专利名称：一种光学触摸屏的制作方法
技术领域：
一种光学触摸屏技术领域[0001]本实用新型涉及电子白板领域。
背景技术：
[0002]电子白板按触摸技术可分为二类主动触摸式和被动触摸式,主动的触摸系统需要特殊的装置去接触触摸表面，最常用的交互装置是特制的电源供电的交互笔；而被动的触摸系统则不需要特殊的触点去激活触摸表面，用户完全可以用手指或其他物体完成交互工作。[0003]从整个电子白板的发展趋势看，被动触摸式电子白板已趋于主流，采用摄像扫描式的探测技术有以下几种[0004]第一种，使用安装在白板外的摄像机对整个白板进行摄入，当发光笔在白板上进行书写，摄像头感知光点的移动来获得光笔的位置，其缺点是摄像头需要安装在白板外面， 当人在前面书写时，发光笔的光点会被阻挡。[0005]第二种，采用安装在白板上的多个线阵CCD对发光笔进行探测，通过判断光点在每个线程CCD的位置进行计算定位，其缺点是需要发光笔。[0006]第三种，采用安装在白板上的多个摄像机对探测物体进行扫描，通过判断物体在每个摄像机中的特征量进行坐标定位，这种方式还是比较先进的，但处理较为复杂，此外对摄像机的安装具有很高的要求。发明内容[0007]本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种光学触摸屏，它通过检测辅助的白板框图像，间接获得触摸信息，它允许手指或物体直接在白板上进行触摸，无需使用信号笔。[0008]本实用新型解决其技术问题采用的技术方案这种基于图像检测的电子白板系统，主要包括白板，在白板上的左右边角位置分别放置有第一图像摄入装置和第二图像摄入装置，其中第一图像摄入装置用于第二对边框条和第三边框条进行图像采集，第二图像摄入装置用于第二对边框条和第一边框条进行图像采集，第一边框条、第二边框条和第三边框条在白板的内侧面设有黑白交替边界；第一图像摄入装置和第二图像摄入装置的中心光轴分别同其两侧边框成一定角度，中心光轴的高度正对于黑白交替边界；第一图像摄入装置和第二图像摄入装置分别与主处理器相连接。[0009]所述的第一图像摄入装置和第二图像摄入装置均由摄像头和图像处理单元构成， 二个摄像头的中心光轴分别同其两侧边框成45度。[0010]所述的摄像头由水平视场角大于90度的球面镜头和高清晰的CMOS彩色图像传感器组成。[0011]所述的主处理器通过USB装置与计算机相连接。[0012]通过以上技术方案，本实用新型采用了白板固有的边框进行图像检测，在不增加额外电子装置情况下，实现了电子白板的交互信息。它由引入的白板框作为图像检测目标， 通过判断该参考目标的特征量变化，间接获得物体在电子白板的触摸信息，本系统的实用新型使白板装置变得简单，具有极高的实用价值。
[0013]图I为本实用新型的系统组成示意图；[0014]图2为本实用新型系统边框条装饰示意图；[0015]图3为本实用新型的图像摄入装置的组成示意图[0016]图4为本实用新型的图像处理单元的原理示意图；[0017]图5为本实用新型的主处理器单元的原理示意图；[0018]图6为本实用新型坐标计算示意图；[0019]图7为本实用新型辅助光源安装示意图；[0020]附图标记说明第一图像摄入装置1，第二图像摄入装置2，第一边框条3，第二边框条4，第三边框条5，白板6，主处理器7，黑白交替边界11，球面镜头20，CMOS彩色图像传感器21，可编程逻辑器件22，数字信号处理器23，摄像头26，图像处理单元27，图像数据缓冲装置51，图像噪声滤波模块52，边缘提取模块53，移动检测模块54，颜色均值模块55，数字信号模块56，亮度数据60，色度数据61，曲线分析单元62，差异分析单元63，颜色分析单元64，单片机70，EPROM 71，USB模块80，被测物体100，红外LED 101，PCB板110。
具体实施方式
[0021]
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明[0022]如图I所示，这种基于图像检测的电子白板系统，主要包括白板6，在白扳6上的左右边角位置分别放置第一图像摄入装置I和第二图像摄入装置2〔也可以二个以上〉。第一图像摄入装置I和第二图像摄入装置2由摄像头26和图像处理单元27构成(见图3〉，摄像头26由水平视场角大于90度的球面镜头20和高清晰的CMOS彩色图像传感器21组成， 安装后的摄像头的中心光轴同其两侧边框成45度，第一图像摄入装置I对笫二边框条4和笫三边框条5进行图像采集，第二图像摄入装置2对第二边框条4和第一边框条3进行图像釆集，第一边框条3、第二边框条4和第三边框条5在白板6的内侧面装饰成黑白交替边界11见图2〔边框内侧被装饰成灰阶分隔〉，调整摄像头同白板6平面之间的安装高度，使其中心光轴也正对边框条的黑白交替边界，如果书写板是浅色的，边框是深色的，我们也可直接使用两者组装出的边界进行图像检测。[0023]本实用新型的使用步骤如下[0024]I、在白板6上的左右边角位置分别放置第一图像摄入装置I和第二图像摄入装置 2，笫一边框条3、第二边框条4和第三边框条5在白板6的内侧面设有黑白交替边界11，第一图像摄入装置I和第二图像摄入装置2的中心光轴分别同其两侧边框成一定角度，调整中心光轴的髙度，使其正对于黑白交替边界11 ;[0025]2、第一图像摄入装賈I对第二对边框条4和第三边框条5进行图像釆集，第二图像摄入装置2对第二对边框条4和第一边框条3进行图像釆集，即通过安装在普通白板边角上的二个图像传感器对相对的边框条进行图像扫描；4[0026]3、通过黑白交替边界11为灰阶获得参考的触摸平面，当物体进入触摸区域时，边框条中的灰阶边缘将引起破坏，由破坏点得出物体在两个摄像装置间的相交角度，并通过三角计算法获得物体在白板区域的位置。图像处理单元对内侧边框的灰阶图像进行边缘提取，在没有物体触摸时，该提取的灰阶边缘轮廓是连续并且准直的；当有物体触摸白板时， 边框图像受到物体的阻挡，其边缘轮廓会产生扭曲或断裂，通过获知物体在两个或以上的摄像装置产生的变形点就可以计算出物体在白板的位置。(物体或手指进入触摸区时造成边框采集图像破坏，通过破坏间接获得触摸信息〕[0027]4、第一图像摄入装賈I和第二图像摄入装置2对白板边框内的图像做移动检测， 第一图像摄入装置I和第二图像摄入装置2对移入白板内的物体做颜色识别。在使用了上述边缘轮廓检测的情况下，本实用新型还辅助釆用了移动检测判别，第一图像摄入装置和第二图像摄入装置对白板边框内的图像做移动检测，其目的是提高检测的准确性，图像处理单元通过分析边框图像的前后两帧差异，判断物体是否在触摸区附近移动。[0028]在本实用新型系统中，第一图像摄入装置和第二图像摄入装置对移入白板内的物体做颜色识别，通过分析物体在彩色图像传感器的颜色成分，得出物体的颜色，把信息通知 PC进行书写着色。其好处在于用户使用何种颜色的物体，就可以以何种颜色进行书写。[0029]本实用新型采用了白板固有的边框进行图像检测，在不增加额外电子装置情况下，实现了电子白板的交互信息。它由引入的白板框作为图像检测目标，通过判断该参考目标的特征量变化，间接获得物体在电子白板的触摸信息，本系统的实用新型使白板装置变得简单，具有极高的实用价值。此外系统还进一步引入移动检测和颜色识别，前者提高检测检测的准确性，后者提供电子智能颜色笔功能。[0030]图像处理中元27由FPGA可编程逻辑器件22和DSP数字信号处理器23构成，FPGA 负责图像数据的前处理，DSP负责图像数据的后处理。[0031]主处理器7负责接受来自第一图像摄入装置I和第二图像摄入装置2的数据，处理后的位置信息和颜色信息通过USB装置传送给计算机。其原理图见图5所示，由内置USB 模块80的单片机70和EPR0M71组成，EPR0M71储存出厂定位信息和设备信息。[0032]图像处理单元的实施方法[0033]通过裁剪图像传感器21的摄入区间，使其只扫描内侧边框的装饰带，其输出的图像数据被送入图像处理单元27原理图如图4所示进行处理，图像处理单元27中的图像数据缓冲装置51把来自图像传感器21的图像数据分离成亮度数据60和色度数据61，其中亮度数据60被送至图像噪声滤波模块52进行噪声滤波，经噪声处理的亮度数据被同时送至边缘提取模块53和移动检测模块54做图像预处理，色度数据缓冲61则被送入颜色均值模块55做颜色均值处理。[0034]以下具体来分析上述图像处理模块的实现机理，首先设图像带的长度方向为X，宽度方向为I [0035]I)噪声滤波模块52[0036]在实现上，我们釆用2D中值滤波，即[0037]g(x, y) = MED{p(x_i, y-j)}, (i, j) e S(I)[0038]其中，MED {}为集合中的元素取中间值，P(x，y)为像素灰度值，g(x，y)是处理后的像素灰度值，S为模板窗口，选3 X 3。[0039]2 )边缘提取模块53在实现上，我们釆用水平边缘提取，即
权利要求1.一种光学触摸屏，主要包括白板，其特征在于在白板上的左右边角位置分别放置有第一图像摄入装置和第二图像摄入装置，其中第一图像摄入装置用于第二对边框条和第三边框条进行图像采集，第二图像摄入装置用于第二对边框条和第一边框条进行图像采集，第一边框条、第二边框条和第三边框条在白板的内侧面设有黑白交替边界；第一图像摄入装置和第二图像摄入装置的中心光轴分别同其两侧边框成一定角度，中心光轴的高度正对于黑白交替边界；第一图像摄入装置和第二图像摄入装置分别与主处理器相连接。
2.根据权利要求I所述的一种光学触摸屏，其特征在于所述的第一图像摄入装置和第二图像摄入装置均由摄像头和图像处理单元构成，二个摄像头的中心光轴分别同其两侧边框成45度。
3.根据权利要求2所述的一种光学触摸屏，其特征在于所述的摄像头由水平视场角大于90度的球面镜头和高清晰的CMOS彩色图像传感器组成。
4.根据权利要求I所述的一种光学触摸屏，其特征在于所述的主处理器通过USB装置与计算机相连接。
专利摘要本实用新型涉及一种光学触摸屏，它由图像扫描装置、边框条、普通书写白板组成，通过安装在普通白板边角上的二个或以上的图像传感器对相对的边框条进行图像扫描，通过装饰内侧边框为灰阶获得参考的触摸平面，当物体迸入触摸区域时，边框条中的灰阶边缘将引起破坏，由破坏点可以得出物体在两个摄像装置间的相交角度，并通过三角计算法获得物体在白板区域的位置。本实用新型釆用了白板固有的边框进行图像检测，在不增加额外电子装置情况下，实现了电子白板的交互信息。此外系统还进一步引入移动检测和颜色识别，前者提高检测检测的准确性，后者提供电子智能颜色笔功能。
文档编号G06F3/042GK202815785SQ20122038592
公开日2013年3月20日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者徐荣辉, 陈吉庆, 全建勋 申请人:杭州华银教育多媒体科技股份有限公司