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1、.便携式无线实物投影仪-科学论文便携式无线实物投影仪 邓介铭在日常学习中，我发现每个学科老师都比较喜欢使用实物投影仪。语文课在实物投影下讲评同学们书写的汉字，科学课用实物投影交流大家的实验记录或实验设计，美术课用实物投影展示同学们的绘画作品最近我们班在数学课中又开展了“研究单”的教学改革，每一次课都需要大家带着自己完成的“研究单”，借助实物投影进行汇报，便于全班同学的交流。慢慢地，我发现了一个问题：每一个上台的同学把“研究单”放在实物投影台面上，对焦后才能让大家看清，接下来才能汇报。再加上我特别爱上台汇报，觉得这样汇报的机会就变得少了，我们的表达也不充分。这么一个使用率极高的电教设备，却有一些
2、不方便使用的地方。怎么才能让实物投影仪的作用发挥到最大呢？我首先想到的就是：实物投影仪如果可以移到每一个同学的桌面上，不就可以节省很多时间吗？还可以增加大家表达交流的机会。我把自己的想法和科学老师进行了交流，老师肯定了我的创意，并鼓励我先研究一下实物投影仪的工作原理，上网查阅对这个问题有没有好的处理方法。于是，我利用下课和放学的时间仔细观察了实物投影仪。我发现，它主要有一个镜头用于获取图像，而且这个镜头和我们展示的作业是垂直关系（这个镜头在作业的正上方），有一根数据线连接教师的电脑，教师电脑有一根数据线连接数字投影仪，这样采集到的图像就传输出来了。所以我们看见的装在班级的实物投影仪都是在教师电
3、脑旁边的，是一个庞大的物品，占的位置比我们一张课桌还要大。现在市面上有解决这些问题的办法吗？我通过网络进行了检索。我发现：现在的无线终端都局限在平板电脑，实物投影上是没有无线终端的，这样就无法让学生在座位上就能与全班同学进行互动交流。于是，我进一步仔细分析现有的实物投影仪，它有图像采集的光路系统和镜头，还需要将光信号转换为数字信号的电路系统，通过计算机将数字信号传递到数字投影仪上，才能完成课堂上的展示。如果希望在座位上就能够进行展示和交流，就需要把图像采集和转换的部分移到课桌上。我尝试用数据线连接图像采集的部件和讲台上的计算机，发现很不方便。能不能加一个无线的信号传输和接收模块，使图像信号能够
4、方便地传输到讲台上的计算机中？这样可以达到两个目标：一是减小实物投影的体积，二是可以让学生在座位上就能和教师电脑、数字投影对接，快速展示自己的作业或作品。一、研究过程1最初的设计我最初的想法是，在我的便携式无线实物投影仪系统中应该包括三个部分：第一部分用摄像头作为图像采集设备，第二部分用无线传输模块来解决教师电脑和学生桌面上的实物投影仪之间图像传输的问题，第三部分是教师电脑和数字投影仪帮助显示图像。我最初的设计图如下：2制作过程我按照设计草图进行制作。我把家里一个现成的摄像头拆下来，又找来一根稍粗的铁丝做了个简单支架，然后把摄像头安装在支架上。接着，我把在淘宝上买到的2.4G的无线传输模块（包
5、括发射器和接收器两部分）分别安装在我的支架和电脑上。在电脑上安装摄像头影像显示软件，经过测试，两边的信号可以连接，改有线传输为无线传输成功了。可是，我在测试过程中发现一个新的问题，也是在设计之初没有想到的问题：为了让实物投影仪体积变小，摄像头采用了倾斜放置，当摄像头斜置安装后，采集到的影像产生了倒梯形的变形，变形的图像就不清晰了（图2和图3）。怎么办呢？我找了老师，也查阅了一些资料，花了一个多月的时间。在我一直没有好的解决办法、一度想放弃的时候，一次坐在车上等妈妈停车，突然看到汽车前排的倒车影像系统，让我一下子有了想法：它的摄像头不就是斜角度安装在汽车尾部的吗？可是车内屏幕上呈现的却是不变形的
6、影像，这个装置里有可以解决这个问题的技术吗？我有能力做成这样的系统吗？在老师的多方询问下，终于找到了离我们比较近的东南大学自动化学院的李老师。李老师给我详细讲解了他们研制开发的“车载360度环视辅助泊车”系统：它可以将汽车四个角上收集的信息立刻处理成正方位影像，并且拼成一幅大图。为了更形象地认识这个硬件，我专门用手绘了3x3的黑白方格，按照现在我的斜角度安装摄像头的方法采集图像，方格发生很大变形（见图4），而在360控制系统的帮助下，“正方位”图即可呈现（见图5）。借助这个硬件，就可以将摄像头采集到的影像进行几何变化，然后透视校准，我的问题应该就可以解决。我赶紧进行具体结构的改进，修改后的设计
7、图为（图6）：和第一次设计相比，这次的系统结构发生了变化：摄像头采集到的图像，通过360控制盒的透视校准，再通过无线发射器传输到教师的计算机，在计算机屏幕和与计算机相连的数字投影仪上显示。找到需要的材料后，我再次制作一个模型进行测试，看看这个方案是否可行。我先尝试将这个“车载360度环视辅助泊车”系统与摄像头焊接起来（见图7）。在原来的基础上，加上“车载360度环视辅助泊车”系统，这个模型机果真实现了我的想法（见图8）。接下来的任务就是需要进一步完善，使其能够实用，制作一个原型机。在模型机的基础上我需要考虑美观、牢固、实用、成本等各方面问题。第一个问题是外观盒子。是用有机板将这些硬件都组装起来
8、，还是用木头盒子？是做个透明的还是半开放的？我和老师进行了讨论，为了让产品更加牢固，我们来到电子城，发现了一种铁质的控制盒，这种盒子既可以满足我们的线路连接，也很牢固，不过在大小还不清楚的情况下，我决定买大中小三个型号的铁质控制盒。回来后，我把所有需要放进去的硬件进行了合理摆放和计算，发现中号盒子最合适(尺寸：15.6x6x8.8cm)。我制作的便携式无线实物投影仪使用了以下器材和材料，购买这些材料所使用的经费总计882元，如表1所示：如果是给一个班级进行配置：首先可以对360视频盒进行合理配置，一个360视频盒可以处理4个摄像头的图像。通过咨询视频盒的开发者，如果大规模生产，并减少处理图像的
9、模块（一个盒子处理一个摄像头的图像），360视频盒可以降低一半的价格；如果是批发购买锂电池，无线视频发射器和接收器（多个发射器对应一个接收器）的价格也可以大大下降（预估可以下降50%，甚至更多）。这样的话，按照小组合作学习的模式（4个学生1组），每个班级需要设备68套左右，每套总价440元左右。而现在我们各班级用的像素较高一点的实物投影仪价格在35004000元左右。三、制作原型机的步骤1用电烙铁和焊丝将“车载360度环视辅助泊车”系统固定在控制盒里，并与摄像头相连接。2把在淘宝上购买的开关、无线发射器等辅件一一进行焊接。3在电脑上安装显示器的软件，并进行调试。4将需要写字的作业单放在便携实物
10、投影正前方，打开摄像头，采集的经过处理的信息通过无线发射器传给教师机接收，教师机上立即显示图像，将作业单适当调整后，图像变得清晰。四、便携式无线实物投影仪的产品特点1无线传输。教师机和学生实物投影仪之间可以在一定距离内无障碍传递影像。（无线传输目前留有四通道，可以实现教师与四组学生之间的切换选择。）2畸变校准。借用现成的车载360度环视辅助泊车系统，可将摄像头的斜角采集图像呈现正方位图。五、便携式无线实物投影仪的效果测试我把作品拿到班级进行了试用，效果还真不错。语文课在硬笔书法练习时进行全班展示，美术课把学生绘画作品和绘画过程进行展示。语文老师认为，我的产品很适用于语文写字教学，可以随时调用每
11、一个同学书写的字，这样教师的指点和反馈就可以比较及时。美术老师对这个产品也很感兴趣，她说：“美术课在交流孩子作品时太需要这个了。大家在绘画时就可以把作业纸夹在板子上，我可以随时调用学生的作品，大大提高了作业交流环节的效率。”在语文和美术老师的提示和鼓励下，我又带着发明作品到其他年级进行了写字、写口算、绘画等实验，都可以看清图像，大大了提高课堂效率。六、致谢感谢东南大学自动化学院的李老师，李老师给予我热情帮助，他的精心讲解，使我在这次发明中学到不少课本上学不到的科学知识。更重要的是，在和李老师的相处中，让我对科学、对动手产生了兴趣，甚至着迷。还要感谢学校的科学吴老师，是她帮助我完善思考与设计，提供制作的空间，使我的研究更加科学严谨。最后，感谢我的妈妈，感谢她对我发明创造的支持。（“便携式无线实物投影仪荣获第29届全国青少年科技创新大赛一等奖、中国科技馆2014年度“创意奖”）指导教师：东南大学自动化学院李骏扬江苏省南京市北京东路小学 吴京钧 李昕（责任编辑 刘艺） :