[发明专利]计算机笔书写和输入系统

说明书

本发明涉及一种用于向计算机输入书写笔迹信息或者操作控制信息的书写和控制信息输入装置，属电子技术领域。

现有技术，如各种书写板产品和可直接在屏幕上书写的便携式计算机，是在特制的书写板内或显示器表面设置传感器，经特别设计，使当特制的笔尖接触书写平面时，书写板或显示器上的传感器能感受到压力或电磁特性的变化。系统由此判断笔尖的位置或移动方向。其缺点是：书写板制造复杂，使用局限性大，输入精度较低，难以制造大书写板，无法在投影屏幕上实现输入等。

本发明的目的是，提供一种不需要特制书写板的电子书写装置，实现在任何平面上书写和任何显示屏上，包括任何显示屏上直接书写输入和笔控制，使电子书写更加灵活、有效，且降低设备制造难度。

为了实现上述目的，本发明的的方法是，采用一个较强光点指示待输入目标点的位置，引入一个或一组摄像装置来实时拍摄书写包含所述光点的图象，通过对摄像装置输出信号的处理，识别上述光点，并解析出光点的坐标，进而跟踪其运动轨迹。这里所说的图像泛指二维和一维图像，当多个摄像装置同时工作时，将多个一维图像进行联合处理就可能计算出光点的坐标。

由于采用上述方法，本发明较现有技术和产品的优点是：1，不需要特制的书写板或特制显示屏就可以进行手写输入或代替鼠标器进行工作，提高了使用的灵活性。2，可以在投影屏幕上进行手写输入，这是现有技术所无法实现的。3，制造难度降低。4，易于实现大面积的书写板。5，易于提高输入精度。

本发明的第一个实施例是如图1所示的显示屏直接书写系统。其中1为计算机显示屏，它可以是任意类型的显示器的屏幕。2是摄像装置，它可以安装在特制的支架上，也可以安装在计算机或其某一外围设备上。其中可以包括视频信号处理、压缩电路，其输出信号输入于计算机。3是光笔，其中有电源和光源，光笔的设计使得当其悬空时电源断开，而当光笔笔尖接触屏幕时，电源接通，光源打开，并在笔尖处或笔尖所在屏幕表面形成较强的光点。电源的开关可以通过一个压力感应开关来实现，也可以通过其他方式实现。根据需要，光笔还可以设计成由笔尖所受压力来决定其发光亮度。摄像装置2实时拍摄包含显示屏表面的动态图象，其信号输出经处理通过接口输入计算机。通过计算机软件的处理可以求解光笔形成的光点在屏幕上的瞬时坐标位置，进一步求出其运动轨迹。以软件配合可以实时地在屏幕上显示实际的笔迹，从而达到自然书写的效果。光笔内的光源可以采用半导体发光器件，如发光二极管或半导体激光器。对光点的识别可以采用简单算法实现，因为实测数据表明，发光二极管的光线经聚焦后或半导体激光器的光束形成的光点，其亮度至少在某一光谱段上的强度是远远大于普通显示发光强度的。

本发明的第二个实施例类似于第一个实施例，其特点是所涉及的屏幕为投影屏幕，光笔电源为半导体激光器，可以射出单向光束。光笔的光束在投影屏幕上形成光点，系统根据摄像头输出的图象计算出光点所在的位置坐标。这样使用者可以从远处进行输入和控制。

以上两种实施例中，都可以在光笔上设置附加的开关，如按键开关，用来改变光输出的特性，从而输出更多的控制信息。其应用可以是代替现有装置进行书写输入，或者是代替鼠标器进行工作。另外，如果将摄像装置指向桌面，就可以实现大面积的书写板。

本发明的第三个实施例是一个在显示器外框上安装了摄像装置的光笔书写系统。在这一系统中，采用了两个至八个摄像装置固定安装于不同位置。为了简化硬件，可以采用一维光电成像器件，如单列CCD器件。决定摄像装置的数量及安装位置的基本原则是：整个屏幕或屏幕上所关心的部分上的每一点都必须同时处于一个以上的摄像装置的有效成像范围内，并且光点与这些摄像装置不处在显示屏的同一个垂直面上。同时，每一个摄像头的放置应当使其最大视角的展开方向是沿着屏幕表面的方向。以上考虑的目的是使光点位置的计算具有唯一性。所用的光笔与实施例一相类似。

本发明的第四个实施例是一种具有屏幕书写功能的便携式计算机。如图2所示。图中，1是机器主体，2是显示屏，3是摄像头。摄像头3被安装在机器主体部分远离显示器的一侧，并使在正常工作时显示屏完全包含在摄像头的取景范围之内。光笔与实施例一相类似。

实施例四所描述的方法也可以应用于普通桌面计算机，这时可以将摄像装置安装在键盘上。