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基于圖像的OMR技術(shù)的實現(xiàn)
摘要：在分析OMR與OCR的應用特點后，提出了基于圖像的OMR方式。詳細討論了該方法的硬件設計和工作原理，并在軟件處理方面著重介紹了傾斜校正和圖像分割。它具有對紙張質(zhì)量要求低和識別準確度高等特點。目前，許多文檔是以紙質(zhì)文檔的形式存在，例如銀行票據(jù)、稅務報表、標準化考試中的機讀卡、人口普查表、彩標投注單、選票、定貨單等。而紙質(zhì)文檔不便于保存、檢索、統(tǒng)計和修改。將這些信息錄入計算機是一件非常繁瑣的事情。長期以來人們通過鍵盤手工輸入，不但費時費力且容易出錯。在實時性要求較高的場合（如選舉中的統(tǒng)計選票）自動、快速、準確地處理文檔顯得尤為重要。因此，對這些文檔進行計算機自動錄入具有重要的實現(xiàn)意義。
計算機自動錄入是解決這個同瓶頸的關(guān)鍵所在。其中，光學字符識別OCR（Optical Character Recognition）和光學標記識別OMR（Optical Mark Recognition）是解決信號自動錄入的有效方法。它們利用光學方法將信息錄入到計算機并進行識別處理，能極大地提高數(shù)據(jù)信息的采集速度，便于計算機存儲、管理與檢索。
1 OCR與OMR
（1）OCR的工作原理
OCR首先將要識別的文字和圖像掃描進計算機，然后進行圖像的預處理，再抽取字符特片進行識別，轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C能夠識別的字符信息。圖像預處理包括去除噪聲、歪斜校畫龍點睛、圖像分割、平滑及規(guī)范化等。其中圖像分割是一個重要的步驟，它的作用是將要識別的單個字符的圖像找到并分割出來。OCR技術(shù)主要應用于文字圖像識別及處理，例如用于印刷體和限制手寫體字符的識別。OCR技術(shù)已成為大規(guī)模數(shù)據(jù)錄入的首選方案，它將隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而更加成熟。
（2）OMR的工作原理
OMR識別“涂點”上有無標記兩種狀態(tài)。“涂點”就是信息卡上可以涂寫標記的地址。“涂點”所代表的含義可以事先定義，可以代表一個阿拉伯數(shù)字，也可以表示一個英文字母或符號。OMR技術(shù)快速簡單，識別率高且成本低，廣泛應用于標準化考慮自動閱卷、各類調(diào)查問卷的統(tǒng)計、選舉結(jié)果的統(tǒng)計等，是自動識別領(lǐng)域中應用較多的一種方法。
2 基于圖像的OMR技術(shù)
目前OMR一般采用光電對管閱讀技術(shù)。識別用的器件是半導體發(fā)光管及光敏管。發(fā)光管是光源器件，由它發(fā)出的光照射到“涂點”上。光敏管是接收器件，接收來自“涂點”位置的反射光。因為涂有標記的地方反光弱，未涂標記的地方反光強，所以光敏管接收到的光信號強度不同。不同強度的光信號可以代表有無標記兩種狀態(tài)。將“涂點”位置處的發(fā)光管和光敏這組成一只電眼，可識別一個涂點。若干個電眼排列起來組成光電頭可完成對一排涂點的識別。
該方法實現(xiàn)應用中有如下限制：信息卡上的“涂點”要與電眼完全對齊，即信息卡在錄入時不能傾斜；信息卡不能折皺；紙張質(zhì)量、印刷技術(shù)要求高；填寫標記要規(guī)范，否則就要影響識別結(jié)果。實際應用中，信息卡在錄入時由于走紙機構(gòu)機械誤差而略有傾斜，會造成識別出錯。
OCR由于采用了圖像處理技術(shù)，信息卡在錄入時的傾斜能自動校正，保證錄入的高精度，也能處理略有折皺的信息卡。因此，OCR對所用紙張的質(zhì)量、印刷技術(shù)要求不高，降低了運行成本。同時可以保留填寫的原始圖像備查，進行復核或重新識別。
在借鑒OCR優(yōu)點的基礎上，筆者在課題《彩標閱讀及識別系統(tǒng)》中采用了基于圖像的OMR技術(shù)。所謂基于圖像的OMR技術(shù)，就是將信息卡經(jīng)光電變換，形成二值化圖像；再經(jīng)歪斜校正、圖像分割，對分割出的小塊圖像（含“涂點”）中的黑點數(shù)進行計數(shù)。若大于某個閾值，就認為有標記，否則就沒有標記，從而完成了標記識別。相對OCR而言，它省去了最耗時的字符特征抽取步驟。
3 硬件組成
本系統(tǒng)框圖如圖1所示。
（1）圖像傳感器
采用國產(chǎn)的CIS（Contact Image Sensor）圖像傳感器，其光學分辨率比CCD略低，但是其驅(qū)動電路、光學系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)卻比CCD簡單。光學系統(tǒng)中采用特殊光源實現(xiàn)光學濾波，消除或減輕了信息卡背景信息對分割、識別的影響。工作時，由CPLD（Complex Programable Logic Device）產(chǎn)生一個周期性的同步脈沖SYN引導每次掃描，時鐘信號CLK在移動寄存器的作用下，對CIS內(nèi)的像元依次進行掃描，像元上的光電信號串行輸出。
（2）走紙控制
輸入的信息卡通過光學系統(tǒng)成像在圖像傳感器的光敏面上，在CPLD器件產(chǎn)生的掃描信號的驅(qū)動下，圖像傳感器對信息卡進行橫向自掃描；步進電機驅(qū)動輸紙機構(gòu)使信息卡縱向運行，從而實現(xiàn)了信息卡的二維掃描。
（3）模擬信號處理
模擬信號處理要考慮信息卡顏色的深淺、字跡的輕重和光強均勻度的變化等引起的脈沖幅度的變化。在光電變換中，對信號幅值影響較大的是：光束照射在光敏面上，光強的不均勻性及波動影響表現(xiàn)為白電平浮動對比度的變化也會引起信號幅值的較大起伏。處理的好壞直接影響到采集圖像的質(zhì)量。其過程為：CIS圖像傳感器攝取的原始圖像信號，經(jīng)放大、采樣保持及濾波、對消、浮動閾值及二值化等一系列處理，消除或減輕了信息卡背景明暗變化、光源變化、開關(guān)噪聲、高低頻干擾等對系統(tǒng)的影響，獲得高質(zhì)量的二值化信號。
（4）數(shù)字信號處理
采用A、B兩塊大容量的SRAM輪流工作在讀或?qū)憼顟B(tài)。合并二值化的信號，同時為了加快數(shù)據(jù)采集的速度，每次將16位的串行信號轉(zhuǎn)換為2個字節(jié)的并行數(shù)據(jù)。在標志寄存器的控制下，將信號暫時寫入A中，同時計算機通過16位ISA總線從B中取數(shù)據(jù)。在下一周期，二值化信號寫入B中，計算機通過16位ISA總線從A中取數(shù)據(jù)。這樣就保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝浴?/P>
（5）邏輯控制
整個系統(tǒng)的邏輯控制采用La
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