本發(fā)明涉及利用微電機控制、圖像識別等傳感測控技術(shù)對手寫字符這個特定過程進行處理與應(yīng)用，尤其涉及一種對手寫過程的在線采集系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

在電子化移動化時代，對于青少年而言，手寫依就有其不可替代的作用，如為了傳承文化而手寫漢字與單詞，為了應(yīng)對升學(xué)考試而堅持手寫作業(yè)，因此，手寫字符是長期存在的也許會伴隨人類文明永遠存在。

需要技術(shù)措施對手寫字符錄入到電腦內(nèi)上傳到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，以便長期保存，以便對所寫內(nèi)容進行系統(tǒng)分析與判斷，同時還可對手寫當事人的特定能力給予評估或給予適度指導(dǎo)幫助。

如圖1所示，電腦剛剛普時有一部分人不會拼音也不會五筆輸入法，通過手寫板讓當事人每次手寫一個漢字或單詞，手寫板會顯示此字符，寫字板側(cè)面有一個機關(guān)，觸動一次手寫板上字符消失以便手寫另一個字符；手寫板與電腦直接相連，直接上傳手寫字符到電腦屏幕。手寫板并不存儲手寫筆跡，因手寫板面積太小，每次手寫內(nèi)容很少。這個技術(shù)措施主要服務(wù)于中老年使用電腦。

如圖2所示，一個特別定制底板其大小面積與a4紙張一致，這個底板的網(wǎng)格交叉點布設(shè)不同容量電容微粒，同時這個網(wǎng)格底板通過無線方式上傳數(shù)據(jù)。當事人用普通的筆手寫字符，同時網(wǎng)格交叉點不同電容量被激活，在電腦或服務(wù)器端形成筆尖軌跡，從而實現(xiàn)對當事人手寫過程在線采集的功能。不足之處：無法采集寫字紙上已經(jīng)存在的印刷字符，如無法采集寫作時的標題與要求，無法采集作業(yè)時的題目。這個網(wǎng)格底板技術(shù)措施要求筆尖用力均恒，這會讓手寫當事人顯得很慌張。

如圖3所示，當事人在記事本上手寫的小作文、小日志，在作業(yè)本試卷上的解題答案，事后當事人或當事人的委托人，可用智能手機拍攝照片，由人工手動調(diào)節(jié)焦距及親眼審閱照片上字符清晰度，點擊拍攝并上傳。青少年年齡越小家長及學(xué)校越限制使用智能手機，同時，許多青少年拍攝題目上傳求助網(wǎng)絡(luò)傳回標準解題答案，這種具有顯示屏幕人機界面的智能手機人工拍攝照片的技術(shù)措施不能普通推廣。

在各國尤其是亞洲各國高考升學(xué)考試要求手寫答題，事后讓專門工作人員對試卷一頁一頁掃描的途徑，采集試卷及手寫答案，供閱卷老師在電腦界面上對當事人的試卷解答原筆跡進行評閱給分。

上述手寫字符采集都難以滿足如下原則：幾乎不需要當事人任何配合，不影響、不干涉、不干擾當事人解題與寫作；同步在線采集當事人手寫的每一個字、每一個符號、每一條線弧。

迫切需要滿足上述原則的新技術(shù)措施，唯有如此才能一方面讓青少年保留在傳統(tǒng)課本作業(yè)本記事本上用筆手寫的文化傳承習(xí)慣，另一方面又讓青少年分享數(shù)字化智能化時代科技成果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明一種對手寫過程的在線采集系統(tǒng)及其方法，旨在提供兩種不同技術(shù)手段讓青少年自由自在手寫字符，還可在線實時采集其手寫的每個字符所手畫的每條線弧，是滿足“幾乎不需要當事人任何配合，不影響、不干涉、不干擾當事人解題與作文寫作；同步在線采集當事人手寫的每一個字、每一個符號、每一條線弧”原則下的簡單、方便、初等的自動技術(shù)措施。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

該對手寫過程的在線采集系統(tǒng)特點在于包括了桌面微小機器人、傘形筆套、當事人終端；

所述桌面微小機器人包括了微車底、微升降桿、微攝像頭、控制器模塊、電源模塊組成；

所述傘形筆套包括了主架、龍骨、多個微攝像頭；

所述當事人終端是一個app功能模塊，運行在智能手機上。

作為優(yōu)選，所述微車底包括4個微型麥克納姆車輪與驅(qū)動微電機，麥克納姆車輪全向移動時所述微攝像頭俯視角不變，所述微升降桿由微型步進直流電機驅(qū)動，控制器模塊的多路pmw驅(qū)動回路與所述微車底的驅(qū)動微電機相聯(lián)、與微升降桿的微型步進直流電機相聯(lián)，控制器模塊串口數(shù)據(jù)接口與微攝像頭相聯(lián)，控制器模塊的無線數(shù)據(jù)接口與云端服務(wù)器連接。

作為優(yōu)選，所述主架末端為開口護套與手寫筆桿連接，所述主架首端為固定孔，所述主架中部是空洞用于存放微電池，

所述龍骨一端固定在所述主架首端的一個固定孔，所述龍骨末端固定一個微攝像頭，

所述龍骨首末端之間為5厘米左右連接件用于鋪設(shè)電源線數(shù)據(jù)線。

一種對手寫過程的在線采集方法，包括了桌面微小機器人行走工作流程，傘形筆套選定在線攝像頭工作流程，當事人終端響應(yīng)工作流程。

作為優(yōu)選，所述桌面微小機器人行走工作流程如下：

(1)桌面微小機器人控制器模塊存儲各類手指握住筆桿手寫二值模板圖庫；

(2)上電后或激活后桌面微小機器人控制器模塊驅(qū)動微攝像頭拍攝圖像，在多個目標區(qū)域中判斷是不是有手指握住筆桿手寫目標區(qū)域存在，如果沒有，則驅(qū)動微車底每次以15度步長及移動一厘米步長行走，繼續(xù)拍攝照片并識別手指握住筆桿手寫目標區(qū)域，如果旋轉(zhuǎn)360度移動10厘米后依就沒有發(fā)現(xiàn)手指握住筆桿手寫目標區(qū)域，則桌面微小機器人控制器模塊停止工作，等待下一次激活；

(3)當攝像頭捕獲到手指握住筆桿手寫目標區(qū)域后，控制器模塊每一秒重復(fù)實現(xiàn)：一方面驅(qū)動攝像頭采集圖像并上傳到云端服務(wù)器，另一方面判斷手指握住筆桿手寫目標區(qū)域的筆尖是不是在圖像畫面的三分之一處，如果出現(xiàn)偏差，則通過pmw端口驅(qū)動所述微車底的驅(qū)動微電機旋轉(zhuǎn)5度或移動1厘米，驅(qū)動微升降桿的微型步進直流電機動升降1厘米；

(4)當桌面微小機器人控制器模塊無法驅(qū)動旋轉(zhuǎn)或無法驅(qū)動移動時，則點亮報警燈與驅(qū)動蜂鳴器，讓處于手寫過程中的當事人人工移開阻礙物品，保持桌面微小機器人行走路徑通暢。

作為優(yōu)選，所述傘形筆套選定在線攝像頭工作流程如下：

(1)傘形筆套控制器模塊存儲各類手指握住筆桿手寫二值模板圖庫；

(2)傘形筆套控制器模塊依次驅(qū)動各根龍骨末端攝像機采集圖像，判斷所采圖像是不是包括了手指握住筆桿手寫目標區(qū)域，如果全部沒有，則此時暫停攝像工作；如果其中一個攝像頭包括了手指握住筆桿手寫目標區(qū)域而其它攝像頭沒有發(fā)現(xiàn)手指握住筆桿手寫目標區(qū)域，則此后僅僅連續(xù)驅(qū)動圖像中包括了手指握住筆桿手寫目標區(qū)域的這個攝像頭；

(3)傘形筆套控制器模塊向云端服務(wù)器上傳所采集的圖像。

作為優(yōu)選，所述當事人終端響應(yīng)工作流程如下：

(1)當云端數(shù)字圖像識別模塊對包括了手指握住筆桿手寫目標區(qū)域的一個字符無法識別時，將此無法識別的這個字符及所在行前后字符一同傳輸給當事人終端；

(2)當事人在當事人終端界面上由人工用拼音或其它途徑輸入該無法識別字符所對應(yīng)的正規(guī)字符并人工點擊提交功能鍵，包括該無法識別字符及對應(yīng)的正規(guī)字符一同上傳云端服務(wù)器；

(3)云端數(shù)字圖像識別模塊將無法識別字符的手寫圖像與當事人終端上傳的正規(guī)字符并入到當事人手寫字符圖像對照數(shù)據(jù)庫表單一行，以后云端數(shù)字圖像識別模塊面對這個無法識別字符手寫圖像時不必再提交當事人終端幫助，而由云端數(shù)字圖像識別模塊自行從當事人手寫字符圖像對照數(shù)據(jù)庫表單中查詢匹配得到確切字符含義。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：傘形筆套僅僅戴在筆桿上，桌面微小機器人僅僅放置在作業(yè)本邊順便保持桌面微小機器人行走路徑暢通，實現(xiàn)“幾乎不需要當事人任何配合“這條原則；兩個實時在線采集技術(shù)措施在當?shù)貎H僅識別手指握住筆桿手寫目標區(qū)域，桌面微小機器人及傘形筆套并不對手寫字符進行識別，而是充分利用云服務(wù)器強大圖像處理識別功能，這極大減低了桌面微小機器人及傘形筆套的復(fù)雜度并提升了采集速度；當事人響應(yīng)模塊可由其委托人在委托人智能手機上協(xié)助完成，讓青少年安心在傳統(tǒng)試卷、記事本、作業(yè)本上手寫。本發(fā)明專利技術(shù)在保持手寫傳承傳統(tǒng)與當代科技有機結(jié)合方面，具有重要進步意義。

附圖說明

圖1為手寫板電腦錄入示意圖

圖2為在網(wǎng)格底板上手寫字符示意圖

圖3為智能手機拍攝手寫結(jié)果效果示意圖

圖4為對手寫過程的在線采集系統(tǒng)各組成示意圖

圖5為桌面微小機器人與手寫過程結(jié)合示意圖

圖6為桌面微小機器人合理行走路徑示意圖

圖7為傘形筆套各組成示意圖

圖8為當事人終端相應(yīng)效果示意圖

圖中：1桌面微小機器人、2傘形筆套、3云端服務(wù)器、4當事人終端、5結(jié)果需求方、6筆尖、7手臂手指、8麥克納姆輪、9控制器模塊、10微升降桿、11微攝像頭、12主架首端固定孔、13主架末端開口護套、14龍骨中部連接件、15龍骨末端微攝像頭。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種對手寫過程的在線采集系統(tǒng)及其方法。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

為更好理解本發(fā)明實施例，先對本發(fā)明專用名詞或行為給予定義與描述。

當事人：指正在手寫字符的這個人，可以在手寫日記、手寫短作文、手寫作業(yè)、手寫答題等過程。

當事人委托人：指與當事人有直接利害關(guān)系的人，尤其是當事人為青少年時，當事人委托人往往指其父母親。

手指握住筆桿手寫目標區(qū)域：攝像頭采集一幀圖像后，會分割出一個一個獨立的區(qū)域，并可對分割后區(qū)域編號；每個區(qū)域有一定的確定內(nèi)容。每一幀可能有許多區(qū)域，手指握住筆桿手寫是其中一類區(qū)域，本發(fā)明特別關(guān)注這個目標區(qū)域。

上傳所采集的圖像：攝像頭拍攝一幀圖像后，當?shù)乜刂颇K可以處理也可以不處理，上傳所采集的圖像特指不進行深入處理，這可以簡化當?shù)乜刂颇K復(fù)雜度并提高當?shù)乜刂颇K可靠性。

正規(guī)字符：一個字符以三種形式出現(xiàn)，第一種是手寫自由體形式，第二種是圖書報刊出版物印刷形式，第三種是圖書報刊出版是藝術(shù)夸張形式。本發(fā)明正規(guī)字符指第二種。

實施例

如圖4所示，對手寫過程的在線采集系統(tǒng)主要由4個部分組成，桌面微小機器人、傘形筆套、云端服務(wù)器、及當事人終端；圖4中5結(jié)果需求方是對云端服務(wù)器的數(shù)據(jù)訪問接口，云端服務(wù)器存儲的筆尖數(shù)據(jù)及識別后規(guī)范字符結(jié)果可給予當事人、當事人委托人(如家長)使用，也可以向當事人許可的第三方開放，這類第三方如名校招生委員會、如名企的人力資源招聘中心等，這類第三方在青少年心目中有極高威望，青少年愿意通過長時間在線實時筆跡記錄等途徑，向第三方證實青少年是符合錄取條件的。

如圖5所示，桌面微小機器人包括了微車底、微升降桿、微攝像頭、控制器模塊、電源模塊組成；

所述微車底包括4個微型麥克納姆車輪與驅(qū)動微電機，麥克納姆車輪全向移動時所述微攝像頭俯視角不變，所述微升降桿由微型步進直流電機驅(qū)動。

控制器模塊的多路pmw驅(qū)動回路與所述微車底的驅(qū)動微電機相聯(lián)、與微升降桿的微型步進直流電機相聯(lián)，控制器模塊串口數(shù)據(jù)接口與微攝像頭相聯(lián)，控制器模塊的無線數(shù)據(jù)接口與云端服務(wù)器連接。

控制器模塊運行驅(qū)動攝像頭拍攝一幀照片，通過對圖像進行處理與分割，控制器模塊或讓微車底旋轉(zhuǎn)移動，或控制器模塊讓升降桿動作，當目標出現(xiàn)于一幀圖像中時，控制器模塊將通過無線數(shù)據(jù)接口上傳所采集的圖像?？刂破髂K是所述桌面微小機器人的核心模塊，控制器模塊主要執(zhí)行桌面微小機器人行走工作流程。

如圖6所示，當筆尖在紙張不同位置時，桌面微小機器人將圍繞紙張同步移動，對于右手寫字當事人而言，桌面微小機器人在左邊及左上方移動。桌面微小機器人的微車底僅僅在水平面行走，不會爬跨障礙。當手寫紙張手寫記事本手寫作業(yè)本周邊有障礙物時，桌面微小機器人微車底是無法跨越的。控制器模塊必須執(zhí)行桌面微小機器人行走工作流程，通過點亮報警燈與驅(qū)動蜂鳴器方式，由當事人人工清理障礙。

如圖7所示，所述傘形筆套包括了主架、龍骨、多個微攝像頭；尤其是多個微攝像頭如按照60度間隔依次布局，微攝像頭最優(yōu)清晰度定在20厘米左右，一幀圖像會被手指遮擋，傘形狀布局的多個微攝像頭必有一個清晰地拍攝到了筆尖。

所述主架末端為13主架開口護套與手寫筆桿連接，所述主架首端為12主架固定孔，所述龍骨一端固定于其中一個固定孔；所述主架中部為14主架連接件，該連接件是空洞狀用于存放微電池與控制器。

所述龍骨首端是釘鉤，固定在所述12主架固定孔的一個固定孔，所述龍骨末端為15龍骨攝像頭，固定一個最優(yōu)清晰度定在20厘米左右的微攝像頭，所述龍骨首末端之間為14龍骨連接件，該連接件是5厘米左右軟空管件用于鋪設(shè)電源線數(shù)據(jù)線。

所述傘形筆套包括了控制器，該控制器位于所述14主架連接件內(nèi)；傘形筆套控制器是傘形筆套核心模塊。傘形筆套控制器執(zhí)行傘形筆套選定在線攝像頭工作流程。

如圖8所示，所述當事人終端是一個app功能模塊，運行在智能手機上。該app功能模塊執(zhí)行當事人終端響應(yīng)工作流程。

在圖8示例中，云端服務(wù)器向當事人終端推送了整段詞語，其中包括了難以識別的手寫字符，用下劃線標注。要求所述當事人以拼音輸入法填寫對應(yīng)規(guī)范字符。

一種對手寫過程的在線采集方法，包括了桌面微小機器人行走工作流程，傘形筆套選定在線攝像頭工作流程，當事人終端響應(yīng)工作流程。

所述桌面微小機器人行走工作流程如下：

(1)桌面微小機器人控制器模塊存儲各類手指握住筆桿手寫二值模板圖庫；

(2)上電后或激活后桌面微小機器人控制器模塊驅(qū)動微攝像頭拍攝圖像，在多個目標區(qū)域中判斷是不是有手指握住筆桿手寫目標區(qū)域存在，如果沒有，則驅(qū)動微車底每次以15度步長及移動一厘米步長行走，繼續(xù)拍攝照片并識別手指握住筆桿手寫目標區(qū)域，如果旋轉(zhuǎn)360度移動10厘米后依就沒有發(fā)現(xiàn)手指握住筆桿手寫目標區(qū)域，則桌面微小機器人控制器模塊停止工作，等待下一次激活；

(3)當攝像頭捕獲到手指握住筆桿手寫目標區(qū)域后，控制器模塊每一秒重復(fù)實現(xiàn)：一方面驅(qū)動攝像頭采集圖像并上傳到云端服務(wù)器，另一方面判斷手指握住筆桿手寫目標區(qū)域的筆尖是不是在圖像畫面的三分之一處，如果出現(xiàn)偏差，則通過pmw端口驅(qū)動所述微車底的驅(qū)動微電機旋轉(zhuǎn)5度或移動1厘米，驅(qū)動微升降桿的微型步進直流電機動升降1厘米；

(4)當桌面微小機器人控制器模塊無法驅(qū)動旋轉(zhuǎn)或無法驅(qū)動移動時，則點亮報警燈與驅(qū)動蜂鳴器，讓處于手寫過程中的當事人人工移開阻礙物品，保持桌面微小機器人行走路徑通暢。

所述傘形筆套選定在線攝像頭工作流程如下：

(1)傘形筆套控制器模塊存儲各類手指握住筆桿手寫二值模板圖庫；

(2)傘形筆套控制器模塊依次驅(qū)動各根龍骨末端攝像機采集圖像，判斷所采圖像是不是包括了手指握住筆桿手寫目標區(qū)域，如果全部沒有，則此時暫停攝像工作；如果其中一個攝像頭包括了手指握住筆桿手寫目標區(qū)域而其它攝像頭沒有發(fā)現(xiàn)手指握住筆桿手寫目標區(qū)域，則此后僅僅連續(xù)驅(qū)動圖像中包括了手指握住筆桿手寫目標區(qū)域的這個攝像頭；

(3)傘形筆套控制器模塊向云端服務(wù)器上傳所采集的圖像。

所述當事人終端響應(yīng)工作流程如下：

(1)當云端數(shù)字圖像識別模塊對包括了手指握住筆桿手寫目標區(qū)域的一個字符無法識別時，將此無法識別的這個字符及所在行前后字符一同傳輸給當事人終端；

(2)當事人在當事人終端界面上由人工用拼音或其它途徑輸入該無法識別字符所對應(yīng)的正規(guī)字符并人工點擊提交功能鍵，包括該無法識別字符及對應(yīng)的正規(guī)字符一同上傳云端服務(wù)器；

(3)云端數(shù)字圖像識別模塊將無法識別字符的手寫圖像與當事人終端上傳的正規(guī)字符并入到當事人手寫字符圖像對照數(shù)據(jù)庫表單一行，以后云端數(shù)字圖像識別模塊面對這個無法識別字符手寫圖像時不必再提交當事人終端幫助，而由云端數(shù)字圖像識別模塊自行從當事人手寫字符圖像對照數(shù)據(jù)庫表單中查詢匹配得到確切字符含義。

本發(fā)明主要對象是青少年手寫過程。家庭社會乃至國家一致要求青少年手寫漢字英文單詞、手寫各科作業(yè)、手寫日記及短作文，本發(fā)明桌面微小機器人沒有顯示屏幕人機界面但控制模塊包括語音播放器件，同樣，傘形筆套也沒有顯示屏幕人機界面也可配置語音播放器件，這就為青少年營造了與網(wǎng)絡(luò)相對隔離的環(huán)境，以一個月、一個學(xué)期、一個年度積累的實時字跡數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，云服務(wù)器可對當事人進行評估與指導(dǎo)；面對當事人解答困難題目請求，本發(fā)明僅僅通過語音播放途徑播放解題思路而不是完整標準答案的技術(shù)措施，是對青少年成長真正幫助與呵護。因此，本發(fā)明在青少年手寫過程中在不需要當事人配合但能自動采集字跡，在可控局面下分享互聯(lián)網(wǎng)智能化便捷等方面有特別的效果。

盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟發(fā)下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以作出許多形式，這些均屬于本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。