JP2863530B2

JP2863530B2 - 線画像認識装置

Info

Publication number: JP2863530B2
Application number: JP63135598A
Authority: JP
Inventors: 準一太田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-06-03
Filing date: 1988-06-03
Publication date: 1999-03-03
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JPH01305481A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、図面等の線画像中の矢印図形を認識して線
画像を認識する線画像認識装置に関する。

従来の技術図面などの線画像を線画像認識装置により認識し、諸
データをコンピュータに自動的に登録することにより、
画像データ自体を入力するよりも、例えば寸法変更等の
編集作業が容易となり、CAD等において有利な手段とな
る。

このような線画像認識装置において矢印図形の認識手
段が問題となるが、従来この方法としては、入力した線
図形画像の芯線をベクトル化した後に、ベクトルの大き
さと接続関係から認識する方法や、パターンマッチング
による方法などがあった。

前者の方法では、線画像の認識の正確さや速度はその
ベクトル化の方式によって異なるが、一般的に良く知ら
れている方式としては、細線化する方式と、輪郭線ベク
トルにより芯線化する方式とがある。細線化する方式
は、線幅が１ドットになるように幅方向に１ドットずつ
狭めていき中心線を抽出する方法であり、元の図形の連
結性を変えないが、即ち図形が切れたり孔が生じたりす
ることがないが、処理に時間がかかり、第15図の細線化
の例に示す如く、矢印部分に短いひけやループが生成し
やすい欠点がある。又、輪郭線ベクトルにより芯線化す
る方式は、画像の輪郭を追跡してチェーン・コード化し
た後これをベクトル化して、その中から線幅を形成する
両側の輪郭線のペアのベクトルを抽出し、このペアベク
トルの中心線を求めて芯線化を行う方式であり、ソフト
ウェアでも高速で柔軟な処理が出来るが、第16図の例に
示す如く、分岐部分でベクトルが分離してしまったり、
短ベクトルが欠落するといった欠点がある。このよう
に、前者の方法では矢印部分のベクトルが正確に抽出で
きない場合があった。

一方、後者のパターンマッチングによる方法は、数種
の矢印パターンを線画像に適合させて矢印図形を認識す
る方法であるが、この場合にも、線画像中の矢印図形が
任意の角度に回転していたり、他の線図形と接続してい
たりすると矢印図形を正しく認識できず、又、矢印図形
と他の線図形との接続関係の認識も難しいという問題が
ある。

発明が解決しようとする課題本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、正確か
つ高速に矢印図形を認識することができる線画像認識装
置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段本発明は、上記課題を達成するために、線画像をデジ
タル・スキャナーで読み取って得られる２値画像データ
から矢印図形を認識する線画像認識装置において、前記
２値画像データの線の輪郭部分を追跡してチェーン・コ
ード・データに変換する輪郭線追跡手段と、該輪郭線追
跡手段により得られた前記チェーン・コード・データを
直線近似して連続する輪郭線ベクトル・データに変換す
る直線近似手段と、該直線近似手段により直線近似され
た前記連続する輪郭線ベクトル間の角度により屈曲点を
検出し、該屈曲点が線の端部にある端点であるか、線の
分岐部にある分岐点であるか、を前記屈曲点の近傍点の
画素が白か黒かにより判断して、端点データ及び分岐点
データを生成する屈曲点検出手段と、該屈曲点検出手段
により検出された連続する屈曲点間の輪郭線ベクトル群
を一つの要素とみなし、該要素が直線か円弧かを判断し
て前記輪郭線ベクトルを整形し、輪郭要素データに変換
する輪郭整形手段と、前記屈曲点検出手段により検出さ
れた前記端点・分岐点データと前記輪郭整形手段により
整形された前記輪郭要素データを所定の矢印条件と比較
し、矢印図形を認識する矢印認識手段と、を有すること
を特徴とする。

作用輪郭線追跡手段が２値画像データの輪郭線部分をチェ
ーン・コード・データ化し、これを直線近似手段が直線
に近似したベクトルとし、この直線近似されたベクトル
間の角度により屈曲点検出手段が屈曲点を検出し、屈曲
点が端点か分岐点かをその屈曲点の近傍点の画素が白か
黒かにより判断して端点データ及び分岐点データを作成
し、屈曲点検出後輪郭整形手段が屈曲点間の輪郭線群を
直線又は円弧に整形して輪郭要素データを作成し、矢印
認識手段は上記の端点・分岐点データ及び輪郭要素デー
タから予め定めた矢印条件に適合する図形データを抽出
し、これを矢印図形として認識する。

実施例第１図乃至第14図は、本発明の構成を具体化した一つ
の実施例を示す。

第１図は線画像認識装置のフローを示す。第１図のフ
ローは機械図面を対象としており、機械図面では通常矢
印図形は寸法線、寸法補助線に結合されるため、矢印認
識手段に加えて、寸法線及び寸法補助線を認識する寸法
認識手段もフローに含めている。

まず図示しないデジタル・スキャナで読み取られた２
値の線画像データ10aは、輪郭線追跡手段11に入力さ
れ、その輪郭部分が追跡されて、輪郭線チェーン・コー
ド・データ11aに変換される。この輪郭線チェーン・コ
ード・データ11aは直線近似手段12に入力され、ベクト
ル化されて、輪郭線ベクトル・データ12aに変換され
る。このベクトル・データ12aは、屈曲点検出手段13に
入力されて、その連続するベクトルのなす角度から屈曲
点が検出され、屈曲点はその性質から端点あるいは分岐
点と判断され、端点データ13a、分岐点データ13bとして
出力される。輪郭整形手段14は、直線近似手段12により
出力された輪郭線ベクトル・データ12aと、屈曲点検出
手段13により出力された端点データ13a、分岐点データ1
3bとにより、連続する屈曲点間の輪郭線ベクトル群をあ
る誤差範囲内で一つのベクトルに統合可能なものは統合
して直線と判断し、統合可能でないものは曲線と判断し
て、輪郭要素データ14aを出力する。これにより、輪郭
線の整形がなされたことになる。この輪郭要素データ14
aと端点データ13a、分岐データ13bを用いて、矢印認識
手段15により矢印図形の認識を行い、矢印データ15aを
出力する。

更に、本実施例に含まれている寸法認識手段16は、こ
の矢印データ15aを入力し、矢印の先端に接続する輪郭
要素を寸法補助線の輪郭要素、矢印の根元に接続する輪
郭要素を寸法線の輪郭要素と認識して、それらを芯線化
し、寸法補助線データ16a、寸法線データ16bを出力す
る。

第２図は輪郭線の追跡の状態を示す。輪郭線追跡手段
11は、入力２値画像をラスタ走査し、まだ追跡していな
い輪郭画素を捜して、第２図に示す如く、外側の輪郭は
反時計回りに、内側の輪郭は時計回りに追跡して行き、
追跡開始画素に戻ると一つの輪郭ループの終わりとし
て、その間のチェーン・コードを出力する。この処理は
追跡していない輪郭画素が無くなるまで実行される。

第３図はチェーン・コードの直線近似の例を示す。直
線近似手段12は、チェーン・コード・データ11aのチェ
ーン・コードを、誤差が所定のしきい値以内になるよう
にベクトル化していく。一定区間内で誤差が最大になっ
た位置Ａで直線近似ベクトルを分割する。

屈曲点検出手段３は、第４図に示す如く、連続する輪
郭線ベクトル間の角度αの絶対値が所定のしきい値以上
である場合に、その点を屈曲点とみなす。又、第５図
（ａ）、（ｂ）に示す如く、屈曲点の近傍点の画素が白
か黒かにより、それぞれ端点又は分岐点と判定する。線
画像の線幅が細い場合や、画像読み取り装置の読み取り
密度が低い場合は、第６図（ａ）に示すように線の一端
に一つの端点が検出されるが、そうでない場合は、第６
図（ｂ）に示すように、線の一端に二つの端点が検出さ
れることになる。

輪郭整形手段４は、第７図の例に示すように、連続し
た屈曲点間の輪郭線ベクトル群が所定のしきい値内で統
合可能なものは１本のベクトルに直線化し、第８図
（ａ）のように統合できないものは同図（ｂ）の如く円
弧としてこれらを輪郭要素データ14aとして登録する。
又、第８図（ｂ）のように小ベクトルを挟んで屈曲する
輪郭線ベクトルを捜し、そのベクトルの交点を新たに屈
曲点とし、輪郭要素データの分割する。

矢印認識手段15は、機能により矢印図形抽出手段15
1、矢印判定手段152に細分されている。

第９図（ａ）〜（ｃ）は矢印図形抽出の説明図であ
る。

矢印図形抽出手段151は、認識しようとする矢印の大
きさを第９図（ａ）のように矢の長さをL_a、矢の開きを
L_bとし、許容範囲を考慮してそれぞれの最小値、最大値
をL_a-min、L_b-min、L_a-max、L_b-maxとした場合、次の手
順で、矢印図形の候補を輪郭要素データ14aの中から抽
出する。

端点データ13aの中からある一点のデータを取り出
し、それを第９図（ｂ）又は（ｃ）のP₁とし仮定する。
端点P₁の前又は後に接続する輪郭要素が他の端点に接続
している場合、それをP₂とし、P₁の前後に接続する輪郭
要素がどちらも分岐点に接続している場合、P₂＝P₁とす
る。又E₁、E₂、E_aを図のように仮定して、以下の条件を
満たすI₁、I₂、E₃、E₄を求め、第９図の上半分の図形を
抽出する。

・E₁の長さがL_a-min以上L_a-max以下である。

・E₁の長さがE₂の長さより長い。

・E₁、E₂は分岐点とつながっている。

・P₁≠P₂の場合E_aの長さは許容線幅以下である。

・E₁、E₂、E_aは直線要素である。

端点データ13aの中からP₁、P₂以外のある一点のデ
ータを取り出し、それを第９図（ｂ）又は（ｃ）のP₃と
仮定する。の場合と同様に、端点P₃の前又は後に接続
する輪郭要素が他の端点に接続している場合、それをP₄
とし、P₃の前後に接続する輪郭要素がどちらも分岐点に
接続している場合、P₄＝P₃とする。又E₅E₆、E_bを図のよ
うに仮定して、以下の条件を満たすI₃、I₄、E₇、E₈を求
め、第６図の下半分の図形を抽出する。

・P₁とP₃間の距離がL_b-min以上L_b-max以下である・E₅の長さがL_a-min以上L_a-max以下である。

・E₅の長さがE₆の長さより長い。

・E₅、E₆は分岐点とつながっている。

・P₃≠P₄の場合E_bの長さは許容線幅以下である。

・E₅、E₆、E_bは直線要素である。

次に矢印判定手段152は、上記のように抽出した矢印
図形について、以下の条件を満足する場合、矢印と判定
する。

・I₁とI₃間の距離がP₁とP₃間の距離より短い。

・E₄とE₈はほぼ平行である。

・I₂とI₄間の距離が許容線幅以下である。

矢印と判定された場合、E₁、E₂、E₅、E₆を矢印の輪郭
要素、E₃、E₇を矢の先端の接続要素、E₄、E₈を矢の根元
の接続要素と判断し、それらを矢印データ15aとして出
力する。

以上の如き矢印認識手段によれば、全図形要素を芯線
化することなく矢印図形を認識できるから、高速に処理
ができ、又芯線化に伴うひけやループの発生がなく、正
確に処理を行うことができ、更に、他の図形との接続関
係も容易に得られる。

なお以上では、機械図面においては一般的である、矢
印図形が寸法線や寸法補助線に結合されている場合の認
識について説明した。しかし、第10図（ａ）に示す如
く、図面中に矢印図形が接続線分を持たず先端部のみと
して表われている場合においても、同様の手段で容易に
これを認識することが出来る。即ち、第10図（ｂ）の如
く、E₁、E₅の接続点を第９図における分岐点I₁、I₃の代
わりに一つの端点P₅となるように条件の一部を変更する
ことにより、第９図の場合と同様に処理することが出来
る。又、第11図（ａ）のような矢印図形の場合には、P₅
を上記のように端点とし且つ、第11図（ｂ）のI₂とI₄間
の距離のしきい値を第９図の場合の許容線幅上限値から
所定の値に変更することにより、同様に矢印図形を認識
することができる。

又、第12図（ａ）は手書き図形等で矢印図形が崩れて
書かれている例を示すが、この場合でも第２図（ｂ）の
ように仮定して第９図の場合と同じ処理でこの矢印図形
を認識することが出来る。

以上のような矢印認識手段は、その応用範囲が広く、
又矢印条件などの一部の変更により、種々の矢印形状の
認識に適用することが出来る。

寸法認識手段16は、第１図に示す如く、その機能によ
り寸法補助線認識手段161と寸法線認識手段162とに分け
られている。第13図（ａ）、（ｂ）は寸法認識の説明図
で、第13図（ａ）は図面の一部の寸法認識前の状態を示
し、第13図（ｂ）はその寸法補助線、寸法線を認識後こ
れらを芯線化した寸法認識後の状態を示す。

寸法補助線認識手段161は、輪郭要素データ14aと矢印
データ15aを参照して、矢印の矢の先端に接続する輪郭
要素を追跡し、少なくとも一方に端点を持つ線図形を検
出して、それを寸法補助線として認識する。その認識し
た線図形の両端に端点を持つ場合はそのまま芯線化し、
一端にしか端点を持たない場合には、端点側から追跡し
て矢印でない分岐点までを寸法補助線として輪郭要素を
分割してから芯線化し、寸法補助線データ16aを出力す
る。

寸法線認識手段162は、輪郭要素データ14aと矢印デー
タ15aを参照して、矢印の矢の根元に接続する輪郭要素
を追跡し、他の矢印要素又は端点までを寸法線と認識し
て芯線化し、寸法線データ16bを出力する。このとき、
寸法線が折れ曲がらずに端点に行き着いた場合は、矢の
根元の輪郭要素と同方向の輪郭要素を矢の先端方向に見
つけて、それを合わせて寸法線とし、その寸法線に対し
て矢印が外側に接続している（矢印が内側を向いてい
る）と判断する。

このように矢印を正確に認識できることにより、寸法
補助線と外形線が接続している場合にも寸法認識が可能
となる。

第14図（ａ）、（ｂ）は芯線化方法の説明図である。
端点・分岐点データ、輪郭要素データ及び矢印データを
用いることにより、線図形中の寸法線、形状線などの芯
線化が容易になる。

まず、ある端点から輪郭要素データを順に追跡して他
方の端点に行き着き、その後往路とほぼ逆方向に進んで
開始端点に戻れば、この要素は両端に端点を持つ線図形
であると判断し、その中心を通るベクトルを求めて芯線
ベクトルとする。この追跡の途中に分岐点があった場合
は、それまでの進行方向に真っ直ぐ進み、次の分岐点を
捜し、その分岐点の先に今までの進行方向と同じ又は逆
方向の輪郭要素があれば追跡を続行する。そして、他方
の端点に到達したときには、上記と同様に芯線ベクトル
を求め、又、分岐点から先にベクトルがないときには、
分岐点近傍の線幅に相当する他の分岐点を捜し、その分
岐点から開始端点方向に戻り、上記と同じ方法で中心を
通るベクトルを求める。

効果以上の如く本発明によれば、線画像認識装置におい
て、端点・分岐点データ及び輪郭要素データから矢印図
形を認識するので、線図形中の線を芯線化する必要がな
く、矢印を正確に且つ高速に認識でき、又、線図形画像
のベクトル化の中間処理を利用して矢印を認識するので
処理に無駄がなく、更に種々の形状の矢印図形に対して
も広範囲に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す処理フロー図、第２図乃
至第14図はその各手段を説明するための説明図、第15図
及び第16図は従来の細線化及び芯線化の説明図である。 11……輪郭線追跡手段 12……直線近似手段 13……屈曲点検出手段 14……輪郭整形手段 15……矢印認識手段 151……矢印図形抽出手段 152……矢印判定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06T 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】線画像をデジタル・スキャナで読み取って
得られる２値画像データから矢印図形を認識する線画像
認識装置において、前記２値画像データの線の輪郭部分を追跡してチェーン
・コード・データに変換する輪郭線追跡手段と、該輪郭線追跡手段により得られた前記チェーン・コード
・データを直線近似して連続する輪郭線ベクトル・デー
タに変換する直線近似手段と、該直線近似手段により直線近似された前記連続する輪郭
線ベクトル間の角度により屈曲点を検出し、該屈曲点が
線の端部にある端点であるか、線の分岐部にある分岐点
であるか、前記屈曲点の近傍点の画素が白か黒かにより
判断して、端点データ及び分岐点データを生成する屈曲
点検出手段と、該屈曲点検出手段により検出された連続する屈曲点間の
輪郭線ベクトル群を一つの要素とみなし、該要素が直線
か円弧かを判断して前記輪郭線ベクトルを整形し、輪郭
要素データに変換する輪郭整形手段と、前記屈曲点検出手段により検出された前記端点・分岐点
データと前記輪郭整形手段により整形された前記輪郭要
素データを所定の矢印条件と比較し、矢印図形を認識す
る矢印認識手段と、を有することを特徴とする線画像認識装置。