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摘 要：在基于机器视觉的电子白板系统应用中，为了消除各种因素导致的触控点抖动，提出了一种改进的均值滤波的防抖方法。为了突破硬件设备的限制提高系统工作的流畅性，采用了一种基于曲线拟合的坐标插值方法来提高系统实时性并平滑处理触控点的运动轨迹。实验结果表明：触控点的抖动情况得到了消除，在摄像头最高工作频率60fps的情况下，系统能以每秒输出180个触控点坐标的速度实时工作，在不增加硬件成本
关键词：机器视觉；人机交互；防抖；坐标插值；实时性
：A
Anti-shake and coordinate interpolation techniques in
machine vision electronic whiteboard system application
ZHOU Zu-wei*，LIU Sen，WANG Yi-wen，LI Hui
State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices，
University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu Sichuan 610054，China
Abstract：
In the electronic whiteboard system based on machine vision， an improved mean filter was proposed to eliminate touching-point jitter.
In order to enhance the working fluency without hardware restrictions，a coordinate interpolation based on curve-fitting was adopted to improve the real-time performance of the whole system and ooth the trajectory of moving touching-point. The experimental results show that： on one hand， touching-point jitter can be eliminated. On the other hand， the system can output 180 touching-point coordinates per second when the camera works at its highest speed of 60 frame per second. The real-time performance of the whole system gets effectively improved without any new hardware cost.
英文关键词 Key words：
machine vision； human-computer interaction； anti-shake； coordinate interpolation； real-time performance
0 引言
交互式电子白板是随着信息技术、多媒体技术等的发展而兴起的一种替代传统白板的新型多媒体工具，在教学领域有着广泛的应用。电子白板是在传统白板上附加电子设备与相关软件，通过对白板平面的触控实现人机交互功能。在目前众多电子白板实现方式中，最有发展前景的是基于机器视觉的电子白板。这种电子白板定位准确，识别速度快，适应性强，成本低，可以在不同面积的设备上使用。其工作原理是通过红外摄像头及图像传感器接收白板平面图像，由相关设备进行图像采集、图像处理，最终得到触控点信息[3]。由于受外部环境因素、触控点接触白板屏幕的角度和图像处理本身可能存在的误差的影响，经图像处理得到的触控点坐标信息可能会存在抖动，使得触控点运动轨迹的平滑程度受到影响。另一方面由于摄像头拍摄速度以及硬件系统处理速度的制约，实时性的提高受到限制，系统灵敏度将受到影响。为此，本文针对基于机器视觉的电子白板这一应用，提出了一种能有效进行防抖和提高系统实时性的坐标数据处理方法。
从图1中可知，该系统主要由普通的矩形白板，白板左右上角分别安装的主、从系统，计算机和投影仪构成[4]。白板左、右上角的主从系统硬件组成相同，主要由红外摄像头，给摄像头补光的红外发光二极管和单片机处理系统构成。白板的左、右以及下边框都贴有反射膜，用来反射红外光线。每个摄像头都对准并扫描白板平面以使其视野角能够覆盖白板平面的边缘。红外发光二极管发射的红外线照射到反射膜后反射到摄像头，当没有物体接触白板时，在拍摄到的图像中出现一条亮带，当有物体触摸白板时就会挡住光线的传播路径，这样采集到的图像中亮带上出现物体的阴影。
启动系统后，通过投影仪将计算机的屏幕图像投影到白板平面上。白板左、右上角的主从系统分别对白板平面的图像进行监测并处理。从系统将图像处理结果发送至主系统，主系统进行综合处理确定触控点在白板上的坐标，并且通过白板系统坐标系与计算机屏幕坐标系的映射关系[5-6]计算出触控点映射在计算机屏幕上的坐标信息，然后将坐标信息通过人机接口设备（Human Interface Device， HID）协议以鼠标信息格式或者触摸屏信息格式发送至计算机。计算机实现触控操作，并实时地通过投影仪在白板平面上显示出来，达到通过触控白板平面操作计算机屏幕的目的。
摘自：学报论文格式www.udooo.com
的情况下提高了系统实时性。关键词：机器视觉；人机交互；防抖；坐标插值；实时性
：A
Anti-shake and coordinate interpolation techniques in
machine vision electronic whiteboard system application
ZHOU Zu-wei*，LIU Sen，WANG Yi-wen，LI Hui
State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices，
University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu Sichuan 610054，China
Abstract：
In the electronic whiteboard system based on machine vision， an improved mean filter was proposed to eliminate touching-point jitter.
In order to enhance the working fluency without hardware restrictions，a coordinate interpolation based on curve-fitting was adopted to improve the real-time performance of the whole system and ooth the trajectory of moving touching-point. The experimental results show that： on one hand， touching-point jitter can be eliminated. On the other hand， the system can output 180 touching-point coordinates per second when the camera works at its highest speed of 60 frame per second. The real-time performance of the whole system gets effectively improved without any new hardware cost.
英文关键词 Key words：
machine vision； human-computer interaction； anti-shake； coordinate interpolation； real-time performance
0 引言
交互式电子白板是随着信息技术、多媒体技术等的发展而兴起的一种替代传统白板的新型多媒体工具，在教学领域有着广泛的应用。电子白板是在传统白板上附加电子设备与相关软件，通过对白板平面的触控实现人机交互功能。在目前众多电子白板实现方式中，最有发展前景的是基于机器视觉的电子白板。这种电子白板定位准确，识别速度快，适应性强，成本低，可以在不同面积的设备上使用。其工作原理是通过红外摄像头及图像传感器接收白板平面图像，由相关设备进行图像采集、图像处理，最终得到触控点信息[3]。由于受外部环境因素、触控点接触白板屏幕的角度和图像处理本身可能存在的误差的影响，经图像处理得到的触控点坐标信息可能会存在抖动，使得触控点运动轨迹的平滑程度受到影响。另一方面由于摄像头拍摄速度以及硬件系统处理速度的制约，实时性的提高受到限制，系统灵敏度将受到影响。为此，本文针对基于机器视觉的电子白板这一应用，提出了一种能有效进行防抖和提高系统实时性的坐标数据处理方法。
1 机器视觉电子白板系统工作原理
基于机器视觉电子白板的系统工作示意图如图1所示。从图1中可知，该系统主要由普通的矩形白板，白板左右上角分别安装的主、从系统，计算机和投影仪构成[4]。白板左、右上角的主从系统硬件组成相同，主要由红外摄像头，给摄像头补光的红外发光二极管和单片机处理系统构成。白板的左、右以及下边框都贴有反射膜，用来反射红外光线。每个摄像头都对准并扫描白板平面以使其视野角能够覆盖白板平面的边缘。红外发光二极管发射的红外线照射到反射膜后反射到摄像头，当没有物体接触白板时，在拍摄到的图像中出现一条亮带，当有物体触摸白板时就会挡住光线的传播路径，这样采集到的图像中亮带上出现物体的阴影。
启动系统后，通过投影仪将计算机的屏幕图像投影到白板平面上。白板左、右上角的主从系统分别对白板平面的图像进行监测并处理。从系统将图像处理结果发送至主系统，主系统进行综合处理确定触控点在白板上的坐标，并且通过白板系统坐标系与计算机屏幕坐标系的映射关系[5-6]计算出触控点映射在计算机屏幕上的坐标信息，然后将坐标信息通过人机接口设备（Human Interface Device， HID）协议以鼠标信息格式或者触摸屏信息格式发送至计算机。计算机实现触控操作，并实时地通过投影仪在白板平面上显示出来，达到通过触控白板平面操作计算机屏幕的目的。