目前，多媒體技術(shù)授課和協(xié)作會(huì)議越來越普及，國內(nèi)外諸多電子設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，但這些產(chǎn)品大部分在使用上有具體的限定。例如，國內(nèi)外市面已經(jīng)出現(xiàn)可穿戴遠(yuǎn)程操控裝置，其采用陀螺儀定位的同時(shí)進(jìn)行無線傳輸，使用范圍只有3～5 m，沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的遠(yuǎn)程無線靈活控制，體積與外形也嚴(yán)重降低了設(shè)備的美觀程度，且出現(xiàn)了續(xù)航短、頻繁充電等問題;激光筆技術(shù)可以很好地進(jìn)行PPT定位，但卻面臨著操作不連貫、功能單一、不斷更換電池等問題，且不能實(shí)現(xiàn)演示文稿中寫字劃線的鼠標(biāo)功能。
為了給多媒體教學(xué)和協(xié)作會(huì)議帶來更加高效、生動(dòng)的操作模式，系統(tǒng)將可穿戴智能戒指取代傳統(tǒng)激光筆、鼠標(biāo)及語音麥克，實(shí)現(xiàn)“合三為一”。系統(tǒng)由智能戒指和外部獨(dú)立裝置形成，通過操控智能戒指的按鍵使激光束打到大銀幕上，CMOS攝像頭采集大銀幕中激光點(diǎn)圖像，將采集的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行存儲、處理，并將計(jì)算得到的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成鼠標(biāo)的絕對坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)模擬鼠標(biāo)對PC機(jī)的遠(yuǎn)程操作。此外，語音信號通過戒指中無線發(fā)射模塊傳輸?shù)綋P(yáng)聲器處的語音接收模塊，實(shí)現(xiàn)無線語音麥克功能。整個(gè)裝置如圖1所示。
1 硬件實(shí)現(xiàn)
硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括激光變頻發(fā)生器、無線語音收發(fā)、圖像采集等部分。戒指上的激光發(fā)射頭發(fā)射不同頻率的激光束被圖像傳感器識別，將信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)后完成激光位置的識別與跟蹤，進(jìn)而響應(yīng)激光操作。系統(tǒng)硬件總體框圖如圖2所示。
(1)激光變頻發(fā)生器模塊
教學(xué)與會(huì)議中常見的無線激光教鞭產(chǎn)生的激光頻率仍以固定頻率為主流，本設(shè)計(jì)采用變頻技術(shù)，通過左右按鍵實(shí)現(xiàn)激光頻率的不斷改變，既達(dá)到圖像傳感器對激光進(jìn)行識別，又實(shí)現(xiàn)了模擬鼠標(biāo)功能，具備便攜省電等優(yōu)點(diǎn)。采用555定時(shí)器產(chǎn)生兩種頻率的激光束，當(dāng)按下可穿戴智能戒指左右鍵時(shí)，激光發(fā)出不同頻率的光，視頻采集處理系統(tǒng)通過掃描攝像頭在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)膎幀圖像中激光點(diǎn)閃爍的次數(shù)來判別操作者按下的是左鍵還是右鍵。
(2)無線語音收發(fā)模塊
現(xiàn)代大多數(shù)多媒體教室中，無線語音麥克都是與激光教鞭分隔開，本設(shè)計(jì)將無線語音麥克與激光教鞭結(jié)合在一起，高效實(shí)用，輕巧方便。為了實(shí)現(xiàn)語音的有效傳達(dá)，利用FM調(diào)頻收發(fā)技術(shù)把模擬語音信號進(jìn)行放大與頻率調(diào)頻后，天線將合成的信號發(fā)射出去。根據(jù)需要，利用相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)放大倍數(shù)和提高信噪比，并在使用場合的揚(yáng)聲器上安置一個(gè)接收模塊，即將頻率信號還原為語音信號并進(jìn)行放大，從而實(shí)現(xiàn)麥克風(fēng)的功能。對應(yīng)電路設(shè)計(jì)方案如圖3所示。
(3)CMOS圖像采集模塊
為了保證采集到的圖像的質(zhì)量和效果，本設(shè)計(jì)在選用攝像頭時(shí)對CCD和CMOS傳感器進(jìn)行了對比。雖然基于CCD傳感器構(gòu)造所產(chǎn)生的圖像具有低噪音、高性能、分辨率高等特點(diǎn)，但是生產(chǎn)CCD需采用時(shí)鐘信號、偏壓技術(shù)，整個(gè)構(gòu)造復(fù)雜，增大了耗電量，體積較大，也增加了成本。而CMOS采用半導(dǎo)體廠家產(chǎn)生集成電路的流程，可以將所有部件與驅(qū)動(dòng)電路等都集成到一塊芯片上，只需要一個(gè)芯片就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)碼相機(jī)的所有功能。由于本系統(tǒng)的操作數(shù)據(jù)量大且運(yùn)算度復(fù)雜，但對圖像的清晰度要求不高，且通用性較強(qiáng)，故選用體積小、工作電壓低、功能強(qiáng)大且使用方便靈活的圖像傳感器OV7670。
2 軟件實(shí)現(xiàn)
為了準(zhǔn)確地識別激光點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)定位，本設(shè)計(jì)采用了小目標(biāo)尺寸自適應(yīng)檢測和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP算法相結(jié)合的圖像處理方法。對原始圖像進(jìn)行圖像的預(yù)處理，圖像在獲取傳輸存儲過程中由于受多種原因的影響會(huì)造成圖像的退化降質(zhì)問題�；拒浖鞒倘鐖D4所示。
根據(jù)圖像分割進(jìn)行圖像分類，其結(jié)果直接影響到后面的目標(biāo)檢測、特征提取和目標(biāo)識別等工作。激光點(diǎn)的識別基于激光獨(dú)特的特征信息，從顏色亮度特征、形狀特征和運(yùn)動(dòng)信息三個(gè)方面對激光點(diǎn)進(jìn)行檢測定位，從而減少誤差�，F(xiàn)在已有三種檢測方式，即遠(yuǎn)程感知類圖像中的形狀識別方法，視覺注視點(diǎn)位置判斷方法和尺度自適應(yīng)的小目標(biāo)實(shí)時(shí)檢測方法。本系統(tǒng)通過獲得足夠的圖像像素點(diǎn)信息，采用對基本形狀(矩形、圓形、正方形等)劃分為原始模型的方法，識別指定的區(qū)域。通過對分割后的圖像應(yīng)用尺度自適應(yīng)的小目標(biāo)實(shí)時(shí)檢測法構(gòu)造PNLOG算法公式。又由于激光點(diǎn)的光斑具有同心圓的特征，所以在二維圖像中，構(gòu)造MY算子，實(shí)現(xiàn)形狀目標(biāo)的匹配。
式中：x為該亮點(diǎn)區(qū)域外接矩形的長;y為該亮點(diǎn)區(qū)域外接矩形的寬;?滓為亮點(diǎn)的面積計(jì)算半徑。與其他軌跡識別技術(shù)(隱馬爾科夫模型、基于樹形分類法、特征集評估的方法)相比，本設(shè)計(jì)借鑒人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，能有效地解決非線性、非正態(tài)分布的評價(jià)問題。采用并行結(jié)構(gòu)和并行處理，具有較強(qiáng)的靈活性和自適應(yīng)性，計(jì)算速度快，時(shí)效高。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
基于以上較為完善的理論，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比。從對比結(jié)果可以看出，算法在結(jié)合小目標(biāo)尺寸自適應(yīng)的檢測和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP算法相結(jié)合后，鼠標(biāo)的精準(zhǔn)度及功能的連續(xù)性都都得到了較大的提高。圖5～圖8為演示結(jié)果。其中圖5與圖6是改善算法后屏幕上識別出的激光點(diǎn)與實(shí)際鼠標(biāo)位置的對比圖，圖7與圖8是改善算法后利用該裝置實(shí)現(xiàn)劃線等功能對比圖。
經(jīng)過對比，戒指在實(shí)現(xiàn)無線鼠標(biāo)功能時(shí)，采用小目標(biāo)尺寸自適應(yīng)檢測和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP算法相結(jié)合的方法會(huì)產(chǎn)生更快速、更準(zhǔn)確的鼠標(biāo)坐標(biāo)定位。表1為算法比較結(jié)果。
4 結(jié)論
本設(shè)計(jì)靈感來源于多媒體教室設(shè)備及現(xiàn)代人們穿戴的戒指�，F(xiàn)如今，越來越多的科技文明成果涌入人們的生活，基于人機(jī)互交系統(tǒng)的可移動(dòng)戒指提供了一種新型多媒體投影系統(tǒng)。講述者可以擺脫電腦、鼠標(biāo)鍵盤的約束，遠(yuǎn)距離無線精準(zhǔn)地控制PC操作，真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)(會(huì)議)環(huán)境中的視聽覺結(jié)合，增強(qiáng)了互動(dòng)性、實(shí)時(shí)性，具有較好的教學(xué)效果。
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本文標(biāo)題：可穿戴智能戒指在多媒體投影系統(tǒng)中的應(yīng)用
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