基于ARM和Linux的字符采集與識(shí)別系統(tǒng)

傳統(tǒng)紙質(zhì)讀物的數(shù)字化以及諸如條碼識(shí)別等字符識(shí)別系統(tǒng)都離不開圖像的讀入與識(shí)別，然而目前廣泛使用的字符識(shí)別設(shè)備將這兩部分獨(dú)立開，即由圖像讀入設(shè)備(如掃描儀)和安裝于計(jì)算機(jī)上的識(shí)別軟件構(gòu)成，但這樣的設(shè)備構(gòu)成離不開安裝識(shí)別軟件的計(jì)算機(jī)，造成成本上升和使用不便。隨著電子產(chǎn)品的普及，具有攝像功能的電子產(chǎn)品及其上的識(shí)別軟件也可以構(gòu)成一個(gè)字符識(shí)別系統(tǒng)，但是這種識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別速度受到攝像頭調(diào)焦的限制，難以廣泛應(yīng)用。文中提出的便攜式字符采集和識(shí)別系統(tǒng)，其硬件平臺(tái)是基于接觸式圖像傳感器(CIS)與ARM9處理器S3C2410，軟件平臺(tái)是基于嵌入式Linux系統(tǒng)，可以克服以上兩種設(shè)備的缺點(diǎn)，同時(shí)滿足方便性和快速性的要求。另一方面，由于設(shè)備基于Li-nux操作系統(tǒng)，使得識(shí)別軟件的開發(fā)和擴(kuò)展可以脫離硬件，大大提高識(shí)別系統(tǒng)的通用性。

1 圖像采集模塊
字符識(shí)別系統(tǒng)主要由圖像采集模塊和圖像處理模塊組成，其中圖像采集模塊是整個(gè)系統(tǒng)的硬件核心，圖像采集的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的整體性能。線陣CIS每次掃描得到一行像素值，配合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的縱向運(yùn)動(dòng)可以完成一幅二維圖像的掃描。為保證圖像采集的質(zhì)量，必須精確控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與CIS之間的工作匹配，本系統(tǒng)以CPLD作為圖像采集模塊的控制核心，CIS傳感器、步進(jìn)電機(jī)、ADC以及高速緩存FIFO在CPLD的控制協(xié)調(diào)下完成一幅圖像的采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)緩存。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 硬件平臺(tái)
(1)ARM處理器
采用三星公司的ARM9系列S3C2410A作為處理器，工作頻率可達(dá)203 MHz，片上資源豐富，可以滿足實(shí)時(shí)性要求，為圖像處理提供運(yùn)行平臺(tái)并配合CPLD完成圖像采集模塊的邏輯和讀寫控制。
(2)圖像傳感器及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)
接觸式圖像傳感器(CIS)具有體積小、重量輕、功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、連接方便以及無阱深等優(yōu)點(diǎn)，在掃描儀等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)采用SV643C10型CIS，其物理分辨率600 dpi(23．6 dot／mm)，有效掃描寬度29．2 mm，共688個(gè)傳感器像素單元，其像素輸出頻率為5 MHz。
運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)和光電傳感器等組成，光電傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)紙的檢測，啟動(dòng)掃描。步進(jìn)電機(jī)控制掃描件換行，配合CIS完成圖像的采集。
(3)信號(hào)調(diào)理電路
信號(hào)調(diào)理電路完成對(duì)CIS輸出模擬信號(hào)的差分、放大等，實(shí)現(xiàn)降噪和電壓匹配的作用。
(4)高速A／D轉(zhuǎn)換器
由于CIS的像素輸出頻率高于處理器內(nèi)部的A／D轉(zhuǎn)換器，所以本系統(tǒng)采用高速的外部ADC器件TLC5540，其最大采樣率40 MB·s-1，擁有8位分辨率。
(5)數(shù)據(jù)緩存
為了實(shí)現(xiàn)ADC和ARM的速度匹配，提高系統(tǒng)工作效率，在ADC與ARM處理器之間加一個(gè)FIFO存儲(chǔ)器作為高速數(shù)據(jù)緩存，選用Averlogic公司的1 MB×8 bit的AL4V8M440。
(6)CPLD模塊
實(shí)現(xiàn)圖像采集模塊的邏輯控制。為CIS傳感器提供的時(shí)鐘信號(hào)CP和行轉(zhuǎn)移信號(hào)SP。為ADC提供采集時(shí)鐘，為FIFO提供讀寫控制和寫時(shí)鐘等。本文的CPLD器件采用Ahera公司的EPM7128SLC84-15。
(7)存儲(chǔ)器
本系統(tǒng)采用三星公司的64 MB NAND Flash存儲(chǔ)器K9F1208作為程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，采用兩片16位的HY57V561620CT-H(總?cè)萘?4 MB)SDRAM作為系統(tǒng)內(nèi)存，同時(shí)作為DMA方式讀取緩存數(shù)據(jù)的目的存儲(chǔ)器。其中Flash存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間分配情況如圖2所示。