一種可定位的紅外書畫筆及其定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及影像處理領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種可定位的紅外書畫筆及其定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中的紅外書畫筆，采用光導(dǎo)纖維制作筆頭，筆頭具有一定的柔性，可以模擬毛筆和畫筆的效果，通過采集筆頭的紅外光影像跟蹤筆的運(yùn)行軌跡，模擬書畫筆跡。做書畫時(shí)起筆和收筆特別重要，這種紅外書畫筆因?yàn)椴捎弥鲃?dòng)發(fā)光的原理，在筆頭未接觸到書畫面板的時(shí)候，筆頭發(fā)出的紅外光就被感應(yīng)到了，當(dāng)筆尖離開書畫板的時(shí)候，紅外感應(yīng)器并不能馬上感應(yīng)到。由于不能感知筆頭離書畫板的距離遠(yuǎn)近，在做書畫時(shí)落筆和抬筆無法控制，導(dǎo)致模擬起筆和收筆時(shí)走樣嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種可定位的紅外書畫筆及其定位方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種可定位的紅外書畫筆，包括筆身、容置在所述筆身內(nèi)部的用于發(fā)出紅外光的紅外光源組件、設(shè)置在筆身一端且用于將所述紅外光源組件發(fā)出的紅外光傳導(dǎo)出所述筆身的筆頭，所述筆身靠近所述筆頭一端設(shè)置有用于出射紅外光的多個(gè)紅外光出射機(jī)構(gòu)以定位所述紅外書畫筆的空間位置，該多個(gè)紅外光出射機(jī)構(gòu)沿所述筆身周向外壁均勻布設(shè)，且每個(gè)紅外光出射機(jī)構(gòu)出射的紅外光的在朝向所述筆頭一側(cè)的方向與所述筆身的軸線的夾角均相同，且該夾角為銳角。
[0005]本發(fā)明所述的可定位的紅外書畫筆，其中，所述紅外光源組件位于所述筆身的中心軸線上，所述紅外光出射機(jī)構(gòu)包括貫穿所述筆身側(cè)壁的、用于將所述紅外光源組件的紅外光透射出去的光孔，每個(gè)光孔的延伸方向與所述筆身的軸線在朝向所述筆頭一側(cè)的夾角均相同，且該夾角為銳角。
[0006]本發(fā)明所述的可定位的紅外書畫筆，其中，所述紅外光出射機(jī)構(gòu)還包括與所述紅外光源組件連接、沿光孔的延伸方向固定在對(duì)應(yīng)的光孔內(nèi)的光纖。
[0007]本發(fā)明所述的可定位的紅外書畫筆，其中，所述紅外光出射機(jī)構(gòu)包括:開設(shè)在所述筆身側(cè)壁上的安裝孔和固定在對(duì)應(yīng)的安裝孔內(nèi)的紅外LED燈。
[0008]本發(fā)明所述的可定位的紅外書畫筆，其中，所述筆頭包括端部束在所述筆身內(nèi)的多根導(dǎo)光纖維，且所述多根導(dǎo)光纖維遠(yuǎn)離所述筆身的一端匯聚一起以使所述筆頭的外部輪廓呈錐狀。
[0009]本發(fā)明所述的可定位的紅外書畫筆，其中，所述紅外光源組件包括朝向所述筆頭發(fā)光的紅外LED燈以及驅(qū)動(dòng)該紅外LED燈發(fā)光的控制器，所述筆身內(nèi)還設(shè)置有用于向所述紅外LED燈以及所述控制器供電的充電電池，所述紅外LED燈和充電電池分別與所述控制器電連接。
[0010]本發(fā)明所述的可定位的紅外書畫筆，其中，所述紅外書畫筆還包括用于開啟或關(guān)閉所述紅外LED燈的觸摸式感應(yīng)開關(guān)以及用于感應(yīng)所述觸摸式感應(yīng)開關(guān)在被觸摸后所發(fā)出的電信號(hào)、并發(fā)送觸發(fā)信號(hào)給所述控制器的感應(yīng)電路，所述感應(yīng)電路分別與所述觸摸式感應(yīng)開關(guān)以及控制器電連接。
[0011]本發(fā)明所述的可定位的紅外書畫筆，其中，所述紅外書畫筆還包括電路板，所述控制器和所述感應(yīng)電路均設(shè)置在所述電路板上，所述電路板為柔性電路板，所述柔性電路板卷成筒狀收容在所述筆身內(nèi)，且所述柔性電路板設(shè)置有所述感應(yīng)電路的一面朝向所述筆身的內(nèi)側(cè)壁。
[0012]本發(fā)明還公開了一種基于所述的紅外書畫筆的紅外書畫筆定位方法，所述方法用于確定所述多個(gè)紅外光出射機(jī)構(gòu)出射的紅外光的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)O到該交點(diǎn)O在書畫板上的理論投射點(diǎn)O1之間的距離00 P以及確定該交點(diǎn)O與理論投射點(diǎn)O1確定的線段00 1在豎直平面內(nèi)的傾斜角度α ；
[0013]所述方法包括以下步驟:
[0014]S1:識(shí)別出所述多個(gè)紅外光出射機(jī)構(gòu)出射的紅外光在書畫板上的一組投射點(diǎn)，根據(jù)識(shí)別出的該一組投射點(diǎn)擬合一個(gè)橢圓；如果橢圓的長(zhǎng)軸AB和短軸的長(zhǎng)度差小于閾值，則執(zhí)行步驟S2，否執(zhí)行轉(zhuǎn)步驟S3，其中，長(zhǎng)軸AB的長(zhǎng)度值記為ΑΒ，紅外光出射機(jī)構(gòu)出射的紅外光與所述筆身軸線之間的所述夾角的角度值記為Θ ；
[0015]S2:判定所述傾斜角度α為0，所述距離(^等于(AB/2)*cot Θ ；
[0016]S3:計(jì)算所述筆頭在書畫板上的投射區(qū)域的重心坐標(biāo)，并將該重心坐標(biāo)進(jìn)行校正以使其位于所述長(zhǎng)軸AB上，并將校正后的重心坐標(biāo)確定為所述理論投射點(diǎn)O1的坐標(biāo)；確定離長(zhǎng)軸AB的投射點(diǎn)匯聚端B最近的兩個(gè)投射點(diǎn)C和D，并對(duì)投射點(diǎn)C和D進(jìn)行校正以使校正后的投射點(diǎn)C和D構(gòu)成的線段CD垂直于長(zhǎng)軸AB，并以所述線段CD作為紅外光投射的正棱錐的與線段(^垂直的截面正多邊形的一個(gè)邊；根據(jù)所述夾角的角度值Θ、線段CD的長(zhǎng)度、以及理論投射點(diǎn)O1的坐標(biāo)，計(jì)算傾斜角度α和所述距離00 i。
[0017]本發(fā)明所述的可定位的紅外書畫筆定位方法，其中，所述步驟S3中對(duì)所述一組投射點(diǎn)進(jìn)行校正以使投射點(diǎn)C和D構(gòu)成的線段CD垂直于長(zhǎng)軸AB包括:保持理論投射點(diǎn)(^與投射點(diǎn)C和D構(gòu)成的Z CO1D的角度值不變，將投射點(diǎn)C和D在橢圓上進(jìn)行移動(dòng)，直至長(zhǎng)軸AB成為Z CO1D的角平分線；
[0018]所述步驟S3中計(jì)算傾斜角度α和所述距離(^根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算:
[0019]α = 90。-ω，ω = arcsin(PE/E O1)
[0020]OO1 = 0P+P0 ! = PE* (cot ω +cot β )
[0021]β = arctan(tan Θ *cos (180° /n))
[0022]其中，PE為所述截面正多邊形的中心與邊之間的距離，EO1為校正后的線段⑶與長(zhǎng)軸AB之間的交點(diǎn)到所述理論投射點(diǎn)O1之間的距離，η是紅外光出射機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)。
[0023]實(shí)施本發(fā)明的可定位的紅外書畫筆及其定位方法，具有以下有益效果:本發(fā)明的紅外書畫筆在所述筆身靠近所述筆頭一端設(shè)置有用于出射紅外光的多個(gè)紅外光出射機(jī)構(gòu)，由于多個(gè)紅外光出射機(jī)構(gòu)沿所述筆身周向外壁均勻布設(shè)，且每個(gè)紅外光出射機(jī)構(gòu)出射的紅外光的方向與所述筆身的軸線的夾角均相同，因此根據(jù)其投影到書畫板上的投射點(diǎn)坐標(biāo)，定位所述紅外書畫筆的空間位置，進(jìn)而可以判斷畫筆的傾斜度和筆頭尖端離書畫板的距離，有效地模擬起筆和收筆。
【附圖說明】
[0024]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0025]圖1是本發(fā)明紅外書畫筆的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明紅外書畫筆的第一實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明紅外書畫筆的第二實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明紅外書畫筆的豎直立于書畫板上方時(shí)的紅外光投影示意圖；
[0029]圖5是本發(fā)明紅外書畫筆的傾斜立于書畫板上方時(shí)的紅外光投影示意圖；
[0030]圖6是本發(fā)明紅外書畫筆定位方法中的對(duì)線段CD進(jìn)行校正的原理圖；
[0031]圖7是本發(fā)明紅外書畫筆定位方法中基于圖5中的投影計(jì)算筆身的空間位置的部分原理圖；
[0032]圖8是本發(fā)明紅外書畫筆定位方法中基于圖5中的投影計(jì)算筆身的空間位置的部分原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0034]參考圖1，是本發(fā)明紅外書畫筆的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]本發(fā)明的可定位的紅外書畫筆，包括筆身10、容置在所述筆身10內(nèi)部的用于發(fā)出紅外光的紅外光源組件30、設(shè)置在筆身10 —端且用于將所述紅外光源組件30發(fā)出的紅外光傳導(dǎo)出所述筆身10的筆頭20，筆身10具體為中空的管狀，筆身10可由鋁合金材質(zhì)或塑料等材料制成。
[0036]所述紅外光源組件3