纸屏同步笔尖位置信息校正方法技术

本发明专利技术涉及教学用具技术领域，公开了一种纸屏同步笔尖位置信息校正方法，包括如下步骤：摆正电磁式手写板的位置，测量电磁式手写板的分辨率，测量手写笔的笔尖的宽度，测量手写笔中传感器到笔尖的距离；基于电磁式手写板自身在每一个采样时刻所提供的手写笔的笔杆相对书写平面法向量的夹角和转动角信息，利用电磁式手写板的分辨率、手写笔的笔尖的宽度和手写笔中传感器到笔尖的距离，基于其几何位置关系，对电磁式手写板感应到的笔尖位置信息进行校正。本发明专利技术纸屏同步笔尖位置信息校正方法，对电磁式手写板感应到的笔尖位置信息进行校正，使显示设备上所显示的笔迹与书写在物理纸张上的笔迹在位置上保持一致。纸张上的笔迹在位置上保持一致。纸张上的笔迹在位置上保持一致。

【技术实现步骤摘要】
纸屏同步笔尖位置信息校正方法


[0001]本专利技术涉及教学用具
，具体涉及一种纸屏同步笔尖位置信息校正方法。

技术介绍

[0002]随着电子信息技术的飞速发展，纸屏同步成为可能。所谓纸屏同步是指用户拿着普通的笔在普通纸张上书写的同时，电子手写设备实时感知用户的手写过程，并同步将手写笔迹显示在电子设备上。与传统的手写设备相比，纸屏同步的优点在于完全符合手眼协调一致的书写习惯，也就是在整个书写过程中，用户视觉反馈是由手中的笔留在纸上的痕迹带来的，而不是像传统手写设备那样，视觉反馈是由屏幕产生的。
[0003]但是，目前的纸屏同步会产生一种笔尖位置不一致的问题，所谓笔尖位置一致是指：在一致的物理纸张和显示设备坐标系下，当笔尖在普通纸张上书写所产生的轨迹与显示设备上经过处理后所显示的相应轨迹在位置关系上是一致的。所谓一致的物理纸张和显示设备坐标系是指物理纸张的坐标系与显示设备的逻辑坐标系原点重合，X、Y坐标轴方向相同。所谓一致的位置关系是指笔尖写在物理纸张上的坐标值与显示设备的逻辑坐标值相同。
[0004]因为具有精度高，体积小、成本低等特点，电磁感应式手写板是目前市场上主流的纸屏同步技术解决方案。受限于电磁式固有的技术特点，该方案存在笔尖信息不一致的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种纸屏同步笔尖位置信息校正方法，对电磁式手写板感应到的笔尖位置信息进行校正，使显示设备上所显示的笔迹与书写在物理纸张上的笔迹在位置上保持一致。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所设计的纸屏同步笔尖位置信息校正方法，包括如下步骤：
[0007]包括如下步骤：
[0008]A)设备初始化：摆正电磁式手写板的位置，测量电磁式手写板的分辨率R，测量手写笔的笔尖的宽度D，测量手写笔中传感器到笔尖的距离S；
[0009]B)对原始笔尖信息进行校正：基于电磁式手写板自身在每一个采样时刻所提供的手写笔的笔杆相对书写平面法向量的夹角和转动角信息，利用电磁式手写板的分辨率R、手写笔的笔尖的宽度D和手写笔中传感器到笔尖的距离S，基于其几何位置关系，对电磁式手写板感应到的笔尖位置信息进行校正。
[0010]优选地，所述步骤A)包括如下步骤：
[0011]A1)开始；
[0012]A2)正向放置电磁式手写板，使电磁式手写板坐标系的(0，0)点处于左下角；
[0013]A3)测量电磁式手写板的分辨率：首先读取电磁式手写板有效感应区域在右上角
的最大值(X
Max
,Y
Max
)，然后，用尺子测量电磁式手写板有效感应区域的长度Length和宽度Width，单位是毫米，分辨率R＝X
Max
/Length表示电磁式手写板用多少个点来表示1毫米；
[0014]A4)测量手写笔的笔尖的宽度D：笔尖与纸张接触的区域呈半球形，笔尖的宽度D为半球形的直径d，笔尖的宽度D使用长度测量工具直接测量获取，单位是毫米，转化为电磁式手写板的分辨率表示为D＝d
×
R；
[0015]A5)测量手写笔中传感器到笔尖的距离S：首先，使手写笔的笔杆垂直于书写平面放置于电磁式手写板有效感应区域的某一点上，读取当前的位置信息P0＝(x0,y0)，此刻笔杆与书写平面法向量的夹角α为0，然后，保持手写笔的笔尖位置固定不变，不断调整笔杆与书写平面法向量的夹角α，使夹角α至少超过第一角度阈值T1一次，随着夹角α的变化，电磁式手写板实时获取笔尖的位置和笔杆的夹角α信息，这样，获得一组笔杆与书写平面法向量的夹角α以及与该夹角α对应的笔尖位置信息P
α
＝(x
α
,y
α
)，从这组数据中舍去夹角α小于第二角度阈值T2的笔尖位置信息，从该组剩下的信息中，依据每一对夹角α和P
α
＝(x
α
,y
α
)值，计算P0和P
α
之间的距离L
α
，然后，计算手写笔中传感器到笔尖的距离S
α
＝L
α
/sinα，得到一组距离值后，计算这一组距离值的平均值作为手写笔中传感器到笔尖的距离，记为S，若S小于距离阈值T3，则电磁式手写板自身能克服笔杆与书写平面法向量的角度偏差，从而提供一致的笔尖位置信息，校正过程结束，否则，执行后继的校正操作；
[0016]A6)结束。
[0017]优选地，所述步骤B)包括如下步骤：
[0018]B1)开始，接收电磁式手写板的应用层传送过来的待校正的笔尖位置信息和笔杆的位置状态信息，具体包括：书写过程中在某个采样时刻，电磁式手写板获取的笔尖位置信息P＝(x,y)，笔杆与书写平面法向量的夹角A，0≤A≤π/2，笔杆到书写平面的投影向量与书写平面X轴的转动角Z，0≤Z≤2π，角度信息用弧度制表示；
[0019]B2)计算第一校正点P1＝(x1,y1)，首先，利用传感器到笔尖的距离S，计算采样点P＝(x,y)到期望校点的距离L＝S
×
sinA，然后利用转动角Z，计算第一校正点在X、Y轴方向的校正量dx＝L
×
cosZ，dy＝L
×
sinZ，得到第一校正点P1＝(x1,y1)，其中x1＝x
‑
dx，y1＝y
‑
dy；
[0020]B3)计算第二校正点P2＝(x2,y2)，首先，利用笔杆与书写平面法向量的夹角信息A，计算笔尖转动过的弧长距离为O＝(D
×
A)/2，然后，利用转动角Z，计算第二校正点在X、Y轴方向的校正量Dx＝O
×
cosZ，Dy＝O
×
sinZ，得到第二校正点P2＝(x2,y2)，其中x2＝x1+Dx，y2＝y1+Dy；
[0021]B4)返回校正信息，将校正后的笔尖位置信息P2＝(x2,y2)返回给应用层并结束校正过程。
[0022]优选地，所述步骤A5)中，第一角度阈值T1为55
°
～65
°
。
[0023]优选地，所述步骤A5)中，第二角度阈值T2为15
°
～25
°
。
[0024]优选地，所述步骤A5)中，距离阈值T3为0.08～0.12毫米。
[0025]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0026]1、利用电磁式手写板自身所提供的笔杆相对书写平面法向量的夹角和转动角信息，通过对笔尖到感应点长度的计算以及对笔尖宽度的测量，基于几何位置关系，对电磁式手写板感应到的笔尖位置信息进行校正，最终达到显示设备上所显示的笔迹与书写在物理纸张上的笔迹在位置上保持一致的目的；
[0027]2、为那些对纸屏同步的显示精度有较高要求的应用，例如学龄儿童基于田字格的控笔和写字练习，专业手绘图等，提供了有力支撑，为后继由计算机自动计算出书写本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纸屏同步笔尖位置信息校正方法，其特征在于：包括如下步骤：A)设备初始化：摆正电磁式手写板的位置，测量电磁式手写板的分辨率R，测量手写笔的笔尖的宽度D，测量手写笔中传感器到笔尖的距离S；B)对原始笔尖信息进行校正：基于电磁式手写板自身在每一个采样时刻所提供的手写笔的笔杆相对书写平面法向量的夹角和转动角信息，利用电磁式手写板的分辨率R、手写笔的笔尖的宽度D和手写笔中传感器到笔尖的距离S，基于其几何位置关系，对电磁式手写板感应到的笔尖位置信息进行校正。2.根据权利要求1所述纸屏同步笔尖位置信息校正方法，其特征在于：所述步骤A)包括如下步骤：A1)开始；A2)正向放置电磁式手写板，使电磁式手写板坐标系的(0，0)点处于左下角；A3)测量电磁式手写板的分辨率：首先读取电磁式手写板有效感应区域在右上角的最大值(X
Max
,Y
Max
)，然后，用尺子测量电磁式手写板有效感应区域的长度Length和宽度Width，单位是毫米，分辨率R＝X
Max
/Length表示电磁式手写板用多少个点来表示1毫米；A4)测量手写笔的笔尖的宽度D：笔尖与纸张接触的区域呈半球形，笔尖的宽度D为半球形的直径d，笔尖的宽度D使用长度测量工具直接测量获取，单位是毫米，转化为电磁式手写板的分辨率表示为D＝d
×
R；A5)测量手写笔中传感器到笔尖的距离S：首先，使手写笔的笔杆垂直于书写平面放置于电磁式手写板有效感应区域的某一点上，读取当前的位置信息P0＝(x0,y0)，此刻笔杆与书写平面法向量的夹角α为0，然后，保持手写笔的笔尖位置固定不变，不断调整笔杆与书写平面法向量的夹角α，使夹角α至少超过第一角度阈值T1一次，随着夹角α的变化，电磁式手写板实时获取笔尖的位置和笔杆的夹角α信息，这样，获得一组笔杆与书写平面法向量的夹角α以及与该夹角α对应的笔尖位置信息P
α
＝(x
α
,y
α
)，从这组数据中舍去夹角α小于第二角度阈值T2的笔尖位置信息，从该组剩下的信息中，依据每一对夹角α和P
α
＝(x
α
,y
α
)值，计算P0和P
α
之间的距离L
α
，然后，计算手写笔中传感器到笔尖的距离S
α...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹杰，陈荆亮，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：