JP3022899B2 - 図形の部分照合方法 - Google Patents

図形の部分照合方法

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JP3022899B2 JP3031584A JP3158491A JP3022899B2 JP 3022899 B2 JP3022899 B2 JP 3022899B2 JP 3031584 A JP3031584 A JP 3031584A JP 3158491 A JP3158491 A JP 3158491A JP 3022899 B2 JP3022899 B2 JP 3022899B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、2値化された2個の図
形パターンを部分的に照合する図形の部分照合方法に関
し、特に図形パターンから得た部分図形パターンの特徴
量を容易に抽出し、図形パターンの部分的な照合を短時
間に行うことが可能な図形の部分照合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、2値図形パターンは重複がない
複数個の基本的な部分図形パターンに分割でき、任意の
部分図形パターンはその基本的な部分図形パターン同志
の組み合わせからなる論理和で生成することができる。
さらに、任意の部分図形パターンを生成するためには、
基本的な部分図形パターンの組み合わせを全て網羅する
ことが必要でなる。一方、図形パターンを照合する場
合、例えば「長尾真著,画像認識論,コロナ社,198
0年,pp.83〜89」に記載されているように、図
形パターン全体に対して画像処理を実施し、特徴量を抽
出して用いる方法が知られている。この方法によって図
形パターンの部分的な特徴を抽出するには、元の図形パ
ターンから部分図形パターンを抽出し、部分図形パター
ンの個々に対して画像処理を実施することが必要にな
る。従って、2個の図形パターンの部分的な照合を行う
ため、基本的な部分図形パターンの様々な組み合わせか
らなる部分図形パターン同志を照合しようとした場合、
各図形パターンの部分的な特徴量を抽出する必要があ
り、組み合わせの数だけ画像処理を実施することになっ
て、多大な処理時間を要する。さらに、特徴抽出の際の
処理時間を短縮するため、例えば、特願平2−3239
40号のように、2値図形パターンから重畳のない部分
図形パターンを得て、この部分図形パターンの特徴量を
抽出・蓄積しておき、部分図形パターンの論理和によっ
て得た部分図形パターンの特徴量をその抽出・蓄積して
ある特徴量から算術的に求める方法が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、図
形パターンの部分的な特徴量を任意に抽出する場合、生
成させた部分図形パターンの個々に画像処理を実施する
ことから、多大な処理時間を要し、かつ部分的図形パタ
ーンごとに特徴量を求めることから、特徴量を記憶する
ためのメモリが増大するという問題がある。また、論理
和で合成した部分図形パターンに対し、前段階で抽出し
てある特徴量から合成部分図形パターンの特徴量を算術
的に求める方法では、特徴抽出のための処理時間は短縮
できるが、その特徴量を用いて部分的な照合を行う点に
ついては述べられていない。本発明の目的は、このよう
な問題点を改善し、基本的な部分図形パターンの論理和
合成パターンの特徴量を抽出する場合、そのための画像
処理操作は不要であって、前段階で抽出してある特徴量
から算術的に求めることができ、求めた特徴量を用いて
図形パターンの部分的な照合を短時間に行うことが可能
な図形の部分照合方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による図形の部分照合方法は、2値図形パタ
ーンを重畳のない複数の部分図形パターンに分割する手
と、前記複数の部分図形パターンの特徴量を画像処理
操作により抽出する手段と、前記複数の部分図形パター
ンの組み合わせを指定する手段と、該指定手段により指
定された前記部分図形パターンの組み合わせの論理和
ら新たな合成部分図形パターンを生成する手段と、指定
された組み合わせに含まれる前記部分図形パターンの特
徴量から前記合成部分図形パターンの特徴量を算出する
手段と、予め定められた照合判定基準に基づき前記合成
部分図形パターンの特徴量を用いて2個の図形パターン
合成部分図形パターンを照合することを特徴とする。
【0005】
【作用】本発明においては、図形パターンの部分的な特
徴を抽出する際、第1のステップで、図形分割部によ
り、図形パターン内に存在する連結成分を求め、連結成
分を単位とする基本的な部分図形パターンに分割し、第
2のステップで、特徴量抽出部により各基本的な部分図
形パターン対応に画像処理を実行させて特徴量を抽出
し、記憶する。これによって、図形分割部で得た基本的
な部分図形パターンのみの特徴量を記憶し、その基本的
な部分図形パターンの論理和で生成される部分図形パタ
ーンの特徴量は、第3のステップで、部分的特徴量算出
手段(合成部分図形パターンの特徴量算出部)により、
論理和対象の基本的な部分図形パターンの特徴量から直
接算出する。このため、特徴量抽出のための処理時間と
記憶のためのメモリを削減することができる。さらに、
第4のステップでは、第3ステップで算出された部分図
形パターンの特徴量から、図形照合手段(照合図形指示
部、組み合わせ条件指示部、照合条件指示部、照合部)
により、類似度等を計算することによって、2個の図形
パターンを部分的に照合する。従って、2個の図形パタ
ーンを、基本的な部分図形パターンの様々な組み合わせ
によって照合しようとする場合、組み合わせの数だけ画
像処理を実施する必要がなく、処理時間を削減できる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。図2は、本発明の一実施例における画像処理システ
ムの概略を示す機能構成図である。本実施例では、2値
図形パターンを基本的な部分図形パターンに分割する図
形分割手段21と、図形パターンの特徴を画像処理によ
って抽出する特徴量抽出手段22と、部分図形パターン
を合成して得られる新たな部分図形パターンの特徴量を
基本的な部分図形パターンから算術的に求める合成部分
図形パターンの特徴量算出手段23と、その特徴量算出
手段23で得られた特徴量を用い、2個の図形パターン
の部分図形パターン同志を照合する照合手段24とを有
する画像処理システムにより、図形パターンを基本的な
部分図形パターンに分割して、その部分図形パターンの
論理和で構成される部分図形パターンの特徴量を、従来
のように画像処理過程を経ることなく、部分図形パター
ンの特徴量により算術的に求め、その特徴量を用いて部
分図形パターン同志の照合を高速に行う方法について述
べる。
【0007】ここで、本実施例で用いる図形の特徴抽出
方法の原理について述べる。図3は、本発明の一実施例
における画像処理システムで用いる特徴抽出方法の原理
を示す説明図である。説明上、2値図形パターンFを
(M×N)画素のマトリクスで表し、
【0008】
【外1】 を満足するとき、FとF’は直交図形パターンと呼ぶ。
まず、任意の2値図形パターンに対して、複数個の直交
図形パターンを作ることができ、それらの論理和で元の
図形パターンを表わすことができる理由を述べる。図3
において、図形パターンFは3個の部分図形パターンF
1、F2、F3の論理和で表され、かつF1、F2、F3は互
いに直交図形パターンとなっていることは明らかであ
る。今、2個の直交図形パターンをFとF’とし、m個
の特徴量を抽出するためのm種類の画像処理の操作を、
【0009】
【外2】 画像処理操作Φで得られる特徴ベクトルを可算的特徴ベ
クトルと定義する。すなわち、図3において、可算的特
徴ベクトルを用いることにより、部分図形パターン
1、F2、F3に対してのみ画像処理操作Φを作用させ
てそれぞれの特徴ベクトルを求め、F1、F2、F3の何
れか2個の論理和で生成される部分図形パターンF12
13、F31の特徴ベクトルは画像処理操作Φを作用させ
ず、F1、F2、F3の特徴ベクトルから算出できる。従
って、部分図形パターンの特徴抽出に際し、処理計算量
を非常に多く必要とする画像処理操作の作用回数を従来
の方法より大巾に削減できる。
【0010】次に、本実施例における特徴量抽出を含む
図形照合処理の手順について具体的に述べる。図4は、
本発明の一実施例における図形の部分照合方法を示すフ
ローチャートである。本実施例では、まず、入力された
データを2値化し、得られた2値図形パターンを重複の
ない基本的な部分図形パターンに分割する(401,4
02)。これを実現するには、2値図形パターンにラベ
ル付け処理(例えば、「鳥脇著,ディジタル画像処理
2,pp.45〜46,昭光堂刊(昭和63年)」に記
載されているように)を行い、黒画素の連結成分を求め
ればよい。例えば、図3の図形パターンFでは、3個の
連結成分が求められ、部分図形パターンF1、F2、F3
が生成される。次に、こうして求めた部分図形パターン
に対して画像処理操作を施し、それぞれの特徴のベクト
ルを求める。(403)。本実施例では、特徴量を抽出
するための画像処理操作としてΦ={φ1,φ2,φ3
φ4}を採用し、4種類の特徴量を抽出する場合につい
て述べる。φ1は、部分画像パターンに存在する黒画素
の連結成分の個数Kを求める操作、φ2は、黒画素の個
数(面積)Sを求める操作、φ3は、図形パターンの輪
郭線長Lを求める操作、φ4は、黒画素連結成分の平均
塊状度Dを求める操作をする。従って、これらの操作で
抽出された特徴はベクトル(K,S,L,D)で表現さ
れることになる。なお、平均塊状度Dを D=(1/K)・(L2/16S) で定義する。平均塊状度Dは、連結成分が正方形をなす
場合に1、円形をなす場合に1より小の値、線状をなす
場合に1より大きな値をとるという性質を持つ。例え
ば、図3において、 (1) Φ(F1)=(K1,S1,L1,D1) =(1,1250,280,3.92) (2) Φ(F2)=(K2,S2,L2,D2) =(1,615,88,0.79) (3) Φ(F3)=(K3,S3,L3,D3) =(1,1250,280,3.92) が求まったとする。次に、ステップ402で得た基本的
な部分図形パターンの論理和で生成される新たな部分図
形パターンに対する特徴ベクトルを、ステップ403で
抽出した特徴ベクトルから算出する(404)。
【0011】
【外3】 従って、図3の部分図形パターンF12、F13、F31の特
徴ベクトルは、F1、F2、F3の特徴ベクトル(1)〜
(3)式を(4)〜(7)式に代入することにより算出
でき、それぞれ(2,1865,368,2.27)、
(2,1865,368,2.27)、(2,250
0,560,3.92)と求まる。次に、ステップ40
4で算出された特徴ベクトルを用い、2個の図形パター
ンの部分図形パターンを照合する(405)。なお、照
合の方法としては、「特徴ベクトルの半分以上の要素が
一致すれば、マッチしたとする」、「特徴ベクトルの対
応する要素の値の差が要素毎に決められたしきい値を全
て超えない場合にマッチしたとする」等、様々な方法が
考えられるが、本実施例では、特徴ベクトルに対する距
離を定義し、その値の大小によって照合する方法を用い
る。
【0012】
【外4】 が算出されたとする。ここで、特徴ベクトルに対する距
離関数を
【0013】
【外5】 距離値は |2−2|+0.001|1865−2500|+0.
01|368−560|+|2.27−3.92|=0
+0.635+1.92+1.65=4.205 となりF12とF31はマッチしない。
【0014】
【外6】 本実施例によれば、基本的な部分図形パターン(直交図
形パターン)の論理和合成で生成される部分図形パター
ンの特徴量を抽出するために、画像処理操作を行う必要
はなく、照合も短時間で行える。なお、本実施例で用い
た特徴量の他に、新たな特徴量として連結成分の外接矩
形枠内の平均濃度値等、様々な特徴量を導入できること
は自明である。
【0015】次に、画像処理システムの構成例を示し、
各部の動作について述べる。図1は、本発明の一実施例
における画像処理システムの構成図である。図1におい
て、1は2値図形パターンを基本的な部分図形パターン
に分割する図形分割部、2は与えられた図形パターンの
特徴を画像処理によって抽出する特徴量抽出部、3は基
本的な部分図形パターンを合成して得られる新たな部分
図形パターンの特徴量を基本的な部分図形パターンの特
徴量から算出的に求める合成部図形パターンの特徴量算
出部、4は2個の図形パターンの部分図形パターン同志
を、それらの特徴量を用いて照合する照合部、5はスキ
ャナやカメラ等の画像データ入力部、6は入力された画
像や画像データを2値化する2値化処理部、7は基本的
な部分図形パターンを格納する図形データ格納部、8は
基本的な部分図形パターンの特徴量を格納する特徴量格
納部、9は新たな部分図形パターンの特徴量を算出する
ために基本的な部分図形パーンの特徴量を一時的に記憶
する一時記憶用メモリ、10は照合される2個の図形パ
ターンを指定する照合図形指示部、11は基本的な部分
図形パターンの組み合わせの制約条件を指定する組み合
わせ条件指示部、12は照合判定の条件を指定する照合
条件指示部、13は照合結果を表示するCRT等の表示
部である。本実施例の画像処理システムは、図形パター
ンを入力、蓄積し、蓄積された図形データから2個の図
形を指定し、これらの図形を組み合わせ条件と照合条件
を指定することによって部分的に照合する。すなわち、
画像データ入力部5によって入力された画像データは2
値化処理部6によって2値化され、図形分割部1により
基本的な部分図形パターンに分割される。こうして得た
基本的な部分図形パターンは図形データ格納部7に格納
され、また、図3および図4に示したように、特徴量抽
出部2によって特徴抽出される。また、抽出された特徴
量(特徴ベクトル)は特徴量格納部8に格納される。さ
らに、部分図形パターンによる照合を行う。この場合、
照合図形指示部10によって2個の図形パターンが指定
され、組み合わせ条件指示部11によって組み合わせ条
件が指定される。これらの条件から必要とされる特徴量
を特徴量格納部8から一時記憶用メモリ9に読み出す。
これらの特徴量とその組み合わせ条件から合成部分図形
パターンの特徴量算出部3によって合成部分図形パター
ンの特徴量を算出する。さらに、算出された特徴量から
照合部4によって照合を行う。この際、照合条件指示部
12によって指定された照合条件に従って照合され、照
合結果に基づいて図形データ格納部7から部分図形デー
タが読み出され、表示部13に表示される。なお、この
ような画像処理システムにおいて、一方の図形パターン
を例示図形、もう一方の図形パターンをデータベースに
登録されていない図形とし、データベース制御部等を設
けて、図形パターンを部分的に検索する構成とすること
もできる。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、第1のステップで分割
した互いに直交図形パターンとなる基本的な部分図形パ
ターンに対して、第2のステップで画像処理操作を施し
て特徴量を抽出し、第3のステップでは、その基本的な
部分図形パターンの論理和合成パターンに対しては、画
像処理操作を施さず、第2のステップで抽出した特徴量
から従属的に特徴量を算出し、第4のステップで第3の
ステップで算出した特徴量を用いて照合しているので、
図形パターンの部分的な照合を短時間に行うことができ
る。
【0017】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における画像処理システムの
構成図である。
【図2】本発明の一実施例における画像処理システムの
概略を示す機能構成図である。
【図3】本発明の一実施例における画像処理システムで
用いる特徴抽出方法の原理を示す説明図である。
【図4】本発明の一実施例における図形の部分照合方法
を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 図形分割部 2 特徴量抽出部 3 合成部分図形パターンの特徴量算出部 4 照合部 5 画像データ入力部 6 2値化処理部 7 図形データ格納部 8 特徴量格納部 9 一時記憶用メモリ 10 照合図形指示部 11 組み合わせ条件指示部 12 照合条件指示部 13 表示部 21 図形分割手段 22 特徴量抽出手段 23 合成部分図形パターンの特徴量算出手段 24 照合手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−169289(JP,A) 特開 平4−1869(JP,A) 特開 昭62−160588(JP,A) 特開 昭61−193004(JP,A) 特開 平2−230475(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06T 7/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2値図形パターンを重畳のない複数の
    分図形パターンに分割する手段と、前記複数の部分図形
    パターンの特徴量を画像処理操作により抽出する手段
    と、前記複数の部分図形パターンの組み合わせを指定す
    る手段と、該指定手段により指定された前記部分図形パ
    ターンの組み合わせの論理和から新たな合成部分図形パ
    ターンを生成する手段と、指定された組み合わせに含ま
    れる前記部分図形パターンの特徴量から前記合成部分図
    形パターンの特徴量を算出する手段と、予め定められた
    照合判定基準に基づき前記合成部分図形パターンの特徴
    量を用いて2個の図形パターンの合成部分図形パターン
    を照合することを特徴とする画像処理システムにおける
    図形の部分照合方法。
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