CN205809821U - 一种数码笔 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数码笔，包括数码笔本体，该数码笔本体包括：图像采集单元，基于触发信号，对用户书写载体上的图像进行采集；中央处理单元，基于用户书写动作的触压信号，产生用于触发图像采集单元采集用户书写载体上的图像的触发信号；根据从图像采集单元获取的书写载体上的图像，分别对用户落笔点的图像和用户连续书写过程的图像进行处理分析，获得落笔点的绝对坐标(X₀，Y₀)和连续书写过程的偏移量(△X_n，△Y_n)，并基于该落笔点的绝对坐标和连续书写过程的偏移量确定用户书写轨迹，其中，n为自然数。本实用新型所述技术方案既能保证图像解析运算精度和速度，又能降低制造成本。

Description

一种数码笔

技术领域

本实用新型涉及一种输入装置，特别是涉及一种通过绝对坐标和偏移量确定书写轨迹的数码笔。

背景技术

随着数码笔的进步和普及，其应用领域越来越广泛。目前，对于数码笔书写轨迹的获取多数采用的是光学扑捉设备拍摄的纸张上的坐标点阵图案，解码还原成x y的坐标来形成的绝对的位置坐标轨迹。这种方法对于处理器本身的运算能力要求很高，为了提供大数据量的处理能力，多数制造商需要选择昂贵的处理芯片才能满足数码笔的图像解析速度和准确定，这样无疑增加了数码笔的成本，使本能够给用户带来便利的日常工具，变为一种价格很高的产品。降低了日常用户的使用率。

因此，需要提供一种既能保证图像解析运算精度和速度，又能降低制造成本的新型数码笔。

实用新型内容

本实用新型要解决的第一个技术问题是提供一种数码笔，以解决由于现有技术中图像解析的数量大，采用绝对坐标进行图像解析时运算量过大导致的图像解析慢和准确性低的问题；

本实用新型要解决的第二个技术问题是提供一种数码笔，以解决的由于需要对大量图像数据进行解析，而导致的对处理器运算能要求高，使数码笔选用处理器成本过高的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：

一种数码笔，包括数码笔本体，该数码笔本体包括：

图像采集单元，基于触发信号，对用户书写载体上的图像进行采集；

中央处理单元，基于用户书写动作的触压信号，产生用于触发图像采集单元采集用户书写载体上的图像的触发信号；根据从图像采集单元获取的书写载体上的图像，分别对用户落笔点的图像和用户连续书写过程的图像进行处理分析，获得落笔点的绝对坐标(X₀，Y₀)和连续书写过程的偏移量(△X_n，△ Y_n)，并基于该落笔点的绝对坐标和连续书写过程的偏移量确定用户书写轨迹，其中，n为自然数。

优选的，所述书写载体为具有坐标的书写纸。

优选的，所述中央处理单元包括：

触发信号产生模块，基于用户书写的触压信号，产生用于触发图像采集单元采集用户书写载体上的图像的触发信号；

绝对坐标计算模块，对图像采集单元采集的用户落笔点的书写载体上图像进行分析运算，获得落笔点的绝对坐标(X₀，Y₀)；

偏移量计算模块，对图像采集单元采集的用户连续书写过程的扑捉的图像进行分析运算，获得连续书写过程的偏移量(△X_n，△Y_n)；

转换模块，用于根据用户书写动作进行绝对坐标计算或偏移量计算的切换；若用户当前书写动作为落笔动作，则进行落笔点的绝对坐标计算；若用户当前书写动作为连续书写动作，则进行偏移量计算；

轨迹生成模块，基于该落笔点的绝对坐标和连续书写过程的偏移量确定用户书写轨迹，即每一次的落笔点的轨迹为(Px₀，Py₀)为(X₀，Y₀)，用户书写轨迹为(Px_m＝Px_m-1+△X_m，Py_m＝Py_m-1+△Y_m)，其中，m为正整数。

优选的，该数码笔本体进一步包括：

笔芯；

和笔芯电连接的压力传感器，用于将用户书写过程中的笔芯的压力转换为触压信号，并发送至触发信号产生模块。

优选的，所述绝对坐标计算模块采用图像绝对坐标计算芯片，所述偏移量计算模块采用图像偏移量计算芯片；或采用将绝对坐标计算模块和偏移量计算模块集成为一体的坐标计算芯片。

优选的，所述图像采集单元采用光学扑捉器件，该光学扑捉器件包括光学摄像芯片和与该芯片相匹配的镜头。

优选的，该数码笔本体进一步包括：用于以无线和/或有线通信的方式与外部设备进行数据通信的通信单元。

优选的，所述中央处理单元按照预设频率，从图像采集单元中提取图像信息。

优选的，该数码笔本体进一步包括：用于为数码笔内功能模块供电和外部充电管理的供电管理单元；

所述供电管理单元包括：储能模块和用于基于中央处理单元或外部充电信号对储能模块进行充放电的充放电控制模块。

优选的，该数码笔本体进一步包括：

控制按键，用于向中央处理单元发送开启或关闭数码笔的控制信号，切换笔的采集输出模式，可以对外输出轨迹坐标或仅输出笔的相对位移坐标；

所述中央处理单元进一步包括：电源管理模块，用于基于控制按键的控制信号，向供电管理单元发出供电或断电信号；

光源，为图像采集单元提供对实际书写轨迹的照明，包括单有色可见光源及其他不可见光源。本方案中，其他不可见光源例如红外灯等。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型所述技术方案由于采用了位移偏移技术会使整个运算的处理器的运算量会大大减小，从而能够用较低成本的处理器完成，大大降低了数码笔的成本；通过采用位移偏移技术使数码笔的图像解析速度加快和准确度，从而能够更快、更准确的生成用户的书写轨迹。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1示出本实用新型所述一种数码笔的内部功能模块的示意图；

图2示出本实用新型所述一种数码笔的示意图。

附图标号

1、数码笔本体，2、光学扑捉器件，3、控制按键，4、笔芯，5、辅助光源，6、无线发射模块，7、PCBA、8压力传感器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

如图1和图2所示，本实用新型公开了一种数码笔，包括数码笔本体1，该数码笔本体包括：基于触发信号，对用户书写载体上的图像进行采集的图像采集单元和中央处理单元。所述中央处理单元，基于用户书写动作的触压信号，产生用于触发图像采集单元采集用户书写载体上的图像的触发信号；根据从图 像采集单元获取的书写图像，分别对用户落笔点的图像和用户连续书写过程的图像进行处理分析，获得落笔点的绝对坐标(X₀，Y₀)和连续书写过程的偏移量(△X_n，△Y_n)，并基于该落笔点的绝对坐标和连续书写过程的偏移量确定用户书写轨迹，其中，n为自然数。若在落笔后与笔移动之前没有计算出准确的绝对坐标，则设定X₀＝0，Y₀＝0，即当前落笔点的绝对坐标设为(0，0)，并将该落笔点的绝对坐标作为随后用户连续书写轨迹的初始点坐标。本方案中，优选地采用具有坐标的纸张等对应印刷坐标图形的介质作为书写载体，并获得绝对位置坐标；本方案也可以选择在非坐标介质上书写，并获得相对书写位移坐标.

本方案中，所述中央处理单元包括：触发信号产生模块，基于用户书写的触压信号，产生用于触发图像采集单元采集用户书写载体上的图像的触发信号；绝对坐标计算模块，对图像采集单元采集的用户落笔点的图像进行分析，获得落笔点的绝对坐标(X₀，Y₀)；偏移量计算模块，对图像采集单元采集的用户连续书写过程的图像进行分析，获得连续书写过程的偏移量(△X_n，△Y_n)；转换模块，用于根据用户书写动作进行绝对坐标计算或偏移量计算的切换；若用户当前书写动作为落笔动作，则进行落笔点的绝对坐标计算；若用户当前书写动作为连续书写动作，则进行偏移量计算；和，轨迹生成模块，基于该落笔点的绝对坐标和连续书写过程的偏移量确定用户书写轨迹，即每一次的落笔点的轨迹为(Px₀，Py₀)为(X₀，Y₀)，用户书写轨迹为(Px_m＝Px_m-1+△X_m，Py_m＝Py_m-1+△Y_m)，其中，m为正整数。其中，所述绝对坐标计算模块可以采用图像绝对坐标计算芯片；所述偏移量计算模块可以采用图像偏移量计算芯片。本方案中可以采用光学扑捉器件2对用户实际书写的轨迹进行图像捕捉。

该数码笔本体进一步包括：通过电连接的方式固定在笔芯4和触发信号产生模块之间的压力传感器，当用户书写时，将笔芯4按压书写载体的压力转换为触压信号，并发送至触发信号产生模块。

该数码笔本体进一步包括：用于以无线和/或有线通信的方式与外部设备进行数据通信的通信单元。所述有线通信为通用异步收发传输器Uart、串行外设接口SPI、总线I2C、串行通讯或USB接口；所述无线通信为蓝牙、wifi或2.4G射频通信模块。本方案采用的技术方案是，在数码笔本体1上设置有迷你USB接口，用于直接与外部设备对接进行数据通信及充电管理，同时，在数码笔本体上设置有无线发送模块6。

该数码笔本体进一步包括：用于为数码笔内功能模块供电和外部充电管理的供电管理单元，所述供电管理单元包括：储能模块和用于基于中央处理单元或外部充电信号对储能模块进行充放电的充放电控制模块。为了配合控制按键对数码笔内部功能模块的使用，在数码笔上进一步设置有控制按键，用户可通过控制按键向中央处理单元发送控制指令，并利用中央处理单元对数码笔中的各功能模块进行控制或进行数据分析计算。为了配合控制按键对数码笔电源进行控制，所述中央处理单元进一步包括：电源管理模块，用于基于控制按键的控制信号，向供电模块发出供电或断电信号。

下面通过一组实施例对本实用新型做进一步说明：

本方案采用位移偏移技术，利用光学扑捉器件2拍摄用户的实际书写轨迹图像通过将解码还原绝对位置坐标和图像矢量偏移技术相结合，使处理器的实际计算量大大减小，同时可以提高处理器的计算速度和精度。

具体的，当用户开始使用数码笔时，单击控制按键，控制按键向中央处理单元发送开启数码笔的控制信号，中央处理单元中的电源管理模块控制供电模块向数码笔本体1内各功能模块供电。当用户落笔时压力传感器将笔芯4与书写载体的压力转换为触压信号，触发信号产生模块基于该触压信号，产生用于触发图像采集单元采集用户书写纸张上的图像的触发信号，通过触发信号控制光学扑捉器件2对用户实际书写轨迹的图像进行采集。中央处理单元中按照预设频率，从图像采集单元中提取图像信息，此时，绝对坐标计算芯片对获得的用户落笔时的落笔点的图像进行分析，获得落笔点的绝对坐标(X₀，Y₀)，落笔点坐标确定后，此时用户若是继续连续书写，则中央处理单元中的转换模块将立即转换为偏移量计算芯片对提取到的连续书写的图像进行分析，获得连续书写过程的偏移量(△X_n，△Y_n)，直到用户提笔，偏移量计算芯片对图像分析结束；若此时，用户提笔，停止书写，则转换模块不做转换，继续等待下一次用户落笔，确定新一次落笔的落笔点坐标，并执行用户继续连续书写的图像处理方式或等待下一次用户落笔的图像处理方式。待用户书写完毕，中央处理单元中的轨迹生成模块基于该落笔点的绝对坐标和连续书写过程的偏移量确定用户书写轨迹，即每一次的落笔点的轨迹为(Px₀，Py₀)为(X₀，Y₀)，用户书写轨迹为(Px_m＝Px_m-1+△X_m，Py_m＝Py_m-1+△Y_m)，其中，n为自然数，m为正整数。

第一个采样时间点的坐标就是(Px₁，Py₁)其中Px₁＝X₀+△X₁，Py₁＝Y0+△Y₁，第二个采样时间点的坐标就是(Px₂，Py₂)Px₂＝PX₁+△X₂，Py₂＝Py₁+△Y₂)，这样的不同时间的采样都会获得对应的坐标，当笔抬起是结束偏移坐标获取。

如图2所示，本方案中，大部分功能模块均设置在PCB板上，经过SMT上件，再经过DIP插件的整个制程，形成PCBA结构。

本实用新型所述技术方案由于采用了位移偏移技术会使整个运算的处理器的运算量会大大减小，从而能够用较低成本的处理器完成，大大降低了数码笔的成本；通过采用位移偏移技术使数码笔的图像解析速度加快和准确度，从而能够更快、更准确的生成用户的书写轨迹。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种数码笔，包括数码笔本体，其特征在于，该数码笔本体包括：

图像采集单元，基于触发信号，对用户书写载体上的图像进行采集；

中央处理单元，基于用户书写动作的触压信号，产生用于触发图像采集单元采集用户书写载体上的图像的触发信号；根据从图像采集单元获取的书写载体上的图像，分别对用户落笔点的图像和用户连续书写过程的图像进行处理分析，获得落笔点的绝对坐标(X₀，Y₀)和连续书写过程的偏移量(△X_n，△Y_n)，并基于该落笔点的绝对坐标和连续书写过程的偏移量确定用户书写轨迹，其中，n为自然数。

2.根据权利要求1所述的一种数码笔，其特征在于，所述书写载体为具有坐标的书写纸或对应印刷坐标图形的介质。

3.根据权利要求1所述的一种数码笔，其特征在于，所述中央处理单元包括：

触发信号产生模块，基于用户书写的触压信号，产生用于触发图像采集单元采集用户书写载体上的图像的触发信号；

绝对坐标计算模块，对图像采集单元采集的用户落笔点的书写载体上图像进行分析运算，获得落笔点的绝对坐标(X₀，Y₀)；

偏移量计算模块，对图像采集单元采集的用户连续书写过程的扑捉的图像进行分析运算，获得连续书写过程的偏移量(△X_n，△Y_n)；

转换模块，用于根据用户书写动作进行绝对坐标计算或偏移量计算的切换；若用户当前书写动作为落笔动作，则进行落笔点的绝对坐标计算；若用户当前书写动作为连续书写动作，则进行偏移量计算；

轨迹生成模块，基于该落笔点的绝对坐标和连续书写过程的偏移量确定用户书写轨迹，即每一次的落笔点的轨迹为(Px₀，Py₀)为(X₀，Y₀)，用户书写轨迹为(Px_m＝Px_m-1+△X_m，Py_m＝Py_m-1+△Y_m)，其中，m为正整数。

4.根据权利要求3所述的一种数码笔，其特征在于，该数码笔本体进一步包括：

笔芯；

和笔芯电连接的压力传感器，用于将用户书写过程中的笔芯的压力转换为触压信号，并发送至触发信号产生模块。

5.根据权利要求3所述的一种数码笔，其特征在于，所述绝对坐标计算模块采用图像绝对坐标计算芯片，所述偏移量计算模块采用图像偏移量计算芯 片；或采用将绝对坐标计算模块和偏移量计算模块集成为一体的坐标计算芯片。

6.根据权利要求1所述的一种数码笔，其特征在于，所述图像采集单元采用光学扑捉器件，该光学扑捉器件包括光学摄像芯片和与该芯片相匹配的镜头。

7.根据权利要求1所述的一种数码笔，其特征在于，该数码笔本体进一步包括：用于以无线和/或有线通信的方式与外部设备进行数据通信的通信单元。

8.根据权利要求1所述的一种数码笔，其特征在于，所述中央处理单元按照预设频率，从图像采集单元中提取图像信息。

9.根据权利要求1所述的一种数码笔，其特征在于，该数码笔本体进一步包括：用于为数码笔内功能模块供电和外部充电管理的供电管理单元；

所述供电管理单元包括：储能模块和用于基于中央处理单元或外部充电信号对储能模块进行充放电的充放电控制模块。

10.根据权利要求9所述的一种数码笔，其特征在于，

控制按键，用于向中央处理单元发送开启或关闭数码笔的控制信号，切换笔的采集输出模式，可以对外输出轨迹坐标或仅输出笔的相对位移坐标；

所述中央处理单元进一步包括：电源管理模块，用于基于控制按键的控制信号，向供电管理单元中的充放电控制模块发出供电或断电信号；

光源，为图像采集单元提供对实际书写轨迹的照明，包括单有色可见光源及其他不可见光源。