基于FPGA的激光筆輔助教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
該教學(xué)系統(tǒng)的軟件部分可以分為屏幕校準(zhǔn)模塊和屏幕顯示模塊。
3．1 屏幕校準(zhǔn)模塊
由于在OV9650攝像頭所采集到的圖像信息中無法準(zhǔn)確地只包含顯示屏幕的信息而不含其他成分，且顯示屏幕在視頻圖像中往往不是規(guī)則的四邊形，而是帶有較小曲率的類似四邊形，因此需要進(jìn)行屏幕校準(zhǔn)步驟，使圖像信息中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為顯示屏幕對應(yīng)的坐標(biāo)。這種轉(zhuǎn)換采用線性代數(shù)的方法，公式如下：
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/191271.htm
圖7中屏幕顯示模塊的輸入來自屏幕校準(zhǔn)模塊校準(zhǔn)后的激光點(diǎn)坐標(biāo)信息，輸出為軌跡繪制的顯示、鼠標(biāo)操作的響應(yīng)或放大鏡操作的響應(yīng)。具體來說，這三種輸出是該系統(tǒng)功能模式的實(shí)現(xiàn)，分別為：
繪圖模式 使用激光筆在屏幕上描繪，屏幕上出現(xiàn)對應(yīng)的軌跡，同時(shí)可以通過激光筆上的按鍵實(shí)現(xiàn)幻燈片的上下翻頁及擦除屏幕軌跡的操作。
鼠標(biāo)模式 使用激光筆在屏幕上的指示位置，屏幕上的鼠標(biāo)發(fā)生移動(dòng)，并可通過激光筆上的按鍵實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)左擊及右擊的操作。
放大鏡模式 使用激光筆在屏幕上的指示位置，屏幕上對應(yīng)的區(qū)域會進(jìn)行局部放大，并且屏幕上的放大區(qū)域會隨著光點(diǎn)發(fā)生移動(dòng)。為了防止操作激光筆時(shí)由于手的輕微抖動(dòng)使屏幕產(chǎn)生輸出，本系統(tǒng)采用了閾值的方法對這一情況進(jìn)行了限制，具體算法如圖8所示。
4 系統(tǒng)的整體實(shí)施結(jié)果
基于FPGA的激光筆互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)功能測試效果如圖9所示。從圖中可以看出，基于FPGA的激光筆互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了預(yù)先設(shè)定的邏輯功能，在實(shí)際使用中能大大方便智能教室的教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。
5 結(jié)語
激光筆互動(dòng)教學(xué)具有如下有益效果；能夠豐富教學(xué)環(huán)境，提供給教師一種更新的教學(xué)模式，可使教師的教學(xué)工作更加連貫和自由；在其他環(huán)境中，通過遠(yuǎn)程指示特性，各種人機(jī)交互設(shè)備可被修改為遠(yuǎn)程指示性設(shè)備，避免人力直接接觸屏幕，提高設(shè)備的可靠性。同時(shí)該系統(tǒng)采用FPGA將攝像頭模塊、光點(diǎn)識別算法模塊及無線接收模塊集成在一起，使得FPGA模塊成為惟一的外設(shè)，方便安裝部署，從而使得系統(tǒng)不僅僅局限于教室這一場景，大大提高了這套系統(tǒng)的實(shí)用性。未來的工作主要是將FPGA模塊與授課主機(jī)的通信方式由USB線纜通信升級為藍(lán)牙通信，進(jìn)一步增加系統(tǒng)的靈活性及實(shí)用性。
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