Разработка тестового приложения. 
Написание программы

Разработку тестового приложения и написание программы в данном случае будем осуществлять, используя среду разработки C++ Builder Embarcadero 7. Данная среда разработки широко используется для создания приложений для Windows. Имеет в своем составе конструктор форм и базовые элементы для более удобной работы и ускорения процесса программирования.

Внешний вид среды C++ Builder Embarcadero представлен на рисунке 3.1. Во всех остальных версиях внешний вид рабочего окна почти ничем не отличается. В основе проекта с использованием пользовательского интерфейса лежит форма, на которой можно разместить различные компоненты управления. Для создания приложения с формой в меню Создать->Проект выбираем VCL Application. После этого можно непосредственно приступать к написанию кода.

При тестировании приложения можно запускать его как и в реальном (рабочем) варианте в режиме Release, так и в режиме отладки Debug, при котором можно протестировать написанное приложение по шагам.

Рисунок 3.1 — Рабочее окно среды разработки C++ Builder Embarcadero.

Создадим тестовую программу для демонстрации процесса распознавания текста из бланка и занесем данные в специальную форму. Для облегчения задачи условимся, что программа будет распознавать только определенный набор символов. Например, цифры. Формат печатного бланка (его имитацию) сделаем произвольным.

В качестве основного рабочего компонента в программе будем использовать компонент под названием Image. У данного компонента имеется свойство — Canvas, т. е. канва или холст. С помощью данного свойства компонент Image представляет собой холст, наподобие того, который мы видим при открытии программы Paint. С помощью данного компонента в него можно помещать изображения, программно редактировать цвет точек, объединять нарисованные элементы в структуры, задавать их положение и другие атрибуты. В данный холст будет подгружаться бланк с имитированным рукописным текстом. Программа точно задает положение этого бланка, поэтому все позиции символов ей будут известны. Зная, что фон каждой позиции символа белый, а цвет текста синий или черный, то по анализу цвета пикселей легко считать форму написанного символа. Далее используется принцип, описанный в разделе 2.

Для добавления компонента Image в правой части C++ Builder имеется панель — Tool Pallete. В ней размещены и отсортированы по свиткам все компоненты, которые можно добавить в проект. Вторым обычно идет свиток — Additional. Развернув его, в нем можно найти искомый компонент Image и перетащить его на форму.

Слева внизу располагается меню свойств на заданный компонент, который выделен мышью на форме. Выделив компонент Image зададим в свойствах Height и Width значения 330 и 490 соответственно. По умолчанию цвет фона Image у нас серый. Но используя свойство Canvas его можно изменить на белый:

Image1->Canvas->Brush->Color=clWhite;

Image1->Canvas->Rectangle (0,0,490,330);

Image1->Canvas->LineTo (250,250);

После этого создадим в приложении MS Paint изображение, имитирующее бланк с заполненными данными. Готовое изображение бланка разместим в корневой папке скомпилированного приложения. Внешний вид изображения, имитирующего бланк с заполненными данными показан на рисунке 3.2. Размер изображения совпадает с установленными размерами компонента Image, размещенного на форме.

Для примера на бланке размещены цифры, например, период с какого-то по какой-либо год. Размеры поля для каждого символа составляют 40*50 точек. Расстояние между областями под каждый символ составляет 40 точек. Знание координат расположения данных областей также необходимо.

Данные цифры необходимо сравнить с готовым имеющимся набором базовых символов. Для этого необходимо создать каркас всех символов, которые могут находится в полях. Как было условлено выше, создадим массив из каркасов цифр от 0 до 9.

Рисунок 3.2 — Изображение, имитирующее заполненные поля в печатном бланке Для загрузки изображения в компонент Image на форму необходимо поместить компонент Button. В обработчике события нажатия на кнопку напишем код (здесь с комментариями):

Graphics:TBitmap *bitmap=new Graphics: TBitmap;

bitmap->LoadFromFile («blank.bmp»); //Загрузили изображение.

Image1->Canvas->Draw (0,0,bitmap); //Вывели на канву формы в точке (0,0).

delete bitmap; //Освободили память Для работоспособности данного, когда необходимо, чтобы бланк был изображением с именем blank и расширением bmp. А так же, чтобы данный файл находился в одной папке с исполняемым файлом программы.

Определим шаблоны каркасов для всех возможных символов. Каркасы и области для конкретного символа показаны на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 — Каркасы распознаваемых символов Анализ для каждого символа можно производить сегментарно (каждый символ можно разбить на сегменты, образующие его каркас) анализируя форму получившейся линии с заданной, либо по матрице подобия, которая образуется каждым из каркасов. Изобразим матрицу на примере числа «2».

Рисунок 3.4 — Разбиение области символа на занимаемые точками сектора Т. е. чем больше рукописных точек, попадающих в тот или иной сектор, тем больше вероятность того, что написан тот или иной символ. Очевидно, что для каждого анализируемого числа необходимо создать общую структуру, параметрами которой будут:

• — массив занимаемых секторов;
• — указатель на количество точек, из которых состоит каркас.

Сразу определим размерность секторов. Вспомним, что размерность области, отведенного под символ имеет размеры 40*50 точек. Тогда условно можно принять размеры одного сектора равными 10*10 точек. Общее количество секторов для каждой области в таком случае составит 20. Счет секторов в области ведем слева направо и сверху вниз от 0 до 19-ти.

Таким образом в программе можно объявить структуру с именем S_carcas:

typedef struct.

{.

int sectors[20];

int points;

int scnt;

}S_carcas;

Здесь переменная типа int sectors[20] указывает на массив секторов в каждой области. Если точки каркаса эталонного символа входят в область сектора i, тогда переменная sectors[i] в массиве принимает значение 1. В противном случае — 0. Int scnt — общее количество секторов, занимаемым данным эталонным символом.

Переменная points описывает общее количество точек, входящих в каркас. Создаем массив структуры для всех символов от 0 до 9-ти:

S_carcas etalon[10];

Теперь для каждого эталонного символа можно заполнить структуру. Сразу запишем сектора, в которых располагаются точки каждого эталонного символа.

Для «0»: сектора 1,2,5,6,9,10,13,14,17,18.

Для «1»: сектора 2,5,6,10,14,17,18.

Для «2»: сектора 1,2,6,9,10,13,17,18.

Для «3»: сектора 1,2,6,9,10,14,17,18.

Для «4»: сектора 5,6,9,10,14,18.

Для «5»: сектора 1,2,5,9,10,14,17,18.

Для «6»: сектора 1,2,5,9,13,14,17,18.

Для «7»: сектора 1,2,6,10,14,18.

Для «8»: сектора 1,2,5,6,9,10,13,14,17,18.

Для «9»: сектора 1,2,5,6,9,10,14,17,18.

Замечаем, что цифра «8» занимает те же сектора, что и число «0». В этом случае одним из решений было бы увеличить число секторов (разбить области символов на более мелкие участки), но предположим, что верный символ определится без ошибок с помощью оценки вероятности соответствия.

Заполнение структур для каждого символа осуществляется в функции void fill_struct (). Код данной функции довольно длинный, поэтому для примера приведем заполнение структуры для числа «0»:

etalon[0]. sectors[0] = 0;

etalon[0]. sectors[1] = 1;

etalon[0]. sectors[2] = 1;

etalon[0]. sectors[3] = 0;

etalon[0]. sectors[4] = 0;

etalon[0]. sectors[5] = 1;

etalon[0]. sectors[6] = 1;

etalon[0]. sectors[7] = 0;

etalon[0]. sectors[8] = 0;

etalon[0]. sectors[9] = 1;

etalon[0]. sectors[10] = 1;

etalon[0]. sectors[11] = 0;

etalon[0]. sectors[12] = 0;

etalon[0]. sectors[13] = 1;

etalon[0]. sectors[14] = 1;

etalon[0]. sectors[15] = 0;

etalon[0]. sectors[16] = 0;

etalon[0]. sectors[17] = 1;

etalon[0]. sectors[18] = 1;

etalon[0]. sectors[19] = 0;

etalon[0]. points = 100;

etalon[0]. scnt = 10;

Теперь внимание следует обратить на получение данных из заполненных рукописных ячеек. Для этого также объявим структуры:

typedef struct.

{.

S_sector Cur_sector[20];

int glob_x;

int glob_y;

}S_symbol;

Данная структуры S_symbol содержит:

Указатель на массив из элементов вложенной структуры S_sector;

Указатель на координату `x' текущей области символа;

Указатель на координату `y' текущей области символа.

Следует помнить, что в компоненте Image координатная прямая X направлена слева направо, а Y — сверху вниз. Т. е. начало координат будет располагаться в верхнем левом углу холста.

Вложенная структура S_sector описывает каждый из 20-ти секторов, присущих данной области:

typedef struct.

{.

int cheked; //1 — если в секторе имеются точки.

int num_points; //общее количество точек в секторе.

int sector_x; // координата x начала сектора.

int sector_y; // координата y начала сектора.

}S_sector;

Из образца бланка следует, что количество всех областей равно 8, поэтому объявить указатель на структуру символа нужно массивом:

S_symbol symbol[8];

Теперь внимание следует обратить на получение данных из заполненных рукописных ячеек. Для этого также объявим структуры:

За заполнение структуры областей символов отвечает функция fill_symbols (). В данной функции заполняются координаты областей и каждого сектора, входящего в состав данной области.

Функция имеет цикл, в котором происходит вычисление и заполнение значений координат для каждого из символов. В свою очередь для каждого символа выполняется дополнительно ещё один цикл для каждого из сектора. Там также заполняются координаты расположения каждого из секторов для данной области.

Переменная cх указывает на смещение, или номер ряда, в котором располагается очередной сектор. В каждом ряду у нас имеется по 4 сектора, значит величина положения по оси `y' смещается через каждые 4 сектора.

void fill_symbols ().

{.

int i = 0;

int k = 0;

int cx;

for (i = 0; i < 8; i++) //для каждого символа выполняем.

{.

symbol[i]. glob_x = 0+i*50; //вычисляем положение области x.

if (i>3) //если порядковый номер символа больше 3-х, то переходим.

//на новую строку (это видно из рисунка бланка).

{.

symbol[i]. glob_y = 60;

}.

else.

{.

symbol[i]. glob_y = 0;

}.

for (k = 0; k < 20; k++) //для каждого сектора.

{.

cx = k/4; //число обработанных строк.

symbol[i]. Cur_sector[k].sector_x = symbol[i]. glob_x + k*10−40*cx;

symbol[i]. Cur_sector[k].sector_y = symbol[i]. glob_y + (k/4)*10;

}.

}.

}.

Функцию fill_sectors () также стоит добавить в тело обработчика кнопки, по нажатию которой загружается изображение бланка.

После заполнения всех структур можно написать функцию анализа данных и сравнения их с эталонными.

Запишем общую функцию для процесса нахождения точек для одного сектора:

void comp_sector (int pos, int number).

{.

int xs;

int ys;

int cur_x = symbol[pos]. Cur_sector[number].sector_x;

int cur_y = symbol[pos]. Cur_sector[number].sector_y;

TColor col;

int p_count = 0;

for (ys = cur_y; ys < cur_y+10; ys++).

{.

for (xs = cur_x; xs < cur_x+10; xs++).

{.

Form1->ListBox1->Items->Add (IntToStr (xs));

col = Form1->Image1->Canvas->Pixels[xs][ys];

if (col ≠ clBlack && col ≠ clWhite).

{.

p_count = p_count+1;

}.

}.

}.

symbol[pos]. Cur_sector[number].num_points = p_count;

if (p_count>0).

{.

symbol[pos]. Cur_sector[number].cheked = 1;

}.

}.

В данной функции мы опрашиваем каждую координатную точку сектора. И если в нем имеются нарисованные пиксели, тогда в структуру заносится количество этих точек (p_count), и если это количество не равно нулю (т.е. сектор не пустой), устанавливаем флаг checked = 1.

Пробуем преобразовать первую строку (4 символа) На форме необходимо расположить вторую кнопку, которая непосредственно будет отвечать за процесс преобразования. Код обработчика данной кнопки выглядит следующим образом:

int m;

float f;

float res=0;

int num_seek=0;

float* pf;

float a, b;

int i;

int k;

for (i = 0; i < 4; i++).

{.

compare (i);

for (k=0; k<10;k++).

{.

m = check_num (i, k);

pf=(float*)&m;

a=*pf;

pf=(float*)&etalon[k]. points;

b = *pf;

f=a/b;

if (f>res).

{.

res = f;

num_seek=k;

}.

}.

Form1->ListBox1->Items->Add (IntToStr (num_seek));

}.

Переменная i указывает в цикле на текущий символ (у нас их 4 в каждой строке). Затем в переменную m передается общее количество точек, которые совпадают для каждого из 10-ти эталонных символов. После этого находим отношение количества точек, совпавших в общих секторах, к общему количеству точек эталонной фигуры.

На форму также добавлен компонент ListBox1. В каждую строку данного компонента после преобразования очередного символа записывается распознавшийся символ. Внешний вид программы на этапе выполнения примет вид как на рисунке 3.5:

Рисунок 3.5 — Выполнение распознавания текста Как видим, в лист справа записалось 4 значения — 1,2,1,2. Что должно соответствовать числу 1212. Однако на бланке в первой строке введено число 1912. Очевидно, что число 9 распозналось как 2. В этом кроется недостаток использования больших по объему секторов. Как правило, при распознавании и переносе текста используется несколько методов для одного символа сразу. По итогам нескольких сопоставлений выбирается наиболее высокая общая вероятность.