一种可定位的红外书画笔及其定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及影像处理领域，更具体地说，涉及一种可定位的红外书画笔及其定位方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中的红外书画笔，采用光导纤维制作笔头，笔头具有一定的柔性，可以模拟毛笔和画笔的效果，通过采集笔头的红外光影像跟踪笔的运行轨迹，模拟书画笔迹。做书画时起笔和收笔特别重要，这种红外书画笔因为采用主动发光的原理，在笔头未接触到书画面板的时候，笔头发出的红外光就被感应到了，当笔尖离开书画板的时候，红外感应器并不能马上感应到。由于不能感知笔头离书画板的距离远近，在做书画时落笔和抬笔无法控制，导致模拟起笔和收笔时走样严重。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可定位的红外书画笔及其定位方法。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种可定位的红外书画笔，包括笔身、容置在所述笔身内部的用于发出红外光的红外光源组件、设置在笔身一端且用于将所述红外光源组件发出的红外光传导出所述笔身的笔头，所述笔身靠近所述笔头一端设置有用于出射红外光的多个红外光出射机构以定位所述红外书画笔的空间位置，该多个红外光出射机构沿所述笔身周向外壁均匀布设，且每个红外光出射机构出射的红外光的在朝向所述笔头一侧的方向与所述笔身的轴线的夹角均相同，且该夹角为锐角。
[0005]本发明所述的可定位的红外书画笔，其中，所述红外光源组件位于所述笔身的中心轴线上，所述红外光出射机构包括贯穿所述笔身侧壁的、用于将所述红外光源组件的红外光透射出去的光孔，每个光孔的延伸方向与所述笔身的轴线在朝向所述笔头一侧的夹角均相同，且该夹角为锐角。
[0006]本发明所述的可定位的红外书画笔，其中，所述红外光出射机构还包括与所述红外光源组件连接、沿光孔的延伸方向固定在对应的光孔内的光纤。
[0007]本发明所述的可定位的红外书画笔，其中，所述红外光出射机构包括:开设在所述笔身侧壁上的安装孔和固定在对应的安装孔内的红外LED灯。
[0008]本发明所述的可定位的红外书画笔，其中，所述笔头包括端部束在所述笔身内的多根导光纤维，且所述多根导光纤维远离所述笔身的一端汇聚一起以使所述笔头的外部轮廓呈锥状。
[0009]本发明所述的可定位的红外书画笔，其中，所述红外光源组件包括朝向所述笔头发光的红外LED灯以及驱动该红外LED灯发光的控制器，所述笔身内还设置有用于向所述红外LED灯以及所述控制器供电的充电电池，所述红外LED灯和充电电池分别与所述控制器电连接。
[0010]本发明所述的可定位的红外书画笔，其中，所述红外书画笔还包括用于开启或关闭所述红外LED灯的触摸式感应开关以及用于感应所述触摸式感应开关在被触摸后所发出的电信号、并发送触发信号给所述控制器的感应电路，所述感应电路分别与所述触摸式感应开关以及控制器电连接。
[0011]本发明所述的可定位的红外书画笔，其中，所述红外书画笔还包括电路板，所述控制器和所述感应电路均设置在所述电路板上，所述电路板为柔性电路板，所述柔性电路板卷成筒状收容在所述笔身内，且所述柔性电路板设置有所述感应电路的一面朝向所述笔身的内侧壁。
[0012]本发明还公开了一种基于所述的红外书画笔的红外书画笔定位方法，所述方法用于确定所述多个红外光出射机构出射的红外光的反向延长线的交点O到该交点O在书画板上的理论投射点O1之间的距离00 P以及确定该交点O与理论投射点O1确定的线段00 1在竖直平面内的倾斜角度α ；
[0013]所述方法包括以下步骤:
[0014]S1:识别出所述多个红外光出射机构出射的红外光在书画板上的一组投射点，根据识别出的该一组投射点拟合一个椭圆；如果椭圆的长轴AB和短轴的长度差小于阈值，则执行步骤S2，否执行转步骤S3，其中，长轴AB的长度值记为ΑΒ，红外光出射机构出射的红外光与所述笔身轴线之间的所述夹角的角度值记为Θ ；
[0015]S2:判定所述倾斜角度α为0，所述距离(^等于(AB/2)*cot Θ ；
[0016]S3:计算所述笔头在书画板上的投射区域的重心坐标，并将该重心坐标进行校正以使其位于所述长轴AB上，并将校正后的重心坐标确定为所述理论投射点O1的坐标；确定离长轴AB的投射点汇聚端B最近的两个投射点C和D，并对投射点C和D进行校正以使校正后的投射点C和D构成的线段CD垂直于长轴AB，并以所述线段CD作为红外光投射的正棱锥的与线段(^垂直的截面正多边形的一个边；根据所述夹角的角度值Θ、线段CD的长度、以及理论投射点O1的坐标，计算倾斜角度α和所述距离00 i。
[0017]本发明所述的可定位的红外书画笔定位方法，其中，所述步骤S3中对所述一组投射点进行校正以使投射点C和D构成的线段CD垂直于长轴AB包括:保持理论投射点(^与投射点C和D构成的Z CO1D的角度值不变，将投射点C和D在椭圆上进行移动，直至长轴AB成为Z CO1D的角平分线；
[0018]所述步骤S3中计算倾斜角度α和所述距离(^根据以下公式进行计算:
[0019]α = 90。-ω，ω = arcsin(PE/E O1)
[0020]OO1 = 0P+P0 ! = PE* (cot ω +cot β )
[0021]β = arctan(tan Θ *cos (180° /n))
[0022]其中，PE为所述截面正多边形的中心与边之间的距离，EO1为校正后的线段⑶与长轴AB之间的交点到所述理论投射点O1之间的距离，η是红外光出射机构的个数。
[0023]实施本发明的可定位的红外书画笔及其定位方法，具有以下有益效果:本发明的红外书画笔在所述笔身靠近所述笔头一端设置有用于出射红外光的多个红外光出射机构，由于多个红外光出射机构沿所述笔身周向外壁均匀布设，且每个红外光出射机构出射的红外光的方向与所述笔身的轴线的夹角均相同，因此根据其投影到书画板上的投射点坐标，定位所述红外书画笔的空间位置，进而可以判断画笔的倾斜度和笔头尖端离书画板的距离，有效地模拟起笔和收笔。
【附图说明】
[0024]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0025]图1是本发明红外书画笔的结构示意图；
[0026]图2是本发明红外书画笔的第一实施例的剖视结构示意图；
[0027]图3是本发明红外书画笔的第二实施例的剖视结构示意图；
[0028]图4是本发明红外书画笔的竖直立于书画板上方时的红外光投影示意图；
[0029]图5是本发明红外书画笔的倾斜立于书画板上方时的红外光投影示意图；
[0030]图6是本发明红外书画笔定位方法中的对线段CD进行校正的原理图；
[0031]图7是本发明红外书画笔定位方法中基于图5中的投影计算笔身的空间位置的部分原理图；
[0032]图8是本发明红外书画笔定位方法中基于图5中的投影计算笔身的空间位置的部分原理图。
【具体实施方式】
[0033]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0034]参考图1，是本发明红外书画笔的结构示意图；
[0035]本发明的可定位的红外书画笔，包括笔身10、容置在所述笔身10内部的用于发出红外光的红外光源组件30、设置在笔身10 —端且用于将所述红外光源组件30发出的红外光传导出所述笔身10的笔头20，笔身10具体为中空的管状，笔身10可由铝合金材质或塑料等材料制成。
[0036]所述红外光源组件3