專利名稱：雙光筆電子白板系統及筆區別方法
技術領域：
本發明涉及一種電子白板系統，尤其涉及一種基于光學圖像技術的雙光筆電子白板系統及其光筆區別方法。
背景技術：
基于光學圖像技術的電子白板系統的實現基礎是采用圖像分析的光筆位置跟蹤，在專利號ZL011080477、發明專利公開號CN1305143A、名稱為“用于計算機坐標與控制信息輸入的系統及方法”的中國發明專利中有詳細描述。其工作原理是:用光筆產生的亮點來指示位置，引入攝像裝置實時采集圖像，用信號處理電路實時分析圖像信號并提取亮點的位置信息，通過接口電路和相應軟件輸入到計算機，用坐標矯正算法進行坐標校準，使光標的位置跟蹤光筆的物理位置。一般采用紅外發射管作為光筆的發光源，利用透紅外而不透可見光的濾光片可以屏蔽可見光的干擾。這種技術方案易于檢測多個光筆的亮點的位置，但卻無法區分每支光筆的特征從而區分亮點屬于哪一個光筆。隨著這種產品的應用的深入，在許多應用中需要能夠同時支持兩支光筆同時操作，并且可以識別操作的筆。

發明內容
本發明的目的是，提供一種對現有技術進行簡單升級而實現的可區分主筆和從筆的雙光筆電子白板系統，以及其光筆區別方法。為達到所述目的,本發明的一種雙光筆電子白板系統，包括一支主光筆、一支從光筆、一個信號接收處理器，所述主光筆和從光筆的筆頭有紅外發射管，內部有壓力觸發機構和發光控制電路，所述信號接收處理器包括攝像頭、電路和通信接口 ；在所述信號接收處理器中還包括一個能靈敏接收特定頻率的紅外載波信號的紅外接收模塊，它連接到信號接收處理器的電路中，所述主光筆的發光控制電路在筆頭受到壓力而觸發時，在發光的開始階段驅動紅外發射管以所述載波頻率發射紅外載波信號，而所述的從光筆不發射載波信號。實際使用時，當從光筆開始觸發發光時，信號接收處理器將檢測到光筆的亮點，而紅外接收模塊不會收到載波信號；而當主光筆觸發發光時，信號接收處理器將檢測到光筆的亮點，且同時紅外接收模塊將接收到載波信號。根據上述區別特征，可以在光筆觸發可瞬間可以對其是主光筆還是從光筆進行區分判斷。即可以監視每幀圖像中光筆亮點的數量，當有新出現的光筆亮點時，檢查本幀圖像期間或上一幀圖像期間紅外接收模塊是否檢測到載波信號，如果是，則判定新出現的亮點屬于主光筆，如果否，則判定屬于從光筆。而在光筆觸發后持續發光期間，如果僅有一支光筆在工作，則易于判斷其屬于主光筆或從光筆，如果有兩支光筆同時操作，則可以根據新一幀圖像中光筆亮點的位置到主光筆和從光筆的預測位置之間的距離關系判斷其屬于主光筆或從光筆，例如以距離平方和最小為標準。根據本發明，在現有技術中僅僅需要在信號接收處理器中增加一個普通的紅外接收模塊，而光筆僅需對發光控制電路進行簡單升級，就可以實現主從光筆可識別的雙光筆交互白板系統。


圖1是本發明的實施例的雙光筆電子白板系統中信號接收處理器的構成示意圖。圖2是本發明的實施例中主光筆在筆頭按壓觸發開始的發光波形。圖3A，3B，3C，3D是本發明的實施例中進行主光筆/從光筆區分的流程圖。圖中:攝像頭1，電路2，接口 3，紅外接收模塊4。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。本發明的實施例是一種具有交互白板功能的數字多媒體投影機。它是在現有技術的數字多媒體投影機中安裝了本發明的雙光筆電子白板系統的信號接收處理器，同時配合一支主光筆和一支從光筆實現的。其中的信號接收處理器的構成如圖1所示。圖1中，攝像頭1、電路2、接口 3是現有技術的基本部分。本發明引入了紅外接收模塊(InfraredReceiver Module) 4,它是一種廣泛用于紅外遙控系統,如空調、電視機等的一體化接收模塊，內置PIN光敏二極管和前置放大器1C，實現紅外信號的拾取、放大和解碼。其輸出端連接到電路2的一個I/O輸入口，當發生40KHz的紅外載波信號是，其輸出電平發生跳變，從而由電路2接收和處理。所述的從光筆是現有技術的普通光筆，當筆頭接觸白板時，其發出穩定的紅外光線；所述的主光筆的特殊之處在于，當筆頭接觸白板時，筆內控制電路將驅動筆頭內的紅外發射管以頻率40KHz的脈沖形式發光，然后以穩定光強發光。圖2示意了這種發光過程，其中從tl時刻開始被觸發發光，此時發光為紅外載波信號，t2時改為穩定發光，本實施例中，t2-tl約為0.7ms，發光為頻率40KHz的方波脈沖，可以被紅外接收模塊4接收。判別亮點屬于主光筆或從光筆的步驟可以在信號接收處理器的固件中實現，也可以在計算機軟件中實現，但方法是相同的。圖3A-3D顯示了這種方法的基本步驟。如圖3A，開始時，光筆沒有開始操作，這時處于狀態A。此時，檢測每一幀圖像中的光筆亮點，如果出現一個筆亮點，則需要再檢查在本幀或上一幀期間有沒有載波信號出現，如果有，則可以判斷此亮點是主光筆發出，轉到狀態M ;如果沒有，則此亮點為從光筆發出，轉到狀態P，如步驟201，203，205，206所示；如果同時出現了兩個亮點，則是一種巧合狀態，無法進行光筆區分，需要等待直到兩個亮點都消失，然后回到狀態A ;如果沒有亮點出現，同樣回到狀態A，如步驟202，204所示。如圖3B，在狀態M，主光筆已經開始操作，這時，如果僅有一個筆亮點，則其是主光筆，如步驟301、304所示；如果出現了兩個亮點，則根據兩個亮點距離主光筆預測位置的距離判斷兩個亮點的歸屬，即距離近的屬于主光筆，距離遠的屬于新出現的從光筆，如步驟302、305所示；如果沒有亮點，則表明主光筆結束操作，此時經過步驟303回到狀態A。經過步驟305，兩支筆在同時操作了，這樣就進入新的狀態MP。如圖3C，在狀態P，僅有從光筆在操作，此時如果僅有一個亮點，則仍然是從光筆，如步驟401、404所示；如果出現了兩個亮點，即增加了一個亮點，則需要檢查是否發生紅外載波信號，如果是，則增加的一個亮點是主光筆，這時需要根據兩個亮點到從光筆的預測位置的距離進行判斷，距離近的是從光筆，距離遠的是主光筆，如步驟402、405、407所示；如果沒有亮點，則表明從光筆操作結束，經過步驟403回到狀態A ;在步驟405，如果沒有發現紅外載波信號，則是非正常情況，進行錯誤處理，等待所有亮點消失，然后回到狀態A。如圖3D，在狀態MP，此時已有兩個光筆在同時操作，如果新的一幀僅有一個亮點，則其屬于主光筆和從光筆之一，而另一個結束操作。判斷當前光筆的依據是本幀中的亮點距離主光筆預測位置和從光筆預測位置的距離。如果距離主光筆預測位置較近，則當前亮點是主光筆，否則是從光筆。根據上述結果進入狀態M或P，如步驟501、504所示；如果新的一幀仍有兩個亮點，則它們分別屬于主光筆和從光筆，需要根據與主光筆和從光筆的預測位置的距離進行判斷，一個簡單的算法是:如果亮點A到主光筆預測位置的距離為dAM，到從光筆預測位置的距離是dAP，而亮點B到主光筆預測位置的距離為dBM，到從光筆預測位置的距離是dBP，則如果(dAM*dAM+dBP*dBP) < (dAP*dAP+dBM*dBM)，則A屬于主光筆而B屬于從光筆，否則相反，如步驟502、505所示；如果新的一幀沒有亮點，則兩個光筆同時結束，回到狀態A，如步驟503所示。在上述步驟中，光筆預測位置的計算，是根據其在近兩幀以上的位置，計算其移動速度和加速度，再根據其在當前幀中的位置，計算出下一幀的位置。在實際應用中，也可以簡化為:將當前幀的位置近似為下一幀預測位置。本發明的基本精神是，在現有技術的信號接收處理器中引入一個識別信號接收模塊，在主光筆中增加一個相應的識別信號發射機制，主光筆中的識別信號發射時刻與光筆發光起始時刻相重合，從而系統根據光筆的發光起始時刻是否伴隨有識別信號來判斷是否為主光筆；而在光筆的后續發光過程中則根據位置關系判斷光筆亮點屬于主光筆或從光筆。根據這一精神，完全可以采用其他識別信號發射接收方法，例如射頻信號。即在主光筆中引入一個射頻發射模塊，在信號接收處理器中引入一個射頻接收模塊，在主光筆中，當筆頭觸發發光的瞬間發射一個射頻脈沖，從光筆不含有射頻發射模塊。根據同樣思路，也可以采用不同光筆發射不同識別信號的方法來區分不同光筆，這樣還可以實現2支以上多光筆的系統。如果是紅外載波作為識別信號，則主光筆和從光筆的發光控制電路在筆頭受到壓力而觸發時，在發光的開始階段驅動紅外發射管以所述載波頻率發射紅外載波信號脈沖序列，主光筆和從光筆所發射的脈沖序列可以區分。如果是采用射頻信號作為識別信號，則在所述主光筆和從光筆中包括一個射頻發射模塊，在信號接收處理器中包括一個射頻接收模塊，主光筆和從光筆當筆頭觸發發光的瞬間發射一個射頻脈沖序列，兩者的脈沖序列可以區分。采用這種方式時，進行筆區分的方法與上述完全類似，不同僅僅在于對主光筆和從光筆的識別改為都檢查其識別信號特征。顯然，本技術領域的人員可以在對本發明的雙光筆電子白板系統進行各種改變和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，若本發明的這些修改和變形屬于本發明權利要求及其同等技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種雙光筆電子白板系統，包括一支主光筆、一支從光筆、一個信號接收處理器，所述主光筆和從光筆的筆頭有紅外發射管，內部有壓力觸發機構和發光控制電路，所述信號接收處理器包括攝像頭、電路和通信接口，其特征在于:在所述信號接收處理器中還包括一個能接收特定頻率的紅外載波信號的紅外接收模塊，它連接到信號接收處理器的電路中，所述主光筆的發光控制電路在筆頭受到壓力而觸發時，在發光的開始階段驅動紅外發射管以所述載波頻率發射紅外載波信號，而所述的從光筆不發出載波信號。
2.一種雙光筆電子白板系統，包括一支主光筆、一支從光筆、一個信號接收處理器，所述主光筆和從光筆的筆頭有紅外發射管，內部有壓力觸發機構和發光控制電路，所述信號接收處理器包括攝像頭、電路和通信接口，其特征在于:在所述主光筆中包括一個射頻發射模塊，在信號接收處理器中包括一個射頻接收模塊，在主光筆中，當筆頭觸發發光的瞬間發射一個射頻脈沖，從光筆不含有射頻發射模塊。
3.一種雙光筆電子白板系統，包括一支主光筆、一支從光筆、一個信號接收處理器，所述主光筆和從光筆的筆頭有紅外發射管，內部有壓力觸發機構和發光控制電路，所述信號接收處理器包括攝像頭、電路和通信接口，其特征在于:在所述信號接收處理器中還包括一個能接收特定頻率的紅外載波信號的紅外接收模塊，它連接到信號接收處理器的電路中，所述主光筆和從光筆的發光控制電路在筆頭受到壓力而觸發時，在發光的開始階段驅動紅外發射管以所述載波頻率發射紅外載波信號脈沖序列，主光筆和從光筆所發射的脈沖序列可以區分。
4.一種雙光筆電子白板系統，包括一支主光筆、一支從光筆、一個信號接收處理器，所述主光筆和從光筆的筆頭有紅外發射管，內部有壓力觸發機構和發光控制電路，所述信號接收處理器包括攝像頭、電路和通信接口，其特征在于:在所述主光筆和從光筆中包括一個射頻發射模塊，在信號接收處理器中包括一個射頻接收模塊，主光筆和從光筆當筆頭觸發發光的瞬間發射一個射頻脈沖序列，兩者的脈沖序列可以區分。
5.一種如權利要求1或2所述的雙光筆電子白板系統的主從筆區別方法，其特征在于，其方法包括以下步驟: 監視每幀圖像中光筆亮點的數量，當有新出現的光筆亮點時，檢查本幀期間或上一幀期間紅外接收模塊是否檢測到載波信號，如果是則判定新出現的光筆亮點屬于主光筆，如果否則判定屬于從光筆； 根據新一幀圖像中光筆亮點的位置與主光筆和從光筆的預測位置之間的距離關系判斷其屬于主光筆或從光筆。
6.根據權利要求5所述的雙光筆電子白板系統的主從筆區別方法，其特征在于，所述的主光筆和從光筆的預測位置是根據主光筆和從光筆在最近兩幀以上的位置，計算其移動速度和加速度，再根據其在當前幀中的位置，計算得出的。
7.根據權利要求5所述的雙光筆電子白板系統的主從筆區別方法，其特征在于，所述的主光筆和從光筆的預測位置是主光筆和從光筆在當前幀中的位置。
8.根據權利要求5所述的雙光筆電子白板系統的主從筆區別方法，其特征在于，還包括以下步驟: 如果同時新出現兩個光筆亮點，則將其信息丟棄，并丟棄此后圖像中的亮點信息，直到兩個亮點都消失；如果前一幀圖像中已經包含有主光筆和從光筆的亮點， 而新一幀圖像中有兩個亮點，則以兩個亮點到主光筆和從光筆的預測位置的距離的平方和最小為判斷依據確定兩個亮點各自屬于主光筆或從光筆。
全文摘要
本發明涉及一種電子白板系統，尤其涉及一種基于光學圖像技術的雙光筆電子白板系統及其光筆區別方法。在信號接收處理器中還包括一個紅外接收模塊，主光筆的發光控制電路在筆頭受到壓力而觸發時，在發光的開始階段驅動紅外發射管以所述載波頻率發射紅外載波信號，而所述的從光筆不發射載波信號。本發明的基本精神是，在現有技術的信號接收處理器中引入一個識別信號接收模塊，在主光筆中增加一個相應的識別信號發射機制，主光筆中的識別信號發射時刻與光筆發光起始時刻相重合，從而系統根據光筆的發光起始時刻是否伴隨有識別信號來判斷是否為主光筆；而在光筆的后續發光過程中則根據位置關系判斷光筆亮點屬于主光筆或從光筆。
文檔編號G06F3/0354GK103207706SQ201210009808
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月13日 優先權日2012年1月13日
發明者鮑煒 申請人:南京先能光電科技有限公司