基于光学原理的书法笔迹呈现系统的制作方法_3

文档序号:8595669阅读:来源:国知局
于机箱88上部内侧四周,靠近上边缘,将顶层盖板71固定在机箱88上部,所有器件组装到机箱88中,然后将机箱88放置于桌面的方孔内,机箱88上边的外延挂在支架桌89的桌面方孔边缘下凹处,并固定,顶层盖板71与桌面平齐。
[0060]图3至图5所示系统所有部件可以分为三部分:手写板(组装到手写板支架上)、液晶(组装到液晶面板与导光板支架上)、主板(组装到机箱底部),以图3为例,手写板33、红外LED灯条34、灯条框架35可以集成为一体设置于手写板支架36上;液晶显示面板37、纳米导光板39、液晶背光灯管40和液晶背光灯管框架41可以集成设置在液晶面板与导光板支架38,液晶显示面板37在液晶面板与导光板支架38上层,其余在液晶面板与导光板支架38的下层。摄像头42、计算机主板43、液晶驱动电路板44和液晶电源电路板45可以集成在机箱46中。
[0061]图3至图5所示系统示意出的支架桌可以是桌子,其具体结构可以根据实际系统中的各个部件进行设计,以体积适中为宜,这里不再详述。
[0062]考虑到一般情况下,光电图像传感器的分辨率与液晶显示面板的分辨率可能不相同,以及由于光电图像传感器的取景范围不确定以及光电图像传感器的图像畸变等因素影响,如果要求显示的位置与手写的位置完全重合,则需要建立手写区域与显示区域之间的映射关系。基于此,上述方法还包括:预先根据光电图像传感器的分辨率和液晶显示面板的分辨率对手写板与液晶显示面板进行校准,建立手写区域与显示区域之间的映射关系。
[0063]以液晶显示面板为液晶显示面板为例,这里的校准可以仅校准手写板与液晶显示面板的四个角点,也可以采用网格型校准方式,也就是不只有四角的四个点,在液晶显示面板上等距离划分M行和N列的网格,网格上的每个交叉点都是校准点,网格的行数(M)和列数(N)需要根据光电图像传感器的畸变度确定,网格数越多,手写板与液晶显示面板的对应关系越精确,但操作实现的难度越大。网格划分时需要考虑通过多个光电图像传感器采集图像的方式,为图像软拼接留出过渡区域的校准点。基于此,上述预先根据光电图像传感器的分辨率和液晶显示面板的分辨率对手写板与液晶显示面板进行校准可以包括:预先根据光电图像传感器的分辨率和液晶显示面板的分辨率,采用网格型校准方式对手写板与液晶显示面板进行校准。
[0064]由于光电图像传感器(例如:摄像头)与被拍摄物体需要有一定距离(物距),因此,对于较大尺寸的手写面板拍摄的清晰度会比较低,或者虽然手写面板不大,但是为了尽可能减小物距,从而减小产品的厚度,则可以使用多个光电图像传感器同时拍摄,每个光电图像传感器负责一部分区域,通常是按照行、列来布置光电图像传感器,每个光电图像传感器拍摄相等面积的矩形区域,在图像采集时需要将所有光电图像传感器拍摄的图像拼接为一个完整的手写区域图像,拼接的方法有两种,一种是硬拼接,就是简单的把每个光电图像传感器的图像拼接起来,这需要将光电图像传感器位置、角度等调整的比较准确,否则相邻光电图像传感器之间的图像可能会有重叠或者缝隙;另外一种拼接方法是软拼接,就是拼接时,在相邻光电图像传感器的图像之间划出一个过渡区域,从一个光电图像传感器的图像渐变到另一个光电图像传感器的图像,这样即使光电图像传感器位置稍微有些偏差,拼接出的图像也不会有很明显的跳变。基于此,上述图像处理装置实时收集笔触图像,并对连续收集到笔触图像进行处理可以包括:当图像处理装置接收到来自多个光电图像传感器发送的笔触图像时,图像处理装置根据各个光电图像传感器的位置关系,对接收到的笔触图像进行拼接处理,得到完整的笔触图像。这种方式能够减小拍摄的物距,从而减小产品的厚度,且得到的图像更清晰。
[0065]具体应用中,图像处理装置实时收集所述笔触图像,对收集到的笔触图像进行处理,提取出笔触形状轮廓数据还可以包括:图像处理装置根据光电图像传感器的安装方向和液晶显示面板的显示方向确定是否对收集到的笔触图像进行镜像处理,如果是,对笔触图像进行镜像处理;然后依次对镜像处理后的笔触图像进行背景减除处理、模糊处理、高通滤波处理、放大处理和二值化处理,提取出笔触形状轮廓数据。
[0066]因为光电图像传感器安装的方向可能与液晶显示面板的显示方向不一致,为了快速将他们的方向调整为一致,搜索方法中增加了镜像处理,通过该方法,将获取的图像镜像反转,以便与显示图像匹配。镜像的种类有左右镜像和上下镜像,也可以同时执行上下和左右镜像。
[0067]上述背景减除指从光电图像传感器拍摄下的画面中去掉背景画面,只保留前景画面,在这里所说的前景就是笔触影像。在书写开始前,可以保存一幅光电图像传感器拍摄的画面作为背景,书写过程中,通过像素减法将这个背景画面减去就得到仅有前景的画面。由于背景画面也可能变化,可以采用动态背景去除算法,出于实时性的考虑,采用的算法比较简单快速,只是将每次的画面通过加权值累加到背景画面上,然后减除,如果在一段时间内保持不变的图像就会认为是背景,就会被剪除掉。
[0068]上述二值化指将图像转化为只包括黑色和白色两种颜色的图像,这样才能进行后续的笔触轮廓提取以及相关的计算工作,二值化时,首先需要确定一个阈值,高于此阈值的颜色就认为是白色,低于此阈值的就认为是黑色,这样白色表示前景,也就是笔触图像,黑色表示背景。
[0069]由于光电图像传感器的分辨率可能比较低,获取到的图像在液晶显示面板上显示时能够看到边缘的锯齿,基于此,上述方法中增加了模糊处理,用以去掉这些锯齿,使边缘光滑,所以也称为光滑算法,通常采用的光滑算法是最简单的均匀平滑算法。
[0070]上述高通滤波处理是将画面根据颜色值进行过滤,将颜色值低于某个阈值的像素滤除,保留高于此阈值的像素。该方式主要用途是去除部分背景和环境光的干扰。
[0071]上述放大处理的含义是将颜色值按比例放大,就是将每个像素的颜色值乘以一个系数,这样使图像的对比度加大,便于下一步的二值化处理。
[0072]经过以上图形算法,可以获得了比较清晰的笔触图像,值得注意的是,上面的算法步骤并不是每一步都是必须的,比如镜像算法,在光电图像传感器获取的图像与显示内容方向一致时就不需要。
[0073]上述图像处理装置将笔触形状轮廓数据绘制在画布上包括:图像处理装置通过计算所述笔触形状轮廓数据对应不同帧的笔触形状之间的时间和位置关系进行状态跟踪,得到笔触的抬起、按下状态数据,从而判读出一个笔画的开始和结束;图像处理装置根据判读的结果,对同一笔画的相邻两个笔触形状轮廓数据依据疏密度进行基于形状变形的轮廓插值操作,增加笔触形状;图像处理装置按照将插值后的笔触形状轮廓数据绘制到画布上该方式中,图像处理装置根据同一笔画的相邻两个笔触点的疏密程度,通过图形变形方法进行笔触点插值操作,以使绘画出的笔画平滑连续,没有间断。
[0074]上述笔触状态跟踪的主要目的是对笔的行为状态进行跟踪分析,将连续的笔触形状图像转化为触摸笔事件,比如笔压下、移动、抬起等事件,由于上述方法是基于笔触的形状影像,因此上述方法能够获得毛笔在手写台上形成的影像,不能获得笔的压下、抬起等状态信息。基于此,本实施例在分析状态跟踪事件信息时,主要是通过计算不同帧的笔触形状之间时间和位置关系来判断,维护一个笔对象列表,当发现有新的笔触形状时,如果位置与列表中的某个接近,则认为是同一个笔在移动,如果列表中的笔对象没有在新笔触形状中发现,则认为这个笔划书写结束,笔抬起,如果新的笔触形状不在笔对象列表中,则认为是一个新笔压下。
[0075]由于上述跟踪主要依据不同时间笔触的相对位置,因此,书写时移动速度不能太快,否则会出现断线或者连笔情况发生,如果想要书写速度加快,需要提高光电图像传感器的帧率和图像处理装置的处理速度。
[0076]由于光电图像传感器的帧率通常不是非常高,如果仅仅依靠获得的笔触形状绘制笔迹,则会出现笔迹不平滑甚至断线,为了避免出现这种现象,上述方法中增加了插值操作,就是在两个笔触形状之间,根据这两个笔触形状距离的远近插入适当数量的笔触图形。因为上述方法中获取到的是笔触的图形,插值也应该是笔触的图形,由于插值起点和终点的图形的形状和大小都有可能不同,因此,如何插值是个问题,本实施例考虑可以使用形状动画变形算法来实现此插值,以插值起点的形状作为变形的原图,插值终点的形状作为变形的目标图,插值的数目则是变形的步数。因此,可以选择二维图形变形算法。
[0077]在获取到笔触形状图像以及插值图像以后,只要将这些图像累加绘制在一起就形成了完整的笔迹图像。这对于现在的GUI编程来说是一个非常容易的事情,无论使用操作系统提供的API,如微软的GDI,或者是第三方通用图形开发库,如OpenGL,都可以轻松实现,以GDI+编程为例:首先需要创建一个画布,然后根据笔触的事件触发,当笔按下和移动时根据随事件传递过来的笔触信息数据绘制每
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