基于交互式红外电子白板的定位算法及实现技术

发布时间：2020-03-18 05:23

【摘要】：交互式电子白板是一种互动性很强电子产品,其主要集成了宽频显示技术与电子白板控制技术,支持用户通过触摸进行书写和完成对计算机的操控。目前,交互式白板已经被广泛的应用于多媒体教学、视频会议和军事演习等领域。随着科技的发展,电子白板的尺寸不断扩大,电子白板技术也从传统的单点触摸开始朝着多点触摸的方向不断发展。在大尺寸电子白板领域中,红外电子白板以价格低廉、寿命长、安装方便、易于维护、可识别触摸点数更多等优势迅速占领了大尺寸电子白板市场。当前红外电子白板的硬件技术已经相当成熟,制约着红外电子白板性能发展的主要因素是软件部分。本论文对大尺寸红外多点触摸技术进行了深入的研究,特别是对定位算法。研究结果显示,传统的红外电子白板由于扫描方式的单一,剔除“鬼点”和坐标解算算法不够精确,在实现算法精确度的前提下未做响应时间的的优化以及基于串口通信等诸多问题导致了红外电子白板存在响应速率和通信速率缓慢、精确度低等弊端。为了解决这些问题,本文主要进行了(1)和(2)两项创新以及第(3)项工作:(1)设计提出了一种基于多角度扫描的方式下的定位算法,当对红外电子白板系统进行四点触摸识别时,该定位算法能在硬件资源有限的条件下,快速准确的剔除“鬼点”和获取真实触摸点的坐标,在保证定位精度后,并对新型算法的相关步骤的响应时间进行了优化,从而在传统的定位算法的基础上提高了系统的响应速率。(2)针对多角度扫描所存在的边界红外光线少,和在全局扫描上存在的浪费等系统误差,在新型的定位算法的基础上,设计提出了对边界盲区进行光线补偿和采用重点区域进行扫描的改进方法,减少了系统所造成的误差,再次提高了该算法的精确度和响应速率。(3)采用基于ARM Cortex M3架构的STM32F103ZET6芯片作为红外电子白板的控制核心,基于USB HID协议开发,将得到的坐标信息及指令信息经过USB控制单元上传到PC端,PC端在接收到信息后做出相应的响应操作,从而实现红外电子白板设备与PC端通信速率快,即插即用,在WIN7系统下实现人机间接交互功能。
【图文】：

示意图,示意图,发射管,红外接收

重庆大学硕士学位论文 2 系统工作和扫描原理11图2.3 多角度扫描示意图Figure 2.3 multi-angle scanning schematic diagram红外发射管发射的最大角度由其本身硬件性质所决定，一般在-30°和 30°之间，[24]在这个角度范围之内的每个红外发射管发射出的红外光线可以被（2R+1）个红外接收管所接收到。这其中，R 的数值可以通过角度、直径以及高度计算获得，其计算公式如 2.1 所示：tan /2R h Dθ= × （2.1）在该公式当中，θ代表的是发射管进行光束发射，可以实现的最大发射角度；而 D 则代表发射管所具有的直径；h 则代表高度。在触摸点探测过程中，控制器可以以极快的速度逐个控制发射管发射光线，进而获取每次接受信号的变化情况，并计算红外接收管的位置以及遮挡光线的方程。当采用多角度扫描过程中

连通区域,原方程,方程组,坐标

Figure 3.9 Determination of the maximum value of real touch point步骤四：真实触摸点的坐标计算① 调用步骤一所存储的真实触摸点连通区域的起始、结束坐标、斜率和域宽度，求取中间线所对应的传感器坐标。② 根据起始灯或终止灯的原方程求得真实坐标点被遮挡连通区域的中程，组成方程组。③ 简化方程组获得 AX=b 的形式，求解 ATAx=ATb，该解即为连通区域线方程组的最小二乘解。[31]例如存在一个触摸点，触摸点遮挡住了 10 个方向的光线，反馈 10 个连，假设连续区域的坐标（连通区域方向的起始灯号和结束灯号）有（Y1，Y1Y2，Y2'）…(Y5，Y5' ）,（X1,X1' ）、（X2，X2' ）…(X5，X5' )。中间直线灯号是 X 1 + ( X 1 + X1')/ 2，则该中间直线对应的其中一个点的坐标 X 1 + ( X 1 + X1')/ 2，0），，即根据所列的原方程 y=kx+b（k 为已知的），从中间线的方程。一共得到 10 个方程。将得到的 10 个方程排列成方程组，
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN27;TN21

【参考文献】