CN102253769A - 手写输入校准器及其校准方法 - Google Patents

Abstract

手写输入校准器，包括接收盒、手写笔和设在手写笔下端的压力传感器与超声波发生器，接收盒内设左右端超声波接收器和CPU控制器，在手写笔的上端也设一超声波发生器，手写笔两端的超声波发生器同时产生的超声波信号经接收盒左右端的超声波信号接收器接收并输入给CPU控制器，经CPU控制器转换计算出手写笔尖位移的x、y坐标值。通过检测笔杆上下端超声波到达左、右超声波接收器的时间计算出笔尖在不同手写方式或习惯所产生的位置变化，通过CPU控制器检测和计算出的x、y坐标值，对位移差进行精确补偿。使手写笔在纸面上描写的线条或图形位置与计算机显示屏上显示的线条或图形完全相对应，消除电脑保存显示的笔迹与手写笔尖在纸面上的笔迹不一致或变异。

Description

手写输入校准器及其校准方法

 

技术领域

本发明涉及计算机手写输入法，特别是关于计算机手写输入校准器及其校准方法。

背景技术

随着计算机和网络技术的快速发展，以及电脑、手机和个人数字助理器（PDA）的迅速普及，对信息和数字的输入和存取都迫切需要简便、快速和准确的手写输入方法和设备，现有一种超声波式的手写输入设备，能够把手写轨迹转化成x、y坐标的数字量输入计算机，应用相应的操作软件和驱动程序，把所写的轨迹直接显示在计算机显示屏上，使用者可以手写记录，还可以编辑，或修改线条和图案，在实际使用过程中，人们逐渐发现随着使用者的书写习惯和握笔方式的差别，以及不同的书写方向，手写笔写在纸张上的线条或图形与计算机显示屏上显示出来的线条和图形不完全相同，往往大小比例不相对应，这种图形变异问题影响手写设备在修改或绘图的推广应用。产生这个问题的原因分析是，现有手写笔运动轨迹转化成x、y坐标时的x、y坐标值有误差，如图1所示，当手写笔P在板面写时是倾斜的，其笔尖是在P0点，在书写过程中，握笔的角度会随书写习惯发生不断偏移，如笔偏移到P'位置，笔尖变为P1点，即产生位移为△P=P1―P0或P1+P0，但A超声波发生器仍然在笔尖上方基本相同的位置，由于A、B超声波检测器检测到手写笔的位置仅是A超声波发生器的位置，而不是手写笔尖的位置，因而当手写笔尖位移△P时，A超声波发生器的位移值→0或等于0，这种误差值显示到计算机显示屏上时就产生图形变异，由于握笔书写因人而异，因此产生图形畸变形式不一，但解决办法是相同的，就是要准确地确定手写笔尖移动的x、y坐标值，以解决图形畸变问题。

发明内容

本发明是针对手写笔的不同书写方式和书写习惯，使手写笔移动的x、y坐标值能准确对应手写笔尖的移动位置，以使计算机显示出的图形与手写笔书写图形相对应。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：手写输入校准器，包括接收盒、手写笔和设在手写笔下端的压力传感器与超声波发生器，接收盒内设左右端超声波接收器和CPU控制器，其特征是在手写笔的上端也设一超声波发生器，手写笔两端的超声波发生器同时产生的超声波信号经接收盒左右端的超声波信号接收器接收并输入给CPU控制器，经CPU控制器转换计算出手写笔尖位移的x、y坐标值。

手写输入的校准方法，包括以下步骤：

a）、CPU控制器通过同步信号发生器控制A、B超声波使能触发A、B超声波发生器分时工作产生时间片，CPU控制器等待时间片到来；

b）、CPU控制器根据时间片的不同判断，当时间片是A超声波发生器的工作时间，从左、右超声波检测器得到的值为a、b并保存，当时间片是B超声波发生器的工作时间，从左、右超声波检测器得到值为a0、b0暂存；

c）、CPU控制器根据笔尖压力判断笔尖是否处于按压状态，若是进入判断a0、b0是否有效，若否数据不进行运算；

d）、CPU控制器判断a0、b0是否有效，若a0、b0有效，进行补偿运算得到手写笔尖坐标的x、y值，若否a0、b0无效，不进行补偿运算得到手写笔尖坐标x、y值。

本发明所述的手写笔输入校准器和校准方法，是在手写笔杆的上、下端分别设一超声波发生器，在接收盒左、右端各设一超声波检测器，通过检测笔杆上下端超声波到达左、右超声波接收器的时间计算出笔尖在不同手写方式或习惯所产生的位置变化，通过CPU控制器检测和计算出的x、y坐标值，对位移差进行精确补偿。从而使手写笔在纸面上描写的线条或图形位置与计算机显示屏上显示的线条或图形完全相对应，消除电脑保存显示的笔迹与手写笔尖在纸面上的笔迹不一致或变异。

附图说明

图1为现有手写笔超声波输入笔尖坐标位置示意图。

图2为本发明手写笔和接收盒结构示意图。

图3为本发明手写笔尖位置检测示意图。

图4为本发明手写笔输入超声波校准方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对实施例作详细描述。

参看图2所示，手写输入校准器包括CPU控制器24，接于CPU控制器24输入端的左超声波检测器25、右超声波检测器26和笔尖压力转换器23，CPU控制器24输出端连接同步信号产生器22，同步信号产生器22输出端连接A超声波发生使能20和B超声波发生使能21，B接口27连接A超声波发生使能20、B超声波发生使能21，以及连接笔尖压力转换器23。本实施例的A、B超声波使能20、21分别利用CPU控制器24内的两个定时器，A接口28连接CPU控制器24输出端，手写笔包括笔尖压力传感器32，分别设在笔杆上下端的A超声波发生器33和B超声波发生器34，以及可在纸张上留笔迹的普通笔芯。C接口31连接笔尖压力检测器32输出端和A超声波发生器33及B超声波发生器34的输入端，C接口27和B接口31有线连接。

接收盒具有发射和接收基准信号和超声波信号两种功能。接收到基准信号后马上开始计时，到超声波信号接收到结束计时。由此可以分别计算出A、B超声波发生器到左超声波接收器25和右超声波接收器26之间的距离。如图1以左超声波检测器与右超声波检测器的中点做y坐标轴，以左超声波检测器与右超声波检测器所在的直线做x坐标轴。得到一个x、y的平面。再以左超声波检测器为圆心，a为半径做圆a；以右超声波检测器为圆心，b为半径做圆b。已知左超声波检测器与右超声波检测器之间的距离为c。则左超声波检测器的坐标为（-c/2、0），右超声波检测器的坐标为（c/2、0）。设A超声波发生器的坐标为（x、y）。设分别得到数学方程式1、2：

    数学方程式1：a²=(x+c/2)²+y²

       数学方程式2：b²=(x-c/2)²+y²

通过这两个联立方程式即可得出A超声波发生器的坐标为（x、y）。

CPU控制器24是本发明中的控制部件，同步信号产生器22与笔尖压力转换器23都是CPU控制器24的外部接口，分别通过CPU控制器24的脉冲波调制功能和模数转换功能实现的。通过同步信号产生器22定时的产生一个脉冲波信号分时的送给A超声波发生使能20和B超声波发生使能21，通过B接口27连接到手写笔的输入端分别与A超声波发生器33和B超声波发生器34相连。由于B超声波发生器34是安装于笔顶端起到补偿的作用。通过CPU控制器24实现A超声波发生使能20发送9次，B超声波发生使能21发送1次。因此CPU控制器可以分别得到A超声波发生器33和B超声波发生器34距离左超声波检测器25和右超声波检测器26的距离。

如图3所示，A超声波发生器33到左超声波接收器25和到右超声波接收器26的距离分别是a、b。B超声波信号发生器34到左超声波接收器25和右超声波接收器26的距离分别为a0、b0。

    由于a0、a1、L所形成的三角形和a0、a、d所形成的三角形在同一个平面里。根据三角形余弦定理可得数学方程式3、4。

    数学方程式3：a²=a0²+d²-2*a0*d*cosα

    数学方程式4：a1²=a0²+l²-2*a0*l*cosα

    数学方程式3中，a是A超声波信号发生器33到左超声波接收器25的距离，a0是B超声波信号发生器34到左超声波接收器25的距离，d是A超声波信号发生器与B超声波信号发生器之间的距离，由此可得出数学方程式2关于cosα的解。

    数学方程式4中，a0是B超声波信号发生器34到左超声波接收装置25的距离，L是B超声波信号发生器34到笔尖的距离，a1是笔尖到左超声波信号检测器25的距离。

    将cosα的解代入数学方程式3中，即可得出a1的值。

    由于b0、b1、L所形成的三角形和b0、b、d所形成的三角形在同一个平面里。根据三角形余弦定理可得数学方程式5、6。

    数学方程式5：b²=b0²+d²-2*b0*d*cosβ

    数学方程式6：b1²=b0²+l²-2*b0*l*cosβ

    数学方程式5中，b是A超声波信号发生器33到右超声波接收器26的距离，b0是B超声波信号发生器34到右超声波接收器26的距离，d是A超声波信号发生器33与B超声波信号发生器34之间的距离，由此可得出数学方程式4关于cosβ的解。

    数学方程式6中，b1是笔尖到右超声波接收器26的距离，L是B超声波信号发生器34到笔尖的距离，b0是笔顶端到右超声波信号接收器26的距离。

    将cosβ的解代入数学方程式5中，即可得出b1的值。

    将a1代入数学方程式1中的a、b1代入数学方程式1中的b，即可得出笔尖在a1、b1、c所形成的平面中的（x、y）坐标。

如图4，表示的是本发明CPU控制程序核心部分的流程图：

步骤1：CPU控制器通过同步信号发生器控制A、B超声波使能触发A、B超声波发生器分时的工作，CPU控制程序等待时间片到来；

步骤2：配置硬件和软件的初始化信息，进行初始化工作；

步骤3：根据全局计数变量判断当前处于A超声波发生器33的工作时间片还是B超声波发生器34的工作时间片，如果是处于A超声波发生器33的工作时间片则进入步骤6，如果是处于B超声波发生器34的工作时间片则进入步骤4；

步骤4：这次结果是由B超声波发生器34发送得到的，得到的是参考值a0、b0，暂存下来；

步骤5：这次的数据不进行运算，结束当前时间片的工作；

步骤6：这次结果是A超声波发生器33发送得到的，得到的值是a、b；

步骤7：判断笔尖压力值是否处于按下状态，如果当前笔尖未处于按下状态，则进入步骤8，如果当前笔尖处于按下状态，则进入步骤9；

步骤8：当前笔尖未处于按下状态，得到数据无用，结束当前时间片的工作；

步骤9：判断当前参考值a0、b0是否有效，如果是有效的值，则进入步骤11，否则进入步骤10；

步骤10：当前时间片里，可能由于笔杆上端的B超声波发生器34超出位置了，没有成功得到a0、b0。则通过公式1、2的算法得到坐标x、y；

步骤11：当前循环周期里，成功得到笔杆上端的B超声波发生器34的位置a0、b0，则通过CPU控制器计算得出笔尖在a1、b1的值，进而得到笔尖的（x、y）坐标。

Claims (4)

1.一种手写输入校准器，包括接收盒、手写笔和设在手写笔下端的压力传感器与超声波发生器，接收盒内设左右端超声波接收器和CPU控制器，其特征是在手写笔的上端也设一超声波发生器，手写笔两端的超声波发生器同时产生的超声波信号经接收盒左右端的超声波信号接收器接收并输入给CPU控制器，经CPU控制器转换计算出手写笔尖位移的x、y坐标值。

2.根据权利要求1所述的手写输入校准器，其特征在于所述手写笔的笔杆的上、下端分别设A超声波发生器和B超声波发生器。

3.根据权利要求1所述的手写输入校准器，其特征在于所述手写笔内还包括笔尖压力传感器以及可在纸张上留存笔迹的普通笔芯。

4.根据权利要求1所述的手写输入校正器的校准方法，其特征包括以下步骤：

a）、CPU控制器通过同步信号发生器控制A、B超声波使能触发A、B超声波发生器分时工作产生时间片，CPU控制器等待时间片到来；

b）、CPU控制器根据时间片的不同判断，当时间片是A超声波发生器的工作时间，从左、右超声波检测器得到的值为a、b并保存，当时间片是B超声波发生器的工作时间，从左、右超声波检测器得到值为a0、b0暂存；

c）、CPU控制器根据笔尖压力判断笔尖是否处于按压状态，若是进入判断a0、b0是否有效，若否数据不进行运算；

d）、CPU控制器判断a0、b0是否有效，若a0、b0有效，进行补偿运算得到手写笔尖坐标的x、y值，若否a0、b0无效，不进行补偿运算得到手写笔尖坐标x、y值。

Images