CN108664148A - 一种点阵成像手写系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种点阵成像手写系统，所述点阵成像手写系统包括：书写介质；书写装置包括：壳体，内部为容置部；图像采集器，置于所述容置部的前端，对所述书写装置在所述书写表面的移动位置对应的点阵位址码进行图像采集；处理器，设置于所述容置部内，与所述图像采集器的相连接，根据所述图像采集得到的目标图像，确定所述目标图像在所述图像采集器的物面上的第一位移和所述目标图像在所述图像采集器的像面上的第二位移；自补偿装置，设置于所述容置部内，根据所述第一位移、第二位移和横向放大率确定自补偿参数；所述处理器根据所述自补偿参数，计算所述目标图像的位置偏差，并根据所述位置偏差还原所述目标图像的图像数据。

Description

一种点阵成像手写系统

技术领域

本发明涉及图像识别处理设备领域，尤其涉及一种点阵成像手写系统。

背景技术

伴随着互联网信息技术的飞速发展，人们更加依赖于使用计算机来生产、处理、交换和传播各种形式的信息，传统信息交流及传播模式无法将文字或其他手写内容进行信息化处理，因而无法满足现代人对信息传播的需要。

图像识别技术是计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别目标和对像的技术，它是人工智能的一个重要领域。其中，数字光学点阵技术是图像识别技术的一个重要分支。数字光学点阵技术是通过将一层不可见的光点，通过简单的印刷或者打印在纸质作业本、教材或教辅上，在不改变人类最熟悉的行为习惯的同时，轻松实现原笔迹在PC或移动端的即时呈现、存储、回放与交流，实现了从数据采集，录入，到分析的一系列书写行为过程的记录和分析。

伴随着数字信息成为人们日常文字交流的主要信息载体，各种手持成像装置也随之发展。然而，书写端的实际成像与手持成像装置中记录下来的成像，常常因设备的制造和组装有所偏差，导致笔迹还原效果差，甚至无法有效识别和记录笔迹。所以，如何精确的呈现出对记录内容最高的还原度，便成为需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种点阵成像手写系统，能够在手写系统内部识别因书写造成的晃动，或笔尖与书写表面角度的变化，或手写系统的组装不精准等原因，造成的成像与原始成像的偏差，并对偏差进行自动化的补偿，从而还原图像。本发明提供的点阵成像手写系统成本低，组装简单，且处理过程是自动化的。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种点阵成像手写系统，点阵成像手写系统包括：

书写介质，具有点阵位置码；

书写装置，书写装置包括：

壳体，为空心结构，内部为容置部；

图像采集器，置于容置部的前端，对书写装置在书写介质的移动位置对应的点阵位址码进行图像采集；

处理器，设置于容置部内，与图像采集器的相连接；处理器根据图像采集得到的目标图像，确定目标图像在图像采集器的物面上的第一位移，以及目标图像在图像采集器的像面上的第二位移；

自补偿装置，设置于容置部内，根据第一位移、第二位移和图像采集器的横向放大率确定自补偿参数；

处理器根据自补偿参数，计算目标图像的位置偏差，并根据位置偏差还原目标图像的图像数据。

优选的，图像采集器包括第一导向销和第二导向销；

图像采集器通过第一导向销和第二导向销与壳体相连接；

根据第一导向销和第二导向销的几何中心确认图像采集得到的目标图像的旋转点，用以处理器根据旋转点确认第一位移和第二位移。

进一步优选的，第一导向销和第二导向销具有弹性形变。

优选的，图像采集器还包括至少一个固定销，使图像采集器固定在容置部中。

优选的，书写装置还包括笔尖和压力感应器；笔尖与压力感应器相连，压力感应器与壳体相连；

书写时笔尖给予书写表面压力，压力感应器接收到压力后触发书写装置启动。

优选的，壳体还包括一个照明源，设置于容置部内，用于对书写表面进行照明。

优选的，壳体还包括一个夹持器，设置于容置部内，使照明源固定在容置部内。

优选的，壳体还包括一个供电电路，设置于容置部内。

供电电路与照明源、图像采集器、处理器、自补偿装置和压力感应器电连接，为照明源、图像采集器，处理器、自补偿装置和压力感应器供电。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种点阵成像手写系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种点阵成像手写系统的图像采集器的示意图；

图3为本发明实施例提供的点阵成像手写系统因扰动对系统成像的影响的示意图。

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。

图1为本发明实施例提供的一种点阵成像手写系统的示意图，如图1所示，本发明实施例提供的点阵成像手写系统包括：具有点阵位置码的书写介质1 和书写装置2。

如图1所示，书写介质1基底为具有编码图案的编码纸，编码纸上具有由多个编码区域，按照预设排列组成的编码图案，编码区域的边界由周期性的虚拟网格线构成。虚拟网络线交汇于虚拟的网格点，其中每个编码区域包括n*n个网格点，n为正整数。在每个编码区域中具有对应于每个网格点的一个点阵位置码，如图1中所示的书写介质1上的黑色圆点。

书写装置2通过在一个编码区域中的多个点阵位置码来记录该编码区域对应的图像信息。

书写装置2包括壳体21、图像采集器23、处理器24和自补偿装置(图中未示出)。其中，壳体21内部为容置部22，图像采集器23、处理器24和自补偿装置(图中未示出)均承载于容置部22上。

优选的，壳体21为矩形，以便容置部22能更充分的利用壳体21中的空间。

图像采集器23的结构可以具体如图2所示，结合图1、图2所示，图像采集器23通过固定销233设置于容置部22的前端，对书写介质1的移动位置对应的点阵位置码进行图像采集，生成采集信号。

具体的，再如图1所示，书写介质1中的编码区域的边界由周期性的虚拟网格线构成，图像采集器23根据虚拟网络线确认虚拟网络线交汇的网格点。其中，每个编码区域包括n*n个网格点，n为正整数。根据每个网格点确定编码图案中对应于网格点的点阵位置码的重心，从而确定点阵位置码的重心信息。重心信息进行拼接，得到编码区域对应的区域信息。最后根据区域信息确定编码图案信息，完成图像的采集，并生成采集信号。

处理器24设置于容置部的中端，与图像采集器23电相连，接收图像采集器23所发送的采集信号后生成目标图像。并根据目标图像生成图标图像在图像采集器23的物面上的物面数据，以及目标图像在图像采集器23的像面上的像面数据，并确定目标图像在图像采集器23的物面上的第一位移，以及目标图像在图像采集器23的像面上的第二位移。

具体的，再如图2所示，图像采集器23还包括第一导向销231和第二导向销232。第一导向销231和第二导向销232的一端分别置于图像采集器23 底部的两端，另一端与壳体21相连接，使图像采集器灵活的连接于壳体21 上。

第一导向销231和第二导向销232的几何中心为图像目标图像的旋转点，处理器24根据旋转点的位置可以确认目标图像在图像采集器23的物面上的第一位移，以及目标图像在图像采集器23的像面上的第二位移，并由此生成第一位移数据和第二位移数据和横向放大率数据。第一位移数据和第二位移数据之间的比值为负横向放大率数据。

优选的，第一导向销231和第二导向销232具有弹性形变，它们会跟随书写运动造成的手写系统的晃动而相应变形。由于惯性作用，导向销的形变方向与书写运动方向相反，使得手写系统的晃动变小，从而减小手写系统因晃动而造成的偏差。

在发生扰动时，因为图像采集器23的位置会发生偏移，导致目标图像在图像采集器23的物面上的第一位移，以及目标图像在图像采集器23的像面上的第二位移均发生变化，因此第一位移数据和第二位移数据和横向放大率数据也会随之变化。

为消除扰动的影响，本发明提供的点阵成像手写系统中独立设置有自补偿装置。

自补偿装置(图中位置处)位于容置部内，与处理器24电相连，根据第一位移、第二位移和图像采集器的横向放大率确定自补偿参数。

具体的，图3为本发明实施例提供的点阵成像手写系统因扰动对系统成像的影响的示意图。如图3所示，OS为书写介质1的表面，SP为目标图像的像面。

图像采集器23的位置为未发生扰动时的正常位置。在正常位置时，OA为图像采集器23的光轴，OS的像x通过图像采集器23采集到SP上的x0处。

图像采集器23’的位置为图像采集器沿x方向和z方向两个方向移动，以及围绕旋转点r发生扰动时的扰动位置，OA’为图像采集器23’的光轴，光轴由OA扰动到OA’位置角度为α，光轴OA’在OS上的变化为Δ，在SP 上的变化为Δ’。发生扰动后，OS的像x’通过图像采集器23采集到SP上的x0’处，图像采集器23’离书写介质面OS的距离为z1，即第一位移，离目标图像像面SP的距离为z2，即第二位移。且旋转点r应总是位于光轴OA’之上。

如图3所示，当OS的像x’通过图像采集器23采集到SP上的像与未扰动时光轴OA在SP上的点重合在x0’处时，可以得到：

还可以得到：

还应当指出：

结合式(1)、式(2)和式(3)可知，当旋转点r的位置为能使SP上的x0’与未扰动时光轴OA在SP上的点重合时，旋转点r的位置为自补偿位置，被扰动OS的像x’在图像采集器23’中只受x方向移动的影响。也就是说，通过确定旋转点r的自补偿位置(图中未标出)，可以抵消图像采集器 23’因旋转受扰的干扰。

旋转点r的自补偿位置参数即为自补偿参数，它可以通过第一位移z1、第二位移z2和横向放大率m确认。因此根据第一位移z1、第二位移z2和横向放大率m所确定的自补偿参数，可以使得图像采集器23’在因旋转造成的干扰是自补偿的。这样，自补偿参数可以消除因手写系统的组装不精准等原因，造成的成像与原始成像的偏差，并对偏差进行自动化的补偿。

处理器24接收到自补偿参数后，将自补偿参数与物面数据和像面数据进行结合，计算出目标图像的位置偏差，并根据位置偏差对目标图像进行补偿处理，从而还原目标图像数据。

优选的，如图1所示，壳体21还包括一个照明源27和夹持器28。照明源27输出辐射光，照亮书写介质1。夹持器28为环形结构，其内径长度与照明源27外径长度相等，用于将照明源27固定在容置部22上，使得照明源27 输出的辐射光不会晃动。

再如图1所示，书写装置2还包括笔尖25和压力感应器26。笔尖25与压力感应器26相连，压力感应器26设置于壳体21的一端，与图照明源27 电相连。

笔尖25受到压力后产生压力信号，并将压力信号发送给压力感应器26，压力感应器26接收到压力信号后产生控制信号，并将控制信号发送给照明源 27，照明源27接收控制信号后输出辐射光。

书写介质1被辐射光照亮产生反射光，反射光映射在图像采集器23的像面和物面上，使得图像采集器23通过辐射光对书写介质1的移动位置对应的点阵位址码进行图像采集。

再结合图1所示，壳体11还包括一个供电电路29。供电电路29设置于容置部内，与照明源27、压力感应器26、图像采集器23、处理器24和自补偿装置(图中未示出)电连接，为照明源27、压力感应器26、图像采集器23、处理器24和自补偿装置(图中未示出)供电。

供电电路可以采用内置电池方式供电，也可以采用外部供电方式供电。

当使用本发明实施例提供的点阵成像手写系统时，其工作过程如下：

对书写介质1进行书写，笔尖26对书写介质1产生压力，使得压力感应器26触发供电电路29启动，从而使照明源27开始照明。

照明源27产生的辐射光经反射进入图像采集器23中后，图像采集器23 开始进行图像采集。

基于书写造成的晃动，或笔尖26与书写介质1角度过大或过小造成成像不准确，或手写系统的组装不精准等原因，图像采集器23所采集到的图像会带有扰动干扰。

对此，一方面，图像采集器23中的导向销的可变型性减小了扰动干扰，另一方面通计算处理导向销的旋转点的参数也可以进一步减小扰动干扰。

其中计算处理的过程可以具体为：

处理器24根据图像采集器23所采集到的图像生成图像数据，并根据导向销的旋转点位置得到图像在物面上和像面上的位移数据，并将位移数据发送给自补偿装置(图中未标出)。

自补偿装置(图中未标出)根据位移数据得到自补偿参数，再将自补偿参数发回给处理器24。

最后，处理器24根据自补偿参数和已有的图像数据还原图像，从而完成减小扰动干扰的过程。

本发明实施例提供一种点阵成像手写系统，能够在手写系统内部识别因书写造成的晃动，或笔尖与书写表面角度的变化，或手写系统的组装不精准等原因，造成的成像与原始成像的偏差，并对偏差进行自动化的补偿，从而还原图像。本发明提供的点阵成像手写系统成本低，组装简单，且处理过程是自动化的。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器 (RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

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 (8)

1.一种点阵成像手写系统，其特征在于，所述点阵成像手写系统包括：

书写介质，具有点阵位置码；

书写装置，所述书写装置包括：

壳体，为空心结构，内部为容置部；

图像采集器，置于所述容置部的前端，对所述书写装置在所述书写介质的移动位置对应的点阵位址码进行图像采集；

处理器，设置于所述容置部内，与所述图像采集器的相连接；所述处理器根据所述图像采集得到的目标图像，确定所述目标图像在所述图像采集器的物面上的第一位移，以及所述目标图像在所述图像采集器的像面上的第二位移；

自补偿装置，设置于所述容置部内，根据所述第一位移、第二位移和图像采集器的横向放大率确定自补偿参数；

所述处理器根据所述自补偿参数，计算所述目标图像的位置偏差，并根据所述位置偏差还原所述目标图像的图像数据。

2.根据权利要求1所述的点阵成像手写系统，其特征在于，所述图像采集器包括第一导向销和第二导向销；

所述图像采集器通过所述第一导向销和第二导向销与所述壳体相连接；

根据所述第一导向销和第二导向销的几何中心确认所述图像采集得到的目标图像的旋转点，用以所述处理器根据所述旋转点确认所述第一位移和所述第二位移。

3.根据权利要求2所述的点阵成像手写系统，其特征在于，所述第一导向销和第二导向销具有弹性形变。

4.根据权利要求1所述的点阵成像手写系统，其特征在于，所述图像采集器还包括至少一个固定销，使图像采集器固定在容置部中。

5.根据权利要求1所述的点阵成像手写系统，其特征在于，所述书写装置还包括笔尖和压力感应器；所述笔尖与所述压力感应器相连，所述压力感应器与所述壳体相连；

书写时所述笔尖给予所述书写表面压力，所述压力感应器接收到所述压力后触发所述书写装置启动。

6.根据权利要求1所述的点阵成像手写系统，其特征在于，所述壳体还包括一个照明源，设置于容置部内，用于对所述书写表面进行照明。

7.根据权利要求6所述的点阵成像手写系统，其特征在于，所述壳体还包括一个夹持器，设置于容置部内，使照明源固定在所述容置部内。

8.根据权利要求6所述的点阵成像手写系统，其特征在于，所述壳体还包括一个供电电路，设置于容置部内。

所述供电电路与所述照明源、所述图像采集器、所述处理器、所述自补偿装置和所述压力感应器电连接，为所述照明源、所述图像采集器，所述处理器、所述自补偿装置和所述压力感应器供电。