DE102014106838A1

DE102014106838A1 - Driftkompensation / optische Absolutreferenzierung

Info

Publication number: DE102014106838A1
Application number: DE102014106838.6A
Authority: DE
Inventors: Auf Teilnichtnennung Antrag; Thomas Link
Original assignee: Stabilo International GmbH
Current assignee: Stabilo International GmbH
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2034-05-16
Also published as: WO2015173399A1; DE102014106838B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schreibstift (500, 600) mit Schreibstiftpositionserkennung, umfassend eine Schreibmine, wenigstens eine elektrische Spannungsquelle, wenigstens eine digitale Recheneinheit, wenigstens ein Datenübertragungsmodul, sowie eine inertiale Positionsbestimmungssensorik zur Erfassung von Lage und Bewegung des elektronischen Schreibstiftes, und wenigstens einen optischer Sensor (109, 209) und der dadurch gekennzeichnet ist, dass der optische Sensor (109, 209) konfiguriert ist zur Aufzeichnung und Speicherung von Abbildungsdaten wenigstens einer Umgebung der Schreibminenspitze, und die digitale Recheneinheit konfiguriert ist zur Erstellung einer Kartierung eines Schreibsubstrates aus besagten aufgezeichneten Abbildungsdaten, sowie für eine Absolutreferenzierung eines aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik ermittelten ersten Ortssignales des elektronischen Schreibstiftes, durch Referenzierung des ermittelten Ortssignales der inertialen Positionsbestimmungssensorik mit einem mittels des optischen Sensors (109, 209) bestimmten zweiten Ortssignal ermittelt aus dem Vergleich von ortsfesten Merkmalen der Umgebung der Schreibminenspitze, identifiziert in den Abbildungsdaten der aktuellen Umgebung der Schreibminenspitze, mit ortsfesten Merkmalen, identifiziert in Abbildungsdaten von wenigstens einer bereits gespeicherten Umgebung der Schreibminenspitze und/oder identifiziert in einer Kartierung des Schreibsubstrates.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schreibstift der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 10 angegebenen Art, sowie ein System der im Oberbegriff des Patentanspruchs 17 angegebenen Art.
Bei der Erfassung von Bewegungen eines elektronischen Schreibstiftes zur Schrifterkennung durch inertiale Messsysteme, wie beispielsweise Beschleunigungssensoren oder Drehratensensoren, müssen die Daten besagter Sensoren einfach bzw. zweifach integriert werden, um ein Geschwindigkeitssignal (erste Integration) oder ein Ortssignal (zweite Integration) des elektronischen Schreibstiftes zu erhalten.
Kleine Fehler in den Messungen von Beschleunigungen und/oder Winkelgeschwindigkeiten durch die inertiale Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes können bei der ersten Integration zu größeren Fehlern in der Bestimmung der Geschwindigkeit führen, welche wiederum zu noch größeren Fehlern im Ortssignal nach Integration des Geschwindigkeitssignals führen können.
Mögliche Fehlerquellen können dabei neben inhärenten Ungenauigkeiten von numerischen Integrationsmethoden unter anderem auch Nullpunktsfehler und Nichtlinearitäten der Sensoren, Ungenauigkeiten von Analog-Digital-Umwandlungen von Messsensorsignalen, zufällige Störeinflüsse oder systeminhärente Rauschanteile umfassen. Beispielsweise können Fehler bei der Bestimmung der Lages des elektronischen Schreibstiftes im Raum, sowie Fehler bei der Berücksichtigung der Erdbeschleunigung, zu teils erheblichen Fehlern im Beschleunigungssignal des elektronischen Schreibstiftes führen, wobei das Beschleunigungssignal z.B. um etwa eine bis zwei Größenordnungen kleiner als die Erdbeschleunigung sein kann.
Da beispielsweise eine neue Position des elektronischen Schreibstiftes ausgehend von einer vorherbestimmten ermittelten Position ermittelt wird, können sich Fehler in der Geschwindigkeitsbestimmung und Ortsbestimmung des elektronischen Schreibstiftes weiter akkumulieren und unerwünschterweise zu einer sogenannten Drift des Bewegungssignals bzw. Ortssignales des elektronischen Schreibstiftes führen.
Mit anderen Worten: Wenn die Erfassung und Auswertung der Bewegung eines elektronischen Schreibstiftes sich alleine an den Signalen der inertialen Sensoren orientiert und beispielsweise ein Anwender einen vorher angefahrenen Punkt auf einem Schreibsubstrat nach dem Verstreichen von mehreren Sekunden und/oder einer Folge weiterer Bewegungen erneut anfährt, ist ein Fehler in der Bestimmung des Ortssignals des elektronischen Schreibstiftes aufgrund besagter Drift zu erwarten.
Dies kann unter anderem zu Problemen in der Schrifterkennung führen, wenn ein Anwender ein bereits geschriebenes Zeichen bzw. eine bereits geschriebene Schrift nachbessern will, beispielsweise einen T-Strich korrigieren und/oder Punktuationszeichen setzen will.
Aufgabe
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen elektronischen Schreibstift zu verbessern, insbesondere hinsichtlich der Genauigkeit, mit der Bewegungen und Positionen des elektronischen Schreibstiftes auf einem Schreibsubstrat erfasst werden können.
Lösung
Dies wird erfindungsgemäß durch einen elektronischen Schreibstift nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 10 und ein System nach Anspruch 17 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßer elektronischer Schreibstift mit Schreibstiftpositionserkennung kann dabei eine Schreibmine, wenigstens eine elektrische Spannungsquelle, wenigstens eine digitale Recheneinheit, wenigstens ein Datenübertragungsmodul, sowie eine inertiale Positionsbestimmungssensorik zur Erfassung von Lage und Bewegung des elektronischen Schreibstiftes umfassen, und wenigstens einen optischer Sensor aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er wenigstens ein Abbild/Abbildungsdaten wenigstens einer Umgebung der Schreibminenspitze aufnehmen bzw. aufzeichnen und speichern kann. Die digitale Recheneinheit des elektronischen Schreibstiftes kann dabei so konfiguriert sein, dass eine Kartierung eines Schreibsubstrates aus besagten aufgezeichneten Abbildungsdaten erstellt werden kann, sowie dazu konfiguriert sein, dass sie eine Absolutreferenzierung eines aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik ermittelten ersten Ortssignales des elektronischen Schreibstiftes durch Referenzierung des ermittelten Ortssignales der inertialen Positionsbestimmungssensorik mit einem mittels des optischen Sensors bestimmten zweiten Ortssignal durchführen kann, wobei besagtes zweites Ortssignal ermittelt werden kann aus dem Vergleich von ortsfesten Merkmalen der Umgebung der Schreibminenspitze identifiziert in den Abbildungsdaten der aktuellen Umgebung der Schreibminenspitze mit ortsfesten Merkmalen identifiziert in Abbildungsdaten von wenigstens einer bereits gespeicherten Umgebung der Schreibminenspitze und/oder identifiziert in einer Kartierung des Schreibsubstrates.
Der Begriff der Absolutreferenzierung bzw. Referenzierung soll in diesem Zusammenhang unter anderem als eine absolute Ortsbestimmung des elektronischen Schreibstiftes bzw. einer absoluten Ortsbestimmung der Schreibminenspitze des elektronischen Schreibstiftes auf bzw. bezüglich einer zweidimensionalen Schreibsubstratoberfläche, z.B. Papier, verstanden werden.
Unter der Umgebung der Schreibminenspitze kann insbesondere ein Bereich des Schreibsubstrates verstanden werden, der die Schreibminenspitze bei Kontakt der Schreibminenspitze mit dem Schreibsubstrat umgibt.
Als Bezugspunkte dienende ortsfeste Merkmale einer Umgebung der Schreibminenspitze, welche in den Abbildungsdaten besagter Schreibminenspitzenumgebung identifiziert werden können, können unter anderem beispielsweise ortsfeste Merkmale auf einem Schreibsubstrat sein, wie z.B. Ränder bzw. Ecken des Schreibsubstrats und/oder Markierungen auf dem Schreibsubstrat und/oder zuvor mit dem elektronischen Schreibstift auf dem Schreibsubstrat geschriebene Zeichen und/oder Buchstaben und/oder Muster und/oder mikroskopische Details wie z.B. die lokale Schreibsubstratfeinstruktur, z.B. die Körnigkeit, Maserungen, Einprägungen, oder Muster einer Papierstruktur.
Ferner soll unter einem Abbild, bzw. einem aufgezeichneten oder gespeicherten Abbild ein zweidimensionales Abbild verstanden werden, welches als zweidimensionales Bild bzw. als zweidimensionale Abbildungsdaten digital gespeichert werden kann.
Im Folgenden können Abbilder bzw. Abbildungsdaten oder Bilddaten auch als Aufnahmen im Allgemeinen oder im Besonderen als Orientierungsaufnahmen oder als Kartierungsaufnahmen bzw. als Kartierungsdaten oder Kartenabschnitte bezeichnet werden.
Der Vollständigkeit halber sein erwähnt, dass besagte Abbildungsdaten insbesondere auch Metadaten über den Zeitpunkt der aufgezeichneten Abbildung der Umgebung der Schreibminenspitze enthalten können. Zur Speicherung der Abbildungsdaten bzw. Bilddaten kann vorteilhafterweise ein verlustfreies Format wie PPM, TIFF oder BMP dienen, da der Detailverlust von verlustbehafteten Kompressionsverfahren unweigerlich zu einem Verlust an Genauigkeit bei der Absolutreferenzierung führen würde.
Auch kann die Aufzeichnung und Speicherung von Abbildungsdaten einer Umgebung der Schreibminenspitze insbesondere die Möglichkeit der Aufzeichnung und Speicherung einer Vielzahl bzw. einer Zeitserie von Abbildern bzw. Abbildungsdaten umfassen, womit vorteilhafterweise eine Kartierung des Schreibsubstrats, bestehend aus einer Kombination der Abbildern bzw. Abbildungsdaten, erstellt werden kann.
Dabei kann zwischen einer reinen Kartierung des Schreibsubstrats durch eine Serie von Abbildern bzw. Abbildungsdaten zur Kartierung, sogenannten Kartierungsaufnahmen, und einer optischen Absolutreferenzierung des Ortsignals des Schreibstiftes, bestimmt durch eine Serie von Abbildern bzw. Abbildungsdaten zur Positionsbestimmung des Schreibstiftes, sogenannten Orientierungsaufnahmen, unterschieden werden.
Besagte optische Absolutreferenzierung des Ortsignals des Schreibstiftes kann dabei z.B. erfolgen, in dem eine aktuelle Orientierungsaufnahme mit einer vorangehend gemachten gespeicherten Orientierungsaufnahme oder mit vorangehenden Kartierungsaufnahmen oder Kartenabschnitten einer erstellten und gespeicherten Kartierung verglichen werden kann.
Besagter Vergleich zur optischen Absolutreferenzierung des Ortsignals des Schreibstiftes, also zur Positionsbestimmung des Schreibstiftes aus den Bilddaten des optischen Sensors, kann insbesondere einen Vergleich von ortsfesten Merkmalen der Umgebung der Schreibminenspitze, identifiziert in der aktuellen Orientierungsaufnahme, mit ortsfesten Merkmalen, identifiziert in Abbildungsdaten von wenigstens einer bereits gespeicherten Umgebung der Schreibminenspitze, vorangehenden Orientierungsaufnahme, und/oder identifiziert in einer Kartierung des Schreibsubstrates, umfassen.
Bevorzugterweise kann die Kartierung des Schreibsubstrats und die Positionsbestimmung des Schreibstiftes parallel erfolgen, wobei beispielsweise aktuelle Orientierungsaufnahmen, bzw. Teile aktueller Orientierungsaufnahmen, gleichzeitig auch einer Kartierung hinzugefügt werden können. Eine Auswertelogik des elektronischen Schreibstiftes oder einer externen Datenauswertungseinheit kann zudem schrittweise zuletzt aufgenommene Abbildungsdaten, also z.B. vorangehende Kartierungs- oder Orientierungsaufnahmen, sowie Kartenabschnitte einer erstellten Kartierung, durchsuchen, zum Vergleich mit einer aktuellen Orientierungsaufnahme oder einer aktuellen Kartierungsaufnahme.
Springt beispielsweise der Anwender zu einer vorher geschriebenen Textstelle, kann eine Auswertelogik also durch schrittweises Durchsuchen der zuletzt aufgenommene Abbildungsdaten, bzw. der Durchsuchung einer erstellten Kartierung, besagte vorher geschriebenen Textstelle identifizieren und so eine Absolutreferenzierung des Ortsignals des elektronischen Schreibstiftes ermöglichen.
Zur relativen Zuordnung, Erstellung einer Kartierung, und zum Vergleich von aufgenommenen Abbildungsdaten, wie Orientierungs- oder Kartierungsaufnahmen, ist es vorteilhaft, wenn sich die Abbildungsdaten überlappen.
Nach einer erfolgreichen relativen Zuordnung und Ausrichtung von Abbildungsdaten, können jedoch sich überlappende Abbildungsdaten gelöscht werden.
Dies würde Speicherplatz sparen, sowie den Suchaufwand nach zu identifizierenden ortsfesten Merkmalen zur Absolutreferenzierung des Ortsignals des elektronischen Schreibstiftes, bestimmt aus den Bilddaten des optischen Sensors, verringern.
Um eine hinreichend genaue Kartierung des Schreibsubstrates erstellen zu können, insbesondere wenn z.B. das Geschriebene selbst oder die Feinstruktur des Schreibsubstrates als Bezugspunkte bzw. ortsfeste Merkmale dienen sollen, ist es vorteilhaft wenn zwei aufeinanderfolgende Abbildungsdaten eine Überlappung aufweisen, die eine eindeutige Zuordnung bzw. Ausrichtung der Abbildungsdaten erlaubt.
Die kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, das gemäß dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem das Zeitintervall zwischen zwei nacheinander aufgenommenen Abbildungsdaten bzw. Abbildern kleiner ist als die Hälfte des Zeitintervalls, welches sich ergibt, wenn man die Abmessung des Abbildes in Schreibbewegungsrichtung durch die Geschwindigkeit teilt, mit der der elektronische Schreibstift bewegt wird.
Darüber hinaus kann es sinnvoll sein, weitere zusätzliche Abbilder bzw. Abbildungsdaten zur Ausrichtung der Abbildungsdaten aufzunehmen, z.B. besonders dann, wenn der Anwender in einer Ecke des Schreibsubstrates zu schreiben begonnen hat und/oder mit der Schreibhand und/oder seinem Unterarm wesentliche Teile des Schreibsubstratrandes zum Zeitpunkt der ersten oder einer vorherigen Aufnahme eines Abbildes abgedeckt hat.
Es hat sich ferner gezeigt, dass für eine akzeptable optische Absolutreferenzierung der Abbilder bzw. des Ortsignals des Schreibstiftes, es genügen kann z.B. die Frequenz, mit der Abbilder, insbesondere Orientierungsaufnahmen oder Kartierungsaufnahmen, aufgenommen werden können, gemäß einer maximal tolerierten Drift des Ortsignals des Schreibstiftes zu wählen.
Ist die maximale tolerierbare Drift beispielsweise 1 mm/s², und ist die gewünschte Genauigkeit des Ortssignals maximal 1 mm, sollten Abbilder mit einer Frequenz von wenigstens etwa 1 Bild pro Sekunde vom optischen Sensor aufgenommen, bzw. aufgenommen und ausgewertet werden können.
Ein erfindungsgemäßer elektronischer Schreibstift kann also vorteilhafterweise mittels der Aufzeichnung und Speicherung von Abbildungsdaten wenigstens einer Umgebung der Schreibminenspitze, mittels eines optischen Sensors, ein bezüglich des Schreibsubstrats absolut referenziertes Ortsignal des Schreibstift bestimmen.
Mittels diesem optisch ermittelten Ortsignal kann eine Absolutreferenzierung eines aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik ermittelten Ortssignales durchgeführt werden und so vorteilhafterweise ein möglicher Fehler in einem aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik des elektronischer Schreibstiftes bestimmten Ortsignal kompensiert werden, welche z.B. durch Aufintegrationsfehler der Daten der inertialen Positionsbestimmungssensorik entstehen können und eine unerwünschte Drift im aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik bestimmten Ortssignal des elektronischen Schreibstiftes verursachen können.
Wenn also beispielsweise ein Anwender ein bereits geschriebenes Zeichen bzw. eine bereits geschriebene Schrift nachbessern will, beispielsweise einen T-Strich korrigieren und/oder Punktuationszeichen setzen will, kann bei erneuter Anfahrt einer bereits besuchten Umgebung bzw. bereits besuchten Ortes das Ortssignal, ermittelt durch die inertiale Positionsbestimmungssensorik, korrigiert bzw. relativ zu einer absoluten Position auf dem Schreibsubstrat kalibriert werden, indem die aktuell aufgezeichneten Abbildungsdaten der Umgebung der Schreibminenspitze mit zuvor gespeicherten Abbildungsdaten von Schreibminenspitzenumgebungen auf dem Schreibsubstrat verglichen werden.
Können nämlich besagte aktuell aufgezeichneten Umgebungsabbildungsdaten mit bereits gespeicherten Umgebungsabbildungsdaten anhand ortsfester Merkmale, im Rahmen einer vorgegebenen Toleranz, in Übereinstimmung bzw. Kongruenz gebracht werden, kann das aktuelle Ortssignal des elektronischer Schreibstiftes neu absolut referenziert bzw. kalibriert werden.
Eventuelle auf Driftfehler der inertialen Positionsbestimmungssensorik zurückzuführende Ungenauigkeiten im aus besagter inertialer Positionsbestimmungssensorik bestimmten Ortssignal können so korrigiert werden.
Vorteilhafterweise kann der elektronische Schreibstift zudem wenigstens ein optisches Element zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor aufweisen.
Dies erlaubt eine größere Freiheit bei der Wahl der Anordnung des optischen Sensors und/oder eine Optimierung der Größe der abbildbaren und aufzeichenbaren Umgebung der Schreibminenspitze, bzw. eine Optimierung des Raumwinkels, unter dem die abzubildende und aufzuzeichnende Umgebung der Schreibminenspitze abgebildet und aufgezeichnet werden kann.
Die Größe der in einer Aufnahme eines optischen Sensors abbildbaren und aufzeichenbaren Umgebung der Schreibminenspitze kann beispielsweise wenigstens 10 % der Größe des Schreibsubstrats entsprechen.
Vorteilhafterweise kann die Größe der in einer Aufnahme abbildbaren und aufzeichenbaren Umgebung der Schreibminenspitze beispielsweise der Größe des gesamten Schreibsubstrats entsprechen, z.B. einen Schreibsubstrat der Größe 8.5 × 11 inches (215.9 mm × 279.4 mm) bzw. mit DIN-A4 Format.
Besagtes optisches Element zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor, kann beispielsweise in dem der Schreibminenspitze gegenüberliegenden Stiftende des elektronischen Schreibstiftes angeordnet sein.
Denkbar ist aber auch, dass der optische Sensor in der Nähe der Schreibminenspitze am Stiftanfangsende, wo die Schreibminenspitze austreten kann, angeordnet sein kann.
Auch ist es denkbar, zwei oder mehr optische Sensoren an verschiedenen Positionen des Schreibstiftes einzusetzen, beispielsweise einen ersten optischen Sensor am der Schreibminenspitze gegenüberliegenden Stiftende und einen zweiten Sensor in der Nähe der Schreibminenspitze am Stiftanfang.
Die aufgenommenen Abbildungsdaten, d.h. die Aufnahmen, von mehreren optischen Sensoren können dann vorteilhafterweise kombiniert werden, um zu einer genaueren und vollständigeren bildlichen Erfassung der Umgebung der Schreibminenspitze beitragen zu können.
Besagte aufgenommenen Abbildungsdaten von mehreren optischen Sensoren können sich dabei ergänzen und/oder überlappen.
Eine der Schreibminenspitze zugewandte Oberfläche des optischen Elementes kann dabei wenigstens eine reflektierende Oberfläche umfassen oder wenigstens einen nichtreflektierenden Oberflächenbereich und einen reflektierenden Oberflächenbereich aufweisen.
Das optische Element kann ein sphärischer Spiegel sein und eine kegelförmige oder konkav geformte, der Schreibminenspitze zugewandte, reflektierende Oberfläche bzw. Oberflächenbereich aufweisen.
Ferner kann das optische Element beweglich angebracht sein, und um eine Achse gleich oder parallel oder nicht parallel zur Längsachse des elektronischen Schreibstiftes drehbar und/oder schwenkbar sein.
Somit können vorteilhafterweise z.B. Kipp- und/oder Pendel- und/oder Taumelbewegungen des optischen Elementes realisiert werden, zur Optimierung der optischen Abtastung der abzubildenden Umgebung der Schreibminenspitze.
Translationen entlang der Längsachse des elektronischen Schreibstiftes oder entlang einer Achse parallel zu besagter Stiftlängsachse sind ebenfalls vorstellbar, zu einer weiteren Optimierung des Strahlengangs zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor.
Der optische Sensor zur Aufzeichnung und Speicherung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze kann ein Matrix-Sensor oder ein Zeilensensor oder ein Punktsensor sein und beispielsweise Charge-Coupled-Device-(CCD)-Sensor sein.
Darüber hinaus kann der optische Sensor entlang oder parallel zu der Längsachse des elektronischen Schreibstiftes angebracht sein. Ebenso kann das optische Element zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor ebenfalls entlang oder parallel zu der Längsachse des elektronischen Schreibstiftes angebracht sein.
Ferner ist es möglich, zwischen dem optischem Sensor und dem optischen Element zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze ein zweites optisches Element, z.B. eine Linse, anzuordnen, welche vorteilhafterweise zu einer Verbesserung der Fokussierung des Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor dienen kann. So kann die Ausnutzung der Sensorfläche und Empfindlichkeit des optischen Sensors optimiert und der Bauraum der Anordnung verkürzt werden.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung von Schreibstiftpositionen eines elektronischen Schreibstiftes, welcher eine Schreibmine, wenigstens eine elektrische Spannungsquelle, wenigstens eine digitale Recheneinheit, wenigstens ein Datenübertragungsmodul sowie eine inertiale Positionsbestimmungssensorik zur Erfassung von Lage und Bewegung des elektronischen Schreibstiftes und wenigstens einen optischen Sensor umfasst, kann also der optische Sensor wenigstens eine Umgebung der Schreibminenspitze des elektronischen Schreibstiftes abbilden und als Bilddaten speichern.
Ferner kann die digitale Recheneinheit eine Kartierung des Schreibsubstrates erstellen, z.B. basierend auf den durch den optischen Sensor aufgezeichneten Abbildungsdaten.
Zudem kann in besagtem Verfahren basierend auf den gespeicherten Daten des optischen Sensors eine Absolutreferenzierung des aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik ermittelten Ortssignales mit einem mittels des optischen Sensors (109, 209) bestimmten zweiten Ortssignal erfolgen, wobei besagtes zweites Ortssignal ermittelt werden kann aus dem Vergleich von ortsfesten Merkmalen der Umgebung der Schreibminenspitze, identifiziert in den Abbildungsdaten der aktuellen Umgebung der Schreibminenspitze, mit ortsfesten Merkmalen identifiziert in Abbildungsdaten von wenigstens einer bereits gespeicherten Umgebung der Schreibminenspitze und/oder identifiziert in einer Kartierung des Schreibsubstrates.
Besagte Kartierung des Schreibsubstrates kann beispielsweise von einer dafür ausgelegten digitalen Recheneinheit, basierend auf den Abbildungsdaten aufgenommen durch den optischen Sensor, erstellt werden, und kann iterativ folgende beispielhafte Schritte umfassen:
Aufnahme einer ersten Kartierungsaufnahme,
Aufnahme einer zweiten Kartierungsaufnahme,
Prüfung und Bestimmung ob sich besagte beide Kartierungsaufnahmen überlappen,
Bei einer Feststellung einer teilweisen Überlappung:
Hinzufügen des sich nicht überlappenden Bereichs/sich nicht überlappende Bereiche der Kartierungsaufnahmen zu einer Karte oder, wenn noch keine Karte existiert, als ersten Kartenabschnitt/erste Kartenabschnitte festlegen,
Bei einer Feststellung, dass sich besagte beiden Kartierungsaufnahmen nicht überlappen:
Reverse Suche nach vorangehenden Kartierungsaufnahmen oder Kartenabschnitten, die eine Überlappung der zu prüfenden Kartierungsaufnahme(n) mit einer gespeicherten vorangehenden Kartierungsaufnahme oder eines gespeicherten vorangehenden Kartenabschnitts ergeben, wobei
bei einer erfolgreichen Suche, der sich nicht überlappende Bereich der zu prüfenden Kartierungsaufnahme(n) und der gefundenen gespeicherten Kartenaufnahme/des gefundenen gespeicherten Kartenabschnitts wieder an eine Karte angefügt werden (304) können, und wobei
bei einer erfolglosen Suche, eine nächste oder neue erste Kartierungsaufnahme erfolgen kann,
Bei einer Feststellung, dass sich besagte beiden Kartierungsaufnahmen nicht überlappen:
Aufnahme einer nächsten Kartierungsaufnahme,
Nächste (312) Prüfung und Bestimmung (303) ob sich besagte nächste Kartierungsaufnahme (305) mit einer vorherigen Kartierungsaufnahme überlappt.
Die Bestimmung eines optisch referenzierten Ortssignals des elektronischen Schreibstiftes, z.B. eines zweiten Ortsignals bestimmt mittels eines optischen Sensors, zur Absolutreferenzierung eines ersten Ortsignals, bestimmt aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik des elektronischen Schreibstiftes, kann ferner folgende Schritte umfassen:
Aufnahme einer aktuellen Orientierungsaufnahme durch den optischen Sensor (109, 209),
Vergleich besagter aktueller Orientierungsaufnahme mit vorangehend gespeicherten Bilddaten, z.B. mit einer gespeicherten vorangehenden Orientierungsaufnahme und/oder Kartierungsaufnahmen, bzw. Kartenabschnitten einer Kartierung, mit Prüfung und Bestimmung, ob sich besagte aktuelle Orientierungsaufnahme mit den vorangehend gespeicherten Bilddaten überlappt,
Bei Feststellung einer teilweisen Überlappung oder einer vollständigen Überlappung:
Mögliches Hinzufügen des sich nicht überlappenden Bereichs/sich nicht überlappende Bereiche zu einer Karte bzw. Kartierung,
Positionsbestimmung des elektronischen Schreibstiftes bezüglich des Schreibsubstrats, durch die Identifizierung von ortsfesten Merkmalen enthalten in vorangehend gespeicherten Bilddaten, z.B. in einer vorangehend gespeicherten und sich mit der aktuellen Orientierungsaufnahme überlappenden Orientierungsaufnahme oder enthalten in einem sich mit der aktuellen Orientierungsaufnahme überlappenden, vorangehend gespeicherten, Kartenabschnitt.
Bei einer Feststellung, dass keine Überlappung vorliegt:
Reverse Suche in gespeicherten Bilddaten, z.B. in gespeicherten Kartierungsaufnahme oder in gespeicherten Kartenabschnitten, oder vorangehend gespeicherten Orientierungsaufnahmen, wobei
bei einer erfolgreichen Suche wieder eine Positionsbestimmung des elektronischen Schreibstiftes bezüglich des Schreibsubstrats erfolgt,
Nach einer Positionsbestimmung (404) eine Aufnahme einer nächsten Orientierungsaufnahme erfolgt.
Zur vorteilhaften Vereinfachung des Rechenaufwandes von aktuell aufgezeichneten Abbildungsdaten der Umgebung der Schreibminenspitze mit zuvor gespeicherten Abbildungsdaten von Schreibminenspitzenumgebungen können beispielsweise nur Bilddaten des optischen Sensors verwendet werden, welche einen Kontrast größer als eine Mindestkontrastschwelle aufweisen.
Die Hand des Schreibenden, d.h. dem Anwender des elektronischen Schreibstiftes, in einem vom optischen Sensor erfassten Abbild der Umgebung kann einen Bereich mit niedrigerem Helligkeitskontrast (Im Folgenden einfach als Kontrast bezeichnet) als z.B. der Kontrast zwischen Geschriebenem und Schreibsubstrat erzeugen, welcher ungeeignet ist für eine Absolutreferenzierung des Ortssignals des elektronischen Schreibstiftes, da sich die Hand und somit besagter Bereich mit niedrigem Kontrast zusammen mit dem elektronischen Schreibstiftes bewegt.
Daher kann es vorteilhafterweise genügen, nur Abbildungsdaten mit hinreichendem Kontrast zu speichern bzw. aufzuzeichnen.
Beispielsweise kann eine Kontrastschwelle zwischen Schreibsubstratfarbe, z.B. Weiss, und der Schreibfarbe des elektronischen Schreibstiftes, z.B. Blau oder Schwarz, zu Beginn der Benutzung des elektronischen Schreibstiftes festgelegt werden, sowie eine initiale Kalibration der Schreibsubstratfarbe und/oder der Schreibfarbe durchgeführt werden, beispielsweise mittels einer ersten initialen Aufnahme des Schreibsubstrats durch einen optischen Sensor des elektronischen Schreibstiftes.
Bei Änderungen der Lichtverhältnisse kann ggf. die Kontrastschwelle angepasst werden und/oder eine erneute Kalibration der Schreibsubstratfarbe und/oder der Schreibfarbe durchgeführt werden.
Die Referenzierung des ermittelten Ortssignales der inertialen Positionsbestimmungssensorik mit einem zweiten Ortssignal ermittelt aus dem Vergleich von ortsfesten Merkmalen der Umgebung der Schreibminenspitze, identifiziert in den Abbildungsdaten der aktuellen Umgebung der Schreibminenspitze, mit ortsfesten Merkmalen, identifiziert in Abbildungsdaten von wenigstens einer bereits gespeicherten Umgebung der Schreibminenspitze, kann dabei mit einer Vielzahl von abgeleiteten Bilddaten durchgeführt werden, wobei besagte abgeleitete Bilddaten aus Transformation der gespeicherten Abbildungs- bzw. Bilddaten des optischen Sensors hervorgehen können.
Diese Transformationen können Rotation und/oder Translation und/oder Streckung und/oder Stauchung der gespeicherten Bilddaten umfassen.
Zur vorteilhaften Erhöhung der Effizienz mit der besagte Transformationen der gespeicherten Bilddaten durchgeführt werden können, können die Durchführung besagter Transformationen beispielsweise auf sich nicht überlappende gespeicherte Bilddaten beschränkt werden.
Dadurch kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass Drehungen um die Längsachse des elektronischen Schreibstiftes und/oder Änderungen des Neigungswinkels zwischen Längsachse des elektronischen Schreibstiftes und Schreibsubstratoberfläche, wie sie natürlicherweise bei Schreibbewegungen eines Anwenders mit dem elektronischen Schreibstift auftreten können, den Vergleich bzw. Erkennung gleicher Muster bzw. gleicher ortsfester Merkmale nicht entscheidend behindern.
Hierzu können beispielsweise die Abbildungsdaten in kartesischen Koordinaten mit einer zweidimensionalen 2 × 2 Transformationsmatrix multipliziert werden, um eine gedrehte Version der Abbildungsdaten von wenigstens einer bereits gespeicherten Umgebung der Schreibminenspitze und/oder eine gedrehte Version der Abbildungsdaten einer aktuell aufgezeichneten Umgebung der Schreibminenspitze erhalten zu können.
Eine Verzerrung des Abbildes einer Umgebung der Schreibminenspitze aufgrund einer Änderung des Neigungswinkels zwischen Längsachse des elektronischen Schreibstiftes und Schreibsubstratoberfläche kann unter anderem durch numerische Mittel, wie z.B. der Umrechnung von kartesischen Koordinaten der Abbildungsdaten in baryzentrische Koordinaten kompensiert werden.
Eine vorteilhafte Vereinfachung des Rechenaufwandes zur Kompensation von Dreh- und/oder Verzerrungseffekten der Abbildungsdaten von Schreibminenspitzenumgebungen aufgrund von Drehungen um die Längsachse des elektronischen Schreibstiftes und/oder Änderungen des Neigungswinkels zwischen Längsachse des elektronischen Schreibstiftes und Schreibsubstratoberfläche kann erreicht werden durch die Ermittlung und Speicherung der Abbildungsdaten mit einem radialen Scanverfahren.
Dabei können konzentrische Kreise von Abbildungsdatenpunkten nacheinander eingelesen und gespeichert werden.
Besagte konzentrische Kreise sind dabei von innen nach außen immer weiter voneinander entfernt, so dass sie, z.B. bezogen auf die Achse in der die Längsachse des optischen Sensors liegt, in gleich weiten Winkelsegmenten liegen.
Eine Drehung lässt sich dann einfach durch die Wahl eines anderen Startpunktes auf dem Umfang des Scans berechnen, und indem man Gruppen von Tortensegmenten gleich vieler der konzentrischen Kreise vergleicht, kann eine Verzerrung leicht eingerechnet werden.
Bei einem Vergleich der aktuell aufgezeichneten Umgebungsabbildungsdaten mit bereits gespeicherten Umgebungsabbildungsdaten anhand ortsfester Merkmale können also z.B. mit genannten Rechenmethoden, innerhalb einer vorgegebenen Toleranz erforderliche Werte für eine Drehung und/oder Verzerrung bzw. Entzerrung der Abbildungsdaten bestimmt werden, um eine Übereinstimmung von aktuell aufgezeichneten Umgebungsabbildungsdaten mit bereits gespeicherten Umgebungsabbildungsdaten anhand ortsfester Merkmale zu identifizieren.
Dieser numerische Vergleich von Abbildungsdaten sowie die Transformation von Abbildungsdaten kann beispielsweise von einer digitalen Recheneinheit des elektronischen Schreibstiftes durchgeführt werden.
Ein erfindungsgemäßes System zur elektronischen Erkennung von Schreibstiftpositionen kann einen elektronischen Schreibstift mit allen oder mit einigen zuvor beschriebenen Merkmalen aufweisen. Ferner kann besagtes System über wenigstens ein Datenempfangsmodul zum Empfang von durch ein Datenübertragungsmodul des elektronischen Schreibstiftes ausgesandten Daten verfügen, sowie über eine Datenauswertungseinheit zur Auswertung und Verarbeitung der empfangenen Daten, und eine Datenausgabeeinheit und eine Datenspeichereinheit.
Dabei kann das System so konfiguriert sein, dass wahlweise die Datenauswertungseinheit zur Auswertung und Verarbeitung der empfangenen Daten oder eine digitale Recheneinheit des elektronischen Schreibstiftes basierend auf den Daten des optischen Sensors eine Kartierung eines Schreibsubstrates aus besagten aufgezeichneten Abbildungsdaten erstellen kann, sowie eine Absolutreferenzierung der Daten der inertiale Positionsbestimmungssensorik, insbesondere eine Absolutreferenzierung eines ersten Ortsignals des elektronischen Schreibstift, ermittelt aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik, durchführen kann, basierend auf einer Referenzierung eines ersten Ortssignales des elektronischen Schreibstiftes, ermittelt aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik, mit einem zweiten Ortssignal, ermittelt aus dem Vergleich von ortsfesten Merkmalen der Umgebung der Schreibminenspitze identifiziert in den Abbildungsdaten der aktuellen Umgebung der Schreibminenspitze, mit ortsfesten Merkmalen identifiziert in Abbildungsdaten von wenigstens einer bereits gespeicherten Umgebung der Schreibminenspitze.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, das unter dem Begriff „Bereich“ insbesondere ein Bildbereich verstanden werden kann, wobei der Vollständigkeit halber erwähnt sei, dass aller hier diskutierten Abbildungsdaten, insbesondere Kartierungsaufnahmen, Kartierungen, Karten, Orientierungsaufnahmen als Bilder aufgefasst werden können.
Folgende Figuren stellen beispielhaft dar:
1a: Seitenansicht eines Endteils eines elektronischen Schreibstiftes
1b: Seitenansicht eines alternativen Endteils eines elektronischen Schreibstiftes
2a: Beispielhaftes Verfahren zur Kartierung des Schreibsubstrats
2b: Beispielhaftes Verfahren zur Absolutreferenzierung
3a: Beispielhafte Perspektive eines elektronischen Schreibstiftes auf einem Schreibsubstrat
3b: Beispielhafte alternative Perspektive eines elektronischen Schreibstiftes auf einem Schreibsubstrat
4a: Beispielhaftes Scan- bzw. Abtastmuster
4b: Weiteres beispielhaftes Scan- bzw. Abtastmuster
Die 1a stellt beispielhaft eine Seitenansicht eines Endteils 100 eines elektronischen Schreibstiftes dar bzw. eine Teilansicht eines elektronischen Schreibstiftes welcher alle oder nur einige der oben beschriebenen Merkmale aufweisen kann.
Beispielsweise kann ein optischer Sensor 109 mit Sensorgehäuse 101 entlang der Längsachse 105 des elektronischen Schreibstiftes und in einem ersten Gehäuseendteil 107 des elektronischen Schreibstiftes angeordnet sein.
Ein ebenfalls entlang der Längsachse 105 des elektronischen Schreibstiftes beweglich anbringbares und bezüglich der Längsachse 105 zentrierbares optisches Element 102 kann eine Umgebung der Schreibminenspitze (nicht dargestellt) auf den optischen Sensor 109 abbilden, wobei die Abbildung der Umgebung z.B. entlang der Sichtlinien 103, 104 erfolgen kann.
Vorteilhafterweise kann das optische Element 102 als sphärischer Spiegel ausgeführt sein und eine kegelförmig geformte, der Schreibminenspitze (nicht dargestellt) zugewandte, reflektierende Oberfläche 108 aufweisen, welche z.B. einen kegelförmigen Bereich einer Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor 109 projizieren kann.
Das optische Element 102 kann dabei in einem zweiten Gehäuseendteil 106 des elektronischen Schreibstiftes untergebracht sein, wobei besagtes zweites Gehäuseendteil 106 transparent ist, um das Licht aus der abzubildenden Schreibminenspitzenumgebung auf den optischen Sensor 109 leiten zu können.
Die 1b zeigt ebenfalls beispielhaft eine Seitenansicht eines alternativen Endteils 200 eines elektronischen Schreibstiftes bzw. stellt eine Teilansicht eines alternativen elektronischen Schreibstiftes dar, wobei im Unterschied zum Beispiel aus der 1b die der Schreibminenspitze (nicht dargestellt) zugewandte reflektierende Oberfläche 208 des optischen Elementes zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor 209 als konkaver Spiegel ausgeführt ist.
Zwar werden bei dieser beispielhaften Geometrie des optischen Elementes 202 die der Schreibminenspitze nächsten Umgebungsbereiche bzw. etwaige ortsfeste Merkmale der abbildbaren Schreibminenspitzenumgebung in den Außenbereich einer auf den optischen Sensor umgelenkten Abbildung der Schreibminenspitzenumgebung projiziert, jedoch hat dies keine nachteiligen Auswirkungen für die Qualität der erfindungsgemäßen optischen Absolutreferenzierung des Ortssignales des elektronischen Schreibstiftes, sondern kann vorteilhafterweise zu einer verbesserten Ausleuchtung der der Schreibminenspitze nächstgelegenen Umgebung führen.
Die 2a stellt beispielhaft ein iteratives Verfahren 300 zur Kartierung eines Schreibsubstrats dar.
Dabei können beispielsweise zwei zeitlich nacheinander folgende Kartierungsaufnahmen bzw. Abbilder einer Schreibminenspitzenumgebung aufgenommen von einem optischen Sensor des elektronischen Schreibstiftes aufgezeichnet und gespeichert werden.
Nach Aufnahme einer ersten Kartierungsaufnahme 301 und einer zweiten Kartierungsaufnahme 302 kann von einer Auswertelogik, beispielsweise von einer digitalen Recheneinheit des Stiftes oder einer externen Datenauswertungseinheit, geprüft 303 werden, ob sich besagte Kartierungsaufnahmen überlappen.
Bei Feststellung einer teilweisen Überlappung 307 der nacheinander folgenden Kartierungsaufnahmen können besagte Kartierungsaufnahmen 301, 302 aneinandergefügt werden, und/oder der sich nicht überlappende Bereich/sich nicht überlappende Bereiche der Kartierungsaufnahmen 301, 302 zu einer Karte bzw. Kartierung hinzugefügt 304 werden oder, wenn noch keine Karte existiert, den Grundstein für eine Karte legen, z.B. als ersten Kartenabschnitt/erste Kartenabschnitte festgelegt werden.
Die sich nicht überlappenden Bereiche der Kartierungsaufnahmen 301, 302, welche zu einer Karte zusammengefügt werden, können auch als Kartenabschnitte bezeichnet werden.
Anschließend kann eine nächste Kartierungsaufnahme 305 aufgenommen werden und wiederum eine Prüfung der Überlappung zu einer vorherigen Kartierungsaufnahme stattfinden.
Bei einer vollständigen Überlappung von Kartierungsaufnahmen kann der Schritt 304 des Anfügens des nicht überlappenden Bereichs an eine Karte übersprungen werden und direkt eine neue Kartierungsaufnahme 305 veranlasst werden.
Für den Fall, dass keine Überlappung 308 zweier nacheinander folgenden Kartierungsaufnahmen festgestellt werden kann, kann z.B. eine reverse Suche nach vorangehenden Kartierungsaufnahmen oder Kartenabschnitten 306 durchgeführt werden, die eine Überlappung der zu prüfenden Kartierungsaufnahme(n), bzw. der aktuell aufgenommenen Kartierungsaufnahme, mit einer gespeicherten vorangehenden Kartierungsaufnahme oder eines gespeicherten vorangehenden Kartenabschnitts, ergeben kann.
Ist die Suche 306 in den gespeicherten vorangehenden Kartierungsaufnahme oder Kartenabschnitten erfolgreich 310, d.h. führt die Überlappungsbestimmung bzw. Überlappungsprüfung 303 zur Feststellung einer Überlappung einer Kartierungsaufnahme mit einer vorangehenden Kartierungsaufnahme oder einem vorangehenden Kartenabschnitt, kann der sich nicht überlappende Bereich der aktuellen Kartierungsaufnahme 302 und der gefundenen gespeicherten Kartenaufnahme/des gefundenen gespeicherten Kartenabschnitts wieder an eine Karte angefügt werden 304.
Wenn auch in den bereits vorhandenen gespeicherten Kartenabschnitten oder Kartenaufnahmen keine Überlappung festgestellt werden kann, kann beispielsweise eine neue Kartierungsaufnahme veranlasst werden, die eine erste 301 oder eine nächste Kartierungsaufnahme 305 sein kann.
Die 2b stellt ein beispielhaftes iteratives Verfahren 400 zur Absolutreferenzierung der Position bzw. eines Ortsignals einer Schreibminenspitze eines elektronischen Schreibstiftes, ermittelt aus den Bilddaten eines optischen Sensors des Schreibstiftes, dar.
Dabei kann zunächst eine erste bzw. aktuelle Orientierungsaufnahme 401, d.h. ein von einem optischen Sensor des elektronischen Schreibstiftes gemachtes Abbild einer Umgebung der Schreibminenspitze, aufgezeichnet und gespeichert werden.
Besagte aktuelle Orientierungsaufnahme 401 kann anschließend mit vorangehende gespeicherten Bilddaten, z.B. mit einer gespeicherten vorangehenden Orientierungsaufnahme, und/oder mit einer gespeicherten Kartierungsaufnahme 301, 302, 305, 306 oder mit einer gespeicherten Kartierung bzw. gespeicherten Kartenabschnitt einer Kartierung des Schreibsubstrates, verglichen 402 werden.
Besagter Vergleich 402 kann eine Prüfung umfassen, die feststellt ob sich besagte aktuelle Orientierungsaufnahme 401 mit vorangehenden gespeicherten Bilddaten, also mit vorangehenden Orientierungsaufnahmen, und/oder mit einer gespeicherten Kartierungsaufnahme 301, 302, 305, 306 oder mit einer gespeicherten Kartierung bzw. gespeicherten Kartenabschnitt einer Kartierung des Schreibsubstrates überlappt.
Bei einer teilweise Überlappung kann beispielsweise der sich nicht überlappende Bereich zu einer Karte hinzugefügt 403 werden.
Mit anderen Worten können die Verfahren zur Absolutreferenzierung des Ortsignals des elektronischen Schreibstiftes 400 und zur Kartierung eines Schreibsubstrats 300 parallel, bzw. sich gleichzeitig ergänzend, durchgeführt werden.
Wird in Schritt 407 z.B. keine Überlappung mit einer vorangehenden Orientierungsaufnahme festgestellt, kann eine reverse Suche 408 in gespeicherten Kartierungsaufnahme 301, 302, 305, 306 oder in einer gespeicherten Kartierung bzw. in gespeicherten Kartenabschnitten einer Kartierung erfolgen. Ist die Suche 406 erfolgreich, d.h. kann wieder eine wenigstens teilweise Überlappung durch einen Vergleich 402 festgestellt werden, kann der nicht überlappende Bereich zu einer Karte hinzugefügt werden.
Bei einer festgestellten teilweisen oder vollständigen Überlappung 409 einer aktuellen Orientierungsaufnahme 401 mit besagten vorangehend gespeicherten Aufnahmen oder Kartenabschnitten kann eine absolute Positionsbestimmung 404 des elektronischen Schreibstiftes bezüglich des Schreibsubstrats erfolgen, beispielsweise durch die Identifizierung von ortsfesten Merkmalen enthalten in einer vorangehend gespeicherten sich mit der aktuellen Orientierungsaufnahme 401 überlappenden Orientierungsaufnahme oder enthalten in einem sich mit der aktuellen Orientierungsaufnahme 401 überlappenden vorangehend gespeicherten Kartenabschnitt.
Mit anderen Worten kann erfindungsgemäß eine rein optische, bezüglich des Schreibsubstrats absolute, Referenzierung des Ortes des Schreibstiftes erfolgen, welche wiederum mit einer weiteren Referenzierung des Ortes, beispielsweise ermittelt aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik des elektronischen Schreibstiftes verglichen werden kann, um so schließlich eine verbesserte Absolutreferenzierung des Ortsignales des elektronischen Schreibstiftes erhalten zu können.
Die Positionsbestimmung 404 des Ortes der Schreibminenspitze bzw. des elektronischen Schreibstiftes kann also eine Absolutreferenzierung eines aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik ermittelten Ortssignales des elektronischen Schreibstiftes, durch Referenzierung des besagten ermittelten Ortssignales der inertialen Positionsbestimmungssensorik mit einem zweiten Ortssignal umfassen.
Besagtes zweites Ortssignal kann dabei ermittelt werden aus dem Vergleich von ortsfesten Merkmalen der Umgebung der Schreibminenspitze, identifiziert in den Abbildungsdaten der aktuellen Umgebung der Schreibminenspitze, d.h. identifiziert in der aktuellen Orientierungsaufnahme 401, mit ortsfesten Merkmalen, identifiziert in Abbildungsdaten von wenigstens einer bereits gespeicherten Umgebung der Schreibminenspitze, d.h. beispielsweise identifiziert in einer gespeicherten vorangehenden Orientierungsaufnahme, und/oder identifiziert in einer gespeicherten Kartierungsaufnahme 301, 302, 305, 306 oder gespeicherten Kartierung bzw. identifiziert in einem gespeicherten Kartenabschnitt einer Kartierung des Schreibsubstrates.
Dabei können besagte ortsfeste Merkmale wie bereits erwähnt beispielsweise ortsfeste Merkmale auf einem Schreibsubstrat sein, wie z.B. Ränder bzw. Ecken des Schreibsubstrats und/oder Markierungen auf dem Schreibsubstrat und/oder zuvor mit dem elektronischen Schreibstift auf dem Schreibsubstrat geschriebene Zeichen und/oder Buchstaben und/oder Muster und/oder mikroskopische Details wie z.B. die lokale Schreibsubstratfeinstruktur, z.B. die Körnigkeit, Maserungen, Einprägungen, oder Muster einer Papierstruktur.
Nach einer erfolgreichen Positionsbestimmung 404 des Ortes der Schreibminenspitze bzw. des elektronischen Schreibstiftes kann umgehend eine weitere Orientierungsaufnahme 405 erfolgen.
Bei einer nicht erfolgreichen Suche 410, sich mit einer aktuellen Orientierungsaufnahme überlappende gespeicherte Abbildungsdaten zu finden, ist eine optisch referenzierte Positionsbestimmung 404 unter Umständen nicht möglich 412.
In diesem Fall ist es eventuell erforderlich, den Schreibvorgang zu unterbrechen und eine z.B. Reihe von Aufnahmen mit dem optischen Sensor an verschiedenen Schreibsubstratpositionen der Schreibminenspitze zur Erstellung einer ersten Kartierung, wie in 2a beschrieben, durchzuführen.
Durch diese optische Absolutreferenzierung der Position des Schreibstiftes auf dem Schreibsubstrat kann also vorteilhafterweise ein Ortsignal, ermittelt aus einer inertialen Positionsbestimmungssensorik des Schreibstiftes, ebenfalls absolut referenziert werden, und somit kann unter anderem eine Drift des Bewegungssignals bzw. Ortsignals, bestimmt aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik, korrigiert und kompensiert werden.
Die 3a stellt eine beispielhafte Perspektive eines elektronischen Schreibstiftes 500 auf einem Schreibsubstrat 505 dar.
Dabei stellt die Achse 501 sowohl die Längsachse des Schreibstiftes 500 bzw. der Schreibmine als auch die optische Achse eines im Stiftende 513 untergebrachten optischen Sensors dar.
Die Konturen bzw. Konturlinien 507, 508, 509, 510 markieren beispielhaft eine vom optischen Sensor aufzeichenbare aktuelle Umgebung 506 der Schreibminenspitze, also eine möglich aktuelle Orientierungs- oder Kartierungsaufnahme, wobei, ausgehend von der Schreibminenspitze als Ursprung, die Kontur 510 die aufzeichenbare Umgebung 506 von innen, und die Kontur 506 die Umgebung 506 von außen begrenzen kann.
Beispielhafterweise umfasst die aktuelle aufzeichenbare Umgebung 506 neben einem Teil eines bereits geschriebenen oder bereits vorher vorhandenen Textes 503, auch einen Teil 511 eines Schreibsubstratrandes 512, welches als ortsfeste Merkmale des Schreibsubstrats 505 angesehen werden kann.
Wenn also, wie oben beschrieben, beispielsweise bereits eine Kartierung des Schreibsubstrats, ein Kartenabschnitt oder eine bereits gemachte vorangehende Kartierungs- oder Orientierungsaufnahme des optischen Sensors gespeichert wurde, worin ein ortsfestes Merkmal enthalten ist, welches sich teilweise oder vollständig in der aktuellen aufzeichenbare Umgebung 506 wiederfinden lässt, und sich somit in einer aktuellen Orientierungsaufnahme aufzeichnen lässt, kann, wie ebenfalls vorangehend beschrieben, die Position 513 der Schreibminenspitze 502 auf den Schreibsubstrat 505 bezüglich des Schreibsubstrats 505 absolut referenziert werden (welche sich wie hier dargestellt beispielweise am Fuß eines T-Buchstabens 504 befindet, und wobei der T-Buchstabe 504, also der aktuell geschriebene Text, selbst als ein ortsfestes Merkmal dienen kann).
Die auf diese Weise erhaltene optische Referenzierung der Position 513 des Schreibstiftes 500 auf dem Schreibsubstrat 505 kann dann, wie erwähnt, weiter zu einer Absolutreferenzierung eines aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik (nicht dargestellt) ermittelten Ortssignales des elektronischen Schreibstiftes 500 dienen.
Die 3b stellt beispielhaft ein zu 3a analoges Szenario aus einer seitlichen Perspektive dar, worin ein beispielhafter Strahlengang 604 zur Aufnahme von Orientierungs- und/oder Kartierungsbilddaten illustriert wird.
Der elektronische Schreibstift 600 ist dargestellt, wie er beispielsweise gerade einen Text 607, z.B. einen T-Buchstaben, auf dem Schreibsubstrat 608 schreibt, wobei besagter Text 607 als ortsfestes Merkmal angesehen werden kann.
Dabei kann eine durch die Strahlengeometrie des Strahlengangs 604 beispielhaft festgelegte aufzeichenbare Umgebung 610 der Schreibminenspitze 606 über ein optisches Element 602 auf einen optischen Sensor 601, z.B. unterbracht im Stiftende 603, umgelenkt werden, und somit eine Orientierungs- und/oder Kartierungsaufnahme mittels des optischen Sensors 601 ermöglicht werden.
Der optische Sensor 601 ist hier beispielhaft entlang der Längsachse des elektronischen Schreibstiftes 600 angeordnet.
Die beispielhaft dargestellte aufzeichenbare Umgebung 610 der Schreibminenspitze 606 auf dem Schreibsubstrat 608 enthält z.B. einen Teil eines bereits geschriebenen Textes 611, welcher als ein ortsfestes Merkmal auf dem Schreibsubstrat angesehen werden kann.
Wie vorangehend beschrieben kann dieses ortsfeste Merkmal als Bezugspunkt für Vergleiche mit aktuellen Orientierungsaufnahmen, welche z.B. ebenfalls dieses ortsfeste Merkmal teilweise oder vollständig enthalten, dienen, und so die Position 605 der Schreibminenspitze 606 bzw. des elektronischen Schreibstiftes 600 bezüglich des Schreibsubstrats 608 absolut referenziert werden.
Die Figur 4a stellt ein beispielhaftes Scan- bzw. Abtastmuster 700 dar, mit der Abbildungsdaten, also z.B. Orientierungs- und/oder Kartierungsaufnahmen bzw. Umgebungen der Schreibminenspitze, vom optischen Sensor aufgezeichnet bzw. verarbeitet werden können.
Der Einfachheit ist in der Figur angenommen, dass die optische Achse senkrecht zur Figurebene ist.
Abtastmuster 700 stellt beispielhaft ein Abtastmuster für ein radiales Scanverfahren dar, mit radialen Abtastkonturen, die sich um den Ursprung 704, z.B. die Schreibminenspitze erstrecken. Beispielhaft markiert sind die innerste Radialkontur 705 und die äußerste Radialkontur 706. Der Abstand der innersten Radialkontur vom Ursprung kann vorteilhafterweise möglichst klein sein.
Während bei einem im Stiftende angeordneten optischen Sensor besagter Abstand durch den mittleren Durchmesser des elektronischen Schreibstiftes beschränkt sein kann, können kleinere Abstände bei Anordnung des optischen Sensors in der Nähe der Schreibminenspitze realisiert werden.
Durch Wahl verschiedener Startpunkte 701, 702 des radialen Scanverfahrens kann z.B. ein Drehwinkel 703 festgelegt werden, mittels dessen beispielsweise eine Vereinfachung des Rechenaufwandes zur Kompensation von Dreh- und/oder Verzerrungseffekten der Abbildungsdaten von Schreibminenspitzenumgebungen aufgrund von Drehungen um die Längsachse des elektronischen Schreibstiftes und/oder Änderungen des Neigungswinkels zwischen Längsachse des elektronischen Schreibstiftes und Schreibsubstratoberfläche erreicht werden kann.
Die Figur 4b stellt beispielhaft ein zu Scan- bzw. Abtastmuster 700 alternatives Abtastmuster 800, wobei ebenfalls die optische Achse senkrecht zur Figurebene ist und beispielsweise die Schreibminenspitze im Ursprung 804 liegen kann.
Abtastmuster 800 ist ein beispielhaftes Muster für ein zykloidales Scan- bzw. Abtastverfahren, welches ebenfalls zu einer Vereinfachung des Rechenaufwandes zur Kompensation von Dreh- und/oder Verzerrungseffekten der Abbildungsdaten von Schreibminenspitzenumgebungen führen würde, und somit eine effizientere Analyse und Auswertung besagter Abbildungsdaten ermöglichen kann.
Wie bei Abtastmuster 700 kann durch die Wahl verschiedener Startpunkte 801, 802 des radialen Scanverfahrens ein Drehwinkel 803 festgelegt werden
Bezugszeichenliste

100: Endteil eines elektronischen Schreibstiftes/Teilansicht eines elektronischen Schreibstiftes/Stiftende
101: Gehäuse des optischen Sensors
102: (Erstes) Optisches Element zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor
103: Sichtlinie
104: Sichtlinie
105: Längsachse des elektronischen Schreibstiftes
106: Zweites Gehäuseendteil des elektronischen Schreibstiftes
107: Erstes Gehäuseendteil des elektronischen Schreibstiftes
108: Der Schreibminenspitze (nicht dargestellt) zugewandte reflektierende Oberfläche des optischen Elementes zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor
109: Optischer Sensor
200: Endteil eines elektronischen Schreibstiftes/Teilansicht eines elektronischen Schreibstiftes/Stiftende
201: Gehäuse des optischen Sensors
202: (Erstes) Optisches Element zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor
203: Sichtlinie
204: Sichtlinie
205: Längsachse des elektronischen Schreibstiftes
206: Zweites Gehäuseendteil des elektronischen Schreibstiftes
207: Erstes Gehäuseendteil des elektronischen Schreibstiftes
208: Der Schreibminenspitze (nicht dargestellt) zugewandte reflektierende Oberfläche des optischen Elementes zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor
209: Optischer Sensor
300: Verfahren zur Kartierung eines Schreibsubstrats
301: Erste Kartierungsaufnahme
302: Zweite Kartierungsaufnahme
303: Prüfung/Bestimmung einer Überlappung von Kartierungsaufnahmen
304: Anfügen von sich nicht überlappenden Bereichen der Kartierungsaufnahmen an eine Karte
305: Nächste Kartierungsaufnahme
306: Reverse Suche durch vorangehende/gespeicherte Kartenabschnitte oder Kartierungsaufnahmen
307: Feststellung einer teilweisen Überlappung von nacheinander folgenden Kartierungsaufnahmen
308: Feststellung dass sich nacheinander folgende Kartierungsaufnahmen nicht überlappen
309: Feststellung einer vollständigen Überlappung von nacheinander folgenden Kartierungsaufnahmen
310: Erneute Prüfung/Bestimmung einer Überlappung von Kartierungsaufnahmen nach erfolgreicher reverser Suche durch vorangehende/gespeicherte Kartenabschnitte oder Kartierungsaufnahmen
311: Neue Aufnahme einer ersten Kartierungsaufnahme bei nicht erfolgreicher reverser Suche durch vorangehende/gespeicherte Kartenabschnitte oder Kartierungsaufnahmen
312: Nächste Prüfung/Bestimmung einer Überlappung von Kartierungsaufnahmen
313: Nächste Aufnahme einer Kartierungsaufnahme bei nicht erfolgreicher reverser Suche durch vorangehende/gespeicherte Kartenabschnitte oder Kartierungsaufnahmen
400: Optische Absolutreferenzierung der Position bzw. eines Ortsignals eines elektronischen Schreibstiftes, bzw. der Schreibminenspitze eines elektronischen Schreibstiftes
401: Aktuelle Orientierungsaufnahme
402: Vergleich mit einer Karte, einem Kartenabschnitt, einer Kartierungsaufnahme oder einer vorangehenden Orientierungsaufnahme
403: Anfügen des sich nicht überlappenden Bereichs/sich nicht überlappender Bereiche an eine Karte
404: Positionsbestimmung 404 des elektronischen Schreibstiftes bezüglich des Schreibsubstrats/optische, bezüglich des Schreibsubstrats absolute, Referenzierung der Position bzw. eines Ortsignals eines elektronischen Schreibstiftes, bzw. der Schreibminenspitze eines elektronischen Schreibstiftes
405: Nächste Orientierungsaufnahme
406: Reverse Suche durch vorangehende/gespeicherte Kartenabschnitte oder Kartierungsaufnahmen oder Orientierungsaufnahmen
407: Feststellung einer teilweisen Überlappung von nacheinander folgenden Orientierungsaufnahmen
408: Feststellung dass sich nacheinander folgende Orientierungsaufnahmen nicht überlappen
409: Feststellung einer vollständigen Überlappung von nacheinander folgenden Orientierungsaufnahmen
410: Nichterfolgreiche reverse Suche
411: Erfolgreiche reverse Suche nach sich mit einer aktuellen Orientierungsaufnahme überlappenden Bereichen aus vorangehenden/gespeicherten Kartenabschnitten oder Kartierungsaufnahmen oder Orientierungsaufnahmen
412: Keine Möglichkeit der Positionsbestimmung 404 durch optische Referenzierung möglich
413: Nächste Orientierungsaufnahme
500: Elektronischer Schreibstift/Beispielhafte Perspektive eines elektronischen Schreibstiftes auf einem Schreibsubstrat
501: Längsachse des elektronischen Schreibstiftes, Optische Achse
502: Schreibminenspitze
503: Beispielhaftes ortsfestes Merkmal, beispielhafter vorhergeschriebener/bereits vorhandener Text
504: Aktuell geschriebener Text, ortsfestes Merkmal
505: Schreibsubstrat
506: Beispielhafte aktuelle, durch einen optischen Sensor, aufzeichenbare Umgebung der Schreibminenspitze, beispielhafte aktuelle Orientierungs- oder Kartierungsaufnahme
507: Kontur/Konturlinie von Umgebung 506, äußerste Kontur von Umgebung 506
508: Kontur/Konturlinie von Umgebung 506
509: Kontur/Konturlinie von Umgebung 506
510: Kontur/Konturlinie von Umgebung 506, innerste Kontur von Umgebung 506
511: Teil des Schreibsubstratrandes 512 von Schreibsubstrat 505
512: Schreibsubstratrand 512 von Schreibsubstrat 505
513: Aktuelle Position der Schreibminenspitze auf Schreibsubstrat
600: Elektronischer Schreibstift
601: Optischer Sensor
602: Optisches Element
603: Stiftende des elektronischen Schreibstiftes
604: Beispielhafter Strahlengang
605: Position der Schreibminenspitze
606: Schreibminenspitze
607: Aktuell geschriebener Text, z.B. ein T-Buchstabe, ortsfestes Merkmal
608: Schreibsubstrat
609: Längsachse des elektronischen Schreibstiftes, Optische Achse
610: Beispielhaft dargestellte aktuelle aufzeichenbare Umgebung der Schreibminenspitze, beispielhafte aktuelle Orientierungs- oder Kartierungsaufnahme
611: Beispielhaftes ortsfestes Merkmal, beispielhafter vorhergeschriebener/bereits vorhandener Text
700: Scan- bzw. Abtastmuster
701: (Erster) Startpunkt für Scan/Abtastung
702: (Zweiter/alternativer) Startpunkt für Scan/Abtastung
703: Drehwinkel
704: Ursprung, z.B. Position der Schreibminenspitze
705: Innerste Radialkontur
706: Äußerste Radialkontur
800: Scan- bzw. Abtastmuster
801: (Erster) Startpunkt für Scan/Abtastung
802: (Zweiter/alternativer) Startpunkt für Scan/Abtastung
803: Drehwinkel
804: Ursprung, z.B. Position der Schreibminenspitze

Claims

Elektronischer Schreibstift (500, 600) mit Schreibstiftpositionserkennung, umfassend eine Schreibmine, wenigstens eine elektrische Spannungsquelle, wenigstens eine digitale Recheneinheit, wenigstens ein Datenübertragungsmodul, sowie eine inertiale Positionsbestimmungssensorik zur Erfassung von Lage und Bewegung des elektronischen Schreibstiftes (500, 600), und wenigstens einen optischer Sensor (109, 209) dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (109, 209) konfiguriert ist, zur Aufzeichnung und Speicherung von Abbildungsdaten wenigstens einer Umgebung der Schreibminenspitze (502, 606), und die digitale Recheneinheit konfiguriert ist, zur Erstellung einer Kartierung eines Schreibsubstrates aus besagten aufgezeichneten Abbildungsdaten, sowie für eine Absolutreferenzierung eines aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik ermittelten ersten Ortssignales des elektronischen Schreibstiftes (500, 600), durch Referenzierung des ermittelten Ortssignales der inertialen Positionsbestimmungssensorik mit einem mittels des optischen Sensors (109, 209) bestimmten zweiten Ortssignal, ermittelt aus dem Vergleich von ortsfesten Merkmalen der Umgebung der Schreibminenspitze (502, 606), identifiziert in den Abbildungsdaten der aktuellen Umgebung der Schreibminenspitze (502, 606), mit ortsfesten Merkmalen, identifiziert in Abbildungsdaten von wenigstens einer bereits gespeicherten Umgebung der Schreibminenspitze (502, 606) und/oder identifiziert in einer Kartierung des Schreibsubstrates (505, 608).
Elektronischer Schreibstift (500, 600) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schreibstift (500, 600) wenigstens ein optisches Element (102, 202) aufweist zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor (109, 209).
Elektronischer Schreibstift (500, 600) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (102, 202) in dem der Schreibminenspitze gegenüberliegenden Stiftende (100, 200) des elektronischen Schreibstiftes angeordnet ist.
Elektronischer Schreibstift (500, 600) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der Schreibminenspitze zugewandte Oberfläche (108, 208) des optischen Elementes wenigstens eine reflektierende Oberfläche aufweist oder wenigstens einen nichtreflektierenden Oberflächenbereich und einen reflektierenden Oberflächenbereich aufweist.
Elektronischer Schreibstift (500, 600) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (102, 202) ein sphärischer Spiegel ist und eine kegelförmige oder konkav geformte der Schreibminenspitze zugewandte reflektierende Oberfläche (208) aufweist.
Elektronischer Schreibstift (500, 600) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (102, 202) beweglich angebracht ist, und um eine Achse gleich oder parallel oder nicht parallel zur Längsachse (105, 205) des elektronischen Schreibstiftes drehbar und/oder schwenkbar ist.
Elektronischer Schreibstift (500, 600) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (109, 209) ein Matrix-Sensor oder ein Zeilensensor oder ein Punktsensor ist.
Elektronischer Schreibstift (500, 600) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (109, 209) entlang oder parallel zur Längsachse (105, 205) des elektronischen Schreibstiftes angebracht ist und/oder, wenn vorhanden, das optische Element (102, 202) zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor (109, 209) entlang oder parallel zur Längsachse (105, 205) des elektronischen Schreibstiftes angebracht ist.
Elektronischer Schreibstift (500, 600) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen optischem Sensor (109, 209) und dem optischen Element (102, 202) zur Umlenkung eines Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze ein zweites optisches Element, z.B. eine Linse, angeordnet ist zur Fokussierung des Abbildes der Umgebung der Schreibminenspitze auf den optischen Sensor (109, 209).
Verfahren zur Erkennung von Bewegungsmustern und Schreibstiftpositionen eines elektronischen Schreibstiftes (500, 600) welcher eine Schreibmine, wenigstens eine elektrische Spannungsquelle, wenigstens eine digitale Recheneinheit, wenigstens ein Datenübertragungsmodul, sowie eine inertiale Positionsbestimmungssensorik zur Erfassung von Lage und Bewegung des elektronischen Schreibstiftes, und wenigstens einen optischer Sensor umfasst, wobei der optische Sensor (109, 209) wenigstens eine Umgebung der Schreibminenspitze des elektronischen Schreibstiftes (500, 600) abbildet und als Bilddaten speichert, und/oder die digitale Recheneinheit eine Kartierung (300) des Schreibsubstrates erstellt, basierend auf den Abbildungsdaten, aufgezeichnet durch den optischen Sensor (109, 209), und basierend auf den gespeicherten Daten des optischen Sensors (109, 209) eine Absolutreferenzierung des aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik ermittelten ersten Ortssignales des elektronischen Schreibstiftes erfolgt, durch Referenzierung des aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik ermittelten Ortssignales mit einem mittels des optischen Sensors (109, 209) bestimmten zweiten Ortssignal, wobei die Bestimmung des zweiten, optisch referenzierten, Ortssignals einen Vergleich von ortsfesten Merkmalen der Umgebung der Schreibminenspitze identifiziert in den Abbildungsdaten der aktuellen Umgebung der Schreibminenspitze mit ortsfesten Merkmalen identifiziert in Abbildungsdaten von wenigstens einer bereits gespeicherten Umgebung der Schreibminenspitze und/oder identifiziert in einer Kartierung des Schreibsubstrates, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die digitale Recheneinheit eine Kartierung (300) des Schreibsubstrates basierend auf den Abbildungsdaten aufgenommen durch den optische Sensor (109, 209) iterativ erstellt und die Kartierung (300) folgende Schritte umfasst: Aufnahme einer ersten Kartierungsaufnahme (301), Aufnahme einer zweiten Kartierungsaufnahme (302), Prüfung und Bestimmung (303) ob sich besagte beiden Kartierungsaufnahmen (301, 302) überlappen, Bei einer Feststellung einer teilweisen Überlappung (307): Hinzufügen des sich nicht überlappenden Bereichs/sich nicht überlappende Bereiche der Kartierungsaufnahmen (301, 302) zu einer Karte oder, wenn noch keine Karte existiert, als ersten Kartenabschnitt/erste Kartenabschnitte festlegen, Bei einer Feststellung, dass sich besagte beiden Kartierungsaufnahmen (301, 302) nicht überlappen (308): Reverse Suche (306) nach vorangehenden Kartierungsaufnahmen oder Kartenabschnitten, die eine Überlappung der zu prüfenden Kartierungsaufnahme(n) mit einer gespeicherten vorangehenden Kartierungsaufnahme oder eines gespeicherten vorangehenden Kartenabschnitts ergeben, wobei bei einer erfolgreichen Suche (310) der sich nicht überlappende Bereich der zu prüfenden Kartierungsaufnahme(n) und der gefundenen gespeicherten Kartenaufnahme/des gefundenen gespeicherten Kartenabschnitts wieder an eine Karte angefügt werden (304) können, und wobei bei einer erfolglosen Suche (313, 311) eine nächste oder neue erste Kartierungsaufnahme erfolgen kann, Bei einer Feststellung, dass sich besagte beiden Kartierungsaufnahmen (301, 302) nicht überlappen (309): Aufnahme einer nächsten Kartierungsaufnahme (305), Nächste (312) Prüfung und Bestimmung (303) ob sich besagte nächste Kartierungsaufnahme (305) mit einer vorherigen Kartierungsaufnahme überlappt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Bestimmung des zweiten, optisch referenzierten, Ortssignals folgende Schritte umfasst: Aufnahme einer aktuellen Orientierungsaufnahme (401) durch den optischen Sensor (109, 209), Vergleich besagter aktueller Orientierungsaufnahme (402) mit vorangehend gespeicherten Bilddaten, z.B. mit einer gespeicherten vorangehenden Orientierungsaufnahme oder Karte mit Prüfung und Bestimmung, ob sich besagte aktuelle Orientierungsaufnahme (402) mit den vorangehend gespeicherten Bilddaten überlappt, Bei Feststellung einer teilweisen Überlappung (407) oder einer vollständigen Überlappung (409): Mögliches Hinzufügen des sich nicht überlappenden Bereichs/sich nicht überlappender Bereiche zu einer Karte, Positionsbestimmung (404) des elektronischen Schreibstiftes (500, 600) bezüglich des Schreibsubstrats, durch die Identifizierung von ortsfesten Merkmalen enthalten in einer vorangehend gespeicherten und sich mit der aktuellen Orientierungsaufnahme (401) überlappenden Orientierungsaufnahme, oder enthalten in einem sich mit der aktuellen Orientierungsaufnahme (401) überlappenden, vorangehend gespeicherten, Kartenabschnitt. Bei einer Feststellung, dass keine Überlappung (408) vorliegt: Reverse Suche (406) in gespeicherten Bilddaten, z.B. in gespeicherten Kartierungsaufnahmen (301, 302, 305, 306) oder in gespeicherten Kartenabschnitten, oder vorangehend gespeicherten Orientierungsaufnahmen, wobei bei einer erfolgreichen Suche (410) wieder eine Positionsbestimmung (404) des elektronischen Schreibstiftes bezüglich des Schreibsubstrats erfolgt. Nach einer Positionsbestimmung (404) eine Aufnahme einer nächsten Orientierungsaufnahme erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei Orientierungsaufnahmen und/oder Kartierungsaufnahmen mit einer Frequenz von wenigstens etwa 1 Bild pro Sekunde aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei nur solche Bilddaten des optischen Sensors (109, 209) verwendet werden, welche einen Kontrast größer als eine Mindestkontrastschwelle aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Referenzierung des ermittelten Ortssignales der inertialen Positionsbestimmungssensorik mit einem zweiten Ortssignal ermittelt aus dem Vergleich von ortsfesten Merkmalen der Umgebung der Schreibminenspitze identifiziert in den Abbildungsdaten der aktuellen Umgebung der Schreibminenspitze mit ortsfesten Merkmalen identifiziert in Abbildungsdaten von wenigstens einer bereits gespeicherten Umgebung der Schreibminenspitze, mit einer Vielzahl von abgeleiteten Bilddaten durchgeführt wird, und wobei die abgeleiteten Bilddaten aus Transformation der gespeicherten Bilddaten des optischen Sensors hervorgehen, und besagte Transformationen, Rotation und/oder Translation und/oder Streckung und/oder Stauchung der gespeicherten Bilddaten umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei ortsfeste Merkmale der Umgebung der Schreibminenspitze ortsfeste Merkmale auf einem Schreibsubstrat sind, und Ränder des Schreibsubstrats und/oder Markierungen auf dem Schreibsubstrat und/oder zuvor mit dem elektronischen Schreibstift auf dem Schreibsubstrat geschriebene Zeichen und/oder Buchstaben und/oder Muster umfassen.
System zur elektronischen Erkennung von Schreibstiftpositionen, umfassend einen elektronischen Schreibstift (500, 600) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, wenigstens ein Datenempfangsmodul zum Empfang von durch das Datenübertragungsmodul des elektronischen Schreibstiftes ausgesandten Daten, eine Datenauswertungseinheit zur Auswertung und Verarbeitung der empfangenen Daten, eine Datenausgabeeinheit und eine Datenspeichereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass das System so konfiguriert ist, dass wahlweise die Datenauswertungseinheit zur Auswertung und Verarbeitung der empfangenen Daten, oder die digitale Recheneinheit, basierend auf den Daten des optischen Sensors, eine Kartierung eines Schreibsubstrates aus besagten aufgezeichneten Abbildungsdaten erstellen kann, sowie eine Absolutreferenzierung eines ersten Ortsignals des elektronischen Schreibstift (500, 600), ermittelt aus der inertialen Positionsbestimmungssensorik, durchführen kann, basierend auf einer Referenzierung besagten ersten Ortssignales des elektronischen Schreibstiftes, mit einem mittels des optischen Sensors (109, 209) bestimmten zweiten Ortssignal, ermittelt aus dem Vergleich von ortsfesten Merkmalen der Umgebung der Schreibminenspitze identifiziert in den Abbildungsdaten der aktuellen Umgebung der Schreibminenspitze, mit ortsfesten Merkmalen identifiziert in Abbildungsdaten von wenigstens einer bereits gespeicherten Umgebung der Schreibminenspitze und/oder identifiziert in einer Kartierung des Schreibsubstrates.