JP3370184B2 - オンライン手書き文字認識方法 - Google Patents

オンライン手書き文字認識方法

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JP3370184B2 JP13680994A JP13680994A JP3370184B2 JP 3370184 B2 JP3370184 B2 JP 3370184B2 JP 13680994 A JP13680994 A JP 13680994A JP 13680994 A JP13680994 A JP 13680994A JP 3370184 B2 JP3370184 B2 JP 3370184B2
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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、手書き文字認識技術に
係り、特に、オンライン手書き文字認識技術に関する。
【0002】
【従来の技術】手書き文字の認識方法として、手書きの
過程の情報を逐次取り込んで文字認識に利用するオンラ
イン手書き文字認識方法がある。
【0003】特開昭48−3049号公報に述べられて
いる「手書き片仮名文字のオンライン認識方式」はその
一例であり、各座標軸方向に分解した筆点運動成分より
なる情報と、筆点と紙面との圧着状態を示す情報を利用
し、文字のストローク数、各ストロークの形状、ストロ
ークの順序並びに各ストローク相互間の相対位置より、
手書きの片仮名文字を認識する。
【0004】この方式では、ストローク内の筆点の運動
方向の接線ベクトルが不連続に変化する点をコーナーと
みなし、一つのストロークをコーナー数によって1個乃
至複数個の線分(セグメント)に分ける。また、認識す
べき片仮名文字に対し、3種類の分類を行なう。すなわ
ち、ストローク数と第1ストロークの種類による大分
類、第1ストローク以外のストロークの種類による中分
類、及びストローク間の相対位置による小分類である。
【0005】この小分類(詳細識別)に用いられるスト
ローク間の相対位置は、ストローク間の交差の有無、及
び、交差のあった場合にどのセグメントで交差したかの
情報を用いて表現される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の一つの
弱点は、ストローク間の相対位置による小分類(詳細識
別)にある。すなわち、この小分類の方法は、丁寧に書
かれた片仮名に対しては有効であるが、粗雑に書かれた
場合、特にストロークの交差に関する乱れがある場合に
誤った結果を生じやすい。例えば図3に示すように、
「ケ」の第3ストロークが僅かにでも第2ストロークと
交差したときに、「チ」と誤認される恐れがある。その
ため、筆記者は丁寧な手書きを要求され負担が大きい。
また、そのような誤認は、認識字種が多くなるほど生じ
やすくなるため、認識字種の増加への対応が容易でない
という問題もある。
【0007】本発明は、上述のようなオンライン手書き
文字認識における問題点、特に詳細識別に係わる問題点
を解決することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するため、ストローク間の関係を尺度と位置の両面
から考察し、オンライン手書き文字認識の詳細識別のた
めの特徴量として、次に述べる指標を新たに導入する。
これらの指標は、それぞれ単独に利用することも、任意
の2つ以上の指標を組み合わせて利用することも可能で
ある。
【0009】指標1:2つのストロークの長さの比 指標2:2つのストロークの面積の比 指標3:2つのストロークの間の距離を文字サイズで正
規化した値 指標4:2つのストロークのなかの一方のストロークの
中心から他方のストロークの中心への方向を量子化した
値 指標5:2つのストロークの長さと相互の交差場所の位
置重要度とを用いて計算したストロークの交差度合(た
だし、位置重要度とはストロークの中央で最大となり端
へ向かうにしたがい小さくなる値である)
【0010】
【作用】文字を組成するストロークの間の関係を尺度的
な面(上記の指標1、指標2)と位置的な面(上記の指
標3、指標4、指標5)から比較することにより、近似
文字の識別能力が高まるため、 (1)従来技術では誤認されるような文字の認識精度の
向上が可能になる。 (2)文字種の増加に対する対応が容易になる。 (3)従来技術に比べ文字変形の許容度が増し、書き手
の負担が軽減する。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を用
い詳細に説明する。
【0012】図1は本発明を実施するためのシステム構
成の一例を示す概略ブロック図である。図1において、
座標入力部101は手書き文字の各ストロークの座標系
列と各ストロークの開始・終了の情報を入力する部分で
ある。具体的には、この座標入力部101は例えばデジ
タイザと電子ペンの組み合わせからなり、筆記者が電子
ペンを用いてデジタイザ上で文字を手書きすると、電子
ペンのペン先のデジタイザへの接触(ペン・ダウン)を
示す信号、ペン先のデジタイザからの離間(ペン・アッ
プ)を示す信号、ペン・ダウンからペン・アップまでの
ペン先の移動軌跡の(x,y)座標値が入力される。し
たがって、文字を構成する各ストロークは、ペン・ダウ
ンからペン・アップまでのペン先の移動軌跡の(x,
y)座標値の時系列として入力される。
【0013】ストローク認識部102は、座標入力部1
01からの入力情報より、文字を構成する各ストローク
を認識し、例えばストロークデータとしてストローク番
号、ストロークの始点から終点までの座標系列等々を文
字認識部103へ提供する。
【0014】文字認識部103は、第1認識部104と
第2認識部105とから構成される。第1認識部104
は従来の方法、例えば特開昭48−3049号公報に述
べられているストローク数、ストローク形状、ストロー
ク順序を利用した大分類及び中分類によって文字の認識
候補を得る部分である。第2認識部105は、第1認識
部104によって詳細識別が必要な文字が候補となった
場合に(例えば、片仮名の「チ」と「ケ」が候補にあが
った場合)、本発明の方法による詳細識別を行なって最
終の認識結果を決定する部分である。したがって、詳細
識別が不要なケースでは、第1認識部104の認識結果
が最終の認識結果となり、第2認識部105は作動しな
い。
【0015】次に、第2識別部105に関し詳細に説明
する。図2は第2識別部105の処理フローを示す概略
フローチャートである。
【0016】第2識別部105の処理の流れは次のとお
りである。最初のステップ1において、ストローク認識
部102から入力したストロークデータより、詳細識別
の対象となっている入力文字を構成するストロークの全
部、あるいは、第1認識部104で候補にあがった文字
に応じて決まる一部の特定のストロークに関し、2つの
ストロークの間の相対的関係を表わす指標を計算する。
指標は全部で5種類あるが、その全部を常に計算する必
要があるわけではなく、予め選択した1種類あるいは数
種類の指標だけを計算してもよい。あるいは、第1認識
部104で候補となった文字に応じて、1種類あるいは
2種類以上の指標を自動的に選び、それだけを計算して
もよい。
【0017】次のステップ2において、前ステップ1で
求められた1種類又は複数種類の指標と、詳細識別の対
象となる文字について予め辞書として用意された1種類
又は複数種類の指標との比較を行ない、その相違度(距
離)もしくは類似度を計算する。ただし、ある指標の値
の範囲が辞書として用意されている場合には、その範囲
に候補の指標値が入っているか否かだけを判断すれば足
りることもあることは当然である。
【0018】次のステップ3において、前ステップ2で
求められた相違度が最小の(あるいは類似度が最大の)
候補を最終結果として選択する。なお、複数の指標を用
いる場合には、各指標についての判定結果を総合して、
例えば多数決の方法等により、最終判定をする。
【0019】つぎに、指標に関し詳細を説明するが、そ
れに先だってストロークの記述に関して述べる。
【0020】ある文字”C”が2つ以上のストロークで
書かれた場合に、この文字”C”を C=(STK_1,.... ,STK_w) と記述するものとし、そのストロークの書き順はSTK
_1,...,STK_wであるとする。
【0021】この文字の任意の2つのストローク(例え
ばi番目のストロークSTK_iとj番目のストローク
STK_j)の間の関係について次のように考える。た
だし、ストロークSTK_iは、(x_i_1,y_i_
1),... ,(x_i_m,y_i_m)のm個の点の座標
値の時系列によって、 STK_i=((x_i_1,y_i_1),... ,(x_i_m,
y_i_n)), (m≧2) と表現され、同様にストロークSTK_jは(x_j_
1,y_j_1),... ,(x_j_n,y_j_n)のn個
の点の座標値の時系列によって、 STK_j=((x_j_1,y_j_1),... ,(x_j_n,
y_j_n)), (n≧2) と表現されるものとする。
【0022】また、STK_iがSTK_jより先に書
かれたとする(i<j)。ここでいう座標値について
は、デジタイザの左下を原点とし、点の座標のxとyの
値は0以上の整数であるものとする。
【0023】(x1,y1)と(x2,y2)の2点間の距離
をDist((x1,y1),(x2,y2))と記し、 ((Dist((x1,y1),(x2,y2)))^2=(x1−x2)^2
+(y1−y2)^2 によって計算する。
【0024】STK_iの外接矩形の頂点の座標値は xmin_i=min{x_i_k|k=1,... ,m} ymin_i=min{y_i_k|k=1,... ,m} xmax_i=max{x_i_k|k=1,... ,m} ymax_i=max{y_i_k|k=1,... ,m} である。
【0025】文字”C”の外接矩形の頂点の座標値は xmin=min{xmin_u|u=1,... ,w} ymin=min{ymin_u|u=1,... ,w} xmax=max{xmax_u|u=1,... ,w} ymax=max{ymax_u|k=1,... ,w} である。
【0026】次に各指標について個別に説明する。図2
のステップ1に示したとの指標は2つのストローク
の大きさの相対尺度であり、図4はその説明用の図であ
る。
【0027】の指標は、2つのストロークの長さの比
である。ここでストロークの長さは、ストロークを構成
する点の隣合うものの距離の合計とする。すなわち、ス
トロークSTK_iの長さは SL_i=d_i_1+d_i_2+ ... +d_i_(m-1) である。ただし、d_i_kは(x_i_k,y_i_k)と
(x_i_(k+1),y_i_(k+1))の2点間の距離であ
り、 d_i_k=Dist((x_i_k,y_i_k),(x_i_(k
+1),y_i_(k+1)) ただし、k=1,... ,(m−1) ストロークSTK_jの長さSL_jも同様に計算でき
る。
【0028】そして、2つのストロークの長さSL_
i,SL_jの比 RSL(i,j)=SL_i/SL_j を指標として計算する。
【0029】の指標は2つのストロークの面積の比で
ある。ストロークの面積は、ストロークの点列において
前後3点で構成される三角形の面積の合計とするが、2
点しか持たないストロークの面積は、ストロークの長さ
の半分の値と定義する。
【0030】すなわち、ストロークSTK_iの面積
は、m=2の場合、 SA_i=SL_i/2 m>2の場合 SA_i=a_i_1+a_i_2+,... ,+a_i_(m−
2) である。ただし、a_i_kは(x_i_k,y_i_
k)、(x_i_(k+1),y_i_(k+1))、(x_i_(k+
2),y_i_(k+2))の3点で構成された三角形の面積で
あり、 (a_i_k)^2=p(p−a)(p−b)(p−c) p=(a+b+c)/2 a=Dist((x_i_k,y_i_k),(x_i_(k+1),
y_i_(k+1))) b=Dist((x_i_(k+2),y_i_(k+2)),(x_i_
(k+1),y_i_(k+1))) c=Dist((x_i_k,y_i_k),(x_i_(k+2),y_
i_(k+2))) によって計算される。ただし、k=1,... ,(m-2) 同様にストロークSTK_jの面積SA_jも計算され
る。そして、2つのストロークSTK_i,STK_j
の面積の比 RSL(i,j)=SA_i/SA_j を指標として計算する。
【0031】図2のステップ1に示したの指標
は、2つのストローク間の関係を相対位置の側面から見
た指標である。これらの指標の求め方を順に説明する。
【0032】まず指標であるが、これはストローク間
の相対距離の指標であり、図5はその説明用の図であ
る。実際的には、図5から理解されるように、2つのス
トロークSTK_i,STK_jの中心として、各スト
ロークの外接矩形の中心を用い、この中心間の距離を文
字サイズで正規化することによって指標を求める。
【0033】ここで、ストロークSTK_iの外接矩形
の中心の座標(xc_i,yc_i)は xc_i=(xmin_i+xmax_i)/2 yc_i=(ymin_i+ymax_i)/2 で求めることができる。もう1つのストロークSTK_
jの外接矩形の中心の座標(xc_j,yc_j)も同様
に計算できる。また、文字サイズCSは、文字の外接矩
形の対角線の長さ CS=Dist((xmin,ymin),(xmax,ymax)) として求める。かくして、 RSDT(i,j)=Dist((xc_i,yc_i),(x
c_j,yc_j)) を指標として計算する。
【0034】指標について説明する。この指標は、書
き順の時間情報を利用してストローク間の相対方向を求
めるものである。図6はその説明のための図である。平
面上にある点aが与えられたときに、それを原点にし、
原点から真上への線(90度の線)を始辺(1番目の分
割線)として、時計周りに平面をn等分割(nは2以上
の整数)する。図6はn=8の場合、つまり平面を8等
分割する例を示している。こうすることにより、平面内
の任意のベクトルの方向を1からnまでの整数によって
量子化することができる。
【0035】点aから点bへのベクトルの方向がkであ
ること、すなわち DIRC(a,b)=k (1≦k≦n) は、点bの位置がk番目の分割線と(k+1)番目の分
割線とで挟まれた領域(k番目の分割線を含む)にある
ことを意味する。
【0036】しかして、ストロークSTT_iの外接矩
形の中心からストロークSTK_jの外接矩形の中心へ
の方向、すなわち RSDR(i,j)=DIRC((xc_i,yc_i),
(xc_j,yc_j)) を指標として求める。
【0037】つぎに、指標である交差度合と、それに
関連した位置重要度について説明する。まず、位置重要
度について説明するが、図7はその説明用の図である。
【0038】一般的に、ストロークの交差などを考える
うえで、ストロークの中央部分が最も重要であり、端に
いくほど重要度は低くなると考えられるが、このストロ
ーク中の位置の重要度を整数N(N>0)により量子化
及び正規化した値が、「位置重要度」である。
【0039】より具体的に述べる。図7に示すように、
ストロークSTK_iの長さをSL_iとし、SL_i
の長さを持つ直線Lを考える。この直線Lの中心点p_0
から両側の線分をN等分割する。分割後の長さSL_i
/Nの各線分の分割点を、中心から左へ順にph_1,p
h_2,... ,ph_Nと記し、中心から右へ順にpt_
1,pt_2,... ,pt_Nと記す。そして、直線L上の
位置重要度を次のように定義する。
【0040】(a)p_0を中心とする長さSL_i/N
の線分上の位置重要度は1である。
【0041】(b)ph_k,pt_k(k=1,... ,
N−1)を中心とする長さSL_i/Nの線分上の位置重
要度は(N-k)/Nである。
【0042】(c)ph_Nから右への長さSL_i/N
の線分上の位置重要度と、pt_Nから左への長さSL_
i/Nの線分上の位置重要度とは0である。
【0043】また、ストロークSTK_iと直線Lとの
対応関係を次のように定める。
【0044】(a)ストロークSTK_iの始点(x_
i_1,y_i_1)を点ph_Nに対応させ、同ストローク
の終点(x_i_m,y_i_m)を点pt_Nに対応させ
る。
【0045】(b)ストロークSTK_iの始点より進
行方向に軌跡(筆点移動軌跡)を辿って、始点から移動
した線分長さがSL_i/Nの位置を点ph_(N-1)に対
応させ、これと同様にしてph_(N-2),... ,ph_
1,p_0の各点の対応位置を見つける。
【0046】(c)ストロークSTK_iの終点より進
行方向と逆方向に軌跡を辿って、終点から移動した線分
長さがSL_i/Nの位置を点pt_(N-1)に対応させ、
これと同様にしてpt_(N-2),... ,pt_1の各点の
対応位置を見つける。
【0047】このようにして直線Lとストロークとの対
応関係を定め、ストローク上の各部分に、それと対応し
た直線L上の線分と同じ位置重要度を持たせる。
【0048】この位置重要度とストロークの長さを用い
て、指標であるストロークSTK_i,STK_jの
交差度合RSCD(i,j)を次のように求める。
【0049】(a)両ストローク間で交差がない場合 RSCD(i,j)=0 (b)両ストローク間で交差があり、交差点がM個ある
場合 RSCD(i,j)=w1((SL_i×SL_j)/(CS×
CS)+w2(RSCD_1(i,j)+(RSCD_2(i,j)
+...(RSCD_M(i,j) ただし、0<w1<1,0<w2<1,w1+w2=1であ
る。また、SL_i,SL_jは前述のストロークSTK
_i,STK_jの長さ、CSは前述の文字サイズであ
る。RSCD_k(i,j)はストロークSTK_i,S
TK_jのk番目の交差点における交差度合であって、 RSCD_k(i,j)=SPD_i_k×SPD_j_k である。ただし、SPD_i_kはSTK_iにおけるk
番目の交差点での位置重要度であり、SPD_j_kはS
TK_jにおけるk番目の交差点での位置重要度であ
る。
【0050】ここで、本発明の利益を明らかにするた
め、片仮名の「ケ」と「チ」を例にして、詳細識別の様
子を説明する。
【0051】「チ」の手書き文字の多数のサンプルにつ
いて、指標つまり交差度合を調べた。図9に、そのサ
ンプルの一部を示した。その結果、最小値は0.174
17、最大値が0.81486、平均値が0.45956
であった。
【0052】同様に、「ケ」の第2ストロークと第3ス
トロークとが交差した手書き文字の多数のサンプルにつ
いて、指標つまり交差度合を調べた。図8に、そのサ
ンプルの一部を示した。その結果、交差度合の値は、最
小値が0.00605、最大値が0.16708、平均値
が0.05958となった。
【0053】このことから、「ケ」と「チ」の詳細識別
のための特徴量として交差度合(指標)が有効で、入
力文字より計算した交差度合の値が「チ」の交差度合の
最小値0.17417より小さい場合には、入力文字を
「ケ」と判断できることを確認できる。
【0054】なお、具体的数値は示さないが、他の指標
についても同様の実証がなされている。
【0055】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、詳細識別のための特徴量として、ストローク間の関
係を尺度的側面からみた新たな指標や、ストローク間の
関係を位置的側面からみた新たな指標を導入することに
よって、従来の方法では誤認が起きやすい手書き文字の
識別能力を向上させることができ、また、それにより文
字種の増加に対する対応が容易になるとともに、文字変
形の許容度を増して書き手の負担を軽減することができ
る、という効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するためのシステム構成の一例を
示すブロック図である。
【図2】第2認識部における詳細識別処理の概略フロー
チャートである。
【図3】第3ストロークが第2ストロークより突き出た
手書きの「ケ」の例を示す図である。
【図4】ストロークの長さ及び面積の説明のための図で
ある。
【図5】ストローク間の相対距離の説明のための図であ
る。
【図6】ストローク間の相対的方向の説明のための図で
ある。
【図7】ストロークの位置重要度の説明のための図であ
る。
【図8】交差度合の範囲を調べるために用いた「ケ」の
手書き文字のサンプルの一部を示す図である。
【図9】交差度合の範囲を調べるために用いた「チ」の
手書き文字のサンプルの一部をを示す図である。
【符号の説明】
101 座標入力部 102 ストローク認識部 103 文字認識部 104 第1認識部 105 第2認識部

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 文字を構成する2つのストロークの面積
    の比を文字の詳細識別のための特徴量として用いること
    を特徴とするオンライン手書き文字認識方法。
  2. 【請求項2】 文字を構成する2つのストロークの間の
    距離を文字サイズで正規化した値を、文字の詳細識別の
    ための特徴量として用いることを特徴とするオンライン
    手書き文字認識方法。
  3. 【請求項3】 文字を構成する2つのストロークのなか
    の一方のストロークの中心から他方のストロークの中心
    への方向を量子化した値を、文字の詳細識別のための特
    徴量として用いることを特徴とするオンライン手書き文
    字認識方法。
  4. 【請求項4】 文字を構成する2つのストロークの長さ
    と相互の交差場所の位置重要度(ただし、位置重要度と
    はストロークの中央で最大となり端へ向かうにしたがい
    小さくなる値である)とを用いて計算したストロークの
    交差度合を、文字の詳細識別のための特徴量として用い
    ることを特徴とするオンライン手書き文字認識方法。
  5. 【請求項5】 文字を構成する2つのストロークの長さ
    の比、文字を構成する2つのストロークの面積の比、文
    字を構成する2つのストロークの間の距離を文字サイズ
    で正規化した値、文字を構成する2つのストロークのな
    かの一方のストロークの中心から他方のストロークの中
    心への方向を量子化した値、あるいは、文字を構成する
    2つのストロークの長さと相互の交差場所の位置重要度
    (ただし、位置重要度とはストロークの中央で最大とな
    り端へ向かうにしたがい小さくなる値である)とを用い
    て計算したストロークの交差度合の、複数の指標におけ
    る任意の2つ以上の指標を文字の詳細識別のための特徴
    量として用いることを特徴とするオンライン手書き文字
    認識方法。
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