JP2650903B2 - 文字認識装置における標準パターン記憶方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は文字認識方式に係り、特に漢字のように文字
カテゴリーの種類が多いばあいに標準パターンのメモリ
ー容量を減少する目的に好適な文字認識方式に関する。

〔従来の技術〕

従来の文字認識方式の中では、方向性パターン整合法
と呼ばれるものが手書き漢字など多様な変形を有する文
字パターンに対して有望であるとされている。方向性パ
ターン整合法の内容は、例えば安田道夫，藤澤浩道両名
による電子通信学会論文誌、第62-D巻第３号掲載論文
「文字認識のための相関法の一改良」（昭和54年３月）
に記載されているが、文字パターンから垂直、−45°，
水平、＋45°の４方向の直線成分を強調した４枚の二次
元パターンを生成し、これら４枚の二次元パターンを用
いたパターン整合によつて未知文字パターンを認識する
ものである。しかし、本手法では標準パターン１個当た
り複数枚の二次元パターンが必要であり、各パターンは
通常の二値パターンではなく多値パターンなので、漢字
のように文字カテゴリーの種類が多数ある場合には、標
準パターンのメモリー容量が増大して装置の高価格化を
招き、また、メモリーアクセス回数が増加するので認識
速度が低下するなどの問題が生じていた。

この標準パターンのメモリー容量増大の問題に対処す
るため、例えば特開昭50-114137において、標準パター
ンまたは入力パターンを圧縮して記憶し、相関演算の際
に原パターンに復元して演算することにより、メモリー
削減を図る方法が提案されている。しかし、この方法は
白黒の二値パターンを前提としているため、方向性パタ
ーン整合法のように多値パターンを用いる場合には適用
できず、方向性パターン整合法の標準パターンメモリー
の圧縮法として有効な方法は知られていなかつた。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、方向性パターン整合法のように多値
パターンを用いる文字認識方式において、有効に標準パ
ターンメモリーを圧縮することができる標準パターン記
憶方法を提供することである。

〔問題を解決するための手段〕

本発明では上記の問題点を解決するため、方向性パタ
ーン整合法における方向性強調パターンの特性に着目
し、新規なパターン圧縮手法を提案している。すなわち
方向性パターン整合法では、文字パターンから垂直、−
45°、水平、＋45°の４方向の直線成分を強調した４枚
の二次元パターンを生成している。以後、本発明ではこ
れらを方向面パターンと呼ぶ。例えば、垂直方向面パタ
ーンでは垂直方向線分が強調されるので、文字パターン
の中で垂直線分の存在する画素では大きな値が連続し、
それ以外ではほとんど０に近い値となる。従つて、各方
向面パターンの中で強調方向にパターンをスキヤンすれ
ば、同一の値が並ぶ割合が大きい。

本発明では、この方向面パターンの特性を利用し、各
方向面パターンを特徴強調方向と一致する方向にスキヤ
ンして、前の画素と同一の値を有する画素では特徴量の
記憶を省略するものである。別に、各画素ごとに特徴量
の記憶を省略の有無を指示する情報を格納したメモリー
（省略マツプ）を設け、この省略マツプを参照すること
により、原パターン情報を復原できる。

〔作用〕

文字、特に漢字は垂直、−45°、水平、＋45°の４方
向の直線成分から主として構成されるので、各方向面パ
ターンの中では強調方向に同一の値が並ぶ比率が高く、
大半の画素が省略され、大幅にメモリー容量が削減され
る。一方、新たに省略マツプを追加する必要があるが、
省略マツプのメモリー容量は１画素当たり１ビツトでよ
いので、方向面パターンの必要容量を１画素当たり４ビ
ツトとすれば、追加量は1/4で済み、全体としてはメモ
リー量が削減される。

実施例を説明する前に、本発明の一例によるメモリー
削減の模様を図面により説明する。

第１図は、本発明の標準パターン記憶法による特徴の
省略の模様を示す説明図である。第１図で12は、一つの
方向面パターン11（この場合は水平面）をラスタスキヤ
ンして一次元的に並べたものであり、枠は画素を表し、
枠の中の数値は16進数で特徴を表したものである。すな
わち第１図では、特徴は１画素当たり４ビツトで表現し
ている。また、第１図では、方向面を５×５としている
ので全体で25画素である。

一次元的に表した方向面パターン12をスキヤンし、各
画素の特徴の値が一つ前の画素の特徴の値に等しいと
き、省略マツプ13の中の対応する位置のビツトに‘0'を
書き込む。等しくなるときはこのビツトに値‘1'を書き
込む。ただし、一番最初の画素では一つ前の画素の値と
して‘0'（16進）を用いる。

方向面パターンのうち、対応する省略マツプのビツト
が‘0'である特徴を省略することにより、圧縮パターン
14を得る。標準パターンとしては、圧縮パターン14およ
び省略マツプ13を記憶する。この圧縮パターン14および
省略マツプ13を用いて、原パターン12を復原できること
は明らかである。

第１図の例では、圧縮前は５×５×４ビツト＝100ビ
ツトのメモリーを要するが、圧縮後は４ビツト×10＝40
ビツトとなり、省略マツプ25ビツトと合計して65ビツト
となり、全体としてメモリーが削減されることが分か
る。

第２図は、本発明の標準パターン記憶法による特徴の
並べ替えの模様を示す説明図である。第２図で21,22,2
3,24は、それぞれ垂直、−45°、水平、＋45°の４種類
の方向面パターンを表す。

第２図に示すように、垂直の方向面パターン21は90°
回転して、パターン25とする。−45°方向面パターン22
は、各列ごとに順次シフト量を増すように垂直方向にシ
フトして、パターン26とする。シフトによつて、５×５
の画像エリアからはみ出す部分は循環シフトを行つて、
５×５に収め、パターン27とする。ここで、パターン26
は説明の便宜上仮に設けたものであり、実際には22から
直接27に並べ替えてよい。水平の方向面パターン23はそ
のままとする。＋45°方向面パターン24は＋45°と同様
に並べ替えるが、シフト量が列ごとに減少するようにし
て、パターン28を経てパターン29を並べ替えする。

このように、並べ替えた４種類の方向面パターンにつ
いて、第１図に示したメモリー圧縮を行えば、パターン
のスキヤン方向と、直線成分の強調方向が一致するの
で、効率のよい圧縮が可能となる。

〔実施例〕

以下、実施例について図面を用いて詳細に説明する。

第３図は、本発明による一実施例を適用した装置の構
成を示すブロツク図である。装置の各部はバス31に接続
され、全体の動作は制御部32により制御される。本シス
テムは文字の認識と学習（辞書の作成）とを行うもので
あるが、以下の説明では主として学習について説明す
る。

全体の処理を操作するためオペレータはコンソール33
を用いて制御部32と対話を行つているが、その内容は公
知の処理であるので、詳細説明は省略する。

学習モードでは、学習用の文字が記載された文書34が
システムに与えられる。文書34上の情報（文書画像）は
光電変換装置35により走査され、デイジタル化され、バ
ス31を介してメモリ36の中に格納される。

上記の文書画像は文字認識プロセツサ37に与えられ
る。37では公知の手法により文書画像から文字パターン
を切り出し、各文字パターンについて特徴抽出を行つて
４種類の方向面パターンを作成する。制御部32はこれら
の方向面パターンを標準パターンとしてフアイル38に格
納する。格納に先立つて、制御部32は各標準パターンに
対応する切り出し文字パターンを表示し、オペレータに
より文字コードを付与させた後、各標準パターンに対す
る格納アドレスを決定している。

認識対象となる文字に対する標準パターンが全てフア
イル38に格納された後、制御部32では各標準パターンに
圧縮処理を施して、圧縮標準パターンをフアイル39に格
納する。

第４図は本実施例における標準パターン圧縮処理の流
れをPAD（Problem Analysis Diagram）図で表したもの
である。

原パターンは、第２図のように並べ替えを行つたもの
とし、第１図のパターン12のように１次元的に格納され
ているとする。並べ替え処理については後述する。パタ
ーン12をＭ行Ｍ列のパターン Pi（ｎ）,n＝1,2,……,N とする。ここでＮ＝Ｍ×Ｍは、全画素数である。Piは多
値の特徴である。ｉは標準パターンの番号を示す。第４
図の処理は、第１図のパターン12を圧縮パターン13と省
略マツプ14に変換する圧縮処理である。ここでは、４種
類の方向性パターンの一つについてのみ説明するが、ど
の方向でも同様である。

第４図で401は標準パターンｉ（ｉ＝１〜Ｉ）につい
て402〜409の処理を繰り返すループ制御である。ここ
で、Ｉは標準パターンの総数である。

402は４種類の方向について403〜409の処理を繰り返
すループ制御であり、ｋは方向の番号を示す。以下の40
3〜408の処理の説明では、一つの方向についてのみ述べ
る。

403は、方向性パターンPi（ｎ）（ｎ＝１〜Ｎ）をフ
アイル38から読みこむ部分である。

404は、値Ｑの初期値を０に、また値ｃの初期値を０
に設定する部分である。ここで、Ｑは前の画素の特徴の
値を、ｃは出力特徴のカウンタを表す。

405は画素ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）について406〜408の処理
を繰り返すループである。

406は、画素ｎの特徴Pi（ｎ）を前の画素の特徴Ｑと
比較する部分で、この両者が等しければ、407でフラグF
i（ｎ）の値を０とする。Fi（ｎ）（ｎ＝１〜Ｎ）は特
徴が省略されたか否かを示すフラグエリアである。Pi
（ｎ）≠Ｑである場合は、408でカウンタｃを１だけ増
し、出力バツフアQi（ｃ）にPi（ｎ）を代入する。また
前の画素の特徴の値ＱをPi（ｎ）とする。またフラグFi
（ｎ）の値を１とする。式で書けば c ：＝ｃ＋１ Qi（ｃ）：＝Pi（ｎ） Q ：＝Pi（ｎ） Fi（ｎ）：＝１ である。

以上の説明から理解されるように、Fi（ｎ）が０の場
合は特徴Pi（ｎ）は省略されており、その値は前の画素
と等しいこと、またFi（ｎ）が１の場合は特徴Pi（ｎ）
は省略されていないことが分かる。

上述したように、405のループが終了したとき、バツ
フアエリアQi（ｃ）（ｃ＝１〜Ｃ）及びFi（ｎ）（ｎ＝
１〜Ｎ）には、圧縮された特徴パターン及びフラグパタ
ーンが入つている。ただし、Ｃはループ終了時のｃの値
であり、圧縮後の特徴数を示す。

409は、第ｋ方向の特徴数Ｃ、圧縮特徴パターンQi
（ｃ）（ｃ＝１〜Ｃ）及びフラグパターンFi（ｎ）（ｎ
＝１〜Ｎ）をフアイル39に出力する部分である。なお、
圧縮特徴Qiは１特徴４ビツトで、フラグFiは１特徴１ビ
ツトで表される。

以上のようにして、圧縮された標準パターンがフアイ
ル39に格納されているが、以上の圧縮処理は例えば工場
などであらかじめ行つておくものとし、圧縮終了後はフ
アイル38は取り外してよい。フアイル38,39としては例
えばフロツピーデイスクなどを用いることができる。

認識モードでは、フアイル39から圧縮された標準パタ
ーンを読みだして、メモリ36に格納する。認識に際し
て、未知パターンと比較すべき標準パターンを原パター
ンに復元する必要があるが、そのための復元処理の流れ
を第５図に示す。

第５図は本実施例における圧縮パターンの復元処理の
流れをPAD図で表したものである。第４図と同様、４種
類の方向性パターンの一つについてのみ説明する。

第５図で、501は復元すべき標準パターンの番号ｉを
外部の制御ルーチンから受け取る部分である。

502は４種類の方向について503〜508の処理を繰り返
すループ制御であり、ｋは方向の番号を示す。以下の50
3〜508の処理の説明では、一つの方向についてのみ述べ
る。

503は、第ｋ方向の特徴数Ｃ、圧縮特徴パターンQi
（ｃ）（ｃ＝１〜Ｃ）及びフラグパターンFi（ｎ）（ｎ
＝１〜Ｎ）をメモリ36から取り出し、文字認識プロセツ
サ37の内部の作業用メモリに複写する部分である。

504は、値Ｑの初期値を０に、また値ｃの初期値を０
に設定する部分である。ここで、Ｑは前の画素の特徴の
値を、ｃは圧縮特徴のカウンタを表す。

505は画素ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）について506〜508の処理
を繰り返すループである。

506は、画素ｎの特徴に対応するフラグFi（ｎ）が０
か１かを調べる部分で、このフラグの値が０ならば何も
しない。

Fi（ｎ）が１の場合は、507でカウンタｃを１だけ増
し、また前の画素の特徴の値ＱをQi（ｃ）とする。

508では、画素ｎの特徴Qi（ｃ）にＱを代入する。

以上の説明から理解されるように、フラグFi（ｎ）が
０の場合は特徴Pi（ｎ）は省略されているので、その値
は前の画素の値を採用し、またFi（ｎ）が１の場合は元
来の値Qi（ｃ）を使用することになつていることが分か
る。

次に、実施例の中で説明を省略した方向性パターンの
並べ替え処理について説明する。

第６図，第７図は、それぞれ垂直方向及び−45°方向
の方向性パターンの並べ替え処理の処理の流れをPAD図
で示したものである。ただし、前提として特徴抽出され
た方向性パターンは、第２図21〜24のように横方向にス
キヤンされたラスターで表現されているとする。

第６図について説明する。並べ替えの前後の垂直方向
性パターン（Ｍ行Ｍ列のパターン、第２図の21）を一次
元的に Ri（ｎ）,n＝1,2,……,N Pi（ｎ）,n＝1,2,……,N で表す（Ｎ＝Ｍ×Ｍ）。ｉは標準パターンの番号である
が、ここでは一個の標準パターンについてのみ説明す
る。601は画素ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）について602〜603の処
理を繰り返すループ制御である。602では、画素番号ｎ
から並べ替えの後の画素番号ｍを次の式によつて計算す
るものである。

y:＝〔（ｎ−１）/M〕＋１ x:＝ｎ−Ｍ・（ｙ−１） m:＝Ｍ・（ｘ−１）＋ｙ ここで、x,yは行及び列の番号であり、〔 〕は小数
点以下を切り捨てる演算（いわゆるガウス記号）を表
す。603は、画素ｎの特徴Ri（ｎ）を並べ替えてPi
（ｎ）に格納する処理である。

第７図について説明する。並べ替えの前後の−45°方
向性パターン（Ｍ行Ｍ列のパターン、第２図の22）を一
次元的に Ri（ｎ）,n＝1,2,……,N Pi（ｎ）,n＝1,2,……,N で表す（Ｎ＝Ｍ×Ｍ）。ｉは標準パターンの番号である
が、ここでは一個の標準パターンについてのみ説明す
る。701は画素ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）について702〜703の処
理を繰り返すループ制御である。702では、画素番号ｎ
から並べ替えの後の画素番号ｍを次の式によつて計算す
るものである。

ｙ ：＝〔（ｎ−１）/M〕＋１ ｘ ：＝ｎ−Ｍ・（ｙ−１） ｘ′：＝mod（ｙ＋ｘ−2,M）＋１ ｍ ：＝Ｍ・（ｙ−１）＋ｘ′ ここで、mod（A,B）はＡをＢで除した剰余（いわゆる
法演算）を表す。x,yは並べ替える前の行・列の番号で
ある。今、mod演算を無視すれば、ｘ′は第２図26のよ
うに、第ｉ列を縦方向にシフトしたときの行番号を表
す。modは第２図27のように、循環シフトすることを表
す。703は、画素ｎの特徴Ri（ｎ）を並べ替えてPi
（ｎ）に格納する処理である。

以上、垂直及び−45°方向について方向性パターンの
並べ替えについて説明したが、＋45°方向は−45°方向
と同様であり、水平方向は並べ替える必要はない。

以上本発明の一実施例について説明したが、発明の本
質に影響を与えることなく各種の変更を加えることが可
能なことは言うまでもない。例えば、実施例では特徴パ
ターンは横方向にスキヤンするものとしたが、縦方向に
スキヤンした場合も同様にできる。

また、実施例では特徴抽出後に方向性パターンの並べ
替えを行うとしたが、並べ替え処理を特徴抽出の中に含
めて同時に行うようにしてもよい。

また、実施例では垂直方向性パターンの並べ替えは90
°の回転で実現し、−45°及び＋45°の方向性パターン
の並べ替えは45°のシフトで実現したが、シフトの代わ
りに座標変換を用いてもよい。また、−45°及び＋45°
の方向性パターンについても90°の回転で代用しても、
漢字に対しては実用上差し支えない結果が得られる。

また、実施例では一個の特徴について同じ値が連続す
る場合に省略を行つているが、複数個（例えば２個）の
特徴の組について同一のパターンが連続する場合に省略
するようにしてもよい。この場合には、同一のパターン
の出現確率が減るので省略可能な特徴数は減少するが、
フラグは複数の特徴について１ビツトでよいので、総合
的には有利となる場合もある。

また、以上の説明では主として文字パターンを対象と
したが、文字以外の二次元パターンにも広く適用可能で
ある。

〔発明の効果〕

実施例で述べた手法を、手書き漢字（数字，ローマ
字，平仮名，片仮名，記号を含む）3068文字について作
成した辞書に適用した。この辞書では、４種類の方向性
パターンは16×16画素の分解能を有し、１画素は４ビツ
トの深さを有する。従つて、圧縮前は 16×16×４方向×3068パターン ＝3,141,632特徴 （12,566,528ビツト） のメモリ容量を有する。上記実施例の手法により、省略
可能な特徴は1,939,564個、圧縮後の特徴は1,202,068個
となつた。このとき、フラグパターン用に3,141,632ビ
ツトが必要となるので、メモリ圧縮率は となり有効性が実証された。さらに分解能を上げて、た
とえば方向性パターンを32×32画素で表現すれば、圧縮
効率はさらによくなる（圧縮率が小さくなる）。

以上の説明から理解されるように、本発明によればパ
ターン認識用辞書のメモリ容量を有効に圧縮できるの
で、装置を低価格化することができ、またメモリのアク
セスが減少するので、認識速度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による特徴の圧縮の模様を示す説明図、
第２図は本発明による特徴の並べ替えの模様を示す説明
図、第３図は本発明の一実施例の構成を示すブロツク
図、第4,5,6,7図は第３図の装置における処理の流れを
示す図である。 11……特徴パターン、12……一次元化した特徴パター
ン、13……フラグパターン、14……圧縮後の特徴パター
ン、21〜24……特徴パターン、25〜29……並べ替え後の
特徴パターン、31……バス、32……制御部、33……コン
ソール、34……文書、35……光電変換装置、36……メモ
リ、37……文字認識プロセツサ、38,39……フアイル。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】文書を文書画像として入力し、該入力した
   文書画像から文字パターンを切り出し、該文字パターン
   から相互に異なる方向の直線成分を強調した複数の２次
   元多値パターンを生成し、該複数の２次元多値パターン
   を上記文字パターンを同定するための標準パターンとし
   て圧縮して記憶する文字認識装置における標準パターン
   記憶方法において、 上記標準パターンを上記直線成分方向に沿って１次元化
   し、それにより得られた１次元パターンについて圧縮し
   て記憶することを特徴とする文字認識装置における標準
   パターン記憶方法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の文字認識装置
   における標準パターン記憶方法において、 上記標準パターンは、垂直、−45°、水平、＋45°の４
   方向の直線成分を強調した２次元多値パターンからなる
   ことを特徴とする文字認識装置における標準パターン記
   憶方法。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の文字認識装置
   における標準パターン記憶方法において、 上記標準パターンについて、隣接画素との一致・不一致
   を記憶したマップと隣接画素と不一致である画素の値を
   記憶した圧縮パターンとを生成し、記憶することを特徴
   とする文字認識装置における標準パターン記憶方法。
4. 【請求項４】文書を画像として入力する画像入力装置
   と、上記画像入力装置から入力した文書画像から文字パ
   ターンを切り出し、相互に異なる方向の直線成分を強調
   した複数の２次元多値パターンを生成する文字認識プロ
   セッサを有し、 上記文字認識プロセッサにより生成された上記複数の２
   次元多値パターンを文字パターンを同定するための標準
   パターンとして上記直線成分方向に沿って１次元化し、
   それにより得られた１次元パターンについて圧縮して記
   憶する記憶ファイルを有することを特徴とする文字認識
   装置における標準パターン記憶装置。