CN108629307A - 一种智能笔的数据处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能笔的数据处理装置，包括：压力传感器，感应书写时产生的压力，生成压力检测数据；主芯片，接收压力检测数据，并根据压力检测数据，输出图像采集控制信号；图像传感器，接收图像采集控制信号，对笔尖经过的介质上的点阵编码图案进行图像采集，生成点阵编码图像数据；主芯片根据点阵编码图像数据，提取点阵编码信息；译码芯片，对点阵编码信息进行译码，生成点阵坐标信息，并发送给主芯片；主芯片根据每个时间点压力检测数据、时间数据和点阵坐标信息生成笔迹信息；通信模块，接收笔迹信息，并发送给外部设备；印刷电路板，用于设置主芯片和译码芯片，还设置有压力传感器接口插座、通信模块接口插座和图像传感器接口插座。

Description

一种智能笔的数据处理装置

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种智能笔的数据处理装置。

背景技术

目前，人们越来越习惯于用计算机和智能手机等来录入信息，但是因为应用场景的限制或原始证据的保存等因素，传统的纸笔书写还无法被取代，

因此，对书写笔迹进行识别处理的装置具有广泛的应用市场，而对书写笔迹的识别涉及到很多例如图像采集、分析、传输等较多数据处理过程，造成目前的智能笔往往体积较大，用户体验不好，且结构复杂，生产成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能笔的数据处理装置，能够通过对图像数据和压力数据的数据处理，实现对书写笔迹的电子化记录，并将在数据处理时需要用到的主芯片、译码芯片等部件进行集成模块化设计，体积小，结构简单，生产成本低。

为实现上述目的，本发明提供了一种智能笔的数据处理装置，包括：

压力传感器，感应所述智能笔的笔尖在介质上书写时产生的压力，生成压力检测数据；所述压力检测数据具有与感应压力的时间点对应的时间数据；

主芯片，与所述压力传感器电连接，接收所述压力传感器生成的压力检测数据，并根据所述压力检测数据，输出图像采集控制信号；

图像传感器，与所述主芯片电连接，接收所述主芯片输出的图像采集控制信号，对所述笔尖经过的所述介质上的点阵编码图案进行图像采集，生成点阵编码图像数据，并发送给所述主芯片；所述点阵编码图像数据包括采集图像的时间点对应的时间数据；

所述主芯片根据所述点阵编码图像数据，提取点阵编码信息；

译码芯片，与所述主芯片电连接，对所述点阵编码信息进行译码，生成点阵坐标信息，并发送给所述主芯片；所述点阵坐标信息具有对应的时间数据；

所述主芯片根据每个所述时间点所述压力检测数据、时间数据和点阵坐标信息生成笔迹信息；

通信模块，与所述主芯片电连接，接收所述主芯片生成的所述笔迹信息，将所述笔迹信息发送给外部设备，用以所述外部设备根据所述笔迹信息对书写笔迹进行还原并显示；

印刷电路板，用于设置所述主芯片和译码芯片；所述印刷电路板还设置有压力传感器接口插座、通信模块接口插座和图像传感器接口插座；所述压力传感器插接在所述压力传感器接口插座上，所述通信模块插接在所述通信模块接口插座上，所述图像传感器插接在所述图像传感器接口插座上。

优选的，所述数据处理装置还包括：

存储芯片，设置在所述印刷电路板上，与所述主芯片电连接，接收所述主芯片生成的所述笔迹信息，对所述笔迹信息进行存储。

优选的，所述图像传感器具有串行通信接口，所述主芯片具有并行通信接口；所述数据处理装置还包括：

串并转换接口芯片，设置在所述印刷电路板上，所述串并转换接口芯片的输入端与所述图像传感器的串行通信接口相接，输出端与所述主芯片的并行通信接口相连接；

所述串并转换接口芯片将所述图像传感器串行输出的点阵编码图像数据转换为并行的点阵编码图像数据，并发送给所述主芯片。

优选的，所述主芯片集成有并行通信接口和串行通信接口。

优选的，所述印刷电路板上设置有电源芯片，与所述主芯片、译码芯片、通信模块、压力传感器和图像传感器电连接，为所述主芯片、译码芯片、通信模块、压力传感器和图像传感器供电。

优选的，所述主芯片还根据所述压力检测数据，生成笔划计数信息；

所述通信模块将所述笔划计数信息发送给所述外部设备，用以对所述书写笔迹的还原进行校验。

优选的，所述主芯片对接收到的所述点阵编码图像数据进行帧处理，生成多个数据帧；并生成对所述多个数据帧的统计信息；

所述通信模块将所述统计信息发送给所述外部设备，用以对所述书写笔迹的还原进行校验。

本发明实施例提供的智能笔的数据处理装置，能够通过对图像数据和压力数据的数据处理，实现对书写笔迹的电子化记录，并将在数据处理时需要用到的主芯片、译码芯片等部件进行集成模块化设计，体积小，结构简单，生产成本低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的智能笔的数据处理装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的智能笔的数据处理装置的工作示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

为了更好地理解本发明，首先对点阵编码图案和智能笔作些简要介绍：纸张、书写板等介质上可印刷很多细小的点，由若干个点，例如36个，组成一个点阵。这些点可以位于虚拟坐标原点的上下左右四个偏离位置上，一个点阵中的36点就可以有4的36次方种排列方式，对点阵中的点进行编码，就可以得到编码的点阵，即点阵编码图案，每个点阵编码图案都可以代表一个特殊的物理坐标。

智能笔，是具有数据采集、处理功能的书写装置，既可以在介质上留下真实的书写笔迹(例如墨水痕迹)，也可以不留下真实的书写笔迹。当智能笔在具有点阵编码图案的介质上上进行书写时，智能笔能够获取到笔所经过的点阵编码图案的图像，即点阵编码图像，对这些点阵编码图像进行译码，可得到笔在介质上移动的点阵坐标信息，根据点阵坐标信息可生成笔的运动轨迹图像，从而实现对书写笔迹的识别记录。

图1为本发明实施例提供的智能笔的数据处理装置的结构示意图，如图1所示，数据处理装置包括：印刷电路板1、主芯片2、译码芯片3、压力传感器5、通信模块6和图像传感器7。

主芯片2和译码芯片3均设置在印刷电路板1上，然而并不限制它们在印刷电路板1上的具体位置，它们可以设置在印刷电路板1的任何位置，包括印刷电路板1的正面和背面。

印刷电路板1上还具有压力传感器接口插座11、通信模块接口插座12和图像传感器接口插座13。

压力传感器5插接在压力传感器接口插座11上，通信模块6插接在通信模块接口插座上12，图像传感器7插接在图像传感器接口插座13上。

主芯片2分别与译码芯片3、压力传感器5、通信模块6、和图像传感器7电连接。

印刷电路板1上还可以设置有电源芯片4，与主芯片2、译码芯片3、压力传感器5、通信模块6和图像传感器7等电连接，在数据处理装置接通电源后，电源芯片4给主芯片2、译码芯片3、压力传感器5、通信模块6和图像传感器7等控制供电。

压力传感器5用于感应智能笔的笔尖书写时产生的压力，生成压力检测数据。在一个具体的例子中，压力传感器5可以与笔芯的尾端相抵接，从而感应到笔尖书写时产生的压力。

其中，压力检测数据中具有与感应压力的时间点对应的时间数据，时间数据记录了书写时间。时间数据的统计既可以是绝对时间，例如2018年3月12日13:48:05，也可以是相对时间，例如以数据处理装置接通电源的时间或本次启动笔迹记录的时间为起点时间，记录当前书写时间相对于起点时间的相对时间，如1:04:10。

主芯片2接收到压力传感器5生成的压力检测数据，根据压力检测数据，判断压力是否超过设定阈值，在检测到压力超过设定阈值时，表明笔尖与介质产生了接触，则主芯片2产生图像采集控制信号。

图像传感器7与主芯片2电连接，接收到主芯片2产生的图像采集控制信号后，对笔尖经过的介质上的点阵编码图案进行图像采集，在一个具体的例子中，可以以每秒100张的速度进行图像采集，并且生成点阵编码图像数据，其中点阵编码图像数据包括采集图像的时间点对应的时间数据，时间数据记录了笔尖经过点阵的时间，即书写时间。一个时间数据(书写时间)同时对应有压力检测数据和点阵编码图像数据。

其中，图像传感器7可以采用互补金属氧化物半导体(Complementary MetalOxideSemiconductor,CMOS)或半导体元件(Charge-coupled Device,CCD)等传感器。

图像传感器7将点阵编码图像数据发送给主芯片2，主芯片2对点阵编码图像数据进行处理，从点阵编码图像中提取出点阵的点阵编码信息。

在一个具体的例子中，图像传感器7具有串行通信接口71，例如相机串行接口(Camera Serial Interface，CSI)，主芯片2具有并行通信接口21，例如DVP并行接口。在印刷电路板1还设置有串并转换接口芯片8，串并转换接口芯片8的输入端(图中未示出)与图像传感器7的串行通信接口71相接，输出端与主芯片2的并行通信接口21相连接。

在前面所述的具体例子中，图像传感器7将点阵编码图像数据发送给主芯片2，具体可以是：图像传感器7通过串行通信接口71将点阵编码图像数据串行输出给串并转换接口芯片8，串并转换接口芯片8将串行的点阵编码图像数据转换为并行的点阵编码图像数据，并通过输出端输出给主芯片2，主芯片2通过并行通信接口21接收并行的点阵编码图像数据。

主芯片2上可以同时集成有并行通信接口和串行通信接口，在主芯片2上集成有串行通信接口或者图像传感器7支持并行通信接口时，可以省略设置串并转换接口芯片8。例如，在主芯片2具有SCI串行接口，图像传感器7具有SCI串行接口的情况，以及在主芯片2具有DVP接口，而图像传感器7支持DVP并行接口的情况，可以省略设置串并转换接口芯片8，图像传感器7可以直接通过CSI串行接口或DVP并行接口将点阵编码图像数据发送给主芯片2。

主芯片2将从点阵编码图像数据中提取出的点阵编码信息发送给译码芯片3进行译码。

在一个具体的例子中，主芯片2可以通过串口或串行外设接口(SerialPeripheral Interface，SPI)将点阵编码信息发送给译码芯片3。

译码芯片3对点阵编码信息进行译码，得到点阵编码图像数据的点阵坐标信息，并将点阵坐标信息返回给主芯片2。其中，点阵坐标信息具有与点阵编码图像数据相对应的时间数据。

主芯片2根据每个时间点的压力检测数据、点阵坐标信息和时间数据生成笔迹信息。

主芯片2将笔迹信息通过通信模块6发送给外部设备，例如手机、平板电脑、计算机等。外部设备解析笔迹信息，按照时间顺序将点阵坐标信息生成笔尖的运动轨迹图像，即实现对书写笔迹的电子化记录。而解析笔迹信息得到的压力检测数据可以还原书写笔迹的粗细、提笔、顿笔等，使得还原得到的书写笔迹与实际书写笔迹更加相符。

通信模块6是用于有线或无线通信的部件，可以包括USB接口、蓝牙芯片、无线局域网(Wireless Fidelity,WiFi)芯片、通用异步收发传输器(Universal AsynchronousReceiver，UART)等，用户可以自行选择通过有线或无线通信的方式将数据包传输给外部设备。

在优选的实施例中，印刷电路板1上还设置有存储芯片9，存储芯片9与主芯片2相连接，在一个具体的例子中，存储芯片9可以是焊接在印刷电路板1上的，与主芯片2之间通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)连接。

主芯片2可以将笔迹信息通过通信模块6实时发送给外部设备，也可以先存储到存储芯片9内，以定时触发或人工触发的方式，主芯片2将存储芯片9中的笔迹信息读出，并通过通信模块6发送给外部设备。

可以理解的是，存储芯片9和串并转换接口芯片8也与电源芯片4相连接，电源芯片4也为存储芯片9和串并转换接口芯片8供电。

上面对智能笔的处理装置的硬件结构和各部件之间的连接关系进行了介绍，下面对智能笔的数据处理装置的工作过程进行说明。

在一个具体的例子中，如图2所示，数据处理装置接通电源后，电源芯片4先给主芯片2、译码芯片3和存储芯片8供电。主芯片2上具有I²C控制接口22，在主芯片2完成初始化后，主芯片2通过I²C控制接口22控制电源芯片4给通信模块6、图像传感器7和串并转换接口芯片8供电。主芯片2上具有第一图像控制接口23和第二控制接口24，主芯片2通过第一图像控制接口23对图像传感器7进行初始化，通过第二控制接口24对串并转换接口芯片8初始化。

主芯片2实时或按照设定时间间隔接收压力传感传感器发送的压力检测数据，压力检测数据具有压力传感器感应压力的时间点对应的时间数据。当主芯片2检测到压力检测数据对应的压力超过设定阈值，表明发生了落笔动作，开始了书写，生成图像采集控制信号，启动图像传感器7，图像传感器7对点阵编码图案进行图像采集，生成点阵编码图像数据。

主芯片2持续收到多个压力检测数据和点阵编码图像数据，其中每个压力检测数据都具有对应的感应压力的时间点的时间数据，每个点阵编码图像数据也具有对应的采集图像的时间点的时间数据。一个时间数据同时对应有压力检测数据和点阵编码图像数据。

主芯片2在接收到图像传感器7发送的点阵编码图像数据后，从每个采集图像的时间点对应的点阵编码图像数据中，提取出每个点阵编码图像数据对应的点阵编码信息，并且还解析出对应的时间数据。主芯片2通过串口25将点阵编码信息发送给译码芯片3进行译码，生成点阵坐标信息。译码芯片3完成译码后将点阵坐标信息回传给主芯片2。

主芯片2根据每个时间点的时间数据、点阵坐标信息和压力检测数据生成笔迹信息。

主芯片2可以通过通信模块6将笔迹信息即时发送给外部设备，也可以先将笔迹信息通过SPI接口26发送给存储芯片9，在满足触发条件时(到达预定时间、智能笔连接上外部设备或者人工触发等)，主芯片2读取存储信息存储的笔迹信息，通过通信模块6发送给外部设备。进一步的，外部设备可以根据笔迹信息对书写笔迹进行还原并显示。

为了校验在传输中是否有数据丢失，是否所有的数据都被外部设备解析，从而实现精确有效的笔迹还原，在优选的例子中，我们还可以在主芯片2中加入对采集到的书写笔划的统计和/或以数据帧对书写笔迹进行统计的功能，从而根据统计数据确定在数据还原时是否还原了全部数据。

在第一个优选的实施例中，主芯片2根据压力检测数据生成笔划计数信息，笔划计数信息是用于统计书写的笔划的数目的，进一步的，可以统计书写笔迹的还原识别的笔划漏识率，例如，笔划计数信息表明某段时间内书写了1000划，而最终书写笔迹还原识别出1000划，则笔划漏识率为0。

在一个具体的例子中，笔划计数信息是按照如下方法生成的：在数据处理装置接通电源后，主芯片2完成了初始化，接收到压力传感器生成的压力检测数据，检测到压力超过了设定阈值，表明笔尖与介质产生了接触，发生了落笔动作，智能笔开始了书写。进而主芯片2又检测到压力低于设定阈值，表明笔尖离开了介质，有了抬笔动作，主芯片2生成笔划计数为1的第一笔划计数信息。在主芯片2根据压力检测数据又一次检测到发生了落笔抬笔动作时，笔划计数+1，至书写完成，得到最终的笔划计数信息。书写完成可以以关闭数据处理装置连接的电源或者超过设定时长阈值没有接收到压力检测数据为标志。

在第二个优选的实施例中，主芯片2对接收到的点阵编码图像数据进行帧处理，生成多个数据帧，并对数据帧的数量进行统计，生成数据帧的统计信息。数据帧的统计信息可以用于统计书写笔迹的还原识别的图像漏识率，例如，数据帧的统计信息表明某段时间内图像传感器7采集到了1000张图像，而最终书写笔迹还原识别出999张，则图像漏识率为0.001。

在一个具体的例子中，帧信息是按照如下方法生成的：在数据处理装置接通电源后，主芯片2完成了初始化，并对图像传感器7进行初始化，在图像传感器进行图像采集后，主芯片2实时接收到图像传感器7传输的连续或按设定时间间隔传输的点阵编码图像数据，对点阵编码图像数据进行帧处理，将点阵编码图像数据按照时序划分为多个数据帧，并对数据帧的数量进行统计，生成与数据帧的数量对应的统计信息。至书写完成，得到最终的数据帧的数量的统计信息。书写完成可以以关闭数据处理装置连接的电源或者超过设定时长阈值没有接收到点阵编码图像数据为标志。

主芯片2可以将笔划计数信息和/或帧信息通过通信模块6发送给外部设备，用以外部设备统计分析书写笔迹的还原情况，判断是否所有书写的笔划和/或采集到的图像都被还原识别了。

本发明实施例提供的智能笔的数据处理装置，能够通过对图像数据和压力数据的数据处理，实现对书写笔迹的电子化记录，并将在数据处理时需要用到的主芯片、译码芯片等部件进行集成模块化设计，体积小，结构简单，生产成本低。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能笔的数据处理装置，其特征在于，所述数据处理装置包括：压力传感器，感应所述智能笔的笔尖在介质上书写时产生的压力，生成压力检测数据；所述压力检测数据具有与感应压力的时间点对应的时间数据；

主芯片，与所述压力传感器电连接，接收所述压力传感器生成的压力检测数据，并根据所述压力检测数据，输出图像采集控制信号；

图像传感器，与所述主芯片电连接，接收所述主芯片输出的图像采集控制信号，对所述笔尖经过的所述介质上的点阵编码图案进行图像采集，生成点阵编码图像数据，并发送给所述主芯片；所述点阵编码图像数据包括采集图像的时间点对应的时间数据；

所述主芯片根据所述点阵编码图像数据，提取点阵编码信息；

译码芯片，与所述主芯片电连接，对所述点阵编码信息进行译码，生成点阵坐标信息，并发送给所述主芯片；所述点阵坐标信息具有对应的时间数据；

所述主芯片根据每个所述时间点所述压力检测数据、时间数据和点阵坐标信息生成笔迹信息；

通信模块，与所述主芯片电连接，接收所述主芯片生成的所述笔迹信息，将所述笔迹信息发送给外部设备，用以所述外部设备根据所述笔迹信息对书写笔迹进行还原并显示；

印刷电路板，用于设置所述主芯片和译码芯片；所述印刷电路板还设置有压力传感器接口插座、通信模块接口插座和图像传感器接口插座；所述压力传感器插接在所述压力传感器接口插座上，所述通信模块插接在所述通信模块接口插座上，所述图像传感器插接在所述图像传感器接口插座上。

2.根据权利要求1所述的数据处理装置，其特征在于，所述数据处理装置还包括：

存储芯片，设置在所述印刷电路板上，与所述主芯片电连接，接收所述主芯片生成的所述笔迹信息，对所述笔迹信息进行存储。

3.根据权利要求1所述的数据处理装置，其特征在于，所述图像传感器具有串行通信接口，所述主芯片具有并行通信接口；所述数据处理装置还包括：

串并转换接口芯片，设置在所述印刷电路板上，所述串并转换接口芯片的输入端与所述图像传感器的串行通信接口相接，输出端与所述主芯片的并行通信接口相连接；

所述串并转换接口芯片将所述图像传感器串行输出的点阵编码图像数据转换为并行的点阵编码图像数据，并发送给所述主芯片。

4.根据权利要求1所述的数据处理装置,其特征在于，所述主芯片集成有并行通信接口和串行通信接口。

5.根据权利要求1所述的数据处理装置,其特征在于，所述印刷电路板上设置有电源芯片，与所述主芯片、译码芯片、通信模块、压力传感器和图像传感器电连接，为所述主芯片、译码芯片、通信模块、压力传感器和图像传感器供电。

6.根据权利要求1所述的数据处理装置，其特征在于，所述主芯片还根据所述压力检测数据，生成笔划计数信息；

所述通信模块将所述笔划计数信息发送给所述外部设备，用以对所述书写笔迹的还原进行校验。

7.根据权利要求1所述的数据处理装置，其特征在于，所述主芯片对接收到的所述点阵编码图像数据进行帧处理，生成多个数据帧；并生成对所述多个数据帧的统计信息；

所述通信模块将所述统计信息发送给所述外部设备，用以对所述书写笔迹的还原进行校验。