CN205451106U - 手写满文字母采集系统 - Google Patents

Abstract

一种手写满文字母采集系统，属于数据采集领域，用于解决现有手写满文字母库建立，通过文献扫描或手写扫描而导致的字母样本少、数据库不完整或预处理、整理量大的问题，技术要点是：包括：触摸屏、输入控制模块及通信模块，触摸屏与输入控制模块连接；所述输入控制模块包括：ARM控制模块、SRAM存储模块及SD卡；ARM控制模块的输入端分别与SRAM存储模块、SD卡连接，ARM控制模块的输出端与通信模块连接，通信模块与上位机连接。效果是：能够便捷地采集手写满文字母，数字化后建立一个完整的手写满文数据库，以便于后期对手写满文识别和手写满文输入法的研究。

Description

手写满文字母采集系统

技术领域

本实用新型属于数据采集领域，具体涉及一种手写满文字母采集系统

背景技术

满语作为一种古老的语言之一，是一种极具代表的少数民族文字，满文的手写识别和手写输入法具有广泛的市场应用前景，因此，满语的信息化研究具有非常重要的意义。目前汉字的联机手写识别已满足实用化需求，英文和数字的脱机手写识别产品也已经很成熟，但是圈点满文的手写文字识别尚待研究。要想识别处理满语文字，需要做大量的基础工作，第一步就是对满文矢量字库的建立。目前没有一个完整的手写满文字母库，对于手写满文字母库的建立，目前有以下几中方案：

第一种是研究人员将各种手写满文文献扫描到计算机中，通过对图片的预处理，包括倾斜校正、行列切分，再将得到的满文单词进行切分，得到满文字母集合，经研究人员整理后得到满文库。这种方案的不足之处在于：由于文献量不足，得到的满文字母样本量很少，导致建立的满文库不是很完整。

第二种是研究人员找工作人员在纸上书写满文，然后再将书写好的纸质满文扫描到计算机中，经过研究人员整理后制作成手写满文库。这种方案解决了方案一样本量少的不足，但是这种方案需要大量工作人员来书写，另外书写人将满文书写在纸上，对比直接在屏幕上书写并数字化，此方案后期将需要大量的预处理和整理的工作。

因此，针对以上问题，必须开发出一种可以完整采集满文字母并且直接数字化的手写满文字母采集系统。

实用新型内容

为了解决现有手写满文字母库建立，通过文献扫描或手写扫描而导致的字母样本少、数据库不完整或预处理、整理量大的问题。本实用新型提供了一种手写满文字母采集系统，其能够便捷地采集手写满文字母，数字化后建立一个完整的手写满文数据库，以便于后期对手写满文识别和手写满文输入法的研究。

为了实现上述目的，本实用新型方案的技术要点是：一种手写满文字母采集系统，包括：触摸屏、输入控制模块及通信模块，触摸屏与输入控制模块连接；所述输入控制模块包括：ARM控制模块、SRAM存储模块及SD卡；ARM控制模块的输入端分别与SRAM存储模块、SD卡连接，ARM控制模块的输出端与通信模块连接，通信模块与上位机连接。

进一步的，触摸屏采集并同步显示手写输入满文字母，ARM控制模块对触摸屏采集的满文字母图像预处理，并对预处理后的满文字母图像数据提取特征值，通信模块将ARM控制模块提取的特征值发送至上位机；SARM存储模块用于扩展ARM控制模块的内存，SD卡存储触摸屏采集的满文字母图像。

进一步的，所述的系统还包括供电模块，所述供电模块为系统供电。

进一步的，所述的供电模块包括将直流电源转换为5V的MP2359芯片和将5V转换为3.3V的AMS1117-3.3芯片。

进一步的，所述ARM控制模块是STM32F407ZGT6芯片。

进一步的，所述触摸屏是ATK-7’TFTLCDV2模块。

进一步的，所述SRAM存储模块是IS62WV51216芯片。

有益效果：鉴于目前没有完整的满文手写字母库，通过本系统采集，可以方便地建立一个多样本完整的满文手写字母库，同时对采集后的字母图像进行特征提取并通过通信模块发送到上位机用于训练。对比传统的利用上位机建立满文手写字母库的方式。该系统以手写输入满文字母的方式，利用嵌入式搭载触摸屏便捷地进行采集并数字化，构成简单，操作便捷，成本低廉，能够准确、实时显示手写输入的满文字母并进行保存。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的TFT触摸屏模块对外接口原理图；

图3为本实用新型的系统界面设计框图；

图4为本实用新型的TFT触摸屏数据读取程序流程图；

图5为本实用新型的MCU(STM32F407ZGT6)与TFT触摸屏的电路连接图；

图6为本实用新型的电源供电电路图；

图7为本实用新型的MCU(STM32F407ZGT6)与外扩SRAM芯片的电路连接图；

图8为本实用新型的SD卡接口电路图；

图9为本实用新型的MCU(STM32F407ZGT6)及其外围电路的电路图；

图10为本实用新型的通信模块电路图；

图11为本实用新型的通信程序流程图。

具体实施方式

实施例1：一种手写满文字母采集系统，包括：触摸屏、输入控制模块及通信模块，触摸屏与输入控制模块连接；所述输入控制模块包括：ARM控制模块、SRAM存储模块及SD卡；ARM控制模块的输入端分别与SRAM存储模块、SD卡连接，ARM控制模块的输出端与通信模块连接，通信模块与上位机连接。

触摸屏采集并同步显示手写输入满文字母，ARM控制模块对触摸屏采集的满文字母图像预处理，并对预处理后的满文字母图像数据提取特征值，且其还控制触摸屏同步显示输入的满文字母，通信模块将ARM控制模块提取的特征值发送至上位机；SRAM存储模块用于扩展MCU内存，SD卡存储触摸屏采集的满文字母图像。

实施例2：一种手写满文字母采集系统，包括：触摸屏、输入控制模块、用于将提取特征值发送至上位机的通信模块，触摸屏与输入控制模块连接；所述输入控制模块包括：用于将触摸屏采集的满文字母图像预处理，并对预处理后的满文字母图像数据提取特征值的ARM控制模块、用于扩展MCU内存的SRAM存储模块、存储触摸屏采集的满文字母图像的SD卡；ARM控制模块的输入端分别与SRAM存储模块、SD卡，ARM控制模块的输出端与通信模块连接。

实施例3：具有与实施例1或2相同的技术方案，更为具体的是：本实施例中所述的手写满文字母采集系统还包括供电模块，所述供电模块为系统供电。在本实施例中，对于该手写满文字母采集系统中各个模块的具体选型进行说明：所述的供电模块包括将直流电源转换为5V的MP2359芯片和将5V转换为3.3V的AMS1117-3.3芯片。所述ARM控制模块是STM32F407ZGT6芯片。所述触摸屏是ATK-7’TFTLCDV2模块。所述SRAM存储模块是IS62WV51216芯片。

实施例4：具有与实施例1或2或3相同的技术方案，更为具体的是：本实施例结合附图，对实施例1、2、3中的各系统的技术方案作进一步补充说明，图1为本实施例的手写满文字母采集系统的整体结构示意图。如图1所示，其包括触摸屏、输入控制模块、通信模块。触摸屏用于系统界面和满文字母手写的输入采集与显示；输入控制模块用于控制触摸屏同步显示以及数据转换处理，该输入控制模块与触摸屏连接；通信模块用于将满文字母图像处理后提取的特征值发送到上位机保存，用于后期训练。本系统的工作原理为，用户首先需要在触摸屏左侧，选择要采集的满文字母。然后通过触摸屏将需要采集的满文字母在屏幕右侧方框内进行手写输入，再由输入控制模块完成对输入满文字母的采集、触摸屏同步显示、满文字母图像的特征处理、特征数据的存储等，然后通过通信模块实现数据传送，将满文字母的特征数据传到上位机。

对于该系统中的各元器件的使用，本实用新型在现有技术中进行了选型，下面详细介绍各个元器件的原理和使用方法：

1、触摸屏

本实施例中的触摸屏1采用7寸TFTLCD电容触摸屏，其型号为ATK-7’TFTLCDV2：LCD驱动采用SSD1963方案，电容触摸屏驱动采用FT5206，LCD屏使用群创AT070TN92屏，触摸屏采用定制电容触摸屏。该模块屏幕分辨率为800×480，16位真彩显示，芯片直接自带GRAM。

ATK-7’TFTLCDV2电容触摸屏模块通过34(2×17)个引脚同外部连接，对外接口原理图如图2所示。对应引脚功能详细描述如表1所示。从表中可以看出，在16位模式下：LCD控制器总共需要21个IO口驱动(不包括TE信号)，电容触摸屏需要4个IO口驱动，这样整个模块需要25个IO口驱动。TE是撕裂效应信号，是LCD控制器反馈给MCU的信号，用于指示LCD控制器的显示状态。在非显示周期内，TE信号为高。本信号使MCU通过观察非显示周期发送的数据，以避免撕裂。

表1.ATK-7’TFTLCDV2模块引脚说明

1.1、TFT触摸屏的实时显示

触摸屏的实时显示分为两个部分，分别是：启动界面和系统运行界面。启动界面将会停留3秒后进入系统运行界面。如图3系统界面设计框图所示，系统运行界面分为控制显示、手写输入实时显示、字母图像处理显示。控制显示区域位于界面左侧，大小为360×430，在这个区域用于显示满文字母的选择框、控制按键和存储路径，在每次触摸到选择框或按键时，系统会刷新一次控制区域的显示。存储路径显示区域用来显示存储路径字符串，每一次控制区域显示刷新的时候会先将字符串数组更新一遍。手写输入实时显示位于界面右侧，大小为385×385。当在此区域书写时，系统会记录当下的触摸点坐标和上一个触摸点坐标，然后在这两个坐标间画一条黑色粗线。在画线过程中，首先要分析这两个点在X轴或者在Y轴上的增量是否小于线的宽度，如果小于线的宽度，则可以视为直线处理，取这两点在单轴上的平均值作为这个轴的坐标，对应另一个轴的长度画一条直线；如果在X轴和Y轴上的增量都大于线的宽度，则对这组坐标不做处理，直接对这两点进行画粗线。通过这种方法，可以在书写过程中实时显示手写输入轨迹，同时可以使得显示的手写字母横平竖直，笔画明显，呈现出很好的显示效果。

字母图像处理显示部分由5个64×64的方框组成，位于系统界面右上部分。当书写完成后，系统会将触摸输入的有序轨迹进行一些预处理，预处理主要包括归一化、平滑、直线生成、重采样后直线生成，这四种预处理后的图像分别在前4个方框中显示。由于不同的书写风格会导致字体大小不同，因此需要对输入轨迹进行归一化处理，这里将样本进行线性缩放的方法归一化为64×64像素；平滑、直线生成、重采样后直线生成主要是为后续8方向特征提取做准备，第5个方框为8方向特征提取时的切割图，通过这个区域的显示可以使图像处理的过程更加直观。

1.2、TFT触摸屏控制区域的设置

如图5左侧所示，控制区域包含两部分，一部分是满文字母选择区域，另一部分是手写输入控制区域。满文字母选择区域一共分为三级，第一级为“字母类别”，由6个选择框组成；第二级为“字母样式”，由4个选择框组成；第三级和第一级相关联，当第一级“字母类别”改变，对应第三级“字母”也会改变，第三级由24个选择框组成。当触摸到相应选择框，该选择框会变为蓝色，系统记录选择信息，并改变数据库的存储路径。手写输入控制区域设置了适应人工书写控制的两个功能，分别是清屏、确认采集。当触摸到相应位置的时候，相应位置的按键颜色会由深蓝变为浅蓝，并切换到相应的功能。不同的功能有不同的效用，当点击清屏按键的时候，右侧手写输入区域和图像处理显示区域会变为白色，重新等待书写；当点击确认采集时，系统会将右侧手写区域图像保存到之前在满文字母选择区域设置好的数据库存储路径当中，存储的同时对图像进行处理，并将处理之后的图像显示在图像处理显示区域，得到的特征值通过通信模块发送。

1.3、TFT触摸屏的手写输入信号的采集

TFT触摸屏上手写输入数据的采集主要由输入控制模块完成，其数据读取程序流程如图4所示，当书写笔或手指在手写输入区域划动的时候，输入控制模块从TFT触摸屏读取几对相应的值，并对这些值进行滤波，去除干扰较大的点的值。由于ATK-7’TFTLCDV2自带处理模块，所以从触摸屏读取的点坐标基本都是稳定值，这里为了保险在程序中仍然加入了滤波程序。得到位置坐标后，将触摸点的位置坐标保存到两个16位无符号整形数组中，两个轨迹数组分别记录触摸点对应的X坐标和Y坐标集合，完成手写输入信号的采集。

2、输入控制模块

输入控制模块主要包括STM32F407ZGT6及其外围电路。STM32F407ZGT6处理器采用ARMCortex^TM-M4内核为核心。ARMCortex^TM-M4是32位MCU，带有FPU单元，有210DMIPS，多达1MBFLASH/192+4KBRAM，USBOTGHS/FS，Ethernet,17个定时器，3个ADC，15个通讯接口和一个摄像口，主频高达168MHz。该处理器是由ARM专门开发的最新嵌入式处理器，可以满足需要有效且易于使用的控制和信号处理功能混合的数字信号控制市场。以STM32F407ZGT6为核心的输入控制模块包括连接触摸屏电路、电源电路、连接外扩SRAM电路、SD卡接口电路及构成最小系统所需的外围电路。

图5为MCU与TFT触摸屏的电路连接图。LCD接口连接在STM32F407ZGT6的FSMC总线上面，可以显著提高LCD的刷屏速度。T_MISO/T_MOSI/T_PEN/T_CS用来实现对液晶触摸屏的控制，LCD_BL则控制LCD的背光。液晶的复位和MCU公用一个复位电路。

图6为系统的电源供电电路图。图中，共有2个稳压芯片：U4/U5，DC_IN用于外部直流电源输入，经过U4DC-DC芯片转换为5V电源输出，其中D1是防反接二极管，避免外部直流电源极性搞错的时候，烧坏系统。K1为开发板的总电源开关。U5为3.3V稳压芯片，给系统提供3.3V电源。

图7为MCU与外扩SRAM芯片的电路连接图。图中U2为外扩的SRAM芯片，型号为：IS62WV51216，容量为1M字节，芯片挂在STM32F407ZGT6的FSMC上。MCU芯片本身有192K字节内存，通过外扩的SRAM芯片使得系统内存得到了大大的扩展。

图8为系统的SD卡接口电路图。SD卡采用4位SDIO方式驱动，最大速度可以达到24MB/S。图中：SDIO_D0/SDIO_D1/SDIO_D2/SDIO_D3/SDIO_SCK/SDIO_CMD分别连接在MCU的PC8/PC9/PC10/PC11/PC12/PD2上面。

如图9所示，STM32F407ZGT6及其外围电路的电路图，如复位电路、外部时钟电路、启动模式设置电路及JTAG下载电路。

3、通信模块

通信模块采用CH340G芯片作为USB转串口芯片。STM32F407ZET6利用其全双工串行USRT接口，连接CH340G异步传输总线，可以将满文字符特征序列发送到上位机。如图10所示，STM32F407ZET6通过PA9，PA10接口连接CH340G的TXD，RXD接口。Q3和Q4的组合构成了系统的一键下载电路。USB_232是一个USB座，提供CH340G和上位机通信的接口。

系统串行通信采用中断的方式。由于系统要等待对手写输入字母进行特征提取后再发送数据，所以通信模块在系统不采集的时候是不工作的，只有当特征提取结束后进入中断，在中断里将采集的特征序列发送，这样大大提高了系统的显示质量和系统的运行效率。其通信流程如图11所示。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种手写满文字母采集系统，其特征在于，包括：触摸屏、输入控制模块及通信模块，触摸屏与输入控制模块连接；所述输入控制模块包括：ARM控制模块、SRAM存储模块及SD卡；ARM控制模块的输入端分别与SRAM存储模块、SD卡连接，ARM控制模块的输出端与通信模块连接，通信模块与上位机连接。

2.如权利要求1所述的手写满文字母采集系统，其特征在于，触摸屏采集并同步显示手写输入满文字母，ARM控制模块对触摸屏采集的满文字母图像预处理，并对预处理后的满文字母图像数据提取特征值，通信模块将ARM控制模块提取的特征值发送至上位机；SRAM存储模块用于扩展ARM控制模块的内存，SD卡存储触摸屏采集的满文字母图像。

3.如权利要求1或2所述的手写满文字母采集系统，其特征在于，还包括供电模块，所述供电模块为系统供电。

4.如权利要求3所述的手写满文字母采集系统，其特征在于，所述的供电模块包括将直流电源转换为5V的MP2359芯片和将5V转换为3.3V的AMS1117-3.3芯片。

5.如权利要求1所述的手写满文字母采集系统，其特征在于，所述ARM控制模块是STM32F407ZGT6芯片。

6.如权利要求1所述的手写满文字母采集系统，其特征在于，所述触摸屏是ATK-7’TFTLCDV2模块。

7.如权利要求1所述的手写满文字母采集系统，其特征在于，所述SRAM存储模块是IS62WV51216芯片。