專利名稱：具備認(rèn)字、寫字功能的教育機(jī)器人及其文字識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于嵌入式系統(tǒng)、模式識(shí)別與人工智能技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種手寫文字圖像的檢測(cè)切分與識(shí)別處理方法，以及一種手寫文字的智能評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
在漢字書寫教學(xué)的過程中，漢字書寫的質(zhì)量評(píng)判通常都是由人工完成的。用戶尤其是小孩在書寫完漢字以后，需要有及時(shí)的書寫評(píng)價(jià)來對(duì)其書寫漢字的方法進(jìn)行糾正或者評(píng)判，這樣才會(huì)使用戶學(xué)習(xí)漢字書寫更加快速有效，也能讓用戶寫出更規(guī)范更美觀的漢字。然而評(píng)判的角色通常是由家長(zhǎng)或者老師來扮演，這樣會(huì)占用家長(zhǎng)或老師們寶貴的時(shí)間。如果能設(shè)計(jì)一種機(jī)器人幫助用戶學(xué)習(xí)書寫漢字，及時(shí)給出評(píng)價(jià)和指導(dǎo)，這樣就可以為家長(zhǎng)和老師節(jié)省很多時(shí)間，同時(shí)讓用戶在沒有家長(zhǎng)和老師的情況下，也能很好地自學(xué)漢字書寫。本發(fā)明正是出于這種設(shè)計(jì)目的，為學(xué)習(xí)漢字書寫的人群提供一種能認(rèn)字、寫字的漢字書寫教育機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為學(xué)習(xí)漢字的人群提供一種新穎的個(gè)人漢字書寫教育機(jī)器人，通過與機(jī)器人的交互學(xué)習(xí)，大大提高了使用者學(xué)習(xí)漢字的興趣與效率。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種教育機(jī)器人的文字識(shí)別方法。
為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的一，采用的技術(shù)方案如下一種具備認(rèn)字、寫字功能的教育機(jī)器人，包括機(jī)器人本體，所述機(jī)器人本體內(nèi)部設(shè)置有嵌入式系統(tǒng)，機(jī)器人本體的外表面設(shè)置有分別與嵌入式系統(tǒng)連接的可攝取書寫文字材料的圖像的攝像裝置和顯示嵌入式系統(tǒng)所識(shí)別出的圖像中所包含的文字以及起正確書寫步驟的顯示屏。
本發(fā)明的認(rèn)字、寫字教育機(jī)器人通過與嵌入式系統(tǒng)連接的攝像裝置捕捉使用者在紙上書寫的漢字并對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與智能書寫評(píng)價(jià)，指導(dǎo)用戶更好地書寫規(guī)范的漢字，并能實(shí)時(shí)演示書寫漢字的正確方法。
上述技術(shù)方案中，所述機(jī)器人本體還設(shè)置有用于播放嵌入式系統(tǒng)所識(shí)別的文字的讀音、正確書寫步驟、以及對(duì)所識(shí)別的文字的評(píng)價(jià)的揚(yáng)聲器。
本發(fā)明所述嵌入式系統(tǒng)設(shè)置有可自動(dòng)識(shí)別書寫文字的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)軟件可對(duì)攝像裝置攝取的圖像中所包含的文字進(jìn)行識(shí)別，并結(jié)合其數(shù)據(jù)庫(kù)所保存的文字的正確書寫對(duì)識(shí)別的文字進(jìn)行評(píng)價(jià)，且能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器對(duì)其所識(shí)別的文字、評(píng)價(jià)結(jié)果、以及該文字的正確書寫方法進(jìn)行播放。
為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的二，采用的技術(shù)方案如下一種教育機(jī)器人的文字識(shí)別方法，通過如下步驟完成(1)通過與嵌入式系統(tǒng)連接的攝像裝置實(shí)時(shí)捕捉機(jī)器人面前的圖像，并實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前圖像中是否存在書寫了文字的紙張；(2)當(dāng)檢測(cè)到含有文字的圖像時(shí)，將圖像中書寫的文字檢測(cè)與切分出來；(3)采用梯度特征識(shí)別脫機(jī)文字的方法對(duì)切分出來的漢字圖像進(jìn)行文字識(shí)別。
本發(fā)明所述的教育機(jī)器人的文字識(shí)別方法還包括一種書寫自動(dòng)評(píng)價(jià)方法，其步驟為根據(jù)文字識(shí)別的結(jié)果判斷用戶書寫的漢字，如果識(shí)別結(jié)果的距離分?jǐn)?shù)超過一個(gè)常數(shù)，則評(píng)價(jià)結(jié)果為不合格，否則根據(jù)識(shí)別結(jié)果的距離分?jǐn)?shù)給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果，距離分?jǐn)?shù)越小，評(píng)價(jià)結(jié)果越高，所述評(píng)價(jià)結(jié)果通過顯示屏顯示，或通過揚(yáng)聲器播放。識(shí)別結(jié)果通過所識(shí)別的文字與數(shù)據(jù)庫(kù)里所存放的標(biāo)準(zhǔn)文字庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，并設(shè)定一個(gè)比對(duì)的偏差常熟，超過該常熟的，評(píng)價(jià)為不合格，依次類推。
所述文字識(shí)別方法，機(jī)器人還可將識(shí)別出來的漢字在顯示屏上顯示出來，并實(shí)時(shí)地在按筆順動(dòng)畫顯示出該漢字的正確書寫方法，同時(shí)將識(shí)別出來的漢字通過揚(yáng)聲器朗讀出來。并能用語音對(duì)用戶書寫的漢字進(jìn)行書寫評(píng)價(jià)，指導(dǎo)用戶正確書寫的方法。
本發(fā)明的基本原理是用戶在白紙上書寫的漢字筆跡與白紙背景的灰度差比較明顯，通過對(duì)捕捉到的圖像進(jìn)行直方圖均衡，二值化處理以后，筆跡即變成黑色像素，再通過水平與垂直方向的黑色像素投影，找出筆跡的矩形范圍，將書寫筆跡切分出來，然后通過漢字識(shí)別的方法將筆跡識(shí)別出來。如果識(shí)別結(jié)果的匹配分?jǐn)?shù)較好，則認(rèn)為書寫有效，繼而給出評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，否則認(rèn)為書寫不合格。在得出評(píng)價(jià)以后，通過液晶顯示屏顯示出評(píng)價(jià)結(jié)果，并顯示出正確的書寫方法，同時(shí)通過揚(yáng)聲器通知用戶評(píng)價(jià)的結(jié)果和改進(jìn)措施。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于采用用戶，特別是小孩較感興趣的機(jī)器人形象，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)、模式識(shí)別與人工智能技術(shù)，啟動(dòng)用戶的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)能節(jié)省老師與家長(zhǎng)在輔導(dǎo)學(xué)生書寫漢字上的時(shí)間，也能讓漢字書寫學(xué)習(xí)者在沒有老師或家長(zhǎng)指導(dǎo)的情況下，自己學(xué)習(xí)書寫漢字，通過機(jī)器人及時(shí)給出的書寫評(píng)價(jià)與指導(dǎo)方案糾正自己書寫漢字的方法與習(xí)慣，學(xué)會(huì)寫出更規(guī)范與美觀的漢字。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，實(shí)施本發(fā)明所用的設(shè)備可以采用ARM9系列嵌入式系統(tǒng)，在該系統(tǒng)上安裝Linux嵌入式操作系統(tǒng)，用觸摸液晶顯示器顯示用戶圖形界面，用Webcam攝像頭和普通揚(yáng)聲器，采用C語言編制各類識(shí)別處理程序，便能較好地實(shí)施本發(fā)明。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示，包括機(jī)器人本體，在機(jī)器人的鼻子上設(shè)置Webcam攝像頭1，機(jī)器人的嘴巴設(shè)置揚(yáng)聲器2，而機(jī)器人的腹部設(shè)置液晶顯示屏3，機(jī)器人內(nèi)部設(shè)置有安裝Linux嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)(圖中未標(biāo)出)，嵌入式系統(tǒng)還安裝有實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所必需的相關(guān)軟件，嵌入式系統(tǒng)連接上Webcam攝像頭1，揚(yáng)聲器2，和液晶顯示屏3。
本發(fā)明的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖如附圖2所示。通過嵌入式系統(tǒng)軟件的捕捉程序?qū)ebcam攝像頭1拍到的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)捕捉，當(dāng)捕捉到的圖像的灰度直方圖剛好有兩個(gè)高峰時(shí)，則認(rèn)為用戶將寫有漢字的白紙放在了機(jī)器人面前。由于用戶在白紙上書寫的漢字筆跡與白紙背景的灰度差比較明顯，通過對(duì)捕捉到的圖像進(jìn)行二值化處理以后，漢字書寫筆跡即變成黑色像素，再通過水平與垂直方向的黑色像素投影，找出筆跡的矩形范圍，將書寫筆跡切分出來，然后通過漢字識(shí)別的方法將筆跡識(shí)別出來。如果識(shí)別結(jié)果的匹配分?jǐn)?shù)較好，則認(rèn)為書寫有效，繼而給出評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，匹配分?jǐn)?shù)越高，則評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)則越好，否則認(rèn)為書寫不合格。在得出評(píng)價(jià)以后，通過液晶顯示屏3顯示出評(píng)價(jià)結(jié)果，并動(dòng)畫顯示出正確的書寫方法，同時(shí)通過揚(yáng)聲器2通知用戶評(píng)價(jià)的結(jié)果和改進(jìn)措施。當(dāng)用戶在液晶顯示屏3上書寫漢字時(shí)，通過液晶顯示屏3的感應(yīng)器捕捉用戶書寫漢字的筆跡，將其通過動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整DTW的方法對(duì)獲取的筆畫方向特征矢量與預(yù)先訓(xùn)練出來的模板特征矢量進(jìn)行彈性模板匹配，計(jì)算匹配相似度，根據(jù)相似程度給出評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，相似程度越高，評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)越高。
權(quán)利要求
1.一種具備認(rèn)字、寫字功能的教育機(jī)器人，包括機(jī)器人本體，其特征在于，所述機(jī)器人本體內(nèi)部設(shè)置有嵌入式系統(tǒng)，機(jī)器人本體的外表面設(shè)置有分別與嵌入式系統(tǒng)連接的可攝取書寫文字材料的圖像的攝像裝置和顯示嵌入式系統(tǒng)所識(shí)別出的圖像中所包含的文字以及起正確書寫步驟的顯示屏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教育機(jī)器人，其特征在于所述機(jī)器人本體還設(shè)置有用于播放嵌入式系統(tǒng)所識(shí)別的文字的讀音、正確書寫步驟、以及對(duì)所識(shí)別的文字的評(píng)價(jià)的揚(yáng)聲器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的教育機(jī)器人，其特征在于所述嵌入式系統(tǒng)設(shè)置有可自動(dòng)識(shí)別書寫文字的軟件系統(tǒng)。
4.一種教育機(jī)器人的文字識(shí)別方法，其特征在于通過如下步驟完成(1)通過與嵌入式系統(tǒng)連接的攝像裝置實(shí)時(shí)捕捉機(jī)器人面前的圖像，并實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前圖像中是否存在書寫了文字的紙張；(2)當(dāng)檢測(cè)到含有文字的圖像時(shí)，將圖像中書寫的文字檢測(cè)與切分出來；(3)采用梯度特征識(shí)別脫機(jī)文字的方法對(duì)切分出來的漢字圖像進(jìn)行文字識(shí)別。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的文字識(shí)別方法，其特征在于還包括一種書寫自動(dòng)評(píng)價(jià)方法，其步驟為根據(jù)文字識(shí)別的結(jié)果判斷用戶書寫的漢字，如果識(shí)別結(jié)果的距離分?jǐn)?shù)超過一個(gè)常數(shù)，則評(píng)價(jià)結(jié)果為不合格，否則根據(jù)識(shí)別結(jié)果的距離分?jǐn)?shù)給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果，距離分?jǐn)?shù)越小，評(píng)價(jià)結(jié)果越高，所述評(píng)價(jià)結(jié)果通過顯示屏顯示，或通過揚(yáng)聲器播放。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的文字識(shí)別方法，其特征在于所述機(jī)器人還可將識(shí)別出來的漢字在顯示屏上顯示出來，并實(shí)時(shí)地在按筆順動(dòng)畫顯示出該漢字的正確書寫方法，同時(shí)將識(shí)別出來的漢字通過揚(yáng)聲器朗讀出來。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具備認(rèn)字、寫字功能的教育機(jī)器人及其文字識(shí)別方法，教育機(jī)器人包括機(jī)器人本體，所述機(jī)器人本體內(nèi)部設(shè)置有嵌入式系統(tǒng)，機(jī)器人本體的外表面設(shè)置有分別與嵌入式系統(tǒng)連接的可攝取書寫文字材料的圖像的攝像裝置和顯示嵌入式系統(tǒng)所識(shí)別出的圖像中所包含的文字以及起正確書寫步驟的顯示屏。啟動(dòng)用戶的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)能節(jié)省老師與家長(zhǎng)在輔導(dǎo)學(xué)生書寫漢字上的時(shí)間，也能讓漢字書寫學(xué)習(xí)者在沒有老師或家長(zhǎng)指導(dǎo)的情況下，自己學(xué)習(xí)書寫漢字，通過機(jī)器人及時(shí)給出的書寫評(píng)價(jià)與指導(dǎo)方案糾正自己書寫漢字的方法與習(xí)慣，學(xué)會(huì)寫出更規(guī)范與美觀的漢字。
文檔編號(hào)G06K9/68GK1975804SQ20061012424
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者金連文, 龍騰 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)