專利名稱：基于imu的電子手寫筆的筆跡估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子手寫筆的筆跡估計(jì)方法，尤其涉及通過IMU實(shí)現(xiàn)電子手寫筆的筆跡估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的手寫方式需要一個(gè)特定的書寫屏幕，如依靠手寫筆在電阻屏幕上產(chǎn)生的壓力而在屏幕上輸出圖形，采用電容屏及電磁技術(shù)等，但這些特定的書寫屏幕體積大，攜帶不方便；在屏幕上寫字不方便，書寫速度慢，受到的制約大，用戶體驗(yàn)差。
加速度型電子筆通過提取筆桿本身的運(yùn)動(dòng)特征，可以像使用真實(shí)的筆一樣在任何平面上書寫，將書寫軌跡記錄下來，從而克服上述缺點(diǎn)，但目前還沒有成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于IMU的電子手寫筆的筆跡估計(jì)算法， 主要解決短時(shí)內(nèi)的平面筆跡復(fù)現(xiàn)問題。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種基于慣性測(cè)量單元(IMU)的電子手寫筆筆跡估計(jì)方法，其特征是，所述電子手寫筆的筆桿上安裝有IMU單元，所述方法包括以下步驟
I)、數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理；
利用所述IMU單元測(cè)得電子手寫筆書寫過程中筆桿在X、Y、Z三個(gè)軸向的一系列加速度數(shù)據(jù)ai (n) (i = X，Y, Z)和角速度數(shù)據(jù)ω i (n) (i = X，Y，Z)，其中η = 1，2，L, N表示采樣點(diǎn)數(shù)，N為總的采樣點(diǎn)數(shù)。去除加速度數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)η 的趨勢(shì)項(xiàng)，對(duì)加速度數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，降低數(shù)據(jù)中的干擾成分，得到預(yù)處理后的加速度數(shù)據(jù) 4(/1) (i = X，Y, Ζ)和角速度數(shù)據(jù) (i = X，Y, Z)。
2)、對(duì)預(yù)處理后X軸方向的加速度數(shù)據(jù)< 進(jìn)行三層二進(jìn)制離散小波分解，計(jì)算出各層的小波系數(shù) < 和<+ ；
4 ..…4(A+)為步驟I)中預(yù)處理后的X軸加速度數(shù)據(jù)；
4 = X r 為三層二進(jìn)制離散小波分解后各層的近似信號(hào)的小波系數(shù)；--:.Ci
￡// =為三層二進(jìn)制離散小波分解后各層的細(xì)節(jié)信號(hào)的小波系數(shù)；....(·
k = 1，2，1^/^_^為總的采樣點(diǎn)數(shù)；」=1，2，3;
h2k_m，g2k_m是一對(duì)正交分析濾波器的脈沖響應(yīng)；
3)、計(jì)算各層小波系數(shù)的軟閾值^ = σ^2 log V ,對(duì)各層細(xì)節(jié)信號(hào)的小波系數(shù)進(jìn)行閾值處理，得到處理后各層細(xì)節(jié)信號(hào)的小波系數(shù)= fh HO5
CF- = invdiitniil ) / O. (1715 |j^, isgn(jr)(U - l,) b| > λ
TJi (i) = ] 1 ; 1 . 11!';W
4)利用公式Cf1 = Σ hi + Σ場(chǎng)對(duì)各層細(xì)節(jié)信號(hào)的小波系數(shù)f、近似Ii/I三·信號(hào)的小波系數(shù)^進(jìn)行重建，得到重建信號(hào)；對(duì)重建信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波，得到處理后的X 軸方向的加速度數(shù)據(jù)Y X(η)；
5)分別對(duì)/0") (i = Y, Ζ)和4⑶(i = X，Y, Ζ)進(jìn)行步驟2)到步驟4)的處理，得到處理后的Y、Z軸方向上的加速度數(shù)據(jù)Y Y(n)、a, z(n)及處理后的X、Y、Z方向上的角速度數(shù)據(jù) ω ' X (η) > ω ; Υ(η)、ω' ζ(η)；
6)分別對(duì)所述處理后的Χ、Υ、Ζ軸方向的角速度數(shù)據(jù)ω' i (n) (i = χ，Υ，Ζ)進(jìn)行一次數(shù)值積分，得到對(duì)應(yīng)的X、Y、Z軸向的旋轉(zhuǎn)角度
權(quán)利要求
1.一種基于慣性測(cè)量單元(IMU)的電子手寫筆筆跡估計(jì)方法，其特征是，所述電子手寫筆的筆桿上安裝有IMU單元，所述方法包括以下步驟 .1)、數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理； 利用所述IMU單元測(cè)得電子手寫筆書寫過程中筆桿在X、Y、Z三個(gè)軸向的一系列加速度數(shù)據(jù)
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于慣性測(cè)量單元(IMU)的電子手寫筆的筆跡估計(jì)方法，其特征是，在步驟I)中利用一階多項(xiàng)式擬合的方法去除IMU測(cè)得的加速度數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)η的趨勢(shì)項(xiàng)，擬合公式為
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于慣性測(cè)量單元(IMU)的電子手寫筆的筆跡估計(jì)方法，其特征是，在步驟I)中利用五點(diǎn)三次平滑法對(duì)涉及的加速度數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于IMU的電子手寫筆的筆跡估計(jì)方法，步驟如下1)利用慣性測(cè)量單元測(cè)得筆桿在X、Y、Z三個(gè)軸向的加速度和角速度，對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；2)對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分解，對(duì)小波系數(shù)進(jìn)行閾值處理，然后進(jìn)行小波重建；3)對(duì)重建得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波；4)對(duì)濾波后的角速度積分，得到旋轉(zhuǎn)角度，將這些角度代人坐標(biāo)變換方程，把所有的加速度數(shù)據(jù)變換到同一坐標(biāo)系M中；5)求解約束條件，得出坐標(biāo)系M與書寫坐標(biāo)系F之間的旋轉(zhuǎn)角度α、β；6)將α、β代人對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)變換方程，將所有加速度數(shù)據(jù)變換到坐標(biāo)系F中，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行二次積分得到筆跡。本發(fā)明主要解決了利用IMU單元實(shí)現(xiàn)平面筆跡復(fù)現(xiàn)的問題。
文檔編號(hào)G06F3/0346GK103019414SQ20121043501
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者劉勇, 徐天軍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)