專利名稱：用于位置解碼的方法、設(shè)備、計(jì)算機(jī)程序和存儲(chǔ)介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及位置編碼圖案的解碼，尤其涉及用于位置解碼的方法，其中從由傳感器記錄的位置編碼圖案的圖像序列中提取位置序列。
本發(fā)明也涉及一種可以用來對(duì)位置編碼圖案進(jìn)行解碼的設(shè)備、計(jì)算機(jī)程序和存儲(chǔ)介質(zhì)。
背景技術(shù)：
已知具有以下屬性的位置編碼圖案，即可以借助于部分區(qū)域中的信息和預(yù)定算法計(jì)算最小預(yù)定大小的位置編碼圖案的部分區(qū)域在位置編碼圖案中的絕對(duì)位置。在US5477012(O.Sekendur)中公開了這種位置編碼圖案的范例，其中借助于一個(gè)符號(hào)編碼每一位置，并且在WO92/17859(Hewlett Packard Co.)、US6570104(Anoto AB)、US6674427(Anoto AB)、US6667695(Anoto AB)、US2003/0012455(Anoto AB)和US5973110(Xerox Corp)中也公開了范例，其中借助于多個(gè)符號(hào)編碼每一位置。
例如，可以使用這種類型的位置編碼圖案來數(shù)字地記錄通過用戶單元在提供有位置編碼圖案的基體上手寫和/或畫的信息。在移動(dòng)用戶單元時(shí)，位置編碼圖案的圖像被連續(xù)地局部記錄在用戶單元的尖端。每一圖像中的一個(gè)或多個(gè)符號(hào)被解碼為位置。所解碼的位置共同構(gòu)成用戶單元在基體上的移動(dòng)的數(shù)字描述。
可以通過不同方式解碼所記錄圖像中的位置編碼圖案。例如，前述US2003/0012455公開了一種解碼方法，其包括計(jì)算在位置編碼圖案的記錄區(qū)域中所識(shí)別的符號(hào)取多個(gè)不同的可能解碼值中任意解碼值的概率。將這些概率作為實(shí)(浮點(diǎn)精度)數(shù)存儲(chǔ)在概率矩陣中，并且與不同的可能解碼值一起用來將所識(shí)別的符號(hào)解碼成位置編碼圖案中的位置坐標(biāo)。
前述US6674427和US6667695公開了從位置編碼圖案的記錄圖像中解碼或確定位置的其它方法。
可以認(rèn)為已知的位置解碼方法具有共同特征從所要解碼的圖像序列中的孤立圖像中提取符號(hào)數(shù)據(jù)；使用符號(hào)數(shù)據(jù)，在包含位置編碼圖案的基本編碼數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中通過應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)查找操作得到位置數(shù)據(jù)；和/或?qū)⒎?hào)或位置數(shù)據(jù)用作為到數(shù)學(xué)公式的輸入數(shù)據(jù)，用于顯式計(jì)算絕對(duì)位置。
本申請(qǐng)人的未決美國(guó)申請(qǐng)No.10/282001，其在本申請(qǐng)的申請(qǐng)日還沒有公開，但是后來公開的公開號(hào)為2003/0128194，公開了一種用于位置解碼的方法，其中通過已知的方式，例如根據(jù)前述US2003/0012455計(jì)算位置編碼圖案的記錄區(qū)域的位置。然而，在對(duì)于所述位置，或者對(duì)于所述位置整體，或者對(duì)于其一個(gè)坐標(biāo)，檢測(cè)到解碼誤差的情況下，執(zhí)行附加操作作為“最后手段”；將從所記錄的區(qū)域所確定的信息與關(guān)于位置編碼圖案在成功解碼的附近區(qū)域周圍的匹配區(qū)域中是如何組成的信息進(jìn)行比較或匹配。選擇已知匹配區(qū)域的最佳匹配部分，并且將對(duì)應(yīng)的位置確定為解碼位置。于是，總之，US2003/0128194公開了解碼的強(qiáng)制使用，其通過從所記錄區(qū)域計(jì)算位置，然后在解碼失敗的情況下，通過附加的匹配操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)于從位置編碼圖案的記錄圖像中進(jìn)行位置解碼的已知方法的替換形式。
更具體地，本發(fā)明的目的是允許快速、高效并且還穩(wěn)健地對(duì)位置編碼圖案進(jìn)行解碼。
一般地，通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的方法、設(shè)備、計(jì)算機(jī)程序和存儲(chǔ)介質(zhì)至少部分地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，由附屬權(quán)利要求定義優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明的第一方面是一種用于位置解碼的方法，其中從位置編碼圖案的圖像序列中提取位置序列，其通過傳感器記錄。該方法包括步驟檢索至少一個(gè)參考位置；以及僅僅通過將從每一所述圖像獲得的信息與對(duì)應(yīng)的圖案參考區(qū)域進(jìn)行匹配來提取所述位置序列，其中對(duì)應(yīng)的圖案參考區(qū)域表示與所述參考位置具有給定空間關(guān)系的位置編碼圖案的已知子集。
僅僅通過將來自每一所述圖像的信息與所述對(duì)應(yīng)的圖案參考區(qū)域進(jìn)行匹配來提取所述位置序列，意味著方法并不基于任何前述步驟，在前序步驟中試圖通過其它方式，而不是通過前述匹配提取來計(jì)算位置。
可以通過如下來提取所述位置序列中的每一位置在所述圖案參考區(qū)域內(nèi)確定所述信息與所述圖案參考位置之間的匹配的相對(duì)位置；和通過所述相對(duì)位置調(diào)節(jié)所述空間關(guān)系，從而得到所述位置。于是，可以以快速有效的方式提取位置序列。
可以為所要解碼的每一圖像產(chǎn)生表示位置編碼圖案的已知子集的圖案參考區(qū)域。可替換地，可以只是間歇地產(chǎn)生圖案參考區(qū)域，于是其可以在圖像序列的幾個(gè)連續(xù)圖像的解碼中使用。
圖案參考區(qū)域與所述至少一個(gè)參考位置之間的給定空間關(guān)系可以是直接的，其中直接從參考位置定義或計(jì)算每一圖案參考區(qū)域的空間位置，或者是間接的，其中從一個(gè)或多個(gè)在前的位置定義或計(jì)算空間位置，在前的位置在以下方面在前，即它們已經(jīng)通過前面的匹配步驟被提取。每一這種在前位置又相對(duì)于參考位置直接或間接地具有定義的空間位置。
可以通過根據(jù)所述至少一個(gè)參考位置所估計(jì)的預(yù)測(cè)位置，以及通過使用與所述預(yù)測(cè)位置的給定位置關(guān)系產(chǎn)生所述圖案參考區(qū)域，提供空間關(guān)系。優(yōu)選地，預(yù)測(cè)位置被包括在由圖案參考區(qū)域所表示的位置編碼圖案的已知子集中。從而，可以在預(yù)測(cè)位置周圍進(jìn)行匹配。
可以為每一圖像執(zhí)行估計(jì)預(yù)測(cè)位置的步驟，以產(chǎn)生預(yù)測(cè)位置的序列，其可以通過所述匹配提取步驟被轉(zhuǎn)換為位置序列?？梢詾橐唤M預(yù)測(cè)位置執(zhí)行轉(zhuǎn)換，或者通過在估計(jì)后面的預(yù)測(cè)位置之前，每一預(yù)測(cè)位置被匹配而轉(zhuǎn)換為解碼位置而順序執(zhí)行。
可以根據(jù)從所述至少一個(gè)參考位置和/或所述位置序列中選擇的至少兩個(gè)在前位置估計(jì)每一預(yù)測(cè)位置。而且，可以通過多項(xiàng)式、諸如所述至少兩個(gè)在前位置的線性外推來估計(jì)每一預(yù)測(cè)位置。
可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的位置解碼或計(jì)算方法，通過基于所述位置編碼圖案計(jì)算位置來檢索參考位置。這種計(jì)算典型地可以包括；從所述圖像序列之前的孤立圖像提取符號(hào)數(shù)據(jù)；使用所述符號(hào)數(shù)據(jù)，在包含位置編碼圖案的基本編碼數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中通過應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)查找操作得到位置數(shù)據(jù)；和/或?qū)⑺龇?hào)或位置數(shù)據(jù)輸入到數(shù)學(xué)公式，用于顯式計(jì)算絕對(duì)位置。
可以間歇性地執(zhí)行檢索步驟，以更新或替換所述至少一個(gè)參考位置，在后面的用于隨后圖像序列的匹配提取步驟中使用這樣檢索到的參考位置?？梢砸怨潭ǖ牟蓸娱g隔、或者只要檢測(cè)到對(duì)這樣的檢索的需要或者機(jī)會(huì)時(shí)執(zhí)行檢索。在將位置編碼基體上的寫實(shí)施的運(yùn)動(dòng)數(shù)字化中，可以通過幾個(gè)接續(xù)位置序列表示單個(gè)手寫筆劃，每一位置序列通過匹配提取。該方法適當(dāng)?shù)乜梢园▽⑺鲋辽僖粋€(gè)參考位置與所述位置序列合并的步驟，從而形成移動(dòng)的真實(shí)表示。
在一個(gè)實(shí)施例中，用于所述圖像序列中單獨(dú)圖像的對(duì)應(yīng)圖案參考區(qū)域包括多個(gè)部分區(qū)域，其定義由所述單獨(dú)圖像中的位置編碼圖案所表示的位置的多個(gè)各候選。在該實(shí)施例中，匹配提取步驟可以包括將從所述單獨(dú)圖像得到的信息與包括在對(duì)應(yīng)圖案參考區(qū)域中的所述多個(gè)部分區(qū)域的每一個(gè)進(jìn)行比較。提取步驟可以進(jìn)一步包括選擇候選，比較步驟為其指示從所述單獨(dú)圖像得到的信息與所述多個(gè)部分區(qū)域中的任意一個(gè)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
上述用于位置解碼的方法可以有利地與由Anoto AB研發(fā)并且例如在US6674427或US6667695中公開的任何位置編碼圖案一起使用。于是，位置編碼圖案可以包括多個(gè)標(biāo)記，其中每一標(biāo)記對(duì)至少一維中的至少兩個(gè)不同值中的一個(gè)進(jìn)行編碼。
在適用于上述類型的位置編碼圖案的一個(gè)實(shí)施例中，匹配提取步驟包括通過產(chǎn)生概率矩陣，從所述圖像序列中的單獨(dú)圖像獲得所述信息，所述概率矩陣表示位置編碼圖案的子區(qū)域，其包括在所述單獨(dú)圖像中并且包含用于所述子區(qū)域中每一標(biāo)記的一個(gè)矩陣元素，其中每一矩陣元素適合于存儲(chǔ)表示其標(biāo)記最可能的估計(jì)值的值，或者表示還沒有為其標(biāo)記估計(jì)值的值。表示最可能的估計(jì)值的值優(yōu)選地是整數(shù)值。在概率矩陣中使用整數(shù)值，例如二進(jìn)制值，能夠快速并且有效地與圖案參考區(qū)域匹配，因?yàn)閷?duì)整數(shù)進(jìn)行的矩陣操作比對(duì)例如實(shí)數(shù)進(jìn)行的操作快。
對(duì)于上述類型的位置編碼圖案，其中每一標(biāo)記對(duì)第一維中的二進(jìn)制值和第二維中的二進(jìn)制值進(jìn)行編碼，可以為所述第一維中的標(biāo)記的值產(chǎn)生第一概率矩陣，并且可以為所述第二維中的標(biāo)記的值產(chǎn)生第二概率矩陣。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述匹配提取步驟包括將該概率矩陣或每一概率矩陣與包括在對(duì)應(yīng)圖案參考區(qū)域中的所述多個(gè)部分區(qū)域中的每一個(gè)進(jìn)行比較。這可以通過概率矩陣的一維內(nèi)容與相同維中每一相等大小的部分區(qū)域的內(nèi)容之間的比特方式(bit-wise)相關(guān)來完成。
另一實(shí)施例特別適合于位置編碼圖案，其每一維都基于循環(huán)主數(shù)序列的移位，其中所述循環(huán)主數(shù)序列的具有第一預(yù)定長(zhǎng)度或更長(zhǎng)的任何子序列在所述循環(huán)主數(shù)序列中具有明確確定的位置，并且基于表示位置編碼圖案中所述主數(shù)序列對(duì)之間移位差別的差數(shù)的序列，其中所述差數(shù)序列的具有第二預(yù)定長(zhǎng)度或更長(zhǎng)的任何子序列在所述差數(shù)序列中具有明確確定的位置。該圖案可以是上面所提到的類型。在該實(shí)施例中，匹配提取步驟包括獲取所述圖案參考區(qū)域的第一組差數(shù)；從該概率矩陣或每一概率矩陣獲得第二組差數(shù)；將所述第二組差數(shù)與所述第一組差數(shù)進(jìn)行匹配；并且根據(jù)所述匹配步驟的匹配在所述維中提取所述位置編碼圖案的位置。
可以通過將該概率矩陣或每一概率矩陣的各行或列與所述主數(shù)序列進(jìn)行匹配以估計(jì)所述行或列的主數(shù)序列的位置，來獲得第二組差數(shù)，以及通過減去該概率矩陣或每一概率矩陣的行或列對(duì)的估計(jì)主數(shù)序列位置來得到所述第二組差數(shù)的差數(shù)。
本發(fā)明的第二方面是一種用于位置解碼的方法，其根據(jù)從傳感器所記錄的位置編碼圖案的部分區(qū)域所獲得的信息確定位置，位置編碼圖案包括多個(gè)標(biāo)記，每一標(biāo)記對(duì)至少一維中的至少兩個(gè)差值中的一個(gè)進(jìn)行編碼。該方法包括步驟產(chǎn)生概率矩陣，所述概率矩陣包含用于所述部分區(qū)域中每一標(biāo)記的一個(gè)矩陣元素，每一元素適合于存儲(chǔ)表示其標(biāo)記最可能的估計(jì)值的值，或者表示還沒有為其標(biāo)記估計(jì)值的值；將所述概率矩陣與關(guān)于位置編碼圖案在所述位置編碼圖案的圖案參考區(qū)域中是如何組成的信息進(jìn)行匹配，所述圖案參考區(qū)域比所述部分區(qū)域大，并且包括所述部分區(qū)域；以及選擇由所述圖案參考區(qū)域所定義的一個(gè)位置作為所要確的位置，匹配步驟為其指示所述概率矩陣與所述匹配區(qū)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
上述方法可以通過硬件或軟件實(shí)施。于是，本發(fā)明的第三方面是一種計(jì)算機(jī)程序，其包括程序代碼，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)，其使計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明第一和第二方面的方法。
計(jì)算機(jī)程序可以通過與對(duì)需要解碼其位置的部分區(qū)域進(jìn)行成像的傳感器設(shè)置在相同單元，或設(shè)置在其它單元中的處理器執(zhí)行。
計(jì)算機(jī)程序可以以存儲(chǔ)介質(zhì)的形式存儲(chǔ)和發(fā)布，諸如類似于RAM、SRAM、DRAM、SDRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM等的電子存儲(chǔ)器；光盤；磁盤或磁帶；或某些其它商用存儲(chǔ)介質(zhì)。存儲(chǔ)介質(zhì)也可以是傳播的信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，本發(fā)明涉及一種設(shè)備，其包括信號(hào)處理器單元，用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明第一和第二方面的方法。
信號(hào)處理單元例如可以通過適當(dāng)編程的處理器、通過專門采用的硬件，如ASIC(特定用途集成電路)或FPGA(場(chǎng)可編程門陣列)、通過數(shù)字或模擬電路或它們的任何組合實(shí)現(xiàn)。
從本發(fā)明下面的詳細(xì)描述、所附的權(quán)利要求書以及附圖可以明顯看到本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)然，本發(fā)明不同實(shí)施例的特征可以在一個(gè)和相同實(shí)施例中組合。
通常，權(quán)利要求中所使用的所有術(shù)語(yǔ)都根據(jù)它們?cè)诩夹g(shù)領(lǐng)域中的普通意義解釋，除非這里另外有明確定義。除非另外有明確說明，所有提到“一個(gè)/該[元件、裝置、組件、方式、步驟等]”都開放地解釋為指代所述元件、裝置、組件、方式、步驟等的至少一個(gè)實(shí)例。這里所公開的任何方法的步驟都不必按照所公開的順序執(zhí)行，除非另外有明確說明。


現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1為其中可以使用本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖；圖2為位置編碼圖案的部分區(qū)域的解碼和匹配的示意說明；圖3的流程圖所述為根據(jù)本發(fā)明，通過解碼位置編碼圖案的部分區(qū)域的圖像確定位置的一般方法；圖4為可以根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行解碼的位置編碼圖案的示意說明；圖5所示為位置編碼圖案中的標(biāo)記的4個(gè)理想位置；圖6為設(shè)備的示意說明，其形式為電子筆，其中可以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的位置解碼；圖7為圖6中所示的裝置中的電子電路部分和圖像傳感器的示意方框圖；圖8的示意說明描述了產(chǎn)生二進(jìn)制偏移概率矩陣的方式；圖9為根據(jù)本發(fā)明的解碼方法的第一實(shí)施例的流程圖；圖10所示為所產(chǎn)生的局部位置編碼圖案以及二進(jìn)制偏移概率矩陣，以說明第一實(shí)施例的操作原理；圖11、12和13是支持第二實(shí)施例的描述的示意說明；圖14所述為可選實(shí)施例，其中使用第一和第二實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為用于信息管理的系統(tǒng)，其中可以使用本發(fā)明。該系統(tǒng)包括紙頁(yè)形式的基體1、用戶單元2和外部單元3。該紙頁(yè)設(shè)置有位置編碼圖案，只有其一小部分4被放大比率表示。用戶單元2可以用來通過與普通筆相同的方式在該紙頁(yè)上書寫，并同時(shí)以數(shù)字形式記錄所書寫的內(nèi)容。可以在用戶單元2和/或外部單元3中處理數(shù)字記錄的信息，可以自動(dòng)地(在線)或當(dāng)用戶發(fā)送命令時(shí)向其傳送信息。為了數(shù)字記錄信息正確地反映該紙頁(yè)上的信息，重要的是盡可能正確和完整地進(jìn)行位置解碼。
將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述的位置編碼圖案由圖形符號(hào)組成，其根據(jù)預(yù)定規(guī)則設(shè)置或設(shè)計(jì)。這意味著如果位置編碼圖案的部分區(qū)域被正確成像，其中所述部分區(qū)域具有預(yù)定的最小尺寸，則通過所成像的部分區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)符號(hào)和預(yù)定解碼算法，可以明確地確定位置編碼圖案中的部分區(qū)域的位置。位置可以作為笛卡兒或其它坐標(biāo)系中的一對(duì)坐標(biāo)得到。
當(dāng)用戶通過用戶單元2在紙頁(yè)1上書寫時(shí)，用戶單元將連續(xù)地在用戶單元的尖端記錄位置解碼圖案的部分區(qū)域的圖像。每一圖像被解碼為位置。然后，這種解碼的位置的序列構(gòu)成用戶單元2在紙頁(yè)上的移動(dòng)的數(shù)字表示，于是構(gòu)成了在紙頁(yè)上所寫內(nèi)容的表示。
可以在用戶單元2中，在外部單元3中或在以或多或少處理過的形式向其發(fā)送位置編碼圖案的圖像的某些其它單元中對(duì)位置編碼圖案進(jìn)行解碼。
如上所述，通過預(yù)定解碼算法對(duì)部分區(qū)域中的信息進(jìn)行解碼。只要部分區(qū)域被正確成像，則這就正確地工作。然而，在實(shí)際情況下，用戶單元通常不能夠完全正確地成像部分區(qū)域，例如因?yàn)楣饩€條件較差，或者當(dāng)用戶傾斜持筆的時(shí)候，其使得部分區(qū)域按比例地成像，或者如果所記錄的圖像被成像機(jī)構(gòu)或者被其它干擾，諸如信號(hào)噪聲而形變?？赡馨l(fā)生的是，解碼算法錯(cuò)誤解釋符號(hào)或丟失符號(hào)，從而難以正確地解碼位置。如果位置編碼圖案在紙頁(yè)上沒有非常精確地再現(xiàn)，而是在應(yīng)用到紙頁(yè)上時(shí)已經(jīng)被形變到一定程度，也可能出現(xiàn)誤差。在某些條件下，例如如果位置編碼圖案包含支持誤差檢測(cè)的冗余信息，或者如果所解碼的位置相對(duì)于前面或后面解碼的位置不合理，則可以發(fā)現(xiàn)誤差。
圖2和3描述了根據(jù)本發(fā)明，通過對(duì)位置編碼圖案的部分區(qū)域的圖像進(jìn)行解碼來確定位置的一般方法。即使不能成功地記錄和解釋位置編碼圖案的部分區(qū)域內(nèi)的所有符號(hào)，該方法也能夠快速、有效并且可靠地進(jìn)行解碼。紙頁(yè)1設(shè)置有位置編碼圖案P，出于清楚的考慮，其在圖2中未示出。然而，在圖4的20示出了小部分的位置編碼圖案P。如在下面將更加詳細(xì)所述，位置編碼圖案包括多個(gè)標(biāo)記22，其部分地組成圖案的編碼符號(hào)。
如圖2中所示，分別為位置編碼圖案P編碼位置P1和P1′的兩個(gè)部分區(qū)域PA1和PA1′。在圖2中假定，已經(jīng)通過任何可應(yīng)用的解碼方法從部分區(qū)域PA1和PA1′的記錄圖像成功地解碼出位置P1和P1′。接下來，在圖3的步驟310中，記錄新部分區(qū)域PA2(在圖2中未明確示出)的圖像，為此希望解碼對(duì)應(yīng)的位置P2。在步驟320中對(duì)記錄圖像進(jìn)行預(yù)處理，以形成下面步驟330的適當(dāng)輸入，其中識(shí)別標(biāo)記22并將虛擬光柵21裝配到標(biāo)記上?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域熟知的技術(shù)，諸如濾波、二進(jìn)制化或閾值處理，并且利用不同對(duì)的點(diǎn)之間的距離，或者利用傅立葉變換，如例如US6548768和US2002/0044138中所述，執(zhí)行步驟320和330。
在步驟320和330之后，在步驟340和350中進(jìn)行實(shí)際解碼。首先，通過估計(jì)由部分區(qū)域PA2的標(biāo)記22在x和y維中表示的值產(chǎn)生在下面稱為x-BOPM和y-BOPM的一對(duì)矩陣。然后，將這些矩陣所保持的信息用于與關(guān)于位置編碼圖案P在匹配區(qū)域MA中是如何組成的信息進(jìn)行匹配?？梢援a(chǎn)生匹配區(qū)域MA中的信息，排他性地用于通過匹配對(duì)僅僅一個(gè)位置進(jìn)行解碼。如圖2中所示，以及如后面更詳細(xì)所述，匹配區(qū)域MA大于部分區(qū)域PA2，并且相對(duì)于部分區(qū)域PA2的預(yù)測(cè)PA2predicted具有給定的位置關(guān)系。預(yù)測(cè)PA2predicted對(duì)應(yīng)于從前面解碼的部分區(qū)域PA1和PA1′的位置P1和P1′確定的預(yù)測(cè)位置P2predicted。位置P1和P1′于是是在本文檔的概述部分中所提到的“至少一個(gè)參考位置”的范例，并且匹配區(qū)域MA是“圖案參考區(qū)域”的范例。
可以將匹配區(qū)域MA的大小設(shè)置為常數(shù)值，其反映正?；蚰J(rèn)的手寫速度。例如，匹配區(qū)域MA可以包含32×32個(gè)編碼符號(hào)?？蛇x地，可以根據(jù)適當(dāng)?shù)妮斎霐?shù)據(jù)，諸如當(dāng)前手寫速度，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)匹配區(qū)域MA的大小。可以考慮匹配區(qū)域MA的大小并且也根據(jù)記錄圖像的大小來選擇部分區(qū)域PA2的大小。部分區(qū)域PA2不必占據(jù)記錄圖像的整個(gè)部分。部分區(qū)域甚至不必具有用于明確位置確定的上述最小大小。一般說來，解碼處理的穩(wěn)健性隨著部分區(qū)域的大小的增加而增加，而解碼處理的速度和效率隨著部分區(qū)域的大小的減小而增加。目前，為部分區(qū)域PA2使用16×16個(gè)編碼符號(hào)的大小。
步驟340和350的結(jié)果可以是與匹配區(qū)域MA的相等大小的子區(qū)域最佳匹配的部分區(qū)域PA2matched，以及PA2matched相對(duì)于匹配區(qū)域MA、并因此相對(duì)于預(yù)測(cè)位置P2predicted的相對(duì)位置。于是，可以通過簡(jiǎn)單地將該相對(duì)位置與預(yù)測(cè)位置P2predicted相加來確定由所得到的部分區(qū)域PA2matched所定義的位置P2matched。如圖2中所示，雖然實(shí)際上預(yù)測(cè)部分區(qū)域PA2predicted不會(huì)精確地對(duì)應(yīng)于記錄部分區(qū)域PA2，但是匹配部分區(qū)域PA2matched會(huì)。于是，解碼方法的結(jié)果將是位置P2matched，其與所查找的位置P2相同?？梢栽诓襟E360中驗(yàn)證所確定的位置。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D6和7給出電子筆形式的設(shè)備的簡(jiǎn)述，其中可以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的位置解碼。
圖6和7的設(shè)備可以構(gòu)成圖1中的用戶單元2。其包括大概與鋼筆具有相同形狀的殼體2011。在殼體的一個(gè)短側(cè)有開口2012。該短側(cè)用于緊鄰著在其上進(jìn)行位置確定的表面，或者與其相距短距離地放置。
殼體主要包含光學(xué)部分、電子電路部分和供電電源。
光學(xué)部分包括發(fā)光二極管2013，用于照射所要成像的表面，以及感光區(qū)域傳感器2014，諸如CCD(電荷耦合器件)或CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)傳感器，用于記錄二維圖像。設(shè)備也可以包括光系統(tǒng)，諸如鏡面和/或透鏡系統(tǒng)。發(fā)光二極管可以是紅外發(fā)光二極管，傳感器可以對(duì)紅外光敏感。
一般說來，圖像傳感器2014可以通過適合于對(duì)位置編碼圖案進(jìn)行成像從而得到標(biāo)記的黑白、灰度或彩色圖像的任何類型的傳感器替代。這種傳感器可以是對(duì)任何適當(dāng)波長(zhǎng)范圍中的電磁輻射敏感的固態(tài)單芯片或多芯片器件。例如，傳感器可以包括CCD元件、CMOS元件、或CID元件(電荷注入器件)?？蛇x地，傳感器可以包括用于檢測(cè)標(biāo)記磁屬性的磁傳感器陣列。還進(jìn)一步地，可以設(shè)計(jì)傳感器以形成標(biāo)記的任何化學(xué)、聲學(xué)、容性或感性屬性的圖像。
設(shè)備的供電電源從電池2015獲得，其安裝在殼體中的獨(dú)立隔間中。供電電源也可以通過來自外部電源的線纜(未示出)獲得。
電子電路部分包括具有處理器的處理器單元，其可以被編程以從傳感器讀取圖像并執(zhí)行位置計(jì)算，根據(jù)這些圖像進(jìn)行匹配和驗(yàn)證，以及工作存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器。
而且，在所示的實(shí)施例中，設(shè)備包括筆尖2017，通過其可以在要在其上進(jìn)行位置確定的表面上書寫基于色素的普通墨水。筆尖2017可以延伸和收縮，從而用戶能夠控制是否使用其。在某些應(yīng)用中，設(shè)備完全不需要筆尖。
適當(dāng)?shù)?，基于色素的墨水?duì)紅外線是透明的，而標(biāo)記吸收紅外線。通過使用發(fā)射紅外線的發(fā)光二極管和對(duì)紅外線敏感的傳感器，進(jìn)行圖案檢測(cè)而在上述書寫與位置編碼圖案之間沒有任何干擾。
而且，設(shè)備可以包括按鈕2018，用戶通過其激活和控制設(shè)備。其也包括收發(fā)器2019，其例如使用線纜、紅外線(IR)、無線電波或超聲波，用于將信息通過有線或無線傳輸?shù)皆O(shè)備，或從設(shè)備傳輸。設(shè)備也可以包括顯示器2020，用于向用戶顯示位置、記錄信息或其它信息。
設(shè)備可以分成不同的物理殼體。對(duì)于捕獲位置編碼圖案的圖像以及對(duì)于傳輸它們所需要的傳感器和其它組件可以位于第一殼體中，而對(duì)于執(zhí)行位置解碼所需要的信號(hào)處理單元和其它組件可以位于第二殼體中。
圖7的示意方框圖為圖6中所示設(shè)備中的電子電路部分2016和圖像傳感器2014。ASIC 700實(shí)現(xiàn)電子電路部分2016，并且包含作為電子電路的主控制器的CPU 720。CPU 720能夠通過芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)總線760訪問存儲(chǔ)器730。圖像傳感器2014被實(shí)施為CMOS區(qū)域傳感器750，其與ASIC 700的數(shù)據(jù)總線760連接，并且能夠以大約100Hz的頻率產(chǎn)生96×96像素、256級(jí)的灰度數(shù)字圖像。ASIC 700上的圖像預(yù)處理器710根據(jù)圖3的步驟320，對(duì)從圖像傳感器750接收到的圖像進(jìn)行處理，并且將預(yù)處理的圖像存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器730中。CPU 720將產(chǎn)生x-BOPM和y-BOPM矩陣，并且也將部分區(qū)域解碼成位置。匹配單元740可以輔助CPU 720完成這些任務(wù)。在可選實(shí)施例中，ASIC700可以設(shè)計(jì)成不需要對(duì)預(yù)處理的圖像的中間存儲(chǔ)而操作。
下面將參照申請(qǐng)人所開發(fā)、并且尤其是全部在US6667695中所描述的特定位置編碼圖案更加詳細(xì)地描述位置解碼并且將其具體化。類似類型的位置編碼圖案在WO01/16691、US6663008和US6674427中詳細(xì)描述。在US6570104中示出了可選的位置編碼圖案。
位置編碼是基于數(shù)序列的，其在下面稱為差數(shù)序列。該差數(shù)序列具有這樣的屬性如果一個(gè)占據(jù)了預(yù)定長(zhǎng)度的任意部分序列，例如具有5個(gè)差數(shù)的部分序列，則該部分序列在差數(shù)序列中總是具有明確確定的位置。換言之，其在差數(shù)序列中只出現(xiàn)一次，并且因此可以用于位置確定。更具體地，差數(shù)序列沿位置編碼圖案的x軸以及y軸“延伸”。
實(shí)際的位置編碼圖案由簡(jiǎn)單的圖形符號(hào)22組成，其可以取4個(gè)不同值，0-3。如圖4和5中可以看到，每一符號(hào)22包含標(biāo)記，其例如可以具有點(diǎn)形狀，并且其可以在四個(gè)方向其中之一相對(duì)于標(biāo)稱位置23或光柵點(diǎn)位移距離24。標(biāo)稱位置23位于網(wǎng)格中光柵線21之間的交點(diǎn)，網(wǎng)格可以是虛擬的，即對(duì)于筆中的區(qū)域傳感器是不可見的，或者可以是實(shí)際的，通過光柵線對(duì)于區(qū)域傳感器是全部或部分可見的。通過位移的方向確定符號(hào)的值。每一符號(hào)值0-3可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)用于編碼x坐標(biāo)的比特，和一個(gè)用于編碼y坐標(biāo)的比特，即轉(zhuǎn)換為比特對(duì)(0，0)、(0，1)、(1，0)和(1，1)，于是，在x方向和y方向分開地進(jìn)行編碼，但是使用對(duì)x和y比特公共的符號(hào)進(jìn)行圖形編碼。
距離24適當(dāng)?shù)夭恍∮趦蓚€(gè)相鄰光柵線21之間距離的大約1/8，并且不大于大約1/4，優(yōu)選地大約為1/6。距離例如可以為大約300微米或者大約254微米。后一個(gè)距離特別適合于打印機(jī)和掃描器，其通常具有100dpi(點(diǎn)數(shù)每英寸)倍數(shù)的分辨率。
通過6×6個(gè)符號(hào)，對(duì)每一位置進(jìn)行編碼，其于是可以轉(zhuǎn)換為用于位置的x坐標(biāo)的6×6比特矩陣和y坐標(biāo)的6×6比特矩陣。如果考慮x比特矩陣，則其可以劃分為每列6個(gè)比特的6列。列中每一比特序列組成63比特長(zhǎng)的循環(huán)主數(shù)序列中的部分序列，其具有這樣的屬性如果選擇具有6比特長(zhǎng)度的部分序列，則其在主數(shù)序列中具有明確確定的位置。6列于是可以轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于主數(shù)序列中6個(gè)位(place)的6個(gè)位置數(shù)或序列值。在這6個(gè)位置數(shù)之間，可以成對(duì)地形成5個(gè)差數(shù)，其構(gòu)成差數(shù)序列的部分序列，并且其于是在差數(shù)序列中具有明確確定的位，并且相應(yīng)地具有沿x軸的明確確定的位。對(duì)于某個(gè)x坐標(biāo)，位置數(shù)將根據(jù)y坐標(biāo)而變化。另一方面，差數(shù)將同樣獨(dú)立于y坐標(biāo)，因?yàn)槲恢脭?shù)總是根據(jù)主數(shù)序列而變化，主數(shù)序列在整個(gè)位置編碼圖案的列中循環(huán)地重復(fù)。
相應(yīng)地，y比特矩陣中的6行定義主數(shù)序列中的6個(gè)位置數(shù)。這6個(gè)位置數(shù)定義5個(gè)差數(shù)，其構(gòu)成差數(shù)序列的部分序列，并且其于是具有沿著y軸的明確確定的位。
如上所述，當(dāng)使用位置編碼圖案時(shí)，記錄位置編碼圖案的不同部分的圖像。作為規(guī)則，圖像適當(dāng)?shù)匕嘤?×6個(gè)符號(hào)。于是，解碼可以基于圖像中最佳的n×m個(gè)符號(hào)，n和m是等于或大于6的符號(hào)數(shù)。例如，解碼可以是基于最佳的8×8或16×16個(gè)符號(hào)。其中，使用額外符號(hào)用于誤差檢測(cè)和/或校正。
下面將參照附圖描述基于上述位置編碼圖案的位置解碼。優(yōu)選地，通過圖1中的用戶單元2或外部單元3或其它某個(gè)單元中可用的處理器和適當(dāng)程序代碼執(zhí)行位置解碼。
由于位置編碼圖案不總是完美地再現(xiàn)在表面上，并且由于用戶單元在成像期間有時(shí)候使位置編碼圖案形變，所以可能很難非?？煽康卮_定點(diǎn)的位移以及符號(hào)的值。相反，對(duì)于每一符號(hào)，可以確定符號(hào)取四個(gè)不同可能值中任意一個(gè)的概率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在圖3的步驟340中，為所成像的部分區(qū)域PA產(chǎn)生前述兩個(gè)矩陣，一個(gè)用于列(x坐標(biāo)編碼)，一個(gè)用于行(y坐標(biāo)編碼)。這兩個(gè)矩陣的每一個(gè)中的每一矩陣元素可以包含整數(shù)值，其分別表示符號(hào)在x和y方向上的估計(jì)二進(jìn)制值。這與現(xiàn)有技術(shù)相反，例如前述US2003/0012455，其中每一矩陣元素包含分別表示符號(hào)值“0”和“1”的概率的兩個(gè)實(shí)數(shù)(浮點(diǎn)精度數(shù))。這兩個(gè)矩陣可以稱為二進(jìn)制偏移概率矩陣(BOPM)，并且在附圖中表示為“x-BOPM”和“y-BOPM”。
另外，x-BOPM和y-BOPM矩陣中的每一矩陣元素可以表示沒有為符號(hào)估計(jì)二進(jìn)制值，例如因?yàn)椴豢赡芤阅撤N程度的確定性判定所討論的標(biāo)記22取四個(gè)可能的位移位置中的哪一個(gè)(圖5)。
于是，x-BOPM和y-BOPM矩陣中的每一矩陣元素將包含“0”、“1”和“-”中的任何一個(gè)，最后一個(gè)表示沒有為符號(hào)估計(jì)二進(jìn)制值。
當(dāng)分析所記錄和預(yù)處理的圖像以，如果可能，估計(jì)符號(hào)在x和y方向上的二進(jìn)制值，如通過標(biāo)記22的位移所給出的，并且否則用不確定值“-”表示符號(hào)時(shí)，可以采用各種方法。
例如，對(duì)于每一所識(shí)別的標(biāo)記，可以調(diào)查其是否位于圖5中所示的四個(gè)理想位移位置中任何一個(gè)的周圍的特定“安全”區(qū)域內(nèi)。這種“安全”區(qū)域例如可以通過圓形區(qū)域定義，其圓心在四個(gè)理想位移位置的各自一個(gè)上，并且具有預(yù)定的半徑。于是，如果發(fā)現(xiàn)標(biāo)記位于任何這種“安全”區(qū)域內(nèi)，就保持符號(hào)以具有通過形成“安全”區(qū)域圓心的理想位移位置所表示的值。
可選地，可以根據(jù)基于標(biāo)記與理想位移位置的位移輸出實(shí)數(shù)概率值的距離函數(shù)來計(jì)算“全刻度的”實(shí)數(shù)概率矩陣。在前述US2003/0012455中給出了這種計(jì)算的范例。然后，可以將概率閾值應(yīng)用于實(shí)數(shù)概率矩陣，使得如果例如這種概率矩陣表示某一標(biāo)記以超過0.8的概率編碼“0”或“1”，其中0.8是該閾值，那么將x-BOPM和y-BOPM矩陣中的對(duì)應(yīng)矩陣元素設(shè)置為“0”或“1”，否則將矩陣元素設(shè)置為“-”。
作為再一種可選形式，如果標(biāo)記的編碼使得相同的x值(y值)用于位于通過光柵點(diǎn)23的對(duì)角線上面的兩個(gè)理想位置(例如圖5中的點(diǎn)b和c)，以及用于這個(gè)對(duì)角線下面的其它兩個(gè)位置(例如圖5中的點(diǎn)a和d)，那么可以使用所識(shí)別的標(biāo)記的位置及其到該對(duì)角線的距離來估計(jì)所討論的符號(hào)的二進(jìn)制值。
根據(jù)所公開的實(shí)施例，在圖3的步驟350值通過兩種不同的方式使用這樣所產(chǎn)生的該x-BOPM和y-BOPM矩陣，從而對(duì)通過所記錄的圖像的部分區(qū)域PA中的圖案編碼的位置進(jìn)行解碼。
在將參照?qǐng)D8-10描述的第一實(shí)施例中，使用一種稱為圖案鄰居匹配(PNMPattern Neighborhood Matching)的方法將所記錄的部分區(qū)域PA(由x-BOPM和y-BOPM矩陣表示)與在位置編碼圖案中預(yù)測(cè)位置周圍所產(chǎn)生的位置編碼圖案的更大匹配區(qū)域MA進(jìn)行匹配。根據(jù)由位置編碼圖案的在前部分區(qū)域所定義的在前位置產(chǎn)生預(yù)測(cè)位置。這里，執(zhí)行所記錄的部分區(qū)域PA與所產(chǎn)生的匹配區(qū)域MA之間的完整比特方式的相關(guān)。于是，即使所記錄的部分區(qū)域PA包含幾個(gè)不確定的或錯(cuò)誤估計(jì)的符號(hào)，該方法也能夠成功地解碼。
第二實(shí)施例涉及一種稱為圖案序列匹配(PSMPattern SequenceMatching)的方法，將參照?qǐng)D11-13對(duì)其進(jìn)行描述。這里，不執(zhí)行所記錄的部分區(qū)域PA與匹配區(qū)域MA之間的完全比特方式的相關(guān)。替代的是，在所記錄的部分區(qū)域PA中所發(fā)現(xiàn)的不同子序列與用于更大匹配區(qū)域MA的不同子序列之間進(jìn)行匹配，更大匹配區(qū)域MA又是在位置編碼圖案中的預(yù)測(cè)位置周圍產(chǎn)生。該方法更快一些，因?yàn)閳?zhí)行匹配的數(shù)目比PNM方法少(理想地，相比于側(cè)邊長(zhǎng)度的乘積，運(yùn)行時(shí)間與匹配區(qū)域的側(cè)邊長(zhǎng)度之和成比例)。然而，其更少地能夠解碼具有許多不確定或錯(cuò)誤估計(jì)符號(hào)的部分區(qū)域。
圖案鄰居匹配如上所述，位置編碼圖案是x編碼和y編碼的組合。于是，可以為二維分開地進(jìn)行解碼。圖8示意性地所示為記錄的部分區(qū)域800，其由10×10個(gè)光柵交點(diǎn)以及位于距離各個(gè)交點(diǎn)不同位移處的點(diǎn)組成。對(duì)于每一列(以及每一行)，可以通過識(shí)別點(diǎn)足夠位于與四個(gè)可能的理想位移-“右”、“上”、“左”或“下”-其中之一，例如為光柵單元大小的1/16，(分別)確定某些編碼的x值(和y值)。例如，可以確定點(diǎn)840表示位移“左”，從而根據(jù)編碼圖例830產(chǎn)生(x，y)＝(1，0)。另一方面，在某些光柵交點(diǎn)，不可能判定，什么編碼靠近的點(diǎn)，如果存在的話。例如，點(diǎn)850非?？拷涔鈻沤稽c(diǎn)，并且在交點(diǎn)860完全沒有點(diǎn)。在這些情況中，x和y值都不能被估計(jì)。于是，需要表達(dá)值在某個(gè)光柵交點(diǎn)，在x和/或y維上的不確定。
通過以上述方式并且根據(jù)圖3的步驟340遍歷所記錄的部分區(qū)域的列和行，可以使用三個(gè)字符或值“0”、“1”和“-”表示列編碼(例如圖8中的820)和行編碼(例如圖8中的810)的解釋，其中“-”表示關(guān)于點(diǎn)位移的不確定。
如前所述，該處理得到兩個(gè)矩陣，一個(gè)用于列(x坐標(biāo)編碼)，一個(gè)用于行(y坐標(biāo)編碼)，也就是二進(jìn)制偏移概率矩陣x-BOPM和y-BOPM。圖10中的1010給出了y-BOPM的范例。在某種意義上講，x-BOPM和y-BOPM是三進(jìn)制的，而不是二進(jìn)制的，因?yàn)槌硕M(jìn)制值之外，它們還有一個(gè)表示不確定的值。
x-BOPM和y-BOPM可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器730中。更具體地，矩陣的每一行可以存儲(chǔ)在表示“確定”值“0”和“1”的第一n比特?cái)?shù)據(jù)寄存器中(n是一維中矩陣的大小)，以及表示關(guān)于是否將不確定性應(yīng)用于第一n比特?cái)?shù)據(jù)寄存器中對(duì)應(yīng)值的比特標(biāo)志的第二n比特?cái)?shù)據(jù)寄存器中。如果在第二數(shù)據(jù)寄存器中設(shè)置比特標(biāo)志，這就意味著不使用對(duì)應(yīng)的比特值，并且所討論的矩陣單元具有“-”值。
圖9所述為圖案鄰居匹配方法900，其實(shí)施該實(shí)施例的解碼和驗(yàn)證步驟350和360。用于該方法的輸入數(shù)據(jù)是上述兩個(gè)二進(jìn)制偏移概率矩陣x-BOPM和y-BOPM，如圖3的步驟340中所產(chǎn)生的，以及圖2的兩個(gè)在前位置P1和P1′。
在步驟910中，根據(jù)兩個(gè)在前位置P1和P1′，通過位置P1和P1′的線性外推產(chǎn)生下一個(gè)位置P2predicted?？蛇x地，可以使用多于兩個(gè)的在前位置來預(yù)測(cè)下一個(gè)位置，其中可以使用任何已知的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)模式，諸如多項(xiàng)式外推。再可選地，如果與關(guān)于例如用戶單元2的運(yùn)動(dòng)方向、速度或加速度的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)輸入、或者其它有用的信息，諸如關(guān)于預(yù)期手寫速度的默認(rèn)或預(yù)定義信息結(jié)合，可以只使用一個(gè)在前位置。如果將匹配區(qū)域MA的大小足夠大地設(shè)置為包括后面的位置，也可以只使用一個(gè)在前位置。這種匹配區(qū)域適當(dāng)?shù)丶杏谠谇拔恢玫闹車?。例如通過在解碼處理的不同階段使用不同數(shù)目的在前位置，也可以將上述可選形式組合。
可以通過不同的方式確定該在前位置或每一在前位置P1、P1′。例如，在筆畫剛剛開始時(shí)，可以根據(jù)任何現(xiàn)有技術(shù)方法計(jì)算P1、P1′，包括但不限于前述US6667695、US2003/0012455和US6674427，其全部?jī)?nèi)容在此引作參考。然后，因?yàn)橐呀?jīng)根據(jù)本發(fā)明通過匹配解碼新位置，所以可以將它們用作在前位置P1和P1′，以形成預(yù)測(cè)新位置P2的基礎(chǔ)。
在步驟920中，在預(yù)測(cè)位置的周圍產(chǎn)生位置編碼圖案的匹配區(qū)域MA(圖2)。所產(chǎn)生的匹配區(qū)域的范例在圖10中的1000給出。例如，前述US6667695的第11欄第57行至第15欄第14行及其附圖6詳細(xì)地描述了可以如何由給定位置產(chǎn)生位置編碼圖案的區(qū)域。
在步驟930中，將二進(jìn)制偏移概率矩陣中的一個(gè)，例如y-BOPM，與對(duì)應(yīng)維，例如y維，中所產(chǎn)生的匹配區(qū)域的內(nèi)容進(jìn)行匹配。因此，匹配單元740執(zhí)行y-BOPM與匹配區(qū)域的每一相等大小的部分區(qū)域之間的比特方式的相關(guān)。對(duì)于每一這種比特方式的相關(guān)，匹配單元740將對(duì)y-BOPM和部分區(qū)域中的對(duì)應(yīng)比特進(jìn)行計(jì)數(shù)。如果y-BOPM中，一個(gè)比特被設(shè)置為不確定值“-”，就簡(jiǎn)單地省去該位置，并且當(dāng)然不為該位置分配比特相關(guān)。
一旦y-BOPM已經(jīng)與整個(gè)匹配區(qū)域相匹配，則CPU 720將確定與y-BOPM最佳匹配的一個(gè)部分區(qū)域(參見圖2中的PA2matched)。在圖10中，匹配區(qū)域1000的最佳匹配部分區(qū)域標(biāo)識(shí)為1020。
在步驟940中，根據(jù)最佳匹配部分區(qū)域計(jì)算結(jié)果位置(參見圖2中的P2matched)。容易確定該位置，因?yàn)橐呀?jīng)知道位置編碼圖案中匹配區(qū)域MA的絕對(duì)起始位置(通過預(yù)測(cè)位置P2predicted給出)。于是，將所得到的位置作為相對(duì)位置加到匹配區(qū)域MA的已知絕對(duì)起始位置，以產(chǎn)生預(yù)測(cè)位置的絕對(duì)值坐標(biāo)。
需要注意，該實(shí)施例從y-BOPM匹配上的行圖案得到完全解碼的位置(x和y坐標(biāo))。而且，通過在步驟950和960中還執(zhí)行與匹配區(qū)域的x-BOPM匹配，可以驗(yàn)證步驟930和940的結(jié)果以獲得穩(wěn)健性如果并且也只有最佳相關(guān)對(duì)于這兩個(gè)坐標(biāo)一致，結(jié)果在步驟970中才被接受。于是，步驟950和960可以實(shí)施圖3的驗(yàn)證步驟360。
作為對(duì)于步驟950和960中這種單獨(dú)驗(yàn)證操作的替換形式，可以在步驟930和940中并行產(chǎn)生兩個(gè)匹配矩陣，一個(gè)用于y-BOPM匹配，一個(gè)用于x-BOPM匹配。每一匹配矩陣中的矩陣元素表示用于以匹配區(qū)域MA中該矩陣元素的位置開始的部分區(qū)域PA的匹配x/y比特值的數(shù)目。通過逐元素的相加這兩個(gè)匹配矩陣，CPU 720可以選擇具有最高結(jié)果和的特定元素位置作為所查找的匹配位置P2matched。于是，在這種情況下，驗(yàn)證是匹配操作中固有的。
作為對(duì)上述驗(yàn)證方法的替換或附加，如果滿足匹配標(biāo)準(zhǔn)，具有與x-BOPM和/或y-BOPM最佳相關(guān)的部分區(qū)域可以只用于位置確定。匹配標(biāo)準(zhǔn)可以包括匹配數(shù)目(即比特相關(guān)性)超過預(yù)定的閾值，和/或匹配數(shù)目與可能匹配數(shù)目的比值超過預(yù)定的閾值?？梢苑謩e通過x-BOPM和y-BOPM中的“確定”值(即不設(shè)置為不確定值“-”)的數(shù)目給出可能匹配的數(shù)目。
圖案序列匹配該方法利用這樣的事實(shí)根據(jù)兩個(gè)一維差數(shù)序列將位置編碼在位置編碼圖案中。于是，匹配可以作為兩個(gè)一維問題，而不是一個(gè)二維問題來處理。這意味著匹配所需要的查找時(shí)間是線性的(ordo(m+n))，而不是二次的(ordo(m×m))，其中n和m是匹配區(qū)域的側(cè)邊長(zhǎng)度。
參照?qǐng)D13，圖案序列匹配(PSM)方法1300起始于預(yù)測(cè)下一位置P2predicted的步驟1310?？梢酝ㄟ^與上述圖9的步驟910相同的方式執(zhí)行步驟1310。
在步驟1320中，為預(yù)測(cè)位置P2predicted周圍的匹配區(qū)域MA(參見圖12的1200)產(chǎn)生匹配差數(shù)子序列MSx和MSy(參見圖12的1220)。但是，與第一實(shí)施例相反，并不產(chǎn)生實(shí)際匹配區(qū)域本身。前述US6667695的第11欄第57行至第15欄第14行及其附圖6中描述了如何根據(jù)給定位置計(jì)算差數(shù)序列。
步驟1330得到用于記錄的部分區(qū)域PA2的差數(shù)組Sx和Sy，以與步驟1320中所產(chǎn)生的預(yù)測(cè)匹配差數(shù)子序列MSx和MSy相匹配。首先，參照?qǐng)D11，對(duì)于y-BOPM/x-BOPM中的每一行/列1110，確定主數(shù)序列1100中的最佳匹配主數(shù)子序列1120。這可以通過快速匹配算法來完成，其基于這樣的事實(shí)如果在BOPM中發(fā)現(xiàn)6個(gè)連續(xù)的精確比特值(即具有“0”或“1”，而不是“-”的估計(jì)值)，則6個(gè)值的組合將必然在主數(shù)序列值具有唯一位置?？梢灾苯訌牟檎冶碇械玫竭@個(gè)唯一主數(shù)序列位置，查找表可以便利地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器730中，并且由主數(shù)序列1100的63個(gè)不同循環(huán)移位構(gòu)成。然后，將y-BOPM/x-BOPM的特定行/列1110中的其它精確位置與來自查找表的特定主數(shù)序列移位進(jìn)行核對(duì)，并且如果發(fā)現(xiàn)匹配，那么將所得到的主數(shù)序列位置保持為正確。如果沒有發(fā)現(xiàn)，那么在y-BOPM/x-BOPM的特定行/列1110與查找表中所有63個(gè)主數(shù)序列移位之間執(zhí)行全比特方式的匹配，其中選擇最佳匹配作為得到的用于該行/列1110的主數(shù)序列位置。同時(shí)，以匹配比特值總數(shù)的形式，為y-BOPM/x-BOPM的特定行/列1110登記主數(shù)序列匹配率。
然后，步驟1330繼續(xù)，通過減去所得到的相鄰行/列的主數(shù)序列位置得到差數(shù)組Sx和Sy(圖12的1230)。而且，例如通過對(duì)相關(guān)行/列的主數(shù)序列匹配率進(jìn)行加權(quán)(例如求和或取平均)，或者通過選擇其最小值，將差數(shù)匹配率分配給每一差數(shù)。
現(xiàn)在，在步驟1340中，將這樣所得到(即觀察到)的差數(shù)組Sx和Sy與預(yù)測(cè)差數(shù)子序列MSx和MSy進(jìn)行匹配，如圖12中1220所示?？梢赃x擇子序列MSx和MSy中的最佳匹配作為產(chǎn)生最高匹配數(shù)目的差數(shù)的各個(gè)連續(xù)組合，可選地進(jìn)一步通過選擇其具有最高差數(shù)匹配率之和的組合進(jìn)行區(qū)分?？蛇x地，可以選擇最佳匹配作為產(chǎn)生最高差數(shù)匹配率之和的匹配差數(shù)的組合，而與匹配的數(shù)目無關(guān)。
在步驟1350中，根據(jù)步驟1340中得到的最佳匹配，確定結(jié)果位置P2matched。因?yàn)轭愃朴谏鲜鰣D9的步驟940所給出的原因，該結(jié)果位置容易計(jì)算。
在步驟1360中，例如通過在位置P2matched周圍產(chǎn)生位置編碼圖案的局部驗(yàn)證區(qū)域以及將其與x-BOPM和y-BOPM比特方式地相關(guān)，驗(yàn)證結(jié)果位置P2matched。該驗(yàn)證可以包括匹配標(biāo)準(zhǔn)。與上述圖案鄰居標(biāo)準(zhǔn)相同的是，匹配標(biāo)準(zhǔn)可以包括匹配數(shù)目(即比特相關(guān)性)應(yīng)該超過預(yù)定的閾值，和/或匹配數(shù)目與可能匹配數(shù)目的比值應(yīng)該超過預(yù)定的閾值。不是在位置P2matched周圍產(chǎn)生完整的局部驗(yàn)證區(qū)域，而是可以使用步驟1330中所執(zhí)行的計(jì)算。由于所選擇的結(jié)果位置P2matched是具有最佳匹配的一個(gè)，所以所得到的許多差數(shù)很可能與所預(yù)測(cè)的對(duì)應(yīng)。通過上述主數(shù)序列匹配率，已經(jīng)知道這些對(duì)應(yīng)的差數(shù)下面的最佳匹配主數(shù)序列的匹配數(shù)目。于是，只需要為不匹配的差數(shù)產(chǎn)生局部驗(yàn)證區(qū)域。
圖案序列匹配與圖案鄰居匹配的組合可以將這兩個(gè)實(shí)施例組合，例如將參照?qǐng)D14所述的。
如1400所示，根據(jù)所產(chǎn)生的x-BOPM和y-BOPM以及通過預(yù)測(cè)位置所得到的匹配區(qū)域信息執(zhí)行匹配。首先，執(zhí)行圖案序列匹配1402。如果解碼成功，則在步驟1410執(zhí)行驗(yàn)證。另一方面，如果圖案序列匹配1402失敗，那么就執(zhí)行圖案鄰居匹配1404。如果這成功，則在1410繼續(xù)驗(yàn)證。然而，如果圖案鄰居匹配1404也失敗，則在1420試圖通過其它已知方法解算位置。這些方法可以包括在前述US6667695、US2003/0012455和US6674427中所述的任何一個(gè)。存在這樣的情況，即即使根據(jù)本發(fā)明的方法失敗，人們也可能期望這種方法成功。一個(gè)范例就是，如果匹配區(qū)域MA的大小太小，不足以“跟得上”快速書寫的用戶。另一個(gè)范例就是，當(dāng)筆在位置編碼圖案中位置不連續(xù)地書寫時(shí)，例如當(dāng)筆畫從一個(gè)位置編碼基體畫到另一個(gè)上時(shí)。如果在步驟1420成功地解算位置，那么就在步驟1410驗(yàn)證結(jié)果。
如果驗(yàn)證來自匹配1400的結(jié)果失敗，可以進(jìn)一步在步驟1420試圖解算位置。如果這個(gè)努力也失敗了，可以在1420試一試另一種現(xiàn)存的位置解算方法，直至所有的有效方法都已經(jīng)試過了。
上面已經(jīng)參照幾個(gè)實(shí)施例主要描述了本發(fā)明。然而，如本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以直接理解的是，在通過所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)，同樣地可能有不同于上述的其它實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于位置解碼的方法，其中從由傳感器記錄的位置編碼圖案的圖像序列中提取位置序列，其特征在于，所述方法包括以下步驟檢索至少一個(gè)參考位置；和僅僅通過將從每一所述圖像中獲得的信息與對(duì)應(yīng)圖案參考區(qū)域進(jìn)行匹配，來提取所述位置序列，其中所述圖案參考區(qū)域表示與所述參考位置具有給定空間關(guān)系的位置編碼圖案的已知子集。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中通過如下步驟提取所述位置序列中的每一位置在所述圖案參考區(qū)域內(nèi)確定所述信息與所述圖案參考區(qū)域之間的匹配的相對(duì)位置；以及通過所述相對(duì)位置調(diào)節(jié)所述空間關(guān)系，從而得到所述位置。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，進(jìn)一步包括步驟為每一圖像產(chǎn)生所述圖案參考區(qū)域。
4.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其中通過預(yù)測(cè)位置給出所述空間關(guān)系，所述方法包括步驟根據(jù)所述至少一個(gè)參考位置估計(jì)所述預(yù)測(cè)位置。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中利用與所述預(yù)測(cè)位置的給定位置關(guān)系，生成所述圖案參考區(qū)域。
6.如權(quán)利要求5的方法，其中所述預(yù)測(cè)位置被包括在所述位置編碼圖案的已知子集中。
7.如權(quán)利要求4-6中任何一個(gè)的方法，其中為每一圖像執(zhí)行所述估計(jì)步驟，以產(chǎn)生預(yù)測(cè)位置的序列。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中通過所述匹配提取步驟將所述預(yù)測(cè)位置序列轉(zhuǎn)換為所述位置序列。
9.如權(quán)利要求4-8中任何一個(gè)的方法，其中根據(jù)從所述至少一個(gè)參考位置和/或所述位置序列中選擇的至少兩個(gè)在前位置估計(jì)每一預(yù)測(cè)位置。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中通過所述至少兩個(gè)在前位置的多項(xiàng)式外推來估計(jì)所述預(yù)測(cè)位置。
11.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其中通過根據(jù)所述位置編碼圖案的圖像、以不同于所述匹配提取步驟的方式計(jì)算位置，來檢索每一參考位置。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中所述計(jì)算位置的步驟包括從所述圖像序列之前的孤立圖像中提取符號(hào)數(shù)據(jù)；通過利用所述符號(hào)數(shù)據(jù)，在包含位置編碼圖案的基本編碼數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)查找操作，得到位置數(shù)據(jù)；和/或?qū)⑺龇?hào)或位置數(shù)據(jù)輸入到數(shù)學(xué)公式，用于顯式計(jì)算絕對(duì)位置。
13.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，進(jìn)一步包括步驟將所述至少一個(gè)參考位置與所述位置序列合并。
14.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其中間歇性地執(zhí)行所述檢索步驟，以更新或替換所述至少一個(gè)參考位置，在后面的用于隨后圖像序列的匹配提取步驟中使用這樣檢索到的參考位置。
15.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其中對(duì)于所述圖像序列中的單個(gè)圖像，所述對(duì)應(yīng)圖案參考區(qū)域包括多個(gè)部分區(qū)域，定義多個(gè)對(duì)于由所述單個(gè)圖像中的位置編碼圖案所表示的位置的各個(gè)候選。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中所述匹配提取步驟包括將從所述單個(gè)圖像中所得到的信息與包括在所述對(duì)應(yīng)圖案參考區(qū)域中的所述多個(gè)部分區(qū)域中的每一個(gè)進(jìn)行比較。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中所述匹配提取步驟包括為所述圖像序列中的單個(gè)圖像選擇所述多個(gè)各個(gè)候選中的一個(gè)，所述比較步驟為其指示從所述單個(gè)圖像得到的信息與任何所述多個(gè)部分區(qū)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
18.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其中位置編碼圖案包括多個(gè)標(biāo)記，并且每一標(biāo)記對(duì)至少一維中的至少兩個(gè)差值中的一個(gè)進(jìn)行編碼。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中所述匹配提取步驟包括通過生成概率矩陣，從所述圖像序列中的單個(gè)圖像獲得所述信息，其中所述概率矩陣表示包括在所述單個(gè)圖像中的位置編碼圖案的子區(qū)域，并且包含用于所述子區(qū)域中每一標(biāo)記的一個(gè)矩陣元素，其中每一矩陣元素適合于存儲(chǔ)表示其標(biāo)記的最可能估計(jì)值的值，或者表示還沒有為其標(biāo)記估計(jì)值的值。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中所述表示最可能估計(jì)值的值是整數(shù)值。
21.如權(quán)利要求19或20的方法，其中每一標(biāo)記對(duì)第一維中的二進(jìn)制值和第二維中的二進(jìn)制值進(jìn)行編碼，并且其中為所述第一維中的標(biāo)記的值生成第一概率矩陣，為所述第二維中的標(biāo)記的值生成第二概率矩陣。
22.如權(quán)利要求19-21中任何一個(gè)和16-17中任何一個(gè)的方法，其中所述匹配提取步驟包括將所述概率矩陣或每一概率矩陣與包括在對(duì)應(yīng)圖案參考區(qū)域中的所述多個(gè)部分區(qū)域中的每一個(gè)進(jìn)行比較。
23.如權(quán)利要求19-21中任何一個(gè)的方法，其中位置編碼圖案的每一維基于循環(huán)主數(shù)序列的移位，其中所述循環(huán)主數(shù)序列的具有第一預(yù)定長(zhǎng)度或更長(zhǎng)的任何子序列在所述循環(huán)主數(shù)序列中具有明確確定的位置，并且基于表示位置編碼圖案中所述主數(shù)序列對(duì)之間移位差別的差數(shù)的序列，其中所述差數(shù)序列的具有第二預(yù)定長(zhǎng)度或更長(zhǎng)的任何子序列在所述差數(shù)序列中具有明確確定的位置，所述匹配提取步驟包括獲得所述圖案參考區(qū)域的第一組差數(shù)；從所述概率矩陣或每一概率矩陣中獲得第二組差數(shù)；將所述第二組差數(shù)與所述第一組差數(shù)進(jìn)行匹配；和根據(jù)所述匹配步驟的匹配，在所述維中，提取所述位置編碼圖案的位置。
24.如權(quán)利要求23的方法，其中所述獲得第二組差數(shù)的步驟包括將所述概率矩陣或每一概率矩陣的各個(gè)行或列與所述主數(shù)序列進(jìn)行匹配，從而估計(jì)所述行或列的主數(shù)序列位置；和通過減去所述概率矩陣或每一概率矩陣的行或列對(duì)的估計(jì)主數(shù)序列位置，得到所述第二組的差數(shù)。
25.如前述權(quán)利要求任何一個(gè)的方法，其中所述位置序列表示通過電子手寫工具的方式進(jìn)行的至少部分手寫筆畫。
26.如權(quán)利要求4-10中任何一個(gè)的方法，通過電子手寫工具的方式記錄所述圖像序列，其中基于所述至少一個(gè)參考位置和下列中至少一個(gè)來估計(jì)所述預(yù)測(cè)位置所述手寫工具的預(yù)定義的或檢測(cè)到的移動(dòng)方向、速度或加速度。
27.一種用于位置解碼的方法，其通過根據(jù)從傳感器所記錄的位置編碼圖案的部分區(qū)域中獲得的信息確定位置，所述位置編碼圖案包括多個(gè)標(biāo)記，每一標(biāo)記對(duì)至少一維中的至少兩個(gè)差值中的一個(gè)進(jìn)行編碼，其特征在于，所述方法包括步驟生成概率矩陣，所述概率矩陣包含用于所述部分區(qū)域中每一標(biāo)記的一個(gè)矩陣元素，每一矩陣元素適合于存儲(chǔ)表示其標(biāo)記最可能的估計(jì)值的值，或者表示沒有為其標(biāo)記估計(jì)值的值；將所述概率矩陣與關(guān)于所述位置編碼圖案在所述位置編碼圖案的圖案參考區(qū)域中是如何組成的信息進(jìn)行匹配，所述圖案參考區(qū)域比所述部分區(qū)域大，并且包括所述部分區(qū)域；和選擇由所述圖案參考區(qū)域所定義的位置作為所要確的位置，所述匹配步驟為其指示所述概率矩陣與所述圖案參考區(qū)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
28.如權(quán)利要求27的方法，其中所述表示最可能估計(jì)值的所述概率矩陣的矩陣元素的值是整數(shù)值。
29.如權(quán)利要求27或28的方法，其中每一標(biāo)記對(duì)第一維中的二進(jìn)制值和第二維中的二進(jìn)制值進(jìn)行編碼，并且通過用于所述第一維中的標(biāo)記的值的第一概率矩陣和用于所述第二維中的標(biāo)記的值的第二概率矩陣形成所述概率矩陣。
30.一種計(jì)算機(jī)程序，包括程序代碼，所述程序代碼當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-26或權(quán)利要求27-29中任何一個(gè)的方法。
31.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序當(dāng)在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-26或權(quán)利要求27-29中任何一個(gè)的方法。
32.一種用于位置解碼的設(shè)備，包括用于從傳感器所記錄的位置編碼圖案的圖像序列中提取位置序列的信號(hào)處理單元，其特征在于，所述信號(hào)處理單元進(jìn)一步用于檢索至少一個(gè)參考位置；和僅僅通過將從所述圖像中每一個(gè)所獲得的信息與對(duì)應(yīng)圖案參考區(qū)域進(jìn)行匹配，來提取所述位置序列，其中所述對(duì)應(yīng)圖案參考區(qū)域表示與所述參考位置具有給定空間關(guān)系的位置編碼圖案的已知子集。
33.一種用于位置解碼的設(shè)備，包括信號(hào)處理單元，用于根據(jù)從傳感器所記錄的位置編碼圖案的部分區(qū)域獲得的信息確定位置，其中所述位置編碼圖案包括多個(gè)標(biāo)記，每一標(biāo)記對(duì)至少一維中的至少兩個(gè)差值中的一個(gè)進(jìn)行編碼，其特征在于，所述信號(hào)處理單元進(jìn)一步用于生成概率矩陣，所述概率矩陣包含用于所述部分區(qū)域中每一標(biāo)記的一個(gè)矩陣元素，每一矩陣元素適合于存儲(chǔ)表示其標(biāo)記最可能的估計(jì)值的值，或者表示沒有為其標(biāo)記估計(jì)值的值；將所述概率矩陣與關(guān)于所述位置編碼圖案在所述位置編碼圖案的圖案參考區(qū)域中是如何組成的信息進(jìn)行匹配，其中所述圖案參考區(qū)域比所述部分區(qū)域大，并且包括所述部分區(qū)域；和選擇由所述圖案參考區(qū)域所定義的位置中的一個(gè)作為所要確的位置，所述匹配步驟為其指示所述概率矩陣與所述圖案參考區(qū)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
全文摘要
一種用于位置解碼的設(shè)備中的一種方法，用于從傳感器記錄的位置編碼圖案的圖像序列中提取位置序列。該方法可以實(shí)施為計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序，包括步驟檢索至少一個(gè)參考位置(P1，P1′)；和僅僅通過將從每一圖像獲得的信息與對(duì)應(yīng)的圖案參考區(qū)域(MA)進(jìn)行匹配來提取所述位置序列，對(duì)應(yīng)的圖案參考區(qū)域表示與所述參考位置具有直接或間接給定空間關(guān)系的該位置編碼圖案的已知子集。
文檔編號(hào)G06K9/22GK1781071SQ200480011501
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月29日
發(fā)明者安德萊斯·比約克蘭德, 托馬斯·艾德索 申請(qǐng)人:阿諾托知識(shí)產(chǎn)權(quán)許可貿(mào)易公司