基于MATLAB和升維投影法的手寫字符識(shí)別輸入系統(tǒng)

王思達(dá) 劉勇 袁匯靈

摘要：互動(dòng)式電子白板最早由加拿大SMART Technologies Inc在1331年發(fā)明。其最早的用途是會(huì)議與培訓(xùn)，并在隨后進(jìn)軍到了教育領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)，隨著教育正逐漸向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)變，諸如電子白板之類的新一代智能教具也正在全國(guó)學(xué)校中漸漸流行開來。然而，與這些設(shè)備設(shè)施相匹配的一系列軟件的發(fā)展卻相對(duì)欠缺，直接限制了新型設(shè)備作用的發(fā)揮。而本文將提出一種全新的基于教學(xué)的適用于交互式電子白板的手寫輸入方式。

關(guān)鍵詞：升維投影 字符識(shí)別 MATLAB 電子白板

中圖分類號(hào)：TP183 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1009-5349（2019）06-0256-02

一、現(xiàn)狀及背景

隨著科技時(shí)代的發(fā)展以及人們的需求，字符識(shí)別技術(shù)正在被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，而領(lǐng)域的發(fā)展也帶動(dòng)了技術(shù)的革新?，F(xiàn)如今，與字符識(shí)別相關(guān)的技術(shù)與算法層出不窮，比如SVM、OCR、CSG等。但是這些技術(shù)在應(yīng)用上各有千秋，但我們認(rèn)為基于MATLAB與升維投影所開發(fā)出的，適用于電子白板等電子設(shè)備的的字符識(shí)別算法在理解與研究上將會(huì)更加便捷。

二、字符識(shí)別方式概述

對(duì)于黑板字符的識(shí)別我們基于MATLAB對(duì)圖像的處理方法設(shè)計(jì)了獨(dú)到的方式，摒棄了以往停留在二維圖像上的傳統(tǒng)識(shí)別方式，將所有收集到的信息進(jìn)行基于積分和微分的升維處理，進(jìn)行三維的建模和檢索，從而克服了以往識(shí)別不準(zhǔn)確和速度慢的問題。其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1.圖像收集

對(duì)書寫在電子白板上的信息進(jìn)行收集，在單片機(jī)的加持下，將整個(gè)黑板的實(shí)時(shí)信息以圖片的形式收集并反饋至處理器。

2.圖像處理

收集到圖像信息以后，通過MATLAB強(qiáng)大的圖像處理功能將整個(gè)畫面圖像先后轉(zhuǎn)化為灰度圖像和二至圖像，由灰度圖像收集字符顏色，以便隨后還原。

3.形態(tài)學(xué)處理腐蝕膨脹

接下來對(duì)所收集到的二值圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)的膨脹和腐蝕，進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理，為圖像分割打下基礎(chǔ)。

4.邊緣檢測(cè)

在對(duì)二值圖像分析處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行操作，使對(duì)象的輪廓變得光滑，斷開狹窄的間斷和移除細(xì)小的突出物。

5.分割圖像

將原圖片按照邊緣檢測(cè)的結(jié)果分割圖像，并統(tǒng)一圖像像素。

6.旋轉(zhuǎn)圖像進(jìn)行升維投影

將分割完成的圖像放置于坐標(biāo)軸中，擬合為函數(shù)組，并對(duì)已經(jīng)分割完成的圖像同時(shí)進(jìn)行積分和微分的操作，收集新的函數(shù)，填充并求得重心，這樣對(duì)于該字體在這個(gè)角度的處理就已經(jīng)完成了。隨后旋轉(zhuǎn)分割完成的圖像，重復(fù)以上步驟，將得到新的圖像的重心與上一圖像的重心疊加，旋轉(zhuǎn)新圖像使新圖像和舊圖像之間的夾角和旋轉(zhuǎn)字體的夾角相同。再次重復(fù)以上步驟，便可得到一個(gè)完整的三維立體圖形。

7.數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和比較

在步驟6的基礎(chǔ)上，對(duì)新的三維圖像進(jìn)行建模，錄入數(shù)據(jù)庫(kù)并檢索，所得相似度最高的便為匹配對(duì)象，將其輸出。

三、數(shù)據(jù)庫(kù)搭建

圖像數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示與管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢索與操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)四部分組成。圖像數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)處理的對(duì)象包括圖像數(shù)據(jù)、圖面、圖形數(shù)據(jù)、一般文字、數(shù)字等。數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)從模式數(shù)據(jù)取出計(jì)算機(jī)所能利用的信息。數(shù)據(jù)檢索與操作系統(tǒng)完成這些應(yīng)用系統(tǒng)所必需的模式數(shù)據(jù)的幾何學(xué)的、地理學(xué)的運(yùn)算、處理和檢索，反映形狀或構(gòu)造的數(shù)據(jù)的檢索與操作。數(shù)據(jù)表示與管理系統(tǒng)將模式數(shù)據(jù)預(yù)先變換成適合于檢索與操作的形式，并完成合理的存儲(chǔ)與管理功能，以適應(yīng)龐大的數(shù)據(jù)量和二維特性。

四、總結(jié)與期望

在實(shí)驗(yàn)過程中，我們運(yùn)用升維投影法和MATLAB算法對(duì)字符進(jìn)行處理。運(yùn)用積分微分算法和迭代算法來處理和改變信息在空間中的維度，通過對(duì)維度的改變達(dá)到更準(zhǔn)確、更迅速地識(shí)別字符的效果。實(shí)驗(yàn)表明，MATLAB憑借其強(qiáng)大的圖像處理和運(yùn)算能力，使得在實(shí)際運(yùn)用中該算法相對(duì)于其他算法在對(duì)目標(biāo)對(duì)象的分析處理上更加準(zhǔn)確，識(shí)別過程也更加清晰快速。

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Abstract：The interactive electronic whiteboard was first invented by Canada's SMART Technologies Inc in 1331.Its earliest use was in meetings and training， and later in education.In China， with the gradual transformation of education to digitalization and intelligence， a new generation of intelligent teaching AIDS such as electronic whiteboard is gradually popular in schools across the country.However， the development of a series of software matching these facilities is relatively deficient， which directly limits the role of new equipment.This paper proposes a new teaching-based handwritten input method for interactive electronic whiteboard.

Key words：dimension raising projection、character recognition、MATLAB、electronic whiteboard

責(zé)任編輯：于蕾