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申请/专利权人：深圳市国华光电科技有限公司;深圳市国华光电研究院;华南师范大学

摘要：本发明公开了一种智能字帖装置，包括触控笔、微处理器、显示模块、触控输入模块和无线通信模块，所述微处理器分别与所述显示模块、所述触控输入模块和所述无线通信模块连接，所述触控输入模块用于接收所述触控笔触摸触控输入模块产生的压力值。本发明还公开了一种字体书写检测方法。本发明涉及电子技术领域，一种智能字帖装置及字帖书写检测方法，在显示模块显示标准字体的轮廓图像，方便练习者临摹，通过触控输入模块接收触控笔触摸生成的压力值，在显示模块的对应位置显示书写字迹及书写字迹的笔划粗细，练习者可以直观地在临摹时根据书写字迹和标准字体的轮廓图像的重合程度修正书写笔法，实用性强，方便字帖练习者从中掌握写好字的技巧。

主权项：1.一种智能字帖装置，其特征在于，其包括触控笔、微处理器、显示模块、触控输入模块、无线通信模块和语音模块，所述微处理器分别与所述显示模块、所述触控输入模块和所述无线通信模块连接，所述触控输入模块用于接收所述触控笔触摸触控输入模块产生的压力值，所述显示模块用于显示标准字体的轮廓图像和根据所述压力值在对应位置显示书写字迹及控制所述书写字迹的笔画粗细，所述语音模块与所述微处理器连接，所述无线通信模块用于与外部移动终端通信和与互联网进行数据传输，从互联网中选择练习字体与练习内容，所述微处理器用于对数据进行处理分析，对所写字体与标准字体结构进行对比，通过所述语音模块给出练习建议，通过所述无线通信模块上传练习结果至互联网；所述触控输入模块包括手写区域和设置在所述手写区域中的压力检测单元，所述压力检测单元用于检测所述触控笔触摸所述触控输入模块产生的压力值,所述压力值用于显示书写字迹并显示笔画粗细，得到书写字体图像，分别提取书写字体图像特征和标准字体图像特征，并通过SIFT算法处理，得到书写字体结构与标准字体结构相似度的评价值，给出相应的评分和建议；所述分别提取书写字体图像特征和标准字体图像特征，并通过SIFT算法处理，得到书写字体结构与标准字体结构相似度的评价值，给出相应的评分和建议，具体包括：获取书写字体的累计时间，分别提取书写字体图像特征和标准字体图像特征，并通过SIFT算法处理，得到书写字体与标准字体的相似度评价值，通过加权法对相似度评价值和累计时间进行计算，给出相应的评分和建议；其中，所述通过加权法对相似度评价值和累计时间进行计算，给出相应的评分和建议的计算公式是K1为预设的相似度权重，K2为预设的累计时间权重，M为所述相似度评价值，T为所述累计时间；所述SIFT算法包括：S1，构建所述书写字体图像的第一尺度空间表示和标准字体图像的第二尺度空间表示,具体包括：根据所述书写字体图像与预设的二维高斯函数卷积计算得到所述第一尺度空间表示；其中，所述第一尺度空间表示的计算公式是Lx,y,σ＝Gx,y,σ*Ix,y，其中，x为所述书写字体图像的每一像素点的横坐标值，y为所述书写字体图像的每一像素点的纵坐标值，Ix,y为所述书写字体图像的像素值，Gx,y,σ为尺度可变高斯函数，所述Gx,y,σ的计算公式为σ为尺度空间因子；根据所述书写字体图像和所述二维高斯函数和预设的第一系数计算得到所述第二尺度空间表示；其中，所述第二尺度空间表示的计算公式是Lx,y,kσ＝Gx,y,kσ*Ix,y，k为预设的系数；S2，在两个尺度空间中搜索两幅图像的极值点，具体包括：根据所述第一尺度空间表示和所述第二尺度空间表示构建高斯差分尺度空间，所述高斯差分尺度空间的计算公式是Dx,y,σ＝Lx,y,kσ-Lx,y,σ；根据所述高斯差分尺度空间搜索所述极值点；S3，剔除不稳定的特征点，确定两幅图像中的特征点，具体包括：对所述高斯差分尺度空间进行泰勒展开，得到高斯泰勒尺度空间，其中，所述高斯泰勒尺度空间的计算公式是Dx为所述高斯泰勒尺度空间的泰勒展开式；根据所述高斯泰勒尺度空间构建高斯微分尺度空间，其中所述高斯微分尺度空间计算公式是根据所述高斯微分尺度空间和所述高斯泰勒尺度空间构建特征点尺度空间，其中，所述特征点尺度空间的计算方式是根据预设的第一阈值和所述特征点尺度空间对所述极值点进行筛选，得到特征点，具体包括：根据所述极值点和所述特征点尺度空间构建所述极值点的特征数据；将所述极值点的特征数据和所述第一阈值进行比较，得到数据比较结果；若所述数据比较结果表征为所述极值点的特征数据大于所述第一阈值，将所述极值点作为特征点；S4，为每个特征点计算一个方向；S5，生成两幅图像的特征点描述子，将两幅图像中的各个尺度的描述子进行匹配，得到匹配结果图。

全文数据：一种智能字帖装置及字帖书写检测方法技术领域[0001]本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种智能字帖装置及字帖书写检测方法。背景技术[0002]在练习钢笔字时，要先摹后临。摹就是把字帖放在练习本下面，对字帖进行描写。这种练习方法，可以让初学者很快掌握字的间架结构。而摹好了以后，我们可以采用临的方式，就是照着字帖进行练习，尽量写出字的原滋原味，考验的是我们的观察能力和对笔的控制能力。[0003]临写和摹写要进行有机结构，通过摹的方式掌握字的笔画和间架结构，但是，摹不是目的，只有临写的有模有样才算是真正掌握了字的精髓。练习钢笔字，不仅要求笔画和结构，还有轻重缓急的变化。而且，考虑到临写比摹写更难，所以，要将临写和摹写相互结合，二者对练好钢笔字是不可或缺而且相辅相成的。[0004]现有技术采用凹槽字帖联系，容易让练习者在使用字帖的时候写出好看的字体，但是一旦脱离字帖练习者很难维持字帖里的字体。对练习者来说整个练习过程需要很长的时间才能从中领悟出自己写好字的技巧。发明内容[0005]为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种智能字帖装置，实用性强，方便字帖练习者从中掌握写好字的技巧。[0006]为了解决上述技术问题，本发明的另一个目的是提供一种字帖书写检测方法，方便字帖练习者从中掌握写好字的技巧，针对性改善练习者对字体架构的掌握。[0007]本发明所采用的技术方案是：一种智能字帖装置，包括触控笔、微处理器、显示模块、触控输入模块和无线通信模块，所述微处理器分别与所述显示模块、所述触控输入模块和所述无线通信模块连接，所述触控输入模块用于接收所述触控笔触摸触控输入模块产生的压力值，所述显示模块用于显示标准字体的轮廓图像和根据所述压力值在对应位置显示书写字迹及控制所述书写字迹的笔划粗细，所述无线通信模块用于与外部移动终端通信和与互联网进行数据传输，所述微处理器用于对数据进行处理分析。[0008]作为上述方案的进一步改进，所述无线通信模块包括蓝牙和WiFi。[0009]作为上述方案的进一步改进，所述触控输入模块包括手写区域和设置在所述手写区域中的压力检测单元，所述压力检测单元用于检测所述触控笔触摸所述触控输入模块产生的压力值。[0010]作为上述方案的进一步改进，所述显示模块包括显示区域，所述显示区域用于显示字的轮廓图像和显示书写字迹，所述触控输入模块贴合于所述显示模块表面，所述手写区域与所述显示区域重合。[0011]作为上述方案的进一步改进，所述装置还包括语音模块，所述语音模块与所述微处理器连接。[0012]作为上述方案的进一步改进，所述装置还包括电源模块，所述电源模块与所述微处理器连接。[0013]—种字帖书写检测方法，适用于如上述的智能字帖装置，包括[0014]选择练习的字体和对应的练习内容，获取并显示标准字体的轮廓图像；[0015]检测触摸书写产生的压力值；[0016]根据压力值显示书写字迹并显示笔划粗细，得到书写字体图像；[0017]分别提取书写字体图像特征和标准字体图像特征，并通过SIFT算法处理，得到书写字体结构与标准字体结构相似度的评价值，给出相应的评分和建议。[0018]作为上述方案的进一步改进，将书写字体图像和评分上传互联网，与其他练字者分享自己的练习结果或参加排名。[0019]作为上述方案的进一步改进，所述分别提取书写字体图像特征和标准字体图像特征，并通过SIFT算法处理，得到书写字体结构与标准字体结构相似度的评价值，给出相应的评分和建议，具体包括：[0020]获取书写字体的累计时间，分别提取书写字体图像特征和标准字体图像特征，并通过SIFT算法处理，得到书写字体与标准字体的相似度评价值，通过加权法对相似度评价值和累计时间进行计算，给出相应的评分和建议。[0021]作为上述方案的进一步改进，所述SIFT算法处理包括步骤：[0022]SI，构建书写字体图像的第一尺度空间表示和标准字体图像的第二尺度空间表示；[0023]S2,在两个尺度空间中搜索两幅图像的极值点；[0024]S3，剔除不稳定的特征点，确定两幅图像中的特征点；[0025]S4,为每个特征点计算一个方向；[0026]S5,生成两幅图像的特征点描述子，将两幅图像中的各个尺度的描述子进行匹配，得到匹配结果图。[0027]本发明的有益效果是：[0028]一种智能字帖装置，在显示模块显示标准字体的轮廓图像，方便练习者临摹，通过触控输入模块接收触控笔触摸生成的压力值，在显示模块的对应位置显示书写字迹及书写字迹的笔划粗细，练习者可以直观地在临摹时根据书写字迹和标准字体的轮廓图像的重合程度修正书写笔法，实用性强，方便字帖练习者从中掌握写好字的技巧。[0029]另外，该智能字帖装置还具备语音模块，通过语音给字帖练习者提出对应的建议，针对性改善练习者对字体架构的掌握。[0030]本发明的另一个有益效果是：[0031]一种字帖书写检测方法，显示标准字体的轮廓图像，方便练习者临摹，通过接收压力值，显示书写字迹及书写字迹的笔划粗细，练习者可以直观地在临摹时根据书写字迹和标准字体的轮廓图像的重合程度修正书写笔法，实用性强，方便字帖练习者从中掌握写好字的技巧，及时给字帖练习者给出评分并提出对应的建议，针对性改善练习者对字体架构的掌握。附图说明[0032]下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：[0033]图1是本发明一种智能字帖装置电路模块框图；[0034]图2是本发明一种智能字帖装置实施例一结构示意图；[0035]图3是本发明一种字帖书写检测方法流程图；[0036]图4是SIFT算法中中间的检测点和它同尺度的8个相邻点和上下相邻尺度对应的9X2个点共26个点比较示意图；[0037]图5是本发明标准字体“我”字构建的特征点向量图；[0038]图6是本发明书写字体“我”字构建的特征点向量图；[0039]图7是本发明标准字体“我”和书写字体“我”的匹配结果图。具体实施方式[0040]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0041]图1是本发明一种智能字帖装置电路模块框图，参照图1，一种智能字帖装置，包括触控笔、微处理器、显示模块、触控输入模块和无线通信模块。其中，微处理器分别与显示模块、触控输入模块和无线通信模块连接，触控输入模块用于接收触控笔触摸触控输入模块产生的压力值，显示模块用于显示标准字体的轮廓图像和根据压力值在对应位置显示书写字迹及控制书写字迹的笔划粗细，无线通信模块用于与外部移动终端通信和与互联网进行数据传输，微处理器用于对数据进行处理分析。[0042]具体的，微处理器为51单片机或AVR单片机或ARM处理器，无线通信模块包括蓝牙和WiFi，蓝牙用于与外部移动终端进行蓝牙通信连接，外部移动终端可以是具有蓝牙功能的手机、平板或者笔记本，装置可通过蓝牙与外部移动终端连接，装置通过终端的APP进行交流和参与练字比赛活动等。WiFi用于与互联网进行数据传输，该装置也可以直接接入互联网，将练习结果上传到网络上分享和参与练字比赛活动等。[0043]具体的，触控输入模块包括手写区域和设置在手写区域中的压力检测单元，压力检测单元用于检测触控笔触摸触控输入模块产生的压力值。本实施例中，触控输入模块为触摸屏，可以是电阻屏货电容屏或电磁屏，压力检测单元为压力传感器，可以是压电式传感器或压阻式传感器或压容式传感器。[0044]具体的，显示模块包括显示区域，显示区域用于显示字的轮廓图像和显示书写字迹，触控输入模块贴合于显示模块表面，上述触控输入模块的手写区域与显示区域重合，本实施例中，显示模块为显示屏。[0045]具体的，该装置还包括语音模块，语音模块与微处理器连接，本实施例中，语音模块为麦克风。装置将字帖练习者书写字体结构和标准字体结构进行对比，通过语音模块给练习者反馈用笔力度的建议和字体结构的建议。练习者可以直观地在临摹时根据书写字迹和标准字体的轮廓图像的重合程度修正书写笔法，从中掌握写好字的技巧。[0046]具体的，该装置还包括电源模块，电源模块与微处理器连接，为该装置提供工作电源。[0047]图2是本发明一种智能字帖装置实施例一结构示意图，参照图2,该装置包括触控笔（图中未示出）、微处理器1、显示屏2、触摸屏3和适配器4,微处理器1分别与显示屏2和触摸屏3电性连接，微处理器1通过适配器4与电源连接，对装置进行供电。[0048]该装置还包括蓝牙和WiFi，装置可以通过WiFi接入互联网，或者通过蓝牙连接移动终端如手机接入互联网，从互联网中选择想要练习的字体和对应的练习内容。[0049]显示屏2显示标准字体的轮廓图像，触摸屏3中设置有压力传感器（图中未示出），压力传感器用于检测触控笔触摸触摸屏3产生的压力值，根据压力值通过显示屏2实时显示所写笔划，微处理器记录所写字体，并将所写字体结构与标准字体结构进行对比，通过麦克风（图中未示出）给字帖练习者反馈用笔力度的建议和字体结构的建议。练习者可以直观地在临摹时根据书写字迹和标准字体的轮廓图像的重合程度修正书写笔法，从中掌握写好字的技巧。[0050]练习完毕后，练习者可以将评分通过WiFi或移动终端上传至互联网，与别人分享自己的练习结果或参加排名。练习结束后，可以直接断电。[0051]图3是本发明一种字帖书写检测方法流程图，参照图3,一种字帖书写检测方法，包括：[0052]选择练习的字体和对应的练习内容，获取并显示标准字体的轮廓图像；[0053]检测触摸书写产生的压力值；[0054]根据压力值显示书写字迹并显示笔划粗细，得到书写字体图像；[0055]分别提取书写字体图像特征和标准字体图像特征，并通过SIFT算法处理，得到书写字体结构与标准字体结构相似度的评价值，给出相应的评分和建议。[0056]本实施例中，字体书写检测方法还包括:将书写字体图像和评分上传至互联网，与其他练字者分享自己的练习结构或参加排名。[0057]其中，分别提取书写字体图像特征和标准字体图像特征，并通过SIFT算法处理，得到书写字体结构和标准字体结构相似度的评价值，给出相应的评分和建议，具体包括:获取书写字体的累计时间，分别提取书写字体图像特征和标准字体图像特征，并通过SIFT算法处理，得到书写字体和标准字体的相似度评价值，通过加权法对相似度评价值和累计时间进行计算，给出相应的评分和建议。[0058]其中，SIFT算法处理包括步骤：[0059]SI，构建书写字体图像的第一尺度空间表示和标准字体图像的第二尺度空间表示；[0060]S2，在两个尺度空间中搜索两幅图像的极值点；[0061]S3,剔除不稳定的特征点，确定两幅图像中的特征点；[0062]S4,为每个特征点计算一个方向；[0063]S5,生成两幅图像的特征点描述子，将两幅图像中的各个尺度的描述子进行匹配，得到匹配结果图。[0064]其中，步骤Sl具体为：构建书写字体图像的第一尺度空间表示和标准字体图像的第二尺度空间表示，Lx，y，〇定义为原始图像Ix，y与一个可变尺度的二维高斯函数GX，y，〇卷积运算，定义如下：[0065]Lx，y，〇=Gx，y，〇*Ix，yI[0066]其中，Gx，y，〇为尺度可变高斯函数：2[0068]〇是尺度空间因子，其值大小决定图像的平滑程度，大尺度对应图像的概貌特征，小尺度对应图像的细节特征。大的σ值对应粗糙尺度低分辨率），反之，对应精细尺度高分辨率。[0069]为了有效的在尺度空间检测到稳定的特征点，高斯差分尺度空间（DOGscale-space为：3[0071]其中，k为固定的系数。[0072]高斯卷积图像两两相减得到高斯差图像后，即可进行求极值的过程。[0073]S2,在两个尺度空间中搜索两幅图像的极值点，具体为:将高斯差图像中的每个像素与它的邻域、它对应上一层图像的邻域、对应下一层图像的邻域一共26个像素点比较，图4是SIFT算法中中间的检测点和它同尺度的8个相邻点和上下相邻尺度对应的9X2个点共26个点比较示意图，参照图4,寻找尺度空间的极值点，每一个采样点要和它所有的相邻点比较，看其是否比它的图像域和尺度域的相邻点大或者小。中间的检测点和它同尺度的8个相邻点和上下相邻尺度对应的9X2个点共26个点比较，以确保在尺度空间和二维图像空间都检测到极值点。一个点如果在DOG尺度空间本层以及上下两层的26个领域中是最大或最小值时，该点是图像在该尺度下的一个特征点。[0074]S3，剔除不稳定的特征点，确定两幅图像中的特征点，具体的，通过拟合三维二次函数以精确确定关键点的位置和尺度，同时去除低对比度的关键点和不稳定的边缘响应点，尺度空间函数泰勒展开式：4[0076]对公式⑷进行求导，令公式⑷为0,得到精确的位置，得，5[0078]在已经检测到的特征点中，去掉低对比度的特征点和不稳定的边缘响应点。[0079]去除低对比度的点：把公式（2代入公式（1，即在DoGSpace的极值点出DXX取值，只取前两项可得：r+12r，则去除该特征点。[0093]S4,为每个特征点计算一个方向，具体包括为每个特征点计算一个方向，依照这个方向做进一步的计算，利用关键点邻域像素的梯度方向分布特性为每个关键点指定方向参数，[0096]其中，mx，y为x，y处梯度的模值，Θx，y为x，y处的方向公式，L为每个关键点各自所在的尺度。[0097]图5是本发明标准字体“我”字构建的特征点向量图，图6是本发明书写字体“我”字构建的特征点向量图，图7是本发明标准字体“我”和书写字体“我”的匹配结果图，结合图5、图6和图7,箭头表示图像中某个关键点的特征向量，采用关键点特征向量的欧式距离来作为两幅图像中关键点的相似性判定度量，进而得到书写字体和标准字体的相似度评价值，通过加权法对相似度评价值和累计时间进行计算，给出相应的评分和建议。[0098]总体评价W根据相似度评价值M和累计时间T进行计算：[:14..[0100]其中，KI为相似度权数，K2为累计时间权数。[0101]一种字帖书写检测方法，显示标准字体的轮廓图像，方便练习者临摹，通过接收压力值，显示书写字迹及书写字迹的笔划粗细，练习者可以直观地在临摹时根据书写字迹和标准字体的轮廓图像的重合程度修正书写笔法，实用性强，方便字帖练习者从中掌握写好字的技巧，及时给字帖练习者给出评分并提出对应的建议，针对性改善练习者对字体架构的掌握。[0102]以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

权利要求：1.一种智能字帖装置，其特征在于，其包括触控笔、微处理器、显示模块、触控输入模块和无线通信模块，所述微处理器分别与所述显示模块、所述触控输入模块和所述无线通信模块连接，所述触控输入模块用于接收所述触控笔触摸触控输入模块产生的压力值，所述显示模块用于显示标准字体的轮廓图像和根据所述压力值在对应位置显示书写字迹及控制所述书写字迹的笔划粗细，所述无线通信模块用于与外部移动终端通信和与互联网进行数据传输，所述微处理器用于对数据进行处理分析。2.根据权利要求1所述的一种智能字帖装置，其特征在于，所述无线通信模块包括蓝牙和WiFi。3.根据权利要求2所述的一种智能字帖装置，其特征在于，所述触控输入模块包括手写区域和设置在所述手写区域中的压力检测单元，所述压力检测单元用于检测所述触控笔触摸所述触控输入模块产生的压力值。4.根据权利要求3所述的一种智能字帖装置，其特征在于，所述显示模块包括显示区域，所述显示区域用于显示字的轮廓图像和显示书写字迹，所述触控输入模块贴合于所述显示模块表面，所述手写区域与所述显示区域重合。5.根据权利要求1至4任一项所述的一种智能字帖装置，其特征在于，所述装置还包括语音模块，所述语音模块与所述微处理器连接。6.根据权利要求5所述的一种智能字帖装置，其特征在于，所述装置还包括电源模块，所述电源模块与所述微处理器连接。7.—种字帖书写检测方法，适用于如权利要求1至6任一项所述的智能字帖装置，其特征在于，其包括选择练习的字体和对应的练习内容，获取并显示标准字体的轮廓图像；检测触摸书写产生的压力值；根据压力值显示书写字迹并显示笔划粗细，得到书写字体图像；分别提取书写字体图像特征和标准字体图像特征，并通过SIFT算法处理，得到书写字体结构与标准字体结构相似度的评价值，给出相应的评分和建议。8.根据权利要求7所述的一种字体书写检测方法，其特征在于，将书写字体图像和评分上传互联网，与其他练字者分享自己的练习结果或参加排名。9.根据权利要求8所述的一种字体书写检测方法，其特征在于，所述分别提取书写字体图像特征和标准字体图像特征，并通过SIFT算法处理，得到书写字体结构与标准字体结构相似度的评价值，给出相应的评分和建议，具体包括：获取书写字体的累计时间，分别提取书写字体图像特征和标准字体图像特征，并通过SIFT算法处理，得到书写字体与标准字体的相似度评价值，通过加权法对相似度评价值和累计时间进行计算，给出相应的评分和建议。10.根据权利要求9所述的一种字体书写检测方法，其特征在于，所述SIFT算法处理包括步骤：Sl，构建书写字体图像的第一尺度空间表示和标准字体图像的第二尺度空间表示；S2，在两个尺度空间中搜索两幅图像的极值点；53,剔除不稳定的特征点，确定两幅图像中的特征点；54,为每个特征点计算一个方向；S5,生成两幅图像的特征点描述子，将两幅图像中的各个尺度的描述子进行匹配，得到匹配结果图。

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