TW200532533A - Strokes localization by m-array decoding and fast image matching - Google Patents

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TW200532533A TW094101039A TW94101039A TW200532533A TW 200532533 A TW200532533 A TW 200532533A TW 094101039 A TW094101039 A TW 094101039A TW 94101039 A TW94101039 A TW 94101039A TW 200532533 A TW200532533 A TW 200532533A
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Xiao-Xu Ma
Ying-Nong Dang
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Description

200532533 玖、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於使用一數位筆與一媒體互動。本發明 尤其有關於於與一或多個表面互動期間決定一數位筆之位 置。 【先前技術】
電腦使用者習慣使用一滑鼠與鍵盤作為與一個人電腦 互動之方式。雖然個人電腦相較於書寫文件提供許多優 點,但是大部分的使用者繼續使用印刷紙執行特定功能。 某些功能包含讀取與註解書寫文件。在註解的情況中,該 印刷文件假設一較大重要性,由於該註解由該使用者放 置。然而,使一印刷文件具有註解之困難性之一係稍後需 要使該註解輸入回該文件之電子形式中。這需要該原始使 用者或另一使用者克服該註解,並將其輸入一個人電腦 中。在某些情況中,一使用者會掃描該註解與該原始文字, 藉此建立一新文件。這些多重步驟使得該印刷文件與該文 件之電子版本之間之互動很難以一重複之基礎加以處理。 此外,掃描影像常常不可修改。可能沒有辦法從該原始文 字分離該註解。這使得很難使用註解。據此,需要處理註 解之一改良方法。 擷取手寫資訊之一技術係藉由使用其位置可於書寫期 間決定之一筆。提供此功能之一筆係由Anoto公司提供之 Anoto筆。此筆藉由使用一照相機擷取以一預定圖案編碼
3 200532533 之一紙影像加以運作。該影像圖案之—β, 軏例顯示於第 π 圖中。此圖案由 Anoto筆(Anoto公司、你 J M之用,以決定一筆 於一張紙上之一位置。然而,不清楚該 疋@位置之決定於由該
Anoto筆使用之系統中多有效率。為了 1 1徒供該已擷取影像 之位置之有效決定,需要一系統提供該 邊已擷取影像之有效 解碼。 當檢閱一文件日夺,一使用者可藉由針對該文件移.動一 筆尖註解該文件。肖筆尖之路徑可包含複數個筆劃,在此 各筆劃對應至一連串已擷取影像。因η 界口此,於該業界中有識 別該筆之路徑之一實際需求,以處理一 ^ 又件上之註解。 【發明内容】 —本發明之各方面提供當一筆尖越過—文件移動時,決 定該筆尖之—路徑之系統與方法。藉由本發明之一方面, 該文件以-逑陣圖案加上浮水印,自此決定已編碼位置資 sfl。 藉由本發明另一方面,一連串影像藉由放置於一筆中 之-照相機擷取。1¾筆尖之路徑藉由解碼該相關迷陣圖案 (m陣列)與藉由使該已擷取影像與文件影像配對來決定。 藉由本發明另一方面,若關於一筆劃之任何框格(對應 1已擷取衫像)之位置座標無法自m陣列解碼決定,則 :換該框I,且接著與一文件影像之一區域配對。一旦決 框格之位置座;f示,可藉由與一相鄰區域中之框格 配對來決定其他框格之位置座標。 ⑧ 4 200532533 藉由本發明另一方面,該筆尖之路徑(對應至一筆劃) 使用一透視變換與校準參數自一框格中央加以映射。該透 視變換係自迷陣圖案分析,且藉由使照相機擷取影像與文 件影像配對來獲得。 【實施方式】
本發明各方面關於決定一已擷取影像相對於一較大影 像之位置。在此描述之位置決定方法與系統可用於結合一 多功能筆。 為了讀者的方便,下列以子標題加以分隔。該子標題 包含:詞彙、通用目的電腦、影像擷取筆、陣列編碼、解 碼、錯誤校正、位置決定、m陣列解碼、及用以決定一筆 之路徑之架構。 詞彙 筆一任何可能或可能不包含儲存墨水之能力之書寫實 施。於某些範例中,不具有墨水功能之一尖筆可根據本發 明實施例使用為一筆。 照相機一可自紙或任何其他媒體擷取一影像之一影像 擷取系統。 通用目的電腦 第1圖係可用以實施本發明各方面之一傳統通用目的 數位計算環境之一範例之一功能方塊圖。於第1圖中,一 電腦1 0 0包含一處理單元11 0、一系統記憶體1 2 0、及一系 統匯流排1 3 0,耦合各種系統組件至該處理單元11 0,包含 ⑧ 5 200532533 該系統記憶體1 20。該系統匯流排1 30可為任何型態之匯 μ排結構,包含一記憶體匯流排或記憶體控制器、一周邊 匯流排、及使用各種匯流排架構之一區域匯流排。該系統 σ己隐體120包合唯讀記憶體(R〇M)i4〇與隨機存取記憶體 (RAM)150。 例如於開機期間’包含幫助轉換該電腦1 〇 〇中元件間 之貝Λ之基本常式之一基本輸入/出系統i6〇(bi〇s)儲存於 b ROM 140中。5亥電腦1〇〇亦包含用以讀取與寫入一硬碟 (未顯不)之*一硬碟男區as 1 A m j. 与動器170、用以讀取與寫入一可移除 磁碟1 9 0之一磁碟脈ΊΟΛ 系驅動态180、及用以讀取與寫入一可移 除光碟192之一光碟驅動191,例如- CD ROM或其他 光學媒體。該硬辟舰私$ , π Λ 更碌驅動益170、磁碟驅動器18〇、及光碟驅 ^ 刀另丨由硬碟驅動器介面192、一磁碟驅動器介 面193、及一光碟驅動器介面194連接至該系統匯流排 〇該驅動态與其相關電腦可讀取媒體提供電腦可讀取指 7貝料、衾口構、程式模組、與該個人電腦i之其他資料 之非可揮發性儲存。熟知技藝人士應了解可儲存可由一電 腦存取之資料之其它型態之電腦可讀取媒冑,例如磁卡、 决閃屺憶卡、數位影碟、伯努利E、隨機存取記憶體 (RAM)、_己憶體⑽M)等等,亦可用於範例操作環境 中。 冻多程式模組可儲存於硬碟驅動器17〇、磁碟、光 碟⑼、ROM 14〇或RAM 15〇上,包含一作業系統195、 一或多個應用程式196、其他程式模組197、及程式資料
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200532533 198。一使用者可透過輸入裝置輸入指令 1 00中,例如一鍵盤1 0 1與指標裝置1 02。J 顯示)可包含一麥克風、搖桿、遊戲墊、衛 等。這些與其他輸入裝置通常透過耦合至 一序列埠介面1 06連接至該處理單元11 0 面連接,例如一並列埠、遊戲埠或一超 (USB)。再者,這些裝置可經由一適當介面 合至該系統匯流排1 3 0。一螢幕1 07或其 置亦經由一介面連接至該系統匯流排 1 3 0 接器108。除了該螢幕之外,個人電腦一 輸出裝置(未顯示),例如°刺p八與印表機。 中,提供一筆數化器165與附隨筆或尖筆 擷取徒手輸入。雖然顯示該筆數化器1 6 5 一直接連線,事實上,該筆數化器165與 處理單元 1 1 0,經由一並列埠或其他介面 1 3 0,如業界已知者。此外,雖然該筆數化 螢幕107分離,最好該筆數化器165之可 螢幕107之顯示區域同廣衍。再者,該筆 該螢幕107整合,或可存在為重疊或附加 一分離裝置。 該電腦1 00可使用邏輯連線至一或多 於一網路環境中,例如一遠端電腦 109。 可為一伺服器、一路由器、一網路PC、一 共用網路節點,且雖然僅一記憶體儲存裝 與資訊至該電腦 ^•他輸入裝置(未 星碟、掃描器等 該系統匯流排之 ,但可由其他介 I用序列匯流排 (未顯示)直接耦 他型態的顯示裝 ,例如一視訊配 般包含其他周邊 於一較佳實施例 1 6 6,以數位化 與該序列埠間之 可直接耦合至該 與該系統匯流排 器1 6 5顯示與該 用輸入區域與該 數化器165可與 至該螢幕107之 台遠端電腦操作 該遠端電腦 109 對等裝置或其他 置111以舉例說 7
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明於第1圖中,一般包含上述關於該電腦100之 有元件。第 1圖中所述之邏輯連線包含一 0 (LAN) 112與一廣域網路(WAN)l 13。此網路環境 公室、企業廣泛型電腦網路、内部網路與網際網S 當使用於一 LAN網路環境中時,該電腦1 00 路介面或配接器114連接至該區域網路112。當 WAN網路環境中時,該個人電腦 100 —般包含 115或用以透過該廣域網路113建立一通訊之其 例如網際網路。可内建或外接之數據機1 1 5經由 介面1 0 6連接至該系統匯流排1 3 0。在一網路環 於該個人電腦1 00所述之程式模組或其部分可儲 端記憶體儲存裝置中。 應了解所示之網路連線僅為範例,且可使用 該電腦間之一通訊連結之其他技巧。推測各種已 存在,例如TCP/IP、乙太網路、FTP、HTTP、藍 8 02.1 1 X等等,且該系統可操作於一客戶端伺服器 允許一使用者自一網路型伺服器取出網頁。任何 網路瀏覽器可用以顯示與操縱網頁上之資料。 影像擷取筆 本發明各方面包含放置一已編碼資料流於代 碼資料流之一已顯示表單中。(舉例來說,如將名 中所討論者,該已編碼資料流用以建立一圖形圖 顯示表單可為印刷紙(或其他實體媒體),或可為 編碼資料流結合另一影像或影像組之一顯示器 許多或所 k域網路 常見於辦 各中。 透過一網 使用於一 一數.據機 他手段, 該序列谭 境中,關 存於該遠 用以建立 知協定之 芽、IEEE 配置中, 各種傳統 表該已編 .第4B圖 案。)該已 投射該已 。舉例來 8 200532533 說,該已編碼資料流可代表為該紙上之一實體圖形影像或 重疊該已顯示影像(如代表一文件之文字)之圖形影像,或 可為一顯示螢幕上之一實體(不可修改)圖形影像(所以由 一筆擷取之任何影像部分可放置於該顯示螢幕上)。
一已擷取影像之位置之決定可用以決定一使用者與該 紙、媒體、或顯示螢幕互動之位置。在本發明某些方面中, 該筆可為書寫於紙上之一墨水筆。於其他方面中,該.筆可 為該使用者利用書寫於一電腦顯示器之表面上之一尖筆。 任何互動可提供回該系統,了解該文件上之已編碼影像, 或支援該電腦螢幕上顯示之文件。藉由於該筆或尖筆橫過 一文件時以該筆或尖筆中之一照相機重複擷取影像,該系 統可追蹤由該使用者控制之間尖筆之移動。該已顯示或已 印刷影像可為關於空白或豐富内容紙之一浮水印,或可為 關於一已顯示影像或重疊一螢幕或内建於一螢幕中之一固 定編碼之一浮水印。 第2A圖與第2B圖顯示具有一照相機203之筆201之 一例示範例。筆201包含一筆尖202,可能或可能不包含 一墨水儲存器。照相機203自表面207擷取一影像204。 筆201可另包含額外感測器與/或處理器,如虛線方塊206 中所示。這些感測器與/或處理器2 06亦可包含傳輸資訊至 另一筆20 1與/或一個人電腦之能力(舉例來說,經由藍芽 或其他無線協定)。 第2B圖代表由照相機203檢視之一影像。於一例示 範例中,照相機203之視野(即該照相機之影像感測器之解 ⑧ 200532533 析度)係3 2 x 3 2像辛f在a 1 家京(在此3 2)。於該實施例中,一已擷
取影像(3 2像素爽卜v & * X ^ 3 2像素)對應至由照相機2 0 3擷取之 表面平面之約5 mm乘上5軸之—區域。據此,第2B圖 .、属不3 2像素長乘i 3 2像素寬之一視野。"的大小可調整, 使付較大N對應至一較高影像解析度。同時,雖然在此 為了舉例說明的目# ’該照相冑2〇3之視野顯示為一方 形,該視野可包含業界中已知之其他形狀。 由照相機 203 «敌夕旦7^ 彌取之衫像可定義為一連_影像框格 { !}在此11係由筆2 01於樣本時間ti時擷取。該樣本率 可大可]根據系、、统配置與效能需求*定。該已掘取影像 框杉之大小可大可、,根據系統配置與效能需求而定。 由…、相才幾2 〇 3擷取之影像可直接由該處理系統使用, 或可經歷預先過濾。此預先過濾可發生於筆2 〇 i中,或可 發生於筆2G1外(舉例來說,於—個人電腦中)。 第2B圖之$像大小係32χ32像素。若各編碼單元大 為3 X 3像素則已擷取已編碼單元之數量約為1 〇 〇單元。 若該編碼單it大小為5χ5像素,則已擷取已編碼單元之數 量約為36 。 第2Α圖亦顯示該影像平面209,在此自位置204形成 該圖案之一影像210。自該物件平面2 07上之圖案接收之 光由透鏡2G8聚焦。透鏡2()8可為單一透鏡或—多部分透 鏡系統,但為了簡化的目的在此所示為單一透鏡。影像摘 取感測器2 1 1拮員取該影像2 1 〇。 k〜像感測器2 1 1可足夠大以擷取該影像2丨〇。或者, 10 200532533 該影像感測器2 1 1可足夠大以於位置2 1 2擷取該筆尖202 之一影像。為了參照,於位置2 1 2之影像指的是該虛擬筆 尖。應注意由於該筆尖、該透鏡2 0 8、與該影像感測器2 1 1 間之常數關係,針對影像感測器2 1 1之虛擬筆尖位置係為 固定。 下列變換尽變換由照相機擷取之影像中之位置座標 至該紙上實際影像中之位置座標:
Lpaper - ^S-^P ^'Sensor ) 來 於書寫期間,該筆尖與該紙於相同平面上。據此 自該虛擬筆尖至該實際筆尖之變換亦為尽^ : ^ pentip ~ ^S->P virtual-pentip ) 該變換尽可估計為一仿射變換。此簡化為: sv cos θ sx sin θ sv cos9Y y Λ 0 1 cos θχ sin θγ - cos 0y sin θχ 5 cos θχ sin 9y - cos 6y sin θχ 5 sin0v cos θχ sin 0y - cos 9y sin θχ 5 cos θχ sin 6y - cos 9y sin θχ ? 〇, 〇, 如同Aw之估計,其中A、4h、及〜係於位置204 擷取之圖案之二角度之旋轉與大小。此外,吾人可藉由讓 該已擷取影像與紙上之對應實際影像配對加以精化。 「精化」指的是由稱為一遞迴方法之一型態最佳化演算 法,獲得一更精瘸估計變換該遞迴方法將該矩陣 視為該初始值。該已精化估計更精確描述S與尸間之變換。 接下來,吾人可藉由校準決定虛擬筆尖之位置。 吾人放置該筆尖202於紙上之一固定位置上。接 11 200532533 下來,吾人傾斜該筆,允許該照相機2 0 3擷取不同筆姿勢 之一連串影像。對於各已擷取之影像來說,吾人可獲得該 變換。自此變換,吾人可獲得該虛擬筆尖之位置 L virtual-pentip * ^virtual-pentip ~~ ^P-^S pentip ) 在此係初始化為(0,0),且
Fp—s =
藉由平均自各影像獲得之,可決定該虛擬筆尖 之一位置LvirtuaI_pentip。雜由Lvi_卜pentip ’吾人可獲付Lpentip之一吏精 確估計。於數次循環之後,可決定虛擬筆尖冲之一精 確位 i LV£rtua 卜 pen“p 現在已知該虛擬筆尖之位置。吾人亦可獲得來 自已擷取影像之變換。最後,吾人可使用此資訊決定 該實際筆尖之位置:
L ’ pentip
Fs—p(L' virtual-pentip > 陣列之編碼
可藉由摺疊一維序列建構一二維陣列。含有一足夠大 量位元之二維陣列之任何部分可用以決定該完整二維陣列 中之位置。然而,可能必須決定來自一已擷取影像或一些 已擷取影像之位置。為了縮小關於該二維陣列中二或多個 位置之一已擷取影像部分之可能性,一不重複序列可用以 建立該陣列。一已建立序列之一性質係該序列不重複一長 度(或視窗)/2。下列描述一維序列之建立,接著摺疊該序列 至一陣列。 12 200532533 序列建構 一串數字可使用為該編碼系統之起 序列(亦稱為一 始點。舉例來說 m 在此,q二P1 而 序列)可代表為摘心中 之 q元件組。 η 且 可藉由許多不同技巧產生,包含值 用多項式除法,該序列可定義如下·· 質數。該序列或m序列 不限於多項式除法。使
Ri(x) η® 在此係襴厂7 ( la 、 9 70件)中《度之原始多項 式。幻卜)係攔巾/声Μ 士 , 〇 7中/度(在此/<;„)之一非零多項式。該 序列可使用具有二步驄之一描俨 、 夕驟之循%程序加以建立··首先,除 該一多項式(導致場Ρ之一元株、二松 勿、之70件),而第二,將餘數乘以义。 當該輸人開始重複時,該計算停止。&過程可使用-線性 回馈移位暫存器加以實施,如由D〇ugias w Clark與
Lih-Jyh Weng 於 IEEE Transacti〇ns 〇n c〇mputers 43.5(1994年5月,第560-568頁)所著之文章「最大與近 最大移位暫存器序列:有效事件計數器與容易分離對數」。 於此環境中,一關係建立於該序列與多項式之循環移 位之間:變更及/ 僅循環移位該序列,且各循環移位對應 至一多項式Λ 。該結果序列之性質之一係該序列具有 y -1之一期間,且於一期間中,透過一寬度(或長度 >,任 何部分僅存在於該序列中一次。此稱為該「視窗性質」。期 間y -1亦指該序列之長度,且η係該序列之順序。 上述過程僅為可用以建立具有該視窗性質之一序列之 13 200532533 各種方法其中之一。 陣列建構 可用以建立該影像(其中一部分可由該照相機擷取)之 陣列(或m陣列)係該一維序列或m序列之一擴充。讓^[為 期間之一陣列,也就是+ = +所2)=」(灸,0。當
一 π 1 X « 2視窗透過一期間j移位時,所有非零《 1 Χ « 2矩 陣透過Fq出現一次,且僅一次。此性質亦指各視窗係唯一 之一「視窗性質」。 一二進位陣列(或 m陣列)可藉由摺疊該序列加以建 構。一方法係獲得一序列,接著將其摺疊為m! X m2之一 大小,在此該陣列之長度係Z = m 1 X m 2 = 2w - 1。或者, 吾人可開始吾人想要覆蓋之空間之一預定大小(舉例來 說,一張紙,3 0張紙,或一電腦螢幕之大小),決定該區 域(m! ><所2),接著使用該大小以讓Z mi xm2,在此Z = 2Λ -卜 可使用各種不同摺疊技巧。舉例來說,第3 Α圖至第 3C圖顯示三種不同序列。各可摺疊至第3D圖中所示之陣 列中。該三種不同摺疊方法於第3D圖中重疊顯示,且於 第3E圖與第3F圖中顯示光柵路徑。我們調適第3D圖中 所示之摺疊方法。 為了建立第3D圖中所示之摺疊方法,吾人建立長度L 與順序η之一序列{%}。接下來,藉由讓該陣列之各位元如 等式1中所示計算,自該序列{〜}建立大小為⑺1 X m2之 一陣列队},在此 gcd(mi, m2) =1 且 i = 14 200532533 bkl-ai » ^ it k = imod(mx),l = imod(m2), i = L-l (1) 此摺疊方法或者可表示為將該序列橫放於該陣列之對 角線上,接著當到達一邊緣時,自該相對邊緣繼續。 第4 A圖顯示可用以編碼第3 D圖之陣列之樣本編碼技 巧。應了解可使用其他編碼技巧。舉例來說,另一編碼技 巧顯示於第1 1圖中。
參照第4A圖,一第一位元401(舉例來說,「1」).由一 行深色墨水代表。一第二位元 402 (舉例來說,「0」)由一 列深色墨水代表。應了解可使用任何顏色墨水代表各種位 元。該墨水顏色之選擇之為一需求係其提供與該媒體背景 之重大對比,以由一影像擷取系統加以區別。第 4A圖中 之位元由一 3 X 3矩陣單元代表。該矩陣之大小可修改為根 據一影像擷取系統之大小與解析度之任何大小。位元〇與 1之另一呈現方式顯示於第4C圖至第4E圖中。應了解第 4C圖至第4E圖之樣本編碼之一壹或一零之呈現方式可顛 倒而不會有影響。第 4C圖顯示位元呈現方式,佔用二列 或行於一交插配置中。第 4D圖以一虛線形式顯示列與行 中像素之另一配置。最後,第4E圖與一不規則空間格式 顯示列與行中之像素呈現方式(如二深色點後為一空白 點)。 參照回第4A圖,若一位元由一 3x3矩陣代表,且一 影像系統偵測一深色列與二白色列於該3x3區域中,接著 偵測到一零(或壹)。若偵測到一影像具有一深色行與二白 色行,則4貞測到一壹(或一零)。 15 200532533 在此,超過一像素或點用以代表一位元。使用單一像 素(或位元)代表一位元係不穩定的。灰塵、紙中的皺折、 非平面表面等等會建立讀取資料單元之單一位元呈現方式 之困難性。然而,應了解可使用不同方法以圖形化代表該 陣列於一表面上。某些方法顯示於第4C圖至第4E圖中。 應了解亦可使用其他方法。一方法參照第11圖中所述,僅 使用空間移位點。
一位元流用以建立第4B圖之圖形圖案403。圖形圖案 403包含12列與1 8行。該列與行由一位元流形成,其使 用位元呈現方式401與402轉換至一圖形呈現方式中。第 4B圖可被視為具有下列位元呈現方式。 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 解碼 當一人以第 2A圖之筆書寫,或移動該筆靠近該已編 碼圖案時,該照相機擷取一影像。舉例來說,當筆201按 壓紙,及筆2 01橫過該紙上之一文件時,筆2 0 1可利用一 壓力感測器。接著處理該影像,以針對該已編碼影像之完 整呈現方式,決定該已擷取影像之方位,並取出做成該已 擷取影像之位元。 對於該已擷取影像相對於整個已編碼區域之方位之決 定來說,吾人可能注意到並非第5 A圖至第5 D圖中所示之 所有四個假想角落皆可呈現於該圖形圖案 4 0 3中。事實 16 200532533 上,藉由該正確方位,第5 A圖中所示之角落型態無法存 在於該圖形圖案403中。因此,於第5A圖中所示之角落 型態中遺失之方位係正確方位。
繼續至第6圖,可分析由一照相機6 01擷取之影像, 並決定其方位,以可轉譯為該影像6 0 1實際代表之位置。 首先,接收影像60 1,已決定需要旋轉該影像之角度0,使 得該像素水平與垂直對準。應注意其他柵對準也可能.,包 含該基礎柵之一旋轉至一非水平與非垂直配置(舉例來 說,45度)。當使用者可能傾向注意水平與垂直圖案時, 使用一非水平與垂直配置可提供消除來自該使用者之視覺 分散之優勢。為了簡化的目的,該柵之方位(水平與垂直與 該基本柵之其他方位)統稱為該預定栅方位。 接下來,分析影像6 01,以決定何角落遺失。必須旋 轉影像601至準備用以解碼603之一影像之旋轉量ο顯示 為(9 = (0加上一旋轉量{由遺失之角落定義})。該旋轉量顯 示為第7圖中之等式。參照回第6圖,首先由該像素之佈 局決定角度0,以到達該像素之水平與垂直(或其他預定柵 方位)配置,且該影像旋轉如 6 02中所示。接著做出一分 析,決定該遺失角落,且該影像602旋轉至該影像603, 以設定該影像以供解碼。在此,該影像逆時針旋轉9 0度, 使得影像6 0 3具有該正確方位,且可用以解碼。 應了解該旋轉角度 0可於該影像 6 01旋轉前或後施 加,以解釋該遺失角落。亦應了解藉由考量該已擷取影像 中之雜訊,可能呈現所有四個型態之角落。我們可能數各 17 200532533 型態角落的數目,並選取遺失角落型態具有最少數目的型 態。
最後,讀出影像603中之碼,並關聯於用以建立影像 403之原始位元流。該關聯可以許多方式執行。舉例來說, 可由一遞迴方式執行,其中一已恢復位元流比較該原始位 元流中之所有其他位元流片段。其次,一統計分析可執行 於該已恢復位元流與該原始位元流之間,舉例來說,.藉由 使用該二位元流間之一漢明距離。應了解可使用各種方法 以決定該原始位元流中該已恢復位元流之位置。 一旦吾人已恢復位元,吾人需要放置該已擷取影像於 該原始陣列中(舉例來說,第4B圖中所示者)。決定整個陣 列中一位元片段之位置之過程由許多項目複雜化。首先, 欲擷取之實際位元可能被遮蔽(舉例來說,該照相機可能擷 取具有遮蔽該碼之文件内容之一影像)。第二,灰塵、皺折、 反射等等亦可能產生該已擷取影像中之錯誤。這些錯誤使 得該定位過程更困難。如此一來,該影像擷取系統可能需 要以自該影像擷取之不連續位元加以運作。下列代表用以 操作來自該影像之不連續位元之一方法。 讓該序列(或m序列)1對應至該羃級數/(χ)=1/Ρ„(χ),在 此《係該m序列之順序,且該已擷取影像含有I之尺位元 b=(6〇 6 62…,在此尺且該上標/代表該矩陣或向 量之一轉置。尺位元之位置s僅為I之循環位移數,使得 位移至該序列開頭。接著,此已位移序列R對應至該羃級 數xVP/x),或R = r(I),在此Γ係該循環位移運算子。我們 18 200532533 間接發現此P該多項式模數p㈨形成一欄。 / Ξ4+Γιχ + ·υΗηι〇(1(〇))。因此,我們可能發現 Χ 、Λ〇,产1,· 病接著解出。 保證,ϋ
11 = 4+/^(1) + -4^7^(1)°書寫於一二進位線性等式中 R = rA 變成:
在此 r = (r。n r2 …,且 a = (I 八1) 自0移位至(η-1)位移之循環位移I組成。 (2) 产时,其由 現在’僅稀疏夂 位元可用於R中,以解出r。讓R中之乂與6〇間之折射率差 為心,ζ· = 1,2,···,Α:-1,接著 R,ζ· = 1,2,.··,Λ: —1之第 1 與第(<+1)個元 件確實為办。,办1,...,心_1。藉由選擇八,/ = 1,2,...,灸一1之第1與 第(& +1)行,形成下列二進位線性等式:
b' =r'M (3)
在此Μ係A之一 πχ/ί:子矩陣。 若b無錯誤,r之解決方式可表示為: r/ =bM 1 (4) 在此Μ係Μ之任何非退化ηχ«子矩陣,而£係b之對應 子向量。 藉由已知 r,我們可使用由 Douglas W. Clark及 Lih-Jyh Weng 所著的 Pohlig-Hellman-Silver 演算法,於 IEEE Transactions on Computers 43.5(1994 年 5 月,第 560-568頁)之「最大與近最大位移暫存器序列:有效事件 計數器與容易分離對數」中,以找出 s ,使得? ξ 厂。+ γ + ·. · (X))。
19 200532533 當矩陣A(具有《乘上Z的大小,在此Z = - 1)可能 很大時,我們應避免儲存整個矩陣A。事實上,如我們已 經在上述過程中所見般,給定已擷取位元具有折射率差 勾,僅A之第一與第(勾+1)行與該計算相關聯。此欠之選擇 相當有限,給定該已擷取影像之大小。因此,僅可包含於 計算中之那些行需要儲存。此行之總數比Z小得多(在此 Z/= 271 - 1係該/w序列之長度)。
錯誤校正 若錯誤存在於b中,則r之解決方法變得更複雜。由 於關於該已擷取位元之矩陣 Μ可能自一已擷取影像變更 至另一已擷取影像,可能不快速應用具有錯誤校正之傳統 解碼方法。 我們調適一隨機方法。假設b中錯誤位元數义相較於 尺相當小,則自b之尺位元選擇該正確π位元與Μ之對應 子矩陣Μ非退化的可能性就很高。 當選擇之π位元皆正確時,與WM間之漢明距離,或 關於r之錯誤位元數應為最小,在此r經由等式(4)計算。 重複該過程數次,可能可識別出導致該最小錯誤位元之正 確r 〇 若僅有一 r相關於錯誤位元之最小數,則其視為正確 解決方法。否則,若有超過一 r相關於錯誤位元之最小數, %超出由Μ所產生之碼之錯誤校正能力的可能性很高,且 該解碼過程失敗。該系統接著可移至處理下一已擷取影 像。於另一實施方式中,關於該筆之先前位置之資訊可加 20 200532533 以考量。也就是說,對於各已擷取影像來說,可識別該筆 可接下來預期之一目的區域。舉例來說,若該使用者於該 照相機擷取之二影像間並未提起該筆,由該第二影像擷取 所決定之筆的位置不應離該第一位置太遠。接著可檢查關 於該最小錯誤位元數之各r,看看是否計算自r之位置s 滿足該區域限制,即是否該位置位於指定之目的區域中。 若該位置^滿足該區域限制,傳回該陣列中已擷取位元之 X、Y位置。若否,該解碼過程失敗。
第8圖描述可用以決定已擷取影像之一序列(或m序 列)之一過程。首先,於步驟8 0 1中,接收關於一已擷取影 像之一資料流。於步驟8 02中,對應列擷取自 A,且建構 一矩陣Μ。 於步驟803中,《獨立行向量隨機選擇自該矩陣Μ, 且向量r藉由解決等式(4)加以決定。此過程於步驟804中 執行2次(舉例來說,1 〇〇次)。迴圈次數之決定將在稍後 討論於迴圈次數計算一節中。 於步驟8 0 5中,根據錯誤位元之相關數目排序r。該 排序可使用業界中所知之各種排序演算法完成。舉例來 說,可使用一選擇排序演算法。當該數目2不大時,該選 擇排序演算法是很有利的。然而,若0變得很大,可使用 更有效處理大量項目之其他排序演算法(舉例來說,一合併 排序)。 該系統接著於步驟 806中決定是否錯誤校正執行成 功,藉由檢查是否多個r關於錯誤位元之最小數。若是, 21 200532533 一錯誤於步驟8 0 9中傳回,指出該解碼過程失敗。若否, 該序列(或m序列)中已擷取位元之位置s計算於步驟8 0 7 中,舉例來說,藉由使用Pohig-Hellman-Silver演算法。 接下來,該陣列中之(X,Y)位置計算為:x = smodmi 及少= 5ΐη〇(1^2,且該結果於步驟808中傳回。 位1決定
第9圖顯示用以決定一筆尖位置之一過程。該輸入係 由一照相機擷取之一影像,而該輸出可為該筆尖之一位置 座標。同時,該輸出可包含(或不包含)其他資訊,例如該 已擷取影像之一旋轉角度。 在步驟9 01中,自一照相機接收一影像。接下來,該 已接收影像可任選預先處理於步驟902中(如步驟902之虛 線輪廓所示),以調整該光與深色像素間之對比等等。 接下來,於步驟9 0 3中,分析該影像,以決定其中之 位元流。 接下來,於步驟9 0 4中,自該位元流隨機選擇η位元 多次,且決定該原始序列(或m序列)中已接收位元流之位 置。 最後,一旦該已擷取影像之位置決定於步驟904中, 可於步驟905中決定該筆尖之位置。 第10圖給予更詳細之903與904,並顯示擷取一已擷 取影像中位元流之方法。首先於步驟1 0 0 1中自該照相機接 收一影像。該影像接著可於步驟1〇〇2(如步驟1 002之虛線 輪廓所示)中任選經歷影像預先處理。該圖案於步驟 1 003 22 200532533 2取n可識別各種線上之像素,且可估計穿過該 像素之圖案方位(對應至該角度〇。 接下來,該已接收影像分析於步驟i 〇〇4 =挪線。若拇線於步驟10。5中找到,則於步驟1〇'二 自該圖案掏取出。該碼接著於步驟1〇〇7中被解碼,且 :央之位置決定於步驟100"。若無栅線於步驟1〇〇5 到’則一錯誤於步驟1 〇 〇 9中傳回。
增強解碼與錯誤校正演算法之輪廊 藉由第1 2圖中所示之本發明一實施例,給定來自一已 二取影像之已擷取位元12〇1(對應至一已擷取陣列)與該目 的區土 X 一 所陣列解碼與錯誤校正過程之一變化解碼該 〇 位置第1 2圖顯示此增強方式之過程1 2 〇 〇之一流 程圖。過程1200包含二組件1251與1 253。 • 庳碼一次。組件125 1包含三部分。 >隨機位元選取··隨機選擇一子組已擷取位元 1201(步驟 1203) >解碼該子組(步驟1 2 0 5) >決定具有區域限制之χ、γ位置(步驟U09) 议會/參麥位元選择:摩碑。組件1253包含四部份。 >智慧型位元選擇:選擇該已擷取位元之另一子組 (步驟1217) >解碼該子組(步驟1 21 9) >調整步驟1217與步驟1219之遞迴數(迴圈次 數)(步驟1221) 23 200532533 >決疋具有區域限制之X、Y位置(步驟1225) 本發明之實施例利用一分離策略選擇位元、調整該迴 圈遞迴次數、並根據一區域限制決定該X、γ位置(位置座 標)’其提供製過程12〇〇。藉由組件U51與1253,步驟 1205與1219(「解碼一次」)利用等式(4)計算r。 讓6為已擷碼位元,也就是指: b' =r Μ (5) _ b與6之間的差異為該錯誤位元相關於r。 第12圖顯示根據本發明實施例用以自一已擷取影像 解碼已掏取位元1201之過程12〇〇之一流程圖。過程12〇0 包含組件1 2 5 1與1 2 5 3。組件1 2 5 1獲得關於一已擷取影像 (對應至一已擷取陣列)之已擷取位元1201(包含尺位元)。 於步驟1 203中,《位元(在此„係該所陣列之順序)可隨機 選擇自已操取位元1201。於步驟1205中,過程1200解碼 一久’並計算r。於步驟12〇7中,過程12〇〇決定是否為b 偵測錯誤位元。若步驟1207決定沒有錯誤位元,該已擷取 • 陣列之位置之X、Y座標決定於步驟1 209中。藉由步驟 12 11 右X、Y座標滿足該區域限制,即該目的區域中之 .座標,過程120〇提供該X、Y座標(例如至另一過程或使 ^ 用者介面)於步驟1213中。否則,步驟1215提供一失敗指 示。 若步驟1207偵測到錯誤位元於b中,執行組件1 253 , 以解碼錯誤位元。步驟1217自已擷取位元12〇1選擇另一 組《位元(其至少一位元不同於步驟12〇3中選擇之w位 24 200532533 元)。步驟1 2 2 1與1 2 2 3決定必須用以解碼該已擷取位元之 遞迴數(迴圈次數)。步驟1 2 2 5藉由測試步驟1 2 1 9中獲得 之何座標滿足該區域限制,決定該已擷取陣列之位置。步 驟1 2 1 7 -1 2 2 5將詳加討論。 智慧型位元選擇 步驟1203自已擷取位元1201(具有尺位元)隨機選擇π 位元,並解出η。利用等式(5 ),可計算已解碼位元.。讓
在此 4係 6之第 k位元,孕=¾ 與耳=匕lAe/J,也就是指,A係已解碼 結果相同於該原始位元之位元,而瓦係已解碼結果不同於 該原始位元之位元,/l與L係這些位元之對應指數。應了 解當任何η位元選自51時,應獲得相同η。因此,若不小 心選擇下《個位元,可能該已選擇位元為一子組尽,因此 導致獲得相同之η。 為了避免此一情況,步驟1 2 1 7根據下列程序選擇下/2 個位元 自瓦1303選擇至少一位元,且自5丨1301與瓦 1 3 0 3隨機選擇剩餘位元,如第1 3圖中所示,對 應至位元配置1351。過程1200接著解出1*2,並 藉由計算找出 1 3 0 5、1 309 與艮 1307 、 1311 。 重複步驟1。當選則下n個位元時,對每個瓦.(i =1,2,3···,x-1,在此X係該目前迴圈數)來說, 至少有一位元選自瓦。當沒有此位元子組可被選 2. 200532533 擇時,或當該迴圈次數到達時,該遞迴終止。 迴圈次數計算 藉由該錯誤校正組件1 2 5 3,所需遞迴數(迴圈次數)於 各迴圈後調整。該迴圈次數由該預期錯誤率決定。並非所 有已選擇π位元皆正確之預期錯誤率;^係:
(CnK n Y -it —1 K-ne
在此//代表該迴圈次數,並由一常數初始化,尺係自 該已擷取陣列之已擷取位元數,代表過程 1200遞迴期 間發生之最小錯誤位元數,π係該m陣列之順序,而q係 w位元選自A:位元之組合數。 0.0067。結合 在該實施例中,我們想要;^小於 (6),我們有:
It; - min "/•-1,' 5 .+ 1
K (7) Κ
調整該迴圈次數可大大減少錯誤校正所需之過程 1 253之遞迴數。 以區域限制決定Χ、Υ位置 在步驟1 2 0 9與1 2 2 5中,該已解碼位置應位於該目的 區域中。該目的區域係該演算法之一輸入,且其可為各種 大小或位置,或簡單為整個m陣列,是不同應用而定。通 常,可由該應用預期。舉例來說,若決定先前位置,考量 該書寫速度,該目前筆尖之目的區域應靠近先前位置。然 26 200532533 而’若提起該筆,則下一位置可於任何地方 情況中’該目的區域應為整個所陣列。該正 由下列步驟決定: 於步驟1224中,過程1200選擇對應錯 以下之η : 1〇gic
It 1〇§Κ (Κ^η\ Λ ’10、 κ Jxl〇8'° Kir ^ 在此/纟係該實際迴圈數,而^代表由α 限制率: lr = destination area
L 在此i係該m陣列之長度。 步驟1 2 2 4以錯誤位元數之升冪順序 1225、1211及1212接著找出該對應 區域(destination area)中之第 一 ri。步驟 ι22 最後傳回該X、Y位置做為該結果(透過步馬 解碼程序失敗之一指示(透過步驟1215)。 用以決定一筆劃之路徑之架構(筆劃定位) 第15圖顯示根據本發明一實施例用以 取框格1 5 5 1之一序列夕 Ά 斤幻之一筆尖路徑之一方沒 中,處理一框格,使彳# h π仲文件内容,例如文字 陣圖案單元之其他八 區域分離。同時,正規化t 以補償非均一照明。於牛 ^於步驟1 503中,所陣列 框格(已擷取影像)中 見述陣圖案柱。於步4 。因此,在此 確X、Y位置 誤位元數小於 > (8) 下計算之區域 (9) 【序 η。步驟 ί立置於該目的 、1211 及 1212 1 2 1 3)’或該 良定來自已擷 。於步驟1 5 0 1 '自僅含有迷 影像(灰階), ϋ元擷取自一 1505中,若 27 200532533 已擷取位元數(如步驟1 順序,可…陣列解二中所決,於該…陣列之 該框格中央之x-y位置)。0以獲仵唯一位置座標(對應至 步驟1507分析數位文 、 文件1 5 5 3之内容閉人中之 以决疋该迷陣圖案由 例,數位文件155二八文件1 553之區域。(藉由該實施 陣圖案單元由文件1 5 53夕 座生之炷解。)右迷 内容閉合,步驟 擷取足夠的m陣列位元,、 驟05 了此.無法 乂決疋一框袼之χ_γ位詈拉 分析整個加上浮水印的女 Υ位置藉由 幻又件1 553,過程15〇〇可確 位置無法被唯一地決定之 Υ 件1553之區域。此分折可用 將加以討論之步驟1 5 〇 9中 ; 於步驟1 5 1 1中,甚傲
〜筆劃相關聯之任何框格之X-y 位置無法自m陣列解礁、、叔h J 、弋(對應至步驟1 5 〇 5 ),過程1 5 0 0 可能無法找出該框袼的位番 ^ 旧位薏。在此情況中,步驟1 5 09執行 全域定位,其中已擷取影僅 ^ 象可由迷陣圖案分析(步驟1503) 獲得之一仿射變換加以變幵彡 ^ ’且接者與文件影像1 5 5 3之一 區域配對’在此迷陣圖亲留 平圑茶平元之一實質量由該文件内容閉 合。一旦一框格配對已成 ’利用局部定位(如及將討論之 步驟1 5 1 7)找出整個筆書丨丨的^ 零剷的位置(對應至一連串框格)。 於步驟1517中,另力口余 力處理其x-y位置不於步驟i 505 中解碼或於步驟1 5 09中全κ ^ — τ王域疋位決定之框格。此框格之位 置應靠近其χ-y位置由m陣列解碼或全域定位決定之框格 之位置此t格之位:置藉由與該框格配對來決定,該相鄰 區域已I決疋x-y位置。亦獲得已擷取影像與文件影像間 28 200532533 之透視變換(如先前所討論者)。
自m陣列解碼(對應至步驟1 5 0 5 )與全域/區域定位(分 別為步驟1 5 09與1517)獲得之x-y位置代表已擷取影像中 央之位置(x-y位置)。(本發明一實施例可支援一、二或三 維。在該實施例中,支援二維,使得一位置對應至一 X - y 位置。)為了獲得該筆尖之x-y位置,該筆尖(如第2圖中 所示之筆尖202)與該相關照相機(如第2圖中所示之照相 機203)間之一關係可能需要校準。將討論步驟1 5 1 3支援 校準。 於步驟1515中,該筆尖之x-y位置藉由使用或得自區 域定位與校準參數之透視變換配對影像中央之X-y位置加 以決定。(決定一筆尖之一路徑1 5 5 5之一範例顯示於即將 討論之第26圖中。) 第1 6圖顯示根據本發明一實施例用以決定來自來自 已擷取影像(框格)之一序列之一筆尖路徑之一設備1 600。 於本發明之一實施例中,影像分段1 6 0 1執行步驟1 5 0 1, 迷陣圖案分析器1 603執行步驟1 503, m陣列解碼模組1605 執行步驟1 5 0 5,配對模組1 6 0 9執行步驟1 5 1 1、1 5 0 9、及 15 17,加上浮水印文件分析器1 607執行步驟1 5 07,校準 模組1 6 1 1執行步驟1 5 1 3,而映射模組1 6 1 3執行步驟1 5 1 5。 文件影像分析與校準可離線執行,或於線上影像擷取 與處理前分離。其他組件(如影像分段模組 1 6 0 1、迷陣圖 案分析器1 6 0 3、m陣列解碼模組1 6 0 5、配對模組1 6 0 9、 及映射模組 1 6 1 3 )可線上或離線執行。該組件之功能將在
29 200532533 下方詳細說明。 影像分段
已擷取影像可含有一文件之内容,例如文字或圖晝, 其最初於預先處理中存取。第1 7圖顯示根據本發明一實施 例一已擷取影像1 700之一範例。第1 8圖顯示根據本發明 一實施例包含一文字組件(包含文字字元 1801與 1803)之 一已擷取影像之一範例。若一影像含有一文字/圖區域.,該 文字/圖案區域自僅含有迷陣圖案或空白像素之其他區域 分離。 除此之外,正規化該已擷取影像(如已擷取影像 1 700 與1 800),以補償不統一照明。第1 9圖根據本發明一實施 例顯示對應至已擷取影像1 700(如第17圖中所示)之照明 之正規化之一已處理影像1 900。第20圖根據本發明一實 施例顯示對應至已擷取影像 1 8 0 0之照明之正規化之一已 處理影像2000。 迷陣圖案分析 迷陣圖案分析之工作係自一已擷取影像之可見迷陣圖 案柱(如第4A圖中所示之柱401與402)擷取m陣列位元。 第19圖根據本發明一實施例顯示已擷取影像1 700(如第17 圖中所示)之一迷陣圖案分析1900。位元1901(對應至一位 元值1902為「0」)與位元1903(對應至一位元值1904為 「1」)為該m陣列位元之二成員。該m陣列位元根據迷陣 圖案柵線規劃於該迷陣圖案中,如柵線1 905與1 907。第 20圖根據本發明一實施例顯示已擷取影像 1 800(如第18 30 200532533 圖中所示)之一迷陣圖案分析 2000。(注意文字字元 1801 與1803鄰近處中某些逑陣圖案單元之m陣列位元可於該 範例中決定。) 第19與第20圖顯示迷陣圖案單元與迷陣圖案柱之一 例示。先計算迷陣圖案柵線之參數(沿著各尺寸之量與旋 轉,即仿射變換),且接著決定嵌入該迷陣圖案之原始方向 (或象限)。接著,該m陣列位元資訊根據該柵線與柱方向 加以決定。
m陣列解碼 若步驟1 505(如第15圖中所示)中獲得之以擷取位元 數大於嵌入m陣列之順序,可藉由m陣列解碼獲得一唯一 x-y位置。 加上浮水印文件影像分析 迷陣圖案可能由該文件内容閉合,其意指可能沒有足 夠m陣列位元可被取出,用以自一已擷取影像解碼。藉由 分析整個加上浮水印文件影像,過程1 5 00或設備1 600可 決定於何區域中,該X - y位置可被被唯一地決定,且於何 區域中無法被唯一地決定。該分析結果用於全域定位中。 第2 1圖顯示根據本發明一實施例分析一文件影像1 5 5 3之 一結果2 1 0 0。在該實施例中,文件影像(如文件1 5 5 3 )上之 像素標示為四種型態之一。像素根據下列關聯加以標示: 型態I :僅含有迷陣圖案單元之3 2乘上3 2像素相鄰 視窗(考慮該像素為中心) 型態Π:含有60或更多迷陣圖案單元之32乘上32 31
200532533 相鄰視窗 型態III :含有36至60迷陣圖案單元之32 ; 像素相鄰視窗 型態IV :含有35或更少迷陣圖案單元之32 ; 相鄰視窗 於該實施例中,若一已擷取影像之中心位於型 型態II區域中,可以決定一已擷取影像之x-y位置 該中心位於一型態III區域中,則可能可以決定一 影像之x-y位置。於第21圖中,區域2101對應至 I像素區域,區域2103對應至一型態II像素區域 2 107對應至一型態III像素區域,而區域2105對應 態IV像素區域。(分析與標示整個文件,但僅一部 於第21圖中。) 於該實施例中,過程1 5 00可藉由執行一電子文 點陣圖,或藉由掃描一紙文件且接著重新樣本化該 陣圖至一適當解析度而獲得數位文件1 5 5 3。決定該 係根據下列考量而定:(1)由於該加上浮水印灰階文 將與一照相機擷取影像配對,以決定該已擷取影 置,該文件影像之解析度不應小於該以擷取影像 度;(2) —印刷迷陣圖案單元應映射至一整數值文件 素,使得該配對演算法可更有效運作。舉例來說, 相機之解析度係 0.1 5mm/像素,即於真實世界中 映射至一照相機像素,該印刷迷陣圖案單元 0.45mm*0.45mm,即一印刷迷陣圖案單元映射至該 取上32 乘上32 態I或 ,且若 已擷取 一型態 ,區域 至一型 分顯不 件至一 對應點 解析度 件影像 像之位 之解析 影像像 若該照 0.15mm 大小係 照相機 32 200532533 感測器上之3 * 3像素,該文件影像之解析度亦應被設定為 0.1 5 mm/像素,使得一印刷迷陣圖案單元將映射至該文件 影像中之一 3 * 3像素區域。 快速影像配對之全域定位
若一筆劃之已擷取影像之x-y位置無法自m陣列解碼 決定,應可預測所有影像之中央位於無法被唯一地決定 x-y位置之區域處。在此情況中,該已擷取影像由迷.陣圖 案分析獲得之仿射變換變形,且接著與x-y位置無法被唯 一地決定的文件影像區域配對。一旦一框格已成功配對, 該區域定位演算法用以定位整個筆劃。 藉由文件1553 (如第15圖中所示),一 32乘上32子 視窗中可見迷陣圖案單元數一般從10至1〇〇而異。該文件 中之像素由加上浮水印文件分析(第 1 5圖中所示之步驟 1 5 07)標示四種型態之一。一搜尋區域設定為型態III與型 態IV區域之集合。 第22圖顯示根據本發明一實施例一範例筆劃2201之 一全域定位之一結果。筆劃2 2 0 1上點2 2 0 3之X - y位置由 全域定位(對應至步驟 1 5 09)決定。放大一文件之部分 22 02,至已放大部分2204,以較佳顯示筆劃上之點2203。 (於該實施例中,筆劃2201上僅一點由全域定位決定,而 剩餘點由區域定位決定。) 藉由全域定位,一框格與該搜尋區域之選擇點處之文 件影像配對。該原始框格可由來自迷陣圖案分析(對應至第 15圖中所示之步驟 1 503)之大小與旋轉(仿射變換)加以變 33 200532533 形(變換)。一偏移於用以決定配對一框格中之選擇點可能 很有用。 於該實施例中,一框格之配對成功對應至該已掘取影 像與該文件影像間之最大交互關聯值。(該最大交互關聯值 於0至1之間而異。)該最大交互關聯值應足夠大於其他最 大交互關聯值與該臨界值,即大多少,可由離線訓練加以 決定。舉例來說,全域定位可能需要最高最大交互關聯值 與次高最大交互關聯值間之差異大於0 · 1。 快速影像配對之區域定位 對於x-y位置無法由m陣列解碼/全域定位解碼/決定 之那些框格來說,該位置應靠近決定位置之框格之位 置。接著,該對應位置藉由使該影像與已經決定X-y位置 之相鄰區域配對來決定。亦可獲得已擁取影像與文件衫像 間之透視變換。 第2 3圖顯示根據本發明一實施例一範例筆劃2 3 01之 一區域定位之一結果。筆劃2301上一子組點(如點23 a 與2 3 0 5 b)之定位位置藉由m陣列解碼加以決定,而剩餘點 (如點2 3 〇 3 a與2 3 0 3 b)之位置藉由區域定位加以決定。 於該實施例中’區域定位利用起始點與樞軸起始點。 起始點係由111陣列解碼(對應至第1 5圖中所示之步驟i 5 〇 5) 或由全域定位(對應至第15圖中所示之步驟1 509)成功定 其中一區域搜尋
位之框格位置。一框格序列切割至片段 一段一段執行。 於該實施例中’ 34 200532533 一筆尖之速度與加速度之移動限制而定。 下列程序描述區域定位之一實施例: 籲框格序列分段 (a) 選擇樞軸起始點 一筆劃中之第一與最後起始點係樞軸起始點。 對於二樞軸起始點ρ 1,ρ 2間之起始點來說,對 穿透P1,P2之線L有最大距離Dmax ’且.Dma> 大於一臨界值(一般設定為 0 · 5 )者係一樞軸起
(b) 精化於樞軸起始點之透視變換 藉由比較該照相機擷取影像與該文件影像獲得 更精確的透視變換。 (c) 由樞軸起始點切割該框格序列 每個片段始自一樞軸起始點或該筆劃之第一 點,且結束於一樞軸起始點或該筆劃之最後一 • 決定已完成分段 於下列情況時一片段宣告一已完成分段: (a) 此片段中有至少一起始點並非一樞軸起始點, 即無法為此片段找到更多樞軸起始點,或換句 話說,該片段非常類似一直線。在此情況中, 内插所有點,且該片段宣告已完成。 或 (b) 對於該片段中之每個點來說,該對應框格已處 35 200532533 理。 • 為未完成片段之一框格找到一搜尋區域 (a) 該片段之第一點係一起始點,且不需要被處 理。 (b) 對於該片段之第二點來說,該搜尋區域之中央 設定為第一點,且搜尋區域之大小由最大速度 限制。
(c) 對於該片段之其他點來說,可估計已經處理之 先前點之速度。該搜尋區域之中央可自先前點 之位置與速度加以計算,且搜尋區域之大小由 最大加速度加以限制。 • 與搜尋區域中之範本配對 此步驟根據假設於一小段時間内一筆之姿勢僅有一 點點變化,其指的是相鄰框格間之透視變換僅有一 點點差異。 (a) 由先前已處理框格之透視矩陣變形該框格。 (b) 藉由使該框格與具有該點為中央之文件影像配 對來決定該搜尋區域之各點之交互關聯。 (c) 具有最大交互關聯之點應為此框格之正確位 置。 • 為該點精化透視變換 藉由比較該照相機已擷取影像與該文件影像精化該 透視變換。 • 刪減該搜尋結果 36 200532533 數個因素可能導致獲得錯誤結果,例如不正確初始 透視變換參數與移動模糊。藉由速度與加速度之移 動限制,吾人可刪減該錯誤結果。 (a) 所有起始點不應被刪除。 (b) 自第一點走過整個筆劃至最後一點。若一點無 法滿足先前點之移動限制,則此點一定是錯 的,且應該被刪除。
(c) 自最後一點走過整個筆劃至第一點。若一點無 法滿足先前點之移動限制,則此點一定是錯 的,且應該被刪除。 (d) 於刪除後,保持於該筆劃中的點為正確點。該 已刪除點由自内插決定之點加以取代。 照相機筆尖校準 獲得自m陣列解碼與全域/區域定位獲得之X - y位置代 表已擷取影像中央之位置。為了獲得筆尖202之x-y位置, 筆尖202與照相機203中央間之關係必須被校準。由於墨 水儲存器可能很常變更,快速與精確校準是很重要的。 藉由以不同姿勢於該書寫表面上之一固定接觸點處接觸該 筆尖,擷取一些影像。藉由正確校準參數使用這些影像的 所有x-y位置應該映射至相同點(固定接觸點)的限制決定 該校準參數。 於該實施例中,下列程序用以校準一筆尖。該程序用 以估計該校準參數: a) 放置該實際筆尖於紙上之一固定位置 37 200532533 b) 保持該筆尖於該位置站立,並擷取一連串具 有不同筆姿勢之影像。 c) 對於各已擷取影像來說,該變換尽^ (其變換由照 相機擷取之影像中之位置座標至該紙上真實影像 中之位置座標)與( 之反向)由迷陣 圖案分析加以計算,m陣列解碼與使該已擷取影 像與該文件影像配對,接著:
pentip ~~ ^S->P ' ^virtual-pentip » ^ 一 1’2, ,N LVirtuai-pentiP = Fp_^s .(Lpentip + ALO,i = 1,2,···,N 在此#係該實驗中已擷取影像數,而M係放置於第/ 個框格中實際筆尖位置與上㈣办間之偏移。 d) 初始 4 匕 Z/為(0,0 ) ’ 在此 Ζ νι>ίί/α/-ρβ"φ 係 //νί•"⑽之 估計值。 e) 使用(C)中之第一等式’設定//咖⑽/卞响為Z/ W_/-pe/吻’ 以獲得,ί = 12,···,Ν。藉由平均r_p,係估 計為.
_ i=N
Lpentip ^pentip /=1 _ f) 使用(C)中之第二等式,設定為以獲得
Lvirtual-pentip ’ 丨— H ",N。轉由平约 Lvirtua卜pentip ’ Lvir(uaiientip 係 估計為:
__ i=N L virtual-pentip =七工 ^virtual-pentip /=1 g) 重複步驟e。於數次遞迴之後,中與將分 別收斂至實質較精確結果,其可稱為與 j accurate j pentip 38
200532533 最後,吾人獲得丄=^_作為該校準參數。 映射影像對筆尖之中央位置 筆尖202之x-y位置藉由使用自區域定位與校準參 獲得之透視變換映射影像中心之x-y位置加以決定。第 圖與第25圖例示一範例之筆尖校準結果。第26圖根據 發明一實施例顯示筆尖202之一已恢復筆劃2401。第 圖顯示第 2 4圖中所示關於該已恢復筆劃之一實際筆 250 1。第24圖中之筆劃2403顯示已擷取影像之中央之 置路徑。也就是說,若沒有校準,筆劃2501可能錯誤恢 (恢復為筆劃2403),然而藉由適當校準,筆劃250 1正 恢復(恢復為筆劃2401)。 熟知記憶人士應可了解具有含有用以控制該電腦系 之指令之一相關電腦可讀取媒體之一電腦系統可用以實 在此揭示之範例實施例。該電腦系統可包含至少一電腦 例如一微處理器、數位信號處理器、及相關周邊電子電SI 雖然本發明已使用所附申請專利範圍加以定義,這 申請專利範圍例示於本發明中用以包含在此描述之元件 步驟之任何組合或子組合。據此,有任何數量之其他組 用以定義本發明,其於各種組合或子組合中自該說明書 入一或多個元件,包含實施方式說明、申請專利範圍、 圖式。鑑於本說明書,應對熟知相關技術人士很明顯, 發明各方面之修改組合,獨立或結合在此定義之一或多 元件或步驟,可利用為本發明之修改或變更或本發明之 分。在此包含之本發明撰寫說明意欲涵蓋所有此類修改 數 2 4 本 25 劃 位 復 確 統 施 5 r ° 些 與 合 併 及 本 個 部 與 39 200532533 變更。 【圖式簡單說明】 本發明之前述發明說明,以及前述較佳實施例之實施 方式,當結合附圖閱讀較容易了解,其針對申請專利範圍 僅作為範例,並非加以限制。 第1圖顯示可用以結合本發明實施例之一電腦之一通 用說明。
第2A圖與第2B圖顯示根據本發明實施例之一影像擷 取系統與對應擷取影像。 第3 A圖至第3F圖顯示根據本發明實施例之眾多連續 與摺疊技巧。 第4A圖至第4E圖顯示根據本發明實施例之眾多編碼 系統。 第5A圖至第5D圖顯示根據第4A圖與第4B圖關於 該編碼系統之四種可能結果合成角落。 第6圖顯示根據本發明實施例之一已擷取影像部分之 旋轉。 第7圖顯示用以結合第4A圖至第4E圖之編碼系統之 眾多旋轉角度。 第8圖顯示根據本發明實施例用以決定一已擷取陣列 之位置之一過程。 第9圖顯示根據本發明實施例用以決定一已擷取影像 之位置之一方法。 40 200532533 像 第1 0圖顯示根據本發明實施例用以決定一已擷取影 之位置之另一方法。 第11圖顯示根據習知一文件中編碼空間之一呈現方 式。 第 1 2圖顯示根據本發明實施例用以解碼來自一已擷 取影像之已擷取位元之一流程圖。
第1 3圖顯示根據本發明實施例來自一已擷取影.像之 已擷取位元之位元選擇。 第1 4圖顯示根據本發明實施例用以解碼來自一已擷 取影像之已擷取位元之一設備。 第 1 5圖顯示根據本發明之一實施例用以決定來自一 連串已擷取框格之一筆尖路徑之一方法。 第1 6圖顯示根據本發明之一實施例用以決定來自一 連串已擷取框格之一筆尖路徑之一設備。 第 1 7圖顯示根據本發明之一實施例之一已擷取影像 之一範例。 第1 8圖顯示根據本發明之一實施例包含一文字組件 之一已擷取影像之一範例。 第1 9圖顯示根據本發明之一實施例之一已擷取影像 之一迷陣圖案分析。 第 2 0圖顯示根據本發明之一實施例包含一文字組件 之一已擷取影像之一迷陣圖案分析。 第 21圖顯示根據本發明之一實施例分析一文件影像 之一結果。 41 200532533 第22圖顯示根據本發明之一實施例為一範例筆劃之 一全域定位之一結果。 第2 3圖顯示根據本發明之一實施例為一範例筆劃之 一區域定位之一結果。 第24圖顯示根據本發明之一實施例之一筆尖之一已 恢復筆劃與一已擷取影像之對應中央之一路徑。
第25圖顯示第24圖中所示對應至該已恢復筆劃之一 實際筆劃。 【主要元件符號說明】 100 電 腦 130 系 統 匯 流 排 101 鍵 盤 140 ROM 102 滑 氣 150 RAM 106 序 列 埠 介面 160 BIOS 107 螢 幕 165 數 化 器 108 視 訊 配 接器 166 附 隨 筆 或 尖 筆 109 遠 端 電 腦 170 硬 碟 裝 置 110 處 理 單 元 180 磁 碟 裝 置 111 記 憶 體 190 可 移 除 磁 碟 112 區 域 網 路 191 光 碟 裝 置 113 廣 域 網 路 192 硬 碟 介 面 114 網 路 介 面 193 磁 碟 裝 置 介 面 115 數 據 機 194 光 學 裝 置 介 面 120 系 統 記 憶體 195 作 業 系 統 42 200532533 196 應用程式 197 其他程式模組 198 程式資料 201 筆 202 筆尖 203 照相機 204 影像 206 虛線方塊 207 物件平面 208 透鏡 209 影像平面 210 影像 211 影像擷取感測器 212 位置 401 棒 402 棒 403 圖形圖案 601 照相機 602 旋轉影像 603 影像 801 接收資料流 802 擷取行與建構矩陣 Μ 803 選擇已擷取位元之 η位元與來自矩陣 Μ之對應 η行向 量,並找到向量r 804 循環Q次 805 根據相關錯誤位元 數排序r 806 僅有一 r關於最.小 錯誤位元數? 807 計算已擷取碼之位 置s 808 將位置資訊表示為 X = s mod m 1 y = s mod m2 809 錯誤 901 來自照相機之影像 902 預先處理 903 分析已接收影像 904 決定影像中心之位 置 905 決定筆尖之位置 1001 來自照相機之影像 1 002 影像預先處理 1 003 擷取圖案 1004 分析已接收影像 43
200532533 (分佈與柵) 1 005 找到栅線? 1 006 自圖案擷取碼 1 0 0 7 解碼碼 1 008 決定筆尖之位置 1009 錯誤 1200 過程 1201 已擷取位元 1203 隨機位元選擇 1205 解碼一次 1207 有錯誤位元? 1209 決定X、Y位置 1211 X、Y位置滿足區 域限制嗎? 1212 循環次數==候選者 計數? 1215 失敗,傳回NULL 1217 智慧型位元選擇 1219 解碼一次 1221 調整循環次數It 1 223 循環次數=lt ? 1224 排序與選擇候選者 1 225 決定候選者之X、 Y位置 解碼一次 以智慧型位元選擇 解碼 Βχ Βλ Β2 β2 β2 位元配置 位元選擇模組 解碼模組 位置決定模組 輸入介面 輸入介面 過程 影像切割 迷陣圖案分析 m陣列解碼 加上浮水印的文件 分析 由快速影像配對全 域定位 ⑧ 44 200532533
1511 已解碼框 格 數 1613 映射模組 >0 ? 1655 路徑資訊 1513 照相機筆尖校準 1700 已擷取影像 1515 映射影像中 心 位 置 1800 已擷取影像 至筆尖 1801 文字字元 1517 由快速影像 配 對 區 1803 文字字元 域定位 1900 已處理影像 1551 原始影像串 1901 位元 1553 具有浮水印 資 訊 之 1902 位元值 數位文件 1903 位元 1555 筆尖之路徑 1904 位元值 1600 裝置 1905 柵線 1601 影像切割模組 1907 栅線 1603 迷陣圖案分析器 2000 迷陣圖案分析 1605 m陣列解碼模組 2100 結果 1607 加上浮水印 的 文件 2101 型態I 分析器 2103 型態II 1609 配對模組 2105 型態IV 1611 校準模組 2107 型態III 2201 範例筆劃 2303a 點 2202 部分 2303b 點 2203 點 2305a 點 2204 放大部分 2305b 點 230 1 範例筆劃 2401 已恢復筆劃 45 200532533 2403 筆劃 2501 筆劃
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Claims (1)

  1. 200532533 拾、申請專利範圍: 1. 一種用以決定一文件中一筆尖之一路徑之方法,該方 法包含: (A) 解碼關於一已擷取影像之已擷取位元,以決定該 已擷取影像之位置座標;
    (B) 為回應(A),若該已擷取影像之位置座標無法藉由 編碼加以決定,則使該已擷取影像與該文件之影 像資訊配對;及 (C) 映射來自該已擷取影像之位置座標之筆尖路徑至 該筆尖之位置座標。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中上述影像資 訊係選自加上浮水印之文件影像資訊或對應至該已擷 取影像之一已解碼位置之一相鄰區域之影像資訊。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法,更包含: (D) 分析一迷陣圖案,以擷取來自該已擷取影像之位 元,其中上述迷陣圖案對應至一 m陣列。 4. 如申請專利範圍第3項所述之方法,更包含: (E) 將來自該已擷取影像之一區隔組件之迷陣圖案分 段,其中上述區隔組件閉合該迷陣圖案。 5. 如申請專利範圍第4項所述之方法,其中(E)包含: (i) 正規化該已擷取影像,以補償非均一照明。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中(B)包含: (i) 使該已擷取影像與該文件之一影像之一區域配 d 47 200532533
    對,其中上述區域藉由分析該文件之影像或一相 鄰影像框格之一對應位置加以估計,且其中上述 對應位置係藉由 m陣列解碼或全域定位加以決 定0 7. 如申請專利範圍第6項所述之方法,其中(B)更包含: (ii)為回應(i),若無法決定該位置座標,則變形該已 擷取影像;及 (iii)使該已擷取影像與該文件之一區域配對,其中無 法由m陣列解碼唯一地決定一 X - y位置。 8. 如申請專利範圍第7項所述之方法,其中(B)更包含: (iv)為回應(iii),重複(i)。 9. 如申請專利範圍第7項所述之方法,更包含: (D)決定該文件之區域,其中上述區域係由該文件之 内容閉合,且其中上述文件係加上浮水印。 10. 如申請專利範圍第1項所述之方法,更包含: (D)校準該筆尖,以獲得一校準參數,其中(C)包含使 用該校準參數與獲得自區域定位之一透視變換。 1 1.如申請專利範圍第1 0項所述之方法,其中(D)包含: (i) 將該筆尖固定於該文件之一接觸點處; (ii) 變更一筆照相機中心之一位置;及 (iii) 映射該筆照相機中心之位置至該接觸點。 1 2.如申請專利範圍第1 0項所述之方法,其中上述校準參 數指示一虛擬筆尖位置。 48 200532533 1 3 .如申請專利範圍第1項所述之方法,其中(A)包含: (i) 獲得關於一已擷取陣列之已擷取位元; (ii) 處理該已擷取位元,以決定是否該已擷取位元包 含至少一錯誤位元,且若無偵測到錯誤位元,則 決定該位置座標;及
    (iii)若偵測到至少一錯誤位元,更處理該已擷取位 元,以決定來自該已擷取位元之一部分之位置座 標, 其中上述位置座標係與一區域限制一致。 14. 如申請專利範圍第13項所述之方法,其中(ii)包含: (1) 選擇來自該已擷取位元之一第一子組; (2) 解碼該第一子組;及 (3) 為回應(2),若未偵測到錯誤位元,則決定該已擷 取陣列之位置座標。 15. 如申請專利範圍第1 3項所述之方法,其中(i i i)包含: (1) 若偵測到一錯誤位元,自該已擷取位元選擇一不 同子組,其中該不同子組之至少一位元並非先前 正確解碼位元其中之一; (2) 解碼該不同子組之相關位元; (3) 為回應(2),決定是否應執行另一解碼疊代; (4) 若應執行另一解碼疊代,自該已擷取位元選擇另 一子組,其中其他子組之至少一位元係選自一組 各先前疊代之錯誤解碼位元,並重複(2);及 ⑧ 49 200532533 (5) 若不應執行另一解碼疊代,決定該已擷取陣列之 位置座標。 16. 如申請專利範圍第3項所述之方法,其中(D)包含: (i) 計算一圖案參數,該圖案參數為該迷陣圖案栅線 的特徵。 17. 如申請專利範圍第7項所述之方法,其中(ii)包含:
    (1) 藉由應用獲得自迷陣圖案分析之一仿射變換決定 一已擷取影像之大小與旋轉一已擷取影像;及 (2) 將該已擷取迷陣圖案對準一搜尋區域之一選擇 18. 如申請專利範圍第17項所述之方法,其中(ii)更包含: (3) 使該已變形框格與一文件影像配對,其中上述已 變形框格對應至一最大交互關聯值。 19. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中(C)包含: (i)利用一透視變換計算來自虛擬筆尖座標之筆尖位
    20.如申請專利範圍第9項所述之方法,其中(D)包含: (i) 獲得一文件影像,其中上述文件影像係加上浮水 印〇 21.如申請專利範圍第20項所述之方法,其中(D)更包含: (ii) 決定是否一像素之一相鄰視窗僅包含迷陣圖案單 元,其中上述文件影像係由複數子視窗代表;及 (iii) 若該子視窗不僅包含該迷陣圖案,微分可見迷陣 ⑧ 50 200532533 圖案單元之一量。 22.如申請專利範圍第21項所述之方法,其中(iii)包含: (1) 將該文件影像分割為具有與迷陣圖案單元實質相 同大小之複數區塊; (2) 若對應小區塊由文件内容閉合,計數具有一像素 做為該視窗中央之一相鄰視窗中之完全可見區塊 數;及
    (3) 以指示可見區塊數之一指示器標示該像素。 2 3. —種具有用以執行如申請專利範圍第1項所述之方法 之電腦可執行指令的電腦可讀取媒體。 24. 一種具有用以執行如申請專利範圍第3項所述之方法 之電腦可執行指令的電腦可讀取媒體。 25. 一種具有用以執行如申請專利範圍第6項所述之方法 之電腦可執行指令的電腦可讀取媒體。 26. 一種具有用以執行如申請專利範圍第9項所述之方法 之電腦可執行指令的電腦可讀取媒體。 2 7 · —種具有用以執行如申請專利範圍第1 0項所述之方 法之電腦可執行指令的電腦可讀取媒體。 28. —種決定一文件中一筆尖路徑之設備,包含: 一解碼模組,其解碼關於一已擷取影像之已擷取 位元; 一配對模組,若該已擷取影像之位置座標無法藉 由該編碼模組決定,該配對模組則使該已擷取影像與
    51
    200532533 該文件之影像資訊配對;及 一映射模組,其映射來自該已擷取影像之位置 標之筆尖路徑,並提供路徑資訊。 2 9.如申請專利範圍第28項所述之設備,更包含: 一校準模組,其決定來自一筆相對於該筆尖之 動資訊之一校準參數,其中上述映射模組利用結合 已擷取影像之位置座標之一變換與該校準參數,以 射該筆尖之路徑。 30.如申請專利範圍第2 8項所述之設備,更包含: 一加上浮水印的文件分析器,其決定一文件之 區域,並提供關於該區域之影像資訊,其中上述區 係由該文件之内容閉合,且其中上述文件係加上浮 印。 31. 如申請專利範圍第2 8項所述之裝置,更包含: 一迷陣圖案分析器,其擷取關於該已擷取影像 一迷陣圖案之已擷取位元,並提供該已擷取位元至 解碼模組。 32. 如申請專利範圍第3 1項所述之裝置,更包含: 一影像分段模組,分段來自該已擷取影像之一 隔組件之迷陣圖案,其中上述區隔組件包含閉合該 陣圖案之文件内容。 33. —種用以決定一文件中一筆之一筆尖路徑之方法, 方法包含: 座 移 該 映 域 水 之 該 區 迷 該 52 200532533 (A) 校準該筆尖,以獲得一校準參數; (B) 分析一加上浮水印文件影像,以決定無法藉由m 陣列解碼唯一地決定χ-y位置之區域; (C) 分段來自一已擷取影像之一區隔組件之一迷陣圖 案,其中上述區隔組件包含閉合該迷陣圖案之文 件内容;
    (D) 分析該迷陣圖案,以擷取來自一已擷取影像之迷 陣圖案之位元; (E) 為回應(D),決定變換影像位置座標至實際位置座 標之一變換,其中上述實際位置座標識別相對於 該文件之一筆尖位置; (F) 解碼關於該已擷取影像之已擷取位元; (G) 為回應(F),若無法決定該已擷取影像之影像位置 座標,使該已擷取影像與影像資訊配對,包含: (i) 變形該已擷取影像;及 (ii) 使該已變形影像與該文件之一區域配對,其 中無法藉由 m陣列解碼唯一地決定一對應 χ-y位置; (H) 決定關於一筆的筆劃之其他影像框格之影像位置 座標,其包含: (i) 使一對應已擷取影像與一先前已解碼影像之 影像位置座標之一相鄰區域配對;及 (ii) 重複(i),直到該筆的筆劃之所有影像框格已
    53 200532533 處理為 (I) 映射來自該 影像位置座 :及 換之筆尖路徑、該校準參數、及該
    54
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