[发明专利]一种平面化预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及手写识别技术，特别涉及空间手写识别技术中的预处理方法。

背景技术

手写识别技术已经发展了很多年，大体可分为脱机识别和联机识别。脱机手写识别的研究对象是字符图像，是个静态的二维点阵，而联机手写识别的研究对象是按时间顺序依次输入的笔迹点坐标，不但有空间信息，还有时间信息。因为联机识别具有更多的信息，所以在即时输入的场合下，首选联机识别。联机手写识别技术按照书写空间的不同可以分为平面手写识别和空间手写识别，其中平面手写识别已经发展了十数年，一般是用手写笔在手写板上书写，因为其接近人们传统的书写习惯并且技术发展相对成熟，已经成为现阶段手写识别的主流输入方式。虽然平面手写识别符合人们的传统手写习惯，但也具有与生俱来的缺陷：一是手写笔和手写板之间不可避免的有直接接触，从而造成设备磨损；二是输入设备既需要手写笔又需要手写板，增加了设备成本，同时也造成手写设备体积大难于携带；三是书写者需在一个固定书写平面上书写，对书写姿势有约束，容易产生疲劳。因此，空间手写识别的出现和发展成为了手写领域的必然趋势。

目前对空间手写识别的相关研究比较少，相应的专用于空间手写识别的预处理方法也不多见，较之平面手写识别成熟的预处理技术研究基本处于相对空白的状态。一般的预处理包括很多环节，但由于空间手写有其自身的特点，其预处理过程中比平面手写预处理多了一个重要环节，即将手写轨迹由空间字符投影为正确的平面字符，从而回归为平面手写识别问题进一步处理。空间手写识别输入的设备可以是专用的手写笔，也可以是手机等安装有加速度传感器的便携设备，可以保证其书写的自由性。如果是用摄像头捕捉手写轨迹或指定一个书写平面来进行空间手写，则书写的自由性还是受到了很大的约束，例如在演讲或上课时，书写者的书写角度姿势可能会随着讲述内容的推进而变化，如果要求其面朝一个特定方向对一个特定平面进行书写，则不仅容易疲劳，也会影响讲述效果。所以空间手写识别系统应该能够允许书写者的姿势变化，这就需要对空间轨迹到平面轨迹的投影环节进行处理，使得投影平面的选取随着书写姿势变化而产生适应性变化，而投影效果不受影响。

因此，有必要提供一种新型的平面化预处理方法，改善上述空间字符到平面字符的投影效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种空间手写字符到平面字符的投影方法，使得投影平面随着书写者姿势的改变而产生适应性变化，从而给空间手写带来更大的自由性。

本发明的技术方案如下：一种平面化预处理方法，包括以下步骤：

（1）采集空间手写字符轨迹信息：手握三轴加速度传感器进行书写，采集空间手写动作的三维加速度信息序列；

（2）根据加速的信息计算位移信息：根据三维加速度信息序列，经过一次积分，得到速度信息，再对速度信息进行一次积分，得到空间手写识别的位移信息序列；

（3）根据输入的轨迹采样点计算采样点协方差矩阵：输入的轨迹采样点是通过三轴加速度传感器采集到的加速度信息两次积分以后得到的字符轨迹点空间位移信息；一个字符的空间位移信息可以表示为一个3×n的矩阵，其中n为采样点个数，输出该矩阵的协方差矩阵；

（4）计算上述协方差矩阵的特征值及特征向量：计算输出该协方差矩阵的3个特征值及对应的特征向量；

（5）将上一步求得的特征值最小方向确定为z’轴方向：最小特征值为上一步骤中输出的3个特征值中最小的一个，将其对应的特征向量确定为z’轴方向；

（6）根据原z轴和z’轴方向确定x’轴y’轴方向：其中，x’轴确定为同时垂直于z轴及z’轴的方向；y’轴确定为同时垂直于x’轴、 z’轴的方向；

（7）计算坐标变换矩阵：坐标变换矩阵指的是从x、y、z三轴确定的三维直角坐标系变换到x’、y’、 z’三轴确定的三维直角坐标系时所用的变换矩阵；可以通过已知的x、y、z及x’、y’、 z’计算得到；

（8）对采样点进行矩阵变换：用上一步骤计算得到的变换矩阵对输入的轨迹采样点矩阵进行坐标变换，即从x、y、z坐标系变换到x’、y’、z’坐标系；

（9）去除z’轴方向信息完成投影：将上一步骤中变换后所得的矩阵去除z’方向信息，剩下的x’、y’信息即为投影所得平面字符轨迹；

（10）将上一步骤所得字符轨迹在平面中依次描出，输出投影结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 本发明的预处理投影方法能够仅通过手写字符轨迹采样点集本身的统计特征确定投影平面，使其确定的投影平面在书写角度发生变化时也会随之产生适应性变化，以产生最佳的投影效果。从而使书写者能够以更为自由的姿势进行空间手写而不影响识别效果。