专利名称：一种屏幕书写装置、屏幕书写系统及其实现方法
技术领域：
本发明涉及计算机输入装置，特别是涉及一种用于投影屏幕上书写的屏幕书写装置、屏幕书写系统及其实现方法。
背景技术：
随着现代投影技术、计算机技术的发展，人们用文字、声音、图片、视频来展现丰富多彩的内容，这在一定程度上满足了人们的需求。随着交互技术的发展，人们越来越体验到了交互所带来的乐趣，如Apple公司的iphone产品，microsoft公司的XBox等产品的推出， 让人们对交互的渴望越来越强烈，也越来越体验到交互的便捷和智能。对于国内较为成熟的应用投影的交互式系统主要分为两类。第一类是基于电子白板构建，主要包括触摸屏式、红外阵列式、电磁感应式以及激光扫描式等技术类型。其优点是定位可靠性和精度较高，跟踪速度较快；缺点是均需依赖特制的投影屏幕，无法实现在任意投影平面上的交互功能，安装和使用不方便，成本较高。另一类则采用特制的交互笔式设备，如超声波笔、红外光电笔、光电鼠标笔等，配合外部专用的接收传感器，可精确定位笔尖位置，实现在任意投影平面上的书写及触控操作。在此类交互过程中，使用的交互笔上会有一系列的电路模块，比如传感器，信号传送设备，发送信号的通信装置等，这都会增加笔的体积，不小巧，不便于携带，不便于随意操作。而上述交互笔中，均是使用通信装置将得到的压力信息传送给外部的接收装置从而得到笔迹信息，而通信装置在通信过程中传输数据时会出现数据丢失问题，且使用者始终手握交互笔，其中还会涉及遮挡问题，会造成定位不准。这些数据丢失，定位不准的问题都会直接导致交互过程无法实时准确地进行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足，提出一种屏幕书写装置，装置体积较小，且交互过程实时准确。本发明进一步所要解决的技术问题是提出一种屏幕书写系统及其实现方法，交互过程实时准确。本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决
一种屏幕书写装置，用于在投影屏幕上手写输入信息，包括接触块和压力传感器，所述接触块与所述投影屏幕相接触用于获取书写时的压力信息，所述压力传感器将所述接触块获取的压力信息转换为电信号；其特征在于还包括电信号处理单元和变色材料；所述电信号处理单元将所述压力传感器输出的电信号转换为所述颜色变化模块能感知的信号；所述变色材料根据所述电信号处理单元输出的信号产生相应的颜色。—种屏幕书写装置，用于在投影屏幕上手写输入信息，包括接触块，所述接触块与所述投影屏幕相接触用于获取书写时的压力信息；还包括压致变色材料，根据所述接触块获取的压力信息产生相应的颜色。本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决一种屏幕书写系统，包括投影屏幕，屏幕书写装置，摄像装置，投影装置和计算处理装置，所述屏幕书写装置为上述的屏幕书写装置；所述摄像装置拍摄所述屏幕书写装置书写时产生的颜色信息，将包含有颜色信息的图像传送至所述计算处理装置；所述计算处理装置根据该颜色信息计算处理得到书写时的压力信息和所述屏幕书写装置的位置信息，并将所述压力信息转换为笔迹信号，将所述笔迹信号和所述位置信息传送至所述投影装置；所述投影装置根据得到的所述位置信息在所述投影屏幕上相应位置显示出所述笔迹信号。一种屏幕书写系统的实现方法，其特征在于包括以下步骤使用上述的屏幕书写装置在所述投影屏幕上书写；拍摄获取所述屏幕书写装置书写时产生的颜色信息；计算处理该颜色信息图像得到书写时的压力信息和所述屏幕书写装置的位置信息，将所述压力信息转换为笔迹信号；根据得到的所述位置信息在投影屏幕上相应位置显示出所述笔迹信号。本发明与现有技术对比的有益效果是
本发明的屏幕书写装置，使用电信号处理单元和变色材料，或者直接使用压致变色材料，将接触块获取的压力信息转变为相应的颜色。实现时，由外部摄像装置拍摄颜色图像， 获取相应的颜色信息，经过相应处理，即可还原得到压力信息，同时获取位置信息，进而可根据位置信息在相应位置输出笔迹效果。本发明的屏幕书写装置，由于不再使用通信装置发送相关压力信息，因此屏幕书写装置中不需再设置通信装置，屏幕书写装置的体积较小， 方便携带。且由于不再使用通信装置发送数据，而是使用摄像图像的方式获取颜色信息得到压力信息和位置信息，因此交互过程也不会有数据传输丢失导致的误判，交互过程能达到实时准确的要求。
图1是本发明具体实施方式
一的屏幕书写装置的结构示意图； 图2是本发明具体实施方式
一的屏幕书写系统的结构示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
并对照附图对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
一
如图1所示，为本具体实施方式
的屏幕书写装置的结构示意图。屏幕书写装置包括接触块105，压力传感器104，电信号处理单元102和变色材料101。本具体实施方式
中屏幕书写装置为指环结构，屏幕书写装置还包括指环支架103， 其中，接触块105、压力传感器104设置于指环支架103的底端，电信号处理单元102和变色材料101设置于指环或指套结构的顶端。本具体实施方式
中是使用指环结构设计的屏幕书写装置，当然也可设计成笔形结构，但笔形结构的设计没有指环形状好，这是因为指环结构的屏幕书写装置体积小巧，便于携带；且使用时戴在手指上也很方便，还可设置成根据手指的粗细进行松紧操作。本具体实施方式
的屏幕书写装置中，接触块105与待书写的投影屏幕相接触用于获取书写时的压力信息。压力传感器104将接触块105获取的压力信息转换为电信号，传送给电信号处理单元102。变色材料101为电致变色材料，电信号处理单元102为第一电信号处理单元。第一电信号处理单元将压力传感器104输出的电信号转换为电致变色材料能感知的电信号，电致变色材料根据第一电信号处理单元输出的电信号产生相应颜色。优选地，接触块105采用耐磨材料，接触块105的接触面为曲面，例如，可将接触块 105设计成一种球形，使得与投影屏幕相接触时为点接触。这样在书写过程中手指以接触点为球心上下左右扭转时，能够准确的获取压力信息。而电致变色材料可选自过渡金属氧化物电致变色材料、普鲁士蓝系统、紫罗精或聚苯胺。例如，电致变色材料为聚苯胺时，当外加电压从-0. 2^0. 7V变化时，聚苯胺的颜色依次呈现浅黄色、绿色、蓝绿色和深蓝色，即一个电压等级对应一种颜色。再例如，电致变色材料为普鲁士蓝系统时，普鲁士蓝系统是由阴极着色三氧化钨膜和阳极着色普鲁士蓝(PB)膜组成的电致变色材料，三氧化钨膜为还原着色材料，由无色透明变成深紫色，普鲁士蓝膜为氧化着色材料，由无色透明变成深蓝色，因此以两薄膜搭配组成的电致变色材料具有高视觉对比、高光学调幅的特色。本具体实施方式
的屏幕书写装置工作时，需配合相关装置组成屏幕书写系统完成笔迹书写效果。如图2所示，为本具体实施方式
中的屏幕书写系统，包括屏幕书写装置1，投影屏幕2，摄像装置3，投影装置5和计算处理装置4。工作时，屏幕书写装置1与投影屏幕 2相接触，在投影屏幕2上进行移动书写，屏幕书写装置1工作获取接触压力信息后产生相应的颜色。摄像装置3进行工作，将这一过程实时的拍摄下来，也并实时地交给计算处理装置4进行处理，计算处理装置4接收摄像装置3拍摄到的包含有颜色信息的图像，根据其中的颜色处理得到压力信息，根据颜色点在图像中的位置处理得到对应的屏幕书写装置1的位置信息，并将压力信息转换为笔迹信号，之后将得到的位置信息和转换的笔迹信号实时地传输给投影装置5，投影装置5根据得到的位置信息在投影屏幕2相应的位置处显示出笔迹信号，这样即呈现出屏幕书写装置1在投影屏幕2上的书写效果。屏幕书写装置1中不同的压力产生不同的颜色，经计算处理装置4计算处理后得到不同粗细效果的笔迹信号，压力越大，笔迹越粗，即可显示不同粗细效果的笔迹。例如压力传感器104由压力大小产生的电压变化范围为[A，B]，经过第一电信号处理单元转换为变色材料适于的电压变化范围[C，D]。当电压由C变到D的过程中，变色材料的颜色由E变到F，根据颜色中R或G或B所占分量的不同将从E到F的颜色区域分为16个等级，同时也就将压力分为16个等级。颜色E代表着压力的第一个等级，即压力最小的等级，即笔迹最细的等级，依次类推，颜色F代表压力的最后一个等级，即压力最大的等级，即笔迹最粗的等级。上述屏幕书写系统在启动工作之前，需要对系统的进行位置校正和颜色与压力的匹配。位置校正可采用以下方法可以在投影屏幕2上均布16个校正点，屏幕书写装置1 依次触压16个点，这样这16个点的坐标信息就储存在计算机中，这就为实施过程中点的位置的准确性提供了保证。颜色与压力匹配可采用以下方法依据RGB色彩分量中的B分量 (也可依据R分量，G分量)的变化范围分为16个等级，这样每个颜色即对应着一种压力等级。根据屏幕书写装置1产生的颜色范围E到F，上述颜色E对应第一个压力等级，对应最细的笔迹，例如1mm，随着颜色等级的增加，压力等级增加，笔迹粗细等差(例如Imm)增加， 这样颜色F就对应着16mm粗的笔迹。将这一匹配信息事先储存在计算处理装置4中。工作中，计算处理装置4计算处理得到位置信息时，提取图像中颜色。因为变色材料区域的颜色能很明显的区别于周围的背景色，所以很容易将此特征出来。优选地，可以将变色材料区域设计成规则图形，在图像处理过程中计算此图形的重心位置，也即图形的几何中心，依据重心位置，以及位置校正时存储的16个点的位置的关系，得到屏幕书写装置1 在投影屏幕2上的书写接触点。计算处理装置4计算处理得到笔迹信号时，判断图像中保护的颜色信息属于哪一颜色，结合事先存储的颜色与压力的匹配信息，即可对应得到相应压力是多大，输出多粗的笔迹信号。本具体实施方式
的屏幕书写装置，将接触块获取的压力信息转变为相应的颜色。 实现时，由外部摄像装置拍摄颜色图像，获取相应的颜色信息，经过相应处理，即可还原得到压力信息，同时获取位置信息，进而可根据位置信息在相应位置输出笔迹效果。屏幕书写装置的体积较小，方便携带。且由于不再使用通信装置发送数据，而是使用摄像图像的方式获取颜色信息得到压力信息和位置信息，因此交互过程也不会有数据传输丢失导致的误判，交互过程能达到实时准确的要求。
具体实施方式
二
本具体实施方式
的屏幕书写装置与实施方式一的屏幕书写装置的不同之处在于本具体实施方式
中变色材料为光致变色材料。电信号处理单元转换输出光信号。本具体实施方式
的屏幕书写装置，包括接触块，压力传感器，电信号处理单元和变色材料。其中，接触块，压力传感器均与实施方式一中相同，而变色材料和电信号处理单元则不同。变色材料为光致变色材料，电信号处理单元为第二电信号处理单元，所述第二电信号处理单元将所述压力传感器输出的电信号转换为所述光致变色材料能感知的光信号，从而使屏幕书写装置书写时依据压力信息输出相应颜色。之后，屏幕书写装置与投影屏幕，摄像装置，投影装置和计算处理装置组成屏幕书写系统时的工作过程均相同，在此不重复说明。本具体实施方式
中，虽然变色材料和电信号处理单元与实施方式一有不同，但同样能到达使屏幕书写装置的体积较小，方便携带，以及交互过程实时准确的效果。
具体实施方式
三
本具体实施方式
的屏幕书写装置与实施方式一的屏幕书写装置的不同之处在于本具体实施方式
中变色材料为感温变色材料。电信号处理单元转换输出温度信号。本具体实施方式
的屏幕书写装置，包括接触块，压力传感器，电信号处理单元和变色材料。其中，接触块，压力传感器均与实施方式一中相同，而变色材料和电信号处理单元则不同。变色材料为感温变色材料，电信号处理单元为第三电信号处理单元，所述第三电信号处理单元将所述压力传感器输出的电信号转换为所述感温变色材料能感知的温度信号， 从而使屏幕书写装置书写时依据压力信息输出相应颜色。之后，屏幕书写装置与投影屏幕， 摄像装置，投影装置和计算处理装置组成屏幕书写系统时的工作过程均相同，在此不重复说明。本具体实施方式
中，虽然变色材料和电信号处理单元与实施方式一有不同，但同样能到达使屏幕书写装置的体积较小，方便携带，以及交互过程实时准确的效果。
具体实施方式
四
本具体实施方式
的屏幕书写装置与实施方式一的屏幕书写装置的不同之处在于本具体实施方式
中变色材料为压致变色材料。且屏幕书写装置中不再需要压力传感器和电信号处理单元。
本具体实施方式
的屏幕书写装置，包括接触块和压致变色材料。其中，接触块，与待书写的投影屏幕相接触用于获取书写时的压力信息，压致变色材料根据所述接触块获取的压力信息产生相应的颜色，从而使屏幕书写装置书写时依据压力信息输出相应颜色。之后，屏幕书写装置与投影屏幕，摄像装置，投影装置和计算处理装置组成屏幕书写系统时的工作过程均相同，在此不重复说明。本具体实施方式
中，虽然变色材料及其工作方式与实施方式一有不同，但同样能到达使屏幕书写装置的体积较小，方便携带，以及交互过程实时准确的效果。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种屏幕书写装置，用于在投影屏幕上手写输入信息，包括接触块和压力传感器，所述接触块与所述投影屏幕相接触用于获取书写时的压力信息，所述压力传感器将所述接触块获取的压力信息转换为电信号；其特征在于还包括电信号处理单元和变色材料；所述电信号处理单元将所述压力传感器输出的电信号转换为所述颜色变化模块能感知的信号；所述变色材料根据所述电信号处理单元输出的信号产生相应的颜色。
2.根据权利要求1所述的屏幕书写装置，其特征在于所述变色材料为电致变色材料； 所述电信号处理单元为第一电信号处理单元，所述第一电信号处理单元将所述压力传感器输出的电信号转换为所述电致变色材料能感知的电信号。
3.根据权利要求2所述的屏幕书写装置，其特征在于所述电致变色材料为过渡金属氧化物电致变色材料、普鲁士蓝系统、紫罗精或聚苯胺。
4.根据权利要求1所述的屏幕书写装置，其特征在于所述变色材料为光致变色材料； 所述电信号处理单元为第二电信号处理单元，所述第二电信号处理单元将所述压力传感器输出的电信号转换为所述光致变色材料能感知的光信号。
5.根据权利要求1所述的屏幕书写装置，其特征在于所述变色材料为感温变色材料； 所述电信号处理单元为第三电信号处理单元，所述第三电信号处理单元将所述压力传感器输出的电信号转换为所述感温变色材料能感知的温度信号。
6.根据权利要求1所述的屏幕书写装置，其特征在于所述接触块采用耐磨材料，所述接触块的接触面为曲面，使得与所述投影屏幕为点接触。
7.根据权利要求1所述的屏幕书写装置，其特征在于所述屏幕书写装置为指环或指套结构，所述接触块、压力传感器设置于所述指环或指套结构的底端，所述电信号处理单元和变色材料设置于所述指环或指套结构的顶端。
8.一种屏幕书写装置，用于在投影屏幕上手写输入信息，包括接触块，所述接触块与所述投影屏幕相接触用于获取书写时的压力信息；其特征在于还包括压致变色材料，根据所述接触块获取的压力信息产生相应的颜色。
9.一种屏幕书写系统，其特征在于包括投影屏幕，屏幕书写装置，摄像装置，投影装置和计算处理装置，所述屏幕书写装置为如权利要求1至8任一所述的屏幕书写装置；所述摄像装置拍摄所述屏幕书写装置书写时产生的颜色信息，将包含有颜色信息的图像传送至所述计算处理装置；所述计算处理装置根据该颜色信息计算处理得到书写时的压力信息和所述屏幕书写装置的位置信息，并将所述压力信息转换为笔迹信号，将所述笔迹信号和所述位置信息传送至所述投影装置；所述投影装置根据得到的所述位置信息在所述投影屏幕上相应位置显示出所述笔迹信号。
10.一种屏幕书写系统的实现方法，其特征在于包括以下步骤使用如权利要求1至 8任任一所述的屏幕书写装置在所述投影屏幕上书写；拍摄获取所述屏幕书写装置书写时产生的颜色信息；计算处理该颜色信息图像得到书写时的压力信息和所述屏幕书写装置的位置信息，将所述压力信息转换为笔迹信号；根据得到的所述位置信息在投影屏幕上相应位置显示出所述笔迹信号。
全文摘要
本发明公开了一种屏幕书写装置，用于在投影屏幕上手写输入信息，包括接触块和压力传感器，所述接触块与所述投影屏幕相接触用于获取书写时的压力信息，所述压力传感器将所述接触块获取的压力信息转换为电信号；其特征在于还包括电信号处理单元和变色材料；所述电信号处理单元将所述压力传感器输出的电信号转换为所述颜色变化模块能感知的信号；所述变色材料根据所述电信号处理单元输出的信号产生相应的颜色。本发明的屏幕书写装置，屏幕书写装置中不需再设置通信装置，屏幕书写装置的体积较小，方便携带，且交互过程能达到实时准确的要求。本发明还同时公开了一种屏幕书写系统及其实现方法。
文档编号G06F3/042GK102508575SQ20111035489
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者乔晓蕊, 何亮, 倪凯, 周倩, 毛乐山, 马建设 申请人:清华大学深圳研究生院