一种智能信息采集系统及处理方法与流程

本发明涉及学习教育应用领域，具体涉及一种智能信息采集系统及处理方法。

背景技术：

学习教育领域中，学生作业、考试卷的批改一般都是教师亲自进行批改，由于学生书写在纸张上，因此无法进行数字化操作，也就不难实现自动文字批改，给教师带来非常大的劳动强度。而相应的，教师无法一对一的进行错题辅导，学生在题目做错后不难获得相应的训练，这就导致该错题下次还会存在，对于练习的意义并不大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是一种智能信息采集系统及处理方法，可以进行文字的自动拾取以及从后台的自动识别批改，并可将类似题目反馈至使用端，方便学生的复习，以及帮助了教师的快速批改，数字化功能大大提升，能够有效的解决现有技术中的诸多不足。

本发明是通过以下技术方案来实现的：1.一种智能信息采集系统，其特征在于：包括一智能笔，该智能笔具有一个信息采集系统，该智能笔上设置有一显示屏，用于显示远程系统反馈回来的文字信息；

智能笔的信息采集系统包括压力传感器，感应所述智能笔的笔尖在介质上书写时产生的压力，生成压力检测数据；所述压力检测数据具有与感应压力的时间点对应的时间数据；

主芯片，与所述压力传感器电连接，接收所述压力传感器生成的压力检测数据，并根据所述压力检测数据，输出图像采集控制信号；

图像传感器，与所述主芯片电连接，接收所述主芯片输出的图像采集控制信号，对所述笔尖经过的所述介质上的点阵编码图案进行图像采集，生成点阵编码图像数据，并发送给所述主芯片；

所述点阵编码图像数据包括采集图像的时间点对应的时间数据；

所述主芯片根据所述点阵编码图像数据，提取点阵编码信息；

译码芯片，与所述主芯片电连接，对所述点阵编码信息进行译码，生成点阵坐标信息，并发送给所述主芯片；

所述点阵坐标信息具有对应的时间数据；所述主芯片根据每个所述时间点所述压力检测数据、时间数据和点阵坐标信息生成笔迹信息；

通信模块，与所述主芯片电连接，接收所述主芯片生成的所述笔迹信息，将所述笔迹信息发送给外部路由器，由外部路由器发送至后台，在后台根据笔迹信息对书写笔迹进行还原并显示；

印刷电路板，用于设置所述主芯片和译码芯片；所述印刷电路板还设置有压力传感器接口插座、通信模块接口插座和图像传感器接口插座；

所述压力传感器插接在所述压力传感器接口插座上，所述通信模块插接在所述通信模块接口插座上，所述图像传感器插接在所述图像传感器接口插座上。

作为优选的技术方案，所述通信模块为一无线信号接收器，用于接收后台传输过来的反馈信息。

作为优选的技术方案，还包括存储芯片，设置在所述印刷电路板上，与所述主芯片电连接，接收所述主芯片生成的所述笔迹信息，对所述笔迹信息进行存储。

作为优选的技术方案，所述图像传感器具有串行通信接口，所述主芯片具有并行通信接口。

作为优选的技术方案，还包括串并转换接口芯片，设置在所述印刷电路板上，所述串并转换接口芯片的输入端与所述图像传感器的串行通信接口相接，输出端与所述主芯片的并行通信接口相连接；串并转换接口芯片将所述图像传感器串行输出的点阵编码图像数据转换为并行的点阵编码图像数据，并发送给所述主芯片。

作为优选的技术方案，主芯片集成有并行通信接口和串行通信接口。

作为优选的技术方案，印刷电路板上设置有电源芯片，与所述主芯片、译码芯片、通信模块、压力传感器和图像传感器电连接，为所述主芯片、译码芯片、通信模块、压力传感器和图像传感器供电。

作为优选的技术方案，所述主芯片还根据所述压力检测数据，生成笔划计数信息；所述通信模块将所述笔划计数信息发送给所述后台，用以对所述书写笔迹的还原进行校验。

作为优选的技术方案，所述主芯片对接收到的所述点阵编码图像数据进行帧处理，生成多个数据帧；并生成对所述多个数据帧的统计信息。

一种处理方法，将权利要求1至9所生成的笔记转化成文字显示在后台，后台根据生成的文字进行数据库对比，对比后实现自动文字批改，并将批改信息进行统计，统计后再由无线发射模块远程发射至智能笔的信号接收端；具体地，后台在发送信号时，其会将数据库中存储的类似题目远程传输至智能笔端，通过智能笔端的显示屏进行显示类似题目，让学生在薄弱点上加强练习。

本发明的有益效果是：本发明可以进行文字的自动拾取以及从后台的自动识别批改，并可将类似题目反馈至使用端，方便学生的复习，以及帮助了教师的快速批改，数字化功能大大提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的与远程后台的系统方框图；

图2为本发明智能笔的数据处理装置的结构示意图；

图3为本发明智能笔的数据处理装置的工作示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图2和图3所示，主芯片2和译码芯片3均设置在印刷电路板1上，然而并不限制它们在印刷电路板1上的具体位置，它们可以设置在印刷电路板1的任何位置，包括印刷电路板1的正面和背面。

印刷电路板1上还具有压力传感器接口插座11、通信模块接口插座12和图像传感器接口插座13。

压力传感器5插接在压力传感器接口插座11上，通信模块6插接在通信模块接口插座上12，图像传感器7插接在图像传感器接口插座13上。

主芯片2分别与译码芯片3、压力传感器5、通信模块6、和图像传感器7电连接。

印刷电路板1上还可以设置有电源芯片4，与主芯片2、译码芯片3、压力传感器5、通信模块6和图像传感器7等电连接，在数据处理装置接通电源后，电源芯片4给主芯片2、译码芯片3、压力传感器5、通信模块6和图像传感器7等控制供电。

压力传感器5用于感应智能笔的笔尖书写时产生的压力，生成压力检测数据。在一个具体的例子中，压力传感器5可以与笔芯的尾端相抵接，从而感应到笔尖书写时产生的压力；

其中，压力检测数据中具有与感应压力的时间点对应的时间数据，时间数据记录了书写时间。时间数据的统计既可以是绝对时间，例如2018年3月12日13:48:05，也可以是相对时间，例如以数据处理装置接通电源的时间或本次启动笔迹记录的时间为起点时间，记录当前书写时间相对于起点时间的相对时间，如1:04:10。

主芯片2接收到压力传感器5生成的压力检测数据，根据压力检测数据，判断压力是否超过设定阈值，在检测到压力超过设定阈值时，表明笔尖与介质产生了接触，则主芯片2产生图像采集控制信号。

图像传感器7与主芯片2电连接，接收到主芯片2产生的图像采集控制信号后，对笔尖经过的介质上的点阵编码图案进行图像采集，在一个具体的例子中，可以以每秒100张的速度进行图像采集，并且生成点阵编码图像数据，其中点阵编码图像数据包括采集图像的时间点对应的时间数据，时间数据记录了笔尖经过点阵的时间，即书写时间。一个时间数据(书写时间)同时对应有压力检测数据和点阵编码图像数据。

其中，图像传感器7可以采用互补金属氧化物半导体或半导体元件等传感器。

图像传感器7将点阵编码图像数据发送给主芯片2，主芯片2对点阵编码图像数据进行处理，从点阵编码图像中提取出点阵的点阵编码信息。

在一个具体的例子中，图像传感器7具有串行通信接口71，例如相机串行接口，主芯片2具有并行通信接口21，例如dvp并行接口。在印刷电路板1还设置有串并转换接口芯片8，串并转换接口芯片8的输入端(图中未示出)与图像传感器7的串行通信接口71相接，输出端与主芯片2的并行通信接口21相连接。

在前面所述的具体例子中，图像传感器7将点阵编码图像数据发送给主芯片2，具体可以是：图像传感器7通过串行通信接口71将点阵编码图像数据串行输出给串并转换接口芯片8，串并转换接口芯片8将串行的点阵编码图像数据转换为并行的点阵编码图像数据，并通过输出端输出给主芯片2，主芯片2通过并行通信接口21接收并行的点阵编码图像数据。

主芯片2上可以同时集成有并行通信接口和串行通信接口，在主芯片2上集成有串行通信接口或者图像传感器7支持并行通信接口时，可以省略设置串并转换接口芯片8。例如，在主芯片2具有sci串行接口，图像传感器7具有sci串行接口的情况，以及在主芯片2具有dvp接口，而图像传感器7支持dvp并行接口的情况，可以省略设置串并转换接口芯片8，图像传感器7可以直接通过csi串行接口或dvp并行接口将点阵编码图像数据发送给主芯片2。

主芯片2将从点阵编码图像数据中提取出的点阵编码信息发送给译码芯片3进行译码。在一个具体的例子中，主芯片2可以通过串口或串行外设接口(serialperipheralinterface，spi)将点阵编码信息发送给译码芯片3。

译码芯片3对点阵编码信息进行译码，得到点阵编码图像数据的点阵坐标信息，并将点阵坐标信息返回给主芯片2。其中，点阵坐标信息具有与点阵编码图像数据相对应的时间数据。

主芯片2根据每个时间点的压力检测数据、点阵坐标信息和时间数据生成笔迹信息。

主芯片2将笔迹信息通过通信模块6发送给后台，例如手机、平板电脑、计算机等。后台解析笔迹信息，按照时间顺序将点阵坐标信息生成笔尖的运动轨迹图像，即实现对书写笔迹的电子化记录。而解析笔迹信息得到的压力检测数据可以还原书写笔迹的粗细、提笔、顿笔等，使得还原得到的书写笔迹与实际书写笔迹更加相符。

通信模块6是用于有线或无线通信的部件，可以包括usb接口、蓝牙芯片、无线局域网(wirelessfidelity,wifi)芯片、通用异步收发传输器(universalasynchronousreceiver，uart)等，用户可以自行选择通过有线或无线通信的方式将数据包传输给外部设备。

在优选的实施例中，印刷电路板1上还设置有存储芯片9，存储芯片9与主芯片2相连接，在一个具体的例子中，存储芯片9可以是焊接在印刷电路板1上的，与主芯片2之间通过串行外设接口(serialperipheralinterface，spi)连接。

主芯片2可以将笔迹信息通过通信模块6实时发送给后台，也可以先存储到存储芯片9内，以定时触发或人工触发的方式，主芯片2将存储芯片9中的笔迹信息读出，并通过通信模块6发送给后台。

可以理解的是，存储芯片9和串并转换接口芯片8也与电源芯片4相连接，电源芯片4也为存储芯片9和串并转换接口芯片8供电。

上面对智能笔的处理装置的硬件结构和各部件之间的连接关系进行了介绍，下面对智能笔的数据处理装置的工作过程进行说明。

在一个具体的例子中，如图2所示，数据处理装置接通电源后，电源芯片4先给主芯片2、译码芯片3和存储芯片8供电。主芯片2上具有i2c控制接口22，在主芯片2完成初始化后，主芯片2通过i2c控制接口22控制电源芯片4给通信模块6、图像传感器7和串并转换接口芯片8供电。主芯片2上具有第一图像控制接口23和第二控制接口24，主芯片2通过第一图像控制接口23对图像传感器7进行初始化，通过第二控制接口24对串并转换接口芯片8初始化。

主芯片2实时或按照设定时间间隔接收压力传感传感器发送的压力检测数据，压力检测数据具有压力传感器感应压力的时间点对应的时间数据。当主芯片2检测到压力检测数据对应的压力超过设定阈值，表明发生了落笔动作，开始了书写，生成图像采集控制信号，启动图像传感器7，图像传感器7对点阵编码图案进行图像采集，生成点阵编码图像数据.

主芯片2持续收到多个压力检测数据和点阵编码图像数据，其中每个压力检测数据都具有对应的感应压力的时间点的时间数据，每个点阵编码图像数据也具有对应的采集图像的时间点的时间数据。一个时间数据同时对应有压力检测数据和点阵编码图像数据。

主芯片2在接收到图像传感器7发送的点阵编码图像数据后，从每个采集图像的时间点对应的点阵编码图像数据中，提取出每个点阵编码图像数据对应的点阵编码信息，并且还解析出对应的时间数据。主芯片2通过串口25将点阵编码信息发送给译码芯片3进行译码，生成点阵坐标信息。译码芯片3完成译码后将点阵坐标信息回传给主芯片2。

主芯片2根据每个时间点的时间数据、点阵坐标信息和压力检测数据生成笔迹信息。

主芯片2可以通过通信模块6将笔迹信息即时发送给后台，也可以先将笔迹信息通过spi接口26发送给存储芯片9，在满足触发条件时(到达预定时间、智能笔连接上后台或者人工触发等)，主芯片2读取存储信息存储的笔迹信息，通过通信模块6发送给后台。进一步的，后台可以根据笔迹信息对书写笔迹进行还原并显示。

为了校验在传输中是否有数据丢失，是否所有的数据都被后台解析，从而实现精确有效的笔迹还原，在优选的例子中，我们还可以在主芯片2中加入对采集到的书写笔划的统计和/或以数据帧对书写笔迹进行统计的功能，从而根据统计数据确定在数据还原时是否还原了全部数据。

在第一个优选的实施例中，主芯片2根据压力检测数据生成笔划计数信息，笔划计数信息是用于统计书写的笔划的数目的，进一步的，可以统计书写笔迹的还原识别的笔划漏识率，例如，笔划计数信息表明某段时间内书写了1000划，而最终书写笔迹还原识别出1000划，则笔划漏识率为0。

在一个具体的例子中，笔划计数信息是按照如下方法生成的：在数据处理装置接通电源后，主芯片2完成了初始化，接收到压力传感器生成的压力检测数据，检测到压力超过了设定阈值，表明笔尖与介质产生了接触，发生了落笔动作，智能笔开始了书写。进而主芯片2又检测到压力低于设定阈值，表明笔尖离开了介质，有了抬笔动作，主芯片2生成笔划计数为1的第一笔划计数信息。在主芯片2根据压力检测数据又一次检测到发生了落笔抬笔动作时，笔划计数+1，至书写完成，得到最终的笔划计数信息。书写完成可以以关闭数据处理装置连接的电源或者超过设定时长阈值没有接收到压力检测数据为标志。

在第二个优选的实施例中，主芯片2对接收到的点阵编码图像数据进行帧处理，生成多个数据帧，并对数据帧的数量进行统计，生成数据帧的统计信息。数据帧的统计信息可以用于统计书写笔迹的还原识别的图像漏识率，例如，数据帧的统计信息表明某段时间内图像传感器7采集到了1000张图像，而最终书写笔迹还原识别出999张，则图像漏识率为0.001。

在一个具体的例子中，帧信息是按照如下方法生成的：在数据处理装置接通电源后，主芯片2完成了初始化，并对图像传感器7进行初始化，在图像传感器进行图像采集后，主芯片2实时接收到图像传感器7传输的连续或按设定时间间隔传输的点阵编码图像数据，对点阵编码图像数据进行帧处理，将点阵编码图像数据按照时序划分为多个数据帧，并对数据帧的数量进行统计，生成与数据帧的数量对应的统计信息。至书写完成，得到最终的数据帧的数量的统计信息。书写完成可以以关闭数据处理装置连接的电源或者超过设定时长阈值没有接收到点阵编码图像数据为标志。

主芯片2可以将笔划计数信息和/或帧信息通过通信模块6发送给后台，用以后台统计分析书写笔迹的还原情况，判断是否所有书写的笔划和/或采集到的图像都被还原识别了。

如图1所示，后台根据生成的文字进行数据库对比，对比后实现自动文字批改，并将批改信息进行统计，统计后再由无线发射模块远程发射至智能笔的信号接收端；具体地，后台在发送信号时，其会将数据库中存储的类似题目远程传输至智能笔端，通过智能笔端的显示屏进行显示类似题目，让学生在薄弱点上加强练习。

本发明的有益效果是：本发明可以进行文字的自动拾取以及从后台的自动识别批改，并可将类似题目反馈至使用端，方便学生的复习，以及帮助了教师的快速批改，数字化功能大大提升。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。