一种可视化教学展示系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信息技术教学领域，具体是设及一种可视化教学展示系统。
【背景技术】
[0002] 随着信息技术的普及应用，计算机辅助多媒体课堂教学该一新的教学模式在教学 界引起了越来越多的关注。教师使用PPT、WI^S等软件制作电子课件进行讲授（W下简称多 媒体教学）。由于多媒体教学形象生动、信息量大、展示形式多样，深受教师喜爱。但在多 媒体教学实际应用过程中，却暴露出了它较于传统板书教学的弊端；如教师长期站在电脑 边，和学生眼神肢体交流甚少；讲授内容事先固定，难W随机调整因材施教；上课速度过快 学生难W消化，面对繁杂内容抓不住重点导致学习效果不佳，尤其是在数学、物理等需要大 量推导的基础学科中，传统板书的教学效果让多媒体教学望尘莫及。因此，多媒体教学和传 统板书教学的合理搭配是实现高效课堂的有效途径。但是多媒体教学时课件内容不易调整 更改，传统板书教学使用粉笔易引起教师职业病-咽炎，并且伴随着效率低下的问题。但是 若同时使用该两种上课方式，就要不停地在粉笔和激光笔之间切换，该只是从形式上实现 了两者的结合，并没有从根源上克服两者的弊端，效果不佳。
[0003] 经调查发现，为了改善现有课堂效果，已有专利文献对课堂教具的结构等进行 了优化设计。专利文献CN 203386390U公开了一种多媒体教学手写装置，该多媒体教学 手写装置包括幕布、投影机、VGA视频线、教师电脑、存储装置、手写板等。专利文献CN 102737526A公开了一种由书写模块、主动显示模块和图形转换模块组成的多媒体教学系 统。专利文献CN 202306850U公开了一种电子手写教学仪器，其包括依次相连接的可擦写 触写屏、处理器及投影仪，还包括可在上述可擦写触写屏上书写的触写笔和可供上述投影 仪投影而实现显示的投影幕。上述=个技术的核屯、都是手写板，通过将在手写板上书写的 内容传输给计算机来实现在投影屏上进行书写和更改。手写板必须通过USB实现与计算机 之间的连接，该就将授课老师限定在讲台范围，并没有实现对投影屏内容的远距离修改。
[0004] 电子粉笔技术常用在改善课堂环境，减小课堂粉尘污染，该一类技术的关键技术 在与高效、精确定位。专利文献CN 20216701抓公开了一种网络教学系统教学互动超声波 手写输入装置，实现了对传统板书教学模式的改进，避免了课堂粉尘污染，但是该技术并没 有有效的利用多媒体教学的优势，并没有实现本发明的融合传统板书和多媒体教学的功 能。技术方面，该技术利用安装在待书写板面上的两个超声波接收头，应用平面两点式超声 波定位获取电子粉笔的位置信息，该种测距方法结构简单，但同时也伴随着干扰大，精度低 的不足。另外，电子教学屏也是一种对课堂教具的优化设计。专利文献CN20184544抓公开 了一种电子教学黑板，具体设及一种文教用具，它包括大屏幕显示器、计算机主机、键盘和 鼠标，所述大屏幕显示器悬挂在教室的正前方，大屏幕显示器的信号输入端与计算机主机 的显示信号输出端相连，键盘的信号输出端与计算机主机的键盘信号输入端相连，鼠标的 信号输出端与计算机主机的鼠标信号输入端相连。电子黑板上可W触控书写，该技术实现 了多媒体教学和传统板书教学的融合。该技术利用电子触控技术实现书写，实现成本较高。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种可视化教学展示系统，融合多媒体教学和传统板书教学的优 点，提高课堂教学效率，同时消除课堂粉尘污染。
[0006] 一种可视化教学展示系统，包括投影仪、用于接收投影仪图像信号的投影屏、用于 对投影屏输入图像信息的计算机，还包括：
[0007] 教学笔，带有激光发射端和超声波发射端，分别用于发射激光信号和超声波信 号；
[000引摄像头，采集投影屏上来自激光发射端的光点信号，并将采集的光点信号转化为 光点图像；
[0009] 至少=个超声波接收器，接收所述超声波信号，得到至少=个不同的接收时间信 号；
[0010] 计算巧片，根据接收的时间信号计算得到教学笔位置坐标信息；
[0011] 所述计算机接收所述的光点图像或教学笔位置坐标信息，并对光点图像进行处 理，得到光点坐标信息；根据光点坐标信息或教学笔位置坐标信息调用内置的画图功能，生 成相应的光点坐标图像或教学笔位置坐标图像，并将光点坐标图像或教学笔位置坐标图像 输出至所述投影仪。
[0012] 作为优选，所述超声波接收器为=个，=个超声波接收器等间距线性安装。所述= 个超声波接收器均安装在一待书写板面上，该待书写板面安装在教室内。待书写板面即可 W是投影屏，也可W是普通的黑板。为获得教学笔位置坐标，所述计算巧片通过内置的非同 步式几何解算测距算法计算得到教学笔位置坐标信息。采用非同步式几何解算测距算法， 提高了定位精确度，保证手写过程中更有真实感。本发明中，所述计算巧片为ATMegal28单 片机巧片。ATMegal28单片机巧片采用非同步几何解算测距原理获得教学笔位置坐标。
[0013] 本发明中，所述计算巧片通过通讯模块将教学笔位置坐标信息传输至计算机；所 述通讯模块为APC220串口通讯模块；所述计算巧片为ATMegal28单片机巧片；APC220串口 通讯模块WWiFi的形式实现所述ATMegal28单片机巧片与所述计算机之间的通讯。
[0014] 为实现所述教学笔的长时间续航，作为优选，所述教学笔所耗电能由内置的太阳 能电池板和限压充电电路供应。采用充电电池作为教学笔的动力，采用太阳能板及充电限 压电路对充电电池充电达到长时间续航，所述充电限压电路具有防止电池过冲和反冲W达 到保护电池的作用。
[0015] 为便于摄像头的安装和数据采集，作为优选，所述摄像头拍摄的图像信号通过无 线WiFi的形式传递到计算机。为消除室内光源对激光光点的干扰，作为优选，采用波长为 720nm的滤镜对无线摄像头进行滤光除噪。本发明通过无线摄像头提取投影屏上的光点信 息实现对投影内容的远距离更改，与现有技术相比，本发明的功能和原理都存在明显不同。
[0016] 为均匀发射超声波信号，作为优选，所述教学笔超声波发射端底部为45°的锥面 结构，通过该锥面结构将超声波信号均匀发散到各个方向。
[0017] 为获得光点位置坐标，作为优选，所述计算机对光点图像进行处理时采用阔值处 理原理和模板匹配原理并用算法。
[0018] 作为进一步优选，所述阔值处理原理和模板匹配原理并用算法包括如下步骤：
[0019] (1)预先采集带有对应激光光点的样本图片，并作为模板图片保存；
[0020] (2)根据设定的颜色RGB值和服V值，对摄像头输入的光点图像做二值化处理，具 体步骤为：
[0021] (2-1)读取摄像头输入的光点图像；
[0022] (3-2)判断是否存在已经记录的光点坐标信息；
[002引如果存在，则光点图像中，位于该已经记录的光点坐标周边的像素点，并根据设定 的颜色RGB值和HSV值，对扫描的图像进行二值化处理；
[0024] 如果不存在，则逐个光点图像中的所有像素点，并根据设定的颜色RGB值和服V 值，对扫描的图像进行二值化处理；
[0025] (3)利用模板匹配算法和模板图片对二值化处理的图像进行处理，得到光点坐标 信息，具体步骤为：
[0026] (3-1)根据像素之间距离大小，对二值化处理后的图像的进行区域划分；比如，当 两个像素点之间的距离满足要求时，则认为该两个像素点属于一个区域，依次逐个判断即 可；
[0027] (3-2)根据区域大小去除干扰点；<