基於光學原理的書法筆跡獲取系統的製作方法
2023-11-03 01:24:27 4
基於光學原理的書法筆跡獲取系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於光學原理的書法筆跡獲取系統。該系統包括：手寫板、光源、採集手寫板上的書法筆觸圖像的光電圖像傳感器、顯示裝置，以及圖像處理裝置；該手寫板為透光板；該圖像處理裝置用於實時收集光電圖像傳感器採集的筆觸圖像，並對收集到的筆觸圖像進行處理，提取出筆觸形狀輪廓數據，將筆觸形狀輪廓數據繪製在畫布上，填充顏色，連續繪製並填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書法筆跡，以及將畫布傳輸給顯示裝置；該顯示裝置用於呈現畫布；該系統還包括電源和支架。通過本發明，用戶依然可以使用傳統的毛筆，畫布上圖像與用戶真實書寫的圖像仿真效果比較接近，硬體要求較低。
【專利說明】基於光學原理的書法筆跡獲取系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及數字影像處理領域，具體而言，涉及基於光學原理的書法筆跡獲取系統。
【背景技術】
[0002]隨著現代科技的進步，計算機的普及和相關技術的飛速發展，人們擁有了新的書法創作方式。傳統的筆、墨、紙、硯，也已不再是書寫文字的必要工具。在多數情況下，人們是藉助鍵盤和滑鼠進行文字輸入工作。因此，在汲取傳統書法藝術的基礎上，為了繼承、弘揚和發展書法藝術，對其進行科學的仿真就成為當前藝術及科技領域最具挑戰的課題之一。同時，書法初學者要對很多優秀的書法作品進行大量的臨摹訓練以學習書法的用筆、結構、章法和意境等知識和技巧。對書法臨摹與創作過程進行計算機模擬有利於人們更快速、簡便、乾淨的練習書法，而且減少了筆墨紙硯的浪費，也激發了人們學習書法的熱情。
[0003]現有技術中對毛筆的模擬多種多樣，例如:根據筆下壓的力度和運筆的速度產生筆跡的粗細變化、筆跡形狀的變化等的軟體算法，給人一種使用毛筆書寫的感受；還有一種通過建立筆頭的三維模型，動態計算筆頭的形態而產生筆跡的算法。這些軟體方法的優點是可以利用現有的計算機輸入設備，比如滑鼠、手寫筆等，易於推廣，研發和應用成本較低。但是一般軟體模擬算法，需要消耗的計算機資源較大，尤其是使用三維、動態變形等技術模擬毛筆的軟體算法需要大量迭代浮點運算，這就要求計算機有非常高的配置，且仿真效果不理想。
[0004]發明人在研究中發現，現有技術中的軟體模擬書法的方式存在對硬體(如計算機)配置要求較高且仿真效果不理想的問題。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，本發明實施例的目的在於提供基於光學原理的書法筆跡獲取系統，以降低書法筆跡獲取時硬體的配置要求並提升仿真效果。
[0006]本發明實施例提供了一種基於光學原理的書法筆跡獲取系統，包括:手寫板、基於手寫板產生影像的方式設置的光源、用於採集手寫板上的書法筆觸圖像的光電圖像傳感器、顯示裝置，以及與光電圖像傳感器和顯示裝置均連接的圖像處理裝置；該手寫板為透光板；該圖像處理裝置用於實時收集光電圖像傳感器採集的筆觸圖像，並對收集到的筆觸圖像進行處理，提取出筆觸形狀輪廓數據，將筆觸形狀輪廓數據繪製在畫布上，並在繪製的筆觸形狀輪廓內填充顏色，連續繪製並填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書法筆跡，以及將畫布傳輸給顯示裝置；該顯示裝置用於呈現畫布；該系統還包括:為光源、顯示裝置、圖像處理裝置和光電圖像傳感器供電的電源，以及支撐手寫板、光源和光電圖像傳感器的支架。
[0007]上述系統還可以包括:在手寫板上書寫的毛筆，毛筆配置的書寫液為透明液體。
[0008]上述圖像處理裝置為計算機，上述顯示裝置為計算機的顯示器。
[0009]上述手寫板可以為亞克力板或玻璃板,該手寫板的厚度為5mm-10mm。
[0010]上述光電圖像傳感器可以為能夠獲取平面光學影像的傳感器。
[0011]上述手寫板產生影像的方式可以為投影方式，光源圍繞手寫板的上方四周均勻設置。
[0012]上述手寫板產生影像的方式可以為全內反射方式，光源為條狀光源，對稱設置在手寫板的兩邊或四周。
[0013]上述光源可以為紅外LED燈、可見光LED或者日光燈管。
[0014]如果光源使用紅外LED光源，光電圖像傳感器設置有紅外過濾鏡。
[0015]上述手寫板產生影像的方式為雷射平面方式，光源至少為兩個一字線雷射光源，雷射光源對稱設置在手寫板的對角位置上方。
[0016]本發明實施例提供的系統通過光電圖像傳感器採集手寫板上的筆觸圖像，並將該圖像傳輸給圖像處理裝置，經圖像處理裝置處理後得到筆觸輪廓數據，將該筆觸形狀輪廓數據繪製在畫布上，並在繪製的筆觸形狀輪廓內填充顏色，連續繪製並填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書法筆跡，將該畫布呈現在顯示裝置上，即可以得到與用戶手寫一致的書法筆跡，實現過程中，用戶依然可以使用傳統的毛筆，不需要進行電子筆的學習過程，並且這種基於光學原理採集的圖像與用戶真實書寫的圖像仿真效果比較接近，硬體要求較低，適於推廣應用。
[0017]為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
[0019]圖1示出了本發明實施例所提供的基於光學原理的書法筆跡獲取系統的結構框圖；
[0020]圖2示出了本發明實施例所提供的基於光學原理的書法筆跡呈現方法流程圖；
[0021]圖3示出了本發明實施例所提供的基於全內反射方式的書法筆跡獲取系統的結構框圖；
[0022]圖4示出了本發明實施例所提供的基於雷射平面方式的書法筆跡獲取系統的結構框圖；
[0023]圖5示出了本發明實施例所提供的基於投影方式的書法筆跡獲取系統的結構框圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0025]如圖1所示的基於光學原理的書法筆跡獲取系統的結構框圖，該系統中包括:
[0026]手寫板12，手寫板12為透光板；
[0027]基於手寫板產生影像的方式設置的光源11 ；
[0028]顯示裝置13可以是計算機的顯示器；
[0029]用於採集手寫板12上的筆觸圖像的光電圖像傳感器14 ；
[0030]與光電圖像傳感器14和顯示裝置13均連接的圖像處理裝置15，圖像處理裝置15用於實時收集光電圖像傳感器14採集的筆觸圖像，並對連續收集到的筆觸圖像進行處理，提取出筆觸形狀輪廓數據，將該筆觸形狀輪廓數據繪製在畫布上，並在繪製的筆觸形狀輪廓內填充顏色，連續繪製並填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書法筆跡，以及將該畫布傳輸給顯示裝置13 ；
[0031 ] 顯示裝置13用於呈現上述畫布；
[0032]上述系統還包括:為光源11、顯示裝置13、圖像處理裝置15和光電圖像傳感器14供電的電源(圖中未示意出，該電源可以是多個，每個電源與其被供電的部件匹配)，以及支撐手寫板12、光源11和上述光電圖像傳感器14的支架16。
[0033]上述光電圖像傳感器14為能夠獲取平面光學影像的傳感器，例如:攝像頭、透明紅外圖形傳感器面板、柔性圖像傳感器、光電傳感器陣列等。
[0034]上述光源11可以為紅外LED燈、可見光LED或者日光燈管。如果該光源11使用紅外LED光源，上述光電圖像傳感器還可以設置有紅外過濾鏡。
[0035]上述手寫板12為亞克力板或玻璃板,手寫板12的厚度為5mm-10mm。
[0036]本發明實施例中各個部件間的連接可以是直接連接，也可以是間接連接，具體連接方式可以是有線連接，也可以是無線連接。
[0037]基於上述系統，參見圖2所示的基於光學原理的書法筆跡呈現方法流程圖，該方法包括以下步驟:
[0038]步驟S202，光電圖像傳感器實時採集用戶使用毛筆在手寫板上的筆觸圖像；其中，該手寫板為透光板，基於該手寫板產生影像的方式在手寫板對應位置設置有光源，以使毛筆與手寫板接觸面形成影像，該影像可以是暗影或亮斑；此外，該手寫板也可以當作普通的觸控螢幕使用，通過手指操作相應的系統和軟體。
[0039]步驟S204，光電圖像傳感器將採集的筆觸圖像發送給圖像處理裝置。
[0040]步驟S206，圖像處理裝置實時收集上述筆觸圖像，並對收集到的筆觸圖像進行處理，提取出筆觸形狀輪廓數據，將該筆觸形狀輪廓數據繪製在畫布上，並在繪製的筆觸形狀輪廓內填充顏色，連續繪製並填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書法筆跡；其中，該設定的顏色可以是單色，也可以是多種顏色隨機填充，還可以是根據算法模擬的墨在紙上擴散的顏色，連續繪製的筆觸形狀組成書法筆跡圖像。
[0041]步驟S208，圖像處理裝置將上述畫布呈現在顯示裝置上，該顯示裝置可以為計算機的顯示器或者與計算機連接的投影儀，該圖像處理裝置可以為計算機。
[0042]本實施例的方法通過光電圖像傳感器採集手寫板上的筆觸圖像，並將該圖像傳輸給圖像處理裝置，經圖像處理裝置處理後得到筆觸形狀輪廓數據，將該筆觸形狀輪廓數據繪製在畫布上，並在繪製的筆觸形狀輪廓內填充顏色，連續繪製並填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書法筆跡，將該畫布呈現在顯示裝置上，即可以得到與用戶手寫一致的書法筆跡，實現過程中，用戶依然可以使用傳統的毛筆，不需要進行電子筆的學習過程，並且這種基於光學原理採集的圖像與用戶真實書寫的圖像仿真效果比較接近，硬體要求較低，適於推廣應用。
[0043]考慮到清潔問題，本實施例的手寫板優選採用水代替傳統的墨汁，當然也可以採用其它無色、透明、無味、無毒、易清理的液體。用戶可以使用傳統毛筆在手寫板上書寫，這樣用戶能夠獲得與毛筆在紙上書寫一樣的感受，並且產生的結果也最接近於真實，而且，傳統毛筆價格便宜、品類眾多，用戶可根據自己的經驗和習慣選擇合適的毛筆，因此，本發明實施例優選傳統毛筆作為手寫工具。基於此，上述光電圖像傳感器實時採集用戶使用毛筆在手寫板上的筆觸圖像可以包括:光電圖像傳感器對用戶通過蘸有透明液體(例如，水)的毛筆在手寫板上書寫的過程進行實時圖像採集，得到該毛筆與手寫板接觸面的筆觸圖像。選擇傳統毛筆和透明液體來書寫的方式，在產品設計時考慮儘量讓液體流出，可以將上述手寫板傾斜設置，且底部邊緣設置有用於將書寫使用的液體導走的導流槽。考慮到書寫過程中，液體在手寫板上可能會形成水珠影響成像質量，對圖像採集產生幹擾，因此手寫板為做過表面防霧處理的手寫板，即本發明實施例中，可以採用具有防霧功能的手寫板，以杜絕或者減少水珠形成。
[0044]本發明實施例中的光電圖像傳感器可以是攝像頭，實際應用中，可以選取解析度為640 X 480、幀率為120FPS、接口為USB2.0的攝像頭；如果光源採用紅外照明，還可以在該攝像頭前設置一個紅外過濾鏡。
[0045]本實施例中，手寫板產生影像的方式包括以下之一:投影方式、全內反射方式和雷射平面方式。對於不同的圖像影像方式，需要不同的光源組成，投影方式的光源選擇範圍比較廣，可以使用點光源、燈管、LED燈條等各種方式，只要均勻照亮手寫板就可以了，需要注意的是燈光必須從四周向中心均勻照射，以免產生非接觸面物體的陰影，比如筆桿，手等的陰影，所以光源一般布置在手寫板四周，比如，燈管或者LED燈條組成的矩形框。
[0046]全內反射方式，需要在手寫板的邊沿(至少是兩個邊)放置條狀光源，LED光帶或者光條比較適合。
[0047]雷射平面方式需要使用一字線雷射光源，雷射產生的光面與手寫板平行並且在其上方不遠的距離，為了防止毛筆或者手指接觸觸摸板時，背向光源的面產生陰影，該一字線雷射光源至少需要兩個，分別放置在手寫板對角點上。
[0048]針對手寫板產生影像的方式不同，光源的選取和位置也不同，例如:手寫板12產生影像的方式為投影影像方式，光源11可以圍繞手寫板12的四周上方均勻設置。手寫板12產生影像的方式為全內反射方式，光源11為條狀光源，對稱設置在手寫板12的兩邊或四周，手寫板四周要光滑透明。這三種影像方式下的光源11可以為紅外LED燈。基於此，光電圖像傳感器14設置有紅外過濾鏡。
[0049]上述圖像處理裝置可以為計算機，也可以是定製開發的圖形處理電路板。
[0050]以全內反射方式為例，參見圖3所示的基於全內反射方式的書法筆跡獲取系統的結構框圖，該系統包括:8mm厚的高透明亞克力板31、850nm的紅外LED燈條32 (可選項，也可以使用可見光)、攝像頭33、計算機34和顯示器35。
[0051]以雷射平面方式為例，參見圖4所示的基於雷射平面方式的書法筆跡獲取系統的結構框圖，該系統包括:一字平面雷射頭41，其頻率:850nm，功率:5mW。5mm厚的高透明亞克力板42 ;攝像頭43 ;計算機44 ;顯示器45。
[0052]以投影方式為例，參見圖5所示的基於投影方式的書法筆跡獲取系統的結構框圖，該系統包括:850nm紅外LED光條51 ;勻光遮光罩52 ;半透明投影幕53 ;5mm厚高透明亞克力板54 ;攝像頭55 ;計算機56 ;顯示器57。
[0053]圖3至圖5所示系統未示意出支架，支架的具體結構可以根據上述各個部件的位置設計，以體積適中為宜，這裡不再詳述。
[0054]考慮到一般情況下，光電圖像傳感器的解析度與顯示裝置的解析度可能不相同，以及由於光電圖像傳感器的取景範圍不確定以及光電圖像傳感器的圖像畸變等因素影響，如果要求顯示區域與手寫區域完全重合，則需要建立手寫區域與顯示區域之間的映射關係。基於此，上述方法還包括:預先根據光電圖像傳感器的解析度和顯示裝置的解析度對手寫板與顯示裝置進行校準，建立手寫區域與顯示區域之間的映射關係。
[0055]以顯示裝置為液晶顯示器為例，這裡的校準可以僅校準手寫板與液晶顯示器的四個角點，也可以採用網格型校準方式，也就是不只有四角的四個點，在液晶顯示器上等距離劃分M行和N列的網格，網格上的每個交叉點都是校準點，網格的行數(M)和列數(N)需要根據光電圖像傳感器的畸變度確定，網格數越多，手寫板與液晶顯示器的對應關係越精確，但操作實現的難度越大。網格劃分時需要考慮通過多個光電圖像傳感器採集圖像的方式，為圖像軟拼接留出過渡區域的校準點。基於此，上述預先根據光電圖像傳感器的解析度和顯示裝置的解析度對手寫板與顯示裝置進行校準可以包括:預先根據光電圖像傳感器的解析度和顯示裝置的解析度，採用網格型校準方式對手寫板與顯示裝置進行校準。
[0056]由於光電圖像傳感器(例如:攝像頭)與被拍攝物體需要有一定距離(物距)，因此，對於較大尺寸的手寫面板拍攝的清晰度會比較低，或者雖然手寫面板不大，但是為了儘可能減小物距，從而減小產品的厚度，則可以使用多個光電圖像傳感器同時拍攝，每個光電圖像傳感器負責一部分區域，通常是按照行、列來布置光電圖像傳感器，每個光電圖像傳感器拍攝相等面積的矩形區域，在圖像採集時需要將所有光電圖像傳感器拍攝的圖像拼接為一個完整的手寫區域圖像，拼接的方法有兩種，一種是硬拼接，就是簡單的把每個光電圖像傳感器的圖像拼接起來，這需要將光電圖像傳感器位置、角度等調整的比較準確，否則相鄰光電圖像傳感器之間的圖像可能會有重疊或者縫隙；另外一種拼接方法是軟拼接，就是拼接時，在相鄰光電圖像傳感器的圖像之間劃出一個過渡區域，從一個光電圖像傳感器的圖像漸變到另一個光電圖像傳感器的圖像，這樣即使光電圖像傳感器位置稍微有些偏差，拼接出的圖像也不會有很明顯的跳變。基於此，上述圖像處理裝置實時收集筆觸圖像，並對連續收集到筆觸圖像進行處理可以包括:當圖像處理裝置接收到來自多個光電圖像傳感器發送的筆觸圖像時，圖像處理裝置根據各個光電圖像傳感器的位置關係，對接收到的筆觸圖像進行拼接處理，得到完整的筆觸圖像。這種方式能夠減小拍攝的物距，從而減小產品的厚度，且得到的圖像更清晰。
[0057]具體應用中，圖像處理裝置實時收集所述筆觸圖像，對收集到的筆觸圖像進行處理，提取出筆觸形狀輪廓數據還可以包括:圖像處理裝置根據光電圖像傳感器的安裝方向和顯示裝置的顯示方向確定是否對收集到的筆觸圖像進行鏡像處理，如果是，對筆觸圖像進行鏡像處理；然後依次對鏡像處理後的筆觸圖像進行背景減除處理、模糊處理、高通濾波處理、放大處理和二值化處理，提取出筆觸形狀輪廓數據。
[0058]因為光電圖像傳感器安裝的方向可能與顯示裝置的顯示方向不一致，為了快速將他們的方向調整為一致，搜索方法中增加了鏡像處理，通過該方法，將獲取的圖像鏡像反轉，以便與顯示圖像匹配。鏡像的種類有左右鏡像和上下鏡像，也可以同時執行上下和左右鏡像。
[0059]上述背景減除指從光電圖像傳感器拍攝下的畫面中去掉背景畫面，只保留前景畫面，在這裡所說的前景就是筆觸影像。在書寫開始前，可以保存一幅光電圖像傳感器拍攝的畫面作為背景，書寫過程中，通過像素減法將這個背景畫面減去就得到僅有前景的畫面。由於背景畫面也可能變化，可以採用動態背景去除算法，出於實時性的考慮，採用的算法比較簡單快速，只是將每次的畫面通過加權值累加到背景畫面上，然後減除，如果在一段時間內保持不變的圖像就會認為是背景，就會被剪除掉。
[0060]上述二值化指將圖像轉化為只包括黑色和白色兩種顏色的圖像，這樣才能進行後續的筆觸輪廓提取以及相關的計算工作，二值化時，首先需要確定一個閾值，高於此閾值的顏色就認為是白色，低於此閾值的就認為是黑色，這樣白色表示前景，也就是筆觸圖像，黑色表示背景。
[0061]由於光電圖像傳感器的解析度可能比較低，獲取到的圖像在液晶顯示器上顯示時能夠看到邊緣的鋸齒，基於此，上述方法中增加了模糊處理，用以去掉這些鋸齒，使邊緣光滑，所以也稱為光滑算法，通常採用的光滑算法是最簡單的均勻平滑算法。
[0062]上述高通濾波處理是將畫面根據顏色值進行過濾，將顏色值低於某個閾值的像素濾除，保留高於此閾值的像素。該方式主要用途是去除部分背景和環境光的幹擾。
[0063]上述放大處理的含義是將顏色值按比例放大，就是將每個像素的顏色值乘以一個係數，這樣使圖像的對比度加大，便於下一步的二值化處理。
[0064]經過以上圖形算法，可以獲得了比較清晰的筆觸圖像，值得注意的是，上面的算法步驟並不是每一步都是必須的，比如鏡像算法，在光電圖像傳感器獲取的圖像與顯示內容方向一致時就不需要。
[0065]上述圖像處理裝置將所述筆觸形狀輪廓數據繪製在畫布上包括:圖像處理裝置通過計算所述筆觸形狀輪廓數據對應不同幀的筆觸形狀之間的時間和位置關係進行狀態跟蹤，得到筆觸的抬起、按下狀態數據，從而判讀出一個筆畫的開始和結束；圖像處理裝置根據判讀的結果，對同一筆畫的相鄰兩個筆觸形狀輪廓數據依據疏密度進行基於形狀變形的輪廓插值操作，增加筆觸形狀；圖像處理裝置按照設定的顏色將插值後的筆觸形狀輪廓數據繪製到畫布上該方式中，圖像處理裝置根據同一筆畫的相鄰兩個筆觸點的疏密程度，通過圖形變形方法進行筆觸點插值操作，以使繪畫出的筆畫平滑連續，沒有間斷。
[0066]上述筆觸狀態跟蹤的主要目的是對筆的行為狀態進行跟蹤分析，將連續的筆觸形狀圖像轉化為觸摸筆事件，比如筆壓下、移動、抬起等事件，由於上述方法是基於筆觸的形狀影像，因此上述方法能夠獲得毛筆在手寫臺上形成的影像，不能獲得筆的壓下、抬起等狀態信息。基於此，本實施例在分析狀態跟蹤事件信息時，主要是通過計算不同幀的筆觸形狀之間時間和位置關係來判斷，維護一個筆對象列表，當發現有新的筆觸形狀時，如果位置與列表中的某個接近，則認為是同一個筆在移動，如果列表中的筆對象沒有在新筆觸形狀中發現，則認為這個筆畫書寫結束，筆抬起，如果新的筆觸形狀不在筆對象列表中，則認為是一個新筆壓下。
[0067]由於上述跟蹤主要依據不同時間筆觸的相對位置，因此，書寫時移動速度不能太快，否則會出現斷線或者連筆情況發生，如果想要書寫速度加快，需要提高光電圖像傳感器的幀率和圖像處理裝置的處理速度。
[0068]由於光電圖像傳感器的幀率通常不是非常高，如果僅僅依靠獲得的筆觸形狀繪製筆跡，則會出現筆跡不平滑甚至斷線，為了避免出現這種現象，上述方法中增加了插值操作，就是在兩個筆觸形狀之間，根據這兩個筆觸形狀距離的遠近插入適當數量的筆觸圖形。因為上述方法中獲取到的是筆觸的圖形，插值也應該是筆觸的圖形，由於插值起點和終點的圖形的形狀和大小都有可能不同，因此，如何插值是個問題，本實施例考慮可以使用形狀動畫變形算法來實現此插值，以插值起點的形狀作為變形的原圖，插值終點的形狀作為變形的目標圖，插值的數目則是變形的步數。因此，可以選擇二維圖形變形算法。
[0069]在獲取到筆觸形狀圖像以及插值圖像以後，只要將這些圖像累加繪製在一起就形成了完整的筆跡圖像。這對於現在的GUI編程來說是一個非常容易的事情，無論使用作業系統提供的API，如微軟的GDI，或者是第三方通用圖形開發庫，如OpenGL，都可以輕鬆實現，以GDI+編程為例:首先需要創建一個畫布，然後根據筆觸的事件觸發，當筆按下和移動時根據隨事件傳遞過來的筆觸信息數據繪製每一個筆觸形狀，繪製時將筆觸形狀輪廓上的所有點按順序連接成一個路徑，然後調用填充路徑函數將筆觸形狀繪製到畫布上，填充的顏色可以根據需要變化，最後將畫布顯示出來就可以看到書寫的筆跡了。
[0070]上述方法可以應用於任何需要軟筆書寫的環境，比如:小學生練習書法、書法專業人士練習書法或者創造書法，軟筆繪畫等。
[0071]下面給出上述實施例的方法最優實現過程，可以如下所述:
[0072]1.方案選擇
[0073]首先，考慮書寫形式是使用傳統毛筆蘸水書寫，而全內反射方式當有水的軟質物體觸摸平板時有非常高的對比度，圖像非常清晰，由於全內反射方式光源位於手寫板四周，佔用空間較小，基於以上分析，選定全內反射方式進行。
[0074]2.硬體安裝
[0075]方案確定以後，確定硬體材料和組裝，可以使用組合貨架所用的角鐵搭建支架，這種方式的好處是材料容易獲得、成本低廉、組合模式靈活，可以像搭積木一樣構建需要的結構；
[0076]選用亞克力作為手寫板材料，厚度可以為5mm、8mm和1mm的亞克力板，由於計劃使用全內反射方式，需要從亞克力的邊緣輸入光線，因此，亞克力板的邊緣要光滑透明，可以使用雷射切割；
[0077]選用850nm貼片紅外LED作為光源，每個晶片電流150ma，將這些晶片焊接到四個鋁基板上，鋁基板的長度與亞克力四邊相同，然後將鋁基板插入鋁槽中，用膠帶將這些鋁槽固定在亞克力的四周，引出的電源線連接到穩壓電源輸出端上，這樣就產生了全內反射方式的手寫板；
[0078]光電圖像傳感器選用了一款120幀/秒的攝像頭，並且在攝像頭鏡頭裡增加850nm帶通濾光片，只讓850nm紅外光進入攝像頭，攝像頭與圖像處理裝置通過USB接口連接。
[0079]圖像處理裝置選用計算機。
[0080]3.軟體開發
[0081]以計算機方式進行圖像採集和處理，這種方式開發周期最短、編程資源更豐富，能夠更迅速的驗證本文所述電子手寫臺方法的可行性和效果。根據圖像處理裝置的上述處理操作，可以分為服務端和客戶端兩個程序:服務端和客戶端。服務端就如同設備驅動一樣，負責從攝像頭拍攝的圖像中提取出筆觸數據，並將這些數據發送給客戶端應用，其主要包括的功能有:圖像採集、多攝像頭拼接、校準與映射、圖像處理、數據發送等。服務端程序也可以全部移植到獨立的嵌入設備中；客戶端則獲取服務端發送來的筆觸數據，將這些數據轉化為觸摸事件，觸發應用繪畫出書法作品，客戶端的主要功能是:數據接收、狀態跟蹤、輪廓插值、筆跡繪製等。
[0082]以上實施例的方法通過光電圖像傳感器採集手寫板上的筆觸圖像，並將該圖像傳輸給圖像處理裝置，經圖像處理裝置處理後得到書法筆觸數據，再對該數據進行處理得到畫布上的筆觸形狀輪廓，然後在該輪廓中填充顏色，將該畫布呈現在顯示裝置上，即可以得到與用戶手寫一致的書法筆跡，實現過程中，用戶依然可以使用傳統的毛筆或其它軟筆，不需要進行電子筆的學習過程，並且這種基於光學原理採集的圖像與用戶真實書寫的圖像仿真效果比較接近，硬體要求較低，適於推廣應用。
[0083]在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統和方法，可以通過其它的方式實現。以上所描述的方法實施例僅僅是示意性的，所述圖像處理裝置的功能如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括:U盤、移動硬碟、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
[0084]以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種基於光學原理的書法筆跡獲取系統，其特徵在於，包括:手寫板、基於手寫板產生影像的方式設置的光源、用於採集手寫板上的書法筆觸圖像的光電圖像傳感器、顯示裝置，以及與光電圖像傳感器和顯示裝置均連接的圖像處理裝置； 所述手寫板為透光板； 所述圖像處理裝置用於實時收集所述光電圖像傳感器採集的所述筆觸圖像，並對收集到的所述筆觸圖像進行處理，提取出筆觸形狀輪廓數據，將所述筆觸形狀輪廓數據繪製在畫布上，並在繪製的筆觸形狀輪廓內填充顏色，連續繪製並填充顏色的筆觸形狀輪廓形成書法筆跡，以及將所述畫布傳輸給顯示裝置； 所述顯示裝置用於呈現所述畫布； 所述系統還包括:為所述光源、所述顯示裝置、所述圖像處理裝置和所述光電圖像傳感器供電的電源，以及支撐所述手寫板、所述光源和所述光電圖像傳感器的支架。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括:在所述手寫板上書寫的毛筆，所述毛筆配置的書寫液為透明液體。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述圖像處理裝置為計算機，所述顯示裝置為所述計算機的顯示器。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述手寫板為亞克力板或玻璃板，所述手寫板的厚度為5mm-10mm。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述光電圖像傳感器為能夠獲取平面光學影像的傳感器。
6.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述手寫板產生影像的方式為投影方式，所述光源圍繞所述手寫板的上方四周均勻設置。
7.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述手寫板產生影像的方式為全內反射方式，所述光源為條狀光源，對稱設置在所述手寫板的兩邊或四周。
8.根據權利要求6或7所述的系統，其特徵在於，所述光源為紅外LED燈、可見光LED或者日光燈管。
9.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，如果所述光源使用紅外LED光源，所述光電圖像傳感器設置有紅外過濾鏡。
10.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述手寫板產生影像的方式為雷射平面方式，所述光源至少為兩個一字線雷射光源，所述雷射光源對稱設置在所述手寫板的對角位置上方。
【文檔編號】G06K9/68GK104391613SQ201410763667
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月11日 優先權日:2014年12月11日
【發明者】胡豔輝 申請人:北京軒文文化發展有限公司