本发明涉及一种板书笔迹记录方法，属于教学技术领域。
背景技术
当前在中国学校的教学活动中，老师普遍地需要进行讲课内容的板书(黑板板书、白板板书、电子板书等)，学生往往也需要实时地记录讲课内容。由于黑板面积有限、板书内容较多等因素影响，老师常常会重复擦除和板书的过程，这就要求学生在几种精力听讲的同时，还需要快速的记录下板书内容。因此对学生提出了太高的学习要求，影响了学习的效果。
一些学校建设有录播教室，可以记录下整堂课的内容，但是录播教室的建设成本高昂，不适宜于将学校的每个教室建设为录播教室；录播过程也较为繁琐，需要老师控制和配合录播，影响讲课思路和讲课效率；录播完成的文件还需要进行剪辑，繁琐耗时，花费老师太多精力；同时最主要的一点是录播内容都是以视频的形式存储，视频文件容量较大，不利于传播和分享，不利于快速检索重点学习内容，对使用者硬件条件要求太高。
在上述背景下，急需有一种不改变当前教学方式，不需要老师干预，自动形成体积小巧的板书数据文件，且成本较低的板书笔迹采集方法。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种板书笔迹记录方法，通过捕捉采集跟随书写焦点发出的光信号获取板书书写轨迹，并将笔迹信号进行采样存储，得到笔迹文件，该方法能够自动形成体积小巧的板书数据文件，无需老师参与制作，提高了效率，过程简单，使用要求低。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种板书笔迹记录方法，包括如下步骤：
跟随书写轨迹发出笔迹信号；
实时捕捉并处理笔迹信号，生成笔迹点图像坐标；
获取黑板图像；
对笔迹点图像坐标进行坐标转换得到笔迹点相对黑板的相对坐标；
根据捕捉笔迹信号的时间顺序存储笔迹点相对坐标，生成笔迹文件。
进一步，所述笔迹信号从书写工具的笔尖端发出。
进一步，所述笔迹信号通过压力感应触发。
进一步，所述笔迹信号为预设频段的光信号。
进一步，所述实时捕捉并处理笔迹信号，生成笔迹点图像坐标的步骤包括：
过滤掉除笔迹信号以外的光信号；
实时捕捉过滤之后的笔迹信号得到笔迹图像；
对笔迹图像建立第一坐标系，得到笔迹点图像坐标。
进一步，所述对笔迹点图像坐标进行坐标转换得到笔迹点相对黑板的相对坐标的步骤之前还包括如下步骤：
检测黑板图像是否存在畸变；
若黑板图像存在畸变，则对黑板图像进行图像畸变校正。
进一步，所述对笔迹点图像坐标进行坐标转换得到笔迹点相对黑板的相对坐标的步骤，包括：
根据黑板位置建立第二坐标系；
根据图像畸变校正的坐标关系对笔迹点图像坐标进行坐标转换得到笔迹点相对黑板的相对坐标。
进一步，根据捕捉笔迹信号的时间顺序存储笔迹点相对坐标，生成笔迹文件的步骤，还包括：
按照预设频率对笔迹点进行采样，记录笔迹点的相关信息，并根据采样顺序进行存储。
一种板书笔迹记录装置，用于实现上述的板书笔迹记录方法，包括：
笔迹信号源，用于在板书时跟随书写轨迹发出笔迹信号；
感应模块，用于实时捕捉笔迹信号，得到板书轨迹图像，以及获取黑板图像；
采集处理模块，用于控制感应模块的采集动作，并对采集的数据进行相关处理得到笔迹点相关信息；
采样存储模块，用于对笔迹点相关信息进行采样存储，生成笔迹文件。
进一步，所述笔迹信号源包括：
光信号发射器，用于发射指示笔迹的光信号；
书写笔固定单元，用于固定书写笔；
压力感应单元，用于根据压力感应控制光信号发射器开关；
供电单元，用于为该笔迹信号源提供工作电源。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种板书笔迹记录方法及装置，通过捕捉跟随书写焦点发出的笔迹信号获取板书书写轨迹，并将笔迹信号进行采样存储，得到笔迹文件，该方法能够自动形成体积小巧的板书数据文件，无需老师参与制作，提高了效率，过程简单，使用要求低。
附图说明
图1是本发明实施例的方法流程图；
图2是本发明实施例的笔迹点采集处理流程图；
图3是本发明实施例的装置模块图；
图4是本发明实施例的进一步装置模块关系示意图；
图5是本发明实施例的畸变图像示例；
图6是本发明实施例的图像畸变校正后的图像示例；
图7是本发明实施例的光线过滤后图像采集单元接收到的图像示例。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的板书笔迹记录方法及装置适用于课堂教学的板书记录。
参照图1-图7，本发明的一种板书笔迹记录装置如图3所示，包括：
笔迹信号源，用于在板书时跟随书写轨迹发出笔迹信号；
感应模块，用于实时捕捉笔迹信号，得到板书轨迹图像，以及获取黑板图像；
采集处理模块，用于控制感应模块的采集动作，并对采集的数据进行相关处理得到笔迹点相关信息；
采样存储模块，用于对笔迹点相关信息进行采样存储，生成笔迹文件。
进一步具体装置如图4所示，具体的，笔迹信号源包括光信号发射器、书写笔固定单元、压力感应单元和供电单元；
其中，光信号发射器，设置在书写工具笔尖端，用于发射指示笔迹的光信号；光信号可以采用特定频段的激光、红外光或可见光；这里，采用窄带红外led作为光信号发射器；为了准确获取板书的书写轨迹，通过压力感应单元触发光信号发射器的开关，当书写时，压力感应单元检测到书写笔与黑板之间的压力，则触发光信号发射器发出特定频段的光信号，而未进行书写时，书写笔与黑板之间无压力产生，光信号发射器不发出光信号，由此，光信号可反映书写轨迹；书写笔可以是与光信号发射器、书写笔固定单元、压力感应单元和供电单元集成一体的特制笔体，也可以是独立存在的可配合光信号发射器、书写笔固定单元、压力感应单元和供电单元使用的普通粉笔或其他书写笔；为了适用性广泛，这里使用书写笔固定单元固定普通粉笔作为书写工具，粉笔笔尖与黑板接触挤压时，粉笔末端挤压压力感应单元从而触发光信号发射器工作；笔迹信号源的工作用电通过电池提供，为了环保、重复利用，电池采用可充电电池。
具体的，感应模块包括光线过滤单元和图像采集单元；
其中，为了能够清晰完整采集整个黑板区域的图像信息且防止光信号发射器发出的笔迹信号被遮挡，图像采集单元为摄像机，采用近焦、广角的镜头，根据需要甚至可以采用有畸变的广角镜头，并且固定在黑板的上前方；在感应模块开始工作时，图像采集单元首先采集黑板图像，获取到黑板位置；在采集笔迹信号时，为了防止其他光线干扰，使笔迹信号更加清晰，这里在图像采集单元镜头前设置光线过滤单元，采集黑板图像时，光线过滤单元呈关闭状态，采集笔迹信号时打开，仅让光信号发射器发射的特定频段光信号通过，使得图像采集单元仅采集笔迹信号，光线过滤后图像采集单元接收到的笔迹信号如图7所示。
具体的，采集处理模块包括采集控制单元、畸变校正单元和坐标转换单元；
其中，采集控制单元控制图像采集单元高频率地拍摄笔迹图像，控制光线过滤单元去除图像中的干扰信息，并快速准确地识别板书笔迹经过的笔迹点图像坐标；由于图像采集单元固定在黑板上前方，拍摄的图像可能上大下小，而采用近焦、广角镜头，拍摄的图像也可能产生畸变，一种畸变示例如图5所示，因此得到的笔迹点的笔迹点图像坐标与真实情况的位置是有偏差的，因此，需要将拍摄的黑板图像和笔迹图像送入畸变校正单元进行进一步地校正处理，校正后的图像如图6所示；而图像采集单元拍摄的图像不仅仅只是黑板区域，还包括黑板外的区域，因此需要将笔迹点图像坐标进行坐标系转换，得到笔迹点相对于黑板的相对坐标，该相对坐标则表示了笔迹点在黑板的实际位置。
具体的，采样存储模块按照一定的频率对笔迹点的相关信息进行采样，这里每秒采样20个笔迹点，每个笔迹点的采样信息包括其起止标志、相对时间和笔迹点相对黑板的相对坐标，这里每个笔迹点的采样信息为一个存储单位，占用空间大约仅6个字节，所有笔迹点根据相对时间依次进行存储，得到完整的笔迹文件；假设一堂课1小时且一直在板书，每秒采样20个笔迹点，则笔迹文件仅占用大约0.41mb的存储空间，相较于课堂录播视频大大减小了文件大小；该笔迹文件可通过相应的板书笔迹阅读器解码播放，播放时，根据相对时间依次将书写轨迹显示出来，能够还原课堂板书全过程和全细节。
板书笔迹记录方法如图1所示，包括如下步骤：跟随书写轨迹发出笔迹信号；获取黑板图像；实时捕捉并处理笔迹信号，生成笔迹点图像坐标；对笔迹点图像坐标进行坐标转换得到笔迹点相对黑板的相对坐标；根据捕捉笔迹信号的时间顺序存储笔迹点相对坐标，生成笔迹文件。
具体的笔迹点的采集处理流程如图2所示，其中，为了精准捕捉板书书写轨迹，笔迹信号采用通过压力感应触发，从书写工具的笔尖端发出的特定频段光信号，这里使用红外光作为笔迹信号。
具体的，实时捕捉并处理笔迹信号，生成笔迹点图像坐标的步骤包括：过滤掉除笔迹信号以外的光信号；实时捕捉过滤之后的笔迹信号得到笔迹图像；对笔迹图像建立第一坐标系，得到笔迹点图像坐标。
具体的，对笔迹点图像坐标进行坐标转换得到笔迹点相对黑板的相对坐标之前还包括如下步骤：检测黑板图像是否存在畸变；若黑板图像存在畸变，则对黑板图像进行图像畸变校正。
具体的，对笔迹点图像坐标进行坐标转换得到笔迹点相对黑板的相对坐标的步骤，包括：根据黑板位置建立第二坐标系；根据图像畸变校正的坐标关系对笔迹点图像坐标进行坐标转换得到笔迹点相对黑板的相对坐标。
具体的，根据捕捉笔迹信号的时间顺序存储笔迹点相对坐标，生成笔迹文件的步骤，还包括：按照预设频率对笔迹点进行采样，记录笔迹点的相关信息，并根据采样顺序进行存储。
以上，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。