激光笔轨迹识别系统设计与实现

摘要

本文通过设计一种用于教学工作的激光笔轨迹识别系统，为授课者提供更方便的教学手段，为提高学习质量和效率提供有力的帮助。本课题是E-Learning实验室的Standard Natural Classroom(SNC)开发组成部分。目前远程教育系统化是智能教室领域的热点，它们的共同点之一是以教师为核心、“黑板”为载体。教师为了表示某种状态需走下讲台时，他希望使用激光笔或类似的指示工具对屏幕上的各种内容进行指示和操作，而现有各种远距离指示工具往往只具有指示功能而缺乏或者完全不具备操作功能，因此本课题旨在开发一种具有这样的操作功能的系统，使教师拥有更加自由的授课空间。 本文的具体工作包括： 1) 激光笔轨迹识别系统整体设计与配置。该系统配置于教学场景中，需利用视频采集设备获取投影屏幕或其它种类屏幕的信息，分析亮点位置，并通过对大量连续的亮点位置的进一步处理，实现轨迹识别、优化等技术，并提供多样化的，具有实用性的各种功能。本文对于硬件设计和配置也提出了基本思想和方案，因此整体系统具备实用性和创新性。 2) 亮点识别技术的算法研究和功能实现。本文参考各种亮点或区域识别算法，并从中提取有用的技术，结合自身特点加以实现。本文提出一种简化的，对图像的每个象素点仅一次扫描的高效算法，减少或避免了各方面的复杂计算。更重要的是本文的算法在尽可能大的程度上适应各种背景条件，即使背景状况发生很大变化，该算法也能够适用。 3) 轨迹识别及优化算法的研究和功能实现，目标是把识别技术应用到远距离指示中。完整的轨迹识别在本文中主要包括字母和数字，以及特殊标识的识别。轨迹优化的技术在本文中主要包括：对于轨迹识别结果的进一步优化，以及对于轨迹视觉效果的优化。 通过对于系统整体的设计，以及由系统设计所引出的关键性技术研究，本文完整实现了上述应用于SNC中的教学辅助系统。