智能交互投影系統設計

錢濤 王雪梅 伍祥

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?計算機技術和多媒體技術急速發展，互動投影逐漸成為生活中比較常見的交互式信息展示和媒體工具之一。介紹一種在幕墻上直接進行操作的人機交互投影系統，采用低成本的深度紅外相機作為圖像采集器件，依托特制紅外幕簾打出的紅外光膜聯合觸控，對轉化的坐標信息進行定位，在軟件系統的支持下，完成集光、電、計算機技術于一體的交互式投影系統，讓使用者可以直接在幕墻上操作自己的文檔，在幕墻上進行書寫、刪除等一系列操作，使授課者能夠基本脫離鼠標和鍵盤的束縛，該系統可用于教育和其他商業用途。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?交互式投影;人機交互;Winform;C++

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）27-0086-02

在當今時代，計算機相關技術日漸完善，然而，在多媒體課堂教學中，鼠標和鍵盤卻把講授者限制在電腦前，沒有了隨意在黑板上書寫的自由。如果多媒體課堂能與如今盛行的網絡視頻技術相結合，形成一個有影像顯示、聲響播放和數據傳輸保存等技術的網絡視頻會議系統，將會獲得更大的應用空間。市場上現有的交互式投影系統大多技術復雜度高、成本昂貴、運用領域狹隘，鑒于此，提出了一種全新的設計，采納低成本的深度紅外相機作為圖像采集器件，依托特制紅外幕簾打出的紅外光膜聯合觸控，對轉化的坐標信息進行定位，在軟件系統的支持下，完成集光、電、計算機技術于一體的交互式投影系統。交互式投影系統以傳統的講課教學模式、新奇的觸控技術取代黑板，授課者能夠基本脫離鼠標和鍵盤的束縛，零距離用手或特制的筆作為工具在白板或墻上完成寫字、繪圖、人機交互等多項功用。

一、概要設計

（一）角色模塊設計

Windows平臺下的交互式投影系統包括用戶模塊、管理員模塊。

用戶可以操作文檔，使用教學工具。在電腦打開后，交互式投影系統軟件自啟動，可以直接在幕墻上用手或紅外光筆進行文檔操作等使用，同時用戶可以使用本軟件提供的筆觸選擇、顏色切換、保存板書、高拍儀等任何功能。用戶模塊流程圖如圖1所示。

? 管理員可以操作文檔、使用教學工具、軟件標定修正。在正常狀態下管理人員可以使用用戶的任何功能，他們主要負責軟件的正常運行、系統操作靈敏度修正和硬件維護，發現系統出現靈敏度有偏差時及時通過標定端軟件進行系統靈敏度修正。

（二）功能模塊設計

交互式投影系統包含三個模塊：數據采集模塊、系統算法處理模塊、客戶端顯示模塊。通過復雜的圖像處理、算法分析，準確實現用戶操作功能。

1.數據采集模塊

由系統硬件深度紅外相機完成。深度紅外相機能夠識別幕簾射出的紅外光膜，同時不斷抓拍圖片提供給系統算法處理。

2.算法處理模塊

使用本系統前需要進行標定才能獲得交互體驗。深度紅外相機在標定中會獲得需要的背景圖和用戶標定四角提供的點坐標，系統算法根據這些圖和點坐標做相應的圖片處理，生成系統需要的mask圖和相應的映射關系，過濾掉投影區域以外的區域，使系統只識別投影區域以內的點。然后，在系統使用中根據保存的背景圖、mask圖和相應的映射關系，將用戶在投影區域所出現的點經過系統算法處理，生成相應桌面端的點坐標，最后桌面端軟件就會根據這些點實現其他功能了。

3.客戶端顯示模塊

此模塊由顯示器和投影儀完成。投影儀會將系統處理的圖像結果像顯示器一樣一一顯示出來。

二、詳細設計

（一）交互操作模塊

系統交互操作模塊實現是系統正常使用的基礎，只有通過交互模塊，系統才能反應用戶在投影區域所進行的操作。

1.鼠標操作功能會根據用戶在投影區域的斑點狀態來實現相應的鼠標事件。如果用戶單擊，系統就執行鼠標單擊事件;如果用戶雙擊，系統會根據前后兩次算法端提供點的距離和時間判斷執行鼠標雙擊事件;如果用戶單擊時間過長，系統會執行右擊操作等。

2.筆觸操作功能實現了用戶可以使用不同筆形來進行繪制、書寫和板書等。軟件提供的筆觸類型有普通筆、毛筆等。普通筆是不經過任何處理直接繪制上去的，效果如圖2所示。

毛筆實現復雜一些，主要根據用戶繪制的速度進行筆寬的相應變化，同時使用貝塞爾曲線等方法進行筆鋒處理，毛筆筆畫寬度計算步驟如圖3所示。

（二）系統UI模塊

系統UI模塊實現了軟件自由拖動、功能展示。軟件運行后，用戶可完成自由拖動、隱藏收縮等一系列操作，同時在使用過程中提供各個功能展示，讓用戶方便快捷地使用本系統。

（三）客戶端功能模塊

用戶打開系統之后能夠直接在幕墻上進行鼠標功能操作，進行繪制、板書、保存板書、高拍儀顯示、PPT放映功能操作、計時器、放大鏡等功能。

1.白板繪制功能，用戶可在白板上進行繪制、板書等。

2.板書保存功能，用戶可對繪制或板書內容進行自主選擇保存。

3.高拍儀功能，用戶可以通過高拍儀功能將書本上的內容投映到幕墻上供學生觀看。

4.PPT放映操作功能，在PPT全屏下可以對PPT進行第一頁、下一頁、上一頁、最后一頁操作。

5.聚光燈功能，用戶使用聚光燈功能來輔助教學等功能。

6.計時器功能，用戶可以使用定時器進行計時等。

（四）標定端功能模塊

在系統安裝或后期出現靈敏度不準時，可以通過標定端軟件來進行標定和修正軟件，如圖4所示。

三、結語

借助交互式投影系統，教師不必局限于在電腦前，可以再次享受黑板教學。雖然交互式投影系統已經開發完成并投入生成使用，但是還是存在一些問題，系統的穩定性還有待提高，需要進一步完善。交互式投影系統一旦被大面積投入使用，會解決很多教育上的問題，帶來更多商業的價值。

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編輯 張 慧