DE3515159C2

DE3515159C2 -

Info

Publication number: DE3515159C2
Application number: DE3515159A
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Yokohama Kanagawa Jp Okutomi; Tetsuo Chofu Tokio/Tokyo Jp Sueda; Mitsuhiro Chigasaki Kanagawa Jp Tokuhara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1990-08-30
Also published as: GB2161006B; GB8510712D0; GB2161006A; DE3515159A1; US4833721A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Codieren von Zeichendaten gemäß dem Obergriff des Patentanspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Demgemäß geht die Erfindung von einem Stand der Technik aus, wie er in der DE 33 26 725 A1 gezeigt ist. Dort ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Umrißlinien eines Zei chens bestimmt werden, indem den Linienverlauf bestimmende charakteristische Punkte erfaßt werden, durch die zusammen gehörige Umrißliniensegmente verknüpft werden. Die Gradienten der Umrißlinien werden ermittelt, woraus eine Codefolge berechnet wird.

Mit einem Verfahren der beschrieben Art können Daten von Bildzeichen sehr kompakt und auch relativ schnell abgespeichert werden. Ein Bildzeichen kann danach auch wieder so regeneriert werden, daß keine Verluste in der Qualität des Zeichens hingenommen werden müssen. Das beschrieben Verfahren hat allerdings den Nachteil, daß die Zeitdauer für die Codierung aufgrund des gewählten Codierverfahrens relativ lang ist und daß auch ein einmal erkanntes Muster nicht mehr als solches erkannt werden kann, wenn geringe Änderungen in bezug auf seine Lage vorgenommen worden sind.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Obergriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß die Daten eines Bildzeichens völlig unabhängig von seiner Lage erfaßt und verarbeitet werden können. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens mit den in dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung mit den im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 8 angegebenen Maß nahmen gelöst.

Neben dem Vorteil, daß auch ein gedrehtes Bildzeichen noch erkannt werden kann ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung bei der relativen Codierung eine Zeitersparnis, weil weniger Daten zur Codie rung anliegen.

In der DE 23 03 841 B2 ist das Verfahren zum Erkennen von Zeichen beschrieben, bei dem Zeichen in einer Matrix von Spei cherzellen gespeichert werden, die nach einer Vorverarbei tung codiert werden. Die Codierung erfolgt dabei derart, daß ein Zeichen in Zeichenfelder aufgeteilt wird, von denen jedes mit einer Maske verglichen wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Ausgestaltungen der Erfin dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er läutert.

Fig. 1 ist eine Darstellung herkömmlicher Richtungs codes.

Fig. 2 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines Musters zeigt.

Fig. 3 ist eine Darstellung, die Zusammenhänge zwischen Umrißpunkten und Richtungscodes zeigt.

Fig. 4A und 4B sind Darstellungen, die ein Beispiel einer Bildverarbeitungsanlage zeigen, bei der die er findungsgemäße Codiervorrichtung bzw. Bilderzeugungseinrichtung verwendet werden kann.

Fig. 5-1 ist eine Blockdarstellung eines Verarbeitungs teils.

Fig. 5-2 ist eine Darstellung, die den Verarbeitungsab lauf bei dem Auszug von Charakteristika eines Musters veranschaulicht.

Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren für den Auszug von Umrißpunkten in einem Primärmerkmal- Auszugsteil veranschaulicht.

Fig. 7 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein Muster und dessen Umriß-Auszugspunkte zeigt.

Fig. 8 ist eine Darstellung, die die Zusammenhänge zwischen Umriß-Auszugspunkten und einer Richtungs differenz bei der Tangentenrichtung der Umriß linie zeigt.

Fig. 9 ist eine Darstellung von Richtungscodes für einen jeweiligen Umriß-Auszugspunkt bei der erfindungsgemäßen Bilderzeugungseinrichtung.

Fig. 10 ist eine Darstellung, die die Zusammenhänge zwischen Umrißpunkten und Richtungscodes zeigt.

Fig. 11 ist eine Darstellung, die Richtungscodes eines Musters bei der erfindungsgemäßen Bildverarbei tungsrichtung zeigt.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel eines in einem Unterschei dungsteil verwendeten Verzeichnisses für eine jeweilige Kategorie.

Fig. 13 ist eine Darstellung eines Beispiels von Code- Übereinstimmungen.

Fig. 14 ist eine Darstellung von Abständen zwischen den Codes mit den Übereinstimmungen nach Fig. 13.

Fig. 15 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Ver fahrens für das Berechnen eines Abstands D zwischen der Codefolge für das eingegebene Muster gemäß Fig. 11 und der Codefolge eines Bezugsmusters für die Ziffer "2".

Fig. 16 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Ver fahrens zum Berechnen eines Abstands D zwischen der Codefolge für das eingegebene Muster gemäß Fig. 11 und der Codefolge eines Bezugsmusters für die Ziffer "3".

Fig. 17 ist eine Darstellung, die die Übereinstimmungen zwischen dem Bezugsmuster für "2" und dem einge gebenen Muster zeigt.

Fig. 18 ist ein Ablaufdiagramm der Verarbeitung bei der Abweichung und der Wahl von Auszugspunkten.

Fig. 19-1 zeigt ein Beispiel eines eingegebenen Musters.

Fig. 19-2 zeigt ein Beispiel für die Codierung des in Fig. 19-1 gezeigten Musters.

Fig. 19-3 zeigt ein Beispiel für die Codierung in dem Fall, daß ein Ausgangspunkt der Codierung gemäß Fig. 19-2 versetzt wird.

Fig. 20 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zur Be rechnung eines Abstands D zwischen der Codefolge gemäß Fig. 19-2 und der Codefolge eines Bezugs musters für die Ziffer "3" veranschaulicht.

Fig. 21 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zur Be rechnung eines Abstands D zwischen der Codefolge gemäß Fig. 19-3 und der Codefolge des Bezugs musters für die Ziffer "3" veranschaulicht.

Fig. 22A und 22B sind Darstellungen von jeweils in den Fig. 20 bzw. 21 gezeigten Übereinstimmungen bei dem jeweiligen Muster.

Fig. 23 ist eine Darstellung von fein aufgeteilten Rich tungscodes.

Fig. 24 ist eine Blockdarstellung einer Systemsteuerung bei der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsein richtung.

Fig. 25 zeigt Bezugscodes für Ziffermuster "2" und "3".

Fig. 26 ist eine Darstellung eines Beispiels eines Ver zeichnisses für jeweilige Kategorien.

Fig. 27 und 28 sind Darstellungen von Auszugspunkten für ein Muster.

Fig. 29A ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Herausziehen von charakteristischen Punkten veranschaulicht.

Fig. 29B und 29C sind Darstellungen von periodischen nu merischen Werten für die Berechnung charakteristischer Punkte.

Fig. 30 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Falles, bei dem Richtungscodedaten mehrfach verschoben und Korrelationswerte berechnet werden.

Fig. 31 ist eine Darstellung, die einen Fall veranschaulicht, bei dem ein zu erfassendes Codemuster in eine Vielzahl von Codes aufgeteilt wird und auf gleichartige Weise wie im voranstehenden Fall die Korrelation zwischen einer jeweiligen Code folge und konstanten Mustererfassungsdaten er mittelt wird.

Fig. 32 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Falls, bei dem auf gleichartige Weise wie gemäß Fig. 30 Korrelationswerte mit höherer Genauigkeit berechnet werden.

In der Beschreibung wird als "Bild" bzw. "Bildmuster" ein Buchstabe, eine Markierung, ein Symbol, ein Bildzeichen oder dergleichen bezeichnet.

Die Fig. 1 zeigt einen Richtungscode von 1 bis 8, der als digitalisierter Code Information über den Umriß eines Musters und die Umrißrichtung an einem jeweiligen Umrißpunkt beinhaltet.

Bei einem bisherigen Verfahren zum Codieren von Zeichendaten wird, wenn der Umriß eines Musters gemäß Fig. 2 im Uhrzeigersinn von einem Anfangspunkt S₁ aus nachgezogen wird, zu einem Richtungscode gemäß Fig. 3. Die Punkte a und b in Fig. 2. entsprechen dabei den Punkten A und B in Fig. 3. Man kann sehen, daß der Richtungscode an diesen Bereichen Unstetigkeitsstellen aufweist.

Die Fig. 4A und 4B zeigen ein Beispiel für eine Bildver arbeitungsanlage, bei der die erfindungsgemäße Codier vorrichtung eingesetzt werden kann. Die Fig. 4A zeigt einen Leser 1, einen Steuerteil 2 eines optischen Klarschriftlesers, eines Lesers, eines Druckers oder der gleichen, einen Drucker 3, einen Computer 4, der mit einer Sichtanzeige ausgestattet ist, an die jeweiligen Einheiten Befehls abgeben kann und die Sichtanzeige er wünschter Daten ermöglicht, und eine Tastatur 5. Die Fig. 4B zeigt einen Hauptteil 10 einer handlichen Bildverar beitungseinrichtung, Lichtquellen 11, eine zu lesende Vorlage 12, ein optisches System 13, über das das Licht aus den Lichtquellen 11 über ein Muster an der Vorlage 12 zu einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung 14 (wie beispielsweise einer Flächen-Ladungskopplungsvorrichtung (CCD)) geleitet wird, und einen Verarbeitungsteil 15, mit dem die von der fotoelektrischen Wandlervorrichtung 14 abgegebenen Daten verarbeitet und/oder ausgegeben werden. Für die Anlage bzw. die Einrichtung besteht keine Ein schränkung auf eine solche Gestaltung. Ferner kann die Anlage eines von Systemen sein, die mit einer Platten speichereinheit, einer Mikrofilm-Arbeitsstation und dergleichen ausgestattet sind.

Auszug von Charakteristika

Es wird nun der Verarbeitungsteil 15 ausführlich be schrieben. Die Fig. 5-1 ist eine Blockdarstellung des Verarbeitungsteils 15. Mittels einer Vorverarbeitungs schaltung 16 wird für ein eingegebenes Muster eine Binär umsetzung, eine Störunterdrückung und dergleichen ausge führt. Darauffolgend werden mittels einer Zentraleinheit (CPU) 17 und eines Speichers 18 die Charakteristika bzw. die charakteristischen Merkmale des Musters herausgezogen. Der Merkmalauszug wird gemäß einem Programmablauf vorgenommen, der in Fig. 5-2 durch eine strichpunktierte Linie umrahmt ist. D. h., die Umrißinformation für das Muster werden dadurch codiert, daß ein Primärmerkmalaus zug vorgenommen wird. Der damit erzielte Code wird ab hängig von dem Muster oder dem Auszugsverfahren unver ändert verwendet. Ferner können durch einen Sekundärmerk malauszug andere Charakteristika herausgezogen werden, die sich von der genannten erzielten Codefolge unter scheiden. Die dermaßen entnommenen Charakteristika werden mit einem Verzeichnis ("dictionary") im Speicher 18 oder dergleichen ausgewertet bzw. es werden deren Ähnlichkeiten oder Korrelationen berechnet, wodurch das Muster erkannt bzw. bestimmt werden kann. Darüberhinaus kann der vorstehend genannte Merkmalauszug wiederholt werden oder es können andere Charakteristika bzw. Merkmale herausge zogen werden, wonach dann das Muster bestimmt werden kann. Der Bildleseteil für den nachfolgend erläuterten Auszug von Umrißpunkten eines Musters ist ein Lesesensor (eine Ladungskopplungsvorrichtung (CCD)) des Lesers 1 (nämlich eines Digital-Kopiergeräts).

Als nächstes wird der Merkmalauszug bei der erfindungs gemäßen Codiervorrichtung bzw. Bildverarbeitungseinrichtung ausführlich erläutert. Bei dem Primärmerkmalauszug wird zuerst aus die Umrißlinie des Musters bildenden Bildelementen eine vorbestimmte konstante Anzahl von Bildelementen herausge zogen. Als nächstes werden gemäß diesen Auszugspunkten Richtungsdifferenzen hinsichtlich der Tangentialen bzw. Tangentenrichtungen der Umrißlinie ermittelt und aufein anderfolgend codiert.

Auszug von Umrißpunkten

Die Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das das Herausziehen von Umrißpunkten veranschaulicht.

Im einzelnen wird zuerst für das Nachziehen der Umriß linie ein Ausgangspunkt nach einem Verfahren, bei dem eine Rasterabstrahlung des Bilds vorgenommen wird und das zuerst abgetastete Bildelement des Musters ermittelt wird, oder nach einem anderen Verfahren bestimmt, wonach dann die Lage dieses Ausgangspunkts gespeichert wird (Schritt 1). Danach wird ein nächster Umrißpunkt auf der Umrißlinie wie beispielsweise ein rechts gelegener Punkt ermittelt (Schritt 3) und dessen Entfernung l vom Aus gangspunkt festgestellt (Schritt 4). Die Entfernung l von dem Ausgangspunkt wird beispielsweise dadurch herge leitet, das Berechnungen gemäß den folgenden Gleichungen (1) und (1′) vorgenommen werden.

Falls beispielsweise der nächste Umrißpunkt oben, unten, rechts oder links liegt, gilt

l = l + 1. (1)

Falls der nächste Umrißpunkt in schräger Richtung ver setzt ist, gilt:

l = l + 1,4. (1′)

Mittels dieser Berechnungen wird durch die Prozesse bis zu einem Schritt 6 eine Umfangslänge L der Umrißlinie ermittelt.

Danach wird gemäß dem Wert der Umfangslänge L eine konstante Anzahl N von Umrißpunkten herausgezogen. Zuerst wird als Auszugspunkt der Ausgangspunkt gewählt (Schritt 8). Dann werden der nächste Umrißpunkt und die Umrißent fernung l vom Ausgangspunkt weg ermittelt (Schritt 11 und 12). Der Wert l wird gemäß den Gleichungen (1) und (1′) berechnet. Dann wird zum Bestimmen des Umrißpunkts für eine jede Strecke L/N folgende Bedingung überprüft (Schritt 13):

Hierbei ist N eine vorbestimmte Anzahl von herauszuzie henden Umrißpunkten. Falls die Bedingung (2) erfüllt ist, kehrt die Verarbeitungsroutine zu dem Schritt 8 zurück wobei der Umrißpunkt herausgezogen wird. Falls die Be dingung (2) nicht erfüllt ist, nämlich mit dem Rechenvor gang noch nicht der nächste Umrißpunkt erreicht ist, werden die Schritte 11 und 12 wiederholt. Nach dem Ab schluß des Herausziehens von N Umrißpunkten ist der Verarbeitungsroutine beendet (Schritt 10).

Falls dieses Verfahren beispielsweise an einem in Fig. 7 gezeigten Muster angewandt wird, werden Bildelemente S₁ bis S₂₀ herausgezogen, die in der Fig. 7 gestrichelt dar gestellt sind. Die Entfernung zwischen den jeweiligen Umrißpunkten beträgt jeweils L/N. Bei diesem Beispiel ist N auf "20" festgelegt, der Ausgangspunkt für das Nach ziehen der Umrißlinie auf das Bildelement bzw. den Umriß punkt S₁ gelegt und die Umrißlinie im Uhrzeigersinn nachgezogen bzw. verfolgt.

Wenn im einzelnen bei dem Muster gemäß Fig. 7 die ge samte Umfangslänge des Musters 98,6 ist, wird infolge von N=20 die jeweilige Entfernung L/N zu 4,93. Bei dem Schritt 4 nach Fig. 6 wird auf die beschriebene Weise mittels der Gleichungen (1) und (1′) die Entfernung l unter der Annahme berechnet, daß ein einzelnes Bildele ment eine Seitenlänge "1" und eine Diagonallänge "1,4" hat. In jeweiligen Bildelementen in Fig. 7 dargestellte Zahlen stellen jeweils die Entfernung dar. D. h., falls die Abtastung von dem Bildelement S₁ weg bis zu dem (strichliert dargestellten) Bildelement S₂ fortschreitet, wird die Entfernung zu "5,4". Da bei dem Schritt 13 5,4<4,93 ist, wird das strichliert dargestellte Bildelement als Auszugspunkt S₂ herausgezogen. Gleichermaßen nimmt gemäß Fig. 7 die Entfernung l auf 6,8, 7,8 und 9,2 zu, wonach sie bei dem nächsten strichliert dargestellten Auszugspunkt zu l=10,6 wird. Da bei dem Schritt 13 nach Fig. 6 10,6<4,93×2 ist, wird dieses Bildelement als Auszugspunkt S₃ herausgezogen. Auf diese Weise werden die in Fig. 7 gezeigten Auszugspunkte S₁ bis S₂₀ herausgezogen.

Danach werden aus den Auszugspunkten der Umrißlinie auf einanderfolgend Richtungsdifferenzen der Tangentenrichtungen der Umrißlinie ermittelt und codiert. Wenn bei spielsweise die Auszugspunkte der Umrißlinie gemäß Fig. 8 angeordnet sind, ergibt sich bei den Tangentenrichtungen der Umrißlinie eine Richtungsdifferenz α gemäß Fig. 8, die dann digitalisiert, nämlich beispielsweise einer von acht Richtungen gemäß Fig. 9 zugeordnet wird und codiert wird. Der erste Umrißtangentenrichtung wird immer der Richtungscode "0" zugeordnet.

Durch ein solches Codieren der Richtungsdifferenz zwischen Umrißtangentenrichtungen ist es möglich, eine Code folge zu erhalten, die sich auch bei einem beliebigen Nachziehen der Umrißlinie periodisch ändert, ohne daß eine unbrauchbare Unstetigkeitsstelle entsteht. Als Bei spiel unbrauchbare Unstetigkeitsstelle entsteht. Als Bei spiel zeigt die Fig. 10 eine Codefolge, die unter Benutzung aller Umrißpunkte des Musters nach Fig. 2 hergeleitet ist. Im Vergleich zu Fig. 3 ist es offensichtlich, daß die Codefolge keine ungeeignete Unstetigkeitsstelle hat, für den nachfolgenden Erkennungsprozesses geeignet ist und ferner auch bei Änderung des Ausgangspunkts für den Code stetig ist. Da ferner die Codefolge als periodische Funktion verarbeitet werden kann, wie beispielsweise dadurch, daß an dieser Funktion eine diskrete Fourier- Transformation vorgenommen wird, kann die Codefolge auch an der Frequenzachse bzw. in der Frequenzdomäne erkannt werden.

Die Fig. 11 zeigt das Ergebnis der vorstehend ausführlich erläuterten Verarbeitung an dem in Fig. 7 gezeigten Muster. In der Fig. 11 jeweils in Klammern angegebene Zahlenwerte geben die Codefolge wieder. Die Umrißform wird ohne Beeinflussung durch feine konkave oder konvexe Bereiche des Musters gut wiedergegeben, wobei jeweilige Längen normiert sind.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei dem Verfolgen einer Umrißlinie eines Musters in einer bestimmten Richtung die Differenz zwischen der Umrißlinienrichtung an einem jeweiligen Umrißpunkt und der Umrißlinienrichtung an einem vorangehenden Umrißpunkt berechnet und codiert, wodurch es bei der erfindungsgemäßen Bildverar beitunseinrichtung möglich ist, die Charakteristika bzw. Merkmale des Umrisses des Musters auf stetige Weise zum Ausdruck zu bringen, wobei auch auf einfache Weise eine durchgehende und periodische Richtungscodefolge erzielt werden kann.

Abstand

Als nächstes wird zuerst in dem Unterscheidungs- bzw. Erkennungsteil eine nichtlineare gegenseitige Anpassung bzw. ein nichtlinearer Vergleich zwischen der durch den Merkmalauszug gewonnenen Codefolge und einer im voraus in den Speicher eingespeicherten Bezugs-Codefolge vorgenommen. Dann wird ein Abstand D berechnet, der die Ähnlich keit zwischen dem eingegebenen Muster und einer Gruppe bzw. Kategorie anzeigt, welcher die Bezugs-Codefolge angehört (wobei der Wert des Abstands D klein wird, sobald die Ähnlichkeit groß ist). Die Berechnungsgleichungen sind nachstehend angeführt.

Wenn die Codefolge für ein bestimmtes eingegebenes Muster a₁, a₂, . . ., a _N ist und die Bezugs-Codefolge c₁, c₂, . . ., C _N ist, wird nach folgenden Rekursionsformeln gerechnet:

g (1, 1) = d(c₁, a₁),

g(i, j) = d(c _i, a_j) + min [g(i - 1; j), g(i, j - 1), g(i - 1, j - 1)], (3)

hierbei gilt:

d(c _i, a_j) = |c _i - a _j| + f(|c _i - a _j|). (4)

In diesen Formeln ist d(c _i, a_j) der Abstand zwischen dem Bezugs-Code c _j und dem Eingabe-Code a _j, während f(|c _i - a _j|) einem Korrekturbetrag für eine Lageabweichung an der Code folge des entsprechenden Codes entspricht und beispielsweise gemäß Fig. 12 bestimmt ist.

Abschließend wird der Abstand D zwischen den Codefolgen für das eingegebene Muster und für die Bezugs-Kategorie nach folgender Gleichung ermittelt:

D = g(N, N). (5)

Falls beispielsweise gemäß Fig. 13 der eingegebene Code für das in Fig. 11 gezeigte eingegebene Muster und ein bestimmter Bezugscode in Übereinstimmung gebracht werden (wobei diese Übereinstimmung durch das Rechnen gemäß den Formel (3) und (4) bis zur Endstufe erzielt wird), er geben sich hierbei zwischen den jeweiligen Codes jeweils Abstände d(c _i, a_j) gemäß Fig. 14, wobei deren Summe gleich dem Abstand D ist.

Als nächstes werden ausführlich anhand der Zeichnungen die Berechnung des Abstands D und die Anspassung bzw. der Ver gleich beschrieben. Gemäß Fig. 11 ist offensichtlich die Codefolge für das eingegebene Muster die folgende:

a _j = 1,1,1,0,0,-3,0,1,3,0,0,3,0,0,0,-2,-2,0,4,1.

Es sei angenommen, daß eine andere Codefolge eines Bezugsmusters für die Ziffer "2" die folgende ist:

c _i = 1,1,0,0,-2,0,0,3,0,0,2,0,0,0,-1,-1,0,3,1,1.

Der Abstand D wird gemäß dem in Fig. 15 dargestellten Ablauf berechnet. D. h., in der Formel (3) wird g (1,1)=d(c₁, a₁) zu g (1,1)=0, da c₁=1 und a₁=1 gilt. g (1,2)=d(c₁, a₂) wird zu g (1,2)=d(c₁, a₂) +min [g (1,1)]=0,1, da c₁=1 und a₂=2 gilt. Gleichermaßen gilt: g (2,2)=d(c₂, a₂)+min [g (1,2), g (2,1), g (1,1)]=c₂-a₂+f(|c₂-a₂)+min (0,1; 0,1; 0)=0.

Hierbei ist f(|c _i-a _j|) ein in Fig. 12 gezeigter Daten wert, der auf der Übereinstimmung zwischen i und j (der Übereinstimmung von Abfragepunkten) beruht. Durch das darauffolgende Berechnen für i und j von 1 bis 20 wird gemäß der Darstellung in der rechten oberen Ecke von Fig. 15 für g(i, j) bei i=j=20 der Wert des Abstands D als D=8,1 errechnet.

Falls andererseits das Bezugsmuster durch ein Bezugsmuster für die Ziffer "3" mit der Codefolge

c _i = 1,1,-2,1,1,1,1,3,0,-1,-1,-1,0,2,0,-1,-1,0,3,1

bei dem gleichen Muster wie in Fig. 7 ersetzt wird, wird ein in Fig. 6 gezeigtes Ergebnis erhalten. D. h., bei der Verwendung des Bezugsmusters für die Ziffer "3" wird als Wert g(i, j) für i=j=20 ein Abstand D=15,2 errechnet.

Aus dieser Erläuterung ist es ersichtlicht, daß es für das in Fig. 7 gezeigte Muster möglich ist, zu ermitteln, daß der Abstand im Falle des Bezugsmusters für "2" geringer als im Falle des Bezugsmusters für "3" ist, da sich hierfür 8,1<15,2 ergibt; infolgedessen ergibt sich eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß das in Fig. 7 gezeigte Muster als "2" erkannt wird.

Die Übereinstimmung bzw. Zuordnung zwischen einem jeweiligen Auszugspunkt des Bezugsmusters für "2" und einem jeweiligen Auszugspunkt des in Fig. 7 gezeigten Musters ist in der Fig. 15 jeweils durch einen dicken Pfeil dar gestellt. Letztlich werden Übereinstimmungen bzw. Zuord nungen gemäß Fig. 17 erzielt. Aus der Fig. 17 ist er sichtlich, daß an keiner Stelle eine unnatürliche Zuordnung vorgenommen wird.

Andererseits ist es auch möglich, nötigenfalls die in Fig. 6 gezeigten Bedingungen für das Wählen der Auszugs punkte zu ändern und mehrfach abweichende Auszugspunkte herauszuziehen, wodurch die Genauigkeit weiter verbessert wird.

Als nächstes wird nachstehend ein Verfahren beschrieben, gemäß dem hinsichtlich des Zeichenmusters für "3" die vorangehend genannten Auszugspunkte versetzt werden und [nach Gleichung (5)] verschiedene Abstände D berechnet werden, womit eine Erkennung mit hoher Genauigkeit vor genommen werden kann. Dieses Verfahren für das Heraus ziehen von Umrißpunkten läuft gemäß der Darstellung in Fig. 18 ab. Eine ausführliche Erläuterung der Fig. 18 wird weggelassen, da diese der Fig. 6 gleichartig ist. In der Fig. 18 ist bei Schritten 8 und 16 mit δ das Ausmaß einer Versetzung gegenüber einem ersten Umriß-Auszugs punkt bezeichnet (nämlich ein Wert, der anzeigt, wie weit der Umriß-Auszugspunkt von dem ersten Umriß-Auszugspunkt abweicht); der Wert δ liegt im Bereich von

0≦δ<1

(wenn δ=0 ist, fallt der Auszugspunkt mit dem ersten Umriß-Auszugspunkt zusammen).

Beispielsweise werden bei einem eingegebenen Muster gemäß Fig. 19-1 erste Umriß-Auszugspunkte und im weiteren hieraus gewonnene Richtungscode gemäß der Darstellung in Fig. 19-2 erhalten.

Wenn andererseits ein Wert δ=1/2 gewählt wird und die Umrißpunkte erneut herausgezogen werden sowie aus diesen die Codefolge abgeleitet wird, ergeben sich Auszugspunkte sowie eine Codefolge gemäß Fig. 19-3. D. h., der erste Auszugspunkt wird in seiner Lage nur um L/2N versetzt.

Aus dem Vergleich mit Fig. 19-2 ist ersichtlich, daß die konkaven und konvexen Bereiche der Umrißform des Musters auf genaue Weise durch die Codes wiedergegeben werden (nämlich die Bereiche, auf die in Fig. 19-3 jeweils ein Pfeil die Bereiche, auf die in Fig. 19-3 jeweils ein Pfeil zeigt); daher wird die Wahrscheinlichkeit beträchtlich gesteigert, daß das Muster bei den nachfolgenden Prozessen auf richtige Weise erkannt wird. Falls bei spielsweise zu einer groben Klassifizierung die Anzahl der Blöcke negativer Codes herangezogen wird, die der Codefolge überlagert sind (und die der Anzahl konkaver Bereiche des Musters entsprechen), werden gemäß Fig. 19-2 nur zwei Blöcke erfaßt, während gemäß Fig. 19-3 in Über einstimmung mit der Musterform auf eine genaue Weise drei Blöcke erfaßt werden, so daß die Wahrscheinlichkeit ziemlich hoch wird, daß eine richtige Erkennung erfolgt (siehe Pfeile an den Codefolgen in den Fig. 19-2 und 19-3). Für den Wert δ besteht keine Einschränkung auf 1/2. Beispielsweise kann der Auszug der Umrißpunkte unter schrittenweisem Verändern des Werts δ beispielsweise auf 1/5, 2/5, 3/5 und 4/5 wiederholt werden. Nach diesem Verfahren kann eine genauere Erkennung herbeigeführt werden.

Das Ergebnis der Unterscheidung bei dem Ablauf der vor stehend genannten Folge von Prozessen kann direkt als Erkennungsergebnis ausgegeben werden oder als vorübergehende Einstufung abgespeichert werden und die Verarbei tungsroutine zu einem weiteren Erkennungprozeß fortge führt werden.

Als nächstes wird ein Fall erläutert, bei dem der Abstand D [gemäß Gleichung (5)] aus der in den Fig. 19-2 und 19-3 genannten Codefolge für das Muster und dem Bezugscode für die Ziffer "3" ermittelt wird. Allein durch die Änderung der Auszugspunkte kann eine genauere Erkennung herbei geführt werden. Die Fig. 20 ist eine Darstellung zur Er läuterung eines Falls, bei dem der Abstand D zwischen einer Bezugs-Codefolge

c _i = 1,1,-2,1,1,1,1,3,0,-1,-1,-1,0,2,0,-1,-1,0,3,1

für die Ziffer "3" und einer Codefolge

a _j = 1,0,1,0,0,0,1,1,0,4,0,-2,-1,-1,0,0,-1,-2,0,3

für ein eingegebenes Muster der Ziffer "3" ermittelt wird. Die Fig. 21 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Falls, bei dem der Abstand D zwischen den vorstehend genannten Bezugs-Codefolge c _i und einer Codefolge

a _j′ = 1,1,1,-1,0,1,1,1,1,3,0,-1,-1,-1,2,-1,-1,-1,3,1

für die Ziffer "3" bei einer Versetzung der Auszugspunkte er mittelt wird. Das Verfahren zum Berechnen des Abstands D ist das gleiche wie das anhand der Fig. 15 und 16 be schriebene, so daß daher dessen ausführliche Beschreibung weggelassen wird. Als Endergebnis ändert sich der Abstand D von 17,5 gemäß Fig. 20 auf 8 gemäß Fig. 21, so daß das Muster genauer erkannt werden kann. Betrachtet man die in Fig. 20 und 21 verstärkten Pfeile, so ist ersichtlich, daß jeweils jedes Bildelement gemäß Fig. 22A bzw. 22B herauszgezogen wird.

Ferner ist es nicht notwendig, das Muster allein nach diesem Abstand zu bestimmen; vielmehr können irgendwelche anderen Bestimmungsverfahren angewandt werden, die auf Ähnlichkeiten oder dergleichen beruhen.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird nämlich grund legend eine Verfahren angewandt, das als dynamische Pro grammierung (DP) bezeichnet wird. Mehrfach-Übereinstimmung zugelassen wird, können jedoch mit der nichtlinearen Anpassung bzw. dem nichtlinearen Vergleich Verformungen berücksichtigt werden, wie sie beispielsweise bei hand schriftlichen Zeichen oder dergleichen auftreten. Ferner wird bei der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung durch das Hinzufügen der Lageabweichung an dem Code wie beispielsweise gemäß Fig. 12 als Bewertungsgröße bzw. Korrekturbetrag eine (als "Überanpassung" bezeichnet) und richtige Übereinstimmung ausgeschaltet, während eine Verformung zugelassen wird und eine genaue und schnelle Erkennung herbeigeführt werden kann.

Der die Musterähnlichkeit anzeigende Abstand D wird für einen jeden Bezugscode berechnet, wonach das eingegebene Muster beispielsweise entsprechend folgende Bedingungen bestimmt wird:

Wenn vorausgesetzt wird, daß der kürzeste Abstand D für ein bestimmtes eingegebenes Muster D₁ ist und der nächst kürzere Abstand D gleich D₂ ist, wird in dem Fall, daß die nachstehenden Bedingungen und gleichzeitig erfüllt sind, hieraus bestimmt, daß das eingegebene Muster einer dem Abstand D₁ entsprechenden Kategorie zu gehört. Andernfalls wird bestimmt, daß keine entsprechende Kategorie vorliegt.

< K₁

- D₁ < K₂

oder es sind die den Abständen D₁ und D₂ entsprechenden Kategorien die gleichen.

Hierbei sind K₁ und K₂ Konstanten, die in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Verformung eines zu erkennenden Musters, einer gegenseitigen Überschneidung von Kategorien oder dergleichen vorbestimmt sind.

Das vorangehend genannte Unterscheidungsergebnis kann direkt als Erkennungsergebnis ausgegeben werden oder es kann als Bereitschaftkategorie bzw. vorübergehende Ein stufung abgespeichert werden und die Verarbeitungsroutine zu einem weiteren anderen Erkennungsprozeß fortgeschaltet werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht hinsichtlich des Verfahrens für den Auszug von Umrißpunkten keine Einschränkung auf die Verfahren gemäß den Fig. 6 und 18. Vielmehr kann ohne irgendeine Beein trächtigung der nachfolgenden Prozesse irgendein Verfahren angewandt werden, bei dem eine die Charakteristika bzw. Merkmale der Form eines Musters wiedergebene konstante Anzahl von Bildelementen herausgezogen wird, ohne daß eine mögliche Beeinflussung durch kleineste konkave oder konvexe Bereiche der Umrißform des Musters, durch Störsignale oder dergleichen erfolgt. Weiterhin besteht keine Einschränkung auf die in Fig. 9 dargestellte Anzahl "8" von Richtungscodes. Falls diese Richtungscodes entsprechend einem zu erkennenden Muster feiner (wie beispielsweise gemäß Fig. 23) oder gröber aufgeteilt werden, ergibt sich daraus eine verbesserte Nutzbarkeit der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung.

Ferner wird bei der Rekursionsformel (3) für den nicht linearen Vergleich durch Hinzufügen eines der Mehrfach- Übereinstimmung entsprechenden Strafzuschlags k in der Weise, daß

g(i, j) = d(c _i, a_j) + min [k · g(i - 1, j), k · g(i, j - 1), g(i - 1, j - 1)] (6)

gilt, wobei k eine Konstante ist, die größer als "1" ist, oder durch Ändern eines Strafzuschlags gemäß Fig. 12 für eine Lageabweichung des Codes die Einschränkungsbedingung hinsichtlich der Verformung verändert, wodurch es möglich wird, einen für verschiedenerlei zu erkennende Muster geeigneten Vergleich auszuführen.

Es ist ersichtlich, daß die vorstehend beschriebenen Verfahren wiederholt ausgeführt oder miteinander kombiniert werden können.

Schaltungsaufbau

Die Fig. 24 zeigt ein Beispiel für eine schaltungsmäßige Ausstattung für das vorstehend beschriebene Verfahren.

Mittels eines Eingabegeräts 100 (in Form eines digitalen Kopierlesers gemäß Fig. 24) werden Daten einer beliebigen vorbestimmten Fläche einer eingelegten Vorlage ausgelesen und mittels einer Einschreibeschaltung 101 in einen Hauptspeicher 102 eingespeichert. Als nächstes werden mittels einer Vorverarbeitungsschaltung 103 die Daten für einen Zeichenbereich digitalisiert und einer Binär-Um setzung unterzogen. Ferner wird in einer Merkmalauszugs schaltung 104 für das Herausziehen primärer und sekundärer Merkmale bzw. Charakteristika der Umriß nachgezogen, wobei Umrißpunkte herausgezogen und diese Auszugspunkte codiert werden sowie nötigenfalls aus der Codefolge sekundäre Merkmale bzw. Charakteristika herausgezogen werden. Mittels einer nichtlinearen Anpassungs- bzw. Vergleichsschaltung 105 wird das Ausmaß der Differenz zwischen dem Code für das eingegebene Muster und dem Code eines jeweiligen Bezugsmusters berechnet. Durch das Ver binden der vorstehend genannten jeweiligen Schaltungen in der Form eines Durchgangskanals (Pipline) wird eine hohe Erkennungsgeschwindigkeit erzielt. Die vorstehend ge nannten jeweiligen Schaltungen werden mittels einer Steuerungs-Zentraleinheit 106 gesteuert, welche die Merk malauszugsschaltung 104 in der Weise steuert, daß diese gemäß den in den Fig. 6 und 18 gezeigten Steuerungsab laufdiagrammen entsprechend den vorstehend beschriebenen verschiedenartigen Verfahren gesteuert wird. Ferner wird von der Zentraleinheit 106 gemäß einem Wert der Differenz bzw. des Abstands, der von der nichtlinearen Vergleichs schaltung 105 abgegeben wird, das Endergebnis der Er kennung an ein externes Gerät abgegeben oder, falls es erforderlich ist, der Merkmalauszugsschaltung 104 befohlen, den Codierprozeß erneut auszuführen.

Gemäß der vorstehenden ausführlichen Beschreibung wird bei der erfindungsgemäßen Codiervorrichtung bzw. Bildverarbeitungseinrichtung eine konstante Anzahl von Umrißpunkten eines Musters herausgezogen, wonach gemäß diesen die Richtungsdifferenzen hinsichtlich der Umrißtangentenrichtungen ermittelt und codiert werden, zwischen diesen Codes und im voraus in einem Speicher eingespeicherten Bezugscodes ein nicht linerer Vergleich vorgenommen wird, ein die Ähnlichkeit anzeigender Abstand zwischen dem eingegebenen Muster, bei dem in geeigneter Weise ein Ausmaß an Musterverformung berücksicht wurde, und eine Kategorie berechnet wird, der der Bezugscode angehört, und hieraus das eingegebene Muster identifiziert wird. Auf diese Weise kann mittels eines einfachen Aufbaus eine schnelle und zuverlässige ar beitende Erkennungseinrichtung gebildet werden, die für die Erkennung von verschiedenartigen Musters geeignet ist.

Ähnlichkeit

Es wird nun ein weiteres Unterscheidungs- bzw. Erken nungsverfahren beschrieben. In dem Unterscheidungs- bzw. Erkennungsteil wird zuerst die Korrelation zwischen der durch den Primärmerkmalauszug gewonnenen Codefolge und der Bezugs-Codefolge ermittelt, die im voraus in einem Speicher gespeichert wurde, und es wird dann eine Ähn lichkeit S zwischen dem eingegebenen Muster und der Kate gorie berechnet, der die Bezugs-Codefolge angehört. Nach stehend ist die Berechungsgleichung gezeigt:

Wenn für ein bestimmtes eingegebenes Muster die Codefolge a₁, a₂, . . . , a _N ist und die Bezugscode c₁, c₂, . . . c _N ist, so gilt:

wobei der Wert S in dem Bereich -1≦S≦1 liegt und groß ist, wenn eine hohe Ähnlichkeit vorliegt.

Beispielsweise sind die Ähnlichkeiten zwischen den voran gehend genannten Bezugscodes (gemäß Fig. 25) für die Ziffernmuster "2" und "3" und dem in Fig. 11 gezeigten eingegebenen Muster jeweils 0,95 bzw. 0,39. Es ist offen sichtlich, daß für die Ziffer "2" die Ähnlichkeit größer als diejenige für die Ziffer "3" ist.

Es wird die Ähnlichkeit S für einen jeden Bezugscode be rechnet und das eingegebene Muster beispielsweise gemäß folgenden Bedingungen bestimmt:

Nimmt man an, daß die größte Ähnlichkeit für einen je weiligen Bezugscode bei einem bestimmten eingegebenen Muster S₁ ist und die nächstgrößere Ähnlichkeit S₂ ist, wird das eingegebene Muster als zu der S₁ entsprechenden Kategorie zughörig bestimmt, wenn folgende beiden Bedingungen und erfüllt sind.

S₁ < K₁

S₁ - S₂ < K₂

oder es sind die S₁ und S₂ entsprechenden Kategorien gleich. Andernfalls wird ent schieden, daß keine entsprechende Kategorie vorliegt.

Hierbei sind K₁ und K₂ Konstanten, die im voraus ent sprechend dem Ausmaß der Verformung eines zu erkennenden Musters, der gegenseitigen Mischung bzw. Überschneidung der Kategorie oder dergleichen bestimmt werden.

Dieses Unterscheidungsergebnis kann direkt als Erken nungsergebnis ausgegeben werden. Andernfalls kann das Ergebnis als Bereitschafts-Kategorie bzw. vorübergehende Einstufung gespeichert werden und die Verarbeitungsroutine mit einem weiteren anderen Erkennungsprozeß fortgesetzt werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verfahren für das Herausziehen von Umrißpunkten nicht auf das in Fig. 6 dargestellte beschränkt. Vielmehr kann ohne irgendeine Beeinflussung der nachfolgenden Prozesse irgendein Ver fahren angewendet werden, bei dem eine konstante Anzahl von Bildelementen derart herausgezogen wird, daß die Charakteristika bzw. Merkmale der Form eines Musters wiedergegeben werden, und zwar möglichst ohne Beeinflussung durch kleinste konkave und konvexe Bereiche der Um rißform des Musters, durch Stör- und Rauschsignale oder dergleichen.

Ferner gibt es auch ein anderes Verfahren, bei dem eine Lageabweichung des Codes abgeschwächt und eine gleichmäßige Erkennung bei einer stärkeren Verformung des Musters oder bei feinem Rauschen durch die Abwandlung der Gleichung (5-1) für die Ähnlichkeit auf

ausgeführt wird, wobei δ eine Konstante in dem Bereich 0 ≦δ≦1 ist. Es liegt jedoch auch ein Fall vor, bei dem die Absonderung bzw. Auflösung des Musters verlorengehen konnte, wenn der Wert von δ zu groß ist. Es ist daher zweckdienlich, wenn der Wert von δ in Abhängigkeit von den Merkmalen des zu erkennenden Musters bestimmt wird.

Es ist offensichtlich, daß die vorstehend beschriebenen Verfahren wiederholt oder miteinander kombiniert werden können.

Es liegen jedoch Fälle vor, bei denen abhängig von dem eingegebenen Muster ermittelt wird, daß es keine Kategorie gibt, der das eingegebene Muster angehört, oder daß das eingegebene Muster zwei oder mehr Kategorien ange hört. In diesen Fällen wird der Auszugsvorgang erneut ausgeführt, um andere Umrißpunkte herauszuziehen, wonach wieder die gleichen Prozesse ausgeführt werden, wodurch es möglich wird, auf genaue Weise der Kategorie zu be stimmen, der das eingegebene Muster angehört.

Das auf dieser Folge von Prozessen beruhende Ermittlungs ergebnis kann direkt als Erkennungsergebnis ausgegeben werden oder es kann als Bereitschafts-Kategorie bzw. vorübergehende Einstufung gespeichert werden und die Verarbeitungstroutine mit einem weiteren anderen Erken nungsprozeß fortgesetzt werden.

Darüberhinaus besteht bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel für das Verfahren zum Berechnen der Ähnlichkeit und das Verfahren zur Bewertung derselben keine Einschränkung auf die Gleichungen (5-1) und (5-2).

Andererseits werden bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Merkmalauszug und die Bewertung unter gleichzeitiger Verwendung von nur einem Satz von Umriß-Auszugspunkten vorgenommen (mit einer Gruppe von Auszugspunkten, die bei einem einzigen Umrißauszug er mittelt werden). Es gibt jedoch auch ein anderes Verfahren, bei dem gleichzeitig mehrere Sätze von Umriß-Aus zugspunkten herangezogen werden. Nimmt man beispielsweise an, daß K eine bestimmte natürliche Zahl ist, so wird bei

δ = 0, 1/K, 2/K, . . ., (K-1)/K (7)

jeweils ein Satz von Auszugspunkten erzielt. Nimmt man an, daß die mittels der jeweiligen Auszugspunkte erhaltenen Ähnlichkeiten für eine bestimmte Kategorie jeweils S₁, S₂, S₃, . . ., S _K sind, so kann die Ähnlichkeit S zwischen dem eingegebenen Muster und dessen Kategorie beispielsweise nach folgenden Gleichungen berechnet werden:

S = min [S₁, . . ., S _K] (8)

und

Von diesen beiden Gleichungen sollte eine Gleichung in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu erkennenden Musters gewählt werden. Nach diesen Verfahren kann eine genauere Erkennung ausgeführt werden.

Gemäß der vorstehenden ausführlichen Beschreibung bildet die erfindungsgemäße Codiervorrichtung bzw. Bildverarbeitungseinrichtung eine Mustererkennungseinrichtung, bei der eine konstante An zahl vom Umrißpunkten eines Musters herangezogen wird, gemäß diesen Umrißpunkten die Richtungsdifferenzen hin sichtlich der Umrißtangentenrichtungen ermittelt und codiert werden und durch Heranziehen des so gewonnenen Codes das eingegebene Muster identifiziert wird; damit ist es möglich, eine Mustererkennungseinrichtung zu schaffen, bei der zur Erkennung je nach Erfordernis schrittweise oder gleichzeitig als Sätze von Auszugspunkten, die jeweils aus der genannten konstanten Anzahl von Auszugspunkten bestehen, mehrere voneinander verschiedene Sätze von Auszugspunkten benutzt werden, wodurch mittels eines einfachen Aufbaus eine genaue Erkennung herbeige führt wird.

Ferner wird eine konstante Anzahl von Umrißpunkten eines Musters herausgezogen, wonach gemäß den Umrißpunkten die Richtungsdifferenzen hinsichtlich der Umrißtangentenrich tungen ermittelt und codiert werden, die Korrelation zwischen diesem Code und einem zuvor gespeicherten Bezugs code ermittelt wird, die Ähnlichkeit zwischen dem einge gebenen Muster und der Kategorie berechnet wird, der der Bezugscode angehört, und das eingegebene Muster erkannt wird. Damit ist es möglich, mittels eines einfachen Aufbaus eine Hochgeschwindigkeits-Mustererkennungsein richtung mit einem hohen Erkennungsfaktor bzw. Erken nungsvermögen zu schaffen.

Die Fig. 11 zeigt das Ergebnis in dem Fall, daß an dem in Fig. 7 gezeigten Muster die Umrißpunkte herausgezogen wurden und der vorstehend ausführlich beschriebene Rich tungscodierprozeß ausgeführt wurde. Die in der Fig. 11 jeweils in Klammern angegebenen Zahlen stellen die Code folge dar. Es ist ersichtlich, daß die Umrißform ohne Beeinflussung durch feine konkave und konvexe Bereiche des Musters gut wiedergegeben wird und auch ihre Länge normiert wird.

Merkmalparameter

Als nächstes werden bei dem Sekundärmerkmalauszug unter Heranziehen der in Fig. 11 gezeigten, bei dem Primärmerk malauszug für das Muster ermittelten Codefolge als Merk malparameter für die Codefolge Informationen herausgezogen, die besonders gut für die nachfolgende Bestimmung bzw. Erkennung nutzbar sind. Beispiele für diese Merkmal parameter sind folgende:

P₁ = Anzahl von Codes "4"
P₂ = Anzahl von Codes "3"
P₃ = Anzahl von Codes "2"
P₄ = Anzahl von Codes "1"
P₅ = Anzahl von Codes "0"
P₆ = Anzahl von Codes "-1"
P₇ = Anzahl von Codes "-2"
P₈ = Anzahl von Codes "-3"
P₉ = Anzahl von Blöcken aus negativen Codes. Zwischen den negativen Codes kann der Code "0" vorliegen.
P₁₀ = Anzahl von Blöcken aus Codes "-2" oder weniger
P₁₁ = Anzahl von Blöcken aus Codes "2" oder mehr
P₁₂ = Anzahl von Blöcken aus Codes "3" oder mehr
P₁₃ = Maximale Anzahl aufeinanderfolgender Codes "0"
P₁₄ = Gesamtanzahl von negativen Codes

Bei diesen Parametern ist beispielsweise P₀ gleich der Anzahl von Schleifen oder von abgesonderten Mustern und P₉ gleich der Anzahl von konkaven Bereichen des Musters, wobei die beiden Parameter P₀ und P₉ die grundlegenden Merkmale des Musters anzeigen. P₅ und P₁₃ geben die Linearität der Umrißform des Musters wieder. P₁₁ Entspricht der Anzahl von Spitzenbereichen.

Verzeichnisse

Als nächstes werden gemäß den auf die vorstehend be schriebene Weise hergeleiteten Daten die Werte der bei dem Sekundärmerkmalauszug erhaltenen Merkmalparamter für eine jede Kategorie mit zuvor in einem Speicher abge speicherten Verzeichnissen (einem "Wörterbuch") verglichen, um dadurch die Kategorie zu ermitteln, der das eingegebene Muster angehört, oder zu ermitteln, daß das Muster keiner Kategorie angehört. Die Fig. 26 zeigt ein Beispiel für solche Verzeichnisse (bzw. für ein solches "Wörterbuch"). In der Fig. 26 sind mit MAX und MIN jeweils der zulässigen maximale bzw. minimale Wert eines jeweiligen Merkmalparameters bezeichnet, während mit einem Diagonalkreuz angezeigt ist, daß keine Einschränkung besteht. Falls als Merkmalparameter P₀ bis P₁₄ die jeweiligen Bedingungen erfüllen, wird damit bestimmt, daß das eingegebene Muster der betreffenden Kategorie ange hört.

Das Ermittlungsergebnis kann direkt als Erkennungsergebnis ausgegeben werden oder als Bereitschafts-Kategorie gespeichert werden und die Verarbeitungsroutine mit einem weiteren anderen Erkennungsprozeß fortgesetzt werden.

Hinsichtlich der Merkmalparameter besteht keine Ein schränkung auf die hier angeführten Parameter P₀ bis P₁₄. Vielmehr können auch entsprechend einem zu erkennenden Muster verschiedenerlei andere Arten von Parametern herangezogen werden.

Abstand für eine jeweilige Kategorie

Das Unterscheidungsverfahren ist nicht auf das Verfahren des Vergleichs mit dem Verzeichnis wie dem in Fig. 26 gezeigten begrenzt. Es gibt auch ein weiteres Verfahren, bei dem der Abstand D zwischen dem eingegebenen Muster und der jeweiligen Kategorie als jeweilige Funktion von Merkmalparametern P₀ bis P _K berechnet wird und die Unter scheidung bzw. Erkennung gemäß der Größe des Abstands D vorgenommen wird.

Beispielsweise wird für eine jede Kategorie

ermittelt, wobei a _i und b _i Konstanten sind, die für eine jede Kategorie festgelegt sind.

Gemäß der vorstehenden ausführlichen Beschreibung wird bei der erfindungsgemäßen Codiervorrichtung bzw. Bilderzeugungseinrichtung eine konstante Anzahl von Umrißpunkten eines Musters herausge zogen, wonach gemäß diesen Umrißpunkten die Richtungsdif ferenzen hinsichtlich der Umrißtangentenrichtungen er mittelt und codiert werden und ferner hieraus die Merk malparameter gewonnen werden, wodurch es möglich wird, unter Heranziehen einer geringen Informationsmenge die Charakteristika bzw. Merkmale der Musterform auf gleich mäßige Weise mit hoher Wiedergabetreue darzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, durch Kombination mit einem einfachen Unterscheidungsverfahren als ganzes eine Ein richtung zur schnellen Mustererkennung mit hohem Erken nungsvermögen zu schaffen.

Weiterhin kann eine vorbestimmte Anzahl von Umrißpunkten nach einem einfachen Algorithmus herausgezogen werden und die Genauigkeit bei der nachfolgenden Mustererkennung gesteigert werden.

Digitale Gerade

Es wird nun anhand der Fig. 7 ein Verfahren erläutert, bei dem aus allen n Umrißpunkten, die gemäß dem in Fig. 7 gezeigten Muster angeordnet sind, so gleichförmig wie möglich m Umrißpunkte gewählt und herausgezogen werden. Bei diesem Verfahren wird der bekannte Begriff der "digi talen Geraden" angewandt. Dieser Begriff wird nachstehend dargelegt:

Es wird allgemein erwogen, aus den n Umrißpunkten m Umrißpunkte herauszuziehen, die so gleichförmig wie möglich angeordnet sind. In diesem Fall geht die Allgemeingültig keit auch dann nicht verloren, wenn m/n ein nicht redu zierbarer bzw. nicht kürzbarer Bruch ist.

Zuerst wird m/n in folgenden Kettenbruch aufgelöst:

Dieser Bruch wird folgendermaßen dargestellt:

m/n = {P₁, P₂, . . ., P _N}.

Gemäß nachstehend angeführten zwei Regeln wird eine Symbolfolge aus "1" und "0" erhalten:

i) Die Symbolfolge für {P _N} ist 1;
für N = gilt beispielsweise 1. Falls P₃-1 bei spielsweise "2" ist, ergibt sich 0² 1="001".
ii) Das Umschreiben von {P _i+1, . . ., P _N} auf {P _i, P _i+1, . . ., P _N}, wobei P _i hingefügt ist, entspricht 0 → 1, 1 → 1.

Beispielsweise ergibt für n=18 und m=5 folgende Berechnung:

Aus i) wird hinsichtlich {2} die Folge 1 zu 0¹ 1= 01, dafür {P _N} P₃=2 gilt (wobei in diesem Fall N=3 gilt).

Als nächstes ergibt sich aus ii) bei P₂=3:

0 → 1 = 0² 1 → 001,

1 → 1 = 0¹ 1 → 0 1.

Gleichermaßen ergibt sich hinsichtlich 4, 3, 2 ein schließlich P₁=4:

Es ist ersichtlicht, daß die Umrißpunkte gewählt werden können, die den Stellen von "1" in der in der Gleichung (12) gezeigten Symbolfolge entsprechen.

Es wird nun der Fall betrachtet, daß dieses Verfahren bei dem in Fig. 7 gezeigten ursprünglichen Muster für "2" angewandt wird. Nimmt man an, daß die Anzahl aller Umriß punkte 83 ist, so ergibt sich zuerst

da folgender Kettenbruch vorliegt:

Daraus wird gemäß den vorstehenden Regeln i) und ii) die folgende Symbolfolge abgeleitet:

00001000100010001000100010000100010001000100010001000100001000100010-001000100010001 (14)

Falls bei dem Nachziehen des Umrißes von dem Umrißpunkt S in der Figur an der jeweilige Umrißpunkt als Anfangs punkt und die Umrißpunkte herausgezogen werden, die den Symbolen "1" der Symbolfolge entsprechen, wenn die Sym bolfolge gemäß (14) in Übereinstimmung gebracht wird, ergeben sich die in den Fig. 27 und 28 gezeigten Auszugs punkte (die als strichlierte Bereiche dargestellt sind.).

Als nächstes wird aus den dermaßen erzielten Auszugspunkten die die Umrißinformationen darstellende Codefolge folgendermaßen abgeleitet:

Es wird die Richtung des jeweils benachbarten Auszugspunkte verbindenden Liniensegmente bei dem Nachziehen der Auszugspunkte in einer vorbestimmten Richtung des Umrisses ermittelt. Ferner wird die Richtungsdifferenz zwischen dieser Richtung und der bei der Ermittlung zuvor ermittelten Richtung beispielsweise gemäß den in Fig. 9 gezeigten Codes digitalisiert, wonach dann diese digita lisierten Richtungen aufeinanderfolgend codiert werden. Die Codes nach Fig. 9 werden in dem Fall angewandt, daß der Umriß im Uhrzeigersinn nachgezogen wird, wobei der Code "0" den Fall anzeigt, daß die vorstehend genannte Richtung mit der bei der einen Ermittlung zuvor ermittelten Richtung übereinstimmt. Es ist ersichtlich, daß hin sichtlich der Nachführrichtung und des Codierverfahrens keine Einschränkung hierauf besteht.

Die Fig. 11 zeigt die Richtungscodes, die aus den gemäß Fig. 27 entnommenen Auszugspunkten abgeleitet werden. Es wird nämlich folgende Codefolge erhalten:

1,1,1,0,0,-3,0,1,3,0,0,3,0,0,0,-2,-2,0,4,1 (15)

Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die dermaßen abge leitete Codefolge stetig ist, ohne daß sie durch feine bzw. kleinste konkave und konvexe Bereiche des Umrisses beeinflußt ist, und daß ihre Länge normiert ist.

Da ferner das Codieren entsprechend der Fig. 9 erfolgt, ist die Codefolge gemäß (15) fortlaufend und periodisch. Diese Eigenschaft ist sehr vorteilhaft für die nachfolgenden Prozesse und wichtig für die Verringerung bzw. Einschränkung der Prozesse, die für die gesamte Muster erkennung und für die Verbesserung hinsichtlich des Er kennungsfaktors bzw. des Erkennungsvermögens erforderlich sind.

Andererseits kann das Muster dadurch identifiziert werden, daß unter Verwendung der vorstehend genannten Code folge die Ähnlichkeit zwischen diesem Muster und dem Bezugsmuster für eine jede Kategorie berechnet wird, die zuvor gespeichert wurde. Zusätzlich kann auch das einge gebene Muster dadurch bestimmt werden, daß aus der ge nannten Codefolge weitere sekundäre Merkmale bzw. Charak teristika herausgezogen und verwendet werden (wie bei spielsweise die jeweilige Anzahl von Geraden, Rechtswen dungen, Linkswendungen, scharfen Rechtswendungen, scharfen Linkswendungen und dergleichen). Dieser Zustand ist in der Fig. 10 in bezug auf das Muster gemäß Fig. 2 dargestellt. In der Fig. 10 entsprechen die Bezeichnungen "Scharf rechts 2", "Gerade 1" usw. denjenigen in Fig. 2.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die jeweilige Länge l der Umrißlinie bei dem Schritt 12 nach Fig. 6 entsprechend den Gleichungen (1) und (1′) bestimmt. Die Gleichung (1′) kann jedoch auf l=l+ abgewandelt werden, um die Strecke bzw. Entfernung genauer zu ermitteln, oder aber auf l=l+1, um die Rechenzeit zu verkürzen.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei der erfin dungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung durch das Herausziehen einer vorbestimmten Anzahl von Umrißpunkten aus den jeweils die Umrißlinie des Musters bildenden Umrißpunkten gleichzeitig eine Glättung und eine Normierung herbeigeführt, wodurch es möglich wird, immer eine stetige Codefolge gleicher Länge abzuleiten.

Zusätzlich zu diesem Vorteil kann ferner durch das Aus führen des erfindungsgemäßen Codierprozesses eine fort laufende bzw. zusammenhängende und periodische Codefolge erzielt werden. Infolgedessen können die für die gesamte Mustererkennung erforderlichen Verarbeitungsschritte vermindert werden, wobei das Erkennungsvermögen verbessert werden kann.

Verfahren zum Herausziehen von charakteristischen Punkten und zum Ermitteln einer periodischen Funktion

Die Fig. 29A zeigt ein Beispiel für das vorangehend beschriebene Verfahren zum Herausziehen charakteristischer Punkte. In der Fig. 29A ist mit 107 ein Speicher bezeichnet, in den die Richtungsdifferenz-Codefolge ein gespeichert wurde und der einem Teil des Speichers 18 nach Fig. 5-1 entspricht. Das gleiche gilt für die Be schreibung der vorangehend genannten Richtungsdifferenz- Codefolge. Es sei angenommen, daß die Länge der Codefolge auf einen konstanten Wert n normiert ist. Mit 108 und 109 sind Speicher bezeichnet, in die besondere Zahlenwerte zum Berechnen der charakteristischen Punkte eingespeichert wurden und die einem Teil des Speichers 18 nach Fig. 5-1 entsprechen. Beispielsweise wurden in den Speicher 108 unter Streuung Zahlenwerte eingespeichert, die gemäß Fig. 29B einer Periode einer Sinuswelle entsprechen, wobei angenommen ist, daß die Gesamtzahl dieser Zahlenwerte gleichermaßen wie die Länge der Codefolge gleich n ist. Andererseits wurden in den Speicher 109 Zahlenwerte ein gespeichert, die im Vergleich zu denjenigen in dem Speicher 108 jeweils eine Phasendifferenz von 90° haben. Nimmt man an, daß der Speicherinhalt des Speichers 108 einer Sinuskurve entspricht, so wurden in den Speicher 109 Zahlenwerte eingespeichert, die einer Cosinuskurve entsprechen. Für die in den Speicher 107 bis 109 gespeicherten Codedaten des zu erfassenden Musters sowie die dort gespeicherten zwei Bezugsdaten wird folgender Re chenvorgang ausgeführt:

D. h., es wird für die Codefolge für das zu erfassende Muster die Sinuswellenkomponente berechnet und diese Komponente auf eine charakteristische Größe F des Musters eingestellt. Da die Codefolge eine Wiederholungsfunktion ist und durchgehende Form hat, kann die charakteristische Größe des Musters auf direkte Weise als eine Form der Fourier-Transformation erhalten werden. Diese charakteristische Größe F zeigt an, bis zu welchem Ausmaß die Komponente in dem Sinuswellenmuster der Bezugsdaten des Intervals, das in dem Fall gebildet wird, daß die Länge der Codedatenfolge auf die Länge n normiert ist, zu einem Wendepunkt in dem Grenzbereich des zu erfassenden Musters beiträgt.

Der Erkennungsteil vergleicht die charakteristische Größe aus dem Merkmalauszugsteil mit den in dem Erkennungsteil gespeicherten Verzeichnisdaten und bestimmt daraus das Muster.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei der erfin dungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung die Korrelation zwischen den Daten des Richtungsdifferenz-Codes für die Grenzlinie und den Musterdaten für eine konstante Form berechnet und der Wert dieser Korrelation als charakteri stische Größe des Musters eingesetzt. D. h., im Vergleich zu dem Aufwand für die Ermittlung eines Korrelationswerts für alle Musterdaten auf die herkömmliche Weise ist die Menge der Musterdaten für eine konstante Form ziemlich gering, so daß eine schnelle Mustererkennung erzielbar ist.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung wird die Länge der Richtungscodedaten auf einen konstanten Wert n eingestellt und es wird die Korrelation von n konstanten Mustererfassungsdaten ermittelt, wodurch die charakteri stische Größe berechnet wird. Die Fig. 30 veranschaulicht den Fall, daß bei dem Ermitteln einer Korrelation die Richtungscodedaten mehrmalig verschoben bzw. versetzt werden und als charakteristische Größe der Maximalwert der Korrelationswerte oder deren Mittelwert eingesetzt wird. Mit F _m ist eine charakteristische Größe bezeichnet, die bei einem jeweiligen Verschiebungsvorgang abgeleitet wird, wobei als charakteristische Größe für dieses Muster der maximale Wert der Größen F _m eingesetzt wird.

Die Fig. 31 veranschaulicht den Fall, daß auf ähnliche Weise wie gemäß der vorstehenden Beschreibung ein zu erfassendes Codemuster in mehrere Teile aufgeteilt wird und die Korrelation zwischen einer jeweiligen Codefolge und einem konstanten Mustererfassungs-Datenwert ermittelt wird. In der Fig. 31 ist als Beispiel der Fall gezeigt, daß die Codedatenfolge in zwei Teile aufgeteilt ist, wobei angenommen ist, daß gleichartige wie bei dem Beispiel nach Fig. 29 als Mustererfassungsdaten n/2 feste Daten in einer Menge für eine einzelne Periode mit der Phasendifferenz 90°C gespeichert wurden. D. h., nach Fig. 31 wird in der Codefolge des zu erfassenden Musters aus der ersten Hälfte ein Ausmaß F _a des Beitrags der Muster erfassungsdaten an einem Wendepunkt und aus der letzten Hälfte ein Ausmaß F _b des Beitrags berechnet, wodurch die charakteristischen Punkte des Musters bestimmt werden.

Die Fig. 32 zeigt ein Beispiel für den Fall, daß ähnlich wie gemäß Fig. 30 die aufgeteilte Codefolge 107 bei diesem Beispiel versetzt wird, die Korrelation zwischen der Codefolge und den Mustererfassungsdaten ermittelt werden und dann als charakteristischer Punkt bz. charak teristische Größe der Maximalwert dieser Korrelationen oder deren Mittelwert eingesetzt wird. Falls nämlich der Wendepunkt nahe dem Aufteilungspunkt bei dem Beispiel nach Fig. 31 liegt, ist es möglich, den Fall zu erhalten, daß der Wendepunkt in die erste Hälfte oder die letztere Hälfte der Codefolge aufgeteilt wird, so daß der charakteristische Punkt bzw. die charakteristische Größe nicht mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann. Bei dem in der Fig. 32 dargestellten Verfahren kann jedoch dieser Fall nicht auftreten.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei der erfin dungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung zum Erkennen eines Musters die Richtungsdifferenz-Codefolge für die Mustergrenzlinie ermittelt, wonach die Korrelationen zwischen dieser Codefolge und zwei Musterdaten konstanter Form ermittelt werden, zwischen deren Phasen eine Diffe renz von 90° besteht, und die Korrelationswerte als charakteristische Punkte bzw. Größen des Musters einge setzt werden, wodurch in dem Verzeichnis für die Bestimmung des Musters aus der Codefolge die Speichermenge verringert wird. Auf diese Weise wird die Gesamtzahl der abzufragenden Verzeichniscodedaten verringert, so daß eine schnelle Mustererkennung und eine Vereinfachung des Systems erreicht werden können.

Claims

1. Verfahren zum Codieren von Zeichendaten, bei dem eine Vielzahl von Umrißpunkten eines Bildmusters erfaßt und die Differenz hinsichtlich der Umrißtangentenrichtung zwischen jeweils zwei benachbarten Umrißpunkten ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet,,
daß eine Anzahl von Umrißpunkten mittels Rasterabtastung erfaßt wird,
daß aus den Umrißpunkten eine Anzahl im wesentlichen gleich mäßig verteilter Auszugspunkte herausgezogen wird,
und daß aus der hinsichtlich der Umrißtangentenrichtung zwischen jeweils zwei benachbarten herausgezogenen Auszugs punkten ermittelten Differenz eine relative Codefolge ermittelt wird, die die Aufeinanderfolge der Richtungsdifferenzen der Umrißtangenten darstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Umrißpunkten festgelegt wird und die Anzahl von Auszugspunkten in Abhängigkeit von der festgelegten Anzahl von Umrißpunkten herausgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzahl von Auszugspunkten die Anzahl von Umrißpunkten eines durch eine gespeicherte Bezugs-Codefolge dargestellten Bildmusters gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein nichtlinearer Vergleich zwischen der berechneten relativen Codefolge und der gespeicherten Bezugs-Codefolge vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die relative Codefolge a₁, a₂, . . ., a _N des erfaßten Bildmusters und eine Bezugs-Codefolge c₁, c₂, . . ., c _N ein Bildmustervergleich gemäß den Gleichungen
g (1, 1) = d(c₁, a₁) und
g(i, j) = d(c _i, a_j) + min [g(i - 1, j), g(i, j - 1), g(i - 1, j - 1)]
ausgeführt wird, wobei
d(c _i, a_j) = |c _i - a _j| + f(|c _i - a _j|) gilt,
d(c _i, a_j) eine Strecke darstellt und
f(|c _i, a_j|) ein Abzug für eine Abweichung der Codefolge ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Differenzermittlung mit der relativen Codefolge a₁, a₂, . . ., a _N für das Bildmuster und der Bezugs-Codefolge c₁, c₂, . . ., c _N die Berechnung ausgeführt und damit die Unterscheidung bei dem nichtlinearen Vergleich getroffen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein gewünschter Bereich eines Bildmusters einer Vorlage eingegeben werden kann.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch
eine Erfassungseinrichtung (14; 100) zum Erfassen von Umrißpunkten eines Bildmusters,
eine Auszugseinrichtung (15; 104) zum Herausziehen einer Anzahl von Auszugspunkten, und
eine Recheneinrichtung (15; 104) zum Ermitteln der Differenz von Umrißtangentenrichtungen und zum Ermitteln der relativen Codefolge.

9. Vorrichtung nach dem Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Verzeichungsspeicher (18; 107) zum Speichern von Bezugs-Codefolgen.

10. Vorrichtung nach dem Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung (17; 105) für den nichtlinearen Vergleich zwischen der berechneten relativen Codefolge und der Bezugs-Codefolge.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch eine Eingabeeinrichtung (100) zum Eingeben des gewünschten Bereichs eines Bildmusters.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinrichtung (100) durch einen Bildleseteil eines digitalen Kopiergeräts gebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch
eine Speichereinrichtung (102) zum Speichern eines eingegebenen Bildmusterbereichs,
eine Wähleinrichtung (103) zum Wählen eines Bereichs aus dem Bildmusterbereich.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (106) die Wähleinrichtung (103), die Auszugseinrichtung (104) und die Vergleichseinrichtung (105) steuert, die mittels eines Durchgangskanals verbunden sind.