[发明专利]自动录入书写内容的自然交互笔及笔迹检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机手写输入设备，尤其是一种自动录入书写内容的自然交互笔及笔迹检测方法。

背景技术

笔式输入技术因符合人的书写操作习惯而受到了广泛的重视，目前市面上出现了许多笔式输入设备，但大都仅限于在厂商配备的手写板上进行手写输入，在手写板上每个点产生的笔画都需反映到电脑中，这种方式为绝对数据反映，若脱离手写板则完全无法工作，同时由于手写板体积的限制，限定了手写笔的移动区域，使用过程中缺乏灵活性。

也有人从改变鼠标的基本形状入手，将现有鼠标进行改进，使其具有笔状外形，以便书写操作，其基本原理有两种：一是基于压力传感器的，另一种是基于光电信号的。在专利号为ZL02262564.X的实用新型专利中公开了一种鼠标笔，该专利将书写平面内X轴和Y轴压力，转化为控制光标的信号，但是作为一种文字书写或者绘图工具，该技术方案控制光标的精度较差，分辨率不足。在中国发明专利CN101308413A中公开了一种多功能笔式鼠标，该笔式鼠标将传统光电鼠标的激光发射装置和接受感应器移至笔头部位，使鼠标拥有笔状外形，方便手写操作，但笔头部位的激光发射装置和接受感应器增加了笔头的体积，影响了操作的灵活性，同时由于光电鼠标需要贴近书写表面才能工作，因此当用户抬笔时，笔式鼠标将无法检测笔杆的非笔画移动，造成文字无法完整输入，如写“+”将形成如的符号。

鉴于以上原因，还未见功能完善的同类产品在市场上广泛流行，许多技术方案还有待于进一步完善。

发明内容

为克服现有技术缺乏灵活性、分辨率不足或者无法完整输入的不足，本发明提出了一种自动录入书写内容的自然交互笔及笔迹检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括笔体和计算机主机接收端；笔体中包括转动传感器件、加速度传感器件、温度传感器、滤波模块、模数转换模块、微处理器I和数据无线通讯模块I。转动传感器件测量书写运动过程中人手及手臂的运动角速度信息，加速度传感器件测量书写运动过程中人手及手臂的运动的加速度信息，两种传感器输出电压信号经滤波模块低通滤波后，送往模数转换模块进行模数转换，转换得到的数字信号送往微处理器I。温度传感器测量当时环境温度后输出信号至模数转换模块进行模数转换，转换后的数字信号送往微处理器I，用于对转动传感器件和加速度传感器件输出信号进行温漂补偿。微处理器I输出的信号通过数据无线通讯模块I发送。所述的计算机主机接收端包括微处理器II、无线通信模块II和USB接口；数据无线通讯模块II和数据无线通讯模块I构成一对双工无线通讯电路，接收数据无线通讯模块I发送的信号后通过微处理器II处理，由USB接口传送给计算机主机。

所述的转动传感器件采用三轴陀螺仪，并且三轴陀螺仪的三个敏感轴方向分别与笔杆惯性坐标系X、Y、Z轴相平行。

所述的加速度传感器件包括两个三轴加速度计，并且两个三轴加速度计分别安装于笔杆两端，两个三轴加速度计的三个敏感轴方向均分别与笔杆惯性坐标系X、Y、Z轴相平行。

所述的微处理器I连接存储器，用于在交互笔脱离计算机独立工作时将交互笔录入的书写笔迹信息暂存于交互笔中，当交互笔和计算机相连接时，存储器中数据经微处理器I，通过数据无线通讯模块I发送给计算机。

所述的笔体还包括电池、电路板、隔板、力传感器、笔芯座、笔壳、存储键、功能键、书写启动键和书写笔芯；在笔壳内中部安装有笔芯座套，笔芯座位于笔芯座套内，力传感器位于笔芯座套内的另一端；在笔芯座套上有隔板；书写笔芯装入笔壳内，通过笔芯座与力传感器相连接，力传感器输出电压信号与电路板上的模数转换模块相连接，经转换成数字信号后送往电路板上的微处理器I。电路板和电池位于笔壳的底部；在笔壳内有线路腔；在与线路腔对应的笔壳的壳体上，沿笔壳的轴线方向依次分布有存储键、功能键和书写启动键；存储键、功能键和书写启动键通过导线，经线路腔与电路板上的微处理器I相连接。

本发明还提出了一种上述自然交互笔录入笔迹的检测方法，包括以下步骤：

步骤一，基于人自然书写运动特点的运动特征量检测；根据人自然书写运动的特点，将手的书写过程分解成笔杆跟随手腕转动和手指弯曲以及手臂平动的运动过程，将书写中笔杆的运动分解成为笔杆在X轴向和Y轴向的转动、笔杆在书写平面内的转动以及笔杆在X和Y轴向的平动三种运动模式，并分别测量笔尖与书写平面的压力信息、笔杆沿自身惯性坐标系三轴向的转动角速度、笔杆头部和尾部两个部位运动的三轴加速度，以及环境温度信息；