基于ARM和Linux的字符采集與識別系統

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

1 圖像采集模塊
字符識別系統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系統的硬件核心，圖像采集的質量直接影響系統的整體性能。線陣CIS每次掃描得到一行像素值，配合運動平臺的縱向運動可以完成一幅二維圖像的掃描。為保證圖像采集的質量，必須精確控制運動平臺與CIS之間的工作匹配，本系統以CPLD作為圖像采集模塊的控制核心，CIS傳感器、步進電機、ADC以及高速緩存FIFO在CPLD的控制協調下完成一幅圖像的采集、模數轉換和數據緩存。系統總體結構框圖如圖1所示。

1.1 硬件平臺
(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203 MHz，片上資源豐富，可以滿足實時性要求，為圖像處理提供運行平臺并配合CPLD完成圖像采集模塊的邏輯和讀寫控制。
(2)圖像傳感器及運動平臺
接觸式圖像傳感器(CIS)具有體積小、重量輕、功耗低、結構緊湊、連接方便以及無阱深等優點，在掃描儀等領域被廣泛應用。本系統采用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個傳感器像素單元，其像素輸出頻率為5 MHz。
運動平臺由步進電機和光電傳感器等組成，光電傳感器實現對進紙的檢測，啟動掃描。步進電機控制掃描件換行，配合CIS完成圖像的采集。
(3)信號調理電路
信號調理電路完成對CIS輸出模擬信號的差分、放大等，實現降噪和電壓匹配的作用。
(4)高速A／D轉換器
由于CIS的像素輸出頻率高于處理器內部的A／D轉換器，所以本系統采用高速的外部ADC器件TLC5540，其最大采樣率40 MB·s-1，擁有8位分辨率。
(5)數據緩存
為了實現ADC和ARM的速度匹配，提高系統工作效率，在ADC與ARM處理器之間加一個FIFO存儲器作為高速數據緩存，選用Averlogic公司的1 MB×8 bit的AL4V8M440。
(6)CPLD模塊
實現圖像采集模塊的邏輯控制。為CIS傳感器提供的時鐘信號CP和行轉移信號SP。為ADC提供采集時鐘，為FIFO提供讀寫控制和寫時鐘等。本文的CPLD器件采用Ahera公司的EPM7128SLC84-15。
(7)存儲器
本系統采用三星公司的64 MB NAND Flash存儲器K9F1208作為程序和數據的存儲單元，采用兩片16位的HY57V561620CT-H(總容量64 MB)SDRAM作為系統內存，同時作為DMA方式讀取緩存數據的目的存儲器。其中Flash存儲器存儲空間分配情況如圖2所示。