王良田

摘 要：ARM手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)在嵌入式平臺(tái)以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架作對(duì)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的創(chuàng)建，一般情況下通過手寫數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，以此達(dá)到有效的設(shè)計(jì)。此外，在對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)該系統(tǒng)的理論實(shí)施有效的分析，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于嵌入式平臺(tái)的計(jì)算能力不高，可以輔助利用PC機(jī)資源對(duì)進(jìn)行訓(xùn)練，把訓(xùn)練結(jié)果再導(dǎo)入ARM嵌入式平臺(tái)中，其中ARM處理器具有性能好、功率低以及功能強(qiáng)大等優(yōu)勢(shì)，從而在市場當(dāng)中具有很大的占有率。本文通過對(duì)ARM手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)的理論分析，并對(duì)ARM手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)要點(diǎn)進(jìn)行探究，從而能夠使達(dá)到自動(dòng)識(shí)別手寫數(shù)字的作用，以此提出來幾點(diǎn)建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞：ARM系統(tǒng)；手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)

前言

在人們的生活當(dāng)中，使用最廣泛的就是數(shù)字符號(hào)，然而對(duì)于手寫數(shù)字更是很好的應(yīng)用在了考試以及賬單等諸多的生產(chǎn)生活當(dāng)中。如果在生產(chǎn)生活當(dāng)中，通過運(yùn)用自動(dòng)化手寫數(shù)字的識(shí)別，那么在很大程度上能夠有效的解決人工識(shí)別的效果。但是手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)在實(shí)際使用當(dāng)中，存在著很多的技術(shù)難點(diǎn)和進(jìn)度難點(diǎn)。在對(duì)ARM手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，通過采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為識(shí)別算法，然后在通過結(jié)合攝像機(jī)采集圖像技術(shù)，從而能夠達(dá)到自動(dòng)識(shí)別手寫數(shù)字的作用。

一、ARM手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)的理論分析

（一）信息集

信息集，是一個(gè)能夠進(jìn)行手寫數(shù)字模板的手寫數(shù)字信息集。這個(gè)信息集憑借具有80000個(gè)能夠用于訓(xùn)練以及15000個(gè)能夠用于測(cè)試的測(cè)試集的示例。能夠?qū)γ恳粡埶夭牡?2x32個(gè)白色像素值構(gòu)成的矩陣，然而這些矩陣同時(shí)都對(duì)應(yīng)著每一個(gè)標(biāo)簽，也就是素材上面的符號(hào)。

（二）手寫數(shù)字進(jìn)行區(qū)分

手寫數(shù)字識(shí)別，是一個(gè)非常繁瑣的系統(tǒng)，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，通過設(shè)計(jì)出穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，然后輸入素材在目標(biāo)分類上的最大概率，從而這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)分目的。信息集上的每一張照片是一張手寫的阿拉伯?dāng)?shù)字，這些數(shù)字表示0-9當(dāng)中的一個(gè)數(shù)字。為了能夠準(zhǔn)確的得到任意一個(gè)照片屬于某一個(gè)分類的得分值e，可以用具體的公式進(jìn)行表達(dá)：

（1）

將公式（1）輸入到帶分析圖片x的數(shù)字i的類別的得分值ei當(dāng)中，其中wi表示計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層當(dāng)中的權(quán)重值，j表示給定照片x像素引用于像素求和，bi表示數(shù)字i雷的偏差值[1]。從而得到了得分值，這時(shí)候就能夠利用數(shù)學(xué)函數(shù)將得分值進(jìn)行轉(zhuǎn)化成概率的大小pi其公式為：

Pi=Softmax（e） （2）

通過將數(shù)學(xué)函數(shù)計(jì)算得到的數(shù)據(jù)輸入到照片在每一個(gè)目標(biāo)分類的概率值，如果全部的輸出概率集都是p。在其中找出最大的概率值P=max（p），這樣p就是所對(duì)贏得類型及時(shí)模型所屬的類別[2]。

二、開發(fā)平開結(jié)構(gòu)

設(shè)備終端是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，它是運(yùn)行系統(tǒng)，而且也是一個(gè)應(yīng)用軟件綜合體。本文設(shè)計(jì)的手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)需要能讓顯示系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行反饋，然后接受用戶的具體操作。ARM處理器通過對(duì)相應(yīng)的程序邏輯進(jìn)行處理，能夠?qū)崿F(xiàn)和相應(yīng)的程序邏輯進(jìn)行結(jié)合，其次，在對(duì)存儲(chǔ)參數(shù)和以往記錄進(jìn)處理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)網(wǎng)口和PC聯(lián)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試以及測(cè)試。通過對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，能夠降低系統(tǒng)的開發(fā)難度，從而為相關(guān)設(shè)備的各個(gè)功能進(jìn)行有效的管理。整個(gè)系統(tǒng)主要是以ARM芯片作為該系統(tǒng)的關(guān)鍵，通過把嵌入式操作系統(tǒng)安裝在硬件平臺(tái)上，能夠很好的屏蔽硬件結(jié)構(gòu)上的差異，這樣能夠讓軟件代碼的編寫和模塊進(jìn)行反復(fù)的使用。同沒有安裝操作系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)相比，其最大的長處就是能夠充分的利用這個(gè)平臺(tái)上已經(jīng)做好的函數(shù)數(shù)據(jù)庫以及其它模塊，而且在很大程度上能夠把很多瑣碎的硬件細(xì)節(jié)操作，通過系統(tǒng)進(jìn)行完成，從而降低了人員工作的重復(fù)性，這樣能夠讓開發(fā)者把大量的時(shí)間放在具體的應(yīng)用設(shè)計(jì)上，這樣能夠加快對(duì)ARM的手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)開發(fā)的速度[3]。

三、基于ARM的手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)的軟件及硬件設(shè)備

（一）系統(tǒng)硬件

本文對(duì)于硬件的開發(fā)主要是在三星硬件的平臺(tái)上進(jìn)行的，硬件設(shè)備主要包括中央處理器、存儲(chǔ)器設(shè)備、外接按鍵以及USB接口等。

然而硬件系統(tǒng)主要以芯片作為關(guān)鍵，所配備的大容量存儲(chǔ)器能夠很好的滿足運(yùn)行操作系統(tǒng)以及對(duì)各種圖像的處理程序的需要。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電阻是觸摸顯示屏替代了PC上輸入設(shè)備的位置，在系統(tǒng)中被變成了鼠標(biāo)應(yīng)用程序的使用[4]。

液晶顯示屏是最常用的圖形輸出設(shè)備，在使用的過程中能夠直接向用戶展示圖形的界面。LCD顯示屏一般都是和幀緩存設(shè)備結(jié)合進(jìn)行使用，這樣系統(tǒng)就能夠定時(shí)的把幀緩存中的內(nèi)容傳送到LCD顯示屏進(jìn)行更換屏幕內(nèi)容。該系統(tǒng)內(nèi)部中具有LCD控制裝置，能夠好的支持STN和TFT等兩種類型的液晶顯示屏。LCD控制裝置能夠依據(jù)垂直和水平像素、刷新率和數(shù)據(jù)線大縣進(jìn)行編程，能夠支持各種所需要的屏幕。文章通過選用640x320倍的像素的5.6英寸STN液晶顯示屏。該系統(tǒng)的LCD 控制裝置能夠直接用來輸送在幀緩存中的視頻信息以及產(chǎn)生的控制信號(hào)。該系統(tǒng)能夠很好的支持STN和TFT兩種類型的LCD以及觸摸顯示屏，而且還能和他們進(jìn)行連接，這時(shí)就需要用接口班進(jìn)行啟動(dòng)LCD顯示屏，才能夠正常的使用[5]。

（二）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，神經(jīng)元之間的連接方式能夠體現(xiàn)出神經(jīng)元之間的結(jié)構(gòu)，它直接決定著神經(jīng)元之間的處理信息以及各個(gè)神經(jīng)元的性質(zhì)的能力。依據(jù)神經(jīng)元之間的連接方式，可以把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分為前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然而本文采用的網(wǎng)絡(luò)就是前向式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種類型。反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)Ψ蔷€性可微分函數(shù)進(jìn)行鍛煉的多層網(wǎng)絡(luò)，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用中，大部分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型都可以使用前向式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形式，而且它也是前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重要部分，從而體現(xiàn)出了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最有用的部分。

四、基于ARM的手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

（一）基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的手寫數(shù)字識(shí)別

在進(jìn)行手寫數(shù)字識(shí)別的過程當(dāng)中，應(yīng)該先獲取樣本，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理獲得點(diǎn)陣圖像，在選取圖像特征之后，應(yīng)該及時(shí)的把圖像特征輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)過訓(xùn)練就能夠獲得輸出，如果沒有獲得預(yù)期的期望效果忙活著計(jì)算錯(cuò)誤，這時(shí)就可以及時(shí)的調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)權(quán)值，一直到輸出滿意的期望為止。識(shí)別流程如圖1所示[6]。

（二）基于Matlab與Qt結(jié)合的手寫數(shù)字識(shí)別

通常來說，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于特別復(fù)雜的算法，如若直接采用C/C++語言進(jìn)行編程，雖然在運(yùn)行的時(shí)候效率非常的高，但是卻很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤就很難進(jìn)行修改。然而新的Matlab中附帶了C語言編程代碼，這樣從而為數(shù)學(xué)模式的快速應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

Matlab數(shù)學(xué)軟件在使用的過程中，由于具有很強(qiáng)大的數(shù)學(xué)建模能力以及豐富的數(shù)據(jù)庫支持，目前已經(jīng)成算法研究、仿真技術(shù)以及工程應(yīng)用等領(lǐng)域，從而成為了影響力很強(qiáng)的軟件，目前全世界大部分科學(xué)家以及工程師都采用Matlab進(jìn)行進(jìn)行研發(fā)。在傳統(tǒng)的算法中，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員都是先在Matlab數(shù)學(xué)軟件環(huán)境中，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行仿真建模，同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。然后確定模型之后，在直接用手把Matlab數(shù)學(xué)軟件中的模型直接翻譯成硬件或者相關(guān)如軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，這樣不僅增加了工作人員的工作量，而且在使用的過程中，也很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。隨著軟件技術(shù)的不斷進(jìn)步，Matlab數(shù)學(xué)軟件能夠直接把仿真模型裝換成實(shí)際產(chǎn)品的技術(shù)手段。

五、結(jié)語

總之，通過對(duì)ARM手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)建，已經(jīng)能夠進(jìn)行手寫數(shù)字識(shí)別運(yùn)用。以外，ARM手寫數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)在使用過程中具有體積小、低功耗、低成本等特點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用效果，以此可有效體現(xiàn)出系統(tǒng)價(jià)值。除此之外，隨著有存在著一些弊端，但是，該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過程中指令執(zhí)行速度快，并且尋址方式靈活，同時(shí)執(zhí)行效率比較高。所以該系統(tǒng)的改進(jìn)是以后關(guān)注的重點(diǎn)。

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