專利名稱：可反映手寫筆跡濃淡的電子記錄裝置及其運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及手寫筆跡的記錄裝置，具體的說是一種能夠反映手寫時(shí)筆跡濃淡的電
子記錄裝置及其運(yùn)行方法。該裝置能夠?qū)⑹謱憰r(shí)用力的大小不同表現(xiàn)為不同灰度的軌跡圖 像，從而更加真實(shí)地記錄手寫時(shí)的運(yùn)筆特征和筆跡濃淡。該發(fā)明可以用于電子美術(shù)素描、電 子美術(shù)速寫、電子便簽、數(shù)字化簽名認(rèn)證等應(yīng)用場合。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)手寫輸入裝置大多以二值化的方式記錄手寫筆在觸摸屏或觸摸板的滑動(dòng)軌 跡，無法完整地反映出手寫時(shí)用力的大小或強(qiáng)度，從而不能如實(shí)地反映出個(gè)性化的運(yùn)筆特 征。在素描等美術(shù)應(yīng)用中，二值化的手寫記錄裝置不能提供濃淡不同的筆跡軌跡，難以滿足 美術(shù)工作者的需要。受目前的工藝水平所限，從觸摸屏或者觸摸板上實(shí)現(xiàn)對(duì)手寫力度的感 知難度較大，或者難以做到小型化，無法做到方便實(shí)用。 此外，現(xiàn)有的手寫輸入裝置在進(jìn)行文字輸入時(shí)多與手寫識(shí)別功能相結(jié)合，帶來的 一個(gè)弊端就是識(shí)別速度慢，差錯(cuò)率較高，并且無法實(shí)現(xiàn)親筆簽名的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠反映手寫筆跡濃淡的電子記錄裝置，手寫時(shí)的用力 大小體現(xiàn)為筆跡的濃淡不同，從而為如實(shí)記錄手寫時(shí)的運(yùn)筆習(xí)慣提供一種解決方案。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明給出的電子記錄裝置，其特征在于它至少包括具有壓電 傳感器的筆式裝置；用于書寫并能即時(shí)顯示書寫結(jié)果的板式裝置；一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元；信 號(hào)傳輸單元；用于進(jìn)行核心程序處理的嵌入式處理器；功能和參數(shù)設(shè)置單元；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單 元；包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和核心處理程序在內(nèi)的程序。 本發(fā)明的電子記錄裝置的運(yùn)行方法，其特征為至少包括壓電傳感器將手寫時(shí)的 用力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將模擬電信號(hào)數(shù)字化；板式裝置獲取筆式裝置的坐 標(biāo)并即時(shí)顯示書寫結(jié)果；數(shù)字化的力信號(hào)和坐標(biāo)數(shù)值通過信號(hào)傳輸單元傳遞給嵌入式處理 器；嵌入式處理器依據(jù)力信號(hào)的強(qiáng)弱發(fā)出在相應(yīng)位置處顯示不同灰度的指令；裝置將書寫 的結(jié)果以數(shù)字圖像的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。 需要說明的是軌跡是指筆式裝置在板式裝置上的運(yùn)動(dòng)路線，筆跡則是指具有某種 文化內(nèi)涵的書寫結(jié)果。在本說明中，在不會(huì)無歧義的情況下，對(duì)"筆跡"和"軌跡"不加區(qū)分。
本發(fā)明具有如下特點(diǎn)和效果 (1)書寫結(jié)果"所見即所得"，即在板式裝置上書寫的同時(shí)，板式裝置即時(shí)顯示書寫結(jié)果； (2)書寫時(shí)用力的大小直觀反應(yīng)為筆跡的濃淡； (3)書寫的結(jié)果以數(shù)字圖像的形式存儲(chǔ)、回放和輸入輸出。


圖1為裝置的結(jié)構(gòu)框圖，給出了裝置的主要構(gòu)成單元和連接關(guān)系。
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圖2A為裝置工作的主流程框圖，給出了裝置的總體工作流程。 圖2B為裝置工作在回放模式下的流程框圖。 圖2C為裝置工作在書寫模式下的流程框圖。 圖2D為裝置工作在修改模式下的流程框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)例介紹一下裝置的最佳實(shí)施形態(tài)。
裝置結(jié)構(gòu)概要
整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，功能和參數(shù)設(shè)置單元101是用于進(jìn)行功能切換和參數(shù) 設(shè)置的，這個(gè)單元完成功能包括但不限于功能模式切換(比如書寫、擦除、保存和回放等) 和線形設(shè)置(比如線條粗細(xì)設(shè)定和最大最小用力校準(zhǔn))，這個(gè)單元的具體切換實(shí)施形態(tài)可 以通過外部的按鈕選擇實(shí)現(xiàn)，也可以在顯示單元105的輔助下通過軟件實(shí)現(xiàn)。
壓電轉(zhuǎn)換單元102位于筆式裝置內(nèi)部，用于感知手寫時(shí)的用力情況，并將用力大 小轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(電流或者電壓信號(hào))。信號(hào)傳輸單元103的主要作用是傳輸電信號(hào)，該單 元的一種最簡單的實(shí)施形態(tài)是用有線電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸。模數(shù)轉(zhuǎn)換單元104對(duì)傳輸單元所 傳遞的電信號(hào)進(jìn)行采集和數(shù)字化并提交至嵌入式處理器107。 顯示單元105用于在特定的位置顯示符合要求的圖像，在書寫的工作區(qū)域內(nèi)顯示 符合要求的灰度圖像，而在非工作區(qū)域可以顯示彩色圖像。坐標(biāo)獲取單元106用于實(shí)時(shí)獲 取筆式裝置在顯示單元上的坐標(biāo)。顯示單元105和坐標(biāo)獲取單元106是板式裝置的主要構(gòu) 成部分，就目前工藝技術(shù)水平來看，105和106的一種綜合實(shí)施方式是液晶觸摸顯示屏。
設(shè)備驅(qū)動(dòng)單元110主要由相關(guān)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序組成，驅(qū)動(dòng)程序在嵌入式處理器 107的控制下進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元109主要是用于保存書寫結(jié)果，本裝置記錄的 書寫結(jié)果通過數(shù)字圖像的形式進(jìn)行保存。為了能夠保存圖像并且占用較少的數(shù)據(jù)空間，本 裝置最好先進(jìn)行圖像壓縮后再進(jìn)行存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)輸入輸出接口 108用于將已經(jīng)保存的書寫結(jié) 果導(dǎo)出到其他存儲(chǔ)介質(zhì)，或者從其他存儲(chǔ)介質(zhì)導(dǎo)入到本裝置進(jìn)行回放瀏覽。
嵌入式處理器107是整個(gè)裝置的核心處理單元，它完成的功能至少包括(1)控 制和協(xié)調(diào)各相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行；(2)依據(jù)獲取的用力大小數(shù)據(jù)計(jì)算出應(yīng)該顯示的灰度值；(3) 完成書寫結(jié)果的回放、修改和保存等功能及其切換。嵌入式處理器107結(jié)合設(shè)定的最大用 力和最小用力數(shù)值，把模數(shù)轉(zhuǎn)換單元104給出的反映用力大小的數(shù)據(jù)映射為一個(gè)合適的灰 度值，然后在筆式裝置所處位置的顯示單元上顯示相應(yīng)圖像。嵌入式處理器具體可以采用 DSP、ARM、FPGA或者其他形式的處理器，必要時(shí)還可以增加與處理器配套的操作系統(tǒng)。
為了能夠適應(yīng)大小不同幅面的書寫，該裝置顯示圖像時(shí)最好具備縮放和平移功 能。 電源及按鍵模塊111主要為本裝置中各個(gè)單元提供合適的電源，并提供諸如開 關(guān)、復(fù)位等按鍵，也可包括101中所涉及的功能切換按鍵。 本實(shí)施形態(tài)中將用力的大小情況反映為書寫結(jié)果從最濃(黑色)到最淡(白色)
的變化，通過簡單的變化也可以反映為顏色的濃淡。裝置的運(yùn)行過程
下面結(jié)合圖2A 圖2D對(duì)裝置的運(yùn)行過程進(jìn)行說明。
在裝置啟動(dòng)之后，首先通過201來判斷是否對(duì)已有的書寫結(jié)果進(jìn)行回放，若是回 放則進(jìn)入203和圖2B所示的回放模式，不需要回放則進(jìn)入202和圖2C所示的書寫模式。通 過204的判斷，書寫和回放均可以進(jìn)入205和圖2D所示的修改模式，書寫或者修改后的結(jié) 果均可以通過206來進(jìn)行保存。需要注意的是在206進(jìn)行結(jié)果保存時(shí)，書寫結(jié)果是以數(shù)字 圖像的形式進(jìn)行保存。圖2A只是給出了一個(gè)典型流程，具體的使用過程中可能是若干典型 流程的疊加或者累積。 下面結(jié)合圖2B對(duì)回放模式下的流程做一說明?；胤诺牡谝粋€(gè)步驟是301讀取已 有的結(jié)果，這里的數(shù)據(jù)來源可能是來自裝置自身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元109，也可能是通過數(shù)據(jù)輸 入輸出單元108連接到本裝置的其他存儲(chǔ)介質(zhì)。讀取結(jié)果數(shù)據(jù)后302立即以灰度圖像的形 式把結(jié)果顯示出來。若需要觀察圖像的局部或者調(diào)整當(dāng)前頁面的顯示內(nèi)容，303提供一個(gè)是 否需要調(diào)整顯示范圍的判斷。若需要調(diào)整，則304通過縮放和平移，達(dá)到調(diào)整顯示范圍的目 的；若不需要調(diào)整，305為是否需要修改提供選擇。若需要修改則進(jìn)入306和圖2D所示的 修改功能模式。需要說明的是，圖2B給出的只是一個(gè)典型而基本的回放過程，實(shí)際的回放 可能需要若干次調(diào)整顯示范圍、若干次修改來疊加或者累積來完成。 下面結(jié)合圖2C對(duì)書寫過程進(jìn)行說明。在進(jìn)行書寫時(shí)需要先通過401對(duì)某些參數(shù)進(jìn) 行設(shè)置，比如筆跡的粗細(xì)、書寫頁面大小、最大用力數(shù)值、最小用力數(shù)值和正常用力數(shù)值等。 為了在合適的范圍內(nèi)進(jìn)行書寫，402需要完成對(duì)顯示內(nèi)容的縮放和平移。403獲取筆式裝置 坐標(biāo)由板式裝置的坐標(biāo)獲取單元106完成，其數(shù)據(jù)形式為(Xi，Yi)的二維數(shù)據(jù)，其中Xi為橫 坐標(biāo)，1為縱坐標(biāo)。404獲取用力大小需要借助筆式裝置及壓電轉(zhuǎn)換單元102、信號(hào)傳輸單 元103以及魔術(shù)轉(zhuǎn)換單元104完成。405依據(jù)當(dāng)前獲得的用力大小，以及在參數(shù)設(shè)置單元中 得到的最大用力數(shù)值、最小用力數(shù)值和正常用力數(shù)值，計(jì)算出一個(gè)與當(dāng)前用力大小相應(yīng)的 灰度值A(chǔ),從而構(gòu)成一個(gè)用于指定顯示位置和灰度的數(shù)據(jù)(Xi， Yi， G》，該數(shù)據(jù)稱為軌跡核心 數(shù)據(jù)。依據(jù)在401參數(shù)設(shè)置時(shí)選擇的筆跡直徑(粗細(xì))，在軌跡的周圍半徑大小范圍的位置 相應(yīng)的灰度也為Gi，這些位置的數(shù)據(jù)(也由坐標(biāo)和灰度值構(gòu)成)稱為軌跡外延數(shù)據(jù)。軌跡 核心數(shù)據(jù)和軌跡外延數(shù)據(jù)合稱為軌跡數(shù)據(jù)。書寫結(jié)果圖像中，除去軌跡數(shù)據(jù)外，其余為背景 數(shù)據(jù)，其形式為(Xj，Yi，G。)，其中&為橫坐標(biāo)，Yi為縱坐標(biāo)，G。表示書寫時(shí)的背景的灰度值。
406顯示灰度圖像，則是指依據(jù)軌跡數(shù)據(jù)和背景數(shù)據(jù)在合適的位置顯示合適的灰 度圖像。從403到407這個(gè)過程只是完成了一個(gè)"點(diǎn)"的書寫，實(shí)際的書寫一般是由若干個(gè) "點(diǎn)"構(gòu)成的線條，所以408要判斷是否在當(dāng)前的顯示范圍內(nèi)按照當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)繼續(xù)寫下 一個(gè)"點(diǎn)"。若不再繼續(xù)寫下一個(gè)"點(diǎn)"，則409進(jìn)行是否需要調(diào)整參數(shù)或調(diào)整顯示范圍的判 斷，從而重新設(shè)置參數(shù)或者調(diào)整顯示范圍后再進(jìn)行新的書寫。206在進(jìn)行書寫結(jié)果保存時(shí)， 所保存的內(nèi)容包括軌跡核心數(shù)據(jù)、軌跡外延數(shù)據(jù)和背景數(shù)據(jù)，這三種數(shù)據(jù)構(gòu)成了書寫結(jié)果 的數(shù)字圖像。 下面結(jié)合圖2D對(duì)裝置的修改功能流程進(jìn)行說明。首先要說明的是修改功能可以 通過圖2A中的204判斷或者圖2B中的306判斷進(jìn)行調(diào)用，也就是說可以在回放已有結(jié)果 的過程中啟動(dòng)修改功能，也可以在正在進(jìn)行的書寫過程中啟動(dòng)修改功能。修改過程中的501 對(duì)是否需要擦除原來的書寫結(jié)果進(jìn)行判斷。若需要擦除已有結(jié)果，502會(huì)將已有的部分或者 全部書寫結(jié)果擦除，然后開始503和圖2C所示的書寫；而若不需擦除已有結(jié)果，此時(shí)將直接 開始503和圖2C所示的書寫。504用于判斷修改是否結(jié)束，如果需要?jiǎng)t可以繼續(xù)下一步修
6改。 整個(gè)裝置運(yùn)行過程中，除擦除圖像時(shí)某些已有結(jié)果會(huì)被抹除外，其他環(huán)節(jié)中只要 顯示范圍合適，已有的書寫結(jié)果均應(yīng)保持并顯示在顯示單元上，以便為后續(xù)書寫提供定位 和參考。
權(quán)利要求
一種可反映手寫筆跡濃淡的電子記錄裝置，其特征在于它至少包括具有壓電傳感器的筆式裝置；用于書寫并能即時(shí)顯示書寫結(jié)果的板式裝置；一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元；用于進(jìn)行核心程序處理的嵌入式處理器；功能和參數(shù)設(shè)置單元；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和核心處理程序在內(nèi)的程序。
2. 依據(jù)權(quán)利要求l所述的筆式裝置，其特征在于該筆式裝置內(nèi)具有一壓電傳感器，能將書寫時(shí)產(chǎn)生大小不同的力信號(hào)轉(zhuǎn)換成為不同強(qiáng) 度的電信號(hào)。
3. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的板式裝置，其特征在于該板式裝置除能用作書寫面板外，還同時(shí)具備顯示從純白到純黑不同等級(jí)灰度圖像的 功能。
4. 依據(jù)權(quán)利要求l所述的板式裝置，其特征在于 該裝置能夠在筆式裝置所在位置即時(shí)顯示某一灰度的像素點(diǎn)。
5. 依據(jù)權(quán)利要求l所述的板式裝置，其特征在于 該板式裝置能夠提供當(dāng)前筆式裝置所處的絕對(duì)坐標(biāo)。
6 依據(jù)權(quán)利要求l所述的電子記錄裝置，其特征在于 該裝置所記錄的輸入結(jié)果是以數(shù)字圖像的形式存儲(chǔ)、回放和輸入輸出。
7. 依據(jù)權(quán)利要求l所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，其特征在于該單元能夠?qū)P式裝置內(nèi)的壓電傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行采集，并以數(shù)字信號(hào)的形式 提供給嵌入式處理器。
8. 依據(jù)權(quán)利要求l所述的嵌入式處理器，其特征在于該處理器至少具備一控制板式裝置顯示狀態(tài)的功能以繪制和顯示筆式裝置的書寫結(jié) 果圖像。
9. 依據(jù)權(quán)利要求l所述的電子記錄裝置，其特征在于該裝置能夠依據(jù)書寫時(shí)用力大小或強(qiáng)度的不同而使得所記錄的書寫筆跡呈現(xiàn)不同的 灰度。
10. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的電子記錄裝置，其特征在至少提供以下功能 一實(shí)時(shí)顯示功能，在筆式裝置所處位置即時(shí)顯示具有某一灰度的筆跡，保持并顯示已有的書寫結(jié)果；一用力校準(zhǔn)功能，校準(zhǔn)書寫時(shí)正常用力、最大用力和最小用力，并依此確定純白和純黑 所對(duì)應(yīng)的用力大小數(shù)值，進(jìn)而確定不同灰度對(duì)應(yīng)的用力大?。灰还P跡粗細(xì)選擇功能，用于選擇筆跡直徑的像素個(gè)數(shù)，可以設(shè)定默認(rèn)值。 一擦除功能，用于部分或者全部清除當(dāng)前頁面上的已有書寫結(jié)果； 一刪除功能，用于刪除已有的書寫結(jié)果圖像；一保存功能，書寫完成后將當(dāng)前頁面的書寫結(jié)果保存為數(shù)字圖像； 一回放功能，用以顯示存儲(chǔ)的結(jié)果圖像。
11. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的功能和參數(shù)設(shè)置單元，其特征在至少提供權(quán)利要求10所述 功能的選擇和切換。
12. 可反映手寫筆跡濃淡的電子記錄裝置的運(yùn)行方法，其特征在于至少包括 采用壓電傳感器將用力強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將反應(yīng)強(qiáng)度的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；嵌入式處理器接受模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸出數(shù)據(jù)，并依據(jù)該數(shù)據(jù)控制板式裝置在相應(yīng)位置 (筆式裝置所處位置)顯示相應(yīng)灰度的軌跡圖像； 書寫結(jié)果保存為數(shù)字圖像的形式。
13. 依據(jù)權(quán)利要求8所述顯示的數(shù)字圖像，其產(chǎn)生過程的特征在于 嵌入式微處理器依據(jù)筆式裝置所處位置、用力大小以及設(shè)定的軌跡直徑R產(chǎn)生若干個(gè)書寫軌跡數(shù)據(jù)，該軌跡數(shù)據(jù)為一具有(Xi，Yi，Gi)形態(tài)的數(shù)據(jù)值，其中Xi與Yi表示坐標(biāo)位置， 而&表示該點(diǎn)的灰度；對(duì)于圖像中未有筆式裝置滑過，也不處在某個(gè)軌跡因具有某一直徑 而產(chǎn)生的覆蓋范圍內(nèi)的其他位置，其數(shù)據(jù)形態(tài)為(Xj， Yj， G。)，其中Xj與Yj表示坐標(biāo)位置，G。 表示背景灰度值。
14. 一種程序，該程序使得權(quán)利要求1所述的電子記錄裝置能夠順利運(yùn)行，其特征在于該程序驅(qū)動(dòng)或協(xié)助相關(guān)設(shè)備單元完成了以下功能，這些功能至少包括獲得筆式裝置在板式裝置上的位置坐標(biāo)；獲得并采集書寫時(shí)力信號(hào)的強(qiáng)度；顯示不同灰度的軌跡；將書寫的結(jié)果保存為數(shù)字圖像；回放已有的書寫結(jié)果圖像。
15. —種記錄媒體，該媒體記錄了為保證權(quán)利要求1所述的電子記錄裝置正常運(yùn)行所 必須的程序，其特征在于該媒體所記錄的程序驅(qū)動(dòng)相關(guān)設(shè)備單元至少完成了以下功能 獲得筆式裝置在板式裝置上的位置坐標(biāo)； 獲得并采集書寫時(shí)力信號(hào)的強(qiáng)度； 顯示不同灰度的軌跡； 將書寫的結(jié)果保存為數(shù)字圖像； 回放已有的書寫結(jié)果圖像。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種能夠可反映手寫筆跡濃淡的電子記錄裝置及其運(yùn)行方法，裝置至少包括具有壓電傳感器的筆式裝置；用于書寫并能即時(shí)顯示書寫結(jié)果的板式裝置；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元；用于進(jìn)行核心程序處理的嵌入式處理器；功能和參數(shù)設(shè)置單元；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和核心處理程序在內(nèi)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)單元；數(shù)據(jù)輸入輸出單元。本發(fā)明把人們書寫時(shí)的用力大小或強(qiáng)度即時(shí)轉(zhuǎn)化為書寫結(jié)果的灰度濃淡變化，從而可以真實(shí)地記錄個(gè)性化的運(yùn)筆習(xí)慣，使得本裝置的記錄結(jié)果具有表現(xiàn)力豐富且難以偽造的特點(diǎn)。本發(fā)明同時(shí)具有即時(shí)顯示書寫筆跡、為后續(xù)書寫過程提供用筆定位和參考已有筆跡結(jié)果的特點(diǎn)。本發(fā)明適用于電子美術(shù)素描、電子美術(shù)速寫、電子便簽、數(shù)字化簽名認(rèn)證等應(yīng)用場合。
文檔編號(hào)G06F3/033GK101739150SQ20081023229
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者郭寶龍, 閆允一 申請(qǐng)人:西安盛澤電子有限公司