一种手写汉字美化方法技术

本发明专利技术提供一种手写汉字美化方法，在保留书写者书写风格基础上，对其手写汉字进行美化的手写轨迹处理方法。本方法针对普通输入设备（如鼠标、没有压力级别感应的触摸屏等）捕捉到的输入轨迹，对其进行基于速度的书法笔画模拟、笔画匹配以及模版融合，达到美化书写轨迹的目的。本发明专利技术提供了一种个性化的手写轨迹处理方式，使得即使没有专门练习过书法的人也能够创造出具有个人风格的美观的手写体书法汉字。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属丁模式分析与笔式计算领域，特别是涉及一种美化手写汉字的方法。
技术介绍
几千年以来，书法一直是许多亚洲国家(如中国、日本、韩国等)的重要 艺术形式。与印刷体汉字相比，手写体汉字在艺术表现力上具有明显的优势， 而不仅是一种语言表达的方式。手写体汉字比印刷体汉字更灵活、更有原创性， 人们甚至认为手写字迹能反映一个人的性格、情绪和修养等特征。这使得手写 体汉字成为这些亚洲国家生活和文化中不可分割、不可替代的艺术形式。随着计算机视觉技术的发展，市场上种类繁多的图像处理工具已经能够为用户提供大量便捷、有效的工具。相比之下，文字艺术处理工具则相对较少，仅局限于字体选择、大小缩放、整体形状扭曲等规则化的变换，这样的规范化的处理工具事实上抹杀了书法艺术的灵活性和独特的表现能力。近年来个性化的字体处理已开始受到关注。方正集团发布了 "徐静蕾字体"，并称"使计算机字库进入个性化时代"。然而，尽管这些新型的字体丰富了计算机字体库的多样性，但它们从本质上来说仍然与传统的文字艺术处理工具一样，只是库字体的 简单拷贝和整体变形。因此，开发一个真正个性化的文字艺术处理工具，改变传统的文字艺术处 理方法，而在书法艺术风格的层次上对手写汉字进行改善，以达到既能够保留用户书写的书法风格特点，又能够根据用户的喜好和需要对书写的汉字进行美 化，具有其实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于引进一种全新的、真正个性化的手写汉字美化方法，提 供一种有效的实现手写汉字美化的完整框架。本专利技术采用的技术方案主要包括书法笔画模拟，手写轨迹笔画匹配，三 段式笔画模型的生成和模板融合，具体如下1、书法笔画模拟本专利技术使用了根据书写速度进行书法笔画模拟的方法。一般书写速度快时笔画宽度变小，反之笔画宽度增大。因此记书写速度为v， 则笔画宽度是v的递减函数W = /(V) (1)另一方面，为了模拟真实情况的书法笔画，系统必须防止笔画宽度产生突 变。笔画宽度函数应修改为w = /'(v，/osf 一w)=/ (v), I/O) — tof _ vv匕Are /asf + /(v) —tof _w> (2)/ost 一 w * (1 — Ares )， /(v) — /似f — w< —fAres—w是上一笔段的宽度，而^w是一个预定义的防止笔画宽度突变的阈值。本专利技术用到的笔画宽度函数是/ (v) = exp(-A(v - B)) + C (3)其中A， B和C是预定义的常量，用于控制笔画的粗细和笔画宽度变化的 剧烈程度。它们的物理意义分别是A:笔画宽度随书写速度的改变而改变的剧烈程度，A越大则笔画宽度变化 越剧烈；B (象素/时间间隔)正常书写速度，可根据用户书写习惯进行调整；C (象素)基本笔画宽度，即用户以正常书写速度书写时对应的笔画宽度。函数图像w^/'(v，/似LnO如附图2所示。2、笔画匹配笔画匹配是进行模板融合的预处理工作。为了成功进行模板融合，避免产 生错误输出，用户输入的汉字轨迹必须被正确地匹配到模板上去。如果用户书 写笔顺正确、没有连笔或拆笔，则用户输入的笔画不需要经过匹配就能与模版 进行融合。但在实际应用中，书写者经常依个人书写习惯使用连笔或拆笔笔画 方式书写。因此在笔画匹配中需要重点解决连笔和拆笔的笔画匹配问题。如果用户在书写中使用了连笔和拆笔，则用户输入的手写汉字在大多数情 况下将表现为用户输入与模版的笔画数不同。如果用户输入笔画数少于模版笔 画数，为了使两者笔画数相同，则需要在某个笔画上进行拆分；反之，则需要 合并两个相邻笔画——这个过程将被迭代直到两者笔画数一致为止。这样的方 法是最原始也是没有正确的保障的。为此，本专利技术设计了一种以拆分和验证相 结合的笔画匹配方法。在这一方法中，首先提出一系列可能的笔画拆分或合并 方案，然后分别检验这些拆分方案的可信度。通过验证单元，就能保证笔画匹 配在大多数情况下得到正确结果。不失普遍性地，假设用户输入笔画数小于模版笔画数，也就是说，需要在 某些笔画上进行拆分。首先找出用户输入轨迹中的所有拐点，按其曲度值由大 到小排列，作为候选切分点。假设未被跟踪过的具有最大曲度值的拐点为相邻两个笔画的连接点，即笔画切分点。接下来便使用验证单元来检验这些假设的 可信度。如果验证成功，当前的笔画切分方案就被输出为笔画匹配方案，否则 将被拒绝，并尝试下一最大曲度值拐点，直到找到一个可信的笔画匹配方案或 所有拐点被跟踪完毕，没有找到合理的笔画分割。在本专利技术中，使用了矢量距离计量中的动态时间规整DTW (DynamicTime Warping)方法作为验证单元。DTW是一种能够对不同维数的矢量间的距离进 行有效度量的算法。使用DTW来度量用户输入的笔画与模版笔画的特征向量间 的距离，从而反映两者间的相似程度。如果用户输入笔画与模版笔画特征向量 的距离在一个预定义的阈值范围内，说明两者之间相似度较高，验证单元输出 肯定结果，认为用户输入笔画与模版是正确匹配的。否则将否定这一笔画匹配， 并返回验证失败的信号。另一方面，由于个人书写习惯的不同，用户还可能把一个笔画拆为两笔来 书写(拆笔)，造成用户输入笔画数比模版笔画数多的情况。处理这种情况的思 想与处理连笔笔画的思想是一样的。具体来说，首先找出用户输入笔画中所有 前后笔画间的间距(前一笔画的最后一点与后一笔画的第一点间的距离)。首先 假设间距最近的两个笔画是拆笔，随后把这两个笔画合为一个笔画，经过验证 单元验证其正确性。若验证成功，输出这个假设为正确结果；否则返回错误提 示，尝试下一对间距最近的笔画，直到找到正确的合并结果或所有间隔跟踪完 毕为止。3、三段式笔画模型在汉字书写中连笔是一个非常普遍的现象，也是反映书写者个人风格的重 要特征之一。对于较规整的书写风格来说，虽然连笔笔段不是笔画的必要组成部分，但它们在书写风格上发挥着十分重要的影响。因此，本专利技术设计了一种 对连笔笔段进行专门处理的笔画结构——三段式笔画模型。三段式笔画模型把一个笔画表示为三个相连的部分头部、主体和尾部。 其中笔画的头部是这一笔画与前一笔画相连的部分，而尾部是这一笔画与下一 笔画相连的部分，主体是除了头部、尾部以外的笔画结构本体。在初始状态下，所有笔画的头部都被默认为笔画的第一点，尾部默认为笔 画的最后一点。兩在笔画匹配阶段，当一个笔画被拆分为两笔且经验证正确时， 拆分出来的两个笔画就被标记为一对"连笔"笔画，本系统将在这些笔画上建 立三段式笔画模型，具体界定其头部、主体和尾部的范围。界定的方法与连笔 笔画拆分思想类似，都使用拆分与验证结合的模型，具体步骤如下首先，使用动态时间规整(DTW)算法计算出每一笔画与其相应模板的特 征向量间的距离，记为D。然后，需要找出一对连笔笔画间的连接笔段。本专利技术使用的方法是从两 个连笔笔画的相接点出发，分别往前、往后寻找第一个拐点，假设这两个拐点 间的部分就是连笔笔段，系统将对其进行验证。在验证阶段，把假设的连笔笔段从笔画主体中去除，然后取主体与模板进 行第二次比较，记它与模板的特征向量间的动态时间规划距离为D'。如果D〉D'， 说明假设正确，找到的确实为这一笔画与相邻笔画的连接部分；反之说明假设 错误，该假设的连笔笔段应归为笔画主体部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手写汉字美化方法，通过电子设备对用户手写汉字进行识别及美化，其特征在于包括如下步骤：（１）、基于速度的书法笔画模拟，在识别时根据手写汉字的速度快慢确定汉字笔画宽度变小或变大；（２）、载入书法汉字模板，在用户手写汉字的同时，识别用户输入的汉字，并从模板库中自动调用与该汉字相应的汉字模板，包括标准汉字模板和用户选定风格的书法汉字模板；（３）、手写汉字模型构建，将用户手写的汉字与标准汉字模板比较，确定手写的汉字是否出现连笔和／或拆笔，并建立三段式笔画模型来界定手写汉字的连笔或拆笔的头部、主体和尾部；（４）、模板融合，把书法汉字模板与用户手写汉字相融合，从而使用户手写汉字具有该书法汉字模板的书法风格，产生美化结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金连文，朱星华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]