一種電子白板定位方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子白板定位技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種電子白板定位方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 交互式電子白板是一種匯集了尖端電子技術(shù)、軟件技術(shù)等多種高科技手段研發(fā)的 高新技術(shù)產(chǎn)品，它是一種新崛起的高層次教學(xué)、培訓(xùn)及會(huì)議演示設(shè)備。它通過應(yīng)用紅外或電 磁原理，可以結(jié)合計(jì)算機(jī)和投影機(jī)實(shí)現(xiàn)無紙化辦公及教學(xué)，它可以像普通白板或教學(xué)黑板 一樣直接用筆書寫，然后輸?shù)诫娔X里去，相對(duì)于投影機(jī)、普通白板，電子白板有其自身的優(yōu) 點(diǎn)。
[0003] 在電子白板的熱點(diǎn)研究中，如何提高定位精確度一直是研究的主要方向，電子白 板的功能也得到越來越多的擴(kuò)展，而這些功能的擴(kuò)展都必須以電子白板的精確而穩(wěn)定的定 位為基礎(chǔ)。
[0004] 目前的電子白板定位技術(shù)包括等比例縮放定位法和仿射變換定位法，及透視變換 定位法等。然而這些算法存在定位精度低、定位步驟復(fù)雜等不足，不能很好地實(shí)現(xiàn)電子白板 的定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種電子白板定位方法及系 統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)定位精度差和定位步驟復(fù)雜的問題。
[0006] -種電子白板定位方法，所述方法包括以下步驟：
[0007] S1、在電子白板坐標(biāo)系中選定四個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)（Xnil, Ynil)、（Xni2, YJ、（Xni3, Yni3)、（Xni4, Yni4) 作為白板基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，在計(jì)算機(jī)屏幕坐標(biāo)系中選定四個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)（X& YJ、（Xd)、 (X& YJ、（X@ Yrf)作為計(jì)算機(jī)屏幕基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，建立兩類基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)之間的映射關(guān)系即 OUY1J 對(duì)應(yīng) OU Yj、OUYnl2)對(duì)應(yīng) OU Yj、OUYnl3)對(duì)應(yīng) OU Yj、OUY1J 對(duì)應(yīng) (Xc4，Yc4) ?
[0008] S2、將（Xcl，YJ 和（Xnil, Ynil)、（Xc2, Yc2)和（Xni2, YJ、（Xc3, Yc3)和（Xni3, Yni3)、（Xc4, Yc4) 和OUY1J的值分別代入?
中，計(jì)算出參數(shù)mn、m12、 m21、m22、Tx、TY、p、q 的值；
[0009] S3、根據(jù)計(jì)算得到的參數(shù)mn、m12、m21、m22、T x、TY、p、q的值，建立電子白板量測(cè)坐標(biāo) (XmJm)與計(jì)算機(jī)屏幕點(diǎn)（XcJc)之間的映射關(guān)系F，其中，
[0010]
[0012] S4、根據(jù)電子白板量測(cè)坐標(biāo)（Xni，yj與計(jì)算機(jī)屏幕點(diǎn)（x。，y。）之間的映射關(guān)系F對(duì) 電子白板所在區(qū)域進(jìn)行任意位置的定位。[0013] 一種電子白板定位系統(tǒng)，包括：[0014] 第一模塊，用于在電子白板坐標(biāo)系中選定四個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)（Xnil, Ynil)、（x"2, YJ、 (UJ、作為白板基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，在計(jì)算機(jī)屏幕坐標(biāo)系中選定四個(gè)點(diǎn)坐標(biāo) (xcl，Yj、a 2, Yj、a3, Yj、a4, Yj作為計(jì)算機(jī)屏幕基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，建立兩類基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo) 之間的映射關(guān)系即（Xnil, Ynil)對(duì)應(yīng)d YJ、(Xni2, YJ對(duì)應(yīng)d YJ、(Xni3, YJ對(duì)應(yīng)（Xe YJ、 久4, Y1J 對(duì)應(yīng) a4, Yj ;_5]第二模塊，用于將（xcl，YJ 和（XnilJnilK (xc2, YJ 和（Xni2Jni2K (xc3, YJ 和
[0011] (Xni3, Yni3)、（Xrf，Yrf)和（Xni4, Yni4)的值分別代人
_ 中，計(jì) 算出參數(shù) mn、m12、m21、m22、Tx、T Y、p、q 的值；
[0016] 第三模塊，用于根據(jù)計(jì)算得到的參數(shù)mn、m12、m 21、m22、Tx、TY、p、q的 值，建立電子白板量測(cè)坐標(biāo)（ Xni，yj與計(jì)算機(jī)屏幕點(diǎn)（x。，y。）之間的映射關(guān)
[0017] 第四模塊，用于根據(jù)電子白板量測(cè)坐標(biāo)（Xni，yj與計(jì)算機(jī)屏幕點(diǎn)（X。，y。）之間的映 射關(guān)系F對(duì)電子白板所在區(qū)域進(jìn)行任意位置的定位。
[0018] 通過上述方案，本發(fā)明可獲得以下有益效果：本發(fā)明消除電子白板平面由理想承 影面繞X、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)而來引起的定位誤差，建立了電子白板量測(cè)坐標(biāo)與計(jì)算機(jī)屏幕點(diǎn)坐標(biāo)之 間更準(zhǔn)確的映射關(guān)系，定位方法更為簡單，定位效果更加精確。通過本發(fā)明來對(duì)電子白板進(jìn) 行定位，具有操作方便的特點(diǎn)，只需要測(cè)量幾個(gè)點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)；不需要額外的硬件及軟件，有 利于電子白板用戶與計(jì)算機(jī)用戶之間的交互式交流。
【附圖說明】
[0019] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0020] 圖1是本發(fā)明電子白板定位方法理想承影面示意圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明電子白板定位方法流程圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明電子白板定位方法應(yīng)用環(huán)境示意圖；
[0023] 圖4是本發(fā)明電子白板定位方法與基于最小二乘法的仿射變換定位方法9個(gè)采樣 點(diǎn)斜距誤差直方圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼 此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025] 一、本發(fā)明技術(shù)思路
[0026] 本發(fā)明中，電子白板性能理想即電子白板的X、Y兩個(gè)量測(cè)方向是正交的，且每個(gè) 方向的量測(cè)是線性的，這符合電子白板的設(shè)計(jì)要求；投影機(jī)性能理想，即投影機(jī)可以將計(jì)算 機(jī)屏幕在某承影面上無畸變的投射出來，這符合投影機(jī)的設(shè)計(jì)要求。
[0027] 在電子白板應(yīng)用中，可以使用各種方法調(diào)整使電子白板平面盡量與理想承影面重 合（理想承影面的定義為：若平面S經(jīng)過透射中心在電子白板平面上的垂足，且投影內(nèi)容在 S上無畸變的投射出來，則稱S是理想承影面），但是由于種種不可避免的原因（包括施工 的不精確、人工調(diào)整投影機(jī)的不精確等），電子白板平面與理想承影面無法保證重合，電子 白板平面總是由理想承影面經(jīng)過3D旋轉(zhuǎn)變換得到。
[0028] 圖1是本發(fā)明電子白板定位方法中理想承影面示意圖。如圖1所示，透射中心為 〇c，以O(shè) c在電子白板平面內(nèi)的垂足為原點(diǎn)0, OX'為X軸，OY'為Y軸，OOc為Z軸建立坐標(biāo) 系O-X' Y' Z'，則Γ OY'平面JT'即為理想承影面。
[0029] 同時(shí)，以透射中心0。在電子白板平面內(nèi)的垂足為原點(diǎn)0,以電子白板所在平面為 XOY平面，以垂直于所述XOY平面且與該平面相交的射線為Z軸建立坐標(biāo)系0-ΧΥΖ，在坐標(biāo) 系O-XYZ中，XOY平面為非理想承影面JT。坐標(biāo)系O-X' Y' 可由坐標(biāo)系O-XYZ繞原點(diǎn) 0經(jīng)過3D旋轉(zhuǎn)變換而來。在坐標(biāo)系O-XYZ中同時(shí)以順時(shí)針或逆時(shí)針將X軸旋轉(zhuǎn)角度θ x作 為新的X軸，將Y軸旋轉(zhuǎn)角度9,作為新的Y軸，將Z軸旋轉(zhuǎn)角度02與00。重合作為新的 Z軸，建立坐標(biāo)系O-X' 。則新的坐標(biāo)系O-X' 繞原X、Y、Z坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)變 換的矩陣分別為：
[0033] 這樣從坐標(biāo)系O-XYZ到坐標(biāo)系O-X' Y' Z'的旋轉(zhuǎn)變換矩陣：
[0034]
[0035]
[0036]
[0037] 仿射變換是一種二維坐標(biāo)到二維坐標(biāo)之間的線性變換，它保持了二維圖形的"平 直性"（即：直線經(jīng)過變換之后依然是直線）和"平行性"（即：二維圖形之間的相對(duì)位置關(guān) 系保持不變，平行線仍舊是平行線，且直線上點(diǎn)的位置順序不變）。仿射變換就是平移、縮 放、旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)、錯(cuò)切這些變換的復(fù)合。
[0038] 2D仿射變換是一種線性變換，它可通過旋轉(zhuǎn)，尺度，平移變換建立起電子白板量測(cè) 坐標(biāo)（x m，ym)與計(jì)算機(jī)屏幕點(diǎn)坐標(biāo)Ucy。）的映射關(guān)系：
[0039]
[0040] 上式共有6個(gè)未知數(shù)mn、m12、m21、m 22、Tx、Τγ，需要知道3個(gè)計(jì)算機(jī)屏幕點(diǎn)坐標(biāo)與對(duì) 應(yīng)的電子白板量測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)以確定這個(gè)線性變換的未知參數(shù)。
[0041] 在電子白板使用過程中，可以通過多次量測(cè)獲得電子白板量測(cè)坐標(biāo)與計(jì)算機(jī)屏幕 坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此可以將最小二乘法應(yīng)用于仿射變換，通過多對(duì)計(jì)算機(jī)屏幕點(diǎn)坐標(biāo)與 電子白板量測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定映射參數(shù)以提1?定位精度?；谧钚?乘法的仿射變 換方法參數(shù)確定公式為：
[0045] 其中η為所取得電子白板量測(cè)坐標(biāo)與計(jì)算機(jī)屏幕坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)量，即電子 白板量測(cè)坐標(biāo)（X n，yJ的組數(shù)，η彡3。
[0046] 然而,上述2D仿射變換是一種線性變換，它建立了兩個(gè)平面點(diǎn)集的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但 無法解決電子白板平面由理想承影面繞Χ、γ軸轉(zhuǎn)動(dòng)而來引起的定位誤差。為消除這種定位 誤差，需建立更準(zhǔn)確的模型和映射關(guān)系F。
[0047] 下面將詳細(xì)說明本發(fā)明映射關(guān)系F的構(gòu)建過程：
[0048] 如圖1所示，計(jì)算機(jī)的矩形屏幕在理想承影面π '上投射出的是一個(gè)等比例放大 的矩形S'。則坐標(biāo)系O-X' Y' Z'中電子白板平面π所在平面的即為：

[0052] 實(shí)際投影機(jī)將成像面Z = Ζ。上的點(diǎn)Pjx。，y。，Ζ。）透射至承影面π上不規(guī)則四邊 形3內(nèi)的點(diǎn)？/(1/"，7 /1^/")，這樣？(^(：，7(：，2 (：)與？/(1/"，7/1^/")的關(guān)系滿 足：
[0053]
[0054] 在坐標(biāo)系O-X' Y' 中，Ζ。是成像面上的Z坐標(biāo)，Zs是不規(guī)則四邊形S的Z坐 標(biāo)。
[0055] 從坐標(biāo)系O-X' Z'到坐標(biāo)系O-XYZ需要經(jīng)歷一次坐標(biāo)變換，這次坐標(biāo)變換 需要把坐標(biāo)系O-X' Y' Z'中的點(diǎn)P' (X' w，y' w，z' w)映射到坐標(biāo)系O-XYZ中的點(diǎn) (xw，yw，〇,）這同樣是一次旋轉(zhuǎn)變換，而且變換矩陣就是RXYZ，則：
[0060] 由于θζ可以在接下來的仿射變換中被吸收