專利名稱：一種基于逆向紅外線掃描的電子白板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子白板裝置，屬于人機交互領域。
背景技術：
電子白板廣泛應用于教學、培訓、辦公、會議等場合，能夠記錄書寫過程中發(fā)射筆 在白板上的運動軌跡，從而獲得書寫內(nèi)容，并且能夠?qū)鴮憙?nèi)容通過通訊總線傳送給其他 設備，例如計算機和打印機?，F(xiàn)階段的國際或國內(nèi)市場上，具有代表性的電子白板有電磁感 應式、紅外線式、電阻式、超聲波式等電子白板。 紅外線式電子白板是將紅外管排列在白板四邊，相對的兩邊中一邊是發(fā)射管，另 一邊是接收管，紅外線從發(fā)射管到接收管持續(xù)掃描白板表面， 一旦有物體在白板表面某坐 標點停留或滑過，該坐標點的X、Y方向上接收管的輸出發(fā)生變化，處理器向該物體的X、Y坐 標發(fā)出指令書寫電子白板。但這種結(jié)構(gòu)形式的電子白板必須是特制的，不能將平板顯示器 作為書寫平面。 王樹勛的公開號為CN1595348A的發(fā)明專利申請公布了一種遙控無線定位電子白
板系統(tǒng)，即應用超聲波和紅外信號聯(lián)合定位的電子白板。信號筆或板擦工作時發(fā)出超聲波
和紅外信號，筆劃感應器接收到紅外信號和超聲波，由于紅外信號在空氣中的傳播速度達
到每秒三十萬公里，遠遠高于超聲波的傳播速度每秒三百四十米左右，因此在白板區(qū)域內(nèi)，
可以忽略紅外信號的傳播時間，以紅外信號作為系統(tǒng)時間基準，確定超聲波在白板區(qū)域內(nèi)
的傳播時間、時延，進而確定信號筆或板擦與筆劃感應器的距離，最終得到信號筆或板擦在
白板上的坐標。這種結(jié)構(gòu)形式的電子白板由于使用超聲波計算時延，定位精度受溫度影響，
特別當應用于平板顯示器書寫平面時，由于平板顯示器表面發(fā)熱，超聲信號傳播過程中產(chǎn)
生衰落，筆劃感應器不能準確獲得超聲信號的到達時間，無法準確定位。 張華雄的公開號為CN201091004Y的實用新型專利申請公布了一種交互式電子白
板，在白板基體的每側(cè)邊沿上放置至少兩個紅外發(fā)射裝置和一個攝像裝置。當在白板基體
上沒有筆在書寫時，即筆不發(fā)射紅外信號時，每個攝像頭拍攝到的是幾個固定紅外發(fā)射裝
置發(fā)射的白色亮點視頻圖像，當用筆進行書寫時，即筆發(fā)射紅外信號時，紅外CCD攝像頭將
拍攝到一個白色亮點在固定背景下運動的視頻圖像。通過將每一時刻前后兩幀圖像相減，
利用計算機圖像處理技術可在去除背景信息的情況下獲得運動亮點的書寫軌跡圖像，最后
將軌跡在白板上畫出。這種結(jié)構(gòu)形式的電子白板需要在白板基體的每側(cè)邊沿安裝紅外發(fā)射
裝置和攝像裝置，安裝復雜，影響外觀。

實用新型內(nèi)容本實用新型是為避免上述現(xiàn)有技術所存在的不足之處，提供一種定位準確、不受
溫度影響、安裝方便、價格便宜、可擴展性強的基于逆向紅外線掃描的電子白板。 本實用新型解決技術問題采用如下技術方案 本實用新型基于逆向紅外線掃描的電子白板，其結(jié)構(gòu)特點是具有[0009] —白板基體，為平板顯示器； —書寫筆，用于在所述白板基體上進行書寫，書寫的同時發(fā)射書寫紅外光； —基準位置紅外發(fā)射器，持續(xù)發(fā)射基準紅外光； —組對稱設置在白板基體的左上角和右上角位置上的紅外接收處理器，分別為左 紅外接收處理器和右紅外接收處理器； 所述紅外接收處理器由固定設置的光敏元件和勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面組成，分 別為構(gòu)成所述左紅外接收處理器的左紅外反光鏡面和左光敏元件，以及構(gòu)成右紅外接收處 理器的右紅外反光鏡面和右光敏元件； 所述紅外反光鏡面是設置在勻速旋轉(zhuǎn)的電機轉(zhuǎn)軸軸套上的一個或多個紅外反光 切面，用于反射所述書寫筆書寫時發(fā)射的書寫紅外光和所述基準位置紅外發(fā)射器持續(xù)發(fā)射 的基準紅外光； 所述光敏元件在其所處的固定位置上接收勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面反射的紅外 光，輸出電壓脈沖信號序列。 本實用新型基于逆向紅外線掃描的電子白板的定位方式是 所述基準位置紅外發(fā)射器持續(xù)發(fā)射的基準紅外光經(jīng)勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面反 射至光敏元件后輸出以時間周期為T的基準電壓脈沖信號，以所述基準電壓脈沖信號出現(xiàn) 的時刻為基準時刻； 所述書寫筆書寫時發(fā)射的書寫紅外光經(jīng)勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面反射至光敏元
件后輸出書寫筆電壓脈沖信號，根據(jù)所述書寫筆電壓脈沖信號出現(xiàn)的時刻與最接近的基準
時刻的時間差，獲得書寫筆與左紅外反光鏡面的中心連線偏離基準位置紅外發(fā)射器與左紅
外反光鏡面的中心連線的角度a ，以及獲得書寫筆與右紅外反光鏡面的中心連線偏離基準
位置紅外發(fā)射器與右紅外反光鏡面的中心連線的角度P，由所述角度a和角度|3確定書
寫筆在白板基體中的位置，實現(xiàn)電子白板的書寫功能。 與已有技術相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在 1、本實用新型電子白板利用勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面反射書寫筆書寫時發(fā)射的 紅外光至光敏元件，由光敏元件輸出的電壓脈沖之間的時間差計算書寫筆在白板基體上的 具體位置，定位準確。 2、本實用新型電子白板使用紅外光定位，不受溫度影響。 3、本實用新型電子白板在平板顯示器的左上角和右上角位置上安裝紅外接收處 理器實現(xiàn)，安裝方便，較特制的電子白板價格便宜，可擴展性強。

圖1為本實用新型電子白板主視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本實用新型電子白板立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本實用新型電子白板不同角度立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本實用新型電子白板不同角度立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本實用新型左紅外接收處理器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為本實用新型書寫筆書寫時發(fā)射的紅外光反射原理示意圖。 圖7為本實用新型基準位置紅外發(fā)射器持續(xù)發(fā)射的紅外光的反射原理示意圖。[0030] 圖8為本實用新型書寫筆定位原理圖。 圖中標號1白板基體、2書寫筆、31左基準位置紅外發(fā)射器、32右基準位置紅外 發(fā)射器、41左紅外接收處理器、42右紅外接收處理器、51左紅外反光鏡面、52右紅外反光鏡 面、61左光敏元件、62右光敏元件。 以下通過具體實施方式
，并結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
具體實施方式
本實施例是在白板基體1的左上角和右上角位置上分別安裝左紅外接收處理器 41和右紅外接收處理器42，利用紅外接收處理器中勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面，將書寫筆2 和基準位置紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光反射至光敏元件，根據(jù)光敏元件輸出電壓脈沖信號序 列中由書寫筆2發(fā)射的書寫紅外光反射至光敏元件而輸出的書寫筆電壓脈沖距離由基準 位置紅外發(fā)射器持續(xù)發(fā)射的基準紅外光反射至光敏元件而輸出的基準電壓脈沖的時間，計 算書寫筆2與左紅外反光鏡面51的中心連線偏離基準位置紅外發(fā)射器與左紅外反光鏡面 51的中心連線的角度a和書寫筆2與右紅外反光鏡面52的中心連線偏離基準位置紅外發(fā) 射器與右紅外反光鏡面52的中心連線的角度13 ，確定書寫筆2在白板基體1中的位置，實 現(xiàn)電子白板的書寫功能。 參見圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，具體實施的結(jié)構(gòu)組成為 —白板基體1 ，為液晶顯示器； —書寫筆2，用于在白板基體1上進行書寫，書寫的同時發(fā)射書寫紅外光； —基準位置紅外發(fā)射器，采用LED紅外發(fā)光二極管，持續(xù)發(fā)射基準紅外光，本實施 例為簡化結(jié)構(gòu)將基準位置紅外發(fā)射器設置在左、右紅外接收處理器中，分別為左基準位置 紅外發(fā)射器31和右基準位置紅外發(fā)射器32 ; —組對稱設置在白板基體1的左上角和右上角位置上的紅外接收處理器，分別為 左紅外接收處理器41和右紅外接收處理器42 ; 紅外接收處理器由固定設置的光敏元件和勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面組成，分別為 構(gòu)成左紅外接收處理器41的左紅外反光鏡面51和左光敏元件61，以及構(gòu)成右紅外接收處 理器42的右紅外反光鏡面52和右光敏元件62 ; 紅外反光鏡面是設置在勻速旋轉(zhuǎn)的電機轉(zhuǎn)軸軸套上的一個或多個紅外反光切面， 用于反射書寫筆2書寫時發(fā)射的書寫紅外光和基準位置紅外發(fā)射器持續(xù)發(fā)射的基準紅外 光； 光敏元件接收在其所處的固定位置上勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面反射的紅外光，輸
出電壓脈沖信號序列； 本實施例中的定位方式為 參見圖6、圖7基準位置紅外發(fā)射器持續(xù)發(fā)射的基準紅外光經(jīng)勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反 光鏡面反射至光敏元件后輸出以時間周期為T的基準電壓脈沖信號，以基準電壓脈沖信號 出現(xiàn)的時刻為基準時刻； 書寫筆2書寫時發(fā)射的書寫紅外光經(jīng)勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面反射至光敏元件 后輸出書寫筆電壓脈沖信號，根據(jù)書寫筆電壓脈沖信號出現(xiàn)的時刻與最接近的基準時刻的 時間差，獲得書寫筆2與左紅外反光鏡面51中心連線偏離基準位置紅外發(fā)射器與左紅外反光鏡面51中心連線的角度a ，以及獲得書寫筆2與右紅外反光鏡面52中心連線偏離基準 位置紅外發(fā)射器與右紅外反光鏡面52中心連線的角度13 ，由角度a和角度|3確定書寫筆 2在白板基體1中的位置，實現(xiàn)電子白板的書寫功能。 設定光敏元件輸出的電壓脈沖信號序列為S^S^fSt—^t…Sn—^nqnSn+廣.(1) 式(1)中，Si是由基準位置紅外發(fā)射器持續(xù)發(fā)射的基準紅外光經(jīng)勻速旋轉(zhuǎn)的紅外 反光鏡面反射至光敏元件，在光敏元件中輸出的以T = 1/mn為周期的基準電壓脈沖信號， m為紅外反光鏡面的個數(shù)，n為勻速旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)速；以Si出現(xiàn)的時刻為基準時刻；Qi是書 寫筆在書寫時發(fā)出的書寫紅外光經(jīng)勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面反射至光敏元件，在光敏元件 中輸出的書寫筆電壓脈沖信號。由書寫筆2與左紅外反光鏡面51中心連線偏離基準位置 紅外發(fā)射器與左紅外反光鏡面51中心連線的角度a和書寫筆2與右紅外反光鏡面52中 心連線偏離基準位置紅外發(fā)射器與右紅外反光鏡面52中心連線的角度13 ，確定書寫筆2在 白板基體1中的位置，可以采用以下兩種方法進行求解。 第一種，以左紅外反光鏡面51所在位置為坐標原點，以左右紅外反光鏡面連線所 在直線為x軸，取向右方向為正方向，以垂直于x軸方向為y軸，取向下方向為正方向，建立 平面直角坐標系。已知基準位置紅外發(fā)射器與x軸之間的夾角為S，光敏元件與基準位置 紅外發(fā)射器安裝的位置關系決定了 &距離基準時刻Si的時間t有一定范圍，本實施例為t < l/8mn。 由左光敏元件61輸出電壓脈沖信號中相鄰兩個脈沖信號的時間差、(< l/8mn) 通過公式 a = ^ 8mn 90° (2) 計算書寫筆2與左紅外反光鏡面51中心連線偏離右基準位置紅外發(fā)射器32與左 紅外反光鏡面51中心連線的角度a ，構(gòu)造平面內(nèi)的直線方程 ^ :y = tg(a + S ) x (3) 再由右光敏元件62輸出電壓脈沖信號中相鄰兩個脈沖信號的時間差
t2( < 1/8mn)通過公式: P = t2 8mn 90° (4) 計算書寫筆2與右紅外反光鏡面52中心連線偏離左基準位置紅外發(fā)射器31與右 紅外反光鏡面52中心連線的角度13 ，構(gòu)造平面內(nèi)的直線方程 12 :y = tg ( P + S ) (b-x) (5) b為左紅外反光鏡面51中心和右紅外反光鏡面52中心之間的距離，兩條直線方程 L和12相交，得到書寫筆2在平面內(nèi)的位置，再通過常規(guī)的坐標變換，可得到書寫筆2在白 板基體l內(nèi)的坐標，進而實現(xiàn)電子白板的書寫功能。 第二種，以白板基體1左上角所在位置為坐標原點，以白板基體上邊沿所在直線 為x軸，取向右方向為正方向，以垂直于x軸方向為y軸，取向下方向為正方向，建立平面 直角坐標系。以左紅外接收處理器41為例，參見圖8，定義左紅外反光鏡面51中心為A點 (x。， y。)，白板基體1左下角為B點(Xl， y》，白板基體1右上角為C點(x2， y2)，白板基體1 右下角為D點(x3，y3)，右基準位置紅外發(fā)射器32為E點。初始定位時，由書寫筆2在白板 基體1的B、C、D處點一下，由左光敏元件61輸出電壓脈沖信號中相鄰兩個脈沖信號的時間
6差t ( < 1/8mn)通過公式 <formula>formula see original document page 7</formula> 分別計算Z BAC、 Z DAC和Z EAC，再由Z BAC和| BC |通過余弦定理得到A點的一條軌跡方程
<formula>formula see original document page 7</formula> 該軌跡方程是y關于x的隱函數(shù)y = f (x)，同理由Z DAC和| CD |根據(jù)余弦定理得
到A點的另一條軌跡方程<formula>formula see original document page 7</formula> 該軌跡方程是y關于x的隱函數(shù)y = g (x)，兩軌跡相交的交點處于白板基體左上角范圍內(nèi)的即為A點位置；再由計算得到的A點坐標(x。，y。)、C點坐標(x2，y2)得到左紅外反光鏡面51中心與白板基體1右上角連線的直線方程
<formula>formula see original document page 7</formula>[0072] 按照同樣方法計算右紅外反光鏡面52中心點位置及其右紅外反光鏡面52中心與白板基體1左上角連線的直線方程14。 初始定位完成后，當書寫筆2進行書寫時，由左光敏元件61輸出電壓脈沖信號中相鄰兩個脈沖信號的時間差t3通過公式(6)計算書寫筆2與左紅外反光鏡面51中心連線偏離右基準位置紅外發(fā)射器32與左紅外反光鏡面51中心連線的角度a ，由a - Z EAC和直線方程13確定書寫筆2在白板基體1平面內(nèi)的一條直線軌跡方程
<formula>formula see original document page 7</formula>[0075] 同理由右光敏元件62輸出電壓脈沖信號中相鄰兩個脈沖信號的時間差t4通過公式(6)計算書寫筆2與右紅外反光鏡面52中心連線偏離左基準位置紅外發(fā)射器31與右紅外反光鏡面52中心連線的角度13 ，由于紅外接收處理器對稱安裝，因此由13 - Z EAC和直線方程14確定書寫筆2在白板基體1平面內(nèi)的另一條直線軌跡方程16，兩條直線方程15和16相交，得到書寫筆2在白板基體1內(nèi)的坐標，進而實現(xiàn)電子白板的書寫功能。
權(quán)利要求一種基于逆向紅外線掃描的電子白板，其特征是具有一白板基體(1)，為平板顯示器；一書寫筆(2)，用于在所述白板基體(1)上進行書寫，書寫的同時發(fā)射書寫紅外光；一基準位置紅外發(fā)射器，持續(xù)發(fā)射基準紅外光；一組對稱設置在白板基體(1)的左上角和右上角位置上的紅外接收處理器，分別為左紅外接收處理器(41)和右紅外接收處理器(42)；所述紅外接收處理器由固定設置的光敏元件和勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面組成，分別為構(gòu)成所述左紅外接收處理器(41)的左紅外反光鏡面(51)和左光敏元件(61)，以及構(gòu)成右紅外接收處理器(42)的右紅外反光鏡面(52)和右光敏元件(62)；所述紅外反光鏡面是設置在勻速旋轉(zhuǎn)的電機轉(zhuǎn)軸軸套上的一個或多個紅外反光切面，用于反射所述書寫筆(2)書寫時發(fā)射的書寫紅外光和所述基準位置紅外發(fā)射器持續(xù)發(fā)射的基準紅外光；所述光敏元件在其所處的固定位置上接收勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面反射的紅外光，輸出電壓脈沖信號序列。
專利摘要一種基于逆向紅外線掃描的電子白板，其特征是電子白板具有一白板基體；一書寫筆，用于在所述白板基體上進行書寫，書寫的同時發(fā)射書寫紅外光；一基準位置紅外發(fā)射器持續(xù)發(fā)射基準紅外光；一組對稱設置在白板基體的左上角和右上角位置上的左紅外接收處理器和右紅外接收處理器。本實用新型利用紅外接收處理器中勻速旋轉(zhuǎn)的紅外反光鏡面，將書寫筆和基準位置紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光反射至光敏元件，根據(jù)光敏元件的輸出電壓脈沖信號序列確定書寫筆在白板基體中的位置，實現(xiàn)電子白板的書寫功能，其定位準確、不受溫度影響、安裝方便、價格便宜、可擴展性強。
文檔編號G02B26/08GK201440256SQ20092018638
公開日2010年4月21日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者劉政怡, 吳建國, 吳海輝, 周建強, 郭星 申請人:安徽大學;合肥吉天電子科技有限公司