CN107358229A - 一种手写智能笔 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种手写智能笔，包括：笔杆、笔芯、红外摄像头和至少两个红外激光灯；所述笔杆包裹所述笔芯，且所述笔芯的书写端从所述笔杆的顶端露出；所述笔杆的顶端还设置有所述红外摄像头，用于采集所述笔芯的笔迹；所述至少两个红外激光灯，用于照亮所述红外摄像头的采集区。由于采用至少两个红外激光灯照亮红外摄像头的采集区，使得在任意正常书写场景中均能保证采集区的亮度在正常的可识别范围内，扩大了有效照射范围，减少了采集区中的照射死角和照射亮度过曝区域，解决了笔迹识别过程中的飞点和丢点问题，保证了笔迹坐标识别的准确性。

Description

一种手写智能笔

技术领域

本发明涉及记录元件技术领域，尤其涉及一种手写智能笔。

背景技术

随着电脑的普遍，人们越来越习惯在电脑上打字，但是手写的体验和视觉美感是无法被电脑所替代的。为了使人们能够在电脑上达到手写的效果，手写智能笔应运而生。使用手写智能笔在特定的纸张上书写文字，并通过一系列的识别过程后，即可将书写的内容数字化，展示在电脑或其他客户端上。在实际应用中，人们可以使用手写智能笔实现日记、会议记录和课堂笔记等手写内容的数字化，进而为手写内容的云存储提供了可能。

然而，目前的手写智能笔在笔迹识别过程中存在飞点和丢点的现象，如图1a和图1b以及图2a和图2b所示，导致在电脑或其他客户端上展示的内容与实际的书写内容存在差异，影响实际的展示效果以及后续笔记存储的完整性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种手写智能笔，能够解决现有技术中笔迹识别中存在的飞点和丢点的问题。

本发明实施例提供的一种手写智能笔，包括：笔杆、笔芯、红外摄像头和至少两个红外激光灯；

所述笔杆包裹所述笔芯，且所述笔芯的书写端从所述笔杆的顶端露出；

所述笔杆的顶端还设置有所述红外摄像头，用于采集所述笔芯的笔迹；

所述至少两个红外激光灯，用于照亮所述红外摄像头的采集区。

可选的，

所述至少两个红外激光灯的光轴与所述红外摄像头的采集区中心重合。

可选的，

所述红外激光灯的数量为两个，该两个红外激光灯分别位于所述红外摄像头的两侧。

可选的，

所述红外摄像头的采集区中心与所述笔芯的笔尖重合。

可选的，

所述采集区中由至少两个所述红外激光灯照射区域的亮度小于或等于预设最大有效亮度；

所述采集区中只由一个所述红外激光灯照射区域的亮度大于或等于预设最小有效亮度；

其中，所述红外摄像头有效曝光范围的上限大于或等于所述预设最大有效亮度，所述有效曝光范围的下限小于或等于所述预设最小有效亮度。

可选的，

所述笔杆的顶端设置有凹槽；

所述红外摄像头和所述两个红外激光灯均固定于所述凹槽内。

可选的，

所述凹槽的横截面为三角形；

所述笔芯固定于所述凹槽的上顶点；

所述红外摄像头设置在所述凹槽上顶点对应的高线上；

所述两个红外激光灯分别靠近所述凹槽底边的两个顶点设置。

可选的，所述手写智能笔，还包括：处理器、数据传输模块和供电模块；

所述处理器、所述数据传输模块和所述供电模块均位于所述笔杆的内部；

所述处理器，用于根据所述红外摄像头采集的数据识别书写的笔迹坐标；

所述数据传输模块，用于将所述处理器识别出的笔迹坐标发送至客户端显示和/或存储；

所述供电模块用于为所述手写智能笔供电。

可选的，

所述数据传输模块采用蓝牙、WIFI、3G/4G和物联网中的任意一种或多种传输数据。

可选的，所述手写智能笔，还包括：传感器；

所述传感器设置在所述笔杆的内部，用于感应所述手写智能笔的动作，并将感应结果发送至所述处理器；

所述处理器，还用于根据所述传感器的感应结果开启或关闭所述手写智能笔。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

本发明实施例提供的手写智能笔，包括笔杆、笔杆内的笔芯、采集笔芯书写内容的红外摄像头以及照亮红外摄像头采集区的至少两个红外激光灯。在识别手写智能笔书写的笔迹、对书写的笔迹进行数字化时，先由至少两个红外激光灯照亮特定书写纸张上红外摄像头的采集区，红外摄像头采集该特定书写纸张上的数据，然后通过采集区的亮度识别其中笔迹的坐标，实现对用户书写笔迹的数字化。由于本发明实施例在笔迹识别过程中，采用至少两个红外激光灯照亮红外摄像头的采集区，任意正常书写场景中均能保证采集区的亮度在正常的可识别范围内，扩大了有效照射范围，减少了采集区中的照射死角和照射亮度过曝区域，解决了笔迹识别过程中的飞点和丢点问题，保证了笔迹坐标识别的准确性，提高了用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1a和图1b示出了笔迹识别中存在的飞点问题；

图2a和图2b示出了笔迹识别中存在的丢点问题；

图3为目前现有的手写智能笔的采集区及照射区的示意图；

图4a和图4b分别为本发明实施例提供的一种手写智能笔的主视图和侧视图；

图5为本发明实施例提供的另一种手写智能笔的主视图；

图6a和图6b示出了本发明具体实施例提供的一种手写智能笔的笔迹识别对比图；

图7为本发明具体实施例提供的手写智能笔的一种照射路径及拍摄路径的截面图；

图8为本发明具体实施例提供的手写智能笔的另一种照射路径及拍摄路径的截面图；

图9为本发明实施例提供的另一种手写智能笔的主视图；

图10为本发明实施例提供的一种手写智能笔的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本发明实施例的优点更加明显易懂，下面首先介绍手写智能笔的工作原理。目前的手写智能笔与特定书写纸张配合使用实现手写内容的数字化。该特定书写纸张上提前设置有隐形的二维码坐标，经红外激光照射后发光，可以通过手写智能笔笔端处设置的红外摄像头对其发光进行连续的捕捉。在该特定书写纸张上书写的笔迹，会覆盖掉部分红外激光照射后的发光，因此，通过识别红外摄像头捕捉的二维码坐标图像，判断其中亮度在可识别范围内的区域，即可识别出其中与空白纸张发光不同的部位，将其作为笔迹的轨迹坐标识别。

现有的手写智能笔在实际应用中，由用户执笔书写会出现大量的飞点和丢点情况，影响数字化的结果，用户体验差。在笔迹识别过程中识别出的不在实际书写范围内的错误坐标点统称为飞点，未识别出的实际书写笔迹的坐标点统称为丢点。图1a和图1b以及图2a和图2b分别示出了飞点和丢点的具体示例。其中，用户实际的书写内容分别如图1a和图2a所示，图1b和图2b分别为图1a和图2a所示内容由手写智能笔识别出的笔迹。从图1b中可看出，图中圆圈圈出的内容存在飞点的问题，而图2b的“平”字出现了笔迹丢失情况，存在丢点问题。

为了解决上述笔迹识别中的飞点和丢点问题，本发明的发明人通过大量的实验发现，出现飞点和丢点的原因在于手写智能笔上红外激光灯的照射不均匀。目前的手写智能笔由点读笔发展而来，由设置在红外摄像头一侧的单一红外激光照射其采集区实现对笔迹的识别，如图3所示。由于点读笔只存在垂直点击这一种使用方式，只需要垂直读取数字坐标，由单一红外激光灯即可得到准确的识别结果。但是，在使用手写智能笔时，人们的书写习惯是多样的，书写的角度和握笔的姿势均会影响到红外激光的照射角度，从而影响获取笔迹轨迹坐标的准确性。并且，书写时的前后左右晃动，也会造成红外激光照射不均匀的情况，在某些书写场景下这种照射不均匀情况尤其严重，比如红外激光灯由左向右照射时向左运笔会出现的照射过度、导致红外摄像头采集到的图像亮度过高的情况，又比如书写时大角度向右倾斜出现的照射不足或遮挡、导致红外摄像头采集到的图像亮度过低的情况。当红外摄像头采集到的图像亮度过高，图像精度不足时，就会出现无法准确识别二维码坐标的情况，导致图像解码错误从而产生飞点；当红外摄像头采集到的图像亮度过低，无法获取到过暗区域的图像数据，导致图像解码坐标为空从而产生丢点。

为此，本发明实施例提供了一种手写智能笔，以解决发明人发现的实际书写应用中红外激光灯照射不均匀所引起的笔迹识别过程的飞点和丢点问题。采用至少两个红外激光灯照射红外摄像头的采集区，不仅可以增加红外激光的照射范围，避免遮挡和亮度不足的情况，从而解决了丢点问题，还可以通过调整红外激光灯的发射功率，使得正常书写时整个采集区的亮度都在红外摄像头的有效曝光范围内，避免过曝情况，从而解决了飞点问题，无需对用户的握笔及运笔姿势进行限制，即可实现对笔迹的准确识别，满足原笔迹重现与数字化的要求，提高了用户体验。

基于上述思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参见图4和图5，该图分别示出了本发明实施例提供的一种手写智能笔的主视图和侧视图。

本发明实施例提供的手写智能笔，包括：笔杆10、笔芯20、红外摄像头30和至少两个红外激光灯40。

笔杆10包裹笔芯20，且笔芯20的书写端从笔杆10的顶端露出。

笔杆10的横截面可以是圆形、三角形或六边形等，为了方便理解图4仅以三角形为例，本发明实施例中对笔杆10的横截面形状不做具体限定。

还需要说明的是，在实际应用中，为了保证手写智能笔的正常使用，笔杆10上还可以设置有开关按键、连接按键、状态指示灯以及充电接口等。其中，开关按键用于开启或关闭手写智能笔，连接按键用于控制手写智能笔和客户端之间建立通信链路，状态指示灯通过展示颜色的不同以及展示方式的不同提示用户手写智能笔的连接状态和/或电源状态等，充电接口用于为手写智能笔充电。在一些可能的实现方式中，开关按键和连接按键的功能集成在一个按键上实现。

这里需要说明的是，供手写智能笔书写的特定书写纸张上采用含碳油墨印刷的隐形二维码坐标，因此，为了准确的识别出书写的笔迹，笔芯20需采用无碳的笔墨制成。

笔杆10的顶端还设置有红外摄像头30，用于采集笔芯20的笔迹。

至少两个红外激光灯40，用于照亮红外摄像头30的采集区。

可以理解的是，红外摄像头30通过对至少两个红外激光灯40照亮区域的采集，获取到包括笔芯20的笔迹的精准的图像，以保证后续笔迹识别的准确性，为此，本领域技术人员可以根据实际需要具体设定红外摄像头30的拍摄角度和焦距等，例如，如手写智能笔的使用者为儿童，则可以相应的缩短红外摄像头30的焦距，如手写智能笔的使用者为成人，则可以相应的增长红外摄像头30的焦距等等，这里不再一一赘述。在一些可能的实现方式中，红外摄像头30的采集区中心与笔芯10的笔尖重合，以准确的采集其书写的笔迹，避免漏采集。

由于在发明实施例中，采用了至少两个红外激光灯40照亮红外摄像头30的采集区，扩大了红外激光的照射范围，减少了正常使用中红外摄像头30的采集区内的照射死角和亮度不足区域，避免了红外摄像头30采集的图像出现过暗的区域，解决了丢点问题。本领域技术人员还可以通过对每个红外激光灯40的发射功率进行调节，从而使得采集区内的亮度均在红外摄像头30的有效曝光范围内，避免了红外摄像头30采集的图像出现过曝的区域，解决了飞点问题。

图6a和图6b示出了本发明具体实施例提供的一种手写智能笔的笔迹识别对比图，从图中可看出，使用该手写智能笔可以准确的将书写的笔迹数字化重现，解决了飞点和丢点的问题。

本发明实施例提供的手写智能笔，包括笔杆、笔杆内的笔芯、采集笔芯书写内容的红外摄像头以及照亮红外摄像头采集区的至少两个红外激光灯。在识别手写智能笔书写的笔迹、对书写的笔迹进行数字化时，先由至少两个红外激光灯照亮特定书写纸张上红外摄像头的采集区，红外摄像头采集该特定书写纸张上的数据，然后通过采集区的亮度识别其中的笔迹，实现对用户书写笔迹的数字化。由于本发明实施例在笔迹识别过程中，采用至少两个红外激光灯照亮红外摄像头的采集区，任意正常书写场景中均能保证采集区的亮度在正常的可识别范围内，扩大了有效照射范围，减少了采集区中的照射死角和照射亮度过曝区域，解决了笔迹识别过程中的飞点和丢点问题，保证了笔迹识别的准确性，提高了用户体验。

在上述实施例中，采用至少两个红外激光灯40照射红外摄像头30的采集区，解决了采集区激光照射不均匀的问题，从而避免了笔迹识别过程中的飞点和丢点的问题。在具体实施中，本领域技术人员可以将至少两个红外激光灯40的光轴与红外摄像头30的采集区中心重合，并将红外激光灯40围绕红外摄像头30设置，以进一步保证采集区内激光均匀照射。比如，当手写智能笔的红外激光灯40数量为两个时，可以将这两个红外激光灯40分别位于红外摄像头30的两侧(如图4a所示)。又比如，当手写智能笔的红外激光灯40数量为三个时，可以以红外摄像头30为中心，在其上下左右分别设置笔芯20和这三个红外激光灯40(如图5所示)；以此类推，这里不再一一列举。需要说明的是，本实施例提供的手写智能笔上的红外激光灯40可以相较于红外摄像头30等距对称分布，也可以非等距不对称分布，本发明实施例对此不做限定。

参见图7和图8，该图以两个红外激光灯40照射红外摄像头30的采集区为例，分别示出了本发明具体实施例在垂直纸面以及倾斜一定角度时红外激光灯和红外摄像头的照射路径的截面图。从图中可看出，红外摄像头30的采集区在这两种情况下均由两个红外激光灯40照射，红外激光的有效照射范围相较于图3扩大，减少了采集区中的照射死角和照射亮度过曝区域，从而解决了笔迹识别过程中的飞点和丢点问题。

在本发明实施例优选的实现方式中，为了适应于不同用户的不同书写习惯，减少了采集区中的照射死角和照射亮度过曝区域，还可以根据具体情况设定红外激光灯的照射角度和发射功率，使得红外摄像头的采集区中由至少两个红外激光灯照射区域的亮度小于或等于预设最大有效亮度；采集区中只由一个红外激光灯照射区域的亮度大于或等于预设最小有效亮度。其中，红外摄像头有效曝光范围的上限大于或等于预设最大有效亮度，下限小于或等于预设最小有效亮度。

这里需要说明的是，若采集区的亮度大于红外摄像头的有效曝光范围的上限，则会使红外摄像头采集的图像会出现过曝情况，从而出现飞点问题；若采集区的亮度小于有效曝光范围的下限，则会使红外摄像头采集的图像会出现过暗情况，从而出现丢点问题。因此，本实施例中，将采集区域中红外激光灯照射重叠区域的亮度以及非重叠区域的亮度限制在红外摄像头的有效曝光范围内，使得本实施例提供的手写智能笔适应于不同用户的不同书写习惯以及不同的书写场景，减少了采集区中的照射死角和照射亮度过曝区域，避免出现飞点和丢点问题。

参见图9，分别示出了本发明实施例提供的另一种手写智能笔的主视图。在图4和图5的基础上，为了保护手写智能笔上红外摄像头和红外激光灯不被意外损坏，在本发明实施例的一些实现方式中，可以在笔杆10的顶端设置凹槽50，将红外摄像头30和红外激光灯40固定于凹槽50内。

可选的，凹槽50的形状可以适应于笔杆10横截面的形状设置，例如，当笔杆10为三角形时，其顶端设置的凹槽50的横截面也为三角形。当然，凹槽50也可以为其他任意形状，本发明实施例对此不作限定。

相应的，可以将笔芯20固定于凹槽50的上顶点，红外摄像头30设置在凹槽50上顶点对应的高线上，以准确全面的捕捉笔芯20的笔迹。以两个红外激光灯为例，两个红外激光灯40可以分别靠近凹槽底边的两个顶点设置。

在另一个例子中，笔杆10横截面可以为圆形，相应的，凹槽50也为圆形。笔芯20固定于凹槽50圆周上一点，红外摄像头30设置在凹槽50的圆心，以准确全面的捕捉笔芯20的笔迹。至少两个红外激光灯40环绕红外摄像头30分别设置在凹槽50圆周上一点。

可以理解的是，上述对凹槽50的形状以及笔芯20、红外摄像头30和红外摄像头30的具***置的举例仅为示例性说明，不应视作对本发明实施例具体实现方式的限制，本领域技术人员还可以根据实际需要具体对其进行设定，这里不再一一列举。

参见图10，该图为本发明实施例提供的一种手写智能笔的结构示意图。相较于上述实施例，提供了一种更加具体的手写智能笔。

本发明实施例提供的手写智能笔，还包括：处理器100、数据传输模块200和供电模块300。

处理器100、数据传输模块200和供电模块300均位于笔杆10的内部。

处理器100，用于根据红外摄像头30采集的数据识别书写的笔迹坐标。

可以理解的是，处理器100可以根据红外摄像头30拍摄图像的亮度识别出其中的笔迹，同时，还可以识别出特定书写纸张上预先设置的二维码坐标确定书写笔迹的位置，综合笔迹和笔迹的坐标，即可实现对手写智能笔书写文字的数字化，将原笔迹数字化重现。

数据传输模块200，用于将处理器100识别出的笔迹坐标发送至客户端显示和/或存储。

在发明实施例可选的实现方式中，数据传输模块200可以将处理器100识别出的笔迹发送至任意具有显示功能的设备(比如手机、平板电脑和智能手表等便携式移动设备，又比如跟个人电脑和投影仪等)上使其显示和/或存储该笔迹。另外，还可以直接将处理器100识别出的笔迹发送至存储设备(如云端服务器等)中存储。

可选的，数据传输模块200可以采用蓝牙、WIFI、3G/4G和物联网中的任意一种或多种传输数据。例如，数据传输模块200可以通过蓝牙传输与手机进行通信，将识别出的笔迹发送至手机显示和/或存储。又例如，数据传输模块200还可以物联网，例如基于蜂窝的窄带物联网(NB-LOT,Narrow Band Internet of Things)直接与服务器传输数据，将笔迹上传至云端服务器保存等，这里不再一一列举。

供电模块300，用于为手写智能笔供电。

可以理解的是，供电模块300为手写智能笔上所有需电设备(如红外摄像头30、红外激光灯40、处理器100和数据传输模块200等)供电，可以通过笔杆10上设置的充电接口为供电模块300补电。

可选的，本发明实施例提供的手写智能笔还可以提供自动开关机功能。具体的，该手写智能笔还包括：传感器400。

传感器400也设置在10笔杆的内部，用于感应手写智能笔的动作，并将感应结果发送至处理器100。

处理器100，还用于根据传感器400的感应结果开启或关闭手写智能笔。

作为一个示例，传感器500可以是3D传感器，用于感测手写智能笔在三维空间中的坐标变化，若检测到手写智能笔的移动，则可以发送开机提示至控制100，使处理器100控制手写智能笔自动开机；若在一定时间内未检测到手写智能笔的移动，则可以发送关机提示至控制100，使处理器100控制手写智能笔自动关机。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种手写智能笔，其特征在于，所述手写智能笔，包括：笔杆、笔芯、红外摄像头和至少两个红外激光灯；

所述笔杆包裹所述笔芯，且所述笔芯的书写端从所述笔杆的顶端露出；

所述笔杆的顶端还设置有所述红外摄像头，用于采集所述笔芯的笔迹；

所述至少两个红外激光灯，用于照亮所述红外摄像头的采集区。

2.根据权利要求1所述的手写智能笔，其特征在于，

所述至少两个红外激光灯的光轴与所述红外摄像头的采集区中心重合。

3.根据权利要求2所述的手写智能笔，其特征在于，

所述红外激光灯的数量为两个，该两个红外激光灯分别位于所述红外摄像头的两侧。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的手写智能笔，其特征在于，

所述红外摄像头的采集区中心与所述笔芯的笔尖重合。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的手写智能笔，其特征在于，

所述采集区中由至少两个所述红外激光灯照射区域的亮度小于或等于预设最大有效亮度；

所述采集区中只由一个所述红外激光灯照射区域的亮度大于或等于预设最小有效亮度；

其中，所述红外摄像头有效曝光范围的上限大于或等于所述预设最大有效亮度，所述有效曝光范围的下限小于或等于所述预设最小有效亮度。

6.根据权利要求2或3所述的手写智能笔，其特征在于，

所述笔杆的顶端设置有凹槽；

所述红外摄像头和所述两个红外激光灯均固定于所述凹槽内。

7.根据权利要求6所述的手写智能笔，其特征在于，

所述凹槽的横截面为三角形；

所述笔芯固定于所述凹槽的上顶点；

所述红外摄像头设置在所述凹槽上顶点对应的高线上；

所述两个红外激光灯分别靠近所述凹槽底边的两个顶点设置。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的手写智能笔，其特征在于，所述手写智能笔，还包括：处理器、数据传输模块和供电模块；

所述处理器、所述数据传输模块和所述供电模块均位于所述笔杆的内部；

所述处理器，用于根据所述红外摄像头采集的数据识别书写的笔迹坐标；

所述数据传输模块，用于将所述处理器识别出的笔迹坐标发送至客户端显示和/或存储；

所述供电模块用于为所述手写智能笔供电。

9.根据权利要求8所述的手写智能笔，其特征在于，

所述数据传输模块采用蓝牙、WIFI、3G/4G和物联网中的任意一种或多种传输数据。

10.根据权利要求8所述的手写智能笔，其特征在于，所述手写智能笔，还包括：传感器；

所述传感器设置在所述笔杆的内部，用于感应所述手写智能笔的动作，并将感应结果发送至所述处理器；

所述处理器，还用于根据所述传感器的感应结果开启或关闭所述手写智能笔。