便攜式無線實(shí)物投影儀

1、.便攜式無線實(shí)物投影儀-科學(xué)論文便攜式無線實(shí)物投影儀 鄧介銘在日常學(xué)習(xí)中，我發(fā)現(xiàn)每個(gè)學(xué)科老師都比較喜歡使用實(shí)物投影儀。語文課在實(shí)物投影下講評同學(xué)們書寫的漢字，科學(xué)課用實(shí)物投影交流大家的實(shí)驗(yàn)記錄或?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)，美術(shù)課用實(shí)物投影展示同學(xué)們的繪畫作品最近我們班在數(shù)學(xué)課中又開展了“研究單”的教學(xué)改革，每一次課都需要大家?guī)е约和瓿傻摹把芯繂巍保柚鷮?shí)物投影進(jìn)行匯報(bào)，便于全班同學(xué)的交流。慢慢地，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題：每一個(gè)上臺(tái)的同學(xué)把“研究單”放在實(shí)物投影臺(tái)面上，對焦后才能讓大家看清，接下來才能匯報(bào)。再加上我特別愛上臺(tái)匯報(bào)，覺得這樣匯報(bào)的機(jī)會(huì)就變得少了，我們的表達(dá)也不充分。這么一個(gè)使用率極高的電教設(shè)備，卻有一些

2、不方便使用的地方。怎么才能讓實(shí)物投影儀的作用發(fā)揮到最大呢？我首先想到的就是：實(shí)物投影儀如果可以移到每一個(gè)同學(xué)的桌面上，不就可以節(jié)省很多時(shí)間嗎？還可以增加大家表達(dá)交流的機(jī)會(huì)。我把自己的想法和科學(xué)老師進(jìn)行了交流，老師肯定了我的創(chuàng)意，并鼓勵(lì)我先研究一下實(shí)物投影儀的工作原理，上網(wǎng)查閱對這個(gè)問題有沒有好的處理方法。于是，我利用下課和放學(xué)的時(shí)間仔細(xì)觀察了實(shí)物投影儀。我發(fā)現(xiàn)，它主要有一個(gè)鏡頭用于獲取圖像，而且這個(gè)鏡頭和我們展示的作業(yè)是垂直關(guān)系（這個(gè)鏡頭在作業(yè)的正上方），有一根數(shù)據(jù)線連接教師的電腦，教師電腦有一根數(shù)據(jù)線連接數(shù)字投影儀，這樣采集到的圖像就傳輸出來了。所以我們看見的裝在班級的實(shí)物投影儀都是在教師電

3、腦旁邊的，是一個(gè)龐大的物品，占的位置比我們一張課桌還要大?，F(xiàn)在市面上有解決這些問題的辦法嗎？我通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了檢索。我發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)在的無線終端都局限在平板電腦，實(shí)物投影上是沒有無線終端的，這樣就無法讓學(xué)生在座位上就能與全班同學(xué)進(jìn)行互動(dòng)交流。于是，我進(jìn)一步仔細(xì)分析現(xiàn)有的實(shí)物投影儀，它有圖像采集的光路系統(tǒng)和鏡頭，還需要將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)將數(shù)字信號(hào)傳遞到數(shù)字投影儀上，才能完成課堂上的展示。如果希望在座位上就能夠進(jìn)行展示和交流，就需要把圖像采集和轉(zhuǎn)換的部分移到課桌上。我嘗試用數(shù)據(jù)線連接圖像采集的部件和講臺(tái)上的計(jì)算機(jī)，發(fā)現(xiàn)很不方便。能不能加一個(gè)無線的信號(hào)傳輸和接收模塊，使圖像信號(hào)能夠

4、方便地傳輸?shù)街v臺(tái)上的計(jì)算機(jī)中？這樣可以達(dá)到兩個(gè)目標(biāo)：一是減小實(shí)物投影的體積，二是可以讓學(xué)生在座位上就能和教師電腦、數(shù)字投影對接，快速展示自己的作業(yè)或作品。一、研究過程1最初的設(shè)計(jì)我最初的想法是，在我的便攜式無線實(shí)物投影儀系統(tǒng)中應(yīng)該包括三個(gè)部分：第一部分用攝像頭作為圖像采集設(shè)備，第二部分用無線傳輸模塊來解決教師電腦和學(xué)生桌面上的實(shí)物投影儀之間圖像傳輸?shù)膯栴}，第三部分是教師電腦和數(shù)字投影儀幫助顯示圖像。我最初的設(shè)計(jì)圖如下：2制作過程我按照設(shè)計(jì)草圖進(jìn)行制作。我把家里一個(gè)現(xiàn)成的攝像頭拆下來，又找來一根稍粗的鐵絲做了個(gè)簡單支架，然后把攝像頭安裝在支架上。接著，我把在淘寶上買到的2.4G的無線傳輸模塊（包

5、括發(fā)射器和接收器兩部分）分別安裝在我的支架和電腦上。在電腦上安裝攝像頭影像顯示軟件，經(jīng)過測試，兩邊的信號(hào)可以連接，改有線傳輸為無線傳輸成功了。可是，我在測試過程中發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的問題，也是在設(shè)計(jì)之初沒有想到的問題：為了讓實(shí)物投影儀體積變小，攝像頭采用了傾斜放置，當(dāng)攝像頭斜置安裝后，采集到的影像產(chǎn)生了倒梯形的變形，變形的圖像就不清晰了（圖2和圖3）。怎么辦呢？我找了老師，也查閱了一些資料，花了一個(gè)多月的時(shí)間。在我一直沒有好的解決辦法、一度想放棄的時(shí)候，一次坐在車上等媽媽停車，突然看到汽車前排的倒車影像系統(tǒng)，讓我一下子有了想法：它的攝像頭不就是斜角度安裝在汽車尾部的嗎？可是車內(nèi)屏幕上呈現(xiàn)的卻是不變形的

6、影像，這個(gè)裝置里有可以解決這個(gè)問題的技術(shù)嗎？我有能力做成這樣的系統(tǒng)嗎？在老師的多方詢問下，終于找到了離我們比較近的東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院的李老師。李老師給我詳細(xì)講解了他們研制開發(fā)的“車載360度環(huán)視輔助泊車”系統(tǒng)：它可以將汽車四個(gè)角上收集的信息立刻處理成正方位影像，并且拼成一幅大圖。為了更形象地認(rèn)識(shí)這個(gè)硬件，我專門用手繪了3x3的黑白方格，按照現(xiàn)在我的斜角度安裝攝像頭的方法采集圖像，方格發(fā)生很大變形（見圖4），而在360控制系統(tǒng)的幫助下，“正方位”圖即可呈現(xiàn)（見圖5）。借助這個(gè)硬件，就可以將攝像頭采集到的影像進(jìn)行幾何變化，然后透視校準(zhǔn)，我的問題應(yīng)該就可以解決。我趕緊進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，修改后的設(shè)計(jì)

7、圖為（圖6）：和第一次設(shè)計(jì)相比，這次的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化：攝像頭采集到的圖像，通過360控制盒的透視校準(zhǔn)，再通過無線發(fā)射器傳輸?shù)浇處煹挠?jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)屏幕和與計(jì)算機(jī)相連的數(shù)字投影儀上顯示。找到需要的材料后，我再次制作一個(gè)模型進(jìn)行測試，看看這個(gè)方案是否可行。我先嘗試將這個(gè)“車載360度環(huán)視輔助泊車”系統(tǒng)與攝像頭焊接起來（見圖7）。在原來的基礎(chǔ)上，加上“車載360度環(huán)視輔助泊車”系統(tǒng)，這個(gè)模型機(jī)果真實(shí)現(xiàn)了我的想法（見圖8）。接下來的任務(wù)就是需要進(jìn)一步完善，使其能夠?qū)嵱茫谱饕粋€(gè)原型機(jī)。在模型機(jī)的基礎(chǔ)上我需要考慮美觀、牢固、實(shí)用、成本等各方面問題。第一個(gè)問題是外觀盒子。是用有機(jī)板將這些硬件都組裝起來

8、，還是用木頭盒子？是做個(gè)透明的還是半開放的？我和老師進(jìn)行了討論，為了讓產(chǎn)品更加牢固，我們來到電子城，發(fā)現(xiàn)了一種鐵質(zhì)的控制盒，這種盒子既可以滿足我們的線路連接，也很牢固，不過在大小還不清楚的情況下，我決定買大中小三個(gè)型號(hào)的鐵質(zhì)控制盒。回來后，我把所有需要放進(jìn)去的硬件進(jìn)行了合理擺放和計(jì)算，發(fā)現(xiàn)中號(hào)盒子最合適(尺寸：15.6x6x8.8cm)。我制作的便攜式無線實(shí)物投影儀使用了以下器材和材料，購買這些材料所使用的經(jīng)費(fèi)總計(jì)882元，如表1所示：如果是給一個(gè)班級進(jìn)行配置：首先可以對360視頻盒進(jìn)行合理配置，一個(gè)360視頻盒可以處理4個(gè)攝像頭的圖像。通過咨詢視頻盒的開發(fā)者，如果大規(guī)模生產(chǎn)，并減少處理圖像的

9、模塊（一個(gè)盒子處理一個(gè)攝像頭的圖像），360視頻盒可以降低一半的價(jià)格；如果是批發(fā)購買鋰電池，無線視頻發(fā)射器和接收器（多個(gè)發(fā)射器對應(yīng)一個(gè)接收器）的價(jià)格也可以大大下降（預(yù)估可以下降50%，甚至更多）。這樣的話，按照小組合作學(xué)習(xí)的模式（4個(gè)學(xué)生1組），每個(gè)班級需要設(shè)備68套左右，每套總價(jià)440元左右。而現(xiàn)在我們各班級用的像素較高一點(diǎn)的實(shí)物投影儀價(jià)格在35004000元左右。三、制作原型機(jī)的步驟1用電烙鐵和焊絲將“車載360度環(huán)視輔助泊車”系統(tǒng)固定在控制盒里，并與攝像頭相連接。2把在淘寶上購買的開關(guān)、無線發(fā)射器等輔件一一進(jìn)行焊接。3在電腦上安裝顯示器的軟件，并進(jìn)行調(diào)試。4將需要寫字的作業(yè)單放在便攜實(shí)物

10、投影正前方，打開攝像頭，采集的經(jīng)過處理的信息通過無線發(fā)射器傳給教師機(jī)接收，教師機(jī)上立即顯示圖像，將作業(yè)單適當(dāng)調(diào)整后，圖像變得清晰。四、便攜式無線實(shí)物投影儀的產(chǎn)品特點(diǎn)1無線傳輸。教師機(jī)和學(xué)生實(shí)物投影儀之間可以在一定距離內(nèi)無障礙傳遞影像。（無線傳輸目前留有四通道，可以實(shí)現(xiàn)教師與四組學(xué)生之間的切換選擇。）2畸變校準(zhǔn)。借用現(xiàn)成的車載360度環(huán)視輔助泊車系統(tǒng)，可將攝像頭的斜角采集圖像呈現(xiàn)正方位圖。五、便攜式無線實(shí)物投影儀的效果測試我把作品拿到班級進(jìn)行了試用，效果還真不錯(cuò)。語文課在硬筆書法練習(xí)時(shí)進(jìn)行全班展示，美術(shù)課把學(xué)生繪畫作品和繪畫過程進(jìn)行展示。語文老師認(rèn)為，我的產(chǎn)品很適用于語文寫字教學(xué)，可以隨時(shí)調(diào)用每一個(gè)同學(xué)書寫的字，這樣教師的指點(diǎn)和反饋就可以比較及時(shí)。美術(shù)老師對這個(gè)產(chǎn)品也很感興趣，她說：“美術(shù)課在交流孩子作品時(shí)太需要這個(gè)了。大家在繪畫時(shí)就可以把作業(yè)紙夾在板子上，我可以隨時(shí)調(diào)用學(xué)生的作品，大大提高了作業(yè)交流環(huán)節(jié)的效率。”在語文和美術(shù)老師的提示和鼓勵(lì)下，我又帶著發(fā)明作品到其他年級進(jìn)行了寫字、寫口算、繪畫等實(shí)驗(yàn)，都可以看清圖像，大大了提高課堂效率。六、致謝感謝東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院的李老師，李老師給予我熱情幫助，他的精心講解，使我在這次發(fā)明中學(xué)到不少課本上學(xué)不到的科學(xué)知識(shí)。更重要的是，在和李老師的相處中，讓我對科學(xué)、對動(dòng)手產(chǎn)生了興趣，