DE68923650T2

DE68923650T2 - Bildverarbeitungsverfahren.

Info

Publication number: DE68923650T2
Application number: DE68923650T
Authority: DE
Inventors: Ryohei C O Ezel Inc Kumagai
Original assignee: Ezel Inc; Sharp Corp
Current assignee: Yozan Inc
Priority date: 1988-05-12
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: EP0341701A2; JP2739130B2; US5159645A; EP0341701B1; EP0341701A3; JPH01284984A; DE68923650D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren zum Bestimmen von konkaven Stellen in einer durch Pixel dargestellten Konfiguration.
Ein handgeschriebener Buchstabe kann durch die Anzahl und die Orte seiner konkaven Stellen sowie der durch seine Konfiguration eingeschlossenen Stellen erkannt werden. Um alle konkaven Stellen in einer Konfiguration zu bestimmen, ist es beispielsweise aus John H. Munson, "Experiments in the recognition of han-printed text" bekannt, eine sogenannte konvexe Hüllkurve (CHB) für die entsprechende Konfiguration zu erzeugen. Die CHB einer zweidimensionalen Figur kann als Gummiband, das sich um die Figur erstreckt, verstanden werden. Im Falle einer quantisierten Figur muß die CHB angenähert werden, da eine gerade Linie zwischen zwei Bildpunkten normalerweise nicht stets auf Pixelorte fällt. In dem oben beschriebenen Dokument wird daher vorgeschlagen, Extremalpunkte in dem Buchstabenbild zu lokalisieren und diese Extremalpunkte durch solche Pixellinien zu verbinden, die der theoretischen geraden Linie möglichst genau folgen, wobei darauf geachtet wird, daß die angenäherte Linie nie die theoretische gerade Linie überschreitet. Nachdem die CHB erhalten ist, können die konkaven Stellen sowie eingeschlossene Stellen des Buchstabenbildes mit Hilfe bekannter Routinen gefunden werden.
Im Hinblick auf diesen Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Detektieren konkaver Stellen anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei die Zeichnungen im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Bildkonfiguration, die mehrere konkave Stellen aufweist;
Fig. 2 eine Datentabelle von Randpixeln einer zu verarbeitenden Konfiguration;
Fig. 3 eine Illustration einer Regel, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform angewendet wird;
Fig. 4 einen Teil der Bildkonfiguration;
Fig. 5 einen anderen Teil der die konkaven Stellen enthaltenden Konfiguration;
Fig. 6 eine geneigte Linie, die zwei benachbarte Top-Punkte einer konvexen Hüllkurve verbindet; und
Fig. 7 ein Verfahren zum Erzeugen der konvexen Hüllkurve.
Fig. 1 zeigt eine Konfiguration, enthaltend konkave Stellen A, B, C, D und E. Ein horizontal liegendes Rechteck R umschreibt die Konfiguration. Die Konfiguration wird durch das Rechteck R in vier Quadranten geteilt. Wenn man die Grenzpixel der Konfiguration verfolgt, gehören die Grenzpixel des oberen linken Kontaktpunktes bis zum unteren linken Kontaktpunkt zum ersten Quadranten, die Grenzpixel vom linken unteren Kontaktpunkt zum unteren rechten Kontaktpunkt zum zweiten Quadranten, die Grenzpixel vom unteren rechten Kontaktpunkt zum oberen rechten Kontaktpunkt zum dritten Quadranten und die Grenzpixel vom rechten oberen Kontaktpunkt zum oberen linken Kontaktpunkt zum vierten Quadranten. Die Numerierung von 1 bis 4 kann auch gemäß anderen Regeln erfolgen. Jedoch ist die den Quadranten betreffende Information für die nachfolgend beschriebene Verarbeitung von Bedeutung.
In Fig. 2 ist eine Tabelle gezeigt, die die Information über die als Chain-Code beschriebenen Randpixel enthält; ob es sich um Top-Punkte auf der konvexen Müllkurve handelt, um welche X- und Y-Koordinaten es sich handelt und zu welchem Quadranten der entsprechende Punkt gehört. In Fig. 2 sind die Top-Punkte auf der konvexen Hüllkurve durch Y oder N angedeutet, wobei Y einen Top-Punkt und N keinen Top-Punkt bedeutet.
Die Fig. 3a bis 3d zeigen die Beziehung zwischen dem Quadranten und dem Chain-Code. Fig. 3a zeigt die Chain-Codes der Grenzpixel in dem ersten Quadranten, aber nicht in einer konkaven Stelle. Fig. 3b zeigt die Chain-Codes der Randpixel in dem zweiten Quadranten, aber nicht in einer konkaven Stelle. Fig. 3c zeigt die Chain-Codes der Grenzpixel in dem dritten Quadranten, aber nicht in einer konkaven Stelle. Fig. 3d zeigt die Chain-Codes der Grenzpixel im vierten Quadranten, aber nicht in einer konkaven Stelle. Wie anhand der Fig. 3a bis 3d erkannt werden kann, bedeuten Chain-Codes außer 4 bis 6 im ersten Quadranten eine konkave Stelle, Chain-Codes außer 6 bis 0 im zweiten Quadranten eine konkave Stelle, Chain-Codes außer 0 bis 2 im dritten Quadranten eine konkave Stelle und Chain-Codes außer 2 bis 4 im vierten Quadranten eine konkave Stelle.
Im Falle, daß kein Chain-Code gefunden werden kann, der ein konkave Stelle angibt, wird die folgende Verarbeitung notwendig.
In Fig. 4 werden die Top-Punkte P1 und P2 auf der konvexen Hüllkurve aufgefunden. Die Neigung der Linie l, die den Punkt P1 mit dem Punkt P2 verbindet, wird berechnet. Die Neigung ist 5/7=0,714 und der Neigungswinkel ist 35,5 Grad. Die Grenzpixel werden von P1 bis P2 verfolgt. Die Abstände zwischen der Linie l und den Grenzpixen wird abgeschätzt. Zum Berechnen des Abstandes wird eine Beziehung zwischen dem Chain-Code und dem Abstandsinkrement Δd im voraus berechnet. Das Abstandsinkrement Ad der Grenzpixel wird integriert, so daß eine Distanz zwischen der Linie l und dem momentan abgetasteten Pixel berechnet werden kann.
Für die Konfiguration der Fig. 4 ergibt sich die Beziehung aus der folgenden Tabelle 1. Tabelle 1 Chain Code
In Tabelle 1 wird Δd als positiv definiert, wenn es von der Linie l aus betrachtet nach innen gerichtet ist.
Die Grenzpixel von Pb1 bis Pb7 zwischen P1 und P2 weisen die in Tabelle 2 gezeigten Abstände von der Linie l auf. Die Abstände werden durch Integrieren von Δd, wie oben beschrieben, berechnet. Tabelle 2 Grenzpixel Abstand
Hierzu wird eine Regel angewendet, daß Grenzpixel zwischen benachbarten Top-Punkten eine konkave Stelle definieren, wenn einer oder mehr Grenzpixel einen Abstand von größer als 1 von der Verbindungslinie zwischen Top-Punkten aufweisen.
In Tabelle 2 weist der Pixel Pb6 einen Abstand von 1,135 auf. Somit wird beim Verfolgen der Grenzpixel von Pb1 bis Pb7 erkannt, daß der Punkt Pb6 eine konkave Stelle definiert.
Beim Zählen der Anzahl der Grenzpixel von Pb1 bis Pb7 wird die innere periphere Länge der konkaven Stelle berechnet. Wenn erkannt wird, daß die Grenzpixel keine konkave Stelle definieren, wird der berechnete Wert gelöscht.
Die Länge der konkaven Stelle wird dadurch berechnet, daß der Abstand zwischen den Top-Punkten P1 un P2 berechnet wird. Der Abstand wird durch die X- und Y-Koordinaten von P1 und P2 berechnet.
Das konkave Verhältnis wird anhand der inneren peripheren Länge, der Sehnenlänge der konkaven Stelle und der peripheren Länge der Konfiguration wie folgt berechnet.
Konkaves Verhältnis ist (innere periphere Länge) /{(periphere Länge) x (Sehnenlänge)}.
Fig. 5 zeige eine andere zu verarbeitende Konfiguration.
Die Konfiguration weist Grenzpixel von Pb1 bis Pb9 zwischen den Top-Punkten P1 und P2 auf. Die Abstände eines jeden Grenzpixels von der Linie l, die P1 und P2 verbindet, ist in Tabelle 3 gezeigt. Die Neigung der Linie l ist 6/5=1,20 und der Neigungswinkel 4-50,2 Grad. Tabelle 3 Grenzpixel Abstand
In der Tabelle 3 weist Pb2 einen Abstand größer als 1 auf und Pb3 weist einen Abstand kleiner als 1 auf. Pb4 weist einen Abstand größer als 1 auf. In diesem Fall kann eine konkave Stelle auf zwei Arten definiert werden. Gemaß einer ersten Art wird eine konkave Stelle durch die Grenzpixel von Pb1 bis Pb9 definiert. Bei der zweiten Art werden zwei konkave Stellen definiert, d.h. eine konkave Stelle wird definiert von den Grenzpixeln von Pb1 bis Pb3, und die andere konkave Stelle wird durch die Grenzpixel von Pb4 bis Pb9 definiert.
Tabelle 1 zeigt das Abtsandsinkrement in dem ersten Quadranten. Die folgende Tabelle 4 zeigt das Abtandsinkrement in dem zweiten bis vierten Quadranten. Der Neigungwinkel 4 wird für jeden Quadranten, so wie in Fig. 6 gezeig, bestimmt. Tabelle 4 Quadrant Chain Code
Gemäß der obigen Regel wird eine konkave Stelle definiert, wenn einer oder mehrere Grenzpixel einen Abstand größer als 1 aufweisen. Ein derartiger Abstand kann auch ein anderer Wert sein, beispielsweise 2, wenn Rauschen mitberücksichtigt wird.
Bei einer praktischen Verarbeitung konkaver Stellen werden die Daten in Tabelle 2 nacheinander ausgelesen, die Abstände mittels Integrieren der Abstandselemente berechnet, und gleichzeitig werden die Chain-Codes entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Regel bewertet. Wenn der integrierte Wert einen vorgegebenen Wert erreicht oder wenn der Chain-Code einen Wert annimmt, der nicht in Fig. 3 gezeigt ist, ist eine konkave Stelle gefunden worden. Durch Zählen der Grenzpixel wird gleichzeitig die innere periphere Länge berechnet. Die Sehnenlänge wird durch Berechnen des Abstandes zwischen den Top-Punkten berechnet.
Für das Erzeugen einer exakten konvexen Hüllkurve hat der Erfinder vorliegender Erfindung ein Bildverarbeitungsverfahren erfunden, welches in der veröffentlichten Anmeldung EP-A-0 380 721 beschrieben ist.
Fig. 7 zeigt zwei nebeneinander angeordnete Top-Punkte a und b auf der konvexen Hüllkurve sowie Grenzpixel C1 bis C9, die dazwischen angeordnet sind. Die Top-Punkte a und b sind durch die Linie l verbunden, um eine Neigung von a nach b zu definieren. Zum Erzeugen der konvexen Hüllkurve wird zwischen a und b ein kontinuierlicher Pixelzug erzeugt. Jeder Pixel des Zuges liegt innerhalb der Linie und stellt den nächsten Pixel zur Linie innerhalb des Zuges dar. In diesem Fall wird ein Pixel-Zug gegen den Uhrzeigersinn erzeugt. Jedoch kann der Pixel-Zug auch im Uhrzeigersinn erzeugt werden.
Der Chain-Code eines jeden Pixels des Chain-Code-Zuges wird auf 4 oder 5 begrenzt. Der Pixel d' des Chain-Codes 4 neben a ist näher als der Pixel d1 des Chain-Codes 5. Der Pixel des Chain- Codes 4 liegt jedoch außerhalb der Linie l. Daher wird der Pixel d1 gewählt. Danach werden weitere Pixel innerhalb der Linie l, die am nächsten zur Linie l liegen, gewählt. Die Pixel von d2 bis d8 werden ausgewählt. Die konvexe Hüllkurve wird entsprechend obigen Verfahren exakt erzeugt.
Wenn jeder Pixel des erzeugten Pixel-Zuges durch eine bestimmte Dichte oder einen anderen Index indiziert wird, wird die Sehnenlänge als die Anzahl der indizierten Pixel definiert. In den durch Subtraktion des Ursprungsbildes von der konvexen Hüllkurve erzeugten Konfigurationen definiert die Anzahl der Grenzpixel ohne Index die innere periphere Länge der konkaven Stelle.

Claims

1. Verfahren zum Detektieren konkaver Stellen bei einer in einem Bild enthaltenen Konfiguration, die durch Pixel dargestellt ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Bestimmen der Randpixel der Bildkonfiguration, welche auf einer konvexen Hüllkurve (CHB) der Konfiguration liegen als Top- Punkte,

Bestimmen von Grenzpixeln unter den Randpixeln, durch die ein Reckteck definiert wird, durch welches die Bildkonfiguration umrandet wird, wobei durch das Rechteck Randpixel, die sich zwischen unterschiedlichen Grenzpixeln befinden unterschiedlichen Orientierungsbereichen zugewiesen werden;

Erzeugen eines Freeman-Chain-Code-Zuges, welcher das äußere der Bildkonfiguration, wie es durch die Randpixel definiert ist, beschreibt; und

Einstufen eines Chain-Code-Zugabschnitts zwischen zwei benachbarten Top-Punkten als konkave Stelle, falls der Chain- Code-Abschnitt andere Chain-Codes aufweist, als sie dem entsprechend zugewiesenen Orientierungsbereich entsprechen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Grenzpixel durch den untersten, den am weitesten links liegenden, den am weitesten rechts liegenden und den obersten Pixel der Bildkonfiguration im bezug auf ein vorgegebenes Orientierungssystem gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die bestimmten Chain- Codes folgendermaßen definiert sind:

4, 5, 6 für Chain-Code-Zugabschnitte, die Randpixel zwischen dem obersten und dem am weitesten links liegenden Randpixel darstellen,

6, 7, 0 für Chain-Code-Zugabschnitte, die Randpixel zwischen dem am weistens links und dem untersten Randpixel darstellen,

0, 1 oder 2 für Chain-Code-Zugabschnitte, die Randpixel zwischen dem untersten und den am weitesten links liegenden Randpixel darstellen, und

2, 3, 4 für Chain-Code-Zugabschnitte, die Randpixel zwischen dem am weitestens rechts und dem obersten Randpixel darstellen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Falle, daß ein Chain-Code-Zugabschnitt zwischen zwei benachbarten Top-Strichpunkten eine konkave Stelle anzeigt, die folgenden Schritte ausgeführt werden:

Berechnen des Neigungswinkels einer Linie, die zwei benachbarte Top-Strichpunkte verbindet;

Erzeugen eines Chain-Code-Zugabschnitts, welcher die entsprechende Randlinie zwischen den Top-Punkten beschreibt,

wobei der Abstand eines jeden Randpixel wie er durch den Chain- Code-Zugabschnitt beschrieben wird, zu der Verbindungslinie durch die Summe von vorberechneten neigungswinkelabhängigen Abstandsinkrementen angenähert wird, welche für alle Chain- Code-Elemente addiert werden, die Randpixel zwischen dem Top-Punkt, von dem der Chain-Code-Zugabschnitt beginnt und dem Randpixel, dessen Distanz momentan berechnet wird, darstellen und

Detektieren, ob einer der Randpixel, wie sie von dem Chain- Code-Zugabschnitt beschrieben werden, einen Abstand größer als ein vorgegebener Wert aufweist, wodurch die Existenz einer konkaven Stelle zwischen den zwei Top-Punkten angezeigt wird.