基于FPGA的激光笔辅助教学系统设计与实现

   
    式中：为转换后坐标；为转换前坐标；A，d为转换参数，通过计算初始采集图像中屏幕的4个顶点坐标值得到。
    该系统中的这种转换及需要的定位位置要在系统启动时期以获取，并将转换矩阵固定，这样对每个坐标值的转换可在常数时间内完成。
3．2 屏幕显示模块
    屏幕显示模块主要完成轨迹绘制、鼠标操作和放大镜操作的实现。该模块的逻辑流程如图7所示。

    图7中屏幕显示模块的输入来自屏幕校准模块校准后的激光点坐标信息，输出为轨迹绘制的显示、鼠标操作的响应或放大镜操作的响应。具体来说，这三种输出是该系统功能模式的实现，分别为：
    绘图模式  使用激光笔在屏幕上描绘，屏幕上出现对应的轨迹，同时可以通过激光笔上的按键实现幻灯片的上下翻页及擦除屏幕轨迹的操作。
    鼠标模式  使用激光笔在屏幕上的指示位置，屏幕上的鼠标发生移动，并可通过激光笔上的按键实现鼠标左击及右击的操作。
    放大镜模式  使用激光笔在屏幕上的指示位置，屏幕上对应的区域会进行局部放大，并且屏幕上的放大区域会随着光点发生移动。为了防止操作激光笔时由于手的轻微抖动使屏幕产生输出，本系统采用了阈值的方法对这一情况进行了限制，具体算法如图8所示。

4 系统的整体实施结果
    基于FPGA的激光笔互动教学系统功能测试效果如图9所示。从图中可以看出，基于FPGA的激光笔互动教学系统完全实现了预先设定的逻辑功能，在实际使用中能大大方便智能教室的教学，提高教学质量。

5 结语
    激光笔互动教学具有如下有益效果；能够丰富教学环境，提供给教师一种更新的教学模式，可使教师的教学工作更加连贯和自由；在其他环境中，通过远程指示特性，各种人机交互设备可被修改为远程指示性设备，避免人力直接接触屏幕，提高设备的可靠性。同时该系统采用FPGA将摄像头模块、光点识别算法模块及无线接收模块集成在一起，使得FPGA模块成为惟一的外设，方便安装部署，从而使得系统不仅仅局限于教室这一场景，大大提高了这套系统的实用性。未来的工作主要是将FPGA模块与授课主机的通信方式由USB线缆通信升级为蓝牙通信，进一步增加系统的灵活性及实用性。

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