CN109960431A - 一种提高采集图像信息精度的智能笔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高采集图像信息精度的智能笔，包括：笔芯、图像采集组件，所述笔芯与图像采集组件设置笔壳体内部，其特征在于，所述图像采集单元包括信号发射器和信号接收器，所述信号发射器为发光二极管，所述信号接收器为摄像头组件，所述发光二极管与摄像头组件结合在一起，所述笔芯包括笔尖，所述摄像机单元轴线与笔尖轴线距离L的区间为2.5‑4.5mm；优点在于：倾斜笔芯，让笔芯的笔尖与图像采集单元的轴线间距变成距离L，所述距离L为2.5‑4.5mm，这样不用更换图像采集单元，就可以得到更加高精度的图像信息，成本不会增高。
Description
技术领域
本发明涉及智能书写笔技术领域，尤其是涉及一种提高采集图像信息精度的智能笔。
背景技术
随着科技的发展，各种智能设备如雨后春笋般出现，深刻改变了人们传统的习惯，由于人们对各种智能设备越来越依赖，人们对文件的电子化产生了越来越大的需求，现在出现了各种智能笔用于在传统的纸张或黑板或物体上书写或绘图、触摸显示屏或触摸屏上书写或绘图，然后在触摸显示屏或显示屏显示出来，并形成电子文件保存。
但是现有的智能笔大部分没有注意到图像采集组件对于智能笔的影响，一般智能笔采集附有位置编码的书写页面12（纸张或黑板或物体或触摸显示屏或触摸屏）时，由于图像采集组件的光线或者覆盖面积不够，导致采集到的信息丢失，读取不出来；因此有人提交图像采集组件中的摄像机单元的精度来解决上述问题，如此一来，智能笔的成本也会随之增加。
综上所述，我们需要一个不用购买高精度摄像机单元的，且可以提高图像采集信息的精度的智能笔。
发明内容
鉴于目前技术存在的上述不足，本发明提供一种提高采集图像信息精度的智能笔，利用笔芯倾斜一点角度，让笔尖与摄像机单元的轴距距离L达到2.5-4.5mm之间，来解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明的采用如下技术方案：一种提高采集图像信息精度的智能笔括：笔芯、图像采集单元，所述图像采集单元包括信号发射器和信号接收器，所述信号发射器为发光二极管，所述信号接收器为摄像头组件，所述发光二极管与摄像头组件结合在一起，所述笔芯包括笔尖，所述摄像机单元轴线与笔尖轴线距离L的区间为2.5-4.5mm。
作为本发明的优选技术方案，所述笔尖包括以下任一项技术特征或者任一项技术特征组合，所述笔尖是铅笔；所述的笔尖是钢笔；所述的笔尖是原子笔；所述的笔尖是油性笔；所述的笔尖是水性笔；所述的笔尖是毛笔；所述的笔尖是水彩笔；所述的笔尖是油画笔；所述的笔尖是电容笔；所述的笔尖是电阻笔；所述的笔尖是电磁笔；所述的笔尖是白板笔。
作为本发明的优选技术方案，还包括压力传感器，与所述滑动块组件连接，所述滑动块组件与压力传感器之间设置有滑动块硅胶垫，当所述笔芯书写时产生所产生的压力传递到所述压力传感器，产生传感信号，启动处理器、信号发射器和信号接收器；信号发射器，与所述压力传感器相连接，向所述笔尖周围的待测物发射探测信号；信号接收器，与所述压力传感器相连接，接收从所述待测物反射的探测信号，生成图像数据；处理器，与所述压力传感器和信号接收器相连接，接收所述信号接收器发送的图像数据，并解析为数字信号，生成传输数据包；无线数据接口，与所述处理器相连接，将所述传输数据包通过无线方式传输到上位机。
作为本发明的优选技术方案，所述智能笔还包括：存储器，与所述处理器相连接，存储所述图像数据和传输数据包。
作为本发明的优选技术方案，所述无线数据接口将存储在所述存储器中的传输数据包通过无线方式传输到上位机。
作为本发明的优选技术方案，所述无线数据接口具体为蓝牙接口、红外接口、Wifi接口、2.4-5.0GHz波段接口或者无线通信接口。
作为本发明的优选技术方案，所述智能笔还包括：电源，与所述压力传感器、处理器、信号发射器和信号接收器相连接；开关电路，与所述电源相连接；柔性连接的第一电路板和第二电路板，所述开关电路和无线数据接口位于所述第一电路板，所述压力传感器、处理器、信号发射器、信号接收器位于第二电路板。
综合上述技术方案，我们有区别于传统提高采集图像信息精度的智能笔。本发明的有益效果：倾斜笔芯，让笔芯的笔尖与图像采集单元的轴线间距变成距离L，所述距离L为2.5-4.5mm，这样不用更换图像采集单元，就可以得到更加高精度的图像信息，成本不会增高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述提高采集图像信息精度的智能笔的图像采集组件结构示意图图。
图2为本发明所述具有该提高采集图像信息精度的智能笔的结构示意图图。
图3为本发明具有该提高采集图像信息精度的智能笔的模块示意图。
图4为本发明具有该提高采集图像信息精度的智能笔笔芯与摄像机单元距离L示意图。
附图标记说明
1、笔壳体；101、支架；2、笔芯；201、笔尖；204、滑动块硅胶垫；3、压力传感器；4、图像采集组件；401、摄像机单元；402、发光二极管；6、处理器；7、数据接口；72、无线数据接口；8、存储器；9、开关电路；10、电源；11、滑动块组件；111、滑动块壳体；112、滑动块定位件；距离L；12、书写页面。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“外”、“内”、“上”“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；并且，所述的“和/或”包括了“和”与“或”两种可能的实施例。
本发明提供一种提高采集图像信息精度的智能笔，如图1所示，在用户以使用普通笔的同样方式使用被激活的智能笔书写时，发光二极管402照亮笔尖附近的区域。摄像机单元401记录书写页上该笔的笔尖201附近的图像，而处理器6根据这些图像计算笔尖201的位置。在此，可以使用书写页面12上的特定图形，例如，CN101064013A图像指标结构（位置编码），在此引用它们供参考。借助书写页面12上的图形，可以随时确定笔尖201的位置，而且这样可以记录用户书写的内容。摄像机单元401最好是固态图像传感器，但是也可以采用其他类型的二维检测器，例如，可以读取化学符号、声学符号、电磁符号、电容符号或电感符号的检测器。
为了确定笔尖201的位置，笔尖201与摄像机单元401的相对位置非常重要。为了进一步说明该问题，对于书写页面12具有不同倾角的笔尖2的各有关部件。
摄像机单元401要确保记录图像在成像区的相关部分上具有足够清晰度。笔尖201放置在书写页面12，摄像机单元401的光照射在书写页面12，笔尖201与摄像机单元402的光轴之间会产生距离L。如果不充分控制距离L的大小，则对于某些笔，距离L可能非常大，以致摄像机单元401不能将有用图像送到处理器6。通过采用精细度更加高的摄像机单元401，可以解决该问题，然而，这样会导致对从成像部件传送到传感器的光量受到的限制；且整个笔的成本会更加高。
在解码书写页面12上的位置编码图形时，距离L的重要性在于，使智能笔读取的笔划的位置与书写页面12上的物理笔划相关。例如，可以设置处理器6，以根据一幅图像计算笔的空间取向(倾角或旋转)和位置，并得知该位置、空间取向以及距离L以计算书写位置，即笔尖201的位置。这样，在计算的书写位置，与距离L的值的偏差会导致系统错误。
此外，最重要的是，如果将笔尖201与摄像机单元401之间的轴向距离L上的降低，这种也会影响摄像机单元401的焦面相对于书写页面12的距离，因此，距离L必须在一个区间值最好。
笔芯2、传感器以及成像部件安装在该笔内部的不同部分上，则成像部件的发光二极管402以及摄像机单元401设置在支架101上。因此，可以显著提高笔的安装精度，因为消除了几个偏差源。对笔壳体1上成型的安装孔分别用于摄像机单元以401及发光二极管402、笔芯2。
在书写页面12上，与成像区相比，受照区必须相当大。确保对摄像机单元401扫描的区域实现良好照明，从而提高以高精度确定笔尖的位置的概率。与以前相比，可以在更高程度上将受照区调节到成像区，这意味着，可以提高该区域内的光强。为了节省电流并从而延长电池寿命，可以在不降低可检测性的情况下，减小进入发光二极管的驱动电流；当然发光二极管402优选选择激光二极管。
利用例如包括聚碳酸酯和ABS塑料的热塑性塑料注塑成型支架。也可以将诸如热固性塑料或金属的其他材料用于支架。还可以通过例如铸造或铣削，进行成型。
笔芯2可插入通孔内的，形成单独部件。在需要时，可以将通孔倾斜一定角度，让笔芯2与摄像机单元401的光轴距离L变小，距离L区间范围为2.5mm-4.5mm。
发光二极管402与摄像机单元401固定在支架101上。因此，发光二极管402被安全固定，不让其与摄像机单元401出现位置倾斜。
笔壳体1及支架101利用对与发光二极管402和受照书写页面12发出的辐照光有关的辐照光不透明的材料制造。这样可以减小不希望的辐照光进入笔内部而干扰读取书写页面12位置编码的风险。
在制造笔时，还适于将一个或者多个主电路板安装在笔的笔壳体内。一个或者多个处理器、存储单元（存储器8）和图像采集组件4(信号发射器、信号接收器)以及布线、充电插口等也可以安装在所述主电路板(各主电路板)上/与所述主电路板(各主电路板)集成在一起。然后，利用柔性电耦合，将摄像机单元连接到处理器。在例如通过接合两半外壳密封笔壳体1之前，可以将诸如电池的附加部件安装在笔的内部。
如图2、图3所示，智能笔包括：笔壳体1、笔芯2、压力传感器 3、信号发射器、信号接收器、处理器6、无线数据接口72。信号发射器与信号接收器可以为发光二级光与摄像单元集成的图像采集组件。
笔壳体1可以为工程塑料，通常包括两个可以扣合的外壳，将其他器件容纳在笔壳体1中。
笔芯2的笔尖从笔壳体伸出，笔芯2的作用是用来书写，也就是产生笔画和笔顺，可以写在纸面上，也可以写在白板上。如果为了书写在纸面上，笔芯可以是油性(圆珠)笔芯、水性(中性)笔芯、铅笔芯、可擦写(油墨分解)笔芯、可擦写(油墨固化)笔芯、塑胶(PP、PET、PVC等)笔芯等。如果写在白板上，白板可以是手持白板或者墙面外挂、粘贴的白板。
压力传感器3，与所述滑动块组件11连接，所述滑动块组件11与压力传感器3之间设置有滑动块硅胶垫204，当笔芯2书写时产生所产生的压力传递到压力传感器3，产生传感信号，启动处理器6、信号发射器和信号接收器。
压力传感器3的作用是表示笔芯2已经在书写了，智能笔需要进行工作。压力传感器3可以根据智能笔使用场景进行不同的匹配。例如当书写在纸面上的时候，因为纸面是具有弹性可压缩的，所以压力传感器3的灵敏度需要高一些，否则无法识别笔芯2在书写。当书写在白板上的时候，因为白板是硬质的，弹性很小，所以压力传感器的灵敏度可以稍微小一些，也可以识别笔芯2在书写。
信号发射器与压力传感器3相连接，向笔尖周围的待测物发射探测信号。当压力传感器3感受到笔芯2书写的压力时，信号发射器开始工作，发射信号。信号发生器4可以为发射声波、超声波、红外线、紫外线、可见光(各波段)、X射线、伽马射线等的发射器。
可选的，信号发射器发射探测信号的方式有很多种，具体为持续或者定频或者变频或者调频方式向笔尖周围的待测物发射探测信号。
信号接收器与压力传感器3相连接，接收从待测物反射的探测信号，生成图像数据。此时的图像数据是模拟信号。信号接收器需要与信号发射器相匹配，可以接收从待测物反射的探测信号。因为发射器4是向笔芯2 周围的待测物发射探测信号，所以信号接收器生成的也是笔芯2周围的待测物图像。当压力传感器3感受到笔芯2书写的压力时，信号接收器开始工作，接收待测物反射的探测信号，生成模拟图像数据。
处理器6与压力传感器3和信号接收器相连接，接收信号接收器发送的图像数据，并解析为数字信号，生成传输数据包。当压力传感器3感受到笔芯2书写的压力时，处理器6开始工作，将接收到的模拟图像数据处理为数字信号的数据，然后生成传输数据包。
可选的，压力传感器3在感受到笔芯2书写的压力时，产生压感数据，发送给处理器6，处理器6将图像数据解析为数字信号，并与压力传感器发送的压感数据，以及时钟和时间轴编码成标准传输数据包。
无线数据接口72与处理器6相连接，将传输数据包通过无线方式传输到上位机。无线数据接口72的作用是利用无线方式传输传输数据包给上位机，因为无线方式比较方便，不需要线缆连接。具体的，无线数据接口具体为蓝牙接口、红外接口、Wifi接口、2.4-5.0GHz波段接口或者无线通信接口。蓝牙接口、红外接口、Wifi接口、2.4-5.0GHz波段接口为无线局域网通信，而通信接口可以利用2G、3G或者4G技术利用通信网络与上位机进行通信。
上位机根据传输数据包，获取到笔尖周围待测物的图像信息，利用点阵技术实现精准定位和同步数据电子化。
再如图所示，本发明的智能笔还包括：存储器8、电源10、开关电路9。
存储器8与处理器6相连接，存储图像数据和传输数据包。无线数据接口72将存储在存储器8中的传输数据包通过无线方式传输到上位机。
此处需要说明的是，无线数据接口72向上位机传输传输数据包有两种情况，一种是实时传输，处理器6实时将图像数据解析为数字信号，并与压力传感器发送的压感数据，以及时钟和时间轴实时编码成标准传输数据包，然后无线数据接口72实时将传输数据包通过无线方式传输到上位机。另外一种是非实时传输，处理器6实时将图像数据解析为数字信号，并与压力传感器发送的压感数据，以及时钟和时间轴实时编码成标准传输数据包然后存储在存储器8中，然后在设定时间或者其他非实时方式由无线数据接口72将存储器8中存储的传输数据包向上位机传输。
电源10与压力传感器3、处理器6、信号发射器和信号接收器相连接。电源10的目的是为压力传感器3、处理器6、信号发射器和信号接收器5供电。
具体的，电源10可以为电池，例如充电电池。
开关电路9与电源10相连接，作用是控制电源10为压力传感器3、处理器6、信号发射器和信号接收器供电，可以利用硬开关来实现。
另外，高舒适度智能笔还可以包括柔性连接的第一电路板和第二电路板，开关电路9和无线数据接口位于第一电路板，压力传感器、处理器、信号发射器、信号接收器位于第二电路板。第一电路板和第二电路板之间隔着电池，而连接方式可以利用柔性连接。
本发明高舒适度智能笔的具体工作过程如下：
1、打开开关电路，电源接通，压力传感器、处理器、信号发射器和信号接收器，检测自身状态，并处于待机状态；
2、笔芯的笔尖进行书写，笔芯书写时产生所产生的压力传递到压力传感器，产生传感信号，启动处理器、信号发射器和信号接收器工作，并将包括受力方向和受力大小数据发送到处理器；
3、信号发射器向笔尖周围的待测物发射探测信号；
4、信号接收器按照设定频率接收从待测物反射的探测信号，生成图像数据发送到处理器，此处的图像数据为笔尖周围所采集的图像，是模拟图像信号；
5、处理器接收模拟图像信号，通过设定的程序算法，将模拟信号图像解析为数字信号，并与压感数据、时钟、音频时间轴等编码成标准数据包格式的传输数据包；
6、处理器根据任务指令将标准数据格式发送到无线数据接口或存储器；
7、无线数据接口实时的将处理器发送的传输数据包发送到上位机，或者非实时的将存储器存储的传输数据包发送到上位机；
8、笔芯停止书写，压力传感器不再产生传感信号，处理器、信号发射器和信号接收器停止工作；
9、关闭开关电路，电源断开，不再为压力传感器、处理器、信号发射器和信号接收器供电。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是旨在限制本发明。
Claims (7)
1.一种提高采集图像信息精度的智能笔，包括：笔芯、图像采集组件，所述笔芯与图像采集组件设置笔壳体内部，其特征在于，所述图像采集单元包括信号发射器和信号接收器，所述信号发射器为发光二极管，所述信号接收器为摄像头组件，所述发光二极管与摄像头组件结合在一起，所述笔芯包括笔尖，所述摄像机单元轴线与笔尖轴线距离L的区间为2.5-4.5mm。
2.根据权利要求2所述提高采集图像信息精度的智能笔，其特征在于，所述笔尖包括以下任一项技术特征或者任一项技术特征组合，所述笔尖是铅笔；所述的笔尖是钢笔；所述的笔尖是原子笔；所述的笔尖是油性笔；所述的笔尖是水性笔；所述的笔尖是毛笔；所述的笔尖是水彩笔；所述的笔尖是油画笔；所述的笔尖是电容笔；所述的笔尖是电阻笔；所述的笔尖是电磁笔；所述的笔尖是白板笔。
3.根据权利要求1或2所述提高采集图像信息精度的智能笔，其特征在于，还包括压力传感器，与所述滑动块组件连接，所述滑动块组件与压力传感器之间设置有滑动块硅胶垫，当所述笔芯书写时产生所产生的压力传递到所述压力传感器，产生传感信号，启动处理器、信号发射器和信号接收器；信号发射器，与所述压力传感器相连接，向所述笔尖周围的待测物发射探测信号；信号接收器，与所述压力传感器相连接，接收从所述待测物反射的探测信号，生成图像数据；处理器，与所述压力传感器和信号接收器相连接，接收所述信号接收器发送的图像数据，并解析为数字信号，生成传输数据包；无线数据接口，与所述处理器相连接，将所述传输数据包通过无线方式传输到上位机。
4.根据权利要求3所述提高采集图像信息精度的智能笔，其特征在于，所述智能笔还包括：存储器，与所述处理器相连接，存储所述图像数据和传输数据包。
5.根据权利要求4所述提高采集图像信息精度的智能笔，其特征在于，所述无线数据接口将存储在所述存储器中的传输数据包通过无线方式传输到上位机。
6.根据权利要求5所述提高采集图像信息精度的智能笔，其特征在于，所述无线数据接口具体为蓝牙接口、红外接口、Wifi接口、2.4-5.0GHz波段接口或者无线通信接口。
7.根据权利要求6所述提高采集图像信息精度的智能笔，其特征在于，所述智能笔还包括：电源，与所述压力传感器、处理器、信号发射器和信号接收器相连接；开关电路，与所述电源相连接；柔性连接的第一电路板和第二电路板，所述开关电路和无线数据接口位于所述第一电路板，所述压力传感器、处理器、信号发射器、信号接收器位于第二电路板。
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