JP2839205B2 - 画像処理装置および描画装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は図形認識装置および描画装置に係り、例えば
フローチャートのような入力画像の画像データをベクト
ルデータに変換して、そのベクトルデータに基づいて入
力画像の図形を特定し、該図形に関して加工処理を行
う、例えばデジタルプリンタ、ファクシミリ、デジタル
式印刷機、デジタル複写機等に応用される図形認識装置
および描画装置に関する。

〔従来の技術〕

ラスター走査で読み取った画像信号を画像処理して画
像を認識する技術として、例えば特開昭54−154935号公
報には図中の２つの円を結ぶ連結線を認識できる方法
が、また特開昭55−83972号公報にはある領域を用いて
ビットマップ画像内の異なる記号を区別する方法が、特
開昭56−59374号公報にはビットマップ画像内の線同士
の接合点と、その点での線の方向を取り出す装置が、特
開昭56−105567号公報、特開昭59−52384号公報および
特開昭60−24681号公報には方眼紙に描かれた例えば回
路図のような線図を読み取り、方眼紙の枡目毎に「辞
書」と比較して異なる記号を区別する図面読取装置が開
示されている。

また特開昭56−105580号公報には細線化処理によって
ビットマップデータをベクトルデータに変換した後、線
長さを計算し記号を認識する図形認識方法が、特開昭57
−25083号公報には対象図形の認識方法が、特開昭57−1
50075号公報にはビットマップ画像の水平および垂直線
を調べて矩形形状を認識する装置が、特開昭58−18776
号公報にはまず図形中心を見つけ、該中心から図形外周
上の点までの距離を全方位にわたって測定してその距
離、即ち半径ｒと角度をグラフ化し、該グラフの一次微
分を計算して図形の形状を認識する技術が開示されてい
る。

さらに特開昭58−24974号公報、特開昭59−22175号公
報、特開昭59−22178号公報および特開昭61−877号公報
にはまずビットマップ画像の輪郭線を見つけ、該輪郭線
上の各点において８方向への濃度変化を調べて輪郭線上
の開始点からの距離に対してグラフ化することにより画
像の形状を認識する方法が、特開昭60−45887号公報に
は認識すべき形状の領域を指定し、デジタル画像の水平
方向の切断線の画素数を数えることにより形状を認識す
る装置が、特開昭60−142486号公報には線ベクトルの交
点を見つけ、該交点を含む小領域を取り出し「辞書」と
比較して例えば回路図記号等を認識する図面認識装置
が、特開昭61−74078号公報および特開昭61−74079号公
報にはマトリックス演算を用いて接合線と記号を分離す
る形状分離装置および形状認識装置が、特開昭61−1821
83号公報にはビットマップ画像の形状が画像分割法を用
いて「辞書」中の１組の形状と比較するパターン認識方
法が、特開昭61−208171号公報には回路図等の図面要素
を見つけ、「辞書」と比較して図面を読み取る装置が、
さらに特開昭62−133588号公報には交点と接合点を求
め、それらの領域の画像を取り出し「辞書」と比較する
ことによってそれらの形状を決定する画像認識装置が開
示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

画像データをベクトルデータに変換して画像処理を行
う過程でしばしば近似的手法が採られる。例えば円は１
組の線分の集合で構成される多角形で近似される。しか
しベクトル化処理を経て出力される円の画像にはギザギ
ザが現れる。さらに、手書き画像データをベクトルデー
タに変換する際に誤差が付加される。と言うのは手書き
画像では例えば、正方形はその通りの形状ではなく、歪
んだ菱形のようになったり、水平線がｘ軸に平行に書か
れなかったり、連結線が正しくその中心上に書かれない
ことが多いからである。第２図は上記の円の多角形近似
法と多角形の歪んだ手書き画像の例を示したものであ
る。

本発明は従来技術の上記問題点を解決し、画像中の図
形の形状を認識して、これらの画像を、幾何学的修正を
施し、かつ正しく整列した図形の画像に置き換えて出力
することが可能な図形認識装置を提供することを目的と
する。即ち図形認識装置から出力される画像において、
円や曲線はできるだけギザギザ形状がなく、多角形は互
いに、または矢印や直線で結ばれた線画像に対して整然
と配列されるようにしようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するために、第１の手段は始
点、終点、角度および幅からなるベクトルデータを保持
するベクトル記憶手段と、前記ベクトルデータから図形
要素を構成するベクトルデータを検出し、その図形を認
識する図形認識手段と、認識した図形の種類、中心点、
高さ、幅等の図形データを記憶する図形データ記憶手段
と、認識した図形の中心を通り、図形の外周に到達する
水平及び垂直方向の線分からなる十字マークを認識した
図形と置き替える第１の変換手段と、前記図形認識手段
で図形と認識されなかったベクトルと、前記第１の変換
手段で置き換えられた十字マークのうち、ベクトルの方
向が同じでX,Y座標の差があらかじめ定められたしきい
値内にあるベクトルを整列する整列手段と、前記第１の
変換手段で置き替えた十字マークを図形に再度置き替え
る第２の変換手段とを有することを特徴とする。

第２の手段は、ラスター走査画像データをベクトルデ
ータに変換するラスター走査画像変換手段と、ベクトル
データを出力走査画像のラスターデータに変換するベク
トルデータ変換手段を有する第１の手段から描画装置を
構成したことを特徴としている。

〔作用〕

第１の手段では、画像データが入力すると始点、終
点、角度および幅から成るベクトルデータに変換されベ
クトル記憶手段に記憶される。読み出されたベクトルデ
ータは図形認識手段によって図形要素を構成するベクト
ルデータを検出し、その図形を認識する。第１の変換手
段は、十字マークを認識した図形と置き替え、図形認識
手段で図形と認識されなかったベクトルと、第１の変換
手段で置き替えされた十字マークのうち、ベクトルの方
向が同じでX,Y座標の差があらかじめ定められたしきい
値内にあるベクトルを配列し、第２の変換手段は第１の
変換手段で置き替えた十字マークを図形に再度置き替え
る。

第２の手段では、ラスター走査画像変換手段はラスタ
ー走査画像データをベクトルデータに変換する。ベクト
ルデータ変換手段はベクトルデータを出力走査画像のラ
スターデータに変換する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明
する。

第１図は本発明の一実施例としてのデジタル複写機の
画像処理回路の概略ブロック図である。図において、１
は原稿読み取り装置であって原稿を光学的に読み取り２
値データに変換した後画像データとしてメモリに格納す
る。２は画像判定部であり格納された画像データが文字
データなのか図形画像データなのかを判定する。３はベ
クトル変換部であり、図形画像の判定された画像データ
を読み出して図形画像データを押出し、それをベクトル
データに変換する。４は図形認識部であってベクトルデ
ータを読み出して直線、円等の図形要素として認識する
と共にそれらの認識結果を図形要素データとして格納す
る。５は作画装置であって図形要素データと文字データ
を合成し記録紙上に作画する。

ベクトル変換部３でベクトル変換された画像データは
多くの処理を得て出力されるが、その前に最も圧縮され
た状態に変換される。

本発明においてはまず画像中の閉図形を検出しなけれ
ばならないが、この処理は閉形状を構成する各ベクトル
はその両端にそれぞれ連結するベクトルを有していると
いう原理を応用すれば容易になる。この原理によってど
ちらかの端に隣接するベクトルを有しないベクトルは形
状ベクトルを構成しないと考えることができる。上記処
理を何度も繰り返すことにより、次に述べる唯一の例外
を除いて殆どの非形状ベクトルは取り除かれることが分
かる。即ち、その例外とは３つのベクトルの終端が同一
の点で終わっている場合である。なお、本明細書ではベ
クトルの終端が一致している時のみ接合していると言
い、ベクトルの長さ方向に沿った途中で他のベクトルに
交差する時には接合しているとは言わないことにする。

第３図は実施例による画像認識処理のフローチャート
を示したものである。以下このフローチャートに従って
上記処理を説明する。

まずスキャナーから画像データが入力されると（Ｓ−
１）、画像データはベクトルデータに変換される（Ｓ−
２）。ステップＳ−３では不要ベクトル除去処理によっ
て除去フラグが立てられた点（ベクトル）をバッファメ
モリから除去することによって、ベクトル画像中の連結
ベクトルと非形状ベクトルを取り除く。次に同じ形状に
含まれるベクトルをグループ化し（Ｓ−４）、図形の形
状認識処理を行い、認識された図形の形状データを作る
（Ｓ−５）。

次に画像中の非形状ベクトルを十字マークで置き換え
る（Ｓ−６）。置き換えた十字マーク等によって連結線
の並べ換えを行った後（Ｓ−７）、ベクトル画像中の十
字マークを多角形に置き換え（Ｓ−８）、さらにベクト
ルデータを元の画像データに変換し画像メモリに格納す
る（Ｓ−９）。次に画像データを取り出して画像中に円
および他の非多角形の図形を追加し（Ｓ−10）、他の処
理の後出力する（Ｓ−11）。

第４図は不要ベクトル除去処理のフローチャートを示
したものである。図に従って不要ベクトル除去処理を説
明する。

まずステップＳ−12では画像中の全てのベクトルの終
点を取り出しバッファメモリに記録する。このバッファ
メモリにはベクトルの２倍の数の点座標と共に、取り出
したベクトルのカウンタ（NUM_JP）、除去フラグ（ST）
および指標が記憶される。次にステップＳ−13で不要ベ
クトル除去処理の速度を上げるために、高速整列法によ
ってｘ座標の小さい順に各点を整列させる。ステップＳ
−14では最初の点から始まって、それぞれの点に連なる
他の点を見つけ、その点からの距離が一定の範囲に入る
他の点の数を数える。こうして数えた点の数を対応する
ベクトルのNUM_JPとして記憶させる。

次にステップＳ−15でベクトルのNUM_JPが０より大き
いかどうかを判断し、その結果NO（NUM_JP＝０）ならば
その点に除去フラグを立てて、その点のベクトルの反対
即の終点にも除去フラグを立てる。除去フラグが立てら
れた点（ベクトル）はバッファメモリから除去される。
この不要ベクトル除去処理はバッファメモリの最後の記
憶部分に達して除去すべき点がなくなるまで続けられ、
全ての除去処理が終了すると（Ｓ−16でNO）、NUM_JPの
値が０にリセットされ、不要ベクトル除去処理のサブル
ーチンの処理を終える。

第６図（ａ），（ｂ）は２つの異なる画像のベクトル
除去処理の手順を示す説明図である。図から明らかなよ
うに、閉図形を構成するベクトルは分離され、非形状ベ
クトルは取り除かれる。（ｂ）には３つのベクトルの終
端が一致する例外的な場合の画像が示されている。これ
らのベクトルはそのままにして後述の処理に委ねられ
る。そのまま残しておくのはそれらのベクトルが閉図形
の一部を構成するかもしれないからである。

第５図は形状認識処理のフローチャートであり、同図
に従って第３図のステップＳ−５での形状認識処理を説
明する。

除去フラグが立てられて殆どの非形状ベクトルが除去
されると、各々の図形の周囲に沿ってその図形を構成す
るベクトルおよび、ベクトル終点のｘ座標およびｙ座標
の最大値と最小値を記録するのは容易になる。これらの
値を用いて図形の中心点、幅および高さが決定される。

３つのベクトルの終端が一致することがある場合には
複雑になる。まず終点が格納されているバッファメモリ
から開始点を選ぶ。この開始点は両端にそれぞれ接合点
を有し、かつ接合点には除去フラグが立てられていない
ベクトルの終点でなければならない。即ち、NUM_JP＝
２、除去フラグ＝０、指標（PT）１である開始点を見つ
ける（Ｓ−17）。次に同じベクトルの反対側の終点、PT
2を見つけ、さらにこの開始点に最も近い終点を探し、
図形の周りを回る方向、即ち時計周りか反時計周りかを
決定する（Ｓ−18）。次に閉図形の周回方向が変わった
かどうかを判断し（Ｓ−19）、その結果がNOならばPT1
およびPT2に除去フラグを立て、閉図形に対するベクト
ルを別々に記録する（Ｓ−20）。ステップS21ではPT2の
NUM_JPの値が３かどうかを判断する。その結果がNOなら
ばこのベクトルの終点を見つける、即ち閉図形の次の点
PT1を見つける（Ｓ−22）。最近接点の探索、ベクトル
の他端への転移および不要ベクトル除去の処理は開始点
に再び戻るまで繰り返される（Ｓ−27）。

３ベクトルが接合した図形の処理は以下のように行わ
れる。３ベクトル接合点が見つかった時、即ちPT2のNUM
_JPの値が３（Ｓ−21でYES）の時、ステップＳ−23でそ
れが閉図形における開始点かどうかを判断する。NOの時
は何時でもレジスタの状態を記録する（Ｓ−24）。ステ
ップＳ−23で判断がYESの時は除去フラグを解除し、PT1
のNUM_JPの値を３にセットする（Ｓ−25）。ステップＳ
−19で３ベクトル接合点で間違った過程を採ったことが
分かればレジスタの値を前の値に戻し、各終点には除去
フラグを立てて３ベクトルを０にリセットする（Ｓ−2
6）。３ベクトルには除去フラグが立てられたままにな
っているが、やがてこれらは除去される。閉図形の周り
を回る方向が変わると、順路違いになってしまうことが
分かる。

次に第３図のステップＳ−７で作られる形状データの
フォーマットを説明する。即ち形状データは次の各要素
データから成っている。

分離部では図形のベクトルを見つけ、指標PTをメモリ
中、即ちnum−vecとoffset領域に設定する。残りの領域
は認識領域である。

整列処理は検出した図形をその位置と範囲を示す十字
マークで置き換えることによって行われる。十字マーク
を用いて後で図形を置き換える時の位置を決め、それに
よって画像中の他の図形やベクトルに対して配列し直
す。

図形を区別するために多くのパラメータが用いられ
る。基本的なものとしてベクトル数count−vecがあり、
他に平行線の数par、水平線の数hor、垂直線の数verお
よび高さと幅の比が用いられる。

第７図は本実施例で認識される形状を、それらの様々
な回転図形と鏡像および認識のためのパラメータと共に
示したものであり、第８図は各図形の十字マークの形お
よび置き換えの仕方を示したものである。なお、これら
の図において、同一記号は同一図形に対応している。ま
た図形はcount−vecの小さい順に配列されており、タイ
プ番号はJISに従っている。以下、図形毎に形状認識と
十字マークの置き換えの仕方を説明する。

（ａ）三角形（タイプ＝７または８） タイプ７と８を区別するには水平または垂直ベクトル
を見つけなければならない。図形の中心点との相対位置
を調べれば図形がタイプ７かタイプ８かが分かる。hor
＝１の時は回転rotも常に１であり、ver＝１ならば回転
rotは０である。十字マークの終点座標から三角形の３
つの頂点座標を計算し、そえっらの座標からベクトルを
作成してベクトルデータのメモリを置き換える。

（ｂ）長方形（タイプ＝１） これは十字マークの基本形であり、他の多くの図形に
使われる。即ち十字マークは図形中心を通る直交する２
線分から成り、各終点座標はxmax,xmin,ymaxおよびymin
となる。形状データからxmax等の終点座標を計算し、さ
らにベクトルを作成してベクトルデータのメモリを置き
換える。

（ｃ）正方形（タイプ＝６） これも十字マークの基本形であり、他の多くの図形に
使われる。即ち十字マークは図形中心を通る直交する２
線分から成り、各終点座標はxmax,xmin,ymaxおよびymin
となる。置き換えは長方形と同様である。

（ｄ）菱形（タイプ＝2;判断記号） 長方形および正方形と同様に十字マークは最大値から
図形中心を通る直交する２線分となる。形状データから
頂点座標を計算し、ベクトルを作成してベクトルデータ
のメモリ中に挿入する。

（ｅ）手動走査記号（タイプ＝５） この図形は図に示したように４方向に配向することが
可能であり、非水平または非垂直ベクトルの勾配を比較
し、図形が水平または垂直ベクトルを有しているかどう
かを見ることによってその方向を決める。形状データが
頂点座標を計算し、ベクトルを作成してベクトルデータ
のメモリ中に挿入する。

（ｆ）不等辺四辺形（タイプ＝11） 図示したように８方向に配向することが可能であり、
斜めベクトルの勾配を調べてフラグを設定する。形状デ
ータから頂点座標を計算し、ベクトルを作成してベクト
ルデータのメモリ中に挿入する。

（ｇ）準備記号（タイプ＝３） 図示したように２方向に配向することが可能であり、
斜めでないベクトルが水平ベクトルならばrot＝０であ
り、そうでなければrot＝１である。形状データから頂
点座標を計算し、ベクトルを作成してベクトルデータの
メモリ中に挿入する。

（ｈ）円（タイプ＝28;接続端記号） ベクトルは曲線を表すのに適当でないので、円を描く
のに適当な描画アルゴリズムによって画像メモリ中に直
接円を描く。

（ｉ）楕円（タイプ＝29;終端記号） 図示したように２方向に配向することが可能であり、
十字マークは正方形と同様である。図形の置き換えに際
しては２つのベクトルをベクトルメモリに書き込み、画
像メモリ中に直接２つの半円を描く。

（ｊ）半円（タイプ＝32;終端記号） 両端で半円の曲線部に接触する十字マークを計算する
のには、やや複雑な計算が必要用になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、請求項第１項記
載の発明にあってはベクトルデータを保持するベクトル
記憶手段と、形状データを記憶する形状データ記憶手段
と、ベクトルデータから閉形状ベクトルデータを検出
し、その形状を特定する形状特定手段と、前記形状を十
字マークで置き換える置換手段と、ベクトルデータを並
び換えるベクトル整列手段と、形状データをベクトルデ
ータに変換する形状データ変換手段とを有するから、図
形を自動的に編集することができる。

また、第２項記載の発明にあっては、さらにラスター
走査画像データをベクトルデータに変換するラスター走
査画像変換手段と、ベクトルデータを出力走査画像のラ
スターデータに変換するベクトルデータ変換手段を有す
るから、デジタル複写機等のラスター走査方式の画像形
成装置への応用が容易になる。

さらに第３項記載の発明にあっては、出力画像の高さ
または幅を調整する調整手段を有するから原画像に忠実
な画像を出力できる。

また、第４項記載の発明にあっては、手書き画像デー
タを処理してベクトルデータを得る画像処理手段を有す
るから手書き画像の編集が容易になる。

【図面の簡単な説明】

図面は第２図を除いて全て本発明の実施例に係る図であ
って、第１図は本発明の一実施例としてのデジタル複写
機の画像処理回路の概略ブロック図、第２図は円の多角
形近似法と手書き画像の例を示した説明図、第３図、第
４図および第５図はそれぞれ画像認識処理、不要ベクト
ル除去処理および形状認識処理のフローチャート、第６
図は画像のベクトル除去処理の手順を示す説明図、第７
図および第８図はそれぞれ認識される形状とそれらのパ
ラメータを示す説明図および該形状の十字マークの形と
置き換えの仕方を示した説明図である。 １……原稿読み取り装置、２……画像判定部、３……ベ
クトル変換部、４……図形認識部、５……作画装置。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】始点、終点、角度および幅からなるベクト
   ルデータを保持するベクトル記憶手段と、 前記ベクトルデータから図形要素を構成するベクトルデ
   ータを検出し、その図形を認識する図形認識手段と、 認識した図形の種類、中心点、高さ、幅等の図形データ
   を記憶する図形データ記憶手段と、 認識した図形の中心を通り、図形の外周に到達する水平
   及び垂直方向の線分からなる十字マークを認識した図形
   と置き替える第１の変換手段と、 前記図形認識手段で図形と認識されなかったベクトル
   と、前記第一の変換手段で置き換えられた十字マークの
   うち、ベクトルの方向が同じでX,Y座標の差があらかじ
   め定められたしきい値内にあるベクトルを整列する整列
   手段と、 前記第１の変換手段で置き替えた十字マークを図形に再
   度置き替える第２の変換手段と、 を有することを特徴とする図形認識装置。
2. 【請求項２】ラスター走査画像データをベクトルデータ
   に変換するラスター走査画像変換手段と、ベクトルデー
   タを出力走査画像のラスターデータに変換するベクトル
   データ変換手段を有する請求項１記載の図形認識装置を
   備えた描画装置。