專利名稱：在紙面書寫的計算機筆式文字輸入操作法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于計算機筆式操作方法技術領域中的一種在紙面上書寫而被計算機直接識別的文字輸入操作方法。
當前計算機的常見文字輸入操作方法主要有鍵盤和筆式手寫兩種，手寫文字輸入操作又有屏寫筆、板寫筆和圖形掃描器等三種。其中，鍵盤是目前最普通的使用工具，對于習慣使用打字機的西方人來說，用鍵盤輸入西方文字的確是相當方便的，但是如果輸入漢字等圖形文字，鍵盤輸入則遇到相當?shù)拇蟮睦щy，比如說，操作人員必須熟悉某種復雜的編碼，而且非西方人還有一個使用鍵盤的習慣問題，因此，鍵盤輸入方案并不是一個全球文字輸入的好方案。近年來，隨著屏寫筆和板寫筆技術的不斷完善，手寫輸入成為計算機操作方法領域發(fā)展的主導方向。但是，現(xiàn)有的技術離真正的普及實用還存在一些問題屏寫筆通過光筆或電筆(有時也可用手指)在特制的液晶或真空屏上書寫，使顯示的有效顯示面減少，以及成本昂貴，易傷顯示面，所以這種方法不是理想的手寫輸入方法。板寫筆通過一支電筆在一塊專用書寫板上書寫，也存在著硬件大，操作復雜的問題，因為板寫輸入要求在專用書寫板的一小塊地方書寫，每寫完一個字需按一次輸入鍵，使操作繁瑣并難以提高速度，所以，板寫輸入也不是最佳輸入方案。圖形掃描器可以把紙面文字輸入計算機內(nèi)，但是一種間接輸入方法，一般難以實現(xiàn)人機隨時對話，還不是一種好辦法。另外上述三種手寫文字輸入方法都是用二維圖象為輸入素材，以圖象處理軟件進行處理后識另的，存在識別精度低、計算量大的問題，因此，尋找一種方便的更有多國文字兼容性的文字輸入方法是非常有意義的事。
我們可以認為對操作人員來講，早以習慣的紙面書寫文字方式比一種非習慣性的、約束性的書寫方式速度要快得多，而對于計算機識別方式來講，提取文字最具特征性的一維信息比輸入二維圖象信息需要更小的計算量，而且識別精度要更高一些，如果利用方便輸入的總特點來建個人字庫，則識別精度可以達到無可挑剔的水平。
本發(fā)明提出的方案是使用特有的硬件工具及文字識別碼編制方法組成一種新的文字輸入方式，使手寫輸入操作方式與傳統(tǒng)的紙面書寫習慣相同，并能實現(xiàn)對所有文字的輸入在操作方式上都相同，同時能兼容現(xiàn)有的標準鍵盤和鼠標器功能，能直接操作那些用鍵盤和鼠標器操作的所有軟件。
本發(fā)明的目的是提供一種新的文字輸入操作方法，方便非西方人對計算機的操作。
本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的實現(xiàn)本發(fā)明功能需一支專用的書寫筆和相應的軟件，屬于本發(fā)明的一部分的書寫筆在書寫時能隨時記錄書寫時的方向、在某一方向上劃過的大致速度及提筆動作的幅度，把這些量輸入計算機進行處理能根據(jù)其過程量的不同識別文字符號，并能得到書寫的大致軌跡，從而實現(xiàn)鍵盤和鼠標的雙重功能。下面分別論述本發(fā)明的各組成部分。
1.文字識別編碼方法我們先作一個定義把紙面平面360°方向按上、下、左、右、上左、上右、下左、下右劃分八個等份，即得到角度范圍各45°的八個方向區(qū)域，如說明書附圖1所示，如果拿一支筆在該紙面進行書寫，則筆尖的運動方向必然屬于這八個方向區(qū)域中的一個區(qū)域，我們把這八個方向區(qū)從”上”開順時針定義為0、1、2、3、4、5、6、7，則筆尖在紙面上的瞬時運動方向必然對應一個方向數(shù)字，如果把書寫一個完整文字的過程記錄下來，則會得到一個一維單位數(shù)組，再把這個數(shù)組數(shù)字按書寫順序從高位到低位合成一個數(shù)字，則是一個多位八進制數(shù)，這個多位八進制數(shù)記錄了這個文字的的全部特征，我們就把它作為該文字的基本編碼，計算機通過查找對應表就能找到該文字的計算機內(nèi)碼，從而實現(xiàn)文字的識別輸入。
例如漢字″上″字，它的書寫過程是下向、右向、右向，則它的基本編碼是422。
由于漢字等文字有繁有簡，有的繁體字將導致它的特征編碼位數(shù)太長，這會占用軟件更多的空間，一般的情況下沒有必要，本發(fā)明的編碼方法對文字的特征編碼位數(shù)進行限制，不同的文字特征編碼的規(guī)定長度不一樣，比如簡體漢字最長的規(guī)定是十位，其它多余的長度將被截除，因為通常筆劃很多的文字數(shù)量有限，其前段特征已經(jīng)足以識別，不致造成重碼。
為了提高書寫速度，通常大字的手寫體一般是平滑的，字跡中有許多圓弧狀的方向過渡過程，本發(fā)明的編碼方法規(guī)定一段筆跡的平滑曲線，如果有同一個方向的旋轉(zhuǎn)過程，則只采集其起始方向數(shù)字，結(jié)尾方向數(shù)字，不理睬其中間方向變化過程，如果其旋向超過一周，則重復起始方向數(shù)字。
例如漢字″乙″字的編碼為″2520″，而不是″254320″；阿拉伯數(shù)字″0″字的編碼是″66″，而不是″654321076″。
為了減少書寫過程中的操作，本發(fā)明的方法提出專用的單文字識別原理在連續(xù)書寫過程中，計算機必須知道一個完整文字的結(jié)束和下一個文字的開始，只有這樣才能把連續(xù)書寫過程中的一個個文字單個地識別出來，這就是本發(fā)明所提出的單文字識別原理。它是這樣完成的通常大家書寫時有這樣的習慣，一個文字完成時，把筆尖稍稍提高，移動筆尖在下一個紙面空白處書寫下一個文字，而書寫同一個文字的各組成部分時這種提筆動作幅度明顯小于前者，本發(fā)明就利用這個提筆動作的區(qū)別來提取文字分隔信號我們用軟件來設定一個人的提筆高度閾值，筆尖一旦超過這個閾值，則認為前段所寫的一個文字結(jié)束，下一個文字的編碼輸入也即將開始，計算機就可把該文字的完整編碼進行識別處理。按照大多數(shù)人的習慣，閾值默認值規(guī)定在2mm左右為宜。
幾乎所有的文字轉(zhuǎn)換編碼方法都遇到重碼問題，本發(fā)明所提的編碼方案重碼非常少，在中文中目前只發(fā)現(xiàn)兩組1.阿拉伯數(shù)字″0″、英文字母″0″、漢字句號″?！澹?.漢字″由″、″甲″、″申″、″田″；對于第一組的句號″?！?，本發(fā)明中用檢測它與一般字幅的大小差別可以進行識別，其它幾個很少的重碼，可以用簡單的人為規(guī)定來區(qū)別，從而消除重碼。
2.專有硬件的組成及原理本發(fā)明提出的專有硬件主要包括一支專用書寫筆及輸出電纜線，以及與計算機主機箱相聯(lián)的接口插頭。
專用書寫筆具有一個鋼筆的外形，外部包括兩只微動按鍵開關，內(nèi)部包括一個方向識別器、一個步速檢測器、一個提筆高度檢測器、一個專用處理電路。
微動開關安置在專用書寫筆表面的大母指和食指壓筆處，其作用有三個
1)規(guī)定專用書寫筆對人體的方向坐標的一致性，使方向識別器識別的方向是按人體方向定義的。
2)控制人手握筆書寫的力度適度。
3)在書寫筆作鼠標器工作時起鼠標器左、右鍵功能，在書寫筆作文字輸入操作時起Ctrl和Alt鍵使用。
方向識別器由傳動桿、桿上兩端的筆尖和動觸點以及支承座、組成環(huán)狀的八個方向靜觸點和支承游絲組成。方向識別器用來感知專用書寫筆筆尖在紙面的運動受力方向，為文字識別提供主要依據(jù)。其工作原理是傳動桿以支承座為支點構(gòu)成一個杠桿結(jié)構(gòu)，當筆尖在紙面劃過時，筆尖與紙面的摩擦力使扛桿以支點偏轉(zhuǎn)，帶動傳動桿另一頭的動觸點由中心位置偏轉(zhuǎn)到附近的靜觸點處，與其中的一個方向觸點接觸導通，輸出一個方向信號。由于筆尖受的摩擦力與筆尖運動方向成180°角，而扛桿的兩邊運動方向成180°角，所以動觸點的偏轉(zhuǎn)方向與筆尖的運動方向一致，從而保證靜觸點所處位置剛好代表筆尖運動方向區(qū)域，使方向信號準確無誤。
步速檢測器由一個小麥克風和專用處理電路，其作用是檢測筆尖劃過紙面的相對速度，這個信號是文字輸入操作的輔助信號，是鼠標器工作模式的主要信號。其工作原理是當筆尖在紙面劃過時，筆尖與紙面的摩擦運動將發(fā)生振動，筆尖運動速度快則振動頻率高，這個振動通過筆尖、筆身以縱波的形式傳播到小麥克風，小麥克風輸出一個電訊號，這個電訊號通過電路整形和測量，則可得到筆尖在紙面劃過的速度，這個速度并不是太精確，用同一個筆在不同的紙面上劃動會有一些差別，但是對于精度不高的鼠標器來講已經(jīng)足夠了。
提筆高度檢測器由一個光敏器件和專用處理電路構(gòu)成，光敏器件有兩個作用，一個是用來檢測環(huán)境光強，一個是用來檢測筆尖附近紙面的光強。它的工作原理是這樣的光敏器件安置在筆尖附近靠近人體一側(cè)，其測光區(qū)域是筆尖附近靠近人體的一小塊區(qū)域。當在正常書寫的光照環(huán)境下，由于人體和手部的遮擋，光線基本上是從書寫人前上方照入的，那么在筆尖接觸紙面時，筆尖和筆身在紙面上有一個陰影，這個陰影部分將正好落在光敏器件在紙面的測光區(qū)內(nèi)，此時光敏器件將得到一個弱光信號，隨著筆尖的提高，筆尖和筆身的陰影將逐漸變得模糊，光敏器件的測光區(qū)也逐步變亮，這個弱光信號將向一個較明亮的背景光亮強度的信號過渡，當筆尖提高到2cm以上，光敏器件輔出的是紙面反射的背景光信號，背景光信號將由計算機自動采集存儲和更新，這樣看來，光線的明暗對應著筆尖離紙面的高低，光強信號經(jīng)過電路處理后即得到筆尖離紙面的高度。
專用處理電路由一些模擬電路和一個單片機系統(tǒng)組成，它可以放置在筆內(nèi)，也可獨立地放置在筆外。它的主要功能是采集并處理以上傳感器件的信號，并通過中斷通訊把有關信息傳輸?shù)接嬎銠C主機。
3.鼠標功能的實現(xiàn)當同時按下筆上兩只微動開關后，專用書寫筆將由文字輸入操作功能向鼠標功能切換，或者反切換，當在鼠標狀態(tài)下，屏上光標將沿著書寫方向，用對應的速度移動，其光標移動方向和速度分別由方向識別器和步速檢測器提供，同時，大母指所按的微動開關表示原鼠標的左鍵，食指所按的微動開關取代原鼠標的右鍵。
4.文字輸入狀態(tài)下的計算機的命令操作的實現(xiàn)本發(fā)明所述的方案不但有上述的功能，而且可以用來代替鍵盤進行命令操作，比如在DOS狀態(tài)下，輸入″DIR″后，相當于用鍵盤敲入DIR并回車，計算機執(zhí)行DIR命令，其中″″為定義的回車符，用書寫筆可表達鍵盤上的所有操作，比如鍵盤上的″↑，↓，←，→″用手寫輸入是″，，，＂，空格鍵是″
″，″F1″功能是″F1″。用本發(fā)明所述的方案可以實現(xiàn)一套新的可以向前兼容的操作系統(tǒng)，也可以對原有版本操作系統(tǒng)進行本國文字化，比如漢化，這對于計算機的大眾化具有一定益處，可以讓英語字母都不識的人進行方便操作。
因為筆跡組合的變化方式非常的多，使用本發(fā)明方法可以多國文字而不受鍵盤個數(shù)的限制，從而實現(xiàn)全球文字輔入方法的一致性，同時可以減小計算機系統(tǒng)的體積。
下面結(jié)合說明書


本發(fā)明定義及所述的硬件的具體結(jié)構(gòu)和實例圖1是編碼方向定義圖，圖2為書寫專用筆的外形示意圖，圖3為書寫專用筆的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明硬件系統(tǒng)電路框圖。
請看圖1，說明書附圖1的紙面根據(jù)人體的方向被按上、下、左、右和上左、下左、上右、下右分為八個方向區(qū)，它們每個占有45°夾角，從上區(qū)域開始，順時針被定義為0、1、2、3、4、5、6、7個對應數(shù)字，如果筆在紙上劃過時，筆尖的運動方向必然對應其中一個方向偏碼這個定義是本發(fā)明方法的基礎。
請看圖2、圖3、圖4，本發(fā)明所述的硬件包括一支書寫專用筆及電纜線[7]和接口插頭[8]組成，而書寫專用筆外部包括筆身[15]及兩個微動開關[4]、[5]和筆尖[6]組成，其內(nèi)部有一個專用處理電路板[7]、一個小麥克風[8]、一個支承游絲[9]、一個八方向靜觸點[10]、一個動觸點[14]、一個傳動桿[11]、由一個軸向止動座[12]以及光敏器件[13]組成。
電纜線[1]和接口插頭[2]可把信號傳輸?shù)接嬎銠C主機處理，在專用書寫筆[3]外部，用手按動微動開關[4]、[5]可以實現(xiàn)兩個必要開關鍵的操作，在鼠標操作狀態(tài)時表示左鍵、右鍵，在文字輸入操作狀態(tài)時表示Ctrl和Alt鍵。在專用書寫筆內(nèi)部，由筆尖[6]、軸向止動座[12]、傳動桿[11]、動觸點[14]、八方向靜觸點[10]和支承游絲[9]成一個方向識別器，書寫時筆尖[6]所受的摩擦力將通過以軸向止動座[12]和傳動桿[11]組成的杠桿傳到動觸點[14]上，使它以筆尖[6]移動的方向接觸八方向靜觸點[10]上的靜觸點，從而得到一個方向電訊號。軸向止動座[12]能抵消來致筆尖[6]的軸向力。支承游絲[9]既能使動觸點[14]在筆尖[6]未受力的情況下恢復到原始中心位置，也是動觸點[14]與專用處理電路板[7]相聯(lián)的導電通道。專用處理電路[7]和小麥克風[8]組成步速檢測器，小麥克風[8]通過筆身[15]感受筆尖在紙面劃過的主要振動頻率，這個頻率經(jīng)專用處理電路板[7]處理后即得到筆尖[6]的速度信號。
光敏器件[13]和專用處理電路板[7]構(gòu)成提筆高度檢測器，光敏器件[13]安置在筆尖[6]朝人體方向的附近位置，傳感面朝紙面，以檢測筆尖[6]在紙面的投影情況，從而測量筆尖[6]離紙面的高度。
權利要求
1.一種計算機操作方法，其特征在于用一支專用的筆在紙面上書寫文字或符號而被計算機直接實時識別，其功能同時可以轉(zhuǎn)換到標準鍵盤或鼠標的操作功能，從而實現(xiàn)對計算機的操作。
2.一種文字識別編碼方法，其特征在于利用書寫時筆尖的運動方向作為編碼依據(jù)，首先定義方向代碼，然后按書寫文字的筆尖運動方向把方向代碼依次排列，組成一個多位數(shù)字，作為文字編碼。
3.一種手寫輸入的專用硬件，其特征在于主要由一支專用書寫筆[3]、一段電纜線[1]和接口插頭[2]組成，其中專用書寫筆[3]內(nèi)部包括四個部分一個是方向識別器，一個是專用處理電路，另一個是步速檢測器，還有一個是提筆高度檢測器。方向識別器部分由一個筆尖[6]，一個軸向止動座[12]，一個動觸點[14]，一個傳動桿[11]，一個支承游絲[9]和一個八方向靜觸點[10]組成；步速檢測器由小麥克風[8]和專用處理電路板[7]組成；提筆高度檢測器由光敏器件[13]和專用處理電路板[7]組成。專用書寫筆外部由筆身[15]和微動開關[4]、[5]組成。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于把紙面平分成八等份，每一等份對應一個方向代碼。
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，把筆劃園滑曲線中同向變化的方向代碼中的過渡數(shù)字省略，以及把過繁筆劃產(chǎn)生的長編碼截短。
6.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于利用專有的單文字識別原理依靠人們習慣性的提筆動作使計算機在人們連續(xù)書寫時，能把完整文字和偏旁部首區(qū)別出來，而不用任何自主的操作。
7.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于利用放置于筆尖附近的光敏器件來檢測紙面上筆尖的陰影亮度，從而測量提筆高度。
8.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其步速檢測器是利用小麥克風[8]來檢測筆尖與紙面的摩擦振動主頻率，從而測量筆尖在紙面劃過的速度。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用筆在紙上書寫而被計算機適時識別的方法，這個方法采用的硬件只是一只專用書寫筆和使它與計算機相聯(lián)的電纜線和接口插座。它可以同時實現(xiàn)現(xiàn)有鍵盤和鼠標功能，能輸入操作命令，并使計算機擺脫了西方文字的束縛，并為操作系統(tǒng)向前兼容創(chuàng)造了條件。由于文字輸入更方便，輸入速度更快，從而使計算機的應用更加簡單化。
文檔編號G06F3/023GK1168500SQ9610831
公開日1997年12月24日 申請日期1996年6月19日 優(yōu)先權日1996年6月19日
發(fā)明者劉時 申請人:朱學勤