CN2371607Y

CN2371607Y - 电子摄像词典

Info

Publication number: CN2371607Y
Application number: CN 99235920
Authority: CN
Inventors: 李铁才
Original assignee: SANGXIA COMPUTER AND ARTIFICIAL INTELLIGENCE DEVELOPMENT CO LTD SHENZHEN CITY
Current assignee: SANGXIA COMPUTER AND ARTIFICIAL INTELLIGENCE DEVELOPMENT CO LTD SHENZHEN CITY
Priority date: 1999-05-05
Filing date: 1999-05-05
Publication date: 2000-03-29
Anticipated expiration: 2009-05-05

Abstract

本实用新型涉及一种电子词典。它包由CPU芯片、LCD模块、键盘控制模块、图像DMA模块、数据RAM等单元电路组合而成,其特征在于使用CMOS图象传感器和微型近摄镜头,构成一体化的结构,摄像窗口罩着待输入的文字图象,摄取该文字图象,进行软件识别和解释,然后将文字翻译成其它选定的文字显示在LCD液晶屏幕上。本实用新型与现有技术相比,具有体积更小,结构更简单,成本更低,功率损耗更小的特点。

Description

电子摄像词典

本实用新型涉及一种电子词典。

电子词典具有词典功能、记事功能、资料查询功能、游戏功能和通讯功能。现有技术的电子词典单词的输入方法，大多采用硬件键盘输入的方法，这种方法输入速度慢。如果用户在阅读过程中需要查某单词，例如：英文单词的中文翻译时，需要首先记住这个单词的全部字母，然后逐个用键盘输入电子词典，很费时间和累人，特别是生词太长不易记忆，有时甚至要重复看几遍才能打完一个单词，使用户阅读的思路被打乱或干扰。语音输入是另一种输入单词的方法，但这种方法还不成熟，易受环境背景噪声干扰。方言、语调、语速、词汇量都严重影响识别的准确和速度，目前无法在电子词典产品中使用。CCD扫描输入传感器已经被用来作为扫描输入纸上文字的工具，这种方法比键盘输入方法方便、简捷，但是，这种方法有缺点，需要用户徒手拖拉进行扫描，用户无法准确地判断扫描的起点和终点，徒手扫描又不容易走直线，从而使扫描得到的图象弯弯扭扭，影响输入单词的识别准确性。CCD扫描输入传感器的另一个问题是器件从原理上需要使用较高的电压，例如8伏，工作电流达几十毫安，功率损耗比较大，所以使用CCD传感器的电子字典一般只有单一的词典功能，它不适合与传统的、频繁使用的电子字典共存。所以目前市场上的扫描词典仅仅提供扫描输入文字，然后进行翻译这样的唯一功能。CCD扫描输入传感器的另一个问题是，必须使用一个位置传感器来测量用户扫描的距离和速度。这增加了整机复杂程度，增加了生产成本，更难实现微型化。

本实用新型的目的是要提供一种克服上述现有技术的不足，进而解决定位问题和图象稳定性问题，提高可靠性和适用性，整机结构简单，成本低的摄像电子词典。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：本实用新型是一种使用图象传感器，读取文字图象，进行软件识别和解释，然后将该文字翻译成其它选定的文字并显示在液晶屏幕上，它包由CPU芯片、LCD模块、键盘控制模块、图像DMA模块、数据RAM等单元电路组合而成，其特征在于使用CMOS图象传感器和微型近摄镜头，构成一体化的结构，，摄像头正对文字图象窗，摄像窗口罩着待输入的文字图象；CMOS图象传感器输出的模拟图象信号Vin通过硬件二值化电路实现图象信号的二值化，所述的二值化电路由一个电压比较器和一个积分器构成；Vin信号经R₂C₂组成的无源滤波器，滤除高频干扰脉冲后送电压比较器的同相输入端，通过积分器，提取Vin图象信号的平均分量，然后联接到比较器的反相输入端。

本实用新型的摄像窗口的同一表面上装有一个红外发光接收组件，当摄像窗口罩着纸面，或接近纸面，红外发光元器件发出的红外光通过纸面反射到接受器，从而产生输出信号的跳变，该信号启动照明发光元件，照亮整个摄像窗口；反之，当摄像窗口离开纸面，接受器产生相反的跳变，控制照明发光元件关闭。与CMOS图象传感器输出同步信号连接的16位80C51XA-G3单片机，其控制信号连接DAM时序控制器，实现了以单片机为核心的高速DMA处理，将串行图像信号变换成8位并行图像信号并存入RAM，所述单片机主机地址总线、主机数据总线连接图象RAM。至所述单片机主机总线低八位由按键开关通过锁存器输入，按键开关连接地址总线。

本实用新型中总线驱动器连接一开关型触摸屏，开关型触摸屏数据接口电路使用一个三态总线驱动器电路，总线驱动器输出接电子字典电路的数据总线，数据总线的宽度可以是16位或8位方式；总线驱动器的每个输入端接一个上拉电阻至Vcc电源正极，同时逐个并联到开关型触摸屏的垂直电极；而将电子词典电路的地址总线接到开关型触摸屏的水平电极上，若地址总线是16位的，数据总线也是16位的，则开关型触摸屏的开关总数为16*16位，也即256位，通过逐行改变地址总线的电平，E₁是低电平有效的数据有效控制端口，在E₁低电平时选中开关型触摸屏并读取数据总线上的键盘数据。

本实用新型中80C51XA-G3单片机通过高速模拟开关分别连接到24MHZ和3.2MHZ石英晶体，所述的80C51XA-G3单片机和LCD的工作电压通过MOS开关电路切换电压升降电路。

本实用新型与现有技术相比，具有体积更小，结构更简体，成本更低，功率损耗更小的特点。

本实用新型的附图说明如下：

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型硬件二值化电路图。

图3是本实用新型红外发光接受组件示意图。

图4是本实用新型图象DMA电路图。

图5是本实用新型文字图象识别软件的程序框图。

图6是本实用新型键盘控制电路图。

图7是本实用新型光标键盘程序框图。

图8是本实用新型光标键盘示意图。

图9是本实用新型开关型触摸屏数据接口电路图。

图10是本实用新型双时钟双电源管理电路图。

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步详细的描述：如图1所示，本实用新型采用CMOS图象传感器来输入文字图象，其特征是，电子词典内装CMOS图象传感器和微型近摄镜头1，构成一体化结构。镜头2对准摄像窗口3，通过摄像窗口3罩着待输入的文字图象，电子词典4可以在不作任何位移的情况下，准确无误地摄取罩着的文字图象，然后进行软件识别和解释，最后将文字翻译成其它选定的文字显示在液晶屏幕5上，通过操作按键6可进行调节。很明显，本实用新型解决了定位问题，解决了读取图象的稳定性问题。又由于CMOS图象传感器工作电压低，例如3.6伏或2.7伏，电流在1mA左右，所以功率损耗比CCD传感器下降数十倍，可以作为传统的电子词典的一种扩展功能与电子字典其它各种功能共存。又由于CMOS图象传感器是面阵的，不必使用位置传感器，减化了整机机构，降低了生产成本，更容易实现微型化。本实用新型典型实施例的尺寸84*45*20，几乎比传统CCD结构产品小一倍。一般人全认为CCD扫描方式能输入更长的单词，其典型产品的扫描区域是高6mm，扫描长度为400mm。本实用新型典型实施例的摄像窗的尺寸是高8mm，长40mm。与CCD扫描区域相比较长度方向小很多。但不难发现，字高6mm-4mm的任何文字，例如英文单词，其长度不会超过30mm-40mm。所以本实用新型摄像输入范围是实际的有效的范围，也即，对于字高4mm-6mm的单词输入而言，长度范围30mm-40mm已经足够。而这种尺寸选择使摄象电子词典的微型化有了保证。采用国产的M10低成本CMOS摄像头芯片，与CCD图像传感器相比，具有成本低、功耗小、工作电压低和容易与普通CMOS电路匹配等特点。它的另一个突出优点是极大地简化了机械结构，从而降低了整机的成本。但M10也有缺点，如清晰度差，自动增益、自动曝光电路无法直接使用的问题。M10工作电压4.5V，电流2mA，有复合视频输出，帧、行同步信号和时钟信号输出。近摄镜头对0.5微光具有选择性，几何失真小于0.2％，焦距400mm，视场45×45，景深mm，可满足电子摄像的要求。摄像头照明采用波长为0.5微米的红色LED，光源由10个高亮度均匀线性分布的LED组成。工作电流为15mA，电压为4.5V，效率高、体积小。

由CMOS图象传感器摄取的模拟图象信号含有实际图象信号的各种分量，例如，反映文字图象的信号分量，反映纸张背景的信号分量，以及反映一幅版面明暗变化的信号分量。要从此模拟信号(Vin)中解析出仅仅反映文字与纸张背景的二值化信号是一件十分困难的工作。目前，二值化处理常采用软件方法来实现，为保证速度和精确度的要求，对微处理器MPU速度要求很高，甚至需要采用DSP硬件的支持。这会导致硬件成本和功耗增加，使软件的复杂程度增加，运行速度降低。本实用新型采用如附图2所示的硬件二值化电路来实现图象信号的二值化。该二值化电路由一个电压比较器7和一个积分器8构成；Vin信号经R₂C₂组成的无源滤波器，滤除高频干扰脉冲后送比较器7的同向输入端，Vin信号通过积分器8，提取图象信号的平均分量，然后联接到比较器7的反向输入端，所以，当图象Vin大于平均分量时比较器输出高电平，当图象信号Vin小于平均分量时比较器输出低电平，由于图象信号的平均分量代表一幅图象版面的背景变化量，于是比较器7的输出反映了背景之上的变化，也即反映了图象信号中的文字信息。这种方法对干扰光线影响不敏感，提高了可靠性和适应性，生产成本很低，又由于减化了软件从而提高了速度。

本实用新型还设计了一种自动照明电路，如附图3所示。在摄像窗口的同一平面上装有一个红外发光接收组件12，当摄像窗口罩着纸面13，或接近纸面13，例如1-2毫米，红外发光元器件11发出的红外光通过纸面13反射到接受器12，从而产生输出信号的跳变，该信号启动电子词典中的照明发光元件，照亮整个摄像窗口；反之，当摄像窗口离开纸面13，接受器12产生相反的跳变，电子词典电路控制照明发光元件关闭，这就自动控制了照明。由于仅仅在需要摄取图象时，才点亮摄像窗口，所以比较省电，且照明控制是自动的，操作十分方便。

如图4所示，本实用新型采用PHILIPS生产的80C51XA-G3单片机，该单片机为16位单片机，高速达30MHZ，低电压、低功率损耗可2.7V工作。其综合性能相当于386EX，是目前16位单片机中性能最高的芯片之一。XAG3单片机还有很多优点。如实时多任务，寻址能力强，丰富的指令集等。可以较好地满足了本产品的要求。图象后处理电路工作频率高，要求低功耗。经反复试验，实现了如图4所示的以单片机为核心的高速DMA处理，顺利地将串行图像信号变换成8位并行图像信号并存入RAM。在传统图像处理产品中，常采用DSP高速信号处理电路或RASIC芯片，工作频率高，功耗大，成本高，在本项目中无法采用。我们设计的非同步DMA硬件电路，可以用3.2M时钟的单片机来控制17.3M时钟频率的DMA电路，对高速图像信号进行载入。上述图像后处理电路已经形成两颗半定制ASIC芯片，将原来20个74系列中的规模电路集成到1个CPLD芯片中。

如图5所示，程序说明，当用户将电子摄象词典接近待摄纸张后，并且按下开始摄像的按键，即进入文字识别软件模块。该软件先通过DMA读取图象RAM的图象数据，然后对数据进行平滑和去噪声处理，并进行英文字符识别(OCR识别)，该识别过程是一个复杂的过程并有许多已有技术支持。当英文字符识别获得结果后，该结果是若干个特征接近的英文字符串，本实用新型将进一步通过字典进行检索与校正处理，并确识唯一的英文单词识别结果。同时作好将结果送LCD显示的准备。如图6、图7、图8所示，为了减小本实用新型装置的体积，本实用新型电子词典既不安装硬件键盘，又不安装触摸屏，采用软件实现的光标键盘，其特征是：通过光标移动使屏幕显示的键盘中的某一个任意位置的键位反显，当用户按下确认键，则当前反显的键位被确认为按下，从而实现了软件光标键盘对硬件键盘的替代。由于采用上述光标键盘技术。本实用新型实施例只需上，下，左，右，确认，清除，开始摄像，电源，共8个功能键，就能保证英文和汉字的输入。

如图9所示，作为本实用新型的一个技术延伸，也可以采用开关型触摸屏，传统的开关型触摸屏需要占用MPU的很多I/O端口，例如16*16位开关型触摸屏需要32个I/O端口，所以一般需要增加4片8位扩展I/O芯片来增加32位I/O端口。本实用新型采用如图9所示的开关型触摸屏数据接口电路。该电路仅仅使用一个三态总线驱动器电路10，仅仅占用一个硬件地址空间；电路中，总线驱动器1O输出接电子字典电路的数据总线(DADA BUS)，数据总线的宽度可以是16位或8位方式；总线驱动器10的每个输入端接一个上拉电阻至Vcc电源正极，同时逐个并联到开关型触摸屏9的垂直电极；而将电子词典电路的地址总线接到开关型触摸屏的水平电极上，若地址总线是16位的，数据总线也是16位的，则开关型触摸屏9的开关总数为16*16位，也即256位。通过逐行改变地址总线的电平，E₁是低电平有效的数据有效控制端口，在E₁低电平时选中开关型触摸屏并读取数据总线上的键盘数据，所以，这数据可以区别256位键中任何一个或任何几个键被按下的状态。由于本实用新型开关触摸屏9的数据线与MPU数据总线、地址总线共用，不占用MPU其它任何I/O端口，大大简化了硬件结构，降低了生产成本。

由于文字图象识别软件很复杂，需要高速MPU以最高时钟频率运行，例如24MHZ，甚至更高，而本设计用于普通电子词典模式时，软件复杂程度低，应该降低MPU频率以便减小功耗。MPU功耗与其工作频率成正比，若频率以24MHZ下降到3.2MHZ，功耗将下降7.5倍，另一方面高频工作时(例如24M)，MPU微处理器必须采用高电压(例如3.6伏)，而低频工作时(例如3.2MHZ)，MPU的工作电压可降到2.7伏后，功耗就下降1.37倍，本实用新型采用如图10所示二种不同的工作频率，二种不同的工作电压，当软件工作在复杂的文字图象识别时，硬件电路的工作电压上升，例如3.6伏，同时工作频率相应上升，例如24MHZ，当软件工作在传统电子字典模式时，硬件电路的工作电压下降，例如2.7伏，工作频率下降，例如3.2MHZ。这种设计使功耗减小很多。

本实用新型系用电子词典附加CMOS传感器和微型近摄镜头，一体化结构设计，外型尺寸只有84*45*20(mm)。摄象窗口6*35mm，该摄象电子词典的体积只有目前市场上可见到的CCD笔扫描词典的1/2左右。由于采用本实用新型硬件二值化电路，无硬件键盘设计，使硬件得以简化，由于采用二种不同频率，二种不同电压，使实施样机的平均功耗在300毫瓦以下。

本实用新型采用无硬件键盘，开关型触摸屏以及电子词典附加CMOS传感器和微型近摄镜头一体化结构设计。由于采用本实用新型开关型触摸屏数据接口电路，减小了硬件电路芯片，从而使硬件成本下降，体积得以减小。

综上所述，作为单词输入的电子词典，本实用新型具有体积更小，结构更简体，成本更低，功率损耗更小的特点。电子词典内装CMOS图象传感器和近摄镜头，构成一体化结构，摄像窗口罩着待输入的文字图象，静止情况下，摄取文字图象信号，从而保证了数据的准确。

Claims

1、一种电子摄像词典，使用图象传感器，读取文字图象，进行软件识别和解释，然后将该文字翻译成其它选定的文字并显示在液晶屏幕上，它包由CPU芯片、LCD模块、键盘控制模块、图像DMA模块、数据RAM等单元电路组合而成，其特征在于电子词典内安装CMOS图象传感器和微型近摄镜头，构成一体化的结构，摄像头正对文字图象窗，摄像窗口罩着待输入的文字图象；CMOS图象传感器输出的模拟图象信号Vin通过硬件二值化电路实现图象信号的二值化，所述的二值化电路由一个电压比较器和一个积分器构成；Vin经信号R₂C₂组成的无源滤波器，滤除高频干扰脉冲后送电压比较器的同相输入端，通过积分器，提取Vin图象信号的平均分量，然后联接到比较器的反相输入端。

2、根据权利要求1所述的电子摄像词典，其特征在于摄像窗口的同一表面上装有一个红外发光接收组件，当摄像窗口罩着纸面，或接近纸面，红外发光元器件发出的红外光通过纸面反射到接受器，从而产生输出信号启动照明发光元件。

3、根据权利要求1所述的电子摄像词典其特征在于与CMOS图象传感器输出同步信号连接的16位80C51XA-G3单片机，其控制信号连接DAM时序控制器，实现了以单片机为核心的高速DMA处理，将串行图像信号变换成8位并行图像信号并存入RAM，所述单片机主机地址总线、主机数据总线连接图象RAM。

4、根据权利要求4所述的摄像电子词典，其特征在于所述单片机主机总线低八位通过锁存器与按键开关连接，按键开关的另一端连接地址总线。

5、根据权利要求4所述的电子摄像词典，其特征在于总线驱动器连接一开关型触摸屏，开关型触摸屏数据接口电路使用一个三态总线驱动器电路，总线驱动器输出接电子字典电路的数据总线，数据总线的宽度可以是16位或8位方式；总线驱动器的每个输入端接一个上拉电阻至Vcc电源正极，同时逐个并联到开关型触摸屏的垂直电极；而将电子词典电路的地址总线接到开关型触摸屏的水平电极上，若地址总线是16位的，数据总线也是16位的，则开关型触摸屏的开关总数为16*16位，也即256位，通过逐行改变地址总线的电平，E₁是低电平有效的数据有效控制端口，在E₁低电平时选中开关型触摸屏并读取数据总线上的键盘数据。

6、根据权利要求1或4所述的电子摄像词典，其特征在于80C51XA-G3单片机通过高速模拟开关分别连接24MHZ和3.2MHZ石英晶体，所述的80C51XA-G3单片机和LCD的工作电压通过MOS开关电路切换电压升降电路。