专利名称：一种平面化预处理方法
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3Xn的矩阵，其中η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ζ’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ζ’轴方向；
(6)根据原ζ轴和ζ’轴方向确定χ’轴y’轴方向其中，χ’轴确定为同时垂直于ζ轴 及ζ’轴的方向·,!’轴确定为同时垂直于X’轴、ζ’轴的方向；
(7)计算坐标变换矩阵坐标变换矩阵指的是从χ、y、ζ三轴确定的三维直角坐标系变 换到x’、y’、ζ'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’、ζ’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χ、y、ζ坐标系变换到χ’、y’、ζ’坐标系；
(9)去除ζ’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ζ’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。
图1本发明的一个实施例的空间手写平面化预处理过程的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步的详细说明，但本发明要求保护 的范围并不局限于实例表述的范围。该方法对书写者的空间手写轨迹进行处理，具体的实施方式步骤包括 (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，也可以是通过其他设备、方法采集到的准确的字符空间位移 信息。一个字符的空间位移信息可以表示为一个3Xn的矩阵，其中η为采样点个数。本步 骤计算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
输入的协方差矩阵为上一步骤所得。本步骤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ζ’轴方向
此处涉及的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，本步骤将其对 应的特征向量确定为ζ’轴方向。(6)根据原ζ轴和ζ’轴方向确定χ’轴f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
此处提及的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’、 ζ’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’、ζ' 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ζ’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ζ’方向信息，剩下的χ’、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。 实施例以下是一个实施例的详细实施过程
(1)在空间手写的过程中，由三轴加速度传感器进行采样，在每一个采样时 间点上，传感器都记录了 一组三维加速度信息，每一组可以写成一个三维列向量
[‘,设有n个采样点，采样间隔为Af，则得到3Χη的加速度矩阵
a^i αζ2 …
(之；分别对乂^^轴的加速度序列进行一次积分，义二^斗紅沐二^…⑷，得得到
2-1
3Xn的速度矩阵
权利要求
1. 一种平面化预处理方法，其特征在于，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3Xn的矩阵，其中η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ζ’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ζ’轴方向；(6)根据原ζ轴和ζ’轴方向确定χ’轴y’轴方向其中，χ’轴确定为同时垂直于ζ轴 及ζ’轴的方向·,!’轴确定为同时垂直于X’轴、ζ’轴的方向；(7)计算坐标变换矩阵坐标变换矩阵指的是从χ、y、ζ三轴确定的三维直角坐标系变 换到x’、y’、ζ'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’、ζ’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χ、y、ζ坐标系变换到χ’、y’、ζ’坐标系；(9)去除ζ’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ζ’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。
全文摘要
本发明提供了一种平面化预处理方法。该方法步骤包括计算采样点协方差矩阵、计算协方差矩阵的特征值及特征向量、根据求得的最小特征值确定z’轴方向、根据z轴和z’轴方向确定x’轴y’轴方向、计算坐标变换矩阵、对采样点进行矩阵变换、去除z’轴方向信息完成投影。本发明的投影算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。
文档编号G06F3/033GK102135820SQ201110020479
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者李刚, 沈海斌, 谭啸峰, 陈武 申请人:浙江大学