基于Android系統(tǒng)的五維手寫信息采集設(shè)備的設(shè)計(jì)*

顏　瑞，李　芳，何　夢，羅健飛，吳仲城

（中國科學(xué)院強(qiáng)磁場科學(xué)中心，合肥230031）

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基于Android系統(tǒng)的五維手寫信息采集設(shè)備的設(shè)計(jì)*

顏瑞，李芳，何夢，羅健飛*，吳仲城

（中國科學(xué)院強(qiáng)磁場科學(xué)中心，合肥230031）

摘要：針對當(dāng)前各類觸摸屏不支持獲取手寫過程中所施加的三維力的問題，設(shè)計(jì)了一種五維手寫信息采集設(shè)備。通過將多維力傳感器集成于觸摸屏下方，實(shí)現(xiàn)了手寫過程中三維力和二維位置的準(zhǔn)確獲取，同時(shí)在設(shè)備搭載的Android系統(tǒng)中添加了自定義的系統(tǒng)服務(wù)模塊，使設(shè)備從系統(tǒng)級別實(shí)現(xiàn)對五維手寫信息獲取的支持。對于設(shè)備在移動(dòng)環(huán)境下使用所產(chǎn)生的干擾問題，它使用加速度傳感器結(jié)合自適應(yīng)濾波器技術(shù)進(jìn)行抑制。結(jié)果表明該方案可行，設(shè)備具有一定的抗干擾能力，且可實(shí)現(xiàn)無觸控筆操作，方便用戶使用。

關(guān)鍵詞：手寫信息；自適應(yīng)濾波器；多維力傳感器；Android；加速度傳感器

手寫交互是一種常見的人機(jī)交互方式，在用戶通過觸摸屏與計(jì)算機(jī)交互的過程中，將產(chǎn)生二維的觸摸位置信息（x，y）和三維的力信息（fx，fy，fz），準(zhǔn)確地獲取這些信息，對于實(shí)現(xiàn)生動(dòng)且高效的人機(jī)交互技術(shù)，支持書法模擬［1］、數(shù)字紙張［2］和數(shù)字手寫簽名認(rèn)證［3］等基于手寫信息的研究與應(yīng)用具有重要意義。本文將觸摸位置信息和力信息定義為五維手寫信息（x，y，fx，fy，fz）。

計(jì)算機(jī)設(shè)備為實(shí)現(xiàn)五維手寫信息獲取，必須同時(shí)滿足軟件支持和硬件支持的條件。硬件支持方面，目前許多計(jì)算機(jī)設(shè)備通過電容式觸摸屏來獲取觸摸位置信息，但對于觸摸過程所產(chǎn)生的力信息，電容式觸摸屏只能根據(jù)觸摸位置電容值的變化大小給出一個(gè)粗略的估計(jì)。Wacom的電磁式手寫板通過特制的電磁壓感筆來采集力信息，但它目前只支持獲取軸向力，文獻(xiàn)［4］設(shè)計(jì)了一款能獲取多維手寫力信息的壓感筆，但用戶需要使用壓感筆來對設(shè)備進(jìn)行操作，使用起來并不便利。Apple新推出的Apple Watch中使用的Force Touch技術(shù)通過顯示屏周圍的電極感知壓力，無需使用壓感筆便可獲取壓力信息，增加了使用的便利性，但其所感知的壓力也只是一維的壓力。在軟件支持方面，目前各類操作系統(tǒng)都只實(shí)現(xiàn)了對一維力的支持，多維力信息的采集和處理需要通過二次開發(fā)進(jìn)行支持。

本文采取將多維力傳感器集成于觸摸屏下方的方式來感知觸控交互過程中力的大小。與采用壓感筆獲取力的方案相比，本文通過將多維力傳感器與觸摸屏的坐標(biāo)系固聯(lián)在一起，可在不進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換的情況下測量力在三軸的分量，同時(shí)對書寫筆無特殊要求，便于用戶使用，為避免在移動(dòng)情況下使用設(shè)備時(shí)，重力加速度和運(yùn)動(dòng)加速度對測量結(jié)果帶來影響，本文還提出了基于加速度傳感器和自適應(yīng)濾波器技術(shù)相結(jié)合的抑制方法，以增強(qiáng)設(shè)備抗干擾能力。

1　五維手寫信息采集原理

1.1三維力采集原理

觸摸屏模組的受力運(yùn)動(dòng)示意圖如圖1所示。圖中F為手寫操作產(chǎn)生的力，N為三維力傳感器對觸摸屏模組的支持力，mg為觸摸屏模組所受的重力，a為觸摸屏模組質(zhì)心處加速度。

圖1　觸摸屏模組的受力運(yùn)動(dòng)示意圖

由于觸摸屏模組受力時(shí)形狀和體積的變化很小，可視為剛體進(jìn)行處理，它的運(yùn)動(dòng)可分解為質(zhì)心O的平動(dòng)和其繞質(zhì)心O的轉(zhuǎn)動(dòng)，平動(dòng)方程如式（1）所示［5］，將力傳感器的輸出用N′表示，則可以得到式（2），式（2）中的a-g可由加速度傳感器測得，令其為a′可得到式（3）。

由式（3）可知，當(dāng)在平穩(wěn)環(huán)境下測量三維力時(shí)，式（3）中的加速度值為常量，將多維力傳感器的輸出值進(jìn)行去零點(diǎn)處理即可得到待測三維力。但如果要在非平穩(wěn)環(huán)境中準(zhǔn)確地測量力，則還需要知道加速度的值，理想情況下，得到加速度值后，可通過該式計(jì)算得到待測力。

1.2二維位置信息采集原理

位置信息可以用觸摸屏來采集，當(dāng)前主流觸摸屏有電阻式、電容式和電磁式。由于電阻式觸摸屏不夠靈敏，用戶體驗(yàn)不佳，電磁式觸摸屏需要使用電磁筆才能操作，且易受電磁干擾，本設(shè)備選用電容屏采集二維位置信息，其基本原理為通過檢測觸摸操作所引起的電容值變化來確定觸摸位置［6］。

2　硬件設(shè)計(jì)

設(shè)備硬件部分基于嵌入式開發(fā)板進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括核心板、裁剪后的開發(fā)板、觸摸屏模組、三維力傳感器模塊和三軸線性加速度傳感器模塊等，設(shè)備硬件框圖如圖2所示。

圖2　設(shè)備硬件框圖

2.1核心板與開發(fā)板

本設(shè)備使用的核心板提供了Android運(yùn)行所需的硬件支持，包括ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器S5PV210，F(xiàn)lash，RAM。開發(fā)板包含豐富的接口和資源，需要根據(jù)具體需要進(jìn)行裁剪。在本設(shè)計(jì)中主要保留電源接口、USB接口、SD卡插槽和SIM卡插槽等。

2.2觸摸屏模組

本設(shè)備的使用場景定位于手寫簽名身份識別與認(rèn)證、數(shù)字紙張等基于手寫信息的研究與應(yīng)用，對手寫信息的準(zhǔn)確獲取要求觸摸屏有100 Hz～200 Hz的采樣頻率［7］。由于開發(fā)板自帶的觸摸屏采樣頻率較低，本設(shè)計(jì)使用了另一款觸摸屏模組FN070MV01，其觸控IC使用SSD2533，經(jīng)測驗(yàn)表明，在單指模式下其采樣頻率可達(dá)到142 Hz，滿足設(shè)備應(yīng)用要求。

2.3三維力傳感器

三維力傳感器用來獲取五維手寫信息中的三維力信息（fx，fy，fz），設(shè)計(jì)中使用的傳感器為本實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的系列電阻應(yīng)變式多維力傳感器［8］，力傳感器通過彈性體上的應(yīng)變片電橋感知作用于其上的力信息，實(shí)現(xiàn)對三維力的測量。

2.4三軸線性加速度傳感器

加速度的檢測可以使用MEMS加速度傳感器來實(shí)現(xiàn)［9］，開發(fā)板自帶了一片飛思卡爾的MEMS三軸線性加速度傳感器MMA7660，但該傳感器只有6位分辨率并不能滿足本設(shè)計(jì)的要求，故在本設(shè)計(jì)中使用另一款具有14位分辨率的三軸線性加速度傳感器MMA8451，本設(shè)計(jì)中利用該傳感器對測量結(jié)果進(jìn)行抗干擾處理。

3　軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是使Android系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對五維手寫信息獲取的支持，主要包括Linux驅(qū)動(dòng)修改與移植、Android系統(tǒng)服務(wù)模塊開發(fā)和Android應(yīng)用開發(fā)等。整個(gè)設(shè)備的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3　軟件結(jié)構(gòu)框圖

3.1Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)與移植

本設(shè)計(jì)選用的操作系統(tǒng)為Android 4.0.3，其內(nèi)核為Linux 3.0.8，設(shè)計(jì)中需要移植和修改的驅(qū)動(dòng)程序主要是與五手寫信息獲取實(shí)現(xiàn)有關(guān)的力傳感器驅(qū)動(dòng)、加速度傳感器驅(qū)動(dòng)和觸摸屏驅(qū)動(dòng)。

本設(shè)計(jì)對標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了修改，加速度傳感器驅(qū)動(dòng)除了按正常流程向Android上報(bào)事件外，還注冊一個(gè)字符設(shè)備，HAL層通過讀寫該設(shè)備節(jié)點(diǎn)與加速度傳感器通信。觸摸屏驅(qū)動(dòng)也進(jìn)行類似的修改。

3.2Android系統(tǒng)服務(wù)模塊開發(fā)

目前Android系統(tǒng)并不支持多維力傳感器，通過在系統(tǒng)中自定義一個(gè)系統(tǒng)服務(wù)模塊可以解決該問題，該方法添加的代碼是一個(gè)獨(dú)立的模塊，對操作系統(tǒng)源碼修改少，便于代碼的升級與維護(hù)。參照Android系統(tǒng)服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)［10］，添加的模塊包括HAL層、JNI層和應(yīng)用程序框架層。

模塊中的HAL層利用讀取到的觸摸位置（x，y）、力（fx′，fy′，fz′）和加速度（ax，ay，az）計(jì)算五維手寫信息（x，y，fx，fy，fz），它在邏輯上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)支持五維手寫信息采集的傳感器。

模塊中的JNI層使用C++實(shí)現(xiàn)，其主要功能是實(shí)現(xiàn)上層Java代碼與下層C代碼的交互。

應(yīng)用程序框架層為應(yīng)用程序提供API，該層實(shí)現(xiàn)多App對傳感器數(shù)據(jù)的共享。原理如圖4所示，其中Service運(yùn)行在系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程中，Manager運(yùn)行在各應(yīng)用程序的進(jìn)程當(dāng)中，二者通過AIDL進(jìn)行進(jìn)程間通信。應(yīng)用程序通過Manager實(shí)例向Service申請使用傳感器，Service收到申請后給其返回一個(gè)ID號，并創(chuàng)建一個(gè)與該ID號關(guān)聯(lián)的緩存隊(duì)列，Man?ager的讀數(shù)據(jù)線程利用該ID訪問Service中對應(yīng)的緩存，得到數(shù)據(jù)后通知應(yīng)用程序注冊的事件監(jiān)聽器，由此實(shí)現(xiàn)多App共享數(shù)據(jù)。

圖4　多App共享傳感器數(shù)據(jù)原理框圖

4　抗干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)

本設(shè)備所受到的干擾包括動(dòng)態(tài)干擾和靜態(tài)干擾。動(dòng)態(tài)干擾表現(xiàn)為較低頻的運(yùn)動(dòng)干擾和較高頻的振動(dòng)干擾，靜態(tài)干擾表現(xiàn)為零點(diǎn)漂移。本設(shè)備會(huì)同時(shí)檢測這兩類干擾，當(dāng)任何一類干擾超過閾值即進(jìn)行抗干擾處理。

4.1抗運(yùn)動(dòng)干擾設(shè)計(jì)

運(yùn)動(dòng)干擾產(chǎn)生的原因是設(shè)備低頻晃動(dòng)引起其加速度狀態(tài)的變化。由1.1節(jié)的式（3）可知，三維坐標(biāo)系下力與加速度之間有式（4）所示關(guān)系，理想情況下，基于式（4）可直接計(jì)算得到力的測量結(jié)果。但由于力傳感器和加速度傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性不同，該方法對運(yùn)動(dòng)干擾的抑制效果并不好。

上述問題的常見解決方法是使用自適應(yīng)干擾對消器［11］，但該方法要求信號和噪聲不相關(guān)，而觸摸屏的晃動(dòng)可能正是因?yàn)槭謱懥Φ淖兓?，因此加速度與力之間具有一定的相關(guān)性，該方法不再適用。本文基于自適應(yīng)濾波設(shè)計(jì)了一個(gè)干擾對消器，原理如圖5所示。

圖5　抗運(yùn)動(dòng)干擾對消器原理圖

該對消器在沒有觸控操作的情況下訓(xùn)練其濾波權(quán)值，即基于自適應(yīng)濾波器進(jìn)行系統(tǒng)辨識，而當(dāng)有觸控操作時(shí)停止對濾波權(quán)值的調(diào)整，使用訓(xùn)練的權(quán)值進(jìn)行干擾對消，令加速度對力的干擾為fn則有：

當(dāng)Fn為0時(shí)利用最小均方（LMS）算法對權(quán)值進(jìn)行訓(xùn)練，此時(shí)有：

4.2抗振動(dòng)干擾設(shè)計(jì)

振動(dòng)干擾產(chǎn)生的原因也是設(shè)備加速度狀態(tài)的變化，只不過與運(yùn)動(dòng)干擾相比其頻率更高。由于隨著頻率的增大，傳感器在不同頻段之間的特性差異較大，因此不宜使用抗運(yùn)動(dòng)干擾的方法進(jìn)行處理。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)干擾的來源有兩個(gè)：一個(gè)來自于設(shè)備所處外界環(huán)境的振動(dòng)；另一個(gè)是當(dāng)用戶單擊觸摸屏?xí)r所引起的加速度傳感器的振動(dòng)。這兩類振動(dòng)都是與待測力無關(guān)的零均值干擾信號，這種干擾信號可以通過自適應(yīng)濾波來消除［12］。

子帶自適應(yīng)濾波器可以對信號的不同頻率段分別進(jìn)行不同的濾波處理［13］，但它要求系統(tǒng)有較大的延時(shí)才能取得較好的結(jié)果有［14］，因此不利于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，本文采取的濾波方案如圖6所示。

圖6　添加抗振動(dòng)干擾后的干擾對消器

該方案直接采用可能含有振動(dòng)噪聲的加速度值進(jìn)行抗運(yùn)動(dòng)干擾處理，在此過程中運(yùn)動(dòng)干擾被抑制，振動(dòng)干擾也得到部分抑制，然后通過高通濾波器將加速度中的高頻振動(dòng)信號提取出來，使用自適應(yīng)濾波器再次進(jìn)行抗振動(dòng)干擾自適應(yīng)濾波處理，經(jīng)過抗干擾處理后的輸出結(jié)果如式（8）所示：

其中y1n用來逼近fn中的運(yùn)動(dòng)干擾成分，但由于an中還含有振動(dòng)信號，故y1n將逼近fn中的部分振動(dòng)干擾，而fn中的其余振動(dòng)干擾將由y2n進(jìn)行逼近。

4.3抗零點(diǎn)漂移設(shè)計(jì)

由于傳感器安裝應(yīng)力變化、外界環(huán)境變化及溫度漂移等因素的影響，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，本文基于自適應(yīng)濾波的原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)零點(diǎn)漂移自適應(yīng)調(diào)整器，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7　零點(diǎn)漂移自適應(yīng)調(diào)整器

圖7中bn表示零點(diǎn)漂移項(xiàng)，當(dāng)無觸控操作時(shí)待測力Fn為零，運(yùn)動(dòng)干擾項(xiàng)fn被抑制后也近乎為零，輸出如式（9）所示。

式（9）中的b為零點(diǎn)漂移校準(zhǔn)項(xiàng)，在無觸控操作時(shí)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整使b對零點(diǎn)漂移bn進(jìn)行最佳逼近，b的調(diào)整算法如式（10）所示。

其與最小均方（LMS）自適應(yīng)濾波器的調(diào)整算法類似，只不過其輸入項(xiàng)為1，式中μ為步長系數(shù)。

5　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

本文實(shí)現(xiàn)了一臺五維手寫信息采集設(shè)備，其實(shí)物如圖8所示，為了適應(yīng)移動(dòng)環(huán)境，該設(shè)備進(jìn)行了抗運(yùn)動(dòng)干擾和抗振動(dòng)干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了測試，圖9～圖11給出了z軸的測試結(jié)果。

圖8　終端設(shè)備的實(shí)物圖

圖9　抗運(yùn)動(dòng)干擾測試結(jié)果圖

圖10　抗振動(dòng)干擾測試結(jié)果圖

圖11　綜合測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5.1抗干擾測試實(shí)驗(yàn)

圖9和圖10分別為抗運(yùn)動(dòng)和抗振動(dòng)測試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，測試方法是：在不接觸觸摸屏的情況下對設(shè)備施加周期性的干擾。為了消除零點(diǎn)漂移對結(jié)果的影響，這里僅對信號的動(dòng)態(tài)部分進(jìn)行分析。

圖9（a）為直接基于4.1節(jié)式（4）進(jìn)行計(jì)算得到的結(jié)果。圖中去干擾結(jié)果曲線的峰峰值為0.73 N，噪聲衰減1.82倍，波動(dòng)較大。圖9（b）為利用自適應(yīng)濾波器進(jìn)行抗運(yùn)動(dòng)干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)后的測試結(jié)果與圖9（a）對比可以很明顯地發(fā)現(xiàn)其輸出波動(dòng)小了很多，圖9（b）中的峰峰值為0.22 N，噪聲衰減5.93倍，抗運(yùn)動(dòng)干擾能力提高3.26倍。

圖10（a）為直接根據(jù)公式（4）計(jì)算的抗振動(dòng)干擾測試結(jié)果，由于加速度傳感器對振動(dòng)很敏感，振動(dòng)噪聲不但沒有衰減，反而被放大了。圖10（b）為自適應(yīng)濾波處理的抗振動(dòng)測試結(jié)果，圖中包含兩次振動(dòng)。振動(dòng)峰值已經(jīng)被抑制，其峰峰值為0.18 N，噪聲衰減2.91倍。

上述測試是在沒有外力施加在觸摸屏上時(shí)進(jìn)行的，為了檢驗(yàn)設(shè)備在正常使用情況下的綜合抗干擾能力，用不含干擾的信號與干擾信號的動(dòng)態(tài)部分合成一個(gè)含干擾的待處理信號。利用該合成信號得到圖11所示的測試結(jié)果。

圖11（a）為直接基于公式計(jì)算得到的結(jié)果，抗干擾效果很差。圖11（b）為優(yōu)化后的抗干擾測試結(jié)果，其去干擾后的平均誤差為0.005 0 N，均方根誤差為0.075 2 N。力傳感器的精度為0.1 N，正常情況下，設(shè)備所受干擾小于測試時(shí)所添加的干擾，干擾抑制能力已滿足需求。

5.2數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)

本設(shè)備的應(yīng)用場景定位于手寫簽名認(rèn)證、書法模擬和手寫運(yùn)動(dòng)分析等領(lǐng)域。利用五維手寫信息采集設(shè)備的手寫信息采集功能，本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)書法模擬App。該App利用API獲得手寫位置信息和力信息進(jìn)行書法模擬。

書法模擬的基本規(guī)則為：（1）利用位置信息生成筆畫軌跡，利用筆刷模型填充軌跡；（2）筆畫軌跡的寬度由力的大小確定，力越大筆畫越寬，但寬度應(yīng)有一個(gè)極大值，本實(shí)驗(yàn)中使用反正切函數(shù)模擬；（3）筆畫墨跡的濃淡由速度控制，書寫速度越快墨跡越淡，本實(shí)驗(yàn)中使用分段線性函數(shù)模擬。

App的界面截圖如圖12所示。圖中模擬的毛筆字僅進(jìn)行簡單的筆刷縮放和墨跡深淺處理便已初具形體，若作進(jìn)一步的研究與建模則會(huì)有更好的效果。

圖12　書法模擬App界面截圖

6　結(jié)語

本文實(shí)現(xiàn)了Android系統(tǒng)對五維手寫信息獲取的系統(tǒng)級支持，并對手寫力信息的采集進(jìn)行了抗運(yùn)動(dòng)干擾和抗振動(dòng)干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在移動(dòng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對力信息的準(zhǔn)確采集。該技術(shù)有助于移動(dòng)終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)更豐富全面的手寫力信息獲取，能夠?yàn)槭謱懞灻J(rèn)證、手寫生物密鑰生成、手寫運(yùn)動(dòng)分析等研究與應(yīng)用領(lǐng)域提供基礎(chǔ)工具。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳海強(qiáng)，羅健飛，溫國華，等.基于筆紙墨物理屬性的毛筆書法仿真［J］.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2012，24（9）：1134-1138.

［2］邢沖.支持筆交互的數(shù)字紙張建模與生成方法研究［D］.安徽：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009.

［3］顏燁.在力感應(yīng)觸摸屏上手寫簽名系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2011年.

［4］Shimizu H，Kiyono S，Motoki T，et al.An Electrical Pen for Signa?ture Verification Using a Two-Dimensional Optical Angle Sensor ［J］.Sensors and Actuators A：P-hysical，2003，111（2）：216-221.

［5］Gross D，Hauger W，Schroeder J，et al.Engineering Mechanics 3：Dynamics［M］.Berlin：Springer，2011：182-191.

［6］Bhalla M R，Bhalla A V.Comparative Study of Various Touch?screen Technologies［J］.International Journal of Computer Appli?cations，2010，68（6）：12-18.

［7］Accardo A P，GennaM，Borean M.Development，Maturation and Learning Influence on Handwriting Kinematics［J］.Human Move?ment Science，2013，32（1）：136-146.

［8］吳寶元，申飛，吳仲城.應(yīng)變式多維力傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2010，23（10）：1412-1416.

［9］劉鵬，盧潭城，呂愿愿，等.基于MEMS三軸加速度傳感器的摔倒檢測［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，28（4）：570-574.

［10］韋德瓊.基于Android系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［D］.黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

［11］王旋.去除被測信號中同頻背景噪聲的研究［D］.河南：鄭州大學(xué)，2011.

［12］高云，周聰聰，田健，等.基于多傳感器的無創(chuàng)血壓測量系統(tǒng)的研究［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，28（5）：763-767.

［13］赫金主編.自適應(yīng)濾波器原理［M］.第4版.鄭寶玉等譯.北京：電子工業(yè)出版社，2003：292-298.

［14］王沖，鄭建生，郭文飛.子帶自適應(yīng)濾波器組參數(shù)的選取及其影響［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2012，33（5）：2068-2072.

顏　瑞（1988-），男，苗族，碩士，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)，399814977@qq.com；

吳仲城（1968-），研究員，中國儀器儀表學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)委員與儀器儀表學(xué)會(huì)傳感器分會(huì)理事，負(fù)責(zé)完成中科院重點(diǎn)項(xiàng)目、863、國家自然科學(xué)基金等多項(xiàng)。主要研究方向?yàn)槿藱C(jī)交互、生物特征信息獲取、數(shù)字簽名等，zcwu@iim.ac.cn。

Design of 5D Handwriting Information Collection Device Based on Android System*

YAN Rui，LI Fang，HE Meng，LUO Jianfei*，WU Zhongcheng
（High Magnetic Field Laboratory，Chinese Academy of Sciences，Hefei 230031，China）

Abstract：Currently most touch screens cannot support the measurement of 3-D forces of handwriting.To address this issue，this paper proposes a design of device that extracts 5-D information of handwriting.By integrating a multidimensional force sensor under the touch screen，it acquired 3-D force and 2-D position information accurately.Be?sides，its onboard Android system was incorporated with our customized system service module，thereby fully sup?ports 5-D handwriting information measurement at the operating system level.For the interference produced in the mobile environment，it uses acceleration sensor combining with adaptive filter technology to suppress.The result in?dicates that the proposed scheme has the advantages of good feasibility and better anti-disturbance properties.More?over，users can enjoy the convenience of operating without stylus pen.

Key words：handwriting information；adaptive filter；multi-dimensional force sensor；Android；acceleration sensor

doi：EEACC：7230；721010.3969/j.issn.1004-1699.2016.02.012

收稿日期：2015-09-06修改日期：2015-10-31

中圖分類號：TP216.2；TP212.9；TH823

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-1699（2016）02-0220-06

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（61273323）；國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（61301058）