CN108415600B - 电磁笔手写笔迹位置矫正方法及装置 - Google Patents

电磁笔手写笔迹位置矫正方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电磁笔手写笔迹位置矫正方法及装置，所述电磁笔位于手写板的上方，电磁笔内部沿纵向方向设有线圈1和线圈2，线圈1靠近电磁笔笔尖，两线圈之间的距离为h1，电磁笔笔尖与线圈1之间的距离为h2，所述矫正方法及装置根据电磁笔笔尖、双线圈与三者在手写板上的对应坐标点位置构成的两个相似三角形来计算出笔迹的实际坐标。本发明可以实现对纸张上任何区域内的笔迹位置进行精准矫正，精准度和效率相比于以往的矫正方法得到大幅提高。

Description

电磁笔手写笔迹位置矫正方法及装置
技术领域
本发明涉及电磁手写输入技术领域，尤其涉及一种电磁笔手写笔迹位置矫正方法及装置。
背景技术
电磁笔经常与手写板配合使用，在手写板上覆盖纸张，用电磁笔在纸张上书写内容，根据电磁感应原理，手写板将电磁笔书写的笔迹逐一记录保存，保存的电子笔迹与书写在纸张上的笔迹一致，手写板将记录的电子笔迹传输到电脑上供学生或教师查阅；常规电磁笔中的线圈紧靠笔尖安装，从而最大程度地还原电磁笔的书写笔迹，实际上手写板上识别的笔迹是以电磁笔内部线圈与手写板上天线回路感应的位置进行识别的，其与笔迹的实际位置存在偏差。
人们在使用电磁笔书写时，由于不同人握笔姿势不同，所以当电磁笔倾斜角出现变化时，手写板上的天线回路所感到的信号值也会改变，；当电磁笔垂直于手写板天线区表面时且位于某个天线回路正中央时，天线回路所感应到的信号分布基本上呈左右对称分布，左侧信号峰值大致与右侧信号峰值相等，当电磁笔向左倾斜时，左侧信号峰值增加而使得左侧信号峰值大于右侧信号峰值，当电磁笔向右倾斜时，右侧信号峰值增加而使得右侧信号峰值大于左侧信号峰值，中央信号峰值可能会移动到下一个天线回路，从而使得手写板识别的电磁笔笔尖坐标与其实际位置坐标发生偏差。
传统矫正电磁笔坐标的方法是利用电磁笔的倾斜角来计算的，而侦测电磁笔倾斜角的方法基本上都要利用电磁笔所在位置附近的电压信号值进行函数运算，其中一种方法是利用手写板天线回路的感应信号值仿真出至少两条信号曲线，根据两信号曲线之间的曲线变化率以估算出电磁笔的倾斜角，此方式需要扫描5-7条天线回路，才能侦测得到倾斜角，当扫描回路少时，还需要滤波验算以及参考历史轨迹得到倾斜角，这个方法可使手写板上65％左右的手写区域可被准确估算，但是在实际运用中依然无法满足需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电磁笔手写笔迹位置矫正方法及装置，该矫正方法是在电磁笔中放置双线圈，根据笔尖、双线圈与三者在手写板上的对应坐标点位置构成的两个相似三角形来计算出笔迹的实际坐标，从而可以实现对纸张上任何区域内的笔迹位置进行精准矫正。
第一方面，本发明提供了一种电磁笔手写笔迹位置矫正方法，所述电磁笔位于手写板的上方，电磁笔内部沿纵向方向设有线圈1和线圈2形成两个LC回路，线圈1靠近电磁笔笔尖，两线圈之间的距离为h1，电磁笔笔尖与线圈1之间的距离为h2，所述矫正方法包括以下步骤：
(1)获取线圈1和线圈2在手写板上的对应坐标分别是(x1，y1)、(x2，y2)，并计算得到两坐标之间的距离s1；
(2)获取电磁笔笔尖在手写板上的对应坐标(x0，y0)，方法为：设定(x0，y0)、(X1，y1)与(X2，y2)位于同一条直线上,计算(x0，y0)与(x1，y1)之间的位移差s2，并根据电磁笔笔尖、线圈1、线圈2以及三者在手写板上的对应坐标构成的两个相似三角形，计算得出x0和y0的值。
在上述技术方案中，可以认为(x0，y0)与(x1，y1)之间的距离s2为笔迹实际位置与传统手写板识别的笔迹位置之间所存在的位移差，通过笔尖与双线圈以及三者在手写板上的对应坐标点位置构成的两个相似三角形，计算出笔迹的实际位置坐标(x0，y0)，实现对任何区域内的笔迹位置进行精确矫正的目的，本发明可以满足手写板98％左右的区域进行精准测算，缩小了手写板边缘的无效区，扩大了手写板有效区的范围；上述矫正方法相较于已有的矫正方法，精确度提高了很多，且计算过程简便、效率高。
进一步地，电磁笔与手写板之间的倾斜夹角α(0＜α＜90°)、位移差s2与手写板的x轴正向之间的倾斜夹角β(0＜β＜90°)以及与手写板的y轴正向之间的倾斜夹角γ(0°＜γ＜180°)均由三角函数计算得出。
进一步地，当步骤(1)仅获取到线圈1在手写板上的对应坐标(x1，y1)，未获取到线圈2在手写板上的对应坐标(x2，y2)时，步骤(2)中电磁笔笔尖在手写板上对应坐标(x0，y0)的计算通过前述位移差值s2或s1及倾斜夹角β或γ的平均值
Figure BDA0001592996710000031
或
Figure BDA0001592996710000032
及
Figure BDA0001592996710000033
或
Figure BDA0001592996710000034
进行矫正。
进一步地，在步骤(1)中，获取线圈1和线圈2在手写板上的对应坐标时，线圈1和线圈2形成的两个LC回路交替接通发送信号。
第二方面，本发明提供的电磁笔手写笔迹位置矫正装置，包括电磁笔和手写板，电磁笔内部沿纵向方向安装有线圈1和线圈2形成两个LC回路，两线圈之间距离为h1，电磁笔笔尖与线圈1的距离为h2；手写板内置中央处理器以及与其连接的天线板，天线板用于获取线圈1和线圈2在手写板上的对应坐标(x1，y1)与(x2，y2)，中央处理器设定电磁笔笔尖在手写板上的对应坐标(x0，y0)与(x1，y1)、(x2，y2)位于同一条直线上,并根据笔尖、线圈1、线圈2与三者在手写板上的对应坐标构成的相似三角形，计算得到笔尖在手写板上的实际坐标(x0，y0)。
进一步地，电磁笔内部还设有电源、信号发生器1、信号发生器2、开关K1、开关K2、电容C1和电容C2，线圈1与信号发生器1、开关K1、电容C1、电源形成回路，线圈2与信号发生器2、开关K2、电容C2、电源形成回路，开关K1和开关K2由控制模块控制交替开启；手写板内置与中央处理器连接的信号接收器，信号接收器用来接收信号发生器1和信号发生器2的信号。
进一步地，电磁笔内部还设有压感触发开关，电磁笔的笔芯末端抵住压感触发开关，压感触发开关同时串联在两个回路中。
进一步地，控制模块、信号发生器1、信号发生器2、开关K1以及开关K2集成在微处理器上。
本发明提供的电磁笔手写笔迹位置矫正方法及装置有益效果是:计算出了电磁笔笔迹在手写板上的实际位置，将笔迹位置自动校准为其原来的真实位置，实现书写笔迹由于信号传输造成与实际位置偏差的矫正。
附图说明
图1为电磁笔笔尖、双线圈及三者在手写板上的对应坐标点位置构成的相似三角形示意图；
图2为电磁笔笔尖及双线圈对应坐标点与手写板x轴、y轴的夹角示意图；
图3为电磁笔内部的电路图；
图4为电磁笔的结构示意图；
图5为电磁笔在手写板上书写时的示意图。
具体实施方式
本发明针对现有的电磁笔和手写板(也称电磁板)技术中存在的问题进行了改进，提出了一种电磁笔手写笔迹位置矫正的方法和装置，本发明中的电磁笔和手写板的其他结构均与现有技术类似，以下具体实施方式中不再详细叙述，为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行进一步描述，但不局限于以下方法和结构。
本发明提供的电磁笔手写笔迹位置矫正方法中，所述电磁笔位于手写板的上方，电磁笔内部沿纵向方向设有线圈1和线圈2，线圈1靠近电磁笔笔尖，两线圈之间的距离为h1，电磁笔笔尖与线圈1之间的距离为h2，设定电磁笔笔尖、线圈1中心点、线圈2中心点位于同一条直线上，所述矫正方法包括以下步骤：
(1)根据电磁感应原理获取线圈1和线圈2在手写板上的对应坐标(x1，y1)、(x2，y2)，并计算两坐标之间的距离s1为：
Figure BDA0001592996710000041
手写板根据电磁笔的移动实时获取线圈1和线圈2在手写板上的位移坐标，实时计算两坐标之间的距离；
(2)根据相似三角形原理获取电磁笔笔尖在手写板上的对应坐标(x0，y0)，具体方法如下：
(21)设定(x0，y0)、(x1，y1)与(x2，y2)位于同一条直线上,笔尖与双线圈以及三者在手写板上的对应坐标点位置构成两个相似直角三角形，如图1所示，计算(x0，y0)与(x1，y1)之间的位移差s2为：
Figure BDA0001592996710000051
位移差s2可认为是在矫正之前笔迹识别位置与实际位置之间存在的位移差；
(22)根据直线斜率相等即
Figure BDA0001592996710000052
或
Figure BDA0001592996710000053
计算得出x0和y0的值，由此得到电磁笔笔尖的实际坐标位置。
电磁笔与手写板之间的倾斜夹角α(0＜α＜90°)、位移差s2与手写板的x轴正向之间的倾斜夹角β(0＜β＜90°)、位移差s2与手写板的y轴正向之间的倾斜夹角γ(0°＜γ＜180°)均可由三角函数计算得出。得知倾斜夹角α、β、γ后便于对笔迹信息进行更加全面和细腻的处理。
电磁笔与手写板之间的倾斜夹角α(0＜α＜90°)的计算方法可采用：
Figure BDA0001592996710000054
或
Figure BDA0001592996710000055
或
Figure BDA0001592996710000056
该倾斜夹角α也可以用于其他矫正方法。
如图2所示，位移差s2与手写板的x轴正向之间的倾斜夹角β(0°＜γ＜180°)的计算方法可采用：
Figure BDA0001592996710000057
位移差s2与手写板的y轴正向之间的倾斜夹角γ(0°＜γ＜180°)的计算方法可采用：
Figure BDA0001592996710000058
判断笔尖与线圈1、线圈2在手写板上对应坐标的位置关系至少包括以下几种情形：
若x2＞x1且y2＞y1或x1＞x0且y1＞y0，判断笔迹实际位置位于线圈1或线圈2在手写板上对应坐标的左上方，0°＜β＜90°，0°＜γ＜90°；
若x2＜x1且y2＞y1或x1＜x0且y1＞y0，判断笔迹实际位置位于线圈1或线圈2在手写板上对应坐标的右上方，90°＜β＜180°，0°＜γ＜90°；
若x2＞x1且y2＜y1或x1＞x0且y1＜y0，判断笔迹实际位置位于线圈1或线圈2在手写板上对应坐标的左下方，0°＜β＜90°，90°＜γ＜180°；
若x2＜x1且y2＜y1或x1＜x0且y1＜y0，判断笔迹实际位置位于线圈1或线圈2在手写板上对应坐标的右下方，90°＜β＜180°，90°＜γ＜180°。
当电磁笔写到纸张边缘位置时，如从左到右写完时，电磁笔在向右倾斜(右手写字时)幅度较大的情况下，若电磁笔的线圈落在了手写板识别区域的外侧，手写板便不能进行笔迹的采集，从而使手写板无法完成纸张字迹位置的准确判断；手写板的有效书写区域与常用书写纸张的规格一致，常用书写纸张(例如横线纸、方格纸)也存在有效书写区域，其四周存在留白区域，当笔迹位于纸张有效书写区域边缘时，靠近电磁笔笔尖的线圈1在手写板上的对应坐标落至与纸张留白处相对应的区域，线圈1的坐标位置仍然可以被采集；但当笔迹位于纸张四周的留白区域时，线圈2的坐标位置存在无法被采集的可能，此时，采集的笔迹坐标是线圈1的坐标，其与笔迹的实际坐标位置存在偏差。
由于每个人在写字时，其写作习惯基本一致，在写同一行字时，其倾斜夹角α、β、γ基本一致，因此，当手写板无法监测到线圈2的坐标位置时，可以采用之前计算得知的位移差值s2或s1及倾斜夹角β或γ的平均值
Figure BDA0001592996710000061
进行矫正，例如：
由s2 2＝(x1-x0)2+(y1-y0)2及
Figure BDA0001592996710000062
Figure BDA0001592996710000063
可以计算出x0与y0的值；或由s2 2＝(x1-x0)2+(y1-y0)2及cosγ＝y1-y0s2、sinγ＝x1-x0s2计算出x0与y0的值；其他情况类似，不再赘述。
在步骤(1)中，获取线圈1和线圈2在手写板上的对应坐标时，线圈1、线圈2形成的两个LC回路交替接通发送信号。
与上述矫正方法相对应的电磁笔手写笔迹位置矫正装置，包括电磁笔和手写板，电磁笔内部沿纵向方向安装有线圈1和线圈2，两线圈之间距离为h1，电磁笔笔尖与线圈1之间的距离为h2；手写板内置中央处理器以及与其连接的天线板，天线板用于获取线圈1和线圈2在手写板上的对应坐标(x1，y1)与(x2，y2)，中央处理器设定电磁笔笔尖在手写板上的对应坐标(x0，y0)与(x1，y1)、(x2，y2)位于同一条直线上,并根据笔尖、线圈1、线圈2与三者在手写板上的对应坐标构成的相似三角形，计算得到笔尖在手写板上的实际坐标(x0，y0)。
如图3所示，电磁笔内部还设有电源、信号发生器1、信号发生器2、开关K1、开关K2、电容C1和电容C2，线圈1与信号发生器1、开关K1、电容C1、电源形成回路，线圈2与信号发生器2、开关K2、电容C2、电源形成回路，开关K1和开关K2由控制模块控制交替开启；电源优选可充电式电源，并在电磁笔尾端设置充电接口；信号发生器1和信号发生器2用于交替发送线圈1和线圈2的信号；手写板内置与中央处理器连接的信号接收器，信号接收器用来接收信号发生器1和信号发生器2发送的信号。信号发生器1和信号发生器2也可以采用同一个信号发生器，开关K1和开关K2也可以采用一个单刀双掷开关。
电磁笔内部可以设置压感触发开关，电磁笔的笔芯末端抵住压感触发开关，压感触发开关同时串联在两个回路中。当使用电磁笔写字时，电磁笔的笔芯压紧压感触发开关，压感触发开关开启，在控制模块的控制下，开关K1和开关K2交替接通。
优选地，控制模块、信号发生器1、信号发生器2、开关K1以及开关K2集成在微处理器上，如图4所示。
优选地，电磁笔内还内置压力传感器，压力传感器用于判断笔迹的粗细程度，压力传感器的信号由信号发生器1和信号发生器2发送。
手写板上的天线板包括多组沿x轴方向和y轴方向相交排列的线圈，x轴方向的线圈与y轴方向的线圈成正交，x轴方向的每个线圈和y轴方向的每个线圈起始端均连接在一起，终止端均连接到接地端，各线圈从起始段到终止端所包围的面积几乎是一样的，如图5所示。当电磁笔内的线圈1或线圈2回路接通后，相应的信号发生器将产生脉冲信号，该脉冲信号进入手写板的某一被选通的线圈后，手写板上的该线圈会产生磁场，若电磁笔进入该线圈产生的磁场范围内时，随着电磁笔的移动，电磁笔内的电感、电容组成的共振回路受激以后可积蓄电能，此时电磁笔所积蓄的能量会通过共振回路的自由震荡产生感应信号，并将该感应信号从被接通的磁感线圈发送回手写板，当该感应信号被手写板接收以后，经过放大电路、信号处理电路处理后，再通过模数转化器将转化后的信号发送至中央处理器进行分析计算，从而得到电磁笔的实际位置和压力信息。
本发明提供的电磁笔手写笔迹位置矫正方法及装置可以精确地采集到笔尖笔迹的实际位置，并且可以满足手写板98％左右的区域进行精准测算，即使是处于手写板边缘的笔迹，也能很好地进行矫正。
以上所述实施方式仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电磁笔手写笔迹位置矫正方法，其特征在于，所述电磁笔位于手写板的上方，电磁笔内部沿纵向方向设有线圈1和线圈2形成两个LC回路，线圈1靠近电磁笔笔尖，两线圈之间的距离为h1，电磁笔笔尖与线圈1之间的距离为h2，所述矫正方法包括以下步骤：
(1)获取线圈1和线圈2在手写板上的对应坐标(x1，y1)、(x2，y2)，并计算两坐标之间的距离s1；
(2)获取电磁笔笔尖在手写板上的对应坐标(x0，y0)，方法为：设定(x0，y0)、(x1，y1)与(x2，ｙ2)位于同一条直线上,计算(x0，y0)与(x1，y1)之间的位移差s2；并根据电磁笔笔尖、线圈1、线圈2以及三者在手写板上的对应坐标构成的两个相似三角形，计算得出x0和y0的值；
位移差s2与手写板的x轴正向之间的倾斜夹角β(0＜β＜90°)以及与手写板的y轴正向之间的倾斜夹角γ(0°＜γ＜180°)由三角函数计算得出；
当步骤(1)仅获取到线圈1在手写板上的对应坐标(x1，y1)，未获取到线圈2在手写板上的对应坐标(x2，y2)时，步骤(2)中电磁笔笔尖在手写板上对应坐标(x0，y0)的计算通过前述位移差s2及倾斜夹角β或γ的平均值
Figure FDA0002802069140000011
或
Figure FDA0002802069140000012
及
Figure FDA0002802069140000013
或
Figure FDA0002802069140000014
进行矫正；
在步骤(1)中，获取线圈1和线圈2在手写板上的对应坐标时，线圈1和线圈2形成的两个LC回路交替接通发送信号；
电磁笔内部还设有电源、信号发生器1、信号发生器2、开关K1、开关K2、电容C1和电容C2，线圈1与信号发生器1、开关K1、电容C1、电源形成回路，线圈2与信号发生器2、开关K2、电容C2、电源形成回路，开关K1和开关K2由控制模块控制交替开启；信号发生器1和信号发生器2也可以采用同一个信号发生器。
2.根据权利要求1所述的电磁笔手写笔迹位置矫正方法，其特征在于，电磁笔与手写板之间的倾斜夹角α(0＜α＜90°)由三角函数计算得出。
3.根据权利要求1所述的电磁笔手写笔迹位置矫正方法，其特征在于，若x2＞x1且y2＞y1或x1＞x0且y1＞y0，判断笔迹的实际位置位于线圈1或线圈2在手写板上对应坐标的左上方；
若x2＜x1且y2＞y1或x1＜x0且y1＞y0，判断笔迹的实际位置位于线圈1或线圈2在手写板上对应坐标的右上方；
若x2＞x1且y2＜y1或x1＞x0且y1＜y0，判断笔迹的实际位置位于线圈1或线圈2在手写板上对应坐标的左下方；
若x2＜x1且y2＜y1或x1＜x0且y1＜y0，判断笔迹的实际位置位于线圈1或线圈2在手写板上对应坐标的右下方。
4.一种权利要求1矫正方法采用的电磁笔手写笔迹位置矫正装置，其特征在于，包括电磁笔和手写板，电磁笔内部沿纵向方向安装有线圈1和线圈2形成两个LC回路，两线圈之间距离为h1，电磁笔笔尖与线圈1的距离为h2；手写板内置中央处理器以及与其连接的天线板，天线板用于获取线圈1和线圈2在手写板上的对应坐标(x1，y1)与(x2，y2)，中央处理器设定电磁笔笔尖在手写板上的对应坐标(x0，y0)与(x1，y1)、(x2，y2)位于同一条直线上,并根据笔尖、线圈1、线圈2与三者在手写板上的对应坐标构成的相似三角形，计算得到笔尖在手写板上的实际坐标(x0，y0)。
5.根据权利要求4所述的电磁笔手写笔迹位置矫正装置，其特征在于，电磁笔内部还设有电源、信号发生器1、信号发生器2、开关K1、开关K2、电容C1和电容C2，线圈1与信号发生器1、开关K1、电容C1、电源形成回路，线圈2与信号发生器2、开关K2、电容C2、电源形成回路，开关K1和开关K2由控制模块控制交替开启；手写板内置与中央处理器连接的信号接收器，信号接收器用来接收信号发生器1和信号发生器2发送的信号。
6.根据权利要求5所述的电磁笔手写笔迹位置矫正装置，其特征在于，电磁笔内部还设有压感触发开关，电磁笔的笔芯末端抵住压感触发开关，压感触发开关同时串联在两个回路中。
7.根据权利要求5所述的电磁笔手写笔迹位置矫正装置，其特征在于，控制模块、信号发生器1、信号发生器2、开关K1以及开关K2集成在微处理器上。
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