基于光學(xué)原理的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于光學(xué)原理的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：手寫(xiě)板、光源、采集手寫(xiě)板上的書(shū)法筆觸圖像的光電圖像傳感器、顯示裝置，以及圖像處理裝置；該手寫(xiě)板為透光板；該圖像處理裝置用于實(shí)時(shí)收集光電圖像傳感器采集的筆觸圖像，并對(duì)收集到的筆觸圖像進(jìn)行處理，提取出筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)，將筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)繪制在畫(huà)布上，填充顏色，連續(xù)繪制并填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書(shū)法筆跡，以及將畫(huà)布傳輸給顯示裝置；該顯示裝置用于呈現(xiàn)畫(huà)布；該系統(tǒng)還包括電源和支架。通過(guò)本發(fā)明，用戶(hù)依然可以使用傳統(tǒng)的毛筆，畫(huà)布上圖像與用戶(hù)真實(shí)書(shū)寫(xiě)的圖像仿真效果比較接近，硬件要求較低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于光學(xué)原理的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字影像處理領(lǐng)域，具體而言，涉及基于光學(xué)原理的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)的普及和相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們擁有了新的書(shū)法創(chuàng)作方式。傳統(tǒng)的筆、墨、紙、硯，也已不再是書(shū)寫(xiě)文字的必要工具。在多數(shù)情況下，人們是借助鍵盤(pán)和鼠標(biāo)進(jìn)行文字輸入工作。因此，在汲取傳統(tǒng)書(shū)法藝術(shù)的基礎(chǔ)上，為了繼承、弘揚(yáng)和發(fā)展書(shū)法藝術(shù)，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的仿真就成為當(dāng)前藝術(shù)及科技領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)的課題之一。同時(shí)，書(shū)法初學(xué)者要對(duì)很多優(yōu)秀的書(shū)法作品進(jìn)行大量的臨摹訓(xùn)練以學(xué)習(xí)書(shū)法的用筆、結(jié)構(gòu)、章法和意境等知識(shí)和技巧。對(duì)書(shū)法臨摹與創(chuàng)作過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬有利于人們更快速、簡(jiǎn)便、干凈的練習(xí)書(shū)法，而且減少了筆墨紙硯的浪費(fèi)，也激發(fā)了人們學(xué)習(xí)書(shū)法的熱情。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)毛筆的模擬多種多樣，例如:根據(jù)筆下壓的力度和運(yùn)筆的速度產(chǎn)生筆跡的粗細(xì)變化、筆跡形狀的變化等的軟件算法，給人一種使用毛筆書(shū)寫(xiě)的感受；還有一種通過(guò)建立筆頭的三維模型，動(dòng)態(tài)計(jì)算筆頭的形態(tài)而產(chǎn)生筆跡的算法。這些軟件方法的優(yōu)點(diǎn)是可以利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，比如鼠標(biāo)、手寫(xiě)筆等，易于推廣，研發(fā)和應(yīng)用成本較低。但是一般軟件模擬算法，需要消耗的計(jì)算機(jī)資源較大，尤其是使用三維、動(dòng)態(tài)變形等技術(shù)模擬毛筆的軟件算法需要大量迭代浮點(diǎn)運(yùn)算，這就要求計(jì)算機(jī)有非常高的配置，且仿真效果不理想。
[0004]發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的軟件模擬書(shū)法的方式存在對(duì)硬件(如計(jì)算機(jī))配置要求較高且仿真效果不理想的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供基于光學(xué)原理的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)，以降低書(shū)法筆跡獲取時(shí)硬件的配置要求并提升仿真效果。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于光學(xué)原理的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)，包括:手寫(xiě)板、基于手寫(xiě)板產(chǎn)生影像的方式設(shè)置的光源、用于采集手寫(xiě)板上的書(shū)法筆觸圖像的光電圖像傳感器、顯示裝置，以及與光電圖像傳感器和顯示裝置均連接的圖像處理裝置；該手寫(xiě)板為透光板；該圖像處理裝置用于實(shí)時(shí)收集光電圖像傳感器采集的筆觸圖像，并對(duì)收集到的筆觸圖像進(jìn)行處理，提取出筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)，將筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)繪制在畫(huà)布上，并在繪制的筆觸形狀輪廓內(nèi)填充顏色，連續(xù)繪制并填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書(shū)法筆跡，以及將畫(huà)布傳輸給顯示裝置；該顯示裝置用于呈現(xiàn)畫(huà)布；該系統(tǒng)還包括:為光源、顯示裝置、圖像處理裝置和光電圖像傳感器供電的電源，以及支撐手寫(xiě)板、光源和光電圖像傳感器的支架。
[0007]上述系統(tǒng)還可以包括:在手寫(xiě)板上書(shū)寫(xiě)的毛筆，毛筆配置的書(shū)寫(xiě)液為透明液體。
[0008]上述圖像處理裝置為計(jì)算機(jī)，上述顯示裝置為計(jì)算機(jī)的顯示器。
[0009]上述手寫(xiě)板可以為亞克力板或玻璃板,該手寫(xiě)板的厚度為5mm-10mm。
[0010]上述光電圖像傳感器可以為能夠獲取平面光學(xué)影像的傳感器。
[0011]上述手寫(xiě)板產(chǎn)生影像的方式可以為投影方式，光源圍繞手寫(xiě)板的上方四周均勻設(shè)置。
[0012]上述手寫(xiě)板產(chǎn)生影像的方式可以為全內(nèi)反射方式，光源為條狀光源，對(duì)稱(chēng)設(shè)置在手寫(xiě)板的兩邊或四周。
[0013]上述光源可以為紅外LED燈、可見(jiàn)光LED或者日光燈管。
[0014]如果光源使用紅外LED光源，光電圖像傳感器設(shè)置有紅外過(guò)濾鏡。
[0015]上述手寫(xiě)板產(chǎn)生影像的方式為激光平面方式，光源至少為兩個(gè)一字線(xiàn)激光光源，激光光源對(duì)稱(chēng)設(shè)置在手寫(xiě)板的對(duì)角位置上方。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例提供的系統(tǒng)通過(guò)光電圖像傳感器采集手寫(xiě)板上的筆觸圖像，并將該圖像傳輸給圖像處理裝置，經(jīng)圖像處理裝置處理后得到筆觸輪廓數(shù)據(jù)，將該筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)繪制在畫(huà)布上，并在繪制的筆觸形狀輪廓內(nèi)填充顏色，連續(xù)繪制并填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書(shū)法筆跡，將該畫(huà)布呈現(xiàn)在顯示裝置上，即可以得到與用戶(hù)手寫(xiě)一致的書(shū)法筆跡，實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，用戶(hù)依然可以使用傳統(tǒng)的毛筆，不需要進(jìn)行電子筆的學(xué)習(xí)過(guò)程，并且這種基于光學(xué)原理采集的圖像與用戶(hù)真實(shí)書(shū)寫(xiě)的圖像仿真效果比較接近，硬件要求較低，適于推廣應(yīng)用。
[0017]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0019]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于光學(xué)原理的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于光學(xué)原理的書(shū)法筆跡呈現(xiàn)方法流程圖；
[0021]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于全內(nèi)反射方式的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于激光平面方式的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于投影方式的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025]如圖1所示的基于光學(xué)原理的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)中包括:
[0026]手寫(xiě)板12，手寫(xiě)板12為透光板；
[0027]基于手寫(xiě)板產(chǎn)生影像的方式設(shè)置的光源11 ；
[0028]顯示裝置13可以是計(jì)算機(jī)的顯示器；
[0029]用于采集手寫(xiě)板12上的筆觸圖像的光電圖像傳感器14 ；
[0030]與光電圖像傳感器14和顯示裝置13均連接的圖像處理裝置15，圖像處理裝置15用于實(shí)時(shí)收集光電圖像傳感器14采集的筆觸圖像，并對(duì)連續(xù)收集到的筆觸圖像進(jìn)行處理，提取出筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)，將該筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)繪制在畫(huà)布上，并在繪制的筆觸形狀輪廓內(nèi)填充顏色，連續(xù)繪制并填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書(shū)法筆跡，以及將該畫(huà)布傳輸給顯示裝置13 ；
[0031 ] 顯示裝置13用于呈現(xiàn)上述畫(huà)布；
[0032]上述系統(tǒng)還包括:為光源11、顯示裝置13、圖像處理裝置15和光電圖像傳感器14供電的電源(圖中未示意出，該電源可以是多個(gè)，每個(gè)電源與其被供電的部件匹配)，以及支撐手寫(xiě)板12、光源11和上述光電圖像傳感器14的支架16。
[0033]上述光電圖像傳感器14為能夠獲取平面光學(xué)影像的傳感器，例如:攝像頭、透明紅外圖形傳感器面板、柔性圖像傳感器、光電傳感器陣列等。
[0034]上述光源11可以為紅外LED燈、可見(jiàn)光LED或者日光燈管。如果該光源11使用紅外LED光源，上述光電圖像傳感器還可以設(shè)置有紅外過(guò)濾鏡。
[0035]上述手寫(xiě)板12為亞克力板或玻璃板,手寫(xiě)板12的厚度為5mm-10mm。
[0036]本發(fā)明實(shí)施例中各個(gè)部件間的連接可以是直接連接，也可以是間接連接，具體連接方式可以是有線(xiàn)連接，也可以是無(wú)線(xiàn)連接。
[0037]基于上述系統(tǒng)，參見(jiàn)圖2所示的基于光學(xué)原理的書(shū)法筆跡呈現(xiàn)方法流程圖，該方法包括以下步驟:
[0038]步驟S202，光電圖像傳感器實(shí)時(shí)采集用戶(hù)使用毛筆在手寫(xiě)板上的筆觸圖像；其中，該手寫(xiě)板為透光板，基于該手寫(xiě)板產(chǎn)生影像的方式在手寫(xiě)板對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有光源，以使毛筆與手寫(xiě)板接觸面形成影像，該影像可以是暗影或亮斑；此外，該手寫(xiě)板也可以當(dāng)作普通的觸摸屏使用，通過(guò)手指操作相應(yīng)的系統(tǒng)和軟件。
[0039]步驟S204，光電圖像傳感器將采集的筆觸圖像發(fā)送給圖像處理裝置。
[0040]步驟S206，圖像處理裝置實(shí)時(shí)收集上述筆觸圖像，并對(duì)收集到的筆觸圖像進(jìn)行處理，提取出筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)，將該筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)繪制在畫(huà)布上，并在繪制的筆觸形狀輪廓內(nèi)填充顏色，連續(xù)繪制并填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書(shū)法筆跡；其中，該設(shè)定的顏色可以是單色，也可以是多種顏色隨機(jī)填充，還可以是根據(jù)算法模擬的墨在紙上擴(kuò)散的顏色，連續(xù)繪制的筆觸形狀組成書(shū)法筆跡圖像。
[0041]步驟S208，圖像處理裝置將上述畫(huà)布呈現(xiàn)在顯示裝置上，該顯示裝置可以為計(jì)算機(jī)的顯示器或者與計(jì)算機(jī)連接的投影儀，該圖像處理裝置可以為計(jì)算機(jī)。
[0042]本實(shí)施例的方法通過(guò)光電圖像傳感器采集手寫(xiě)板上的筆觸圖像，并將該圖像傳輸給圖像處理裝置，經(jīng)圖像處理裝置處理后得到筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)，將該筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)繪制在畫(huà)布上，并在繪制的筆觸形狀輪廓內(nèi)填充顏色，連續(xù)繪制并填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書(shū)法筆跡，將該畫(huà)布呈現(xiàn)在顯示裝置上，即可以得到與用戶(hù)手寫(xiě)一致的書(shū)法筆跡，實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，用戶(hù)依然可以使用傳統(tǒng)的毛筆，不需要進(jìn)行電子筆的學(xué)習(xí)過(guò)程，并且這種基于光學(xué)原理采集的圖像與用戶(hù)真實(shí)書(shū)寫(xiě)的圖像仿真效果比較接近，硬件要求較低，適于推廣應(yīng)用。
[0043]考慮到清潔問(wèn)題，本實(shí)施例的手寫(xiě)板優(yōu)選采用水代替?zhèn)鹘y(tǒng)的墨汁，當(dāng)然也可以采用其它無(wú)色、透明、無(wú)味、無(wú)毒、易清理的液體。用戶(hù)可以使用傳統(tǒng)毛筆在手寫(xiě)板上書(shū)寫(xiě)，這樣用戶(hù)能夠獲得與毛筆在紙上書(shū)寫(xiě)一樣的感受，并且產(chǎn)生的結(jié)果也最接近于真實(shí)，而且，傳統(tǒng)毛筆價(jià)格便宜、品類(lèi)眾多，用戶(hù)可根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣選擇合適的毛筆，因此，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選傳統(tǒng)毛筆作為手寫(xiě)工具?；诖?，上述光電圖像傳感器實(shí)時(shí)采集用戶(hù)使用毛筆在手寫(xiě)板上的筆觸圖像可以包括:光電圖像傳感器對(duì)用戶(hù)通過(guò)蘸有透明液體(例如，水)的毛筆在手寫(xiě)板上書(shū)寫(xiě)的過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集，得到該毛筆與手寫(xiě)板接觸面的筆觸圖像。選擇傳統(tǒng)毛筆和透明液體來(lái)書(shū)寫(xiě)的方式，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)考慮盡量讓液體流出，可以將上述手寫(xiě)板傾斜設(shè)置，且底部邊緣設(shè)置有用于將書(shū)寫(xiě)使用的液體導(dǎo)走的導(dǎo)流槽。考慮到書(shū)寫(xiě)過(guò)程中，液體在手寫(xiě)板上可能會(huì)形成水珠影響成像質(zhì)量，對(duì)圖像采集產(chǎn)生干擾，因此手寫(xiě)板為做過(guò)表面防霧處理的手寫(xiě)板，即本發(fā)明實(shí)施例中，可以采用具有防霧功能的手寫(xiě)板，以杜絕或者減少水珠形成。
[0044]本發(fā)明實(shí)施例中的光電圖像傳感器可以是攝像頭，實(shí)際應(yīng)用中，可以選取分辨率為640 X 480、幀率為120FPS、接口為USB2.0的攝像頭；如果光源采用紅外照明，還可以在該攝像頭前設(shè)置一個(gè)紅外過(guò)濾鏡。
[0045]本實(shí)施例中，手寫(xiě)板產(chǎn)生影像的方式包括以下之一:投影方式、全內(nèi)反射方式和激光平面方式。對(duì)于不同的圖像影像方式，需要不同的光源組成，投影方式的光源選擇范圍比較廣，可以使用點(diǎn)光源、燈管、LED燈條等各種方式，只要均勻照亮手寫(xiě)板就可以了，需要注意的是燈光必須從四周向中心均勻照射，以免產(chǎn)生非接觸面物體的陰影，比如筆桿，手等的陰影，所以光源一般布置在手寫(xiě)板四周，比如，燈管或者LED燈條組成的矩形框。
[0046]全內(nèi)反射方式，需要在手寫(xiě)板的邊沿(至少是兩個(gè)邊)放置條狀光源，LED光帶或者光條比較適合。
[0047]激光平面方式需要使用一字線(xiàn)激光光源，激光產(chǎn)生的光面與手寫(xiě)板平行并且在其上方不遠(yuǎn)的距離，為了防止毛筆或者手指接觸觸摸板時(shí)，背向光源的面產(chǎn)生陰影，該一字線(xiàn)激光光源至少需要兩個(gè)，分別放置在手寫(xiě)板對(duì)角點(diǎn)上。
[0048]針對(duì)手寫(xiě)板產(chǎn)生影像的方式不同，光源的選取和位置也不同，例如:手寫(xiě)板12產(chǎn)生影像的方式為投影影像方式，光源11可以圍繞手寫(xiě)板12的四周上方均勻設(shè)置。手寫(xiě)板12產(chǎn)生影像的方式為全內(nèi)反射方式，光源11為條狀光源，對(duì)稱(chēng)設(shè)置在手寫(xiě)板12的兩邊或四周，手寫(xiě)板四周要光滑透明。這三種影像方式下的光源11可以為紅外LED燈?；诖?，光電圖像傳感器14設(shè)置有紅外過(guò)濾鏡。
[0049]上述圖像處理裝置可以為計(jì)算機(jī)，也可以是定制開(kāi)發(fā)的圖形處理電路板。
[0050]以全內(nèi)反射方式為例，參見(jiàn)圖3所示的基于全內(nèi)反射方式的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)包括:8mm厚的高透明亞克力板31、850nm的紅外LED燈條32 (可選項(xiàng)，也可以使用可見(jiàn)光)、攝像頭33、計(jì)算機(jī)34和顯示器35。
[0051]以激光平面方式為例，參見(jiàn)圖4所示的基于激光平面方式的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)包括:一字平面激光頭41，其頻率:850nm，功率:5mW。5mm厚的高透明亞克力板42 ;攝像頭43 ;計(jì)算機(jī)44 ;顯示器45。
[0052]以投影方式為例，參見(jiàn)圖5所示的基于投影方式的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)包括:850nm紅外LED光條51 ;勻光遮光罩52 ;半透明投影幕53 ;5mm厚高透明亞克力板54 ;攝像頭55 ;計(jì)算機(jī)56 ;顯示器57。
[0053]圖3至圖5所示系統(tǒng)未示意出支架，支架的具體結(jié)構(gòu)可以根據(jù)上述各個(gè)部件的位置設(shè)計(jì)，以體積適中為宜，這里不再詳述。
[0054]考慮到一般情況下，光電圖像傳感器的分辨率與顯示裝置的分辨率可能不相同，以及由于光電圖像傳感器的取景范圍不確定以及光電圖像傳感器的圖像畸變等因素影響，如果要求顯示區(qū)域與手寫(xiě)區(qū)域完全重合，則需要建立手寫(xiě)區(qū)域與顯示區(qū)域之間的映射關(guān)系?；诖?，上述方法還包括:預(yù)先根據(jù)光電圖像傳感器的分辨率和顯示裝置的分辨率對(duì)手寫(xiě)板與顯示裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，建立手寫(xiě)區(qū)域與顯示區(qū)域之間的映射關(guān)系。
[0055]以顯示裝置為液晶顯示器為例，這里的校準(zhǔn)可以?xún)H校準(zhǔn)手寫(xiě)板與液晶顯示器的四個(gè)角點(diǎn)，也可以采用網(wǎng)格型校準(zhǔn)方式，也就是不只有四角的四個(gè)點(diǎn)，在液晶顯示器上等距離劃分M行和N列的網(wǎng)格，網(wǎng)格上的每個(gè)交叉點(diǎn)都是校準(zhǔn)點(diǎn)，網(wǎng)格的行數(shù)(M)和列數(shù)(N)需要根據(jù)光電圖像傳感器的畸變度確定，網(wǎng)格數(shù)越多，手寫(xiě)板與液晶顯示器的對(duì)應(yīng)關(guān)系越精確，但操作實(shí)現(xiàn)的難度越大。網(wǎng)格劃分時(shí)需要考慮通過(guò)多個(gè)光電圖像傳感器采集圖像的方式，為圖像軟拼接留出過(guò)渡區(qū)域的校準(zhǔn)點(diǎn)?；诖?，上述預(yù)先根據(jù)光電圖像傳感器的分辨率和顯示裝置的分辨率對(duì)手寫(xiě)板與顯示裝置進(jìn)行校準(zhǔn)可以包括:預(yù)先根據(jù)光電圖像傳感器的分辨率和顯示裝置的分辨率，采用網(wǎng)格型校準(zhǔn)方式對(duì)手寫(xiě)板與顯示裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0056]由于光電圖像傳感器(例如:攝像頭)與被拍攝物體需要有一定距離(物距)，因此，對(duì)于較大尺寸的手寫(xiě)面板拍攝的清晰度會(huì)比較低，或者雖然手寫(xiě)面板不大，但是為了盡可能減小物距，從而減小產(chǎn)品的厚度，則可以使用多個(gè)光電圖像傳感器同時(shí)拍攝，每個(gè)光電圖像傳感器負(fù)責(zé)一部分區(qū)域，通常是按照行、列來(lái)布置光電圖像傳感器，每個(gè)光電圖像傳感器拍攝相等面積的矩形區(qū)域，在圖像采集時(shí)需要將所有光電圖像傳感器拍攝的圖像拼接為一個(gè)完整的手寫(xiě)區(qū)域圖像，拼接的方法有兩種，一種是硬拼接，就是簡(jiǎn)單的把每個(gè)光電圖像傳感器的圖像拼接起來(lái)，這需要將光電圖像傳感器位置、角度等調(diào)整的比較準(zhǔn)確，否則相鄰光電圖像傳感器之間的圖像可能會(huì)有重疊或者縫隙；另外一種拼接方法是軟拼接，就是拼接時(shí)，在相鄰光電圖像傳感器的圖像之間劃出一個(gè)過(guò)渡區(qū)域，從一個(gè)光電圖像傳感器的圖像漸變到另一個(gè)光電圖像傳感器的圖像，這樣即使光電圖像傳感器位置稍微有些偏差，拼接出的圖像也不會(huì)有很明顯的跳變。基于此，上述圖像處理裝置實(shí)時(shí)收集筆觸圖像，并對(duì)連續(xù)收集到筆觸圖像進(jìn)行處理可以包括:當(dāng)圖像處理裝置接收到來(lái)自多個(gè)光電圖像傳感器發(fā)送的筆觸圖像時(shí)，圖像處理裝置根據(jù)各個(gè)光電圖像傳感器的位置關(guān)系，對(duì)接收到的筆觸圖像進(jìn)行拼接處理，得到完整的筆觸圖像。這種方式能夠減小拍攝的物距，從而減小產(chǎn)品的厚度，且得到的圖像更清晰。
[0057]具體應(yīng)用中，圖像處理裝置實(shí)時(shí)收集所述筆觸圖像，對(duì)收集到的筆觸圖像進(jìn)行處理，提取出筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)還可以包括:圖像處理裝置根據(jù)光電圖像傳感器的安裝方向和顯示裝置的顯示方向確定是否對(duì)收集到的筆觸圖像進(jìn)行鏡像處理，如果是，對(duì)筆觸圖像進(jìn)行鏡像處理；然后依次對(duì)鏡像處理后的筆觸圖像進(jìn)行背景減除處理、模糊處理、高通濾波處理、放大處理和二值化處理，提取出筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)。
[0058]因?yàn)楣怆妶D像傳感器安裝的方向可能與顯示裝置的顯示方向不一致，為了快速將他們的方向調(diào)整為一致，搜索方法中增加了鏡像處理，通過(guò)該方法，將獲取的圖像鏡像反轉(zhuǎn)，以便與顯示圖像匹配。鏡像的種類(lèi)有左右鏡像和上下鏡像，也可以同時(shí)執(zhí)行上下和左右鏡像。
[0059]上述背景減除指從光電圖像傳感器拍攝下的畫(huà)面中去掉背景畫(huà)面，只保留前景畫(huà)面，在這里所說(shuō)的前景就是筆觸影像。在書(shū)寫(xiě)開(kāi)始前，可以保存一幅光電圖像傳感器拍攝的畫(huà)面作為背景，書(shū)寫(xiě)過(guò)程中，通過(guò)像素減法將這個(gè)背景畫(huà)面減去就得到僅有前景的畫(huà)面。由于背景畫(huà)面也可能變化，可以采用動(dòng)態(tài)背景去除算法，出于實(shí)時(shí)性的考慮，采用的算法比較簡(jiǎn)單快速，只是將每次的畫(huà)面通過(guò)加權(quán)值累加到背景畫(huà)面上，然后減除，如果在一段時(shí)間內(nèi)保持不變的圖像就會(huì)認(rèn)為是背景，就會(huì)被剪除掉。
[0060]上述二值化指將圖像轉(zhuǎn)化為只包括黑色和白色兩種顏色的圖像，這樣才能進(jìn)行后續(xù)的筆觸輪廓提取以及相關(guān)的計(jì)算工作，二值化時(shí)，首先需要確定一個(gè)閾值，高于此閾值的顏色就認(rèn)為是白色，低于此閾值的就認(rèn)為是黑色，這樣白色表示前景，也就是筆觸圖像，黑色表示背景。
[0061]由于光電圖像傳感器的分辨率可能比較低，獲取到的圖像在液晶顯示器上顯示時(shí)能夠看到邊緣的鋸齒，基于此，上述方法中增加了模糊處理，用以去掉這些鋸齒，使邊緣光滑，所以也稱(chēng)為光滑算法，通常采用的光滑算法是最簡(jiǎn)單的均勻平滑算法。
[0062]上述高通濾波處理是將畫(huà)面根據(jù)顏色值進(jìn)行過(guò)濾，將顏色值低于某個(gè)閾值的像素濾除，保留高于此閾值的像素。該方式主要用途是去除部分背景和環(huán)境光的干擾。
[0063]上述放大處理的含義是將顏色值按比例放大，就是將每個(gè)像素的顏色值乘以一個(gè)系數(shù)，這樣使圖像的對(duì)比度加大，便于下一步的二值化處理。
[0064]經(jīng)過(guò)以上圖形算法，可以獲得了比較清晰的筆觸圖像，值得注意的是，上面的算法步驟并不是每一步都是必須的，比如鏡像算法，在光電圖像傳感器獲取的圖像與顯示內(nèi)容方向一致時(shí)就不需要。
[0065]上述圖像處理裝置將所述筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)繪制在畫(huà)布上包括:圖像處理裝置通過(guò)計(jì)算所述筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)不同幀的筆觸形狀之間的時(shí)間和位置關(guān)系進(jìn)行狀態(tài)跟蹤，得到筆觸的抬起、按下?tīng)顟B(tài)數(shù)據(jù)，從而判讀出一個(gè)筆畫(huà)的開(kāi)始和結(jié)束；圖像處理裝置根據(jù)判讀的結(jié)果，對(duì)同一筆畫(huà)的相鄰兩個(gè)筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)依據(jù)疏密度進(jìn)行基于形狀變形的輪廓插值操作，增加筆觸形狀；圖像處理裝置按照設(shè)定的顏色將插值后的筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)繪制到畫(huà)布上該方式中，圖像處理裝置根據(jù)同一筆畫(huà)的相鄰兩個(gè)筆觸點(diǎn)的疏密程度，通過(guò)圖形變形方法進(jìn)行筆觸點(diǎn)插值操作，以使繪畫(huà)出的筆畫(huà)平滑連續(xù)，沒(méi)有間斷。
[0066]上述筆觸狀態(tài)跟蹤的主要目的是對(duì)筆的行為狀態(tài)進(jìn)行跟蹤分析，將連續(xù)的筆觸形狀圖像轉(zhuǎn)化為觸摸筆事件，比如筆壓下、移動(dòng)、抬起等事件，由于上述方法是基于筆觸的形狀影像，因此上述方法能夠獲得毛筆在手寫(xiě)臺(tái)上形成的影像，不能獲得筆的壓下、抬起等狀態(tài)信息?；诖耍緦?shí)施例在分析狀態(tài)跟蹤事件信息時(shí)，主要是通過(guò)計(jì)算不同幀的筆觸形狀之間時(shí)間和位置關(guān)系來(lái)判斷，維護(hù)一個(gè)筆對(duì)象列表，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有新的筆觸形狀時(shí)，如果位置與列表中的某個(gè)接近，則認(rèn)為是同一個(gè)筆在移動(dòng)，如果列表中的筆對(duì)象沒(méi)有在新筆觸形狀中發(fā)現(xiàn)，則認(rèn)為這個(gè)筆畫(huà)書(shū)寫(xiě)結(jié)束，筆抬起，如果新的筆觸形狀不在筆對(duì)象列表中，則認(rèn)為是一個(gè)新筆壓下。
[0067]由于上述跟蹤主要依據(jù)不同時(shí)間筆觸的相對(duì)位置，因此，書(shū)寫(xiě)時(shí)移動(dòng)速度不能太快，否則會(huì)出現(xiàn)斷線(xiàn)或者連筆情況發(fā)生，如果想要書(shū)寫(xiě)速度加快，需要提高光電圖像傳感器的幀率和圖像處理裝置的處理速度。
[0068]由于光電圖像傳感器的幀率通常不是非常高，如果僅僅依靠獲得的筆觸形狀繪制筆跡，則會(huì)出現(xiàn)筆跡不平滑甚至斷線(xiàn)，為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，上述方法中增加了插值操作，就是在兩個(gè)筆觸形狀之間，根據(jù)這兩個(gè)筆觸形狀距離的遠(yuǎn)近插入適當(dāng)數(shù)量的筆觸圖形。因?yàn)樯鲜龇椒ㄖ蝎@取到的是筆觸的圖形，插值也應(yīng)該是筆觸的圖形，由于插值起點(diǎn)和終點(diǎn)的圖形的形狀和大小都有可能不同，因此，如何插值是個(gè)問(wèn)題，本實(shí)施例考慮可以使用形狀動(dòng)畫(huà)變形算法來(lái)實(shí)現(xiàn)此插值，以插值起點(diǎn)的形狀作為變形的原圖，插值終點(diǎn)的形狀作為變形的目標(biāo)圖，插值的數(shù)目則是變形的步數(shù)。因此，可以選擇二維圖形變形算法。
[0069]在獲取到筆觸形狀圖像以及插值圖像以后，只要將這些圖像累加繪制在一起就形成了完整的筆跡圖像。這對(duì)于現(xiàn)在的GUI編程來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常容易的事情，無(wú)論使用操作系統(tǒng)提供的API，如微軟的GDI，或者是第三方通用圖形開(kāi)發(fā)庫(kù)，如OpenGL，都可以輕松實(shí)現(xiàn)，以GDI+編程為例:首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)畫(huà)布，然后根據(jù)筆觸的事件觸發(fā)，當(dāng)筆按下和移動(dòng)時(shí)根據(jù)隨事件傳遞過(guò)來(lái)的筆觸信息數(shù)據(jù)繪制每一個(gè)筆觸形狀，繪制時(shí)將筆觸形狀輪廓上的所有點(diǎn)按順序連接成一個(gè)路徑，然后調(diào)用填充路徑函數(shù)將筆觸形狀繪制到畫(huà)布上，填充的顏色可以根據(jù)需要變化，最后將畫(huà)布顯示出來(lái)就可以看到書(shū)寫(xiě)的筆跡了。
[0070]上述方法可以應(yīng)用于任何需要軟筆書(shū)寫(xiě)的環(huán)境，比如:小學(xué)生練習(xí)書(shū)法、書(shū)法專(zhuān)業(yè)人士練習(xí)書(shū)法或者創(chuàng)造書(shū)法，軟筆繪畫(huà)等。
[0071]下面給出上述實(shí)施例的方法最優(yōu)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，可以如下所述:
[0072]1.方案選擇
[0073]首先，考慮書(shū)寫(xiě)形式是使用傳統(tǒng)毛筆蘸水書(shū)寫(xiě)，而全內(nèi)反射方式當(dāng)有水的軟質(zhì)物體觸摸平板時(shí)有非常高的對(duì)比度，圖像非常清晰，由于全內(nèi)反射方式光源位于手寫(xiě)板四周，占用空間較小，基于以上分析，選定全內(nèi)反射方式進(jìn)行。
[0074]2.硬件安裝
[0075]方案確定以后，確定硬件材料和組裝，可以使用組合貨架所用的角鐵搭建支架，這種方式的好處是材料容易獲得、成本低廉、組合模式靈活，可以像搭積木一樣構(gòu)建需要的結(jié)構(gòu)；
[0076]選用亞克力作為手寫(xiě)板材料，厚度可以為5mm、8mm和1mm的亞克力板，由于計(jì)劃使用全內(nèi)反射方式，需要從亞克力的邊緣輸入光線(xiàn)，因此，亞克力板的邊緣要光滑透明，可以使用激光切割；
[0077]選用850nm貼片紅外LED作為光源，每個(gè)芯片電流150ma，將這些芯片焊接到四個(gè)鋁基板上，鋁基板的長(zhǎng)度與亞克力四邊相同，然后將鋁基板插入鋁槽中，用膠帶將這些鋁槽固定在亞克力的四周，引出的電源線(xiàn)連接到穩(wěn)壓電源輸出端上，這樣就產(chǎn)生了全內(nèi)反射方式的手寫(xiě)板；
[0078]光電圖像傳感器選用了一款120幀/秒的攝像頭，并且在攝像頭鏡頭里增加850nm帶通濾光片，只讓850nm紅外光進(jìn)入攝像頭，攝像頭與圖像處理裝置通過(guò)USB接口連接。
[0079]圖像處理裝置選用計(jì)算機(jī)。
[0080]3.軟件開(kāi)發(fā)
[0081]以計(jì)算機(jī)方式進(jìn)行圖像采集和處理，這種方式開(kāi)發(fā)周期最短、編程資源更豐富，能夠更迅速的驗(yàn)證本文所述電子手寫(xiě)臺(tái)方法的可行性和效果。根據(jù)圖像處理裝置的上述處理操作，可以分為服務(wù)端和客戶(hù)端兩個(gè)程序:服務(wù)端和客戶(hù)端。服務(wù)端就如同設(shè)備驅(qū)動(dòng)一樣，負(fù)責(zé)從攝像頭拍攝的圖像中提取出筆觸數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶(hù)端應(yīng)用，其主要包括的功能有:圖像采集、多攝像頭拼接、校準(zhǔn)與映射、圖像處理、數(shù)據(jù)發(fā)送等。服務(wù)端程序也可以全部移植到獨(dú)立的嵌入設(shè)備中；客戶(hù)端則獲取服務(wù)端發(fā)送來(lái)的筆觸數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為觸摸事件，觸發(fā)應(yīng)用繪畫(huà)出書(shū)法作品，客戶(hù)端的主要功能是:數(shù)據(jù)接收、狀態(tài)跟蹤、輪廓插值、筆跡繪制等。
[0082]以上實(shí)施例的方法通過(guò)光電圖像傳感器采集手寫(xiě)板上的筆觸圖像，并將該圖像傳輸給圖像處理裝置，經(jīng)圖像處理裝置處理后得到書(shū)法筆觸數(shù)據(jù)，再對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到畫(huà)布上的筆觸形狀輪廓，然后在該輪廓中填充顏色，將該畫(huà)布呈現(xiàn)在顯示裝置上，即可以得到與用戶(hù)手寫(xiě)一致的書(shū)法筆跡，實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，用戶(hù)依然可以使用傳統(tǒng)的毛筆或其它軟筆，不需要進(jìn)行電子筆的學(xué)習(xí)過(guò)程，并且這種基于光學(xué)原理采集的圖像與用戶(hù)真實(shí)書(shū)寫(xiě)的圖像仿真效果比較接近，硬件要求較低，適于推廣應(yīng)用。
[0083]在本申請(qǐng)所提供的幾個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的系統(tǒng)和方法，可以通過(guò)其它的方式實(shí)現(xiàn)。以上所描述的方法實(shí)施例僅僅是示意性的，所述圖像處理裝置的功能如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷(xiāo)售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括:U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)、只讀存儲(chǔ)器(ROM，Read-Only Memory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盤(pán)等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。
[0084]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光學(xué)原理的書(shū)法筆跡獲取系統(tǒng)，其特征在于，包括:手寫(xiě)板、基于手寫(xiě)板產(chǎn)生影像的方式設(shè)置的光源、用于采集手寫(xiě)板上的書(shū)法筆觸圖像的光電圖像傳感器、顯示裝置，以及與光電圖像傳感器和顯示裝置均連接的圖像處理裝置； 所述手寫(xiě)板為透光板； 所述圖像處理裝置用于實(shí)時(shí)收集所述光電圖像傳感器采集的所述筆觸圖像，并對(duì)收集到的所述筆觸圖像進(jìn)行處理，提取出筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)，將所述筆觸形狀輪廓數(shù)據(jù)繪制在畫(huà)布上，并在繪制的筆觸形狀輪廓內(nèi)填充顏色，連續(xù)繪制并填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書(shū)法筆跡，以及將所述畫(huà)布傳輸給顯示裝置； 所述顯示裝置用于呈現(xiàn)所述畫(huà)布； 所述系統(tǒng)還包括:為所述光源、所述顯示裝置、所述圖像處理裝置和所述光電圖像傳感器供電的電源，以及支撐所述手寫(xiě)板、所述光源和所述光電圖像傳感器的支架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括:在所述手寫(xiě)板上書(shū)寫(xiě)的毛筆，所述毛筆配置的書(shū)寫(xiě)液為透明液體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理裝置為計(jì)算機(jī)，所述顯示裝置為所述計(jì)算機(jī)的顯示器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述手寫(xiě)板為亞克力板或玻璃板，所述手寫(xiě)板的厚度為5mm-10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光電圖像傳感器為能夠獲取平面光學(xué)影像的傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述手寫(xiě)板產(chǎn)生影像的方式為投影方式，所述光源圍繞所述手寫(xiě)板的上方四周均勻設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述手寫(xiě)板產(chǎn)生影像的方式為全內(nèi)反射方式，所述光源為條狀光源，對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述手寫(xiě)板的兩邊或四周。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光源為紅外LED燈、可見(jiàn)光LED或者日光燈管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，如果所述光源使用紅外LED光源，所述光電圖像傳感器設(shè)置有紅外過(guò)濾鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述手寫(xiě)板產(chǎn)生影像的方式為激光平面方式，所述光源至少為兩個(gè)一字線(xiàn)激光光源，所述激光光源對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述手寫(xiě)板的對(duì)角位置上方。
【文檔編號(hào)】G06K9/68GK104391613SQ201410763667
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】胡艷輝 申請(qǐng)人:北京軒文文化發(fā)展有限公司