CN103218065A - 一种自动变更笔触类型的手写输入装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动变更笔触类型的手写输入装置，包括便携式电子设备和手写笔，根据手写笔与便携式电子设备的手写平面的相对夹角不同，自动变更手写笔的笔触类型。设定变更笔触应该在以下条件下进行：手写笔处于手写状态；手写笔处于上述三种角度范围内，且连续保持T秒。本发明的优点在于：自动变更手写输入时的笔触类型，减少了用户的额外操作，提高了用户体验；根据相对夹角变化来变更笔触类型符合用户握笔习惯，用户不用另外学习即可适应使用。

Description

一种自动变更笔触类型的手写输入装置

技术领域

本发明涉及一种计算机外围设备，具体是一种手写输入装置。 

背景技术

目前，手写输入已经应用在越来越多的便携式电子设备上，手写输入装置包括便携式电子设备和手写笔，手写笔的自动化程度也越来越高，提供了很好的用户体验。文件CN1598869A公开了一种可模拟不同笔触的手写笔，其主要思想是根据手写笔笔头所受压力来实现笔触的变化，并且只是涉及了笔触的浓淡，粗细等，但是不涉及不同类别的笔之间的切换，例如，硬笔和软笔写出来的字是不一样的，比如圆珠笔或铅笔的笔再粗也没有毛笔粗，如果不更换类型，只是根据压力来变换粗细，那只能在圆珠笔或者毛笔的范围内变换粗细，而无法跳出这个范围。因此，该技术的缺陷在于无法自动变更笔触的类型。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种可以自动变更笔触类型的手写输入装置。 

本发明是采用以下技术手段解决上述技术问题的：一种自动变更笔触类型的手写输入装置，包括便携式电子设备和手写笔，其特征在于，根据手写笔与便携式电子设备的手写平面的相对夹角不同，自动变更手写笔的笔触类型。 

自动变更笔触类型具体包括以下情况： 

当手写笔与手写平面夹角大于等于80度且小于等于90度时，笔触类型变更为毛笔或软笔； 

当手写笔与手写平面夹角大于等于40度且小于等于80度时，笔触类型变更为钢笔，圆珠笔或书写铅笔； 

当手写笔与手写平面夹角小于40度时，笔触类型变更为素描铅笔。 

当然，以上角度范围仅为示例，用户可以根据自身习惯调整角度范围。 

为了避免在书写过程中，偶然超出角度范围导致笔触被误更改，设定变更笔触应该在以下条件下进行： 

（1）手写笔处于手写状态。 

（2）手写笔处于上述三种角度范围内，且连续保持T秒。 

（3）上面所述的保持时间T秒可以根据用户的使用习惯自行设置。 

此外，手写笔上还可以安装有一个锁定开关，该开关打开时，将保持当前笔触状态且不再变化，该开关关闭时，即可恢复自动笔触变化。 

为了获取手写笔与手写平面的相对夹角，所述手写笔内部包括倾角传感器、地磁传感器、模数转换器、处理器、存储器、通信模块、电池； 

所述便携式电子设备包括触摸检测模块、倾角传感器、地磁传感器、模数转换器、显示模块、通信模块、处理器、存储器； 

手写笔通过倾角传感器和地磁传感器获取自身的倾角和方位角信息并经过处理器处理后，通过通信模块发送至便携式电子设备，存储器存储数据；便携式电子设备的触摸检测模块检测手写笔是否处于书写状态并传送给处理器，通过倾角传感器和地磁传感器获取自身的倾角和方位角信息并经过处理器处理后，结合通过通信模块接收到的手写笔的倾角和方位角信息，即可计算出手写笔与便携式电子设备的手写平面的相对夹角，存储器存储数据，显示模块显示手写输入的内容。 

具体的，该手写输入装置的工作流程包括下述步骤： 

步骤1：开始； 

步骤2：便携式电子设备通过触摸检测模块判断手写笔是否进入了手写状态，判断标准即手写笔接触触摸检测模块同时接触位置发生位移，如果进入手写状态，则进入步骤3，否则，返回步骤1； 

步骤3：当确定手写笔进入手写状态后，便携式电子设备通过其上的倾角传感器获得便携式电子设备的重力倾角信息，通过地磁传感器获得便携式电子设备的的方位角信息并发送至其上的处理器； 

步骤4：手写笔通过其上的倾角传感器获得手写笔的重力倾角信息，通过地磁传感器获得手写笔的方位角信息并发送至其上的处理器； 

步骤5：手写笔自身的重力倾角信息和方位角信息通过通信模块发送至便携式电子设备的处理器； 

步骤6：便携式电子设备的处理器收到信息后，将该信息结合获 得的自身的重力倾角信息和方位角信息，计算出手写笔与便携式电子设备手写平面之间的夹角信息，具体的计算方法如上所述； 

步骤7：便携式电子设备按照夹角显示设定的笔触类型； 

步骤8：检测手写笔是否离开手写状态，若是，进入步骤9，否则，返回步骤3； 

步骤9：结束。 

本发明的优点在于： 

1、自动变更手写输入时的笔触类型，减少了用户的额外操作，提高了用户体验。 

2、根据相对夹角变化来变更笔触类型符合用户握笔习惯，用户不用另外学习即可适应使用。 

附图说明

图1是手写输入装置的结构图。 

图2是手写笔的内部结构原理框图。 

图3是手写笔处于以地平面为参考的直角坐标系。 

图4是便携式电子设备的内部结构原理框图。 

图5是便携式电子设备处于地平面为参考的直角坐标系。 

图6是单位向量

处于地平面为参考的直角坐标系。 

图7是记录手写笔运动姿态的手写输入装置的工作流程图。 

具体实施方式

请参阅图1所示，手写输入装置包括手写笔10和便携式电子设备20。 

参阅图2所示，所述手写笔10内部包括倾角传感器、地磁传感器、模数转换器、处理器、存储器、通信模块及电池。所述倾角传感器和地磁传感器通过模数转换器连接到存储器，存储器和通信模块均连接到存储器。 

倾角传感器获取手写笔的重力倾角信息，地磁传感器用来获取手写笔的方位角信息。模数转换器将倾角传感器和地磁传感器输出的模拟信号转换为数字信号。手写笔10通过通信模块与便携式电子设备20通信。存储器用来存储固件程序。处理器通过各传感器获取手写笔的重力倾角信息和方位角信息。电池为各功能模块供电。 

为了描述手写笔10的空间姿态，请参阅图3所示，建立以地平面为参考的直角坐标系，具体以重力加速度的反方向为G轴，正南方向为S轴，正东方向为E轴。此处假设手写笔10为一柱状体，有一向量

沿手写笔10的对称轴从笔头指向笔尾方向，我们可通过向量

来描述手写笔的空间姿态。向量

与G轴的夹角即为重力倾角β₁，该信息可以通过倾角传感器获得。向量

在地平面的投影向量与S轴的夹角即为方位角α₁该信息可以通过地磁传感器获得。假设沿G轴的单位向量为沿S轴的单位向量为

沿E轴的单位向量为

则可以将单位向量表示为： 

$\stackrel{\→}{P}=\cos {\mathrm{\β}}_1\·\stackrel{\→}{g}\sin {\mathrm{\β}}_1\cos {\mathrm{\α}}_1\·\stackrel{\→}{s}+\sin {\mathrm{\β}}_1\sin {\mathrm{\α}}_1\·\stackrel{\→}{e}$

请参阅图4所示，所述便携式电子设备包括触摸检测模块、倾角传感器、地磁传感器、模数转换器、显示模块、通信模块、处理器、存储器。 

倾角传感器获取便携式电子设备的重力倾角信息，地磁传感器用来获取便携式电子设备的方位角信息。模数转换器将各传感器输出的模拟信号转换为数字信号并传送给处理器。触摸检测模块用于检测手写笔是否处于书写状态。显示模块用于显示手写输入的内容。存储器用来存储操作系统软件及运动姿态信息。便携式电子设备通过通信模块和手写笔通信。处理器通过触摸检测模块判断手写笔是否处于书写状态；通过各传感器获取便携式电子设备的重力倾角信息和方位角信息。电池为各功能模块供电。 

为了描述便携式电子设备20的空间姿态，同样建立以地平面为参考的直角坐标系，如图5所示，具体以重力加速度的反方向为G轴，正南方向为S轴，正东方向为E轴。此处假设便携式电子设备20为该直角坐标系中的一个长方体，长方体其中一面的一部分为手写平面22，手写平面对应的另外一面为背面24，以长方体背面24的其中一个顶点为起始点，指向手写平面22的相邻顶点的单位向量是 通过确定单位向量

可以唯一确定便携式电子设备手写平面的空间姿态。 

单位向量

与G轴的夹角即为重力倾角β₂，该信息可以通过倾角传感器获得。单位向量

在地平面的投影向量

与S轴的夹角即为方位角α₂，该信息可以通过地磁传感器获得。假设沿G轴的单位向量为 

沿S轴的单位向量为

沿E轴的单位向量为

则单位向量

可表示为： 

$\stackrel{\→}{H}=\cos {\mathrm{\β}}_2\·\stackrel{\→}{g}\sin {\mathrm{\β}}_2\cos {\mathrm{\α}}_2\·\stackrel{\→}{s}+\sin {\mathrm{\β}}_2\sin {\mathrm{\α}}_2\·\stackrel{\→}{e}$

由于描述手写笔姿态的单位向量

和描述便携式电子设备手写平面空间姿态的单位向量

均处于同一直角坐标系，由此我们通过计算单位向量

和单位向量

的相互关系来确定手写笔和便携式电子设备手写平面的相对空间关系。 

单位向量

和手写平面之间的夹角θ₁，其具体计算方法如下： 

${\mathrm{\θ}}_1={\sin }^{-1}\left(\frac{\stackrel{\→}{P}\·\stackrel{\→}{H}}{\left|\stackrel{\→}{P}\right|\·\left|\stackrel{\→}{H}\right|}\right)$

${\mathrm{\θ}}_1={\sin }^{-1}\left(\frac{\cos {\mathrm{\β}}_1\cos {\mathrm{\β}}_2+\sin {\mathrm{\β}}_1\cos {\mathrm{\α}}_1\sin {\mathrm{\β}}_2\cos {\mathrm{\α}}_2+\sin {\mathrm{\β}}_1{\sin \mathrm{\α}}_1{\sin \mathrm{\β}}_2{\sin \mathrm{\α}}_2}{\sqrt{{\cos }^2{\mathrm{\β}}_1+{\sin }^2{\mathrm{\β}}_1{\cos }^2{\mathrm{\α}}_1+{\sin }^2{\mathrm{\β}}_1{\sin }^2{\mathrm{\α}}_1}\·\sqrt{{\cos }^2{\mathrm{\β}}_2+{\sin }^2{\mathrm{\β}}_2{\cos }^2{\mathrm{\α}}_2+{\sin }^2{\mathrm{\β}}_2{\sin }^2{\mathrm{\α}}_2}}\right)$

该手写输入装置的工作流程如图7所示，包括下述步骤： 

步骤1：开始； 

步骤2：便携式电子设备通过触摸检测模块判断手写笔是否进入了手写状态，判断标准即手写笔接触触摸检测模块同时接触位置发生位移，如果进入手写状态，则进入步骤3，否则，返回步骤1； 

步骤3：当确定手写笔进入手写状态后，便携式电子设备通过其上的倾角传感器获得便携式电子设备的重力倾角信息，通过地磁传感器获得便携式电子设备的的方位角信息并发送至其上的处理器； 

步骤4：手写笔通过其上的倾角传感器获得手写笔的重力倾角信息，通过地磁传感器获得手写笔的方位角信息并发送至其上的处理器； 

步骤5：手写笔自身的重力倾角信息和方位角信息通过通信模块发送至便携式电子设备的处理器； 

步骤6：便携式电子设备的处理器收到信息后，将该信息结合获得的自身的重力倾角信息和方位角信息，计算出手写笔与便携式电子设备手写平面之间的夹角信息，具体的计算方法如上所述； 

步骤7：便携式电子设备按照夹角显示设定的笔触类型； 

步骤8：检测手写笔是否离开手写状态，若是，进入步骤9，否则，返回步骤3； 

步骤9：结束。 

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种自动变更笔触类型的手写输入装置，包括便携式电子设备和手写笔，其特征在于，根据手写笔与便携式电子设备的手写平面的相对夹角不同，自动变更手写笔的笔触类型。

2.如权利要求1所述的自动变更笔触类型的手写输入装置，其特征在于，自动变更笔触类型具体包括以下情况：

当手写笔与手写平面夹角大于等于80度且小于等于90度时，笔触类型变更为毛笔或软笔；

当手写笔与手写平面夹角大于等于40度且小于等于80度时，笔触类型变更为钢笔，圆珠笔或书写铅笔；

当手写笔与手写平面夹角小于40度时，笔触类型变更为素描铅笔。

3.如权利要求1或2所述的自动变更笔触类型的手写输入装置，其特征在于，设定变更笔触应该在以下条件下进行：

（1）手写笔处于手写状态；

（2）手写笔处于上述三种角度范围内，且连续保持T秒。

4.如权利要求1所述的自动变更笔触类型的手写输入装置，其特征在于，所述手写笔上安装有一个锁定开关，该开关打开时，将保持当前笔触状态且不再变化，该开关关闭时，即可恢复自动笔触变化。

5.如权利要求1所述的自动变更笔触类型的手写输入装置，其特征在于，

所述手写笔内部包括倾角传感器、地磁传感器、模数转换器、处理器、存储器、通信模块、电池；

所述便携式电子设备包括触摸检测模块、倾角传感器、地磁传感器、模数转换器、显示模块、通信模块、处理器、存储器；

手写笔通过倾角传感器和地磁传感器获取自身的倾角和方位角信息并经过处理器处理后，通过通信模块发送至便携式电子设备，存储器存储数据；便携式电子设备的触摸检测模块检测手写笔是否处于书写状态并传送给处理器，通过倾角传感器和地磁传感器获取自身的倾角和方位角信息并经过处理器处理后，结合通过通信模块接收到的手写笔的倾角和方位角信息，即可计算出手写笔与便携式电子设备的手写平面的相对夹角，存储器存储数据，显示模块显示手写输入的内容。

6.如权利要求5所述的自动变更笔触类型的手写输入装置，其特征在于，为了描述手写笔的空间姿态，建立以地平面为参考的直角坐标系，具体以重力加速度的反方向为G轴，正南方向为S轴，正东方向为E轴，设手写笔为一柱状体，有一向量

，沿手写笔的对称轴从笔头指向笔尾方向，通过向量

来描述手写笔的空间姿态，向量

与G轴的夹角即为重力倾角β₁，该信息通过倾角传感器获得，向量

在地平面的投影向量与S轴的夹角即为方位角α₁，该信息通过地磁传感器获得，设沿G轴的单位向量为

，沿S轴的单位向量为，沿E轴的单位向量为，则将单位向量

表示为：

$\stackrel{\→}{P}=\cos {\mathrm{\β}}_1\·\stackrel{\→}{g}+\sin {\mathrm{\β}}_1\cos {\mathrm{\α}}_1\·\stackrel{\→}{s}+\sin {\mathrm{\β}}_1\sin {\mathrm{\α}}_1\·\stackrel{\→}{e}$ ；

为了描述便携式电子设备的空间姿态，建立以地平面为参考的直角坐标系，具体以重力加速度的反方向为G轴，正南方向为S轴，正东方向为E轴，设便携式电子设备为该直角坐标系中的一个长方体，长方体其中一面的一部分为手写平面，手写平面对应的另外一面为背面，以长方体背面的其中一个顶点为起始点，指向手写平面的相邻顶点的单位向量是，单位向量

与G轴的夹角即为重力倾角β₂，该信息通过倾角传感器获得，单位向量

在地平面的投影向量与S轴的夹角即为方位角α₂，该信息通过地磁传感器获得，设沿G轴的单位向量为

，沿S轴的单位向量为

，沿E轴的单位向量为

，则单位向量

表示为：

$\stackrel{\→}{H}=\cos {\mathrm{\β}}_2\·\stackrel{\→}{g}+\sin {\mathrm{\β}}_2\cos {\mathrm{\α}}_2\·\stackrel{\→}{s}+\sin {\mathrm{\β}}_2\sin {\mathrm{\α}}_2\·\stackrel{\→}{e}$

描述手写笔姿态的单位向量

和描述便携式电子设备手写平面空间姿态的单位向量

均处于同一直角坐标系，通过计算单位向量

和单位向量

的相互关系来确定手写笔和便携式电子设备手写平面的相对空间关系，单位向量

和手写平面之间的夹角θ₁，其具体计算方法如下：

${\mathrm{\θ}}_1={\sin }^{-1}\left(\frac{\stackrel{\→}{P}\·\stackrel{\→}{H}}{\left|\stackrel{\→}{P}\right|\·\left|\stackrel{\→}{H}\right|}\right)$

${\mathrm{\θ}}_1={\sin }^{-1}\left(\frac{\cos {\mathrm{\β}}_1{\cos \mathrm{\β}}_2+\sin {\mathrm{\β}}_1\cos {\mathrm{\α}}_1\sin {\mathrm{\β}}_2\cos {\mathrm{\α}}_2+\sin {\mathrm{\β}}_1\sin {\mathrm{\α}}_1\sin {\mathrm{\β}}_2\sin {\mathrm{\α}}_2}{\sqrt{{\cos }^2{\mathrm{\β}}_1+{\sin }^2{\mathrm{\β}}_1{\cos }^2{\mathrm{\α}}_1+{\sin }^2{\mathrm{\β}}_1{\sin }^2{\mathrm{\α}}_1}\·\sqrt{{\cos }^2{\mathrm{\β}}_2+{\sin }^2{\mathrm{\β}}_2{\cos }^2{\mathrm{\α}}_2+{\sin }^2{\mathrm{\β}}_2{\sin }^2{\mathrm{\α}}_2}}\right)$ 。

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