轨迹输入装置及轨迹输入方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信息处理技术领域，尤其涉及一种轨迹输入装置及轨迹输入方法。
【背景技术】
[0002] 如今，随着计算机的普及，人们写字更多地使用键盘、鼠标等进行输入，后来又出 现了语音输入。这些新颖的方式的确给人们带来了方便，但是有些内容并不适合用键盘和 语音来输入，例如书法、签名等。
[0003] 手写笔的出现解决了上述问题。手写笔中的传感器获取笔尖的移动轨迹，从而确 定要输入给计算机的数据。
[0004] 目前市面上的手写笔大多需要配合专门的书写介质才能工作。例如在手写板上进 行书写。相比之下，鼠标可以在鼠标垫、桌面，甚至其他大致平坦的介质表面进行移动从而 控制光标的移动。
[0005] 然而，在利用鼠标进行轨迹输入(例如，写字）的过程中，应当保持鼠标平移，而如 果鼠标的姿态发生了改变，则无法正确地输入位移信息。
[0006] 可见，现有的轨迹输入装置或者需要特殊的输入介质，或者由于移动过程中姿态 的改变而造成输入不准确。
【发明内容】
[0007] 鉴于上述问题，本发明提供了一种轨迹输入装置及轨迹输入方法，其能够校正由 于轨迹输入装置的姿态改变造成的误差，由此能够随时随地可以进行输入、不需要特殊的 输入介质。
[0008] -方面，本发明实施例提供了一种轨迹输入装置，包括:姿态传感器，其用于获取 所述轨迹输入装置的姿态;位移传感器，其用于获取所述轨迹输入装置在输入介质上移动 时的移动轨迹;处理单元，其利用所述姿态传感器获取的所述轨迹输入装置的姿态，对所述 位移传感器获取的所述轨迹输入装置在输入介质上的移动轨迹进行修正。
[0009] 进一步的，所述轨迹输入装置是手写笔，所述姿态传感器包括陀螺仪、加速度计和 磁强计，所述位移传感器包括光电传感器，所述姿态包括所述手写笔的俯仰角、横滚角和偏 航角。
[0010] 进一步的，所述手写笔包括:具有内部空间的笔杆;位于所述笔杆一端的笔尖;其 中，所述陀螺仪、所述加速度计、所述磁强计和所述光电传感器容纳在所述笔杆的所述内部 空间中并与所述手写笔同轴;并且所述处理单元根据所述手写笔的所述姿态得到姿态转移 矩阵，利用所述姿态转移矩阵对所述笔尖在所述输入介质上的移动轨迹进行修正。
[0011] 进一步的，所述处理单元进行的所述修正包括:通过对所述加速度计和所述磁强 计获取的数据和所述陀螺仪获取的数据进行融合，获得所述手写笔的姿态。
[0012] 进一步的，所述处理单元利用互补滤波算法进行所述融合。
[0013] 进一步的，所述处理单元利用卡尔曼滤波算法进行所述融合。
[0014] 进一步的，所述输入介质是纸。
[0015] 另一方面，本发明实施例提供了一种利用轨迹输入装置的轨迹输入方法，包括以 下步骤:步骤a，当所述轨迹输入装置在输入介质上移动时，获取所述轨迹输入装置的姿态 和所述轨迹输入装置的移动轨迹;步骤b，利用所述轨迹输入装置的姿态，对所述轨迹输入 装置在所述输入介质上的移动轨迹进行修正。
[0016] 进一步的，所述轨迹输入装置是手写笔，所述姿态传感器包括陀螺仪、加速度计和 磁强计，所述位移传感器包括光电传感器，所述姿态包括所述手写笔的俯仰角、横滚角和偏 航角。
[0017] 进一步的，所述手写笔包括:具有内部空间的笔杆;位于所述笔杆一端的笔尖;其 中，所述陀螺仪、所述加速度计、所述磁强计和所述光电传感器容纳在所述笔杆的所述内部 空间中并与所述手写笔同轴;并且所述步骤b包括:所述处理单元根据所述手写笔的姿态得 到姿态转移矩阵，利用所述姿态转移矩阵对所述笔尖在所述输入介质上的移动轨迹进行修 正。
[0018] 进一步的，所述步骤b还包括:所述处理单元通过对所述加速度计和所述磁强计获 取的数据和所述陀螺仪获取的数据进行融合，获得所述手写笔的姿态。
[0019] 进一步的，所述处理单元利用利用互补滤波算法进行所述融合。
[0020] 进一步的，所述处理单元利用卡尔曼滤波算法进行所述融合。
[0021 ]进一步的，所述输入介质是纸。
[0022]本发明通过位移传感器(光电传感器)可以得到轨迹输入装置的位移信息，通过姿 态传感器(陀螺仪、加速度计、磁强计)可以得到轨迹输入装置的姿态，然后通过姿态转移矩 阵对轨迹输入装置的位移信息进行修正，从而得到精确的输入数据。
【附图说明】
[0023] 图1示出了本发明的轨迹输入装置的示意图。
[0024] 图2的(a)是本发明的一个实施方式的手写笔的正面视图。
[0025]图2的(b)是该实施方式的手写笔的背面视图。
[0026]图3是本发明的手写笔的输入方法的流程图。
[0027]图4是本发明的互补滤波的原理图。
【具体实施方式】
[0028] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方 式对本发明提供的轨迹输入装置及轨迹输入方法进行详细描述。在这些附图中，对于相同 或者相当的构成要素，标注相同标号。以下仅为本发明的输入装置及轨迹输入方法的最佳 实施方式，本发明并不仅限于下述内容。
[0029] 下面结合图1说明本发明的轨迹输入装置。
[0030] 图1示出了本发明的轨迹输入装置的示意图。如图1所示，轨迹输入装置10包括:姿 态传感器101，其用于获取轨迹输入装置10的姿态;位移传感器10 2，其用于获取轨迹输入装 置10在输入介质上移动时的移动轨迹;处理单元103,其利用姿态传感器101获取的轨迹输 入装置10的姿态，对位移传感器102获取的轨迹输入装置10在输入介质上的移动轨迹进行 修正。
[0031] 目前常用的姿态传感器包括陀螺仪、加速度计和磁强计。然而，这三种类型的姿态 传感器在获取姿态方面均有不足之处。
[0032] 例如，陀螺仪输出的角速度是瞬时量，需要角速度对时间积分而计算出角度，得到 的角度变化量与初始角度相加，就得到目标角度。积分时间越小，输出角度越准，但陀螺仪 的原理决定了它的测量基准是自身，并没有系统外的绝对参照物，加上积分时间不可能无 限小，所以积分的累积误差就会随着时间迅速增加，最终导致输出角度与实际不符，所以陀 螺仪只能工作在相对较短的时间尺度内。
[0033]加速度计测量的是重力方向的加速度，有系统外绝对参照物"重力轴"，在无外力 加速度的情况下，能准确输出横滚角和俯仰角，并且此角度不会有累积误差，在更长的时间 尺度内都是准确的。但是加速度计测角度也有缺点。加速度计实际上是用MEMS技术检测惯 性力造成的微小形变，而惯性力与重力本质是相同的，所以加速度计就不能区分重力加速 度与外力加速度。当系统在三维空间做变速移动时，加速度计的输出就产生了误差。
[0034] 磁强计测量的是地磁场的磁场强度和方向，与加速度计相似，能够输出没有累积 误差的数据，在较长的时间尺度内都是准确的，而且能够得到偏航角。但是其缺点在于小范 围测量不够精准，对于诸如手写笔这样相对移动距离不大的对象，不能提供足够高精度的 测量结果，且容易受到干扰。
[0035] 所以，本发明利用加速度计和磁强计对陀螺仪的测量数据进行修正。例如，因为较 短时间内陀螺仪的测量数据比较准确，但是有累积误差，而在较长时间下则不准确;相反， 较短时间内磁强计和加速度计的测量数据不准确，但是不累积误差，而较长时间内则较为 准确。基于这种事实，对三者的测量数据进行数据融合，从而集合三者的优点。
[0036] 下面结合图2进一步详细说明本发明的轨迹输入装置。
[0037] 图2的(a)是本发明的轨迹输入装置的一个实施方式的手写笔的正面视图。图2的 (b)是该实施方式的手写笔的背面视图。
[0038] 需要注意的是