面向路標(biāo)編碼的字符識別方法研究及其硬件實(shí)現(xiàn).pdf

1、路標(biāo)識別系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想是通過攝像頭或是照相機(jī)對路標(biāo)圖像進(jìn)行采集、然后對采集到的路標(biāo)圖像進(jìn)行預(yù)處理（包括對路標(biāo)的定位、字符分割、中值濾波和二值化等），目的是得到含噪聲最小的二值圖像，接下來用MATLAB對處理后的二值圖像用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的方法進(jìn)行訓(xùn)練和識別，得到訓(xùn)練成功的網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，最后將訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值與閾值經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理固化到FPGA上來進(jìn)行路標(biāo)字符辨識的硬件實(shí)現(xiàn)。本論文在整套設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，主要闡述其中MATLAB對處理

2、后的二值圖像用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的方法進(jìn)行訓(xùn)練和識別以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能識別在FPGA上的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　利用FPGA這樣高集成度的處理芯片實(shí)現(xiàn)人工智能的模式識別、分類等功能，從商業(yè)角度來看，可編程的邏輯器件大大節(jié)省了研發(fā)的成本;另外，F(xiàn)PGA有著可重構(gòu)的靈活性，并行的處理能力，而恰好可塑性和并行性是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的兩大特點(diǎn)。因此，F(xiàn)PGA是ANN硬件實(shí)現(xiàn)的最佳選擇。
　　本課題的主要任務(wù)是基于FPGA的ANN系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其在盲人導(dǎo)航

3、系統(tǒng)中的應(yīng)用。具體工作如下描述:
　　(1)掌握人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的基本知識，了解掌握BP網(wǎng)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練方法，掌握感知機(jī)的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練方法;
　　(2)了解FPGA的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，以及選擇用FPGA實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的原因，對其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行分析;
　　(3)掌握FPGA開發(fā)軟件和DE2開發(fā)板的應(yīng)用;
　　(4)重點(diǎn)研究基于感知機(jī)的監(jiān)督分類器的算法，并掌握用MATLAB實(shí)現(xiàn)感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，得到權(quán)值和閾值;
　　(

4、5)通過對FPGA性能和特點(diǎn)的分析，將用MATLAB訓(xùn)練成功的網(wǎng)絡(luò)用FPGA實(shí)現(xiàn)，具體方法是將訓(xùn)練好的權(quán)值和閾值直接固化到ROM中，并通過算法實(shí)現(xiàn)路標(biāo)字符的識別;
　　(6)分析感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)存在的缺點(diǎn)和不足，提出改進(jìn)方法和應(yīng)用BP網(wǎng)實(shí)現(xiàn)路標(biāo)識別的優(yōu)點(diǎn);
　　(7)用MATLAB實(shí)現(xiàn)BP網(wǎng)的學(xué)習(xí)，得到訓(xùn)練成功網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值;
　　(8)用FPGA進(jìn)行仿真和在DE2開發(fā)板上進(jìn)行實(shí)現(xiàn);
　　綜上所述，本課題的難點(diǎn)在于首

5、先如何用MATLAB實(shí)現(xiàn)感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)和BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，選擇合適的學(xué)習(xí)方法。其次是如何通過將訓(xùn)練成功的網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值固化到FPGA的ROM中來實(shí)現(xiàn)路標(biāo)的識別。
　　本文的章節(jié)安排如下:
　　第1章主要介紹本課題的來源意義，以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，簡略的介紹了本設(shè)計(jì)所應(yīng)用的FPGA和開發(fā)平臺的基本狀況，重點(diǎn)介紹本課題的思路以及本論文的主要工作。
　　第2章闡述了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的基本原理，及BP網(wǎng)的學(xué)習(xí)方法，并用MATLAB語

6、言進(jìn)行基于路標(biāo)字符的BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)與實(shí)現(xiàn)。通過對BP網(wǎng)訓(xùn)練結(jié)果的分析和總結(jié)，及結(jié)合FPGA的硬件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理類型的特點(diǎn)，分析BP網(wǎng)硬件實(shí)現(xiàn)的可行性和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性等問題。
　　然后本章闡述了感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方法，并用MATLAB語言進(jìn)行基于路標(biāo)字符的感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)與實(shí)現(xiàn)。通過對感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和訓(xùn)練結(jié)果的分析與總結(jié)，及結(jié)合FPGA的硬件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理類型的特點(diǎn)，分析感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件實(shí)現(xiàn)的可行性和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性等問題。
　　最后，

7、通過對上述兩種實(shí)現(xiàn)方法的分析，決定采用感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為硬件實(shí)現(xiàn)的最終方案。
　　第3章系統(tǒng)的闡述了感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件實(shí)現(xiàn)方法，然后對FPGA固化權(quán)值的方法進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，對FPGA中權(quán)值的存儲格式做出了進(jìn)一步講解。同時(shí)要求MATLAB語言對權(quán)值數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，得到在FPGA中的權(quán)值處理格式。為感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件實(shí)現(xiàn)做鋪墊。
　　在對權(quán)值進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)處理后，運(yùn)用感知機(jī)算法對權(quán)值進(jìn)行運(yùn)算，最終達(dá)到對字符進(jìn)行識別的效果。并且對運(yùn)

8、算中遇到的問題進(jìn)行了分析并提出解決的辦法。
　　第4章基于第3章的硬件實(shí)現(xiàn)方法，對待識別路標(biāo)圖像進(jìn)行仿真分析。最后在DE2開發(fā)平臺上進(jìn)行驗(yàn)證。本文還考慮到有時(shí)路標(biāo)圖像含有噪聲的現(xiàn)象，并模擬四幅含有噪聲的字符樣本來對網(wǎng)絡(luò)的魯棒性和容錯(cuò)性進(jìn)行測試。
　　實(shí)驗(yàn)表明，本設(shè)計(jì)的路標(biāo)字符識別系統(tǒng)具有一定的容錯(cuò)能力。本系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的模式識別功能，具有一定的穩(wěn)定性和實(shí)用性。
　　第5章對本論文工作進(jìn)行總結(jié)，并且對實(shí)現(xiàn)中存在的缺點(diǎn)和