便攜式無線實物投影儀

引言

在上小學后的這幾年學習中，我發現每個學科教師都比較喜歡使用實物投影儀。慢慢地，我發現了一個問題：每一個上臺的同學都需要走上講臺，把“研究單”放在實物投影臺面上，并進行對焦才能讓我們大家看清。這么一個使用率極高的電教設備，卻有一些不方便使用的地方。怎么才能讓實物投影儀的作用發揮到最大呢？我首先想到：如果每一個同學的桌面上都有這樣一個投影儀，不就可以節省很多時間了嗎？我仔細分析現有的實物投影儀，它有采集圖像的光路系統和鏡頭，還有將光信號轉換數字信號的電路系統，同時通過計算機將數字信號傳遞到數字投影儀上，才能完成課堂上的展示。如果我希望在座位上就能夠進行展示和交流，就需要把圖像采集和轉換的部分移到課桌上。經過不斷思考和嘗試，受到我們在發明創造課上所學的“加一加”的方法的啟發，我想到能否加一個無線的信號傳輸和接收模塊，使圖像信號能夠方便地傳輸到講臺上的計算機中呢？這樣就可以減小實物投影的體積，還可以讓學生在座位上就能和教師電腦、數字投影儀對接，快速展示自己的作業或作品。@技術路線

本項目的研制過程是按照以下步驟進行的：①發現現有實物投影儀在課堂教學中的不利因素，并進行調研，分析其是否具有普遍性；②觀察研究實物投影儀，提出多種解決方案；③分析并嘗試各種解決方案，確定最為可行的方案，并選擇材料、繪制設計圖紙；④根據設計圖進行制作，測試并不斷修改完善；⑤進行成本測算，并評估使用效果；⑥進一步完善，完成可以使用的原型機。

研究過程

最初的設計

我的便攜式無線實物投影儀系統包括：①用攝像頭作為圖像采集設備；②用無線傳輸模塊解決教師電腦和學生桌面上的實物投影儀之間圖像傳輸的問題；③在教師電腦和數字投影儀上實現圖像顯示。

制作過程

我把家里一個現成的攝像頭拆下來，又找來一根稍粗的鐵絲做了個簡單的支架，然后把攝像頭安裝在支架上。接著，我把在淘寶上買到的2.4G的無線傳輸模塊（包括發射器和接收器2部分）分別安裝在我的支架和電腦上，見圖1。接著我在電腦上安裝了攝像頭影像顯示軟件，經過測試，兩邊的信號可以連接，改有線傳輸為無線傳輸的第一步就成功了。可是我在測試過程中發現了一個問題：當攝像頭斜置安裝后采集到的影像也發生了變化。圖像產生了倒梯形的變形，變形的圖像就不清晰了。這可怎么辦呢？一次坐在車上等媽媽停車，突然看到汽車前排的倒車影像系統，讓我一下子有了想法：它的攝像頭不就是傾斜安裝在汽車尾部的嗎？可是車內屏幕上呈現的卻是不變形的影像，這個裝置里應該有可以解決這個問題的技術！

在東南大學的實驗室里，李老師熱情地接待了我們，并給我詳細講解了他們研制開發的“車載360度環視輔助泊車”系統。它可以將在汽車四個角上收集的信息立刻處理成正方位影像，并且拼成一幅大圖。為了更形象地認識這個系統，我專門用手繪了3×3大小的黑白方格，按照現在我的斜角度安裝攝像頭的方法采集圖像，方格發生很大變形，而在360控制系統的幫助下，“正方位”圖即可呈現，見圖2，其中左側為系統處理前的圖像，右側為系統處理后的圖像。

我趕緊進行具體結構的改進，修改后的設計圖見圖3。

和第一次設計相比，這次的系統結構發生了變化：攝像頭采集到的圖像，通過360控制盒的透視校準，再通過無線發射器傳輸到教師的計算機，在計算機屏幕和與計算機相連的數字投影儀上顯示。

找到我需要的材料后，我又制作了一個模型進行測試，看看這個方案是否可行？我先嘗試將這個“車載360度環視輔助泊車”系統硬件與攝像頭焊接起來。在原來的基礎上，加上“車載360度環視輔助泊車”系統，這個模型機果真就實現了我的想法！

使用時，將需要寫字的作業單放在便攜實物投影正前方，打開攝像頭，采集的經過處理的信息通過無線發射器傳給教師機接收，教師機上立即顯示正方位的圖像，將作業單適當調整后，圖像變得清晰準確。

按照小組合作學習的模式（4個學生1組），每個班級需要設備6～8套，裝備一個班級的成本約3500元。現在我們各班級用的像素較高一點的實物投影儀價格在3500～4000左右。這樣，我們的便攜式無線實物投影儀系統完全可以利用現有教室里電教設備開展小組合作學習和翻轉課堂的教學。

制作原型機的步驟

用電烙鐵和焊絲將車載360度環視輔助泊車系統硬件固定在控制盒里，并與攝像頭相連接。

把網購的開關、無線發射器等輔件聯線并焊接。

在電腦上安裝顯示器的軟件，并進行調試。

將需要寫字的作業單放在便攜實物投影正前方，打開攝像頭，采集的經過處理的信息通過無線發射器傳給教師機接收，教師機上立即顯示正方位的圖像，將作業單擺放位置適當調整后，圖像變得清晰準確，見圖4。

便攜式無線實物投影儀的產品特點

◇無線傳輸。教師機和學生實物投影儀之間可以在一定距離內無障礙傳遞影像（無線傳輸目前留有4通道，可以實現教師與4組學生之間的切換選擇）。

畸變校準。借用現成的車載360度環視輔助泊車系統，將傾斜攝像頭采集到的圖像以正方位呈現。

便攜式無線實物投影儀的使用步驟

將便攜式無線實物投影儀放在課桌桌面，打開開關。

打開講臺上的電腦，插上無線接收器。

在電腦上打開攝像頭顯示軟件。

將作業紙放置在無線實物投影儀下，即可在講臺上的電腦上顯示圖像。

便攜式無線實物投影儀的效果測試

我把作品拿到班級進行了試用，效果還真不錯。語文課是進行硬筆書法練習時進行全班的展示；美術課是學生繪畫作品和繪畫過程的展示。

語文老師認為，我的產品很適用于語文寫字教學，可以隨時調用并顯示每一個同學書寫的字，這樣教師的指點和反饋就可以比較及時。美術老師對這個產品也很感興趣，她說：“美術課在交流孩子作品時太需要這個了。大家在繪畫時就可以把作業紙夾在板子上，我可以隨時調看學生的作品，大大提高了作業交流環節的效率。”在語文和美術老師的提示和鼓勵下，我又帶著發明作品到其他年級教室進行了寫字、寫口算、繪畫等一系列的實驗工作，都大大提高了課堂效率。

結論

我采用“加一加”的創造發明技法，使用現有的信息采集與圖像處理技術和無線傳輸的設備與方法將實物投影儀小型化，并將信息采集與圖像處理終端搬到學生課桌上，為同學們提供了更多的展示、表達和交流的機會與時間。幫助各個學科提高了課堂教學效率和學生參與課堂教學的積極性。

下一步工作

目前的產品，我們留有4通道無線傳輸，下一步將簡化視頻盒的功能，降低成本，我將利用假期時間參與到這項工作中，使作品更加具有實用性。同時，我們也正積極嘗試制作班級使用整套系統，并挑選1對8的無線信號接收和發射設備，組建班級使用的局域網，使作品能夠直接用于普通學校的課堂教學。

該項目獲得第29屆全國青少年科技創新大賽創新成果競賽項目小學組技術與設計一等獎。

專家評語

作者針對傳統的實物投影儀搬動不便、需要不斷對焦等缺陷，嘗試利用普通攝像頭和無線傳輸數據的方式，把實物投影儀中原有的信息采集與圖像處理終端改裝到每個學生的桌面上，教師利用局域網和計算機可以隨時調用不同同學的影像供大家交流。該項目選題有意義，研究方案設計科學，作品展示效果好，實用性很強。