一种还原真实书写的电子笔制造技术

本发明专利技术提供了一种还原真实书写的电子笔，包括中央处理器；所述中央处理器连接控制初始设置按钮、上翻页按钮、下翻页按钮、激光灯开光、激光灯头、状态指示灯，激光灯头、激光灯开光、上翻页按钮、下翻页按钮、状态指示灯、初始设置按钮均安装在一笔状壳体上；中央处理器还连接控制有惯性传感器；中央处理器至少有两种工作模式。本发明专利技术既能在电脑显示屏幕上提供真实书写体验、还原真实笔迹，基本等同于在纸上书写的字迹，不影响人用笔的书写习惯，也能提供常规激光笔的激光指向功能，一定程度上可以代替触摸屏组件，其设置简单，用户体验好，市场前景佳。

An Electronic Pen for Restoring Real Writing

【技术实现步骤摘要】
一种还原真实书写的电子笔
本专利技术涉及一种还原真实书写的电子笔，属于计算机应用和模式识别领域。
技术介绍
空中手写是近年发展出的一种人机交互技术，通过传感器捕捉用户操控空中手写终端的动作来实现书写及计算机光标移动。空中手写识别的实现方式主要有两种：一种是用摄像头捕捉空中手写的手势，通过基于计算机视觉的定位技术和特定算法将手势的特殊含义分析出来。空中手写识别的另外一种实现方式是通过惯性传感器采集空中手写的运动数据，通过分析运动数据，提取相关特征向量并通过模式识别方法识别分类。惯性传感器即指加速度传感器、陀螺仪和磁力传感器。空中手写对于字符的识别及计算机光标的位移控制已经具有成熟的算法，且已经有大量产品实现了空中手写功能。空中手写一般是通过相对位置来识别字符或者控制计算机光标移动方向，但不能够实现等同于笔直接在显示屏上书写的效果。因此，空中手写目前无法替代触摸屏。在设计及教学等工作中，对于精确度要求较高，人们一直想要在显示屏上实现如同笔在纸上书写的体验，即还原真实书写。目前，仅有触控屏技术能够达到这种要求。而在目前的触控屏技术下，想要书写的平面有多大，触控屏组件就需要多大，其成本高昂，且不可能随身携带。因此，如果有一种无需大尺寸组件也能实现还原真实书写的技术存在，则成本和体积可以大幅度降低，甚至完全替代掉目前的触控屏技术。这种情况也能够证明，本申请所述的技术目前并不存在。目前技术无法实现还原真实书写的技术缺陷有两点，第一，如何模仿书写落笔。所述落笔，即笔尖接触纸张时的状态。目前识别方式大多需要按下按键来表示书写的落笔，想要写出标准的字符需要多次按下与松开按键，而实际用笔书写是一个连贯的过程，目前的手写技术会减慢书写速度，并且让使用者十分别扭，没有专门练习的话，写出的字会明显变形。第二，如何适应不同尺寸的屏幕。目前空中手写的识别方式无法实现还原真实书写的最重要一个原因在于手写笔迹与光标位移之间缩放比例的控制，只有缩放比例正确时才能还原真实书写的尺寸，即在实际用电子笔书写的长度与显示屏幕上显示长度的一致。缩放比例的调整是非常容易操作的，将采集到的笔迹在显示屏上进行放大与缩小显示即可，困难的是这个放大与缩小的比例值是如何确定。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种还原真实书写的电子笔，该还原真实书写的电子笔能够任意在各种显示屏幕上实现还原真实书写效果。本专利技术通过以下技术方案得以实现。本专利技术提供的一种还原真实书写的电子笔，包括中央处理器；所述中央处理器连接控制初始设置按钮、上翻页按钮、下翻页按钮、激光灯开光、激光灯头、状态指示灯，激光灯头、激光灯开光、上翻页按钮、下翻页按钮、状态指示灯、初始设置按钮均安装在一笔状壳体上；中央处理器还连接控制有惯性传感器；中央处理器至少有两种工作模式：①初始化模式：通过从惯性传感器中读取姿态数据和加速度数据，基于初始设置按钮的电平信号对姿态数据和加速度数据进行计算，得到显示平面的位置及尺寸；②书写模式：根据惯性传感器的姿态数据和加速度数据计算投影于显示平面的位移数据和相对于显示平面的距离数据，当距离数据小于预设的笔位置跟随区间距离值时，计算电子笔此时对显示平面投影的坐标，使鼠标光标移动至此处并通过位移数据控制显示屏上的光标跟随电子笔移动，在预设的落笔识别区间距离值范围内时置位鼠标左键按下的描述符。所述激光灯头、激光灯开光、上翻页按钮、下翻页按钮、状态指示灯、初始设置按钮在一笔状壳体上由前至后依次安装，其中激光灯头位于前端位置、激光灯开光、上翻页按钮、下翻页按钮、状态指示灯位于侧壁上、初始设置按钮位于后端位置。在所述初始化模式和书写模式中，中央处理器控制状态指示灯变色、闪烁或常亮以提供用户交互。所述书写模式中，控制光标移动及发出鼠标左键按下的描述符均通过USB鼠标通信协议实现。所述初始化模式，通过如下方式完成：(1.1)确定原点位置及初始姿态：先手动将电子笔笔尖放置于显示屏左下角并使笔身垂直于显示屏，再按下初始设置按钮，设定笔尖位置为原点位置，此时中央处理模块开始从惯性传感器中读取加速度数据来计算电子笔的位移，以获取电子笔在空间中相对于原点的实时位置坐标，同时，中央处理模块从惯性传感器中读取姿态数据，以该数据为初始姿态数据，设定过原点垂直于笔状壳体的平面为显示屏所在平面；(1.2)确定屏幕顶角：依次将电子笔笔尖对准显示屏幕的另外至少两个顶角点位，并按下初始设置按钮，此时中央处理模块对姿态数据进行计算，得到电子笔笔尖的指向，结合电子笔在空间中相对于原点的此时位置坐标和显示平面位置，计算得到对应顶角相对于原点的位置坐标，原点自身即为一个顶角，三个顶角确定的一个方形即为显示平面；(1.3)缩放比例计算：获取电脑屏幕的显示分辨率，根据显示分辨率和显示屏尺寸，确定显示屏幕上光标位移相对于投影于显示平面的位移数据的缩放比例。所述初始化模式通过按下初始设置按钮超过一秒进入。在书写模式中，当距离数据在预设的笔位置跟随区间距离范围内时，通过投影于显示平面的位移数据控制显示屏幕上的光标位移，同时鼠标左键按下的描述符保持复位状态。所述计算得到屏幕尺寸有两种情况：(a)对应顶角点位相对于原点数据的位置与初始平面的距离大于等于预设值，则以对应顶角点位的方向投影在初始平面的点位作为顶角点位；(b)对应顶角点位相对于原点数据的位置与初始平面的距离小于预设值，则以对应顶角点位相对于原点数据的位置作为顶角点位。所述激光灯头上套有笔尖套，笔尖套为耐磨塑料材质，中间有透明部分，用于激光光线的透过。本专利技术的有益效果在于：既能提供真实书写体验、还原真实笔迹，基本等同于在纸上书写的字迹，不影响人用笔的书写习惯，也能提供常规激光笔的激光指向功能，一定程度上能够代替触摸屏组件，其设置简单，用户体验好，市场前景佳。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术初始化模式的示意图；图3是本专利技术书写模式的操作示意图；图4是本专利技术的模块连接示意图。图中：1-显示屏幕，2-落笔识别区间，3-笔位置跟随区间，4-原点位置，5-屏幕右下角，6-屏幕右上角，7-屏幕左上角，8-电子笔，9-激光光线，10-初始设置按钮，11-上翻页按钮，12-下翻页按钮，13-激光灯开光，14-激光灯头，15-状态指示灯。具体实施方式下面进一步描述本专利技术的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。如图1、图4所示的一种还原真实书写的电子笔，包括中央处理器；所述中央处理器连接控制初始设置按钮10、上翻页按钮11、下翻页按钮12、激光灯开光13、激光灯头14、状态指示灯15，激光灯头14、激光灯开光13、上翻页按钮11、下翻页按钮12、状态指示灯15、初始设置按钮10均安装在一笔状壳体上；中央处理器还连接控制有惯性传感器；中央处理器至少有两种工作模式：①初始化模式：通过从惯性传感器中读取姿态数据和加速度数据，基于初始设置按钮10的电平信号对姿态数据和加速度数据进行计算，得到显示平面的位置及尺寸；②书写模式：根据惯性传感器的姿态数据和加速度数据计算投影于显示平面的位移数据和相对于显示平面的距离数据，当距离数据小于预设的笔位置跟随区间3距离值时，计算电子笔此时对显示平面投影的坐标，使鼠标光标移动至此处并通过位移数据控制显示屏上的光标跟随电子笔移动，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种还原真实书写的电子笔，包括中央处理器，其特征在于：所述中央处理器连接控制初始设置按钮(10)、上翻页按钮(11)、下翻页按钮(12)、激光灯开光(13)、激光灯头(14)、状态指示灯(15)，激光灯头(14)、激光灯开光(13)、上翻页按钮(11)、下翻页按钮(12)、状态指示灯(15)、初始设置按钮(10)均安装在一笔状壳体上；中央处理器还连接控制有惯性传感器；中央处理器至少有两种工作模式：①初始化模式：通过从惯性传感器中读取姿态数据和加速度数据，基于初始设置按钮(10)的电平信号对姿态数据和加速度数据进行计算，得到显示平面的位置及尺寸；②书写模式：根据惯性传感器的姿态数据和加速度数据计算投影于显示平面的位移数据和相对于显示平面的距离数据，当距离数据小于预设的笔位置跟随区间(3)距离值时，计算电子笔此时对显示平面投影的坐标，使鼠标光标移动至此处并通过位移数据控制显示屏上的光标跟随电子笔移动，在预设的落笔识别区间(2)距离值范围内时置位鼠标左键按下的描述符。

【技术特征摘要】
1.一种还原真实书写的电子笔，包括中央处理器，其特征在于：所述中央处理器连接控制初始设置按钮(10)、上翻页按钮(11)、下翻页按钮(12)、激光灯开光(13)、激光灯头(14)、状态指示灯(15)，激光灯头(14)、激光灯开光(13)、上翻页按钮(11)、下翻页按钮(12)、状态指示灯(15)、初始设置按钮(10)均安装在一笔状壳体上；中央处理器还连接控制有惯性传感器；中央处理器至少有两种工作模式：①初始化模式：通过从惯性传感器中读取姿态数据和加速度数据，基于初始设置按钮(10)的电平信号对姿态数据和加速度数据进行计算，得到显示平面的位置及尺寸；②书写模式：根据惯性传感器的姿态数据和加速度数据计算投影于显示平面的位移数据和相对于显示平面的距离数据，当距离数据小于预设的笔位置跟随区间(3)距离值时，计算电子笔此时对显示平面投影的坐标，使鼠标光标移动至此处并通过位移数据控制显示屏上的光标跟随电子笔移动，在预设的落笔识别区间(2)距离值范围内时置位鼠标左键按下的描述符。2.如权利要求1所述的还原真实书写的电子笔，其特征在于：所述激光灯头(14)、激光灯开光(13)、上翻页按钮(11)、下翻页按钮(12)、状态指示灯(15)、初始设置按钮(10)在一笔状壳体上由前至后依次安装，其中激光灯头(14)位于前端位置、激光灯开光(13)、上翻页按钮(11)、下翻页按钮(12)、状态指示灯(15)位于侧壁上、初始设置按钮(10)位于后端位置。3.如权利要求1所述的还原真实书写的电子笔，其特征在于：在所述初始化模式和书写模式中，中央处理器控制状态指示灯(15)变色、闪烁或常亮以提供用户交互。4.如权利要求1所述的还原真实书写的电子笔，其特征在于：所述书写模式中，控制光标移动及发出鼠标左键按下的描述符均通过USB鼠标通信协议实现。5.如权利要求1所述的还原真实书写的电子笔，其特征在于：所述初始化模式，通过如下方式完成：(1.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晋敏，潘王衡，谢泉，肖清泉，王勤，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52