JP2635582B2 - パターン認識方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は文字・図形等の２次元パターンを高精度に認
識し得るパターン認識方式に関する。

（従来の技術） 近時、パターン認識技術の発展にも目覚ましいものが
あり、例えば手書き文字等をオンライン的に認識し、情
報処理装置に直接的にデータ入力するシステムが、例え
ばオンライン手書き文字認識装置等として種々開発され
ている。

この種のオンライン手書き文字認識の手法の１つに点
マッチング法がある。

この点マッチング法は、例えば第５図（ａ）に示すよ
うに入力パターン（文字パターン）の筆記ストロークを
幾つかの特徴点（この例ではストロークの始点○，中点
×，終点●）で近似し、同様な特徴点で表現された同図
（ｂ）に示すような標準パターンとの間で対応点間の距
離ｄをそれぞれ求め、これらの距離の総和を評価して上
記入力パターンを認識するものである。

尚、上記対応点間の距離の総和は、上記入力パターン
と標準パターンとの距離として定義される。そしてその
評価は、上記入力パターンに対して距離が最も近い標準
パターンを求め、この標準パターンを前記入力パターン
の認識結果とすることによって行われる。

ところでこのような点マッチング法を用いて入力パタ
ーンを認識処理する場合、当然のことながら入力パター
ンの大きさとその傾きを標準パターンとの間で共通に定
めておく必要がある。

そこで従来では、比較的簡単な座標計算によって入力
パターンの大きさ揃えることができることから、パター
ン認識処理に対する前処理として大きさの正規化を施す
ようにしている。然し乍ら、傾きに関しては三角関数を
含む複雑な座標変換計算を施さなければ、その傾きを揃
えることができない。しかもその座標変換計算には多大
な時間を必要とし、装置の構成規模が大掛りとなること
が否めない。

このような理由から、従来一般的には文字入力の向き
（パターンの傾き）を予め規定しておく等の制約を課す
ようにしている。

しかしこのような制約が課せられると、文字の自由な
筆記入力が妨げられる等の不具合があった。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来装置にあっては、入力パターンと標準
パターンとの傾きが異なる場合、その傾きを揃える為の
座標変換計算に多大な処理時間を必要とし、またこの処
理を省いた場合には認識結果が求められなくなる等の不
具合が生じた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、傾きの異なる入力パターンと
の標準パターンとの間のマッチング処理を簡易に実行す
ることができ、しかも入力パターンを高精度に認識する
ことのできるパターン認識方式を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、文字・図形を構成するパターンの特徴を示
す、そのパターンを形成するストロークの特徴点、例え
ば各ストロークの始点と終点、および上記ストロークを
等分割した点からなる特徴点の座標を、入力パターンと
標準パターンとの間で比較して上記入力パターンを認識
するに際し、 上記入力パターンと標準パターンとの対応点間の距
離ｄを求めると共に、 上記標準パターンの各点の、例えばその標準パター
ンの重心位置として与えられるパターン基準点からの距
離ｒをそれぞれ求める。

そして上記距離ｄと距離ｒとの比Ｔを前記各点につ
いてそれぞれ求め、 これらの各点に対して求められた比Ｔを相互に比較
し、 全点の比Ｔが所定の誤差範囲内で等しいとき、前記
入力パターンと標準パターンとが等しいとして判定する ことを特徴とするものである。

また更に、上記比Ｔを用いて、標準パターンに対する
入力パターンの回転角度を求め、上記パターン認識結果
と共に出力するようにしたものである。

（作用） 本発明によれば、入力パターンと標準パターンとの対
応点間の距離ｄと、標準パターンの各点の所定のパター
ン基準点からの距離ｒとの比Ｔが、例えばＴ＝d/rとし
て各特徴点毎に計算される。そして全ての特徴点に関す
る上記比Ｔを相互に比較照合し、これらの比Ｔの全てが
所定の誤差範囲内で等しいとき、その標準パターンが入
力パターンと等しいと判定される。

つまり入力パターンと標準パターンとが等しいなら
ば、上述した如く求められる比Ｔが、上記入力パターン
と標準パターンとの傾きに応じた一定の値となることか
ら、逆に標準パターンの特徴点についてそれぞれ求めら
れた上記比Ｔが等しいとき（パターン変形を考慮した場
合には、所定の誤差範囲内で等しいとき）、これを標準
パターンと入力パターンとが等しいとして認識すること
が可能となる。

この結果、入力パターンと標準パターンとの傾きが違
う場合であっても、上記入力パターンを簡易に、しかも
高精度に認識することが可能となる。また上記比Ｔから
入力パターンの標準パターンに対する傾きの角度θを
も、例えば θ＝2sin^-1（T/2） として求めることが可能となる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明す
る。

第１図は実施例方式を適用して構成されるオンライン
手書き文字認識装置の概略構成図である。

第１図において１は文字・図形パターンが筆記入力さ
れる座標入力装置（タブレット）である。この座標入力
装置１を介して筆記入力される文字・図形パターンの情
報は座標値の系列として取込まれ、ストローク検出部２
に与えられる。ストローク検出部２は座標値系列の各座
標間距離から筆記ストロークの途切れを検出し、入力パ
ターンを構成する１つまたは複数のストロークを検出し
ている。平滑・正規化部３は上記ストローク検出部２に
て検出されたストロークを滑らかなものとし、１つまた
は複数のストロークによって形成される入力パターン毎
にその外接枠の大きさを検出する等して、その大きさの
正規化処理を行っている。

尚、個々の入力パターンの切出しは、前記座標入力装
置１におけるペンのオン・オフや、検出されたストロー
ク間の距離を判定する等して行われる。

しかして特徴点抽出部４は、上述した如く求められた
入力パターンのストロークの特徴を、例えばストローク
の始点と終点、およびそのストロークを等分割した所定
数の点の座標等として求め、これを入力パターン・メモ
リ４に格納している。

具体的には、入力パターンを構成するストローク毎
に、その始点と終点とストロークを２等分する中間点と
してそのストロークの特徴点を抽出し、これらの特徴点
の座標を入力パターン・メモリ４に格納するものとなっ
ている。

一方、標準パターン・メモリ５は認識対象とする複数
の文字・図形の標準パターンについて、上記入力パター
ンの特徴点抽出と同様にして求められた特徴点の情報
を、各標準パターンにそれぞれ対応付けて格納したもの
である。

点間距離計算部７は上記入力パターン・メモリ６に格
納された入力パターンの特徴点と、標準パターン・メモ
リ６に格納された標準パターンの特徴点との距離ｄを、
第２図に例示するように、相互に対応する特徴点間につ
いてそれぞれ求めるものである。具体的には、ストロー
クの対応関係を求め、対応するストローク間で前述した
特徴点を順に選択する。そして選択された特徴点の入力
パターンにおける座標（x_i,y_i）と標準パターンにおけ
る座標（x_s,y_s）とから、その距離ｄを として計算している。

一方、半径計算部８は、上記距離ｄの計算に供されて
いる標準パターンの特徴点のその標準パターンの重心等
として定められたパターン基準点からの距離（半径）ｒ
を計算している。この半径ｒの計算は、入力パターンお
よび標準パターンの各特徴点の座標値がそのパターン中
心である重心からの相対値として表現されているものと
すれば、 として計算される。

比計算部９は、標準パターンの各特徴点について求め
られた上記距離ｄと半径（距離）ｒとの比Ｔを、例えば Ｔ＝d/r として計算している。この比計算部９で計算された特徴
点に関する上記比Ｔの値は参照レジスタ10に格納される
と共に、比較部11に与えられて上記参照レジスタ10に格
納された比Ｔの値との比較照合に供される。

この比Ｔの値の参照レジスタ10への格納と比較部11に
よる比較処理は、例えば１つのパターンについて最初に
計算された特徴点の比Ｔの値を参照レジスタ10に格納
し、２番目以降に計算された特徴点の比Ｔの値と上記参
照レジスタ10に格納された比Ｔの値とを比較し、その差
を求めることによって行われる。この差の情報は制御部
12に与えられる。

しかして制御部12はこの差の値を判定し、前記各特徴
点について求められた比Ｔの値が所定の誤差範囲内で全
てに亙って等しいか否かを調べている。そして各特徴点
についてそれぞれ求められた比Ｔの値の所定の誤差範囲
内で等しい場合には、そのデータを得た標準パターンを
前記入力パターンに対する認識結果として求めている。

ここで各特徴点について求められた上記比Ｔの比較に
よる入力パターンと標準パターンとのマッチングにつき
説明すると、例えば第３図に示すように、或る線分OBが
その一方の端点である点Ｏを軸として角度θ回転した場
合、上記線分OB上の任意の点Ａの移動距離Aaと、上記点
Ａの回転中心点Ｏまでの距離（半径）OAとの比 Aa/OA（＝Bb/OB） は常に一定である。そしてその比の値は、回転角度θに
依存するだけである。

このことは、第４図に示すように或る中心点を基準と
して回転した２つの同じパターンが存在するとき、これ
らのパターンの相互に対応する特徴点間の距離とその特
徴ーンの上記各特徴点と回転中心との距離（半径）との
比が常に一定であることを意味する。

第４図に示す例では、 Aa/AO＝Bb/BO＝Cc/CO となる。

そこで本装置では、このような同一のパターンが回転
したときの上記比の性質に着目し、入力パターンと標準
パターンとの間の相互に対応する特徴点間の距離と、そ
の特徴点の回転中心（パターン基準点）との距離（半
径）をそれぞれ求め、これらの比を各特徴点についてそ
れそれ求めている。そしてこれらの比が一定であるか、
換言すればその比の値が全て等しいか否かを判定して、
上記標準パターンが入力パターンと同じであるか否かを
判定するものとなっている。

尚、実際には標準パターンに対する入力パターンの変
形が存在することから、上記各特徴点についてそれぞれ
求められた比の値が所定の誤差範囲内で等しいか否かが
判定され、入力パターンにおけるパターン変形を吸収し
て、その判定が行われる。

また、各特徴点について計算された上記比Ｔの値が、
１つでも大幅に異なる場合には、その標準パターンと入
力パターンとが異なると判断される。そして次の標準パ
ターンの特徴点に対する比Ｔの計算が同様に実行され、
その標準パターンと入力パターンとの照合が行われる。

しかしてこのようにして入力パターンに対する認識結
果が求められた場合には、角度計算部13による傾き角度
の計算が行われる。この角度の計算は、例えば前記参照
レジスタ10に格納された比Ｔの値を用いて、 θ＝2sin^-1（T/2） なる演算を実行することにより行われる。この角度θの
計算によって前記標準パターンに対する入力パターンの
傾き角度が求められる。そしてこの角度θの情報は、前
記入力パターンに対する認識結果（標準パターンの情
報）と共に出力され、情報処理装置等に与えられる。

尚、上述した点間距離計算部７による距離ｄの計算、
半径計算部８による半径（距離）ｒの計算、比計算部９
による比Ｔの計算、そして角度計算部13による傾き角度
θの計算は、一般的には演算処理時間の掛かるものであ
る。従って、例えばこれらを予め計算がなされたテーブ
ル・メモリとして構成しておき、入力データに応じてこ
のテーブル・メモリをひくようにすれば、その計算処理
の高速化を容易に図ることが可能となる。

以上のような本装置によれば、入力パターンと標準パ
ターンとの間で、対応点間の距離とパターンの回転中心
となるパターン基準点からの特徴点までの距離との比を
求め、各特徴点についてそれぞれ求められた上記比を相
互に比較して入力パターンを認識するものとなってい
る。これ故、入力パターンが傾きをもって与えられた場
合であっても、その傾きに拘らずに簡易に認識処理する
ことができる。そして必要であれば、その傾きの角度を
求めることができる。つまり従来のように入力パターン
の傾きを座標変換によって補正した後、標準パターンと
の照合を行う等の繁雑化を招来することなく、短時間に
効率良くパターン認識処理することができる。

また入力パターンのデータをそのまま用いて認識処理
するので、座標変換を行う場合に見られたような座標変
換誤差が入込む虞れもない。これ故、その認識精度を高
めることが可能となり、総合的には簡易に効率良く高精
度なパターン認識処理を行うことが可能となる。そし
て、任意の傾きで入力されたパターンを、非常に簡易に
認識することが可能となる等の多大なる効果が奏せられ
る。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば照合処理に供する標準パターンについては、
入力パターンのストローク数に応じて予め同じストロー
ク数の標準パターンだけを選択する等すれば良い。また
ストロークについて求められる特徴点の数やその特徴点
の求め方は、そのシステムの仕様に応じて定めれば良い
ものである。更には標準パターンの特徴点の回転中心か
らの距離を標準パターンのデータの一部として標準パタ
ーン・メモリ６に格納しておくことも可能である。

またここでは座標入力装置により筆記入力されたパタ
ーンをオンライン的に認識処理する例につき説明した
が、パターン・データの入力手段は特に限定されないこ
とは云うまでもない。その他、本発明はその要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、傾きを生じて入
力されるパターンを非常に簡易に、つまり座標変換処理
による入力パターンの傾き修正を行うことなしに簡易に
しかも高速に認識処理することができる。そして必要に
応じてその傾きの角度の情報を簡易に得ることができ
る。従って、例えば座標入力装置を介して筆記入力され
るパターンの自由性を高めることができ、パターン情報
の入力手段として実用上多大なる効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方式を適用して構成されるオ
ンライン手書き文字認識装置の概略構成図、第２図は入
力パターンと標準パターンとの対応点間の距離の概念を
示す図、第３図および第４図は本発明の作用原理を説明
する為の図、第５図は点マッチングによる従来のパター
ン認識処理の概念を示す図である。 １……座標入力装置、２……ストローク検出部、３……
平滑・正規化部、４……特徴点抽出部、５……入力パタ
ーン・メモリ、６……標準パターン・メモリ、７……点
間距離計算部、８……半径計算部、９……比計算部、10
……参照レジスタ、11……比較部、12……制御部、13…
…角度計算部。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】文字・図形を構成する各点の座標を入力パ
   ターンと標準パターンとの間で比較して上記入力パター
   ンをを認識するに際し、 上記入力パターンと標準パターンとの対応点間の距離ｄ
   と上記標準パターンの各点のパターン基準点からの距離
   ｒとの比Ｔをそれぞれ求め、これらの各点に対して求め
   られた比Ｔを相互に比較し、全点の比Ｔが所定の誤差範
   囲内で等しいとき、前記入力パターンと標準パターンと
   が等しいとして判定してなることを特徴とするパターン
   認識方式。
2. 【請求項２】文字・図形を構成するパターンの各点は、
   該パターンを形成するストロークの始点と終点、および
   上記ストロークを等分割した点として定められるもので
   ある特許請求の範囲第１項記載のパターン認識方式。
3. 【請求項３】パターン基準点は、標準パターンの重心位
   置として与えられるものである特許請求の範囲第１項記
   載のパターン認識方式。
4. 【請求項４】比Ｔを用いて、標準パターンに対する入力
   パターンの回転角度を求めることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のパターン認識方式。