基于MATLAB和升維投影法的手寫字符識別輸入系統

王思達 劉勇 袁匯靈

摘要：互動式電子白板最早由加拿大SMART Technologies Inc在1331年發明。其最早的用途是會議與培訓，并在隨后進軍到了教育領域。在國內，隨著教育正逐漸向數字化、智能化轉變，諸如電子白板之類的新一代智能教具也正在全國學校中漸漸流行開來。然而，與這些設備設施相匹配的一系列軟件的發展卻相對欠缺，直接限制了新型設備作用的發揮。而本文將提出一種全新的基于教學的適用于交互式電子白板的手寫輸入方式。

關鍵詞：升維投影 字符識別 MATLAB 電子白板

中圖分類號：TP183 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1009-5349（2019）06-0256-02

一、現狀及背景

隨著科技時代的發展以及人們的需求，字符識別技術正在被廣泛應用于各種領域，而領域的發展也帶動了技術的革新。現如今，與字符識別相關的技術與算法層出不窮，比如SVM、OCR、CSG等。但是這些技術在應用上各有千秋，但我們認為基于MATLAB與升維投影所開發出的，適用于電子白板等電子設備的的字符識別算法在理解與研究上將會更加便捷。

二、字符識別方式概述

對于黑板字符的識別我們基于MATLAB對圖像的處理方法設計了獨到的方式，摒棄了以往停留在二維圖像上的傳統識別方式，將所有收集到的信息進行基于積分和微分的升維處理，進行三維的建模和檢索，從而克服了以往識別不準確和速度慢的問題。其具體實現步驟如下：

1.圖像收集

對書寫在電子白板上的信息進行收集，在單片機的加持下，將整個黑板的實時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強大的圖像處理功能將整個畫面圖像先后轉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.形態學處理腐蝕膨脹

接下來對所收集到的二值圖像進行形態學的膨脹和腐蝕，進行形態學處理，為圖像分割打下基礎。

4.邊緣檢測

在對二值圖像分析處理的基礎上進行操作，使對象的輪廓變得光滑，斷開狹窄的間斷和移除細小的突出物。

5.分割圖像

將原圖片按照邊緣檢測的結果分割圖像，并統一圖像像素。

6.旋轉圖像進行升維投影

將分割完成的圖像放置于坐標軸中，擬合為函數組，并對已經分割完成的圖像同時進行積分和微分的操作，收集新的函數，填充并求得重心，這樣對于該字體在這個角度的處理就已經完成了。隨后旋轉分割完成的圖像，重復以上步驟，將得到新的圖像的重心與上一圖像的重心疊加，旋轉新圖像使新圖像和舊圖像之間的夾角和旋轉字體的夾角相同。再次重復以上步驟，便可得到一個完整的三維立體圖形。

7.數據的統計和比較

在步驟6的基礎上，對新的三維圖像進行建模，錄入數據庫并檢索，所得相似度最高的便為匹配對象，將其輸出。

三、數據庫搭建

圖像數據庫系統由數據輸入系統、數據表示與管理系統、數據檢索與操作系統和應用系統四部分組成。圖像數據庫系統處理的對象包括圖像數據、圖面、圖形數據、一般文字、數字等。數據輸入系統從模式數據取出計算機所能利用的信息。數據檢索與操作系統完成這些應用系統所必需的模式數據的幾何學的、地理學的運算、處理和檢索，反映形狀或構造的數據的檢索與操作。數據表示與管理系統將模式數據預先變換成適合于檢索與操作的形式，并完成合理的存儲與管理功能，以適應龐大的數據量和二維特性。

四、總結與期望

在實驗過程中，我們運用升維投影法和MATLAB算法對字符進行處理。運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，通過對維度的改變達到更準確、更迅速地識別字符的效果。實驗表明，MATLAB憑借其強大的圖像處理和運算能力，使得在實際運用中該算法相對于其他算法在對目標對象的分析處理上更加準確，識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

責任編輯：于蕾