JP2008282288A - 文字認識方法 - Google Patents

Abstract

【目的】照明条件を変化させることにより、刻印，スタンプ，手書き等の種々な形態の文字を効率的に読み取り可能にする。
【構成】照明条件を設定し（Ｓ・１）、対象部分を撮像し（Ｓ・２）、この画像データを読み込んで二値データとし（Ｓ・２，Ｓ・３）、予め保存されている比較データとパターンマッチング処理し（Ｓ・４）、判定する（Ｓ・５）。この判定において判別した文字と認識率が登録され、続いて照明条件を変更して２回目の処理を１回目同様に行い、以後、設定回数分連続して繰り返す。設定回数が終了すると認識率最高のものが認識対象文字として決定され、処理が終了する。
【選択図】図６

Description

この発明は、ワーク表面へ刻印やスタンプ等により付される各種文字を自動的に認識するための文字認識方法に関する。

刻印文字等をＣＣＤカメラで撮像し、この画像データを二値化後、予め登録されている比較データと照合して、パターンマッチング法等により、照合して文字認識を行うことが知られている。また、かすれや照度の相違により、誤認識を防止するため、照明条件の異なる複数の画像を取り込み、それぞれについて文字認識を行い、最終的に多数決により一つの文字データを決定する方法（特許文献１参照）や、認識速度を上げるため、二値化の一部特徴点を抽出したマスクパターンを作成し、まずマスクパターンにて識別し、ここで認識できない場合に、全登録比較データと比較判別するもの（特許文献２参照）、等が種々提案されている。
特開平９−５４６７号公報 特開平６−４７１０号公報

上記従来例のうち、照明条件の異なる複数の画像に基づいて文字認識を行う方法は、最終的に多数決により一つの文字データを決定するので、信頼性に欠ける場合があり、より信頼性の高い決定方法が求められる。また、マスクパターンを用いるものは、全認識対象文字が全て認識されるまで、条件を変えて全認識対象文字につきパターンマッチングしなければならない。このため、認識にはかなりの時間を要することになる。しかも、文字の形成が、スタンプ，刻印，手書き等種々混入する場合は、さらに手間がかかることになる。
そこで本願発明は、特に撮像時における照明条件により認識率が大きく変動する事実に着目して、照明条件の変化を組み合わせることにより、係る場合でも効率よく認識できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため本願の文字認識方法は、ワーク表面に付された複数の文字を撮像する撮像手段と、撮像された画像を二値化処理したデータと予め登録されている比較データとを照合して文字を決定するパターン識別手段とを備えた文字認識方法において、
ある照明条件にて撮像して文字識別手段により文字認識をおこない結果を記録する読み取り操作を、
照明条件を代えて複数回おこない、
全読み取り操作の終了後、最も認識率が高いものを判別文字と判定することを特徴とする。

まず、ある照明条件にて撮像して二値化した画像データを作成し、これと比較データと対比してパターンマッチング等で文字認識を行い、認識結果とそのときの認識率を記録する文字認識処理を行う。その後照明条件を変化させて撮像して同様に文字認識処理を行い、以後、所定の設定回数分これを繰り返す。全回数の文字認識処理を終了すると、最も認識率の高い文字が判別文字として判別決定される。
このようにすると、最も認識率の高いものが判別文字に決定されるので、信頼性の高い結果が得られる。
しかも、所定回数だけ照明条件を変えて連続して文字認識処理を行うので、処理時間を短縮でき、迅速に認識できるようになる。そのうえ全自動化に適しているので、全自動化すればさらに効率化できる。
また、種々に照明条件を変化させることにより、スタンプ，刻印，手書き等種々の形式の文字が混入する場合でも読み取ることができるようになる。

以下、図面に基づいて一実施例を説明する。図１はエンジン組立ラインにおけるクランクシャフトの軸受けメタル装着工程にて使用される文字認識システム全体のブロック図である。このシステムでは、クランクシャフトからなるワーク１の認識対象部２に、品質記号等を表す英数文字の表示が付されている。
この表示は刻印機によって付されるが、刻印以外にも、スタンプや手彫り等で文字が付される場合もある。
ワーク１の表示は、照明装置３にて照明しながらＣＣＤカメラ４で撮像し、この画像データに基づいて文字認識装置５により画像処理及び文字認識処理され、表示を構成する各文字が自働認識される。

組立ラインでは、文字認識装置５で認識された文字により、この文字と対応する軸受けメタルを選択してクランクシャフトへ装着する。なお装着する軸受けメタルは、軸受け場所がシリンダブロック及びコンロッドで異なっており、一つのクランクシャフトに対して複数の軸受けメタルを組合せる必要があるので、ワーク１側に付されている表示文字（すなわち文字認識装置５による認識データ）を予め機種によって定められた組合せ表に表示されている文字と照合して、正確に使用する軸受けメタルを決定しなければならない。

照明装置３は、認識対象部２の前方（ワーク１に対してＣＣＤカメラ４の配置側を前方とする）へ距離Ａの位置に配置され、認識対象部２を照明するリング状ＬＥＤからなり、発光部がリング状（環状）をなし、中央部が撮像用空間をなしている。但し、ＬＥＤに限らず公知のものを適宜使用できる。
距離Ａは認識対象部２を所定範囲の照度で照明できるように設定される。
最適な照度や照明色はワーク１の材質、表面処理方法等で種々異なり、ワーク毎に予め設定される。

照明装置３の照度は調光機６にてボリューム調節される。調光機６は例えば０〜２５０段階に照度をボリューム調整できるものであり、ＬＥＤの場合は照度が最大ボリュームの３０〜５０％になるようボリューム調整することが好ましい。また照明色もワークとの組合せによるが、一般的には赤色が好ましい。
ＣＣＤカメラ４は照明装置３の前方かつ認識対象部２の距離Ｂだけ前方となる位置に配置され、照明装置３のリング状空間を通して認識対象部２を撮像するようになっている。ＣＣＤカメラ４で撮像された画像データは文字認識装置５に出力される。

文字認識装置５は、マイクロコンピュータからなる処理部７、ディスプレイ８，キーボード９等を備え、処理部７には、画像データを取り込んで所定の処理を行う画像処理部と、この処理データに基づいてパターンマッチングにより文字認識する文字認識部を備える。また処理部７に設けられるメモリには、比較データを含む画像データ、認識結果データ、組合せ表などの各種事前登録データや本システムを実行するための所定プログラムからなる文字認識ソフトが内蔵されている。

処理部７は画像データを二値化処理し、この二値データをメモリへ格納する。
また、文字認識部は上記二値データを、これとは別に予め二値化してメモリへ格納されている比較データとデータマッチング等の公知の手法で文字認識し、認識データをメモリへ格納する識別処理を行う。
さらに、調光器６及び照明装置３を制御して照明条件の異なる複数画像を自動的に撮像させて画像データを取り込むための制御も行う。

図２は明度変化による照明条件を変化させて文字認識する方法を原理的に示す。この場合の例では、照明条件を変えた文字認識処理の回数を４回に設定してある。また認識対象部２には次の文字パターンが２段で表示されている。
ＢＢＣ
４４２３
以下の説明では、それぞれを左から順に、上段の１〜３番目の文字、下段の１〜４番目の文字と表現する。

なお、図のＡ〜ＤはそれぞれＣＣＤカメラの撮像内容をそのまま表示しているが、実際の文字認識では、段数及び各段の文字数は、機種毎に予め定まっているので、文字認識に先立って機種設定をすることにより、ＣＣＤカメラの撮像を文字認識ソフトが所定の段数及び文字数（この例では上下２段で、上段は３文字、下段は４文字）に切り出し、切り出された各部分をそれぞれ二値化処理してパターンマッチングするようになっている。

図２のＡは明度が最も低い照明条件１で処理した１回目の画像を上に示し、下に認識結果のメモリ格納内容の表を示す（以下、Ｂ〜Ｄも同様）。二値化処理後のパターンマッチングにより、上段１番目の文字が「Ｂ」，下段１番目の文字が「４」と認識される（以後、認識された文字は丸で囲み表示する）。それぞれの認識率５０％である。
認識率とは、文字認識の条件毎に統計的に定まる正解確率であり、照明条件等の撮像条件及び刻印されたワークの材質や色等の読み取り対象の各種条件に応じて変化し、文字認識時に文字認識ソフトによって自動的に決定される。

この照明条件１では他の文字は認識されない。認識結果の判定文字と認識率が記録される。すなわち、各認識結果は下の表の内容にて処理部７のメモリへ格納される。この場合、上段１番目の文字が「Ｂ」，下段１番目の文字が「４」並びにそれぞれの認識率が５０％と記録され、他はすべて判別文字なし、及び認識率０％と記録される。その後、照明条件を変えて撮像から画像処理、認識処理が反復される。

明度を上げた照明条件２にて再び撮像されるとＢの画像になる。この状態で文字認識を行うと、上段１番目の文字が「Ｂ」、下段１及び２番目の文字が「４」、「４」と認識される。それぞれの認識率は６５％であり、この認識結果はメモリへ記録されるが、下段１番目の文字の認識率は６５％であるから、大きい方の認識率に上書きされる。下段２番目の文字は新規に認識されたものであるから、認識結果の「４」とそのときの認識率６５％が新しく記録される。残りのものは判別文字なし、及び認識率０％のままである。

次に、明度をさらに上げた照明条件３にて３回目の撮像を行い、Ｃの画像を得る。この状態で文字認識すると、新たに上段３番目の文字が「Ｃ」、下段３番目の文字が「２」、４番目の文字が「３」と認識され、このときの認識率はそれぞれ８０％であり、これらについては認識結果と認識率８０％が新しく記録される。
また、明度を上げたことにより上段１番目と下段１及び２番目の各文字が認識できなくなるが、認識率の高いＢの記録が維持される。これにより、全ての文字が認識される。

続いて、明度をさらに上げた照明条件４にて４回目の撮像を行い、Ｄの画像を得る。この状態は明度が高すぎて画像全体が白く抜けてしまっているため、文字認識すると全部の認識ができず、認識率は０％である。したがって記録はＣの内容が維持される。
この４回目の撮像及び文字認識処理により文字認識は終了し、認識結果としてメモリに記録されている内容は、それぞれ最も認識率の高いものであり、以下の文字と決定される。
ＢＢＣ
４４２３

１〜４回目までの撮像及び文字認識処理は全自動で連続的に行われ、最後の文字認識処理が終了すると直ちに各判別文字が自動決定されるので、文字処理が迅速になる。しかも、複数回の文字認識結果において最も認識率の高いものを判別文字に決定するので、信頼性の高いものになる。

図３はワーク１における照度と認識率の関係を示す。例えば、撮像対象が「ＣＣＤ」なる３つの刻印文字から構成されているとき、これを照度を変えて撮像した画像がａ〜ｉとして示されている。
このうち「Ｄ」の認識率について注目した場合、照度２２０ルクスのとき認識率は６０％以下となり、全てを認識できず、ａは不適画像である。ｂは照度２４０ルクス以下、認識率８０％以下であるが、ほとんど「Ｄ」を認識できずやはり不適画像である。

ｃ〜ｅは、照度２６０〜３４０ルクス、認識率８０％であり、いずれも「Ｄ」として認識できる適合画像である。ｆ，ｇは照度３４０〜３６０ルクスであるが、反射が強くなって認識率８０％以下となり、「Ｄ」を判別しにくくなるため、不適画像となる。
ｈ，ｉは照度３８０ルクス以上の明るすぎる状態であり、認識率６０％以下となり、「Ｄ」は判別できず、不適画像である。
以上より、この例においては、照度が２６０〜３４０ルクスとしたとき、認識率８０％以上の適合画像を得られることが判る。

図４は認識率に関するグラフであり、Ａは実施例に係るワーク１における認識率と誤認件数の関係を示すグラフである。この例では、全数１００件について試験した結果を示し、認識率が８０％を超えると誤認件数が０となり、この認識率が８０％以上の範囲に対応する照度は２６０〜３４０ルクスであり、この照度範囲で認識率が８０％以上にすることが文字認識にとって最も好ましいことが判る。なお、照度が２２０ルクス以下、及び４２０ルクス以上では認識できない。また、認識率が５５〜８０％未満では誤認識が生じ易くなる。

図４のＢは認識率と認識処理速度の関係を示し、認識処理速度が４秒を超えれば誤認識が生じなくなる。認識処理速度を６秒にすれば認識率が８０％以上ととなり、誤認識も生じない。また、認識率が８０％より大きくなっても処理時間が増大する割合に比べて認識率はあまり大きくならないので、効率よく認識するには、認識処理速度を６秒程度にすることが好ましいことになる。
なお、照度や認識処理速度の各条件はワークの材質や表面の仕上状態等で異なるので、予めワークの内容に応じて実験により定めておく必要がある。

図５はディスプレイ８に表示された文字認識ソフトの操作画面であり、このソフトを起動したとき最初に表れるメニュー画面にて「文字認識」を選択したときに表れる画面である。この画面は、画像表示部１０，認識結果表示部１１，詳細設定部１２，認識開始ボタン１３，戻るボタン１４を備える。
画像表示部１０にはＣＣＤカメラ４により撮像された画像データが直接表示される。図示の例では、上段に「ＢＢＢ」、下段に「２２３３」が表示されている。
認識結果表示部１１は、画像表示部１０の撮像を切り分けた文字毎に認識結果及び認識率を表示する部分であり、その内容は図２に示す表に対応する。この例では、表示欄１１ａは、切り分けられた複数の認識対象を横列として６個分表示できる設定になっている

詳細設定部１２は、認識範囲・文字設定部１５，しきい値・認識率・自動調光設定部１６，機種・ワーク設定部１７を備える。
認識範囲・文字設定部１５は、切り分けられた複数の認識対象のいずれかを指定して認識範囲の設定等を行うことができ、また予め同じ機種のサンプルワークに対して文字認識を行い、１文字づつ手動で文字登録することにより比較データの保存等を行うことができる。
しきい値・認識率・自動調光設定部１６は、二値化処理におけるしきい値や認識率の下限値、希望する認識速度、自動調光のＯＮ，ＯＦＦ切り換え等を設定する。

光量設定では自動調光するかいなかをＯＮ・ＯＦＦで指定する。ＯＮにすれば本願発明の特徴である自動調光が行われる。自動調光をＯＮにすると撮像処理一回毎の光量を設定できる。例えば、１〜５回分の設定枠があり、それぞれに所望の光量をセットすれば、各回の番号順に光量を変えて最大５段階に調光変化させて撮像できる。
光量のセットは、ワークの素材、表面状態や色等に応じて、経験により定められ、同時に調光回数も定められる。調光回数の設定は、例えば、１〜５回のうち任意に設定できる。

機種・ワーク設定部１７は、機種名，機種呼称，機種を選択する。これにより撮像画面を切り分ける認識対象が決定される。

以下、文字認識の処理を図６のフローチャートにより説明する。
まず、スタートすると、ディスプレイ８とキーボード９を介して照明設定が行われる（Ｓ・１）。続いてＣＣＤカメラ４により画像データが読み込まれ処理部７へ送られる（Ｓ・２）。処理部７では画像データを二値化処理して二値データとして登録する（Ｓ・３）。

その後、この二値データと予め保存されている比較データとを基にパターンマッチングが行われ（Ｓ・４）、判定される（Ｓ・５）。この判定により、認識できたものにつき、判別文字と認識率を認識結果表示部１１へ書き込む。これにより、設定回数分のうちの第１回処理が完了する。

続いて、照明条件を変化させてＳ・１〜Ｓ・５を反復し、以下、設定回数分の処理を行う。本実施例では設定回数５回とし、第１回〜第５回まで自動的に連続して行う。
設定回数分の処理が終了すると、最高認識率の文字が表示され（Ｓ・６）、これを判定格納部へ保存し、処理を終了する。

この処理にて対象全文字が判別されたときは、文字認識が正常に終了するが、認識できないものが残ったときは異常終了とされ、調光条件等を再度設定し直して自動認識処理を行うか、直接目視確認して結果を手動により入力する。
目視にても確認できないものは、判別不能として廃棄等最終処理される。

なお、設定回数１回分のＳ・２〜Ｓ・５からなる処理は、従来の文字認識処理に相当する。本実施例は、照明条件を毎回変更して、上記処理を設定回数連続して全自動で行うことに特徴がある。

このようにすると、従来判別が困難であった、認識対象となる文字の付されたワークにおける材質、色及び表面仕上状態などの各種条件や照明条件等の不適による画像データの劣化、並びにスタンプや手書き等によるインクや書体の変化等によって、認識率の低下するものまで、正確に認識可能になる。
しかも、設定回数の文字認識を連続的に自動で認識し、その後最高認識率により判別文字を自動決定するので、全文字の認識に要する処理時間を短縮でき、かつ信頼性の高い認識結果が得られるようになる。

なお、本願発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能である。例えば、照明条件は明度を変えるだけでなく、照明光の色や光源の種類を変えたり、照明光の照射軸を変える等の条件変更が可能である。
また、認識対象は刻印文字に限らず、スタンプ文字や手書き文字等にも読み取り処理可能になる。さらに文字の付された対象も、エンジン部品に限らず種々の製品に対して可能であり、特に、表面の状態が多様である金属製品に対して効果的である。

本システム全体のブロック図 本システムの原理を示す図 照度と認識率の関係を示す図 認識率と誤認件数の関係を示すグラフ 文字認識ソフトの操作画面を示す図 文字認識の処理のフローチャート

符号の説明

１：ワーク、２：認識対象部、３：照明、４：ＣＣＤカメラ、５：画像処理装置、６：調光機、７：処理部、８：ディスプレイ、９：キーボード、１０：画像表示部、１１：認識結果表示部、１２：詳細設定部

Claims (2)

1. ワーク表面に付された複数の文字を撮像する撮像手段と、撮像された画像を二値化処理したデータと予め登録されている比較データとを照合して文字を決定するパターン識別手段とを備えた文字認識方法において、
   ある照明条件にて撮像して文字識別手段により文字認識をおこない結果を記録する読み取り操作を、
   照明条件を代えて複数回おこない、
   全読み取り操作の終了後、最も認識率が高いものを判別文字と判定することを特徴とする文字認識方法。
2. 前記複数回の読み取り操作を全自動で行うことを特徴とする請求項１に記載した文字認識方法。

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