CN111312014A - 一种用于书法练习的高精度智能互联笔 - Google Patents

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CN111312014A CN202010289663.5A CN202010289663A CN111312014A CN 111312014 A CN111312014 A CN 111312014A CN 202010289663 A CN202010289663 A CN 202010289663A CN 111312014 A CN111312014 A CN 111312014A
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Abstract

本发明涉及一种用于书法练习的高精度智能互联笔，包括在设在笔尖内的红外传感器、陀螺仪、轨迹模块、修正模块和高频计时器；设在笔身内的存储模块、评定模块、通信模块和电源模块；设置在写字板上的红外接收器和屏幕。本发明通过使用红外传感器和轨迹模块对互联笔的书写轨迹进行记录，通过陀螺仪与修正模块对记录的轨迹进行修正，能够使所述互联笔精准记录书写轨迹，同时，通过评定模块对轨迹进行对比和运算得出评分，能够从更全面的角度对文字的书写进行评价，进一步地，通过将对比图像和评分一同输送至书写板，能够使练习者在得到评分的同时，通过图像能够更加直观的得知书写上的改进点，从而完成互联笔对练习者的高效评价和指导。

Description

一种用于书法练习的高精度智能互联笔
技术领域
本发明涉及书法教学技术领域，尤其涉及一种用于书法练习的高精度智能互联笔。
背景技术
随着科技的发展，人们书写文字的机会越来越少，导致字写的越来越差，现有学习书法中，由于专业书法教师的紧缺、教学模式死板、专业教师备课难、练习者课后无人指导造成难以巩固知识等原因给书法练习造成了很大的困难，导致学习书法、练习书法难以成为一种方便快捷的学习工具和模式。
在实际生活中，最为普遍的书法练习方式就是运用字帖临摹，这样不仅方便，而且时间不受限制。但是，练习者在运用字帖临摹时，由于没有专业书法教师对其进行指导，容易导致练习者在学习的过程中出现错误而不自知，如此不利于练习者的学习；并且练习者在练习过程中没有书法教师对其书写作品进行评价，导致练习者不能直观的了解练习过程的错误，导致很多重复但无效的练习，不仅浪费了练习者的时间和精力，也造成了资源的浪费，并且练习者长期进行无效的书法练习可能会使其养成不良的书法习惯，为后期的改正过程造成很大的困难，且不利于练习者的书法练习。
发明内容
为此，本发明提供一种用于书法练习的高精度智能互联笔，用以克服现有技术中练习书法缺乏高效的指导和评价导致的练习效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种用于书法练习的高精度智能互联笔，包括：
笔尖，在笔尖上设有用以检测笔尖与书写板距离的红外传感器和用以检测笔尖倾斜角度的陀螺仪；在笔尖内设有与红外传感器相连，用以记录笔尖移动轨迹的轨迹模块、分别与轨迹模块和陀螺仪相连，用以对倾斜笔尖轨迹进行修正的修正模块和与所述修正模块相连，用以计时的高频计时器；
笔身，在笔身中设有预存有多种字体的标准书写轨迹的存储模块、与所述存储模块和修正模块相连，用以对书写轨迹进行评定的评定模块、用以为互联笔提供电力的电源模块和用以与书写板无线通信的通信模块；所述存储模块中存储的字体包括行书、楷书、隶书、篆书和草书；
书写板，在书写板上设有红外接收器，用以与所述红外传感器配合测量所述笔尖与书写板之间的距离；在书写板上还设有屏幕，用以显示通信模块输送的评定结果；
在使用所述互联笔时，红外检测器将笔尖在书写板上的移动轨迹输送至轨迹模块，轨迹模块将移动轨迹输送至修正模块，修正模块根据陀螺仪实时记录的笔尖倾斜角度对轨迹进行实时修正并将修正后轨迹输送至评定模块，评定模块从储存模块中调取预设轨迹并对修正后轨迹所属字体进行判定，判定完成后评定模块选取指定字体的预设轨迹与修正后轨迹进行对比，根据对比结果生成评分，将两轨迹重叠并使用两种颜色分别显示各轨迹，重叠完成后，评定模块将重叠图像和评分依次通过通信模块输送至书写板内，书写板将重叠图像和评分显示在屏幕上。
进一步地，所述轨迹模块内设有预设距离D0和预设时间T0，在使用互联笔时，所述红外传感器会实时检测与所述红外接收器之间的距离D并将检测值输送至轨迹模块，当D≤D0时，轨迹模块判定互联笔开始书写，将此时笔尖所处位点判定为触发点并开始记录红外传感器的运行轨迹，当D＞D0时，轨迹模块判定互联笔书写完成，将记录的单次轨迹输送至所述评定模块；
在轨迹模块记录红外传感器的运行轨迹时，轨迹模块以触发点为原点建立坐标系，在笔尖移动时，高频计时器会记录笔尖的移动时间T，当T＝T0时，轨迹模块记录笔尖在坐标系内的坐标s1(x1，y1)，记录完成后高频计时器清空计时并重新记录笔尖的移动时间T，轨迹模块在T＝T0时记录笔尖在坐标系内的坐标s2(x2，y2)，从笔尖开始书写到书写完成的过程中，高频计时器进行多次计时以使轨迹模块记录多个坐标点sn(xn，yn)，在记录过程中，轨迹模块会实时将各坐标点依次输送至所述修正模块；
所述修正模块内设有预设角度矩阵θ0(θ1，θ2，θ3，θ4)和轨迹修正预案矩阵M(a，b，c，d)；其中，θ1为第一预设角度，θ2为第二预设角度，θ3为第三预设角度，θ4为第四预设角度，各预设角度均为笔尖与书写板之间的夹角且各预设夹角的数值逐渐增加；其中，a为第一修正预案，b为第二修正预案，c为第三修正预案，d为第四修正预案；针对轨迹模块输送的单个坐标点Sn(xn，yn)，修正模块会从所述陀螺仪中调取记录坐标点Sn时笔尖的倾斜角度θ并将θ与矩阵θ0中的各项数据进行对比以依次对各坐标点进行实时修正：
当θ≤θ1时，修正模块从轨迹修正预案矩阵M中选取第一修正预案a并将坐标点sn(xn，yn)修正为Sn(xna，yna)；
当θ1＜θ≤θ2时，修正模块从轨迹修正预案矩阵M中选取第二修正预案b并将坐标点sn(xn，yn)修正为Sn(xnb，ynb)；
当θ2＜θ≤θ3时，修正模块从轨迹修正预案矩阵M中选取第三修正预案c并将坐标点sn(xn，yn)修正为Sn(xnc，ync)；
当θ3＜θ≤θ4时，修正模块从轨迹修正预案矩阵M中选取第四修正预案d并将坐标点sn(xn，yn)修正为Sn(xnd，ynd)；
修正完成后，修正模块建立修正坐标矩阵组S(S1，S2，S3...Sn)并在建立完成后依次对相邻两坐标点进行轨迹补偿，轨迹补偿完成后修正模块建立单个文字的轨迹矩阵F(X，Y)，其中X为轨迹坐标点横坐标矩阵，Y为轨迹坐标点纵坐标矩阵；
对于X，X(X1，X2，X3...Xn)，其中X1为第一修正坐标点S1的横坐标x1m，m＝a，b，c，d；X2为第二修正坐标点S2的横坐标x2m，X3为第三修正坐标点S3的横坐标x3m，Xn为第n修正坐标点Sn的横坐标xnm；
对于Y，Y(Y1，Y2，Y3...Yn)，其中Y1为第一修正坐标点S1的纵坐标y1m，Y2为第二修正坐标点S2的纵坐标y2m，Y3为第三修正坐标点S3的纵坐标y3m，Yn为第n修正坐标点Sn的纵坐标ynm；
轨迹矩阵F建立完成后，修正模块将F输送至所述评定模块。
进一步地，所述存储模块中预存轨迹包括字体笔画轨迹矩阵组H(H10，H20，H30，H40，H50)和字体轨迹矩阵组L(L10，L20，L30，L40，L50)；其中H1为行书笔画轨迹矩阵组，H20为楷书笔画轨迹矩阵组，H30为隶书笔画轨迹矩阵组，H40为篆书笔画轨迹矩阵组，H50为草书笔画轨迹矩阵组；L10为行书字体轨迹矩阵组，L20为楷书字体轨迹矩阵组，L30为隶书字体轨迹矩阵组，L40为篆书字体轨迹矩阵组，L50为草书字体轨迹矩阵组；对于单个笔画轨迹矩阵组Hj0，其中j＝1，2，3，4，5，Hj0(Hj1，Hj2，Hj3...Hj i)其中，Hj i为该字体中单个笔画的轨迹矩阵，对于单个笔画轨迹矩阵Hj i，Hj i(Xj i，Yj i)，其中Xj i为该笔画的标准轨迹坐标点横坐标矩阵，Yj i为该笔画的标准轨迹坐标点纵坐标矩阵；
当所述修正模块将轨迹矩阵F(X，Y)输送至评定模块时，评定模块会将预设字体笔画矩阵组H0中各矩阵组内的单个笔画轨迹矩阵依次与轨迹矩阵组F(X，Y)进行比对：
当F(X，Y)与H1 i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为行书并在后续评定时使用行书字体轨迹矩阵组L10对书写轨迹进行评定；
当F(X，Y)与H2i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为楷书并在后续评定时使用楷书字体轨迹矩阵组L20对书写轨迹进行评定；
当F(X，Y)与H3i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为隶书并在后续评定时使用隶书字体轨迹矩阵组L30对书写轨迹进行评定；
当F(X，Y)与H4i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为篆书并在后续评定时使用篆书字体轨迹矩阵组L40对书写轨迹进行评定；
当F(X，Y)与H5i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为草书并在后续评定时使用草书字体轨迹矩阵组L50对书写轨迹进行评定；
当轨迹矩阵F(X，Y)与各字体笔画轨迹矩阵组中对应笔画的重合度均大于等于80％或轨迹矩阵F(X，Y)与各字体笔画轨迹矩阵组中对应笔画的重合度均小于80％时，评定模块选取与F(X，Y)重合度最大的笔画轨迹矩阵Hj i所属字体作为该次书写的书写字体并在后续评定时使用第j字体轨迹矩阵组Lj0对书写轨迹进行评定。
进一步地，所述评定模块在对单个汉字的轨迹矩阵组F(X，Y)进行评定时，评定模块从所述存储模块中选取指定的字体的轨迹矩阵组Lj0，并从Lj0中选取对应的汉字标准轨迹矩阵Lj i(Xj i，Yj i)与F(X，Y)进行对比：
评定模块会将轨迹坐标点横坐标矩阵X(X1，X2，X3...Xn)中的横坐标与指定字体汉字的标准轨迹坐标点横坐标矩阵Xj i(Xj i 1，Xj i2，Xj i3...Xj in)中的横坐标依次进行对比，将轨迹坐标点纵坐标矩阵Y(Y1，Y2，Y3...Yn)中的纵坐标与指定字体汉字的标准轨迹坐标点纵坐标矩阵Yj i(Yj i 1，Yj i2，Yj i3...Yj in)中的纵坐标依次进行对比，对于横坐标Xn和Xj in的对比，将对比结果的偏差值记为ΔXn，对于纵坐标Yn和Yj in的对比，将对比结果的偏差值记为ΔYn，评定模块会根据评定结果生成横坐标评定矩阵ΔX(ΔX1，ΔX2，ΔX3...ΔXn)和纵坐标评定矩阵ΔY(ΔY1，ΔY2，ΔY3...ΔYn)并根据横坐标评定矩阵ΔX和纵坐标评定矩阵ΔY建立评定矩阵组R(ΔX，ΔY)，并根据评定矩阵组R建立评定参数C，
Figure BDA0002449910630000051
其中α为评定模块中预设的横坐标偏差权重系数，β为评定模块中预设的纵坐标偏差权重系数，评定模块在得到评定参数后对该次书写进行评分E的计算，
Figure BDA0002449910630000052
得到单次书写评分E后，评定模块通过所述通信模块将评分E输送至书写板。
进一步地，所述评定模块在输送评定结果时还会建立图像坐标系，将书写轨迹矩阵F(X，Y)中的各坐标点使用颜色A依次标记在图像坐标系内，将与F(X，Y)对应的汉字标准轨迹矩阵Lj i(Xj i，Yj i)使用颜色B依次标记在图像坐标系内，标记完成后评定模块将带有重叠轨迹的坐标系生成图像并将该图像与评分E一同输送至书写板，书写板通过屏幕显示图像和评分E。
进一步地，所述预设时间T0为0.005-0.01秒。
进一步地，所述通信模块为蓝牙通信模块。
进一步地，所述电源模块能够进行无线充电。
进一步地，所述互联笔选用激光传感器，所述书写板内设置激光接收器以检测笔尖与书写板的距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过使用红外传感器和轨迹模块对互联笔的书写轨迹进行记录，通过陀螺仪与修正模块对记录的轨迹进行修正，能够使所述互联笔精准记录书写轨迹，同时，通过评定模块对轨迹进行对比和运算得出评分，能够从更全面的角度对文字的书写进行评价，进一步地，通过将对比图像和评分一同输送至书写板，能够使练习者在得到评分的同时，通过图像能够更加直观的得知书写上的改进点，从而完成互联笔对练习者的高效评价和指导。
进一步地，所述存储模块中预存有字体笔画轨迹矩阵组H和字体轨迹矩阵组L，在评定模块进行评定前，评定模块会将字体笔画轨迹矩阵组H(H10，H20，H30，H40，H50)中各字体的笔画轨迹矩阵组内的各字母轨迹矩阵Hj i依次与书写轨迹进行比对，并在判定为第j字体后使用第j字体轨迹矩阵组Lj0对后续的书写轨迹进行评定。通过预存多个字体的笔画轨迹矩阵和文字轨迹矩阵，能够快速的对练习者书写的汉字进行识别，同时能够使所述互联笔针对不同的字体进行针对性训练，提高了所述互联笔的多元性。同时，所述互联笔能够通过书写轨迹自动识别和选取书写字体，提高了所述互联笔的使用效率。
进一步地，所述轨迹模块内还设有预设距离D0和预设时间T0，轨迹模块能够通过红外传感器和红外接收器实时检测笔尖和书写板之间的距离D以判定练习者是否开始和结束书写，在开始书写时建立坐标系并使用书写起始点作为坐标系的原点，通过对书写起始点的定位，能够在评定模块进行对比时，更快速的将书写轨迹与预存轨迹进行叠加，从而对书写轨迹进行快速对比。
尤其，所述互联笔内还设有高频计时器，通过使用高频计时器在单位时间内的多次计时，能够在互联笔书写时，使轨迹模块在各计时点上标记出多个轨迹坐标点sn(xn，yn)，通过对轨迹中多个点的坐标的记录，提高了轨迹模块的轨迹记录精度。
进一步地，所述修正模块中设有预设角度矩阵θ0(θ1，θ2，θ3，θ4)和轨迹修正预案矩阵M(a，b，c，d)，修正模块会根据互联笔书写时陀螺仪实时检测的笔尖与书写板的倾斜角度θ从轨迹修正预案矩阵M中选取对应的修正预案，从而完成对轨迹点坐标的实时修正，在进一步提高所述互联笔的轨迹记录精度的同时，提高了互联笔的书写效率。
进一步地，所述修正模块根据修正结果建立修正坐标矩阵组S(S1，S2，S3...Sn)并在建立完成后依次对相邻两坐标点进行轨迹补偿并轨迹补偿完成后建立单个字母的轨迹矩阵F(X，Y)，通过以点化线的形式对书写轨迹进行记录，在保证轨迹记录精度的同时，降低了轨迹模块和修正模块的使用功耗，从而提高了所述互联笔的使用寿命。
进一步地，所述评定模块在进行评定时，将X中的横坐标与Xj i中的横坐标依次进行对比并将对比结果的偏差值记为ΔXn，将Y中的纵坐标与Yj i中的纵坐标依次进行对比并将对比结果的偏差值记为ΔYn，根据ΔXn和ΔYn建立ΔX矩阵和ΔY矩阵，建立评定矩阵组R(ΔX，ΔY)和计算评定参数
Figure BDA0002449910630000071
和书写评分
Figure BDA0002449910630000072
通过一体化的计算能够使评定模块对书写轨迹进行严谨和合理的分析和评价，能够使练习者直观的了解书写过程的错误，从而减少无效练习的时间，提高了所述互联笔的使用效率。
尤其，所述评定模块中还设有评定模块中预设的横坐标偏差权重系数α和评定模块中预设的纵坐标偏差权重系数β，通过使用权重系数α和β，能够对书写轨迹进行针对性的评价，从而使练习者能够针对单个文字或字母的重点部位进行加强，从而进一步提高了所述互联笔的指导效率。
附图说明
图1为本发明所述用于书法练习的高精度智能互联笔的结构示意图；
图2为本发明所述用于书法练习的高精度智能互联笔中书写板的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1和图2所示，其为本发明所述用于书法练习的高精度智能互联笔的结构示意图和本发明所述用于书法练习的高精度智能互联笔中书写板的结构示意图。所述互联笔包括笔尖、笔身和书写板；所述笔尖包括：红外传感器、轨迹模块、修正模块、陀螺仪和高频计时器；所述笔身包括：存储模块、评定模块、电源模块和通信模块；所述书写板包括：红外接收器和显示屏。
其中，所述红外传感器设置在笔尖端部，用以与红外接收器配合检测笔尖与书写板之间的距离；所述轨迹模块与所述红外传感器相连，用以根据红外传感器检测的距离开始或停止对书写轨迹的记录；所述修正模块分别与所述轨迹模块和所述陀螺仪相连，用以根据陀螺仪检测的笔尖倾斜角度对轨迹模块记录的轨迹进行实时修正；所述高频计时器与所述轨迹模块相连，用以对轨迹模块进行多次计时。
所述评定模块与所述修正模块相连，用以接收修正模块输送的修正后轨迹；所述存储模块与所述评定模块相连，用以向存储模块输送预存轨迹以使评定模块对书写轨迹进行评定；所述通信模块与所述评定模块相连，用以将评定模块的评定结果输送至书写板中；所述电源模块设置在笔身内，用以为所述互联笔提供电力。
所述红外接收器设置在书写板的书写区域表面，用以与所述红外检测器配合以测量笔尖和书写板的距离；所述屏幕设置在书写板表面边缘处，用以显示评分和对比图像。
在使用所述互联笔时，红外检测器会实时检测与红外接收器之间的距离，当检测距离达到指定值时，轨迹模块判定互联笔开始书写，记录书写轨迹并将轨迹信息实时输送至所述修正模块中；所述陀螺仪在互联笔书写时实时检测笔尖与书写板之间的夹角角度并将检测信息输送至修正模块，修正模块会根据接收到的角度选取对应的修正预案以对轨迹进行修正，并将修正后的轨迹信息输送至评定模块；评定模块接收到修正后轨迹信息后，会从所述存储模块中调取预设轨迹以对修正后书写轨迹进行识别，在识别完成后，评定模块选取指定的预设轨迹与修正后轨迹进行对比，并根据对比结果生成评分；生成评分后，评定模块生成对比图像，将对比图像和评分信息通过所述通信模块输送至书写板上。可以理解的是，所述红外传感器也可以使用激光传感器或其他种类的距离检测器进行替换，只要满足所述红外传感器能够精准检测笔尖与书写板之间的距离即可。
所述存储模块中预存轨迹包括字体笔画轨迹矩阵组H(H10，H20，H30，H40，H50)和字体轨迹矩阵组L(L10，L20，L30，L40，L50)；其中H1为行书笔画轨迹矩阵组，H20为楷书笔画轨迹矩阵组，H30为隶书笔画轨迹矩阵组，H40为篆书笔画轨迹矩阵组，H50为草书笔画轨迹矩阵组；L10为行书字体轨迹矩阵组，L20为楷书字体轨迹矩阵组，L30为隶书字体轨迹矩阵组，L40为篆书字体轨迹矩阵组，L50为草书字体轨迹矩阵组；对于单个笔画轨迹矩阵组Hj0，其中j＝1，2，3，4，5，Hj0(Hj1，Hj2，Hj3...Hj i)其中，Hj i为该字体中单个笔画的轨迹矩阵，对于单个笔画轨迹矩阵Hj i，Hj i(Xj i，Yj i)，其中Xj i为该笔画的标准轨迹坐标点横坐标矩阵，Yj i为该笔画的标准轨迹坐标点纵坐标矩阵；
具体而言，所述通信模块为蓝牙通信模块，用以与书写板相连。在使用所述互联笔时，先通过通信模块与书写板进行连接，在连接完成后，在使用所述互联笔时，评定模块即可将评定结果和评分通过通信模块输送至书写板中。
具体而言，所述电源模块能够进行无线充电。
具体而言，所述轨迹模块内设有预设距离D0和预设时间T0，在使用互联笔时，所述红外传感器会实时检测与所述红外接收器之间的距离D并将检测值输送至轨迹模块，当D≤D0时，轨迹模块判定互联笔开始书写，将此时笔尖所处位点判定为触发点并开始记录红外传感器的运行轨迹，当D＞D0时，轨迹模块判定互联笔书写完成，将记录的单次轨迹输送至所述评定模块；
在轨迹模块记录红外传感器的运行轨迹时，轨迹模块以触发点为原点建立坐标系，在笔尖移动时，高频计时器会记录笔尖的移动时间T，当T＝T0时，轨迹模块记录笔尖在坐标系内的坐标s1(x1，y1)，记录完成后高频计时器清空计时并重新记录笔尖的移动时间T，轨迹模块在T＝T0时记录笔尖在坐标系内的坐标s2(x2，y2)，从笔尖开始书写到书写完成的过程中，高频计时器进行多次计时以使轨迹模块记录多个坐标点sn(xn，yn)，在记录过程中，轨迹模块会实时将各坐标点依次输送至所述修正模块。
具体而言，所述预设时间T0为0.005-0.01秒。
请继续参阅图1和图2所示，所述修正模块内设有预设角度矩阵θ0(θ1，θ2，θ3，θ4)和轨迹修正预案矩阵M(a，b，c，d)；其中，θ1为第一预设角度，θ2为第二预设角度，θ3为第三预设角度，θ4为第四预设角度，各预设角度均为笔尖与书写板之间的夹角且各预设夹角的数值逐渐增加；其中，a为第一修正预案，b为第二修正预案，c为第三修正预案，d为第四修正预案；针对轨迹模块输送的单个坐标点Sn(xn，yn)，修正模块会从所述陀螺仪中调取记录坐标点Sn时笔尖的倾斜角度θ并将θ与矩阵θ0中的各项数据进行对比以依次对各坐标点进行实时修正：
当θ≤θ1时，修正模块从轨迹修正预案矩阵M中选取第一修正预案a并将坐标点sn(xn，yn)修正为Sn(xna，yna)；
当θ1＜θ≤θ2时，修正模块从轨迹修正预案矩阵M中选取第二修正预案b并将坐标点sn(xn，yn)修正为Sn(xnb，ynb)；
当θ2＜θ≤θ3时，修正模块从轨迹修正预案矩阵M中选取第三修正预案c并将坐标点sn(xn，yn)修正为Sn(xnc，ync)；
当θ3＜θ≤θ4时，修正模块从轨迹修正预案矩阵M中选取第四修正预案d并将坐标点sn(xn，yn)修正为Sn(xnd，ynd)；
修正完成后，修正模块建立修正坐标矩阵组S(S1，S2，S3...Sn)并在建立完成后依次对相邻两坐标点进行轨迹补偿，轨迹补偿完成后修正模块建立单个文字的轨迹矩阵F(X，Y)，其中X为轨迹坐标点横坐标矩阵，Y为轨迹坐标点纵坐标矩阵；
对于X，X(X1，X2，X3...Xn)，其中X1为第一修正坐标点S1的横坐标x1m，m＝a，b，c，d；X2为第二修正坐标点S2的横坐标x2m，X3为第三修正坐标点S3的横坐标x3m，Xn为第n修正坐标点Sn的横坐标xnm；
对于Y，Y(Y1，Y2，Y3...Yn)，其中Y1为第一修正坐标点S1的纵坐标y1m，Y2为第二修正坐标点S2的纵坐标y2m，Y3为第三修正坐标点S3的纵坐标y3m，Yn为第n修正坐标点Sn的纵坐标ynm；
轨迹矩阵F建立完成后，修正模块将F输送至所述评定模块。
请继续参阅图1和图2所示，当所述修正模块将轨迹矩阵F(X，Y)输送至评定模块时，评定模块会将预设字体笔画矩阵组H0中各矩阵组内的单个笔画轨迹矩阵依次与轨迹矩阵组F(X，Y)进行比对：
当F(X，Y)与H1 i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为行书并在后续评定时使用行书字体轨迹矩阵组L10对书写轨迹进行评定；
当F(X，Y)与H2i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为楷书并在后续评定时使用楷书字体轨迹矩阵组L20对书写轨迹进行评定；
当F(X，Y)与H3i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为隶书并在后续评定时使用隶书字体轨迹矩阵组L30对书写轨迹进行评定；
当F(X，Y)与H4i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为篆书并在后续评定时使用篆书字体轨迹矩阵组L40对书写轨迹进行评定；
当F(X，Y)与H5i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为草书并在后续评定时使用草书字体轨迹矩阵组L50对书写轨迹进行评定；
当轨迹矩阵F(X，Y)与各字体笔画轨迹矩阵组中对应笔画的重合度均大于等于80％或轨迹矩阵F(X，Y)与各字体笔画轨迹矩阵组中对应笔画的重合度均小于80％时，评定模块选取与F(X，Y)重合度最大的笔画轨迹矩阵Hj i所属字体作为该次书写的书写字体并在后续评定时使用第j字体轨迹矩阵组Lj0对书写轨迹进行评定。
请继续参阅图1和图2所示，所述评定模块在对单个汉字的轨迹矩阵组F(X，Y)进行评定时，评定模块从所述存储模块中选取指定的字体的轨迹矩阵组Lj0，并从Lj0中选取对应的汉字标准轨迹矩阵Lj i(Xj i，Yj i)与F(X，Y)进行对比：
评定模块会将轨迹坐标点横坐标矩阵X(X1，X2，X3...Xn)中的横坐标与指定字体汉字的标准轨迹坐标点横坐标矩阵Xj i(Xj i 1，Xj i2，Xj i3...Xj in)中的横坐标依次进行对比，将轨迹坐标点纵坐标矩阵Y(Y1，Y2，Y3...Yn)中的纵坐标与指定字体汉字的标准轨迹坐标点纵坐标矩阵Yj i(Yj i 1，Yj i2，Yj i3...Yj in)中的纵坐标依次进行对比，对于横坐标Xn和Xj in的对比，将对比结果的偏差值记为ΔXn，对于纵坐标Yn和Yj in的对比，将对比结果的偏差值记为ΔYn，评定模块会根据评定结果生成横坐标评定矩阵ΔX(ΔX1，ΔX2，ΔX3...ΔXn)和纵坐标评定矩阵ΔY(ΔY1，ΔY2，ΔY3...ΔYn)并根据横坐标评定矩阵ΔX和纵坐标评定矩阵ΔY建立评定矩阵组R(ΔX，ΔY)，并根据评定矩阵组R建立评定参数C，
Figure BDA0002449910630000121
其中α为评定模块中预设的横坐标偏差权重系数，β为评定模块中预设的纵坐标偏差权重系数，评定模块在得到评定参数后对该次书写进行评分E的计算，
Figure BDA0002449910630000122
得到单次书写评分E后，评定模块通过所述通信模块将评分E输送至书写板。
具体而言，所述评定模块在输送评定结果时还会建立图像坐标系，将书写轨迹矩阵F(X，Y)中的各坐标点使用颜色A依次标记在图像坐标系内，将与F(X，Y)对应的汉字标准轨迹矩阵Lj i(Xj i，Yj i)使用颜色B依次标记在图像坐标系内，标记完成后评定模块将带有重叠轨迹的坐标系生成图像并将该图像与评分E一同输送至书写板，书写板通过屏幕显示图像和评分E。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于书法练习的高精度智能互联笔，其特征在于，包括：
笔尖，在笔尖上设有用以检测笔尖与书写板距离的红外传感器和用以检测笔尖倾斜角度的陀螺仪；在笔尖内设有与红外传感器相连，用以记录笔尖移动轨迹的轨迹模块、分别与轨迹模块和陀螺仪相连，用以对倾斜笔尖轨迹进行修正的修正模块和与所述修正模块相连，用以计时的高频计时器；
笔身，在笔身中设有预存有多种字体的标准书写轨迹的存储模块、与所述存储模块和修正模块相连，用以对书写轨迹进行评定的评定模块、用以为互联笔提供电力的电源模块和用以与书写板无线通信的通信模块；所述存储模块中存储的字体包括行书、楷书、隶书、篆书和草书；
书写板，在书写板上设有红外接收器，用以与所述红外传感器配合测量所述笔尖与书写板之间的距离；在书写板上还设有屏幕，用以显示通信模块输送的评定结果；
在使用所述互联笔时，红外检测器将笔尖在书写板上的移动轨迹输送至轨迹模块，轨迹模块将移动轨迹输送至修正模块，修正模块根据陀螺仪实时记录的笔尖倾斜角度对轨迹进行实时修正并将修正后轨迹输送至评定模块，评定模块从储存模块中调取预设轨迹并对修正后轨迹所属字体进行判定，判定完成后评定模块选取指定字体的预设轨迹与修正后轨迹进行对比，根据对比结果生成评分，将两轨迹重叠并使用两种颜色分别显示各轨迹，重叠完成后，评定模块将重叠图像和评分依次通过通信模块输送至书写板内，书写板将重叠图像和评分显示在屏幕上。
2.根据权利要求1所述的用于书法练习的高精度智能互联笔，其特征在于，所述轨迹模块内设有预设距离D0和预设时间T0，在使用互联笔时，所述红外传感器会实时检测与所述红外接收器之间的距离D并将检测值输送至轨迹模块，当D≤D0时，轨迹模块判定互联笔开始书写，将此时笔尖所处位点判定为触发点并开始记录红外传感器的运行轨迹，当D＞D0时，轨迹模块判定互联笔书写完成，将记录的单次轨迹输送至所述评定模块；
在轨迹模块记录红外传感器的运行轨迹时，轨迹模块以触发点为原点建立坐标系，在笔尖移动时，高频计时器会记录笔尖的移动时间T，当T＝T0时，轨迹模块记录笔尖在坐标系内的坐标s1(x1，y1)，记录完成后高频计时器清空计时并重新记录笔尖的移动时间T，轨迹模块在T＝T0时记录笔尖在坐标系内的坐标s2(x2，y2)，从笔尖开始书写到书写完成的过程中，高频计时器进行多次计时以使轨迹模块记录多个坐标点sn(xn，yn)，在记录过程中，轨迹模块会实时将各坐标点依次输送至所述修正模块；
所述修正模块内设有预设角度矩阵θ0(θ1，θ2，θ3，θ4)和轨迹修正预案矩阵M(a，b，c，d)；其中，θ1为第一预设角度，θ2为第二预设角度，θ3为第三预设角度，θ4为第四预设角度，各预设角度均为笔尖与书写板之间的夹角且各预设夹角的数值逐渐增加；其中，a为第一修正预案，b为第二修正预案，c为第三修正预案，d为第四修正预案；针对轨迹模块输送的单个坐标点Sn(xn，yn)，修正模块会从所述陀螺仪中调取记录坐标点Sn时笔尖的倾斜角度θ并将θ与矩阵θ0中的各项数据进行对比以依次对各坐标点进行实时修正：
当θ≤θ1时，修正模块从轨迹修正预案矩阵M中选取第一修正预案a并将坐标点sn(xn，yn)修正为Sn(xna，yna)；
当θ1＜θ≤θ2时，修正模块从轨迹修正预案矩阵M中选取第二修正预案b并将坐标点sn(xn，yn)修正为Sn(xnb，ynb)；
当θ2＜θ≤θ3时，修正模块从轨迹修正预案矩阵M中选取第三修正预案c并将坐标点sn(xn，yn)修正为Sn(xnc，ync)；
当θ3＜θ≤θ4时，修正模块从轨迹修正预案矩阵M中选取第四修正预案d并将坐标点sn(xn，yn)修正为Sn(xnd，ynd)；
修正完成后，修正模块建立修正坐标矩阵组S(S1，S2，S3...Sn)并在建立完成后依次对相邻两坐标点进行轨迹补偿，轨迹补偿完成后修正模块建立单个文字的轨迹矩阵F(X，Y)，其中X为轨迹坐标点横坐标矩阵，Y为轨迹坐标点纵坐标矩阵；
对于X，X(X1，X2，X3...Xn)，其中X1为第一修正坐标点S1的横坐标x1m，m＝a，b，c，d；X2为第二修正坐标点S2的横坐标x2m，X3为第三修正坐标点S3的横坐标x3m，Xn为第n修正坐标点Sn的横坐标xnm；
对于Y，Y(Y1，Y2，Y3...Yn)，其中Y1为第一修正坐标点S1的纵坐标y1m，Y2为第二修正坐标点S2的纵坐标y2m，Y3为第三修正坐标点S3的纵坐标y3m，Yn为第n修正坐标点Sn的纵坐标ynm；
轨迹矩阵F建立完成后，修正模块将F输送至所述评定模块。
3.根据权利要求2所述的用于书法练习的高精度智能互联笔，其特征在于，所述存储模块中预存轨迹包括字体笔画轨迹矩阵组H(H10，H20，H30，H40，H50)和字体轨迹矩阵组L(L10，L20，L30，L40，L50)；其中H1为行书笔画轨迹矩阵组，H20为楷书笔画轨迹矩阵组，H30为隶书笔画轨迹矩阵组，H40为篆书笔画轨迹矩阵组，H50为草书笔画轨迹矩阵组；L10为行书字体轨迹矩阵组，L20为楷书字体轨迹矩阵组，L30为隶书字体轨迹矩阵组，L40为篆书字体轨迹矩阵组，L50为草书字体轨迹矩阵组；对于单个笔画轨迹矩阵组Hj0，其中j＝1，2，3，4，5，Hj0(Hj1，Hj2，Hj3...Hji)其中，Hji为该字体中单个笔画的轨迹矩阵，对于单个笔画轨迹矩阵Hji，Hji(Xji，Yji)，其中Xji为该笔画的标准轨迹坐标点横坐标矩阵，Yji为该笔画的标准轨迹坐标点纵坐标矩阵；
当所述修正模块将轨迹矩阵F(X，Y)输送至评定模块时，评定模块会将预设字体笔画矩阵组H0中各矩阵组内的单个笔画轨迹矩阵依次与轨迹矩阵组F(X，Y)进行比对：
当F(X，Y)与H1i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为行书并在后续评定时使用行书字体轨迹矩阵组L10对书写轨迹进行评定；
当F(X，Y)与H2i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为楷书并在后续评定时使用楷书字体轨迹矩阵组L20对书写轨迹进行评定；
当F(X，Y)与H3i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为隶书并在后续评定时使用隶书字体轨迹矩阵组L30对书写轨迹进行评定；
当F(X，Y)与H4i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为篆书并在后续评定时使用篆书字体轨迹矩阵组L40对书写轨迹进行评定；
当F(X，Y)与H5i中对应笔画的重合度大于等于80％时，评定模块判定该次书写的字体为草书并在后续评定时使用草书字体轨迹矩阵组L50对书写轨迹进行评定；
当轨迹矩阵F(X，Y)与各字体笔画轨迹矩阵组中对应笔画的重合度均大于等于80％或轨迹矩阵F(X，Y)与各字体笔画轨迹矩阵组中对应笔画的重合度均小于80％时，评定模块选取与F(X，Y)重合度最大的笔画轨迹矩阵Hji所属字体作为该次书写的书写字体并在后续评定时使用第j字体轨迹矩阵组Lj0对书写轨迹进行评定。
4.根据权利要求3所述的用于书法练习的高精度智能互联笔，其特征在于，所述评定模块在对单个汉字的轨迹矩阵组F(X，Y)进行评定时，评定模块从所述存储模块中选取指定的字体的轨迹矩阵组Lj0，并从Lj0中选取对应的汉字标准轨迹矩阵Lji(Xji，Yji)与F(X，Y)进行对比：
评定模块会将轨迹坐标点横坐标矩阵X(X1，X2，X3...Xn)中的横坐标与指定字体汉字的标准轨迹坐标点横坐标矩阵Xji(Xji1，Xji2，Xji3...Xjin)中的横坐标依次进行对比，将轨迹坐标点纵坐标矩阵Y(Y1，Y2，Y3...Yn)中的纵坐标与指定字体汉字的标准轨迹坐标点纵坐标矩阵Yji(Yji1，Yji2，Yji3...Yjin)中的纵坐标依次进行对比，对于横坐标Xn和Xjin的对比，将对比结果的偏差值记为ΔXn，对于纵坐标Yn和Yjin的对比，将对比结果的偏差值记为ΔYn，评定模块会根据评定结果生成横坐标评定矩阵ΔX(ΔX1，ΔX2，ΔX3...ΔXn)和纵坐标评定矩阵ΔY(ΔY1，ΔY2，ΔY3...ΔYn)并根据横坐标评定矩阵ΔX和纵坐标评定矩阵ΔY建立评定矩阵组R(ΔX，ΔY)，并根据评定矩阵组R建立评定参数C，
Figure FDA0002449910620000041
其中α为评定模块中预设的横坐标偏差权重系数，β为评定模块中预设的纵坐标偏差权重系数，评定模块在得到评定参数后对该次书写进行评分E的计算，
Figure FDA0002449910620000042
得到单次书写评分E后，评定模块通过所述通信模块将评分E输送至书写板。
5.根据权利要求4所述的用于书法练习的高精度智能互联笔，其特征在于，所述评定模块在输送评定结果时还会建立图像坐标系，将书写轨迹矩阵F(X，Y)中的各坐标点使用颜色A依次标记在图像坐标系内，将与F(X，Y)对应的汉字标准轨迹矩阵Lji(Xji，Yji)使用颜色B依次标记在图像坐标系内，标记完成后评定模块将带有重叠轨迹的坐标系生成图像并将该图像与评分E一同输送至书写板，书写板通过屏幕显示图像和评分E。
6.根据权利要求1所述的用于书法练习的高精度智能互联笔，其特征在于，所述预设时间T0为0.005-0.01秒。
7.根据权利要求1所述的用于书法练习的高精度智能互联笔，其特征在于，所述通信模块为蓝牙通信模块。
8.根据权利要求1所述的用于书法练习的高精度智能互联笔，其特征在于，所述电源模块能够进行无线充电。
9.根据权利要求1所述的用于书法练习的高精度智能互联笔，其特征在于，所述互联笔选用激光传感器，所述书写板内设置激光接收器以检测笔尖与书写板的距离。
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