Entwurf „wxOCR“

1. Verteidigung Entwurf „wxOCR“ Matthias Jauernig Michael Lahl

2. 0. Gliederung • Einflussfaktoren • Grundsatzentscheidungen • Softwarearchitektur • 3.1 Schichtenarchitektur • 3.2 Änderungen zum Pflichtenheft • 3.3 Klassendiagramm • 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten • 3.5 Sequenzdiagramme • Arbeitsaufteilung

3. 1. Einflussfaktoren • 1.1 Einsatzbedingungen • Sequentieller Programmablauf • Entwurf als single user Applikation • 1.2 Umgebungs-/Randbedingungen • OS: Windows / Linux  plattformübergreifende GUI mit wxWidgets • Keine Integration in bestehende Produkte  stand-alone-Applikation

4. 1. Einflussfaktoren • 1.3 Bedingungen aus Qualitätsanforderungen • Anpassbarkeit/Austauschbarkeit, vor allem der Bildverarbeitungskomponente • Aufteilung in Teilprogramme wxOCR (main) und wxOCR net Trainer, um das Neuronale Netz schon vorher anlernen zu können

5. 2. Grundsatzentscheidungen • 2.1 Datenhaltung • Speicherung in „flachen“ Dateien • Keine DB-Anbindung • 2.2 Verteilung im Netz • Keine Verteilung, lokale Applikation • Keine Netzwerkfunktionalität • 2.3 Benutzungsoberfläche • UI-Toolkit wxWidgets  Erfüllung der Bedingung nach Plattformunabhängigkeit • Wahl von wxWidgets durch Wahl von C++ und Open-Source-Verfügbarkeit unter der GPL

6. 3. Softwarearchitektur 3.1 Schichtenarchitektur • Einsatz einer 2-Schichtenarchitektur: • Schicht 1: eigentliche Anwendung • Schicht 2: Benutzungsoberfläche • Begründung dieser Aufteilung: • Erlaubt übersichtliche Strukturierung • Unterstützt Anpassbarkeit / Modularisierung • Unterstützt unabhängige Entwicklung von Benutzungsoberfläche und Anwendung • Keine 3 Schichten, da die wenigen Methoden zur Dateibehandlung eng an die Funktionalität gebunden sind

7. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.1 Schichtenarchitektur

8. 3. Softwarearchitektur 3.2 Änderungen zum Pflichtenheft • Klassendiagramm aus Pflichtenheft • grundlegend neu gestaltet / modularisiert: • Klassen mit mehreren Funktionalitäten gesplittet • Erfüllung der Forderung nach Anpassbarkeit, Änderbarkeit und Modularisierung • Erhöhung der Übersichtlichkeit • Paralleles Lernen mehrerer Zeichensätze möglich durch Nutzung einer Klasse für verkettete Listen

9. 3. Softwarearchitektur 3.2 Änderungen zum Pflichtenheft

10. 3. Softwarearchitektur 3.3 Klassendiagramm

11. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten • Allgemein: • Wert auf Nutzung oo Funktionalitäten: z.B. eigene polymorphe Klasse valmatrix<T>, welche auf den C++ Datentypen slice<T> und valarray<T> beruht • Beim Neuronalen Netz Einsatz von float** anstelle von valmatrix<T> aus Performance-Gründen • Nutzung von Exceptions, um Fehler abzufangen (vorrangig im Umgang mit Dateien)

12. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

13. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 1: Eigentliche Anwendung • Von wxWidgets-Komponente wxApp abgeleitet • Anwendungserzeugung • Erstellung eines Frames

14. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

15. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 1: Eigentliche Anwendung • Schnittstelle zwischen wxOCR (main), dem netTrainer, der Bildverarbeitung und dem Neuronalen Netz • Implementiert von den Teilapplikationen gemeinsam genutzte Funktionalitäten

16. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

17. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 1: Eigentliche Anwendung • Von wxOCRRecog abgeleitet, fügt dieser Funktionalitäten hinzu, die vom Hauptprogramm zur Texterkennung aus einem Bild genutzt werden.

18. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

19. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 1: Eigentliche Anwendung • Von wxOCRRecog abgeleitet • Hinzugefügte Funktionalität, z.B. Zeichensatz einlesen oder Neuronales Netz antrainieren und speichern • Zu lernende Zeichensätze werden in verketteter Liste (patternList) gespeichert

20. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

21. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 1: Eigentliche Anwendung • Abstrakte Klasse • Vorlage für konkrete Implementierungen der Bildverarbeitung • Enthält Basisfunktionen, die genutzt werden können • Leichte Anpassbarkeit durch Parametrisierung der wxOCRRecog-Klassen mit einem konkreten Bildverarbeitungsobjekt

22. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

23. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 1: Eigentliche Anwendung • Implementiert die abstrakten Methoden von wxOCRImageProc • Kann leicht durch eigene Implementierungen ersetzt werden • Stellt die Extrahierung von Mustern aus einem zuvor geladenen Bild zur Verfügung

24. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

25. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 1: Eigentliche Anwendung • Stellt Funktionalität des Neuronalen Netzes zur Verfügung • 3-Layer-Netz, feed forward, überwachtes Anlernen mittels Backpropagation möglich • Wird hauptsächlich durch die Dimensionierungen und die Gewichtsmatrizen definiert • Methoden zum Trainieren, Durchlaufen, Laden und Speichern des Netzes

26. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

27. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 1: Eigentliche Anwendung • Polymorphe Klasse für eine 2D-Matrix • Durch Operator-Überladung Zugriff mittels [i][j] möglich • Nutzung der Datentypen slice<T> und valarray<T> aus der C++ Standardbibliothek

28. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

29. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 1: Eigentliche Anwendung • Verkettete Liste zum Speichern der eingelesenen Zeichensätze • Methoden zum Einfügen, Löschen und Umsetzen des aktuellen Zeichensatzes • Zugriff auf aktuelle Zeichensatz-Matrix mit [i] möglich

30. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

31. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 2: Benutzungsoberfläche • Von wxWidgets-Komponente wxFrame abgeleitet • Stellt Fenster des Hauptprogramms zur Verfügung • Bild kann geladen und der daraus erkannte Text gespeichert werden

32. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

33. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 2: Benutzungsoberfläche • Fenster des netTrainers • Funktionen zum Handling von Zeichensätzen und Trainieren sowie Speichern des Neuronalen Netzes

34. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

35. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 2: Benutzungsoberfläche • Von wxWidgets-Komponente wxDialog abgeleitet • Zweck ist das Anzeigen eines Informationsdialogs zum Projekt

36. 3. Softwarearchitektur 2.b 2.a 1.a 1.b 1.c 1.d 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten

37. 3. Softwarearchitektur 3.4 Beschreibung der Systemkomponenten 3.4.1 Schicht 2: Benutzungsoberfläche • Abgeleitet von wxWidgets-Komponente wxTextCtrl • Erzeugt Texteingabe-Element, welches lediglich ganzzahlige Eingaben im Intervall [0…10000[ akzeptiert • Z.B. zur Eingabe der Lernepochen des Neuronalen Netzes

38. 3. Softwarearchitektur 3.5 Sequenzdiagramme 3.5.1 Verdeutlichung der Bildverarbeitungs-Anpassbarkeit

39. 3. Softwarearchitektur 3.5 Sequenzdiagramme 3.5.2 Verdeutlichung der Erkennung eines Zeichens aus einem Bild

40. 4. Arbeitsaufteilung

41. Noch Fragen? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?