CN116052190A - 一种汉字书写高精度记录系统与方法 - Google Patents

Abstract

一种汉字书写高精度记录系统与方法，其中系统包括：电磁压感笔，所述电磁压感笔用于向电磁信号接收板传输书写信号；电磁信号接收板，所述电磁信号接收板用于接收电磁压感笔的信号；数据采集模块，所述数据采集模块用于将电磁信号接收板接收到的磁感应信号转换为数据信号；数据编码模块，所述数据编码模块对数据采集模块采集的数据信号进行编码；数据传输模块，所述数据传输模块将存储的已经编码的编码数据上传至服务器；其中所述电磁压感笔、电磁信号接收板、数据采集模块与数据编码模块构成轨迹收集模块，以用于收集原始的轨迹数据。保留了传统的书写习惯，同时高精度的记录真实书写的数值，直连云端数据库，书写过程不再局限于手机等终端。

Description

一种汉字书写高精度记录系统与方法

技术领域

本发明涉及汉字书写记录技术领域，尤其涉及一种汉字书写高精度记录系统与方法。

背景技术

汉字是汉语的要素，汉文化的基础，是中华民族文化交流的唯一媒介，是树立“文化自信”的基石。全球有20亿人在使用手写汉字，学习汉字书写的人常年达6亿。汉字书写数字化是为汉字和汉语智能化奠定基础。

汉字以象形、会意文字为主，类似于画图并加上启、承、转、合的书法模式，经过数千年传承，已经固化。不仅如此，汉字书写在深厚文化积淀的基础上，形成了代表中华民族精神的“书法”，形成极端抽象的汉文化艺术。从4000年前的甲骨文到近现代，积累了蔚为壮观的书法经典作品，或碑或帖，是中华文化宝库中最为庞大、最为珍贵的部分。

学习汉字现在中国社会进入“精神文明”阶段，汉字书写学习与训练是每个人必须要走的人生道路，用纸和笔书写汉字是每个中小学生的刚需。特别是近年来，倡导青少年“写好汉字”，教育政策推动加力，汉字书写市场迅速扩大。严格要求中小学生必须以“普通纸(本子)+出水笔”进行汉字书写，强调“书写”中汉字的特点，列入全国中小学“考绩”。各阶层使用纸、笔和书写汉字成为风尚。中国连续5年每年销售100亿多个本子，350亿支出水笔芯。可以说，实现全民教育的中国，几乎每个中国人都是汉字书写者。

但是随着数据化、网络化时代的到来，越来越多的记录均采用电脑进行记录，采用电脑记录虽然方便，但是电脑记录相较于传统纸笔记录存在诸多不便，例如用纸笔记录可以随时在纸张的任何地方添加文字，甚至图形，而电脑则不方便记录。

由此可见传统的纸笔还是不易被替代的，但是现有技术中对纸笔与电子设备的结合，如苹果的Apple Pencil与三星的S pen等，手写笔配置，其实质仅为满足了在电子屏幕上的书写与绘画，并不会留下纸质文件，同时起书写过程中识别记录的精准度不高。

发明内容

鉴于背景技术存在的不足，本发明涉及一种汉字书写高精度记录系统与方法，保留了传统的书写习惯，同时高精度的记录真实书写的数值，直连云端数据库，书写过程不再局限于手机等终端。

本发明涉及一种汉字书写高精度记录系统，包括：电磁压感笔，所述电磁压感笔用于向电磁信号接收板传输书写信号；电磁信号接收板，所述电磁信号接收板用于接收电磁压感笔的信号；数据采集模块，所述数据采集模块用于将电磁信号接收板接收到的磁感应信号转换为数据信号；数据编码模块，所述数据编码模块对数据采集模块采集的数据信号进行编码；数据传输模块，所述数据传输模块将存储的已经编码的编码数据上传至服务器；其中所述电磁压感笔、电磁信号接收板、数据采集模块与数据编码模块构成轨迹收集模块，以用于收集原始的轨迹数据。

进一步的，还包括：数据渲染模块，所述数据渲染模块用于渲染服务器接收到的编码数据；数据管理模块，所述数据管理模块用于书写数据、用户信息与渲染信息。

进一步的，所述电磁压感笔包括笔芯、压力装置与磁感应传感器，所述压力装置设于笔芯与磁感应传感器之间，所述磁感应传感器设于电磁压感笔两侧。

进一步的，所述数据采集模块设有多个相互垂直的天线组成的天线感应阵列。

进一步的，所述数据编码模块用于对原始数据进行时机校准，将校准过的数据、与未处理的数据进行对应的数据校验、校验后的数据进行重新编码。

进一步的，所述数据传输模块通过无线通讯将存储的已经编码的数据上传至服务器。

进一步的，所述电磁信号接收板的分辨率为2540lpi。

本发明还提供了一种汉字书写高精度记录方法，采用上述的一种汉字书写高精度记录系统，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、使用电磁压感笔在电磁信号接收板上书写，电磁压感笔通过压感改变谐振频率，电磁信号接收板发送与电磁压感笔对应的频率电波，产生电磁谐振时，天线阵列捕获谐振信号，并计算出电磁压感笔相对于电磁信号接收板的坐标；

S2、通过电磁压感笔的笔触状态判断电磁压感笔的抬笔或落笔的状态；

S3、数据编码模块会向原始数据进行时机校准，同时会将校准过的数据，与未处理的数据进行对应的数据校验，校验后的数据，增加辅助信息，进行重新编码，以得到时序坐标；

S4、将存储的已经编码的数据，上传至服务器；

S5、数据渲染模块提取编码后数据中的原始数据，通过时序坐标判断轨迹，同时结合电磁压感笔的压力值判断轨迹的粗细与轻重渲染，最终将渲染后的数据，呈现于用户平台；

S6、数据管理模块将渲染后的数据与用户信息进行关联。

进一步的，S5步骤中同时提取辅助信息，以用于提供拟合出更精准的轨迹。

进一步的，所述原始数据包括坐标与压力感应值，所述辅助信息包括时间基准、抬笔、落笔、设备繁忙状态。

本发明的主要有益效果：

1、保留汉字书写的传统习惯，采用普通的笔在电磁信号接收板上绘写依然可以被记录；

2、压力传感装置的设置可以实现高精度记录，保证出水笔芯在接触纸张的瞬间，系统启动记录，同时作为笔画的起始。这样可以精确记录下真实书写的数值；

3、高精度记录系统，特别突出记录时序、时延、压感等能够呈现汉字书写特点的数值；

4、通过轨迹、压感、时序、时延4个数值和算法，可以精准重现用户原笔迹汉字；

5、利用算法对轨迹、压感、时序、时延4个数值进行分析，可以判别用户书写特点和习惯。特别是该习惯是否符合汉字书法一般规律，对汉字书写教学培训有重大意义；

6、利用平台的算法，对书写特征与笔的风格进行叠加，可以实现原笔迹特征的毛笔、钢笔、马克笔输出等。

附图说明

图1是本发明实施例1电磁压感笔结构示意图；

图2是本发明实施例1电磁压感笔内部结构示意图；

图3是本发明实施例1数据编码流程示意图；

图4是本发明实施例1数据传输流程示意图；

图5是本发明实施例1数据渲染流程示意图。

附图标记：1、笔芯；2、压力装置；3、磁感应传感器。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

本发明的实施例1参照图1-2所示，涉及一种汉字书写高精度记录系统与方法，其中系统包括：电磁压感笔，所述电磁压感笔用于向电磁信号接收板传输书写信号；

电磁信号接收板，所述电磁信号接收板用于接收电磁压感笔的信号；

数据采集模块，所述数据采集模块用于将电磁信号接收板接收到的磁感应信号转换为数据信号；

数据编码模块，所述数据编码模块对数据采集模块采集的数据信号进行编码；

数据传输模块，所述数据传输模块将存储的已经编码的编码数据上传至服务器，所述数据传输模块与云端数据库直连，实现汉字书写过程不依赖第三方工具（如手机、平台）解析与传输；

数据渲染模块，所述数据渲染模块用于渲染服务器接收到的编码数据；

数据管理模块，所述数据管理模块用于书写数据、用户信息与渲染信息。

其中所述电磁压感笔、电磁信号接收板、数据采集模块与数据编码模块构成轨迹收集模块，以用于收集原始的轨迹数据。

所述电磁压感笔包括笔芯1、压力装置2与磁感应传感器3，所述压力装置2设于笔芯1与磁感应传感器3之间，所述磁感应传感器3设于电磁压感笔两侧，以用于均衡笔杆两端重量，方便使用，同时电磁压感笔为无源电磁压感笔，不需要装充电电池，更加轻质，方便使用，所述笔芯1为普通笔芯1，用户可以根据需要，自行装填自不同颜色、不同质地的墨水，适合笔记、书画等不同需求。

所述数据采集模块设有多个相互垂直的天线组成的天线感应阵列，所述数据采集模块主要采集目标为坐标计算、笔触状态与压感。

所述坐标计算的采集原理为：

坐标计算主要为将磁场信号接收板接收到的磁感应信号，转换为数据信号。电磁信号接收板内部，集成了由多组相互垂直的天线组成的天线感应阵列。通过发送接近电磁压感笔上特定的频率电波，当两个频率靠近时，会产生电磁谐振。此时电磁压感笔反馈的谐振信号就能被天线阵列捕获。通过不断循环的发送-捕获，计算出电磁压感笔相对于电磁信号接收板的X坐标与Y坐标值。

所述笔触状态的采集原理为：

通过对比当前磁场感应信号与上一状态变化，来判断当前的笔触状态。当靠近时，磁场产生谐振信号，且随着靠近的趋势，谐振信号的范围由小逐渐增大，反之，原理的过程逐渐减小。由此即可确定电磁压感笔当前状态为抬笔或落笔。

所述压感的采集原理为：

电磁压感笔内部的压力装置2，在感受到压力时会产生一定程度的形变，从而使电磁传感器有了一定限度的行程。当笔尖产生受压时，笔尖行程发生改变也将改变电感系数，进而改变电磁传感器的谐振频率。在接受端，通过设定基准频率，将改变的频率与基准频率进行对比，即可得到不同等级的压力感应值。

通过天线感应阵列将磁场感应谐振变化转换为电场变化，磁场变化对应于检测系统表现为电压增值的变化，当接收端微控制器检测到电压变化时，通过模拟数据转换通道ADC将电压值转换为数据系统可识别的数据信号，即坐标和压力值。

所述电磁信号接收板的分辨率为2540lpi，相当于每毫米100线，用于提高记录精度，支持电磁信号每秒高达266点的采样、8192级的压力感应等级，并且支持记录并提供无损原始书写数据以便于后期对于笔迹进行分析和应用。

所述数据编码模块的功能是将采集到的数据信号编码，在数据编码模块中，系统会向原始数据每一帧进行时机校准，同时会将校准过的数据，与未处理的数据进行对应的数据校验，校验后的数据，以新协议重新编码。

所述原始数据由坐标和压力感应值组成，同时为了丰富数据的完整性，针对校准后的数据使用协议进行编码，其中还包括经过校准的时间基准，即轨迹时序，笔抬起和落下的状态，接收板繁忙状态等信息，用于后期数据分析。经过了时间校准的坐标，带有了时序信息，也可以称为时序坐标，数据编码的流程如图3所示，

通过对每一帧的数据进行时间基准校准，可以使原本无序的数据序列化，其主要带来的好处有：增强数据在传输过程中的误码率判断；同时使应用的开发多元化。

所述数据传输模块嵌于电磁感应接收板中，通过无线通讯将存储的已经编码的数据将上传到服务器。在使用的过程中，无需手机、电脑等第三方设备的介入，完全独立工作，运行原理如图4所示。

本发明还提供了一种汉字书写高精度记录方法，采用上述的一种汉字书写高精度记录系统，具体包括以下步骤：

S1、使用电磁压感笔在电磁信号接收板上书写，电磁压感笔通过压感改变谐振频率，电磁信号接收板发送与电磁压感笔对应的频率电波，产生电磁谐振时，天线阵列捕获谐振信号，并计算出电磁压感笔相对于电磁信号接收板的坐标；

S2、通过电磁压感笔的笔触状态判断电磁压感笔的抬笔或落笔的状态；

S3、数据编码模块会向原始数据进行时机校准，同时会将校准过的数据，与未处理的数据进行对应的数据校验，校验后的数据，增加辅助信息，进行重新编码，以得到时序坐标；

S4、将存储的已经编码的数据，上传至服务器；

S5、数据渲染模块提取编码后数据中的原始数据，通过时序坐标判断轨迹，同时结合电磁压感笔的压力值判断轨迹的粗细与轻重渲染，最终将渲染后的数据，呈现于用户平台；

S6、数据管理模块将渲染后的数据与用户信息进行关联。

S5步骤中同时提取辅助信息，以用于提供拟合出更精准的轨迹。

所述S5步骤中，存放在服务器的原始编码数据，当需要进一步进行解码操作，提取编码过程中加入的时间基准，抬笔、落笔，设备繁忙状态等信息。时间基准可以用于确定书写轨迹的顺序，也称之为时序，两点之间的时间间隔为时延。渲染服务器可以通过结合时序和时延信息，判断两点之间的时间和空间位置关系，将数据拟合出来，就可以得到最基本的轨迹数据。同时，通过量化点与点之间的时延关系，辅以压力感应数据，就可以将轨迹的粗细和轻重渲染呈现出来。最终渲染后的数据，将呈现在用户平台，可以是小程序界面，APP界面，Web界面等。数据渲染的流程如图5所示。

本发明的主要有益效果：

1、保留汉字书写的传统习惯，通过笔尖唤醒的功能，不用或少用按键，让电磁信号接收板与传统的纸本使用差异变小。本发明的纸本、出水笔综合国家语言文字委员会、教育部等“规范汉字书写”要素进行设计。同时可以在普通笔在纸上书写，写完后合上本子。本子自动高精度记录数据通过物联网模组上传云端，记录、存储、云端人工智能处理等，全自动完成。除书写、翻页外，数据化记录、压缩、传输等均不需要人工介入。

2、高精度记录保证出水笔芯1在接触纸张的瞬间，系统启动记录，同时作为笔画的起始。这样可以精确记录下真实书写的数值。

3、高精度记录系统，特别突出记录时序、时延、压感等能够呈现汉字书写特点的数值。

4、通过轨迹、压感、时序、时延4个数值和特定算法，可以精准重现用户原笔迹汉字。

5、利用特定算法对轨迹、压感、时序、时延4个数值进行分析，可以判别用户书写特点和习惯。特别是该习惯是否符合汉字书法一般规律，对汉字书写教学培训有重大意义。

6、利用平台的算法，对书写特征与笔的风格进行叠加，可以实现原笔迹特征的毛笔、钢笔、马克笔输出等。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种汉字书写高精度记录系统，其特征在于，包括：

电磁压感笔，所述电磁压感笔用于向电磁信号接收板传输书写信号；

电磁信号接收板，所述电磁信号接收板用于接收电磁压感笔的信号；

数据采集模块，所述数据采集模块用于将电磁信号接收板接收到的磁感应信号转换为数据信号；

数据编码模块，所述数据编码模块对数据采集模块采集的数据信号进行编码；

数据传输模块，所述数据传输模块将存储的已经编码的编码数据上传至服务器；

其中所述电磁压感笔、电磁信号接收板、数据采集模块与数据编码模块构成轨迹收集模块，以用于收集原始的轨迹数据。

2.根据权利要求1所述的一种汉字书写高精度记录系统，其特征在于，还包括：

数据渲染模块，所述数据渲染模块用于渲染服务器接收到的编码数据；

数据管理模块，所述数据管理模块用于书写数据、用户信息与渲染信息。

3.根据权利要求1所述的一种汉字书写高精度记录系统，其特征在于：所述电磁压感笔包括笔芯、压力装置与磁感应传感器，所述压力装置设于笔芯与磁感应传感器之间，所述磁感应传感器设于电磁压感笔两侧。

4.根据权利要求1所述的一种汉字书写高精度记录系统，其特征在于：所述数据采集模块设有多个相互垂直的天线组成的天线感应阵列。

5.根据权利要求1所述的一种汉字书写高精度记录系统，其特征在于：所述数据编码模块用于对原始数据进行时机校准，将校准过的数据、与未处理的数据进行对应的数据校验、校验后的数据进行重新编码。

6.根据权利要求1所述的一种汉字书写高精度记录系统，其特征在于：所述数据传输模块通过无线通讯将存储的已经编码的数据上传至服务器。

7.根据权利要求1所述的一种汉字书写高精度记录系统，其特征在于：所述电磁信号接收板的分辨率为2540lpi。

8.一种汉字书写高精度记录方法，采用权利要求1-7中任意一条所述的一种汉字书写高精度记录系统，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、使用电磁压感笔在电磁信号接收板上书写，电磁压感笔通过压感改变谐振频率，电磁信号接收板发送与电磁压感笔对应的频率电波，产生电磁谐振时，天线阵列捕获谐振信号，并计算出电磁压感笔相对于电磁信号接收板的坐标；

S2、通过电磁压感笔的笔触状态判断电磁压感笔的抬笔或落笔的状态；

S3、数据编码模块会向原始数据进行时机校准，同时会将校准过的数据，与未处理的数据进行对应的数据校验，校验后的数据，增加辅助信息，进行重新编码，以得到时序坐标；

S4、将存储的已经编码的数据，上传至服务器；

S5、数据渲染模块提取编码后数据中的原始数据，通过时序坐标判断轨迹，同时结合电磁压感笔的压力值判断轨迹的粗细与轻重渲染，最终将渲染后的数据，呈现于用户平台；

S6、数据管理模块将渲染后的数据与用户信息进行关联。

9.根据权利要求8所述的一种汉字书写高精度记录方法，其特征在于：S5步骤中同时提取辅助信息，以用于提供拟合出更精准的轨迹。

10.根据权利要求8所述的一种汉字书写高精度记录方法，其特征在于：所述原始数据包括坐标与压力感应值，所述辅助信息包括时间基准、抬笔、落笔、设备繁忙状态。

Images