CN108664152A - 数码笔 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种数码笔,包括：壳体、笔芯、笔帽、压力检测模块、相机模块和处理模块；所述笔芯一端具有笔尖，用于所述数码笔在基底上进行显性书写；当利用所述数码笔进行隐性书写时，将所述笔帽扣接在所述壳体的前端；当利用所述数码笔进行显性书写时，将所述笔帽拆卸；所述压力检测模块，用于检测压力信号，并发送给所述相机模块；所述相机模块，用于根据所述压力信号捕获所述笔尖在基底上移动的位置编码图像，并发送给所述处理模块；所述处理模块，用于接收所述相机模块捕获到的所述数码笔笔尖在所述基底上的移动的位置编码图像，并对所述位置编码图像进行解码,从而得到数码笔在所述基底上的运动轨迹。

Description

数码笔

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种数码笔。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，人们日益普遍地使用计算机来生产、处理、 交换和传播各种形式的信息。信息技术逐渐改变着人们传统的生活习惯。

传统的利用纸张和笔进行书写的方式无法进行信息化处理，因此无法满 足人们的需要。现有技术中一般通过数码笔实现书写笔迹的数字化存储。然 而，现有技术中的数码笔仅能作为非标记笔进行隐性书写，功能比较单一。

发明内容

本发明的目的是提供一种数码笔，以解决现有技术中的数码笔功能单一, 无法满足用户需求的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种数码笔，所述数码笔包括：壳体、 笔芯、笔帽、压力检测模块、相机模块和处理模块；

所述笔芯一端具有笔尖，用于所述数码笔在基底上进行显性书写；当利 用所述数码笔进行隐性书写时，将所述笔帽扣接在所述壳体的前端；当利用 所述数码笔进行显性书写时，将所述笔帽拆卸；

所述压力检测模块，用于检测压力信号，并发送给所述相机模块；

所述相机模块，用于根据所述压力信号捕获所述笔尖在基底上移动的位 置编码图像，并发送给所述处理模块；

所述处理模块，用于接收所述相机模块捕获到的所述数码笔笔尖在所述 基底上的移动的位置编码图像，并对所述位置编码图像进行解码,从而得到数 码笔在所述基底上的运动轨迹。

进一步的,当利用所述数码笔进行隐性书写时，所述笔帽受到的压力触发 所述压力检测模块；当利用所述数码笔进行显性书写时，所述笔芯触发所述 压力检测模块。

进一步的，所述处理模块具体包括：图像预处理子模块、解码子模块和 存储模块；

所述图像预处理子模块，用于将所述数码笔笔尖在所述基底上的移动的 位置编码图像进行预处理后，发送给解码子模块；

所述解码子模块，用于将所述预处理后的位置编码图像进行解码，得到 位置信息，并发送给存储模块；

所述存储子模块，用于存储位置信息。

进一步的，所述数码笔还包括通信模块，所述通信模块包括有线或无线 短程通信部件，用于将所述位置信息发送给外部设备，从而实现书写笔迹的 数字化显示。

进一步的，所述相机模块包括光学模块和图像传感器；

所述图像传感器用于，以固定速率或可变速率捕获所述数码笔笔尖在基 底上移动的位置编码图像；

所述光学模块用于，通过照明辐射来照亮基底位于图像传感器的视野内 的部分。

进一步的，所述壳体包括扣接在一起的第一部分和第二部分,当打开所述 第一部分和第二部分时,提供所述笔芯的更换。

进一步的，所述基底包括具有位置编码图案的书写纸、白色书写板、电 子显示屏。

本发明实施例提供的数码笔，既能够进行显性书写又能够进行隐性书写， 操作简单，使用方便。

附图说明

图1为本发明实施例提供的数码笔的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的数码笔的实际应用系统架构示意图。

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数码笔的结构示意图。如图1所示,本发明数 码笔包括：笔尖1、笔芯2、笔帽3、相机模块4、处理模块5、压力检测模块 6和壳体7；

笔芯2一端具有笔尖1，用于数码笔在基底上进行显性书写。笔芯2中装 有墨水，用户使用数码笔时，在基底上形成书写字迹，本发明中的基底具体 包括书写纸、白色书写板、电子显示屏等。此时基底可以具体为书写纸，基 底具有位置编码图案。

相机模块4，用于捕获数码笔笔尖在基底上移动的位置编码图像，从而实 现书写笔迹的数字化显示。相机模块4包括光学模块41和图像传感器42；

图像传感器42，用于以固定速率或可变速率捕获数码笔笔尖在基底上移 动的位置编码图像；

光学模块41，用于通过照明辐射来照亮基底位于图像传感器的视野内的 部分。

光学模块41可包括光源，该光源可包括例如发光二极管(LED)或者激光 二极管，用于通过照明辐射(例如红外光)来照亮基底的位于图像传感器的视 野内的一部分。光学模块41还包括:透镜装置，该透镜装置用于将所观察的 区域的图像投影在图像传感器42上，以及可能的一个或更多个导光元件，该 一个或更多个导光元件用于将光从光源引导到基底和/或从基底引导到图像 传感器。图像传感器42具体可以是二维CCD(电荷藕合装置)或者CMOS(互补 金属氧化物半导体)传感器，该传感器被触发而以固定速率或可变速率(通常 大约为70至100Hz)捕获图像。

相机模块4还可包括波长过滤器43，该波长过滤器适于去除不需要的波 长。数码笔的一个实施方式可包括两个照明光源，这两个照明光源能够被选 择性地或者交替地致动以减小由于镜面反射而可能产生的问题。在另一个实 施方式中，相机模块4还包括一个或更多个偏光器以去除镜面反射光。

在该数码笔中，相机模块4的图像传感器42被集成在特定用途集成电路 ASIC上，该图像传感器还包括图像处理逻辑电路，该图像处理逻辑电路准备 由图像传感器捕获的图像数据以进行解码。该数码笔还具有带备用处理能力 的标准蓝牙通信电路，该蓝牙通信电路用于从自ASIC接收的预处理图像数据 解码坐标数据。

当利用数码笔进行显性书写时，将笔帽3拆卸。使笔尖与基底接触的情 况下在该基底上移动，书写尖端沉积下墨水并且在表面上留下可见痕迹。同 时，相机模块4捕获靠近笔尖端的位置编码图案的部分的一系列图像。笔在 基底表面上的连续位置能够从图像中的位置编码图案确定。这样，能够对基 底表面上形成的任何墨水笔行程进行数字记录。

当利用数码笔进行隐性书写时，将笔帽3扣接在数码笔的前端。当在笔 帽3与基底表面接触的情况下数码笔在表面上移动时，不在表面上留下可见 痕迹。然而在数码笔运动期间，笔帽3在基底表面上的连续位置能够由相机 模块捕获的图像中的位置编码图案确定。因此，能够对在表面上形成的任何 非墨水笔行程进行数字记录。

本发明的数码笔还包括处理模块5，用于接收相机模块4捕获到的数码笔 笔尖在基底上的移动的位置编码图像，并对位置编码图像进行解码,从而得到 数码笔在基底上的运动轨迹。

处理模块5具体包括：图像预处理子模块51、解码子模块52和存储模块 53；

图像预处理子模块51，用于将数码笔笔尖在基底上的移动的位置编码图 像进行预处理后，发送给解码子模块；

解码子模块52，用于将预处理后的位置编码图像进行解码，得到位置信 息，并发送给存储模块；

存储子模块53，用于存储位置信息。

数码笔的处理模块5可以包括一个或多个处理器等。处理模块可以负责 笔中的不同功能，例如图像处理、位置解码、曝光控制、用户反馈和电源管 理，并且可由中央处理单元CPU的微处理器、数字信号处理器DSP、诸如现场 可编程门阵列FPGA、特定用途集成电路ASIC、离散分析和数字部件的其它一 些可编程的逻辑装置，或者以上的一些组合实施。处理模块可包括一个或多 个子模块，一个或多个子模块可以被实施在一个或多个硬件部件上。存储子 模块可以包括不同类型的存储器，诸如工作存储器RAM、程序编码和永久存储存储器(非易失型存储器，例如闪存)。

本发明数码笔还包括压力检测模块6，当利用数码笔进行隐性书写时，笔 帽受到的压力触发压力检测模块6；当利用数码笔进行显性书写时，笔芯触发 压力检测模块6。

此处压力检测模块6也可以替换为其他下笔检测器，以检测何时笔被应 用(下笔)于基底表面和从基底表面抬起(起笔)，并且允许确定施加力。下笔 检测器可以是接触传感器或者近程传感器，并且可以被操作性地连接至笔芯。 数码笔的行程可以由下笔和随后的起笔限定。下笔和起笔可发生在一个相同 位置，从而笔行程可以包括单个位置或者一对坐标。基于下笔检测器的输出， 相机模块可以由处理模块控制，以捕获下笔和起笔之间的图像。下笔检测器 可以是光学的、机械的、阻抗的、感应的、电容性的或者基于任何其它适当的物理特性。

数码笔还包括通信模块8，通信模块8包括有线或无线短程通信部件，用 于将位置信息发送给外部设备，从而实现书写笔迹的数字化显示。

通信模块8可以将位置信息发送到附近或远程设备，如计算机、移动电 话、PDA、网络服务器等传输或曝光数据。通信模块可包括用于有线或无线短 程通信的部件。例如，USB,RS232、无线电传输、红外传输、超声传输、电感 藕合等。通信模块可包括一个或更多个子模块，该一个或更多个子模块可被 实施在一个或更多个硬件部件上。

本发明数码笔的壳体7包括扣接在一起的第一部分和第二部分,当打开第 一部分和第二部分时,提供笔芯的更换。

壳体7包括是细长的并且大体上为笔形状，并且可包括一个或更多个承 载并封装其它笔部件的部分。其可限定一个或更多个用于诸如笔芯和电池之 类的可更换部件的隔间。壳体中的这些隔间中的每个均可以经由完全可拆卸 或半拆卸的盖来接近。盒隔间可以在一个短端部处具有用于书写尖端的开口， 并且盖可形成隔间的一个壁以及开口的对应壁，从而当笔帽3具有比用于书 写尖端的开口大的截面积时，笔芯可以被插入隔间并且从隔间移除。壳体7 还可限定用于一个或更多个印刷电路板PCB的一个或更多个空间。笔的设置 有笔尖的一端被指定为书写端，而另一端被指定为非书写端。在书写端，壳 体可限定第一开口和第二开口，图像通过第一开口由相机模块捕获，当笔芯 被加载于壳体中时笔尖通过第二开口突出。笔的非书写端可以被设计成在帽 被从书写端移除以使用处于标记模式的笔时该笔帽能够被保持在该非书写端 上。

在一个具体的实施例中，本发明的数码笔可以应用到如图2所示的系统 中。系统包括:白色书写板30或者其它类型的书写板，其被设计用于非永久 性的可擦除标记并且设置有位置编码图案(未示出)；活动挂图或者其它书写 表面，其被设计用于永久标记并且设置有位置编码图案(未示出)；计算机34， 该计算机34可以通过局域网或广域网被连接至其它计算机或者服务器，并且 可安装有计算机程序，该计算机程序处理从处于标记模式和非标记模式的数 码笔接收的位置指示；投影仪36，该投影仪36与计算机连接，用于将静止图像和视频投影在白色书写板上；以及数字擦除器38，该数字擦除器38用于擦 除来自白色书写板的非永久笔行程，并且同时擦除相应的数码笔行程。为了 示出数码笔10既能够用作标记笔也能够用作指示笔，笔被示出位于白色书写 板30上以及位于活动挂图上，在位于白色书写板上的情况下，虚线笔行程表 示以非标记模式形成但是被数字记录并且投影在白色书写板上的笔行程，在 位于活动挂图上的情况下，实线笔行程表示以标记模式形成并且被数字记录 的笔行程。从数码笔至计算机的虚线表示至计算机的位置信息传输。

使用者可以用数码笔以标记模式在活动挂图上书写。活动挂图上形成的 笔行程可以被作为一系列位置指示以数字形式捕获，并且从笔传输到计算机 34。笔行程的数字表示可被存储在本地计算机34中用于即时或稍后浏览或处 理，或者被传输到远程计算机。使用者可以从活动挂图移动到白色书写板30， 并且继续使用处于标记模式的数码笔。以与活动挂图相同的方式，笔行程可 以利用位置编码图案以数字形式被捕获，并且被传输到本地计算机。然后使 用者可以在本地计算机34上开始演示，并且将该本地计算机连接至投影仪36 以在白色书写板上显示所述演示。在该情况下，使用者可能想要将数码笔在 白色书写板上用作处于非标记模式的指示笔，以从白色书写板控制本地计算 机上的演示和/或以在白色书写板上绘制而不在白色书写板上留下任何可见 痕迹。为此，使用者可以在数码笔上盖上笔帽。当处理由处于非标记模式的 数码笔记录的位置指示时，计算机程序可模拟左侧按钮按下的鼠标。数码笔 因此可用作虚拟鼠标，以与将鼠标用于控制计算机屏幕上的显示相同的方式 来控制在白色书写板上的演示。数码笔还可用于以与将鼠标用于在计算机显示屏上绘制相同的方式在白色书写板上绘制，从而由数码笔在白色书写板上 形成的不可见(非墨水)笔行程可在计算机中重复生成，并且由投影仪投影在 白色书写板上的演示部的顶部。

本发明中的数码笔可以被构造成向外部装置或多或少即时地传输记录信 息，或者存储信息直到由用户触发以传输信息。在一个实施方式中，笔的功 能可以被限制为捕获图像并且向外部装置传输图像数据。在另一个实施方式 中，数码笔可从图像解码位置指示，例如x和y坐标，并且将位置指示传输 到外部装置(任选地和补充信息一起)，所述补充信息例如为:时间戳，该时间 戳指示在记录每个位置指示时的时间点；笔识别数据，该笔识别数据独特地识 别记录位置指示的笔；方位数据，该方位数据指示笔的方位；以及/或力值，该 力值指示当记录位置指示时笔被压靠在表面上的力。在又一实施方式中，笔 另外可响应于解码位置执行某些操作，诸如确定随后的笔行程的期望颜色或 线宽，或者将笔设置成蓝牙配对模式。

本发明的数码笔还包括电源模块，用于笔的电源可以由电池提供，电池 可以被反复充电。为了节约电池时间，数码笔可包括电源管理模块以控制笔 的电源状态。

另外，本发明的数码笔可以以不同的方式开启。在一个实施方式中，数 码笔设置由用户操作的通/断开关，以开启/关闭笔。在另一个实施方式中， 笔具有自动地检测使用者握住笔的传感器，例如热传感器或者压力传感器。 传感器的输出触发笔的启动行为，诸如设定通信链路并且在工作存储器中加 载软件。在一个具体的实施例中，下笔检测器可用于不仅触发由相机模块捕 获图像，而且开启笔。在该情况下，用户仅通过开始使用笔而开启笔。当下 笔测器检测到下笔时，通信模块启动一处理以设定通信链路，例如蓝牙连接。平行地，软件被加载到工作存储器中并且开始执行，并且相机模块被触发以 开始捕获图像。如果数码笔能够在通信链路已被建立前开始确定其位置，则 笔可能缓冲一些或所有位置，直到笔能够开始向外部单元发送位置信息。使 用接触传感器用于通/断和用于控制开始和停止相机模块捕获图像的概念可 以使用于不同种类的数码笔中，而不仅是本文所描述的数码笔，也不仅是数 码擦除器。

本发明中的数码笔可被构造成在绝对位置偏码图案上操作，该绝对位置 编码图案对表面上的绝对位置进行编码。在表面上编码的位置可以或者不可 以包括表面上的位置的起点。不同的表面可以设置有不同种类的位置编码图 案，或者设置有一个和相同位置编码图案的不同部分，或者甚至设置有一个 和相同位置编码图案的相同部分。在后一情况下，使用者可能必须指示表面 的变化并且识别新表面。数码笔可存储有信息，该信息能够使笔在不同种类 的表面之间辨别。还可以存储数据库，该数据库通过不同的参数或指令与位 置编码图案的不同部分关联，或者与对应于位置编码图案的这些不同部分的 位置关联。位置编码图案的特定部分可被用作控制区域以控制笔的操作，或 者被用作限制区域以限制笔行程。位置编码图案的至少一部分可以与对笔的 指令相关联，以进入可被另一装置(例如蓝牙装置)发现的配对模式。如果使 用者想使数码笔与另一装置配对，就将数码笔放置在表面的设置有位置编码 图案的配对模式部分的区域。

利用数据库，数码笔将解释从作为指令的位置编码图案的该部分解码的 位置以进入配对模式。位置编码图案的至少一个其它部分可与向系统指示笔 现在将用于标记模式/非标记模式的参数相关联。如果使用者想向系统指示笔 现在用于标记模式/非标记模式，就将数码笔放置在表面的设置有位置编码图 案的相关部分的区域中。数码笔然后可将与位置编码图案的该部分相关联的 参数发送到外部装置，例如图2中的计算机，该计算机可利用该信息来控制 系统，从而以合适的方式操作。位置编码图案的其它部分可与用于限制笔行 程的不同参数相关联。在非标记模式下，使用者可能想向系统指示例如待投 影在白色书写板上笔行程的颜色和/或线宽。然后他将笔放置在表面的设置有 位置编码图案的专用于特定颜色/线宽的部分的区域。结果，笔将向计算机发 送相关联的指令或参数，计算机将把笔行程处理成具有特定的颜色/线宽。应 注意到，上述控制区域可以在标记模式和非标记模式中使用。

本发明实施例提供的数码笔，既能够进行显性书写又能够进行隐性书写， 操作简单，使用方便。

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 (7)

1.一种数码笔，其特征在于，所述数码笔包括：壳体、笔芯、笔帽、压力检测模块、相机模块和处理模块；

所述笔芯一端具有笔尖，用于所述数码笔在基底上进行显性书写；当利用所述数码笔进行隐性书写时，将所述笔帽扣接在所述壳体的前端；当利用所述数码笔进行显性书写时，将所述笔帽拆卸；

所述压力检测模块，用于检测压力信号，并发送给所述相机模块；

所述相机模块，用于根据所述压力信号捕获所述笔尖在基底上移动的位置编码图像，并发送给所述处理模块；

所述处理模块，用于接收所述相机模块捕获到的所述数码笔笔尖在所述基底上的移动的位置编码图像，并对所述位置编码图像进行解码,从而得到数码笔在所述基底上的运动轨迹。

2.根据权利要求1所述的数码笔，其特征在于,当利用所述数码笔进行隐性书写时，所述笔帽受到的压力触发所述压力检测模块；当利用所述数码笔进行显性书写时，所述笔芯触发所述压力检测模块。

3.根据权利要求1所述的数码笔，其特征在于，所述处理模块具体包括：图像预处理子模块、解码子模块和存储模块；

所述图像预处理子模块，用于将所述数码笔笔尖在所述基底上的移动的位置编码图像进行预处理后，发送给解码子模块；

所述解码子模块，用于将所述预处理后的位置编码图像进行解码，得到位置信息，并发送给存储模块；

所述存储子模块，用于存储位置信息。

4.根据权利要求1所述的数码笔，其特征在于，所述数码笔还包括通信模块，所述通信模块包括有线或无线短程通信部件，用于将所述位置信息发送给外部设备，从而实现书写笔迹的数字化显示。

5.根据权利要求1所述的数码笔，其特征在于，所述相机模块包括光学模块和图像传感器；

所述图像传感器用于，以固定速率或可变速率捕获所述数码笔笔尖在基底上移动的位置编码图像；

所述光学模块用于，通过照明辐射来照亮基底位于图像传感器的视野内的部分。

6.根据权利要求1所述的数码笔，其特征在于，所述壳体包括扣接在一起的第一部分和第二部分,当打开所述第一部分和第二部分时,提供所述笔芯的更换。

7.根据权利要求1所述的数码笔，其特征在于，所述基底包括具有位置编码图案的书写纸、白色书写板、电子显示屏。