CN104331153B - 一种基于温度触觉的数字符号手写输入方法及装置 - Google Patents

一种基于温度触觉的数字符号手写输入方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于温度触觉的数字符号手写输入方法及装置，其中，方法的步骤为：参数初始化、数据读取、获取温度上升最大值、判断指尖触碰、获取移动时温度上升最大值、指尖移动判断以及数字符号识别；装置包括控制器以及与控制器相连的温度传感阵列和存储器，控制器包括初始化模块、数据读取模块、温度最大值获取模块、指尖触碰判断模块、移动获取模块、指尖移动判断模块和数字识别模块。该基于温度触觉的手写输入方法及装置无需任何特殊的笔与数字转换器进行交互，即使在屏幕潮湿时也能正常工作，为传统人机交互界面提供了更具吸引力的替代品。

Description

一种基于温度触觉的数字符号手写输入方法及装置
技术领域
本发明涉及一种手写输入方法及装置，尤其是一种基于温度触觉的手写输入方法及装置。
背景技术
随着科学技术的快速发展，电子产品的手写输入设备日趋多元化。很多基于传感器的手写输入设备已经发展起来，如肌电传感器、视觉传感器、惯性测量装置、倾斜加速度传感器、光轴角传感器、电容式传感器、电阻式传感器和书写力传感器等等。笔式电脑技术已经取代传统人机交互界面并成功应用于笔记本电脑。目前较为常见的触摸屏为电阻屏和电容屏，通常电阻屏对不同触点引起的电阻变化比较敏感，但是需要特殊的笔与数字转换器进行交互，而且这种笔有遗失的风险。以多触点手指输入的电容式触摸屏因其无需任何像手写笔这类介质设备就能直接在屏幕上输入，所以更加方便。电容式触摸屏对手指的分散电容比较敏感，但当屏幕潮湿时会无法正常工作，因此需要更多采用不同在线识别检测方式的手写输入设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的电阻屏需要特殊的笔与数字转换器进行交互，电容式触摸屏在屏幕潮湿时会无法正常工作。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于温度触觉的数字符号手写输入方法，包括如下步骤：
步骤1，参数初始化，设定最高触发阈值THu以及最低触发阈值THl；
步骤2，数据读取，定时读取温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将前一时刻采集的温度值作为历史温度值进行存储；
步骤3，获取温度上升最大值，读取下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值进行存储，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，i和j分别为各个温度采集点的行列值，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；
步骤4，判断指尖触碰，将温度上升最大值△TFmax与设定的最高触发阈值THu进行比较，若温度上升最大值△TFmax小于最高触发阈值THu，则将各个温度采集点的当前温度值作为相应采集点的历史温度值，并返回步骤3，若温度上升最大值△TFmax大于等于最高触发阈值THu，则将各个温度采集点的当前温度值作为相应采集点的历史温度值，并将温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为起始坐标；
步骤5，获取移动时温度上升最大值，读取再下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值进行存储，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；
步骤6，指尖移动判断，将温度上升最大值△TFmax与设定的最低触发阈值THl进行比较，若温度上升最大值△TFmax大于最低触发阈值THl，则将该时刻温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为移动坐标，并返回步骤5，若温度上升最大值△TFmax小于等于最低触发阈值THl，则判定指尖已离开，并进入步骤7；
步骤7，数字符号识别，读取起始坐标和所有移动坐标，再按照时间先后顺序将各个坐标有序链接成图形符号，再将所得到的图形符号与现有的数字符号进行匹配，获得手写输入结果，并在匹配完成后返回步骤2。
采用将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，能够获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，从而根据温度上升值△TFij判断指尖是否接触到温度传感阵列，实现基于指尖温度的触碰信号采集；采用将温度上升最大值△TFmax与设定的最高触发阈值THu进行比较，能够有效提高温度触觉的采集精度，防止外部温度干扰造成误判，同时也可以通过调节最高触发阈值THu来调节灵敏度，更加能够满足实际使用需求；采用连续周期性采集各个温度采集点的当前温度值，并将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行周期性比较，能够实现高温点的追踪，以此间接实现指尖移动路径的追踪，从而即使在没有特殊的笔与数字转换器或潮湿的情况下也能实现指尖移动路径的追踪，完成手写输入；采用将温度上升最大值△TFmax与最低触发阈值THl进行比较，能够有效判断指尖是否离开温度传感阵列，从而进入数字符号识别，避免数字符号识别混乱。
作为本发明的进一步限定方案，步骤2中，读取温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值的定时周期为0.05～0.25秒。采用0.05～0.25秒的定时读取周期，即使指尖短暂停留，也可以维持较快的升温过程，即△TFmax较大，只要设定合适的最低触发阈值THl，便可以避免指尖短暂停留造成的误判。
本发明还提供了一种基于温度触觉的手写输入装置，包括控制器以及与控制器相连的温度传感阵列和存储器，控制器包括初始化模块、数据读取模块、温度最大值获取模块、指尖触碰判断模块、移动获取模块、指尖移动判断模块和数字识别模块；
初始化模块，用于设定最高触发阈值THu以及最低触发阈值THl；
数据读取模块，用于定时读取温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将前一时刻采集的温度值作为历史温度值存储至存储器中；
温度最大值获取模块，用于读取下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值存储至存储器中，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，i和j分别为各个温度采集点的行列值，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；
指尖触碰判断模块，用于将温度上升最大值△TFmax与设定的最高触发阈值THu进行比较，若温度上升最大值△TFmax小于最高触发阈值THu，则将各个温度采集点的当前温度值作为相应采集点的历史温度值，并再次启动温度最大值获取模块，若温度上升最大值△TFmax大于等于最高触发阈值THu，则将各个温度采集点的当前温度值作为相应采集点的历史温度值，并将温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为起始坐标；
移动获取模块，用于读取再下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值存储至存储器中，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；
指尖移动判断模块，用于将温度上升最大值△TFmax与设定的最低触发阈值THl进行比较，若温度上升最大值△TFmax大于最低触发阈值THl，则将该时刻温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为移动坐标，并再次启动移动获取模块，若温度上升最大值△TFmax小于等于最低触发阈值THl，则判定指尖已离开，并启动数字识别模块；
数字识别模块，用于读取起始坐标和所有移动坐标，再按照时间先后顺序将各个坐标有序链接成图形符号，再将所得到的图形符号与现有的数字符号进行匹配，获得手写输入结果，并在匹配完成后再次启动数据读取模块。
作为本发明的进一步限定方案，温度传感阵列由一组8×16的热敏电阻传感器阵列式排列组成，横向和纵向相邻两个热敏电阻传感器间的距离均为5mm，温度传感阵列的大小为82mm×42mm。采用热敏电阻传感器组成8×16的温度传感阵列，完全能够满足数字字符的识别需求。
本发明的有益效果在于：(1)采用将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，能够获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，从而根据温度上升值△TFij判断指尖是否接触到温度传感阵列，实现基于指尖温度的触碰信号采集；(2)采用将温度上升最大值△TFmax与设定的最高触发阈值THu进行比较，能够有效提高温度触觉的采集精度，防止外部温度干扰造成误判，同时也可以通过调节最高触发阈值THu来调节灵敏度，更加能够满足实际使用需求；(3)采用连续周期性采集各个温度采集点的当前温度值，并将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行周期性比较，能够实现高温点的追踪，以此间接实现指尖移动路径的追踪，从而完成手写输入；(4)采用将温度上升最大值△TFmax与最低触发阈值THl进行比较，能够有效判断指尖是否离开温度传感阵列，从而进入数字符号识别，避免数字符号识别混乱；(5)本发明即使在没有特殊的笔与数字转换器或潮湿的情况下也能实现指尖移动路径的追踪，为传统的人机交互提供了更具吸引力的替代品。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的基于温度触觉的数字符号手写输入方法，包括如下步骤：
步骤1，参数初始化，设定最高触发阈值THu以及最低触发阈值THl；
步骤2，数据读取，定时读取温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将前一时刻采集的温度值作为历史温度值进行存储，其中，定时读取温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值的周期在具体实施时可以设置为0.15秒；
步骤3，获取温度上升最大值，读取下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值进行存储，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，i和j分别为各个温度采集点的行列值，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；
步骤4，判断指尖触碰，将温度上升最大值△TFmax与设定的最高触发阈值THu进行比较，若温度上升最大值△TFmax小于最高触发阈值THu，则将各个温度采集点的当前温度值作为相应采集点的历史温度值，并返回步骤3，若温度上升最大值△TFmax大于等于最高触发阈值THu，则将各个温度采集点的当前温度值作为相应采集点的历史温度值，并将温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为起始坐标；
步骤5，获取移动时温度上升最大值，读取再下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值进行存储，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；
步骤6，指尖移动判断，将温度上升最大值△TFmax与设定的最低触发阈值THl进行比较，若温度上升最大值△TFmax大于最低触发阈值THl，则将该时刻温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为移动坐标，并返回步骤5，若温度上升最大值△TFmax小于等于最低触发阈值THl，则判定指尖已离开，并进入步骤7；
步骤7，数字符号识别，读取起始坐标和所有移动坐标，再按照时间先后顺序将各个坐标有序链接成图形符号，再将所得到的图形符号与现有的数字符号进行匹配，获得手写输入结果，并在匹配完成后返回步骤2。
如图2所示，本发明的基于温度触觉的数字符号手写输入装置，包括控制器以及与控制器相连的温度传感阵列和存储器，其中，温度传感阵列由一组8×16的热敏电阻传感器阵列式排列组成，横向和纵向相邻两个热敏电阻传感器间的距离均为5mm，温度传感阵列的大小为82mm×42mm，控制器包括初始化模块、数据读取模块、温度最大值获取模块、指尖触碰判断模块、移动获取模块、指尖移动判断模块和数字识别模块；
初始化模块，用于设定最高触发阈值THu以及最低触发阈值THl；
数据读取模块，用于定时读取温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将前一时刻采集的温度值作为历史温度值存储至存储器中；
温度最大值获取模块，用于读取下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值存储至存储器中，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；
指尖触碰判断模块，用于将温度上升最大值△TFmax与设定的最高触发阈值THu进行比较，若温度上升最大值△TFmax小于最高触发阈值THu，则将各个温度采集点的当前温度值作为相应采集点的历史温度值，并再次启动温度最大值获取模块，若温度上升最大值△TFmax大于等于最高触发阈值THu，则将各个温度采集点的当前温度值作为相应采集点的历史温度值，并将温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为起始坐标；
移动获取模块，用于读取再下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值存储至存储器中，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，i和j分别为各个温度采集点的行列值，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；
指尖移动判断模块，用于将温度上升最大值△TFmax与设定的最低触发阈值THl进行比较，若温度上升最大值△TFmax大于最低触发阈值THl，则将该时刻温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为移动坐标，并再次启动移动获取模块，若温度上升最大值△TFmax小于等于最低触发阈值THl，则判定指尖已离开，并启动数字识别模块；
数字识别模块，用于读取起始坐标和所有移动坐标，再按照时间先后顺序将各个坐标有序链接成图形符号，再将所得到的图形符号与现有的数字符号进行匹配，获得手写输入结果，并在匹配完成后再次启动数据读取模块。
本发明的基于温度触觉的数字符号手写输入装置在工作时，首先由初始化模块设定最高触发阈值THu以及最低触发阈值THl；再由数据读取模块定时读取温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将前一时刻采集的温度值作为历史温度值存储至存储器中；然后再由温度最大值获取模块读取下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值存储至存储器中，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；然后再由指尖触碰判断模块将温度上升最大值△TFmax与设定的最高触发阈值THu进行比较，若温度上升最大值△TFmax小于最高触发阈值THu，则将当前温度值作为历史温度值，并再次启动温度最大值获取模块，若温度上升最大值△TFmax大于等于最高触发阈值THu，则将当前温度值作为历史温度值，并将温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为起始坐标；然后再由移动获取模块读取再下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值存储至存储器中，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；然后再由指尖移动判断模块将温度上升最大值△TFmax与设定的最低触发阈值THl进行比较，若温度上升最大值△TFmax大于最低触发阈值THl，则将该时刻温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为移动坐标，并再次启动移动获取模块，若温度上升最大值△TFmax小于等于最低触发阈值THl，则判定指尖已离开，并启动数字识别模块；最后由数字识别模块读取起始坐标和所有移动坐标，再按照时间先后顺序将各个坐标有序链接成图形符号，再将所得到的图形符号与现有的数字符号进行匹配，获得手写输入结果，并在匹配完成后再次启动数据读取模块。

Claims (4)

1.一种基于温度触觉的数字符号手写输入方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，参数初始化，设定最高触发阈值THu以及最低触发阈值THl；
步骤2，数据读取，定时读取温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将前一时刻采集的温度值作为历史温度值进行存储；
步骤3，获取温度上升最大值，读取下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值进行存储，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，i和j分别为各个温度采集点的行列值，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；
步骤4，判断指尖触碰，将温度上升最大值△TFmax与设定的最高触发阈值THu进行比较，若温度上升最大值△TFmax小于最高触发阈值THu，则将各个温度采集点的当前温度值作为相应采集点的历史温度值，并返回步骤3，若温度上升最大值△TFmax大于等于最高触发阈值THu，则将各个温度采集点的当前温度值作为相应采集点的历史温度值，并将温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为起始坐标；
步骤5，获取移动时温度上升最大值，读取再下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值进行存储，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；
步骤6，指尖移动判断，将温度上升最大值△TFmax与设定的最低触发阈值THl进行比较，若温度上升最大值△TFmax大于最低触发阈值THl，则将该时刻温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为移动坐标，并返回步骤5，若温度上升最大值△TFmax小于等于最低触发阈值THl，则判定指尖已离开，并进入步骤7；
步骤7，数字符号识别，读取起始坐标和所有移动坐标，再按照时间先后顺序将各个坐标有序连接成图形符号，再将所得到的图形符号与现有的数字符号进行匹配，获得手写输入结果，并在匹配完成后返回步骤2。
2.根据权利要求1所述的基于温度触觉的数字符号手写输入方法，其特征在于：所述步骤2中，读取温度传感阵列采集的所有温度采集点的温度值的定时周期为0.05～0.25秒。
3.一种基于温度触觉的数字符号手写输入装置，包括控制器以及与控制器相连的温度传感阵列和存储器，其特征在于：所述控制器包括初始化模块、数据读取模块、温度最大值获取模块、指尖触碰判断模块、移动获取模块、指尖移动判断模块和数字识别模块；
所述初始化模块，用于设定最高触发阈值THu以及最低触发阈值THl；
所述数据读取模块，用于定时读取温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将前一时刻采集的温度值作为历史温度值存储至存储器中；
所述温度最大值获取模块，用于读取下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值存储至存储器中，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，i和j分别为各个温度采集点的行列值，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；
所述指尖触碰判断模块，用于将温度上升最大值△TFmax与设定的最高触发阈值THu进行比较，若温度上升最大值△TFmax小于最高触发阈值THu，则将各个温度采集点的当前温度值作为相应采集点的历史温度值，并再次启动温度最大值获取模块，若温度上升最大值△TFmax大于等于最高触发阈值THu，则将各个温度采集点的当前温度值作为相应采集点的历史温度值，并将温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为起始坐标；
所述移动获取模块，用于读取再下一时刻温度传感阵列采集的各个温度采集点的温度值，并将该时刻采集的温度值作为当前温度值存储至存储器中，再将各个温度采集点的当前温度值与历史温度值进行比较，获得各个温度采集点的温度上升值△TFij，再将各个温度采集点的温度上升值△TFij进行比较，获得温度上升最大值△TFmax；
所述指尖移动判断模块，用于将温度上升最大值△TFmax与设定的最低触发阈值THl进行比较，若温度上升最大值△TFmax大于最低触发阈值THl，则将该时刻温度上升最大值△TFmax所对应的温度采集点在阵列中的坐标位置作为移动坐标，并再次启动移动获取模块，若温度上升最大值△TFmax小于等于最低触发阈值THl，则判定指尖已离开，并启动数字识别模块；
所述数字识别模块，用于读取起始坐标和所有移动坐标，再按照时间先后顺序将各个坐标有序连接成图形符号，再将所得到的图形符号与现有的数字符号进行匹配，获得手写输入结果，并在匹配完成后再次启动数据读取模块。
4.根据权利要求3所述的基于温度触觉的数字符号手写输入装置，其特征在于：所述温度传感阵列由一组8×16的热敏电阻传感器阵列式排列组成，横向和纵向相邻两个热敏电阻传感器间的距离均为5mm，所述温度传感阵列的大小为82mm×42mm。
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