Программа распознавания шрифта Брайля

DOI:

Шрифт Брайля – это рельефно-точечный текстильный стиль, предназначенный для письма и чтения незрячими людьми; система обозначения букв, цифр, математических, химических и нотных знаков для слепых [3; 11; 13].

Для изображения букв в шрифте Брайля используются 6 точек, расположенных в два столбца, по 3 в каждом. Одной из особенностей шрифта Брайля является то, что пишется текст справа налево, затем страница переворачивается, и текст читается слева направо. При письме прокалываются точки, и поскольку читать можно только по выпуклым точкам, «писать» текст приходится с обратной стороны листа. В этом заключается одна из сложностей при обучении этому шрифту [8].

В шеститочечном шрифте Брайля существует 64 разных символа (26): 63 информативных и пробел, а в расширенном восьмиточечном – 256 (28): 255 информативных и пробел [1; 10].

Специфика распознавания брайлевского текста заключается в том, что брайлевский символ не является замкнутой структурой, как обычный печатный символ, а является совокупностью отдельных точек. Взаимное геометрическое положение точек и определяет сам символ. На однозначность восприятия брайлевского символа в значительной степени влияют соседние символы, а то и вся брайлевская строка. Эти, а также другие особенности, потребовали разработки уникальных для брайлевского текста алгоритмов распознавания и построения работы оператора в целом [5; 6; 8; 12].

1.    Методы распознавания образов

Выделяется два основных способа представления знаний:

• –    интенсиональное, в виде схемы связей между атрибутами (признаками);

• –    экстенсиональное, с помощью конкретных фактов (объекты, примеры).

Интенсиональное представление фиксируют закономерности и связи, которыми объясняется структура данных. Применительно к диагностическим задачам такая фиксация заключается в определении операций над атрибутами (признаками) объектов, приводящих к требуемому диагностическому результату. Интенсиональные представления реализуются посредством операций над значениями атрибутов и не предполагают произведения операций над конкретными информационными фактами (объектами) [2; 4].

В свою очередь, экстенсиональные представления знаний связаны с описанием и фиксацией конкретных объектов из предметной области и реализуются в операциях, элементами которых служат объекты как целостные системы [7; 9].

Способы, описанные выше, позволяют предложить следующую классификацию методов распознавания образов:

• –    интенсиональные методы, которые основаны на операциях с признаками;

• –    экстенсиональные методы, которые основаны на операциях с объектами.

Важно то, что существование этих двух групп методов распознавания: оперирующих с признаками и оперирующих с объектами, закономерно. С такой точки зрения никакой из этих методов не позволяет сформировать адекватное отражение предметной области. Перспективные системы распознавания должны обеспечивать реализацию двух этих методов, а не только какого-либо одного из них [5; 8; 10].

Методы распознавания образов:

• 1.    Интенсиональные методы.

• 2.    Методы, основанные на оценках плотностей распределения значений признаков.

• 3.    Методы, основанные на предположениях о классе решающих функций.

• 4.    Логические методы.

• 5.    Лингвистические, структурные методы.

• 6.    Экстенсиональные методы.

• 7.    Метод сравнения с прототипом.

• 8.    Метод k ближайших соседей.

2.    Результаты компьютерного моделирования

В данной работе используется метод сравнения с прототипом. В процессе распознавания шрифта Брайля на подготовительном этапе будем определять полноту группы ячеек, на основе чего получим данные о ширине и высоте группы, и, зная расстояние между группами, проведем анализ для распознавания шрифта Брайля.

Полнота группы – группа, удовлетворяющая полноте первой и второй степени.

Первая степень полноты группы – группа, в которой максимальная ширина достигается суммой двух ячеек (в группе должны присутствовать ячейки в 1-м или 2-м или 3-м секторе и в 4-м или 5-м или 6-м секторе).

Вторая степень полноты группы – группа, в которой максимальная высота достигается суммой трех ячеек (в группе должны присутствовать ячейки в 1-м или 4-м секторе, во 2-м или 5-м секторе и в 3-м или 6-м секторе).

Стандартная страница с текстом Брайля вмещает до 25 строк по 40–43 ячейки. Наличие или отсутствие точек в ячейке (продавленных грифелем в специальной плотной бумаге) дает определенный символ. Высоты точки в 0,5 мм достаточно для ее распознавания на ощупь [6].

Для написания шрифта Брайля используют специальный трафарет с подложкой, в который вкладывается специальный лист плотной бумаги, который хорошо держит форму. На рисунке 1 представлен порядок чтения и написания точек в ячейке.

Рис. 1. Нумерация мест положения точек в ячейке

Реализованная программа распознает шрифт Брайля и транслирует его как в английский, так и в русский алфавит. Алгоритм распознавания приведен в виде блок-схемы (см. рис. 2).

Рассмотрим основные этапы процесса распознавания шрифта Брайля.

Для начала находим и анализируем все ячейки, двигаясь относительно анализируемой ячейки вправо, влево, вверх и вниз (рис. 3).

Рис. 2. Блок-схема программы

Рис. 3. Начало анализа

Затем производим группировку ячеек, объединяя в группу ячейки, находящиеся в непосредственной близости друг от друга. Проверяем полученные группы на полноту.

Анализируя группу, удовлетворяющую полноте первой степени, находим расстояние по горизонтали между группами ячеек (рис. 4).

Рис. 4. Полнота первой степени

Анализируя группу, удовлетворяющую полноте второй степени, находим расстояние по вертикали между группами ячеек (рис. 5).

Рис. 5. Полнота второй степени

Находим группу, удовлетворяющую правилу полноты. На основе найденной группы определяем высоту и ширину группы.

Имея данные о ширине и высоте группы, а также зная расстояние между группами, накладываем аналитическую сетку для последующего распознавания шрифта Брайля.

Сверяя список всех ячеек, с аналитической сеткой производим перегруппировку групп.

Анализируя группы, распознаем шрифт Брайля.

В результате работы программы текст успешно распознан и выведен на экран (рис. 6).

Рис. 6. Результат работы программы

Выделим необходимые условия работы алгоритма:

• 1.    Ячейки не должны быть полыми внутри.

• 2.    Текст должен соответствовать определенному стандарту. Символы и ячейки должны находиться на одинаковом расстоянии друг между другом.

• 3.    Одна из групп должна удовлетворять полноте.