基于CCD成像技术的投影大屏幕交互系统的研究与实现

论文摘要

随着计算机和多媒体技术的发展,具有人机交互功能的投影大屏幕显示系统逐渐成为不可或缺的会议辅助或教学设备。融合了大屏幕投影技术、精确定位技术等的交互式电子白板是这种人机交互系统的一个重要发展方向。在专门的应用程序的支持下,它可以构造一个大屏幕、交互式的协作会议或教学环境,可以利用特定的定位笔取代键盘和鼠标随意操控计算机。现阶段的国内外市场上,有多种技术可以实现电子白板精确定位,但大都需要专门的显示屏幕,难以实现超大面积且均成本高昂。鉴于此点,本文提出了两种新的设计思路,它们均采用低成本的CCD器件采集投影大屏幕的图像信息。其中,思路一是采用图像处理技术,由处理采集的实时图像信息实现定位;思路二是根据全电视信号的特点,设计专门的信号处理电路实现定位。对两种思路,本文分别搭建了相应的试验系统,进行了原理实验,并对实验结果做了分析。首先,本文详细阐述了基于实时视频图像处理的实现方案,介绍了视频采集的方法和视频数据的存储格式,并对系统性能进行了分析。其次,文中深入探讨了光学镜头产生几何畸变的原因和畸变校正的原理,采用多项式拟合法实现了畸变的校正,并对两种不同的灰度插值方法得到的校正结果进行了比较。再次,本文介绍了基于CCD全电视信号处理的定位技术原理,全面分析了CCD器件输出的黑白全电视信号的特点和串行通信格式。在此基础之上,重点介绍了全电视信号处理电路的设计方案并对实验中会导致定位误差的各因素作了分析。最后,论文总结了整个实验过程,并对尚待完善的地方作了分析展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 序论
• 1.1 研究背景
• 1.2 交互式电子白板
• 1.2.1 交互式电子白板的出现
• 1.2.2 交互式电子白板定位技术
• 1.3 论文研究内容
• 2 基于视频图像处理的定位方法的研究
• 2.1 定位系统的硬件设计原理
• 2.2 定位系统的硬件组成
• 2.3 定位系统的软件设计
• 2.3.1 视频采集
• 2.3.2 光点识别
• 2.3.3 坐标转换
• 2.4 系统性能分析
• 3 光学镜头成像几何畸变的校正
• 3.1 几何畸变的产生
• 3.2 几何畸变校正的原理
• 3.2.1 空间位置变换
• 3.2.2 灰度插值方法
• 3.3 控制点的选取
• 3.4 控制点坐标的自动生成
• 3.4.1 BMP 图像格式
• 3.4.2 原始图像细化
• 3.4.3 模板匹配
• 3.5 图像几何畸变校正步骤
• 3.6 仿真实验及结果分析
• 4 基于CCD 视频信号处理的定位技术原理
• 4.1 设计原理
• 4.2 电视扫描原理和全电视信号
• 4.2.1 隔行扫描
• 4.2.2 全电视信号
• 4.3 光点坐标计数
• 4.4 串行通信
• 4.4.1 同步通信和异步通信
• 4.4.2 RS-232 异步串行通信
• 4.5 计算机数据接收和光标定位
• 5 基于CCD 视频信号处理的定位系统设计
• 5.1 视频信号处理原理
• 5.2 信号分离模块
• 5.2.1 整形电路
• 5.2.2 同步信号分离电路
• 5.2.3 视频信号分离结果
• 5.3 坐标计数模块
• 5.3.1 行坐标计数
• 5.3.2 列坐标计数
• 5.4 坐标的读取传输
• 5.5 PC 机应用程序设计
• 5.6 结论及定位误差分析
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢