滤波进行数据融合。权重系数需要根据不同的场合变化以 使误差变小。根据加速度计和陀螺仪、磁强计对不同测量时间的反应情况，长时间内加速度 计206b、磁强计207对角度的测量准确，可以增加其权重系数，短时间内陀螺仪206a测量准 确，可以增加其权重系数。
[0084]下面结合图4详细说明互补滤波。
[0085]图4示出了本发明的互补滤波的原理图。
[0086]设磁强计207输出的数据为mx、my和mz，陀螺仪206a输出的数据为(p，q，r )τ，加速度 计206b输出的数据为ax、ay和az。手写笔20的仰俯角、横滚角和航向角分别记为θ、φ和φ。 [0087]根据陀螺仪206a的工作原理可知以下微分方程：
[0088]
(式 3)
[0089] 其中，#，6，_分别表示横滚角、仰俯角和航向角的角速度。
[0090] 另外，根据加速度计206b的工作原理可知以下公式：
[0091]
(式 4)
[0092]其中，0acc和分别为加速度计206b估计的俯仰角和横滚角。
[0093] 然后，利用式4中得到的俯仰角和横滚角对磁强计207的输出值进行补偿，可以得 到磁强计207估计的航向角：
[0094]
(式 5)
[0095]然后，对加速度计206b估计的俯仰角和横滚角与陀螺仪206估计的俯仰角和横滚 角进行互补滤波，得到融合后的俯仰角Θ和横滚角Φ。
[0096]另一方面，对磁强计207估计的航向角与陀螺仪206估计的航向角进行互补滤波， 得到融合后的航向角Φ。
[0097]如上所述，进行互补滤波的规则是：长时间时增大加速度计206b、磁强计207的权 重系数，短时间时增大陀螺仪206a的权重系数。在本发明实施例中，可以根据处理单元103 对手写笔20的控制周期来确定所述长时间和短时间，例如：以处理单元103的一个控制周期 作为短时间，以处理单元103的20个处理周期作为长时间，该控制周期可以为6ms，则长时间 为120ms，短时间为6ms。具体的长时间、短时间以及权重系数可以通过实验进行调整。
[0098]另选的是，处理单元103还可以利用卡尔曼滤波算法对陀螺仪206a、加速度计206b 和磁强计207获得的数据进行融合，得到融合后的手写笔2的横滚角、俯仰角和偏航角。
[0099] 上面以手写笔20为例对本发明的轨迹输入装置及轨迹输入方法进行了详细说明。 通过本发明的手写笔20,可以随时随地在任意介质上书写，并精确获得手写笔20在书写介 质上的移动轨迹，从而向计算机等输入精确的信息。
[0100] 另外，在手写笔20的情况下，输入介质为纸。但是本发明并不限于纸这样的二维输 入介质，而是可以为任意三维输入介质。
[0101]以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发 明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情 况下，可以做出各种变型和改进。这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种轨迹输入装置(10)，其特征在于，包括： 姿态传感器（101 )，其用于获取所述轨迹输入装置（10)的姿态； 位移传感器（102)，其用于获取所述轨迹输入装置（10)在输入介质上移动时的移动轨 迹； 处理单元（103)，其利用所述姿态传感器（101)获取的所述输入装置（10)的姿态，对所 述位移传感器(102)获取的所述轨迹输入装置(10)在输入介质上的移动轨迹进行修正。2. 根据权利要求1所述的轨迹输入装置（10)，其特征在于，所述轨迹输入装置是手写笔 (20)，所述姿态传感器包括陀螺仪(206a)、加速度计（206b)和磁强计(207)，所述位移传感 器包括光电传感器(208)，所述姿态包括所述手写笔(20)的俯仰角、横滚角和偏航角。3. 根据权利要求2所述的轨迹输入装置（10)，其中，所述手写笔（20)包括:具有内部空 间的笔杆(201);位于所述笔杆(201)-端的笔尖(202);其中， 所述陀螺仪（206a)、所述加速度计（206b)、所述磁强计（207)和所述光电传感器(208) 容纳在所述笔杆(201)的所述内部空间中并与所述手写笔(20)同轴;并且 所述处理单元（103)根据所述手写笔（20)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(202)在所述输入介质上的移动轨迹进行修正。4. 根据权利要求3所述的轨迹输入装置（10)，其中，所述处理单元（103)进行的所述修 正包括:通过对所述加速度计（206b)和所述磁强计（207)获取的数据和所述陀螺仪(206a) 获取的数据进行融合，获得所述手写笔(20)的姿态。5. 根据权利要求4所述的轨迹输入装置（10)，其中，所述处理单元（103)利用互补滤波 算法进行所述融合。6. 根据权利要求4所述的轨迹输入装置（10)，其中，所述处理单元（103)利用卡尔曼滤 波算法进行所述融合。7. 根据权利要求2-6中任意一项所述的轨迹输入装置(10)，其中，所述输入介质是纸。8. -种利用轨迹输入装置（10)进行的轨迹输入方法，包括以下步骤： 步骤a，当所述轨迹输入装置（10)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（10)的姿态，对所述轨迹输入装置（10)在所述输入介质 上的移动轨迹进行修正。9. 根据权利要求8所述的轨迹输入方法，其中，所述轨迹输入装置（10)是手写笔（20)， 所述姿态传感器包括陀螺仪(206a )、加速度计(206b)和磁强计(207 )，所述位移传感器包括 光电传感器(208)，所述姿态包括所述手写笔(20)的俯仰角、横滚角和偏航角。10. 根据权利要求9所述的轨迹输入方法，其中，所述手写笔(20)包括:具有内部空间的 笔杆(201);位于所述笔杆(201)-端的笔尖(202);其中， 所述陀螺仪（206a)、所述加速度计（206b)、所述磁强计（207)和所述光电传感器(208) 容纳在所述笔杆(201)的所述内部空间中并与所述手写笔(20)同轴;并且 所述步骤b包括： 所述处理单元（103)根据所述手写笔（20)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(202)在所述输入介质上的移动轨迹进行修正。11. 根据权利要求10所述的轨迹输入方法，其中，所述步骤b还包括： 所述处理单元（103)通过对所述加速度计（206b)和所述磁强计（207)获取的数据和所 述陀螺仪(206a)获取的数据进行融合，获得所述手写笔(20)的姿态。12. 根据权利要求11所述的轨迹输入方法，其中，所述处理单元（103)利用利用互补滤 波算法进行所述融合。13. 根据权利要求11所述的轨迹输入方法，其中，所述处理单元（103)利用卡尔曼滤波 算法进行所述融合。14. 根据权利要求8-13中任意一项所述的轨迹输入方法，其中，所述输入介质是纸。
【专利摘要】本发明提供一种轨迹输入装置及轨迹输入方法。该轨迹输入装置包括：姿态传感器(101)，其用于获取所述轨迹输入装置(10)的姿态；位移传感器(102)，其用于获取所述轨迹输入装置(10)在输入介质上移动时的移动轨迹；处理单元(103)，其利用所述姿态传感器(101)获取的所述轨迹输入装置(10)的姿态，对所述位移传感器(102)获取的所述轨迹输入装置(10)在输入介质上的移动轨迹进行修正。
【IPC分类】G06F3/03, G06F3/0354
【公开号】CN105607764
【申请号】CN201510971483
【发明人】王杰, 侯涛, 段宇, 曹长宏, 宋柏君, 陶铸鑫君, 王信峰
【申请人】汉王科技股份有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月22日