统的操作和响应在一个可以接受的范围。考虑到这些特点和因素,在实现共享电子白板系统上,更加注重解决保持数据的一致和用户体验这两点。 1保持一致性 在白板系统通信的过程中,为了提升相互之间的响应速度,通常会把需要共享的数据信息(如:用户输入的文档信息,一起画的图形信息)拷贝到共享用户的物理计算机上,用户之间通过消息的通信保证各个用户之间信息的同步和一致性的目的,一个用户的信息有变更后,发送消息给其他的用户,其他用户收到后,在本地执行相同的指令信息,从而达到完全同步也就是共享的目的。这时候如果网络速度跟不上,或者出现延迟,电子白板系统没有收到相应的信息或者延迟收到操作信息,就会影响到用户的体验,和共享白板工作的顺利进行。这时候就要用到并发控制方法,目前比较有用的控制方法如:锁定控制法、事务控制机制、轮流控制机制、集中控制机制等。(1)锁定控制法这是一种保证数据一致性的常用的手段,锁定控制法指在一个操作(如:修改某一个文档或者某个图形)即将开始之前先将其上锁,这样在一个用户操作的时候,其他的用户就不可以对这个锁定的对象进行操作。用户首先需要对需要修改的图形对象进行选中操作,被选中后该区域会展示轮廓和变色信息,获取到这个锁的对象之后,才可以对其进行操作。这样就可以限制住一个文件在同一时间只能有一个用户在操作,不会有冲突,但是响应时间比较长效率比较低,而且锁的粒度很难把握,如果设置的太小,无疑会家中系统的负担,但是如果设置的过大,就会严重影响到用户并行的需求。(2)事务控制机制是在分布式的需求中使用的最常见的一种方式,在软件设计中应用的也非常广泛,主要是指在进行一系列事务操作之前,先把之前存在的数据保存,如果事务操作过程中不同的用户同时操作了一个数据,就把数据还原回去,就当作什么也没发生过,当然这个机制显然不适合咱们的共享电子白板系统,事务的响应和效率很低,而且其执行的时候是不被感知的,因此这个并不适合这个系统。(3)轮流控制机制。轮流控制机制顾名思义就是保证同一个时间只能有一个用户进行操作,并不可以有并发的操作,所以如果用户量比较大的情况下,是不适用的。(4)集中控制机制。建立一个集中控制管理的进程,用来做中心管理控制的功能,主要的作用相当于一个消息中心,接收来自各个用户的操作信息,并以广播的形式发送给共享白板的用户,这样可以保证操作的有序性,时效性和一致性,无论什么操作,首先需要把消息发送到管理中心,再由其进行分发。虽然可以保证系统的集中控制,但是这种集中控制有可能会成为系统的瓶颈。同时所有操作都由中心进程分发,会影响效率。虽然可能会受到网络信息的影响,但是目前是相对来说比较好的选择。(5)检测依赖。对于每一个用户的修改都给出时间戳,之后可以查看时间戳之间是否有冲突来判断是否可以执行。这种方法使得没有冲突的本地和异地的都可以执行,但是一但出现了冲突,就需要使用者进行修改。以上对并发的各种控制机制进行比较后,共享电子白板系统可以采用时间戳和集中控制相结合的方式。 2应用之间信息共享技术传输格式设计 系统之间通信主要通过收发消息实现共享,如果其中一个用户修改了信息,系统会把这个信息以指定的格式封装起来,通过网络传输到其他与会用户的计算机上,他们接收到数据之后,按照之前拟定好的协议把指定格式的数据进行解密,如果其他的用户操作并修改了数据,也是同样的方式进行相互之间的传输。由于共享白板服务器既需要把信息发送广播到其他用户,而且还需要接收用户的操作请求,这些信息的数据长度和内容比较难统一,所以为了简单方便,把各种数据和命令序列化为二进制的流,优点在于可以让传输层的数据格式独立于应用显示层,使其适用的平台更为广泛,传输层不再需要关注传输的内容和格式,只要知道数据的长度就可以了,而其他的信息都交给应用层去设计。数据协议的类型主要分为四个类型:(1)图形、文本的管理:新建或编辑的文本、图形的绘制和修改(2)用户信息的管理:用户信息不同光标需要标注(3)同步信息的管理:协同不用用户的不同需求(4)以锁的方式控制并发操作:对不同的用户标记为不同的锁,来加以区分详细使用方法如下:(1)文本数据协议:文本协议类型标识,如‘010’,需要传输的文本或信息,还有发送信息人的IP地址信息,这样就可以让接受信息的人知道文本的发送人,修改文本的格式信息,x,y坐标标识在屏幕的位置,因为TCP在传输的过程中有可能会重新组装数据,所以TCP协议有可能会把所有的重组信息接收完成,才一起发送,所以信息接收者通过在信息流的结尾使用换行符(0x0D),调节文本的输出格式。(2)图形数据协议:协议标识和文本标识的不同之处在于字体和字符串信息更换成了线形填充信息。通信信息格式协议:用户的退出和加入会实时同步到共享白板服务器上,同时把这些消息发送到其他用户那里。主要由序列号如‘020’,加上用户的地址信息和名称信息和结尾符。(3)新的用户进入到系统中时,共享服务器会向所有客户发送新用户的信息,并且需要加上标识信息‘020’,然后把其他的信息更新给新的用户,就完成的数据的同步工作。在用户退出共享白板系统的时候,会发送以‘021’的标识加上退出用户的信息给其他用户,他们本地就会完成删除工作。 3用户相互感知方面 在人们在现实中开会的时候,很容易通过听觉、触觉和视觉领会到彼此之间的肢体动作和实际的语言,更通过两种语言的互补,就可以更加准确的理解其目的,与会人员则可以更加简单的理解其他人的意图、动作和位置,可以说这种协同的效率是很高的。而我们的共享白板系统则是为与会人员创建了一个虚拟的会议空间,虽然可以使大家可以实现远程的协作,但是虚拟空间必然没有现实空间中感受的那么明显,这时候需要关注到白板上能够展示出来的信息,通常来说,解决这个效率低下问题的方法有如下几种:(1)光标信息的可变性:用户进行的操作有很多种,如图形、文本、删除等操作,想要更直观的展示出来不同的操作类型,可以以特定的标记去标识出来操作类型,比如在删除操作时候,光标显示出橡皮擦;在对图形进行操作时候,光标显示图形样式。(2)用户不同,使用不同颜色去标记:不同的用户,首先系统自动分配给不同的颜色,这时候需要注意角色不要过多,颜色之间应该做到有辨识度,这样在每个用户进行操作的结束之后,对其操作的结果进行标记。(3)多个光标显示用户名信息:用户在本地计算机上进行的操作,光标不仅在本地,而且也会在共享白板上显示,同时其他的用户也会这么展示。(4)缩略图显示:首先我们可以展示两个页面,一个展示的是用户的工作环境,用户可以对工作环境的页面进行操作,而另一个页面展示的是当前的缩略图,这个缩略图也会在其他共享的屏幕上展示,这样用户可以做到统观全局,可以加强用户对于当前系统的情况进行充分的了解。在现实情境中,因为网络问题有限制,只需要关注操作的结果,所以只需要记录并展示用户操作的结果信就可以,颜色标记法限制用户的颜色种类,使其应用变得很不自然。如果所有的共享白板客户都修改了这些数据,传输数据的时候就需要附加上IP地址信息(用户在接收到这些信息之后,就可以通过IP地址查询到发送人的详细信息),而参加到共享白板的用户,每个人都会有一个标识自己的光标,用来标识自己的有效性。如果有多个光标的情况,再用深度值去区分自己的和其他用户的光标,深度值最高的永远展示在最前面,当某一个用户选择了远程的光标,这个光标就会出现在当前窗口的中间。 4总结 通过以上的讨论可以确定系统的结构,对于在CSCW的应用的需求下,我们对于共享电子白板系统的设计首先需要有一个消息中心,负责管理会议的查询、参加会议人员的信息和通信的显示。而分布在各个地方的用户可以通过网络连接,系统把内部通信的详细信息隐藏了,只展示给用户简单的页面信息。对于在共享电子白板的设计与实现中,满足了高并发且相互协作应用系统的需求,设计了以网络进行通信的虚构空间,实现了基本的用户操作实例,完成了应用之间通信的传输格式设计、多个用户同时参与、协同共享的数据一致、用户体验流畅。 作者:姜世芬 单位:江门职业技术学院
智能交互式电子白板设计与实现随着科技的不断进步,我们的教学方式也在不断地改进和革新。
电子设备已经在我们的教育领域中得到了广泛的应用,其中一个重要的应用就是智能交互式电子白板,在教育领域中得到了越来越广泛的应用。
本文将介绍智能交互式电子白板的设计和实现。
一、智能交互式电子白板的定义智能交互式电子白板是一种类似于传统黑板的教学工具,它采用LCD或LED显示屏幕取代了传统的石膏板。
它可以连接到计算机或智能手机上,支持教师和学生在白板上书写、标记和编辑教学内容,以及实时地让大屏幕上展示所有的操作过程。
而且还可以使用手势功能,教师和学生可以直接从白板上打开电子文档、查看网页和播放视频等等。
因为它支持触摸,任何人都可以轻松地控制白板,而不需要使用鼠标和键盘,这让交互式教学变得更加生动和有趣。
二、智能交互式电子白板的功能智能交互式电子白板除了能够替代传统的石膏板之外,还具有以下功能:1、教学内容录制功能这一功能可以将在智能交互式电子白板上的教学内容录制下来,然后制成录播课程,供学生们反复学习。
2、云教学功能学生和老师可以在任何时候、任何地点联网,进行实时的云教学,这极大地扩展了教学的覆盖范围。
3、多语言环境支持智能交互式电子白板支持多种语言环境,非常适合跨国公司、国际学校等使用。
4、兼容性强智能交互式电子白板能兼容各类多媒体设备,也可以方便地与不同的软件,包括各种培训软件,进行集成操作。
三、智能交互式电子白板的设计与实现原理部分:先介绍电子白板的基本原理,石膏板的替代——LCD/LED显示屏的使用;然后介绍白板的触控原理,白板信号可分为电磁感应型、红外感应型、电容式触控型等多种模式。
因需要实现手写板式的操作体验,我们选择了电磁感应型作为核心技术。
硬件部分:分为硬件设计及实现两个方面。
硬件设计主要包括主控板设计、电源管理、触控模块设计、外设接口设计等方面,难点在于高速的触摸信号处理和数据传输。
硬件实现则是将该方案转化为实际操作的过程,包括PCB制作、元器件选型、焊接调试等工作。
电磁式电子白板定位算法的设计和实现
【摘 要】本文为了提高电子白板定位算法的速度和精度,提出了一种高效
的透视变换定位算法,并给出了详细的实现步骤。经过测试,该定位算法取得了
良好的效果。
【关键词】定位算法;透视变换;高斯消元法
0.概述
电磁交互式电子白板的硬件系统由电子白板、电子感应笔、投影仪和计算机
组成,软件系统由驱动软件和应用软件组成。其结构如图1所示。电子白板采用
USB线与计算机连接,实现交互操作。投影仪将计算机屏幕投影至电子白板。
电子感应笔在电子白板上的操作将直接模拟成鼠标在计算机上的操作。当电子感
应笔在电子白板上进行左击、双击、移动或右击时,感应产生的物理坐标和动作
通过USB线传给计算机,计算机对物理坐标和动作的转换算法成为电子白板系
统应用的关键问题,而定位算法直接决定了坐标转换的精确度。
图1 电磁交互式电子白板系统结构图
1.定位算法的设计
1.1电磁式电子白板工作原理
电磁式电子白板是采用一支可以发射电磁波的笔和水平垂直两个方向排列
的接收线圈膜组成。定位原理是,发射电磁波的笔间歇式发射电磁波,当笔靠近
接收线圈的膜时,线圈上会感应到笔发射的电磁波。离笔越近的线圈组感应到的
电动势越高,根据水平方向和垂直方向感应到的电动势,通过计算可以获得笔在
接收线圈膜的X、Y坐标的绝对位置。通过定位算法可以将接收到的线圈膜绝对
坐标值映射到计算机的屏幕上。
1.2几种定位算法的比较
等比例缩放定位算法是把电子白板上的投影区域近似于一个矩形,并将该矩
形和计算机屏幕进行等比例映射,建立线性映射函数。完成定位操作后,电子感
应笔的每个有效操作将电子白板上的坐标传至计算机,并通过映射函数得到计算
机屏幕的坐标。等比例缩放定位算法由于投影会导致失真,计算机矩形屏幕投影
到电子白板上呈不规则矩形,因此将导致较低的坐标转换效率。
仿射变换[1]定位算法相对于等比例缩放定位算法在坐标转换效率上有大幅
提高。但仿射变换只有6 个自由度,3 点即可完成定位,因此,仿射变换不能
保证将四边形及四边以上的多边形映射为同等边数的多边形。仿射变换定位法在
3 个定位点确定的区域内坐标转换精确度较好,但区域外精确度将极大降低。
透视变换[2]是中心投影的射影变换,在用非齐次射影坐标表达时是平面的
分式线性变换,透视变换常用于图象的校正,具有如下的形式:
X= Y= 且A=a a aa a aa a a≠0
大部分空间变换都可以用一个3×3的变换矩阵来表示:
[x,y,z]A=[X,Y,Z]
其中,x、y、z 和X、Y、Z分别为变换前后的坐标;H 为变换矩阵;z与
Z是为了与三维矩阵构成齐次处理而引入的齐次坐标,通常取z=1。映射关系中
存在9 个未知数。由于a与其他8个参数存在线性相关性,因此透视变换只有8
个未知数,电子白板的定位只需4个定位点的坐标信息即可完成。电子白板上的
坐标分别为(x,y)、(x,y)、(x,y)、(x,y)。计算机屏幕显示坐标分别为(X,Y)、(X,Y)、
(X,Y)、(X,Y)。可得:
x y 1 0 0 0 -xX -yXx y 1 0 0 0 -xX -yXx y 1
0 0 0 -xX -yXx y 1 0 0 0 -xX -yX0 0 0 x y 1
-xY -yY0 0 0 x y 1 -xY -yY0 0 0 x y 1 -xY -yY0
0 0 x y 1 -xY -yYAAAAAAAA=XXXXYYYY
A、A、A、A、A、A、A、A是8个坐标转换参数,其中,A=,A=…A= 。
在坐标转换效率方面,透视变换定位法优于分区域2次仿射变换定位法。透
视变换定位法在确定转换参数后,坐标转换计算只是简单的算术运算。大大提高
了坐标转换的精度和效率。
2.定位算法的实现
电磁式电子白板采用透视变换定位算法具有较高的坐标转换速度和精度,在
实践中取得了良好的效果,透视变换定位算法的实现具体步骤如下:
首先,选取电子白板投影区域的左上、右上、右下和左下四点作为定位点,
此四点依次对应于计算机屏幕的左上、右上、右下和左下四点,如图2所示:
图2 投影区域定位点的选取
其次,利用电子白板的物理坐标左上(x,y)、右上(x,y)、右下(x,y)、左下(x,y)
和计算机屏幕坐标左上(X,Y)、右上(X,Y)、右下、(X,Y)、左下(X,Y)的数据,根
据[x,y,z]A=[X,Y,Z]编制程序,利用高斯消元法[3]求解方程组。编程序步骤如下:
(1)定义一个整型的二维数组int x[8][8]={x0,y0,1,0,0,0,-x0X0,-y0X0,
x1,y1,1,0,0,0,-x1X1,-y1X1, x2,y2,1,0,0,0,-x2X2,-y2X2,
x3,y3,1,0,0,0,-x3X3,-y3X3,0,0,0, x0,y0,1, -x0Y0,-y0Y0, 0,0,0, x1,y1,1, -x1Y1,-y1Y1,
0,0,0, x2,y2,1, -x2Y2,-y2Y2, 0,0,0, x0,y0,1, -x3Y3,-y3Y3}。
(2)定义一个整型的一维数组int X[8]={ X0, X1, X2, X3, Y0, Y1, Y2, Y3}。
(3)将上述两个数组带入void GaoShiAlg(int x[][8],int X[])中,可以得到8个
坐标转换参数。根据这8个坐标转换参数,可以将电子白板投影区域内的任意一
点通过X=和Y=映射到计算机的屏幕上。
GaoShiAlg(int x[][8],int c[])
{ float a[10][10],b[10],d=0,t=0,sum=0;
int k=1,l=0,i=0,j=0,m,n;
n=8; m=8;
for(i=1;ifabs(d))
{ d=a[i][k];
l=i;
}
}
if(l!=k)
{ for(j=k;j=1;i--)
{ sum=0;
for(j=i+1;j<=n;j++)
{ sum=sum+a[i][j]*b[j]; }
b[i]=b[i]-sum;
}
}
3.结束语
本文采用透视变换定位算法处理电磁式电子白板系统的坐标转换问题,取得
了良好效果。该方法在实践应用中具有较大价值。
【参考文献】
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