JP3454335B2 - オンライン手書き文字認識方法及びその装置 - Google Patents

オンライン手書き文字認識方法及びその装置

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JP3454335B2
JP3454335B2 JP17524896A JP17524896A JP3454335B2 JP 3454335 B2 JP3454335 B2 JP 3454335B2 JP 17524896 A JP17524896 A JP 17524896A JP 17524896 A JP17524896 A JP 17524896A JP 3454335 B2 JP3454335 B2 JP 3454335B2
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徹 若原
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、任意の画数及び筆
順で筆記された文字の入力パターンを各文字カテゴリー
について予め用意された正しい画数及び筆順の標準パタ
ーンと比較してその入力パターンがいずれの文字カテゴ
リーに該当するかを自動的に判断するオンライン手書き
文字認識方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、手書き変形に対する耐性を高める
ためのオンライン手書き文字認識技術としては、まず予
想される手書き変形、すなわち例えば傾き変動や特定の
続け書き等を予め登録しておくという技術があった。
【０００３】その後、筆順は正しいという前提で入力パ
ターンと標準パターンとを共に一筆書きに変換し、動的
計画法を用いて時間軸方向の伸縮を許容しつつ特徴点間
の重なりが最大となるパターンマッチングを行う技術が
提案された。
【０００４】更に、標準パターンとして、各文字カテゴ
リーに属する多数の手書き文字パターンの平均形状のみ
でなく、文字を構成する特徴点の位置座標の共分散行列
等の手書き変形に関する情報を格納しておき、入力パタ
ーンとの間で統計的な識別尺度を用いる技術が提案され
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、予め予想され
る手書き変形を登録しておく上記従来の手書き文字認識
技術では、予想外の変形に対しては全く対処できないと
いう本質的な限界を持っていた。
【０００６】また、動的計画法を用いる従来の手書き文
字認識技術では、大きな手書き変形は時間軸方向の伸縮
のみでは吸収しきれないと共に、処理時間が膨大とな
る、という問題点があった。
【０００７】更に、統計的な識別尺度を用いる従来の手
書き文字認識技術では、予め安定な統計情報を得るには
膨大な手書き文字パターンの収集が必要となるという問
題点があり、また、標準パターンとして平均値のみでな
く共分散行列等の情報も格納するため標準パターンの辞
書容量が極めて大きくなるという問題点があった。
【０００８】上記各問題点を解決する手段として、特開
昭６３−２０６８８１号公報に記載された技術がある。
この技術の概要は以下の如くである。先ず、各文字カテ
ゴリーの標準パターンとして、正しい画数及び筆順で筆
記された多数の手書き文字パターンの各特徴点の平均位
置座標のみを格納しておき、任意の画数及び筆順で筆記
された手書き文字についても各特徴点の位置座標を格納
した入力パターンを構成し、その入力パターンと各文字
カテゴリーの標準パターンとの間で１対１の特徴点対応
を決定する。次に、その標準パターンの各特徴点ごとに
一定近傍に含まれるその標準パターン中の特徴点群を含
めてその入力パターン中の対応する特徴点群への重なり
が最大となる局所的アフィン変換を反復的に施してその
標準パターンを変形してから安定なパターンマッチング
を行うというものである。
【０００９】この技術は、任意の手書き変形を各特徴点
周りの局所的アフィン変換の反復操作で吸収できる点
と、標準パターンの辞書容量が少ない点と、においては
原理的な解決を与えたが、一方で、局所的アフィン変換
を施す一定近傍の最適な大きさの決定と手書き変形の過
剰吸収を防ぐための反復回数の制御とに試行錯誤を要す
る点と、各特徴点ごとに最適な局所的アフィン変換を反
復的に施すために処理時間が膨大となる点と、において
実用上の大きな問題を残していた。
【００１０】以上述べたように、手書き変形への耐性を
高めるための従来のオンライン手書き文字認識技術にお
いては、大きな又は予想外の手書き変形を吸収できるこ
とと、辞書容量及び処理時間を最小限に抑えることと、
を共に満足するような本質的な解決手段は得られていな
い。
【００１１】本発明は上述のような事情から成されたも
のであり、本発明の目的は、手書き変形の大きな入力パ
ターンに対しても、正しい画数及び筆順での平均形状を
格納した標準パターンとの間で手書き変形を安定に吸収
したパターンマッチングを行い、辞書容量及び処理時間
を十分に抑制しつつ高い認識能力を有するオンライン手
書き文字認識方法及びその装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、文字カテゴリーごとに、文字を構成する各ストロー
クを一定点数の特徴点で表し、その特徴点の位置座標を
標準パターンとして予め格納しておき、入力された手書
き文字の入力パターンを前記特徴点で表し、前記標準パ
ターンを文字カテゴリーごとに取り出し、その取り出し
た標準パターンと前記入力パターンとの間で、画数及び
筆順の変動を吸収した１体１のストローク対応を決定
し、前記入力パターンの各ストロークごとに、前記取り
出した標準パターンの対応するストロークに対して重な
りが最大となるような前記入力パターンの対応するスト
ロークに対するアフィン変換操作を決定し、前記入力パ
ターンの各ストロークごとに、決定されたアフィン変換
操作に基づき、アフィン変換を行って整形入力パターン
を生成し、前記取り出した標準パターンと前記整形入力
パターンとの間で、対応するストローク対ごとの距離の
和に基づくパターン間距離を算出し、全ての標準パター
ンと全ての標準パターンに対してそれぞれ生成した整形
入力パターンとのパターン間距離に基づき、そのパター
ン間距離の小さい標準パターンに係る文字カテゴリーか
ら順に前記入力パターンについての認識候補文字カテゴ
リーとするオンライン手書き文字認識方法であって、前
記アフィン変換操作の決定の際に、前記入力パターンの
各ストロークごとに、そのストローク及び筆順で前後す
る適当数のストロークを含む複数ストローク群について
アフィン変換を施し、標準パターン中の対応する複数ス
トローク群への重なりが最大となるアフィン変換操作を
決定することを特徴とするオンライン手書き文字認識方
法である。
【００１３】本発明によれば、大きな又は予想外の手書
き変形を含む場合について格段の認識精度の向上を達成
することができる。特に、パターン全体でもなく、特徴
点単位でもなく、ストローク単位で一様なアフィン変換
を施しているため、固過ぎず柔らか過ぎず安定な整形操
作を実現している。また、このような手書き変形への耐
性向上のみではなく、辞書量を小さくすることができ、
かつ処理時間も十分に抑制できることも明らかである。
特に、各ストロークについて筆順で前後する適当数の複
数ストロークをも含めてアフィン変換操作を最適化する
ことで、認識対象となっている文字データに含まれる手
書き変形の程度に応じて変形吸収の能力を抑制すること
が可能である。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】請求項２に記載の発明は、文字カテゴリー
ごとに、文字を構成する各ストロークを一定点数の特徴
点で表し、その特徴点の位置座標を標準パターンとして
予め格納しておき、入力された手書き文字の入力パター
ンを前記特徴点で表し、前記標準パターンを文字カテゴ
リーごとに取り出し、その取り出した標準パターンと前
記入力パターンとの間で、画数及び筆順の変動を吸収し
た１体１のストローク対応を決定し、前記入力パターン
の各ストロークごとに、前記取り出した標準パターンの
対応するストロークに対して重なりが最大となるような
前記入力パターンの対応するストロークに対するアフィ
ン変換操作を決定し、前記入力パターンの各ストローク
ごとに、決定されたアフィン変換操作に基づき、アフィ
ン変換を行って整形入力パターンを生成し、前記取り出
した標準パターンと前記整形入力パターンとの間で、対
応するストローク対ごとの距離の和に基づくパターン間
距離を算出し、全ての標準パターンと全ての標準パター
ンに対してそれぞれ生成した整形入力パターンとのパタ
ーン間距離に基づき、そのパターン間距離の小さい標準
パターンに係る文字カテゴリーから順に前記入力パター
ンについての認識候補文字カテゴリーとするオンライン
手書き文字認識方法であって、前記取り出した標準パタ
ーンと前記入力パターンとの間で、それぞれのストロー
クを１対１に対応させる際に、ストローク対ごとに特徴
点数を揃えるものである。
【００２０】請求項３に記載の発明は、文字カテゴリー
ごとに、文字を構成する各ストロークを一定点数の特徴
点で表し、その特徴点の位置座標を標準パターンとして
予め格納しておき、入力された手書き文字の入力パター
ンを前記特徴点で表し、前記標準パターンを文字カテゴ
リーごとに取り出し、その取り出した標準パターンと前
記入力パターンとの間で、画数及び筆順の変動を吸収し
た１体１のストローク対応を決定し、前記入力パターン
の各ストロークごとに、前記取り出した標準パターンの
対応するストロークに対して重なりが最大となるような
前記入力パターンの対応するストロークに対するアフィ
ン変換操作を決定し、前記入力パターンの各ストローク
ごとに、決定されたアフィン変換操作に基づき、アフィ
ン変換を行って整形入力パターンを生成し、前記取り出
した標準パターンと前記整形入力パターンとの間で、対
応するストローク対ごとの距離の和に基づくパターン間
距離を算出し、全ての標準パターンと全ての標準パター
ンに対してそれぞれ生成した整形入力パターンとのパタ
ーン間距離に基づき、そのパターン間距離の小さい標準
パターンに係る文字カテゴリーから順に前記入力パター
ンについての認識候補文字カテゴリーとするオンライン
手書き文字認識方法であって、文字カテゴリーごとに、
文字を構成する各ストロークを一定点数の特徴点で表
し、その特徴点の位置座標を標準パターンとして予め格
納しておく際に、文字カテゴリーごとに複数の文字パタ
ーンを特徴点で表し、それらの平均位置座標を標準パタ
ーンとして予め格納しておくものである。
【００２１】この態様によれば、特に、標準パターンの
生成が容易になる。
【００２２】
【００２３】請求項４に記載の発明は、手書き文字の入
力パターンが入力される文字情報入力手段と、前記入力
パターンを構成する各ストロークを一定点数の特徴点で
表す特徴点抽出手段と、文字カテゴリーごとに、文字を
構成する各ストロークが一定点数の特徴点で表され、そ
の特徴点の位置座標が標準パターンとして予め格納され
る標準パターン格納手段と、前記標準パターンを文字カ
テゴリーごとに取り出し、その取り出した標準パターン
と前記入力パターンとの間で、画数及び筆順の変動を吸
収した１体１のストローク対応を決定するストローク対
応決定手段と、前記入力パターンの各ストロークごと
に、前記取り出した標準パターンの対応するストローク
に対して重なりが最大となるような前記入力パターンの
対応するストロークに対するアフィン変換操作を決定す
るストロークアフィン変換操作決定手段と、前記入力パ
ターンの各ストロークごとに、決定されたアフィン変換
操作に基づき、アフィン変換を行って整形入力パターン
を生成する整形入力パターン生成手段と、前記取り出し
た標準パターンと前記整形入力パターンとの間で、対応
するストローク対ごとの距離の和に基づくパターン間距
離を算出するパターン間距離算出手段と、全ての標準パ
ターンと全ての標準パターンに対してそれぞれ生成した
整形入力パターンとのパターン間距離に基づき、そのパ
ターン間距離の小さい標準パターンに係る文字カテゴリ
ーから順に前記入力パターンについての認識候補文字カ
テゴリーとするパターン間距離並べ換え手段と、を備え
るオンライン手書き文字認識装置であって、前記ストロ
ークアフィン変換操作決定手段は、前記アフィン変換操
作の決定の際に、前記入力パターンの各ストロークごと
に、そのストローク及び筆順で前後する適当数のストロ
ークを含む複数ストローク群についてアフィン変換を施
し、標準パターン中の対応する複数ストローク群への重
なりが最大となるアフィン変換操作を決定することを特
徴とするオンライン手書き文字認識装置である。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】請求項５に記載の発明は、手書き文字の入
力パターンが入力される文字情報入力手段と、前記入力
パターンを構成する各ストロークを一定点数の特徴点で
表す特徴点抽出手段と、文字カテゴリーごとに、文字を
構成する各ストロークが一定点数の特徴点で表され、そ
の特徴点の位置座標が標準パターンとして予め格納され
る標準パターン格納手段と、前記標準パターンを文字カ
テゴリーごとに取り出し、その取り出した標準パターン
と前記入力パターンとの間で、画数及び筆順の変動を吸
収した１体１のストローク対応を決定するストローク対
応決定手段と、前記入力パターンの各ストロークごと
に、前記取り出した標準パターンの対応するストローク
に対して重なりが最大となるような前記入力パターンの
対応するストロークに対するアフィン変換操作を決定す
るストロークアフィン変換操作決定手段と、前記入力パ
ターンの各ストロークごとに、決定されたアフィン変換
操作に基づき、アフィン変換を行って整形入力パターン
を生成する整形入力パターン生成手段と、前記取り出し
た標準パターンと前記整形入力パターンとの間で、対応
するストローク対ごとの距離の和に基づくパターン間距
離を算出するパターン間距離算出手段と、全ての標準パ
ターンと全ての標準パターンに対してそれぞれ生成した
整形入力パターンとのパターン間距離に基づき、そのパ
ターン間距離の小さい標準パターンに係る文字カテゴリ
ーから順に前記入力パターンについての認識候補文字カ
テゴリーとするパターン間距離並べ換え手段と、を備え
るオンライン手書き文字認識装置であって、前記ストロ
ーク対応決定手段は、前記取り出した標準パターンと前
記入力パターンとの間で、それぞれのストロークを１対
１に対応させる際に、ストローク対ごとに特徴点数を揃
えるものである。
【００２８】
【００２９】請求項６に記載の発明は、手書き文字の入
力パターンが入力される文字情報入力手段と、前記入力
パターンを構成する各ストロークを一定点数の特徴点で
表す特徴点抽出手段と、文字カテゴリーごとに、文字を
構成する各ストロークが一定点数の特徴点で表され、そ
の特徴点の位置座標が標準パターンとして予め格納され
る標準パターン格納手段と、前記標準パターンを文字カ
テゴリーごとに取り出し、その取り出した標準パターン
と前記入力パターンとの間で、画数及び筆順の変動を吸
収した１体１のストローク対応を決定するストローク対
応決定手段と、前記入力パターンの各ストロークごと
に、前記取り出した標準パターンの対応するストローク
に対して重なりが最大となるような前記入力パターンの
対応するストロークに対するアフィン変換操作を決定す
るストロークアフィン変換操作決定手段と、前記入力パ
ターンの各ストロークごとに、決定されたアフィン変換
操作に基づき、アフィン変換を行って整形入力パターン
を生成する整形入力パターン生成手段と、前記取り出し
た標準パターンと前記整形入力パターンとの間で、対応
するストローク対ごとの距離の和に基づくパターン間距
離を算出するパターン間距離算出手段と、全ての標準パ
ターンと全ての標準パターンに対してそれぞれ生成した
整形入力パターンとのパターン間距離に基づき、そのパ
ターン間距離の小さい標準パターンに係る文字カテゴリ
ーから順に前記入力パターンについての認識候補文字カ
テゴリーとするパターン間距離並べ換え手段と、を備え
るオンライン手書き文字認識装置であって、前記標準パ
ターンについても、文字情報入力手段を介して入力さ
れ、特徴点抽出手段により特徴点が抽出されるものであ
る。
【００３０】請求項７に記載の発明は、文字情報入力手
段を介して、文字カテゴリーごとに複数の文字パターン
が入力され、前記特徴点抽出手段の後段に、前記複数の
文字パターンの対応する複数のストロークについての複
数の特徴点の平均位置座標を算出する特徴点平均位置座
標算出手段を更に有するものである。
【００３１】この態様によれば、特に、標準パターンの
生成が容易になる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【００３３】図１は、本発明のオンライン手書き文字認
識装置における一実施形態の構成ブロック図である。
【００３４】図１において、１は文字情報入力装置、２
は前処理装置、３は特徴点抽出装置、４は特徴点平均位
置座標算出装置、５は標準パターン格納装置、６は入力
パターン格納装置、７はストローク対応決定装置、８は
ストロークアフィン変換操作決定装置、９は整形入力パ
ターン生成装置、１０はパターン間距離算出装置、１１
はパターン間距離並べ換え装置である。
【００３５】以下、各装置の動作について具体的に説明
する。
【００３６】文字情報入力装置１は、好ましくは既存の
データタブレットから構成され、そのデータタブレット
上に専用ペンで描かれる１文字パターンの筆跡について
ストロークごとに筆点の位置座標の時系列データを入力
して、前処理装置２に送出する。この文字情報入力装置
１は、標準パターンを作成する際の各文字カテゴリーに
属する多数の手書き文字パターンを入力する際にも利用
されるし、入力パターンを入力する際にも利用される。
【００３７】前処理装置２は、文字情報入力装置１から
送出された１文字パターンの筆点位置座標列に対して、
公知の技術に基づき雑音除去や位置及び大きさの正規化
などの処理を施してから特徴点抽出処理装置３に送出す
る。この前処理装置２も、標準パターンを作成する際の
入力と入力パターンの入力の双方に利用される。
【００３８】特徴点抽出装置３は、前処理装置２から送
出された１文字パターンの筆点位置座標列について、各
ストロークを構成する筆点列から始点及び終点を含みス
トローク長と共に増加する一定点数分だけそのストロー
ク上を等間隔に刻んだ位置に最も近い筆点を特徴点とし
て順次抽出し、それらを１文字パターンの特徴点列とし
て格納する。ここで、ストローク長に応じた総特徴点数
ｐの選択については、例えば、ストローク長が増加する
につれてｐ＝２，３，５，９，１７，・・・と離散的に
増加させればよい。例えば、ｐ＝２はストロークの始点
及び終点のみを抽出することに相当し、ｐ＝３は始点，
終点及びストロークの中点を抽出することに相当する。
図２に、例えば文字カテゴリー「い」について、筆点か
ら特徴点を抽出した例を示す。ここで得られた１文字の
ストロークごとの特徴点列は、標準パターンに係るもの
は特徴点平均位置座標算出装置４に送出され、入力パタ
ーンに係るものは入力パターン格納装置６へ送出され
る。
【００３９】特徴点平均位置座標算出装置４は、認識対
象となっている各文字カテゴリーごとに収集した正しい
画数及び筆順の筆記による多数の文字パターンについて
特徴点抽出装置３から送出された特徴点列を用いて、そ
の文字カテゴリーを構成する各ストロークの各特徴点に
ついての平均位置座標を算出し、特徴点平均位置座標と
して標準パターン格納装置５へ送出する。
【００４０】標準パターン格納装置５は、認識対象とな
っている各文字カテゴリーについて、特徴点平均位置座
標算出装置４から送出された各ストロークを構成する特
徴点の平均位置座標を正しい画数及び筆順に従って連ね
たものを、その文字カテゴリーの標準パターンとして格
納する。ここで、各文字カテゴリーの標準パターンを構
成する個々の標準ストロークをＲと記すと、式（１）に
示すように、Ｒはその標準ストロークの特徴点の平均位
置ベクトルを連ねたものとして表現でき、その標準パタ
ーンはそれら個々の標準ストロークを正しい筆順に従っ
て格納したものとなる。
【００４１】
【数１】 Ｒ＝（ｒ1，ｒ2，・・・，ｒi，・・・，ｒp） ・・・（１） 但し、ｐ：標準ストローク長から定まる総特徴点数 ｒi＝（ｒix，ｒiy）Ｔ：標準ストロークの第ｉ特徴点
の平均位置ベクトル 各ストロークを構成する特徴点の平均位置座標で表現さ
れた全文字カテゴリーの標準パターンの集合は、ストロ
ーク対応決定装置７へ送出される。
【００４２】入力パターン格納装置６は、任意の画数及
び筆順で筆記された認識すべき文字パターンについて、
特徴点抽出装置３から送出された各ストロークを構成す
る特徴点の位置座標を画数及び筆順に従って連ねたもの
を、その文字カテゴリーの入力パターンとして格納す
る。ここで、入力パターンを構成する個々の入力ストロ
ークをＳと記すと、式（２）に示すように、Ｓはその入
力ストロークの特徴点の位置ベクトルを連ねたものとし
て表現でき、その入力パターンはそれら個々の入力スト
ロークを正しい筆順に従って格納したものとなる。
【００４３】
【数２】 Ｓ＝（ｓ1，ｓ2，・・・，ｓj，・・・，ｓp'） ・・・（２） 但し、ｐ’入力ストローク長から定まる総特徴点数 ｓj＝（ｓjx，ｓiy）Ｔ：入力ストロークの第ｊ特徴点
の位置ベクトル 各ストロークを構成する特徴点の位置座標で表現された
入力パターンは、ストローク対応決定装置７へ送出され
る。
【００４４】ストローク対応決定装置７は、入力パター
ン格納装置６から送出された認識すべき入力パターン
と、標準パターン格納装置５から送出された各文字カテ
ゴリーの標準パターンとの間で、画数及び筆順の変動を
吸収した１対１のストローク対応を決定する。ここで入
力パターンと標準パターンの画数の多い方をＭ、画数の
少ない方をＮ（Ｍ≧Ｎ）と記すと、本装置は双方のパタ
ーンとも少ない方の画数Ｎのパターンに揃え、かつＮ対
のストローク対応を決定する。このような最適な１対１
のストローク対応を決定するには公知の技術が利用で
き、例えば、Proceedings of the Third International
Conference on Document Analysis and Recognition
(Montreal, Canada; August 14-16, 1995; IEEE COMPUT
ER SOCIETY)に掲載された若原他のOn-Line Cursive Kan
ji Character Recognition as StrokeCorrespondence P
roblemと題した論文に示された技術では、２段階の処理
でストローク対応を決定している。第１段階の処理で
は、Ｎ画パターンの全ストロークとＭ画パターン中のＮ
本のストロークとの間でストローク間距離和が最小とな
るような最適なＮ対のストローク対応を離散的な組合せ
最適化法を用いて決定する。この処理により筆順の変動
が吸収される。次に、第２段階の処理で、Ｍ画パターン
中で未対応の（Ｍ−Ｎ）本の各ストロークをそれぞれ筆
順で前後する２本の既対応ストロークのいずれかにＮ画
パターンとの重なりが良くなるように選択的に結合す
る。この処理により画数変動が吸収され、双方パターン
が画数Ｎに揃えられる。
【００４５】上記ストローク対応決定操作により、双方
のパターンとも画数Ｎのパターンとなり、かつＮ対のス
トローク対応が得られる。尚、Ｎ画に揃ったその入力パ
ターンと標準パターンについて、その入力パターンを構
成するＮ本のストロークの特徴点列表現を筆順に従い、
Ｓ1，Ｓ2，・・・，Ｓi，・・・，ＳNと記し、その標準
パターンを構成するＮ本のストロークの特徴点列表現を
Ｒ1，Ｒ2，・・・，Ｒi，・・・，ＲNと記し、Ｒi（１
≦ｉ≦Ｎ）はＳi（１≦ｉ≦Ｎ）にそれぞれ対応づけら
れているものとする。但し、図３（ａ），３（ｂ）に示
すように、各ストローク対ごとに特徴点数を揃えておく
ものとする。このようにして画数及び筆順並びに特徴点
数が揃った入力パターンと標準パターンの特徴点列表現
は、ストロークアフィン変換操作決定装置８へ送出され
る。
【００４６】ストロークアフィン変換操作決定装置８
は、ストローク対応決定装置７から送出された画数及び
筆順並びに特徴点数が揃った入力パターンと標準パター
ンの特徴点列表現を用い、その入力パターンを構成する
各ストロークごとに当該ストロークを含む複数ストロー
ク群についてアフィン変換操作を施すことにより、その
標準パターン中の対応する複数ストローク群への重なり
が最大となるような最適なアフィン変換操作の決定を行
う。入力パターンの第ｉストロークＳi（１≦ｉ≦Ｎ）
に対応する最適なアフィン変換操作は以下の手順で決定
する。
【００４７】先ず、引き続くストローク間で手書き変形
の相関が大きいことを利用し、そのストロークに筆順で
先行するストロークｎ1本及び筆順で後続するストロー
クｎ2本を含めた複数ストローク群を抽出する。但し、
ｎ1≧０、ｎ2≧０であり、例えば、ｎ1＝１、ｎ2＝１、
あるいは、ｎ1＝１、ｎ2＝０を用いる。すなわち、Ｓi
（１≦ｉ≦Ｎ）に対して、ｕ＝ｍａｘ（１，ｉ−ｎ1）
及びｖ＝ｍｉｎ（Ｎ，ｉ＋ｎ2）と記した場合、筆順に
従った複数のストローク群Ｓu，Ｓu+1，・・・，Ｓi，
・・・，Ｓv-1，Ｓvを抽出する。これについて例を挙げ
て説明する。例えば、文字カテゴリーが「泣」であると
する。この場合、図４に示すように、ストロークはＳ1
からＳ8 までである。今、第ｉストロークＳi としてス
トロークＳ2 が対象となっているものとする。この場合
には、例えばｎ1 ＝１、ｎ2 ＝１、すなわち先行するス
トロークＳ1 及び後続するストロークＳ3 を含めた複数
ストローク群Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 を抽出する。また、第ｉ
ストロークＳi としてストロークＳ8 が対象となってい
る場合、ｎ1 ＝１、ｎ2 ＝１あっても後続するストロー
クが存在しないため、先行するストロークＳ7 のみを含
めた複数ストローク群Ｓ7 ，Ｓ8 を抽出する。
【００４８】これらに含まれる全特徴点の点数をｑと
し、それらのｑ個の特徴点の位置ベクトルを筆順に従っ
て連ねたものを式（３）に示すように記す。
【００４９】
【数３】 Ｃ1 ＝（ｓ′1 ，ｓ′2 ，・・，ｓ′k ，・・，ｓ′q ） ・・・（３） 例えば、前述のように、第ｉストロークＳi としてスト
ロークＳ2 が対象となっている場合、特徴点が図５のよ
うに構成されているとすると、Ｃ1 は式（４）に示すよ
うになる。
【００５０】 Ｃ1 ＝（ｓ1 ，ｓ2 ，・・・，ｓ19） ・・・（４） 一方、標準パターン中で複数ストローク群Ｓu ，・・，
Ｓi ，・・，Ｓv に対応するのはＲu ，・・，Ｒi ，・
・，Ｒv であり、これらに含まれる全特徴点数は同一の
ｑである。それらのｑ個の特徴点の位置ベクトルを筆順
に従って連ねたものを式（５）に示すように記す。
【００５１】
【数４】 Ｃ2 ＝（ｒ′1 ，ｒ′2 ，・・，ｒ′k ，・・，ｒ′q ） ・・・（５） 次いで、入力パターンの第ｉストロークＳi に係る特徴
点列Ｃ1 に含まれる各特徴点ｓ′k について式（６）で
定義されるアフィン変換操作を施し、特徴点列Ｃ1 に対
する変換で特徴点列Ｃ2 への重なりを最大にする、すな
わち式（７）に示した目的関数Ψi を最小にするような
アフィン変換操作Ａi ，ｂi を決定する。
【００５２】
【数５】 ｓ″k ＝Ａiｓ′k ＋ｂi （１≦ｋ≦ｑ） ・・・（６） 但し、Ａi ：２行２列の行列で伸縮、回転及び歪みを表
現 ｂi ：２次元ベクトルで並進移動を表現
【数６】 Ψi＝Σk‖ｓ″k−ｒ′k‖2＝‖Ａiｓ′k＋ｂi−ｒ′k‖2 ・・・（７） （１≦ｉ≦Ｎ） 但し、Σk：ｋ＝１，・・・，ｑに関する和 ‖ ‖：ベクトルのユークリッドノルム 目的関数Ψiの最小化問題は、公知の技術によりＡi及び
ｂiの各成分に関する連立一次方程式の解法に帰着し、
これは高速に解を求めることができる。
【００５３】このようにして入力パターンの各ストロー
クＳiに対する最適なアフィン変換操作が決定され、そ
れらのストロークアフィン変換操作の組｛Ａi，ｂi｝
（１≦ｉ≦Ｎ）及びその入力パターンと標準パターンの
特徴点列表現は、整形入力パターン生成装置９へ送出さ
れる。
【００５４】整形入力パターン生成装置９は、ストロー
クアフィン変換操作決定装置８から送出された入力パタ
ーンの各ストロークに対するストロークアフィン変換操
作の組及びその入力パターンと標準パターンの特徴点列
表現を用いて、ストロークアフィン変換操作を入力パタ
ーンの各ストロークにそれぞれ施し、整形入力パターン
の生成を行う。ここで、入力パターンの第ｉストローク
Ｓi及び対応する標準パターンの第ｉストロークＲiの特
徴点列を式（８），（９）で記す。但し、特徴点数をｐ
と記し、前述のように双方ストロークで揃えてある。
【００５５】
【数７】 Ｓi＝（ｓ1，ｓ2，・・・，ｓk，・・・，ｓp） ・・・（８） Ｒi＝（ｒ1，ｒ2，・・・，ｒk，・・・，ｒp） ・・・（９） 整形入力パターンの生成は、入力パターンの各ストロー
ク単位に行う。入力パターンの第ｉストロークＳi（１
≦ｉ≦Ｎ）に対する整形操作は、ストロークアフィン変
換操作Ａi，ｂiを用いてそのストロークの各特徴点につ
いて次の式（１０）により実施する。
【００５６】
【数８】 ｓ″k＝Ａiｓ′k＋ｂi （１≦ｋ≦ｐ） ・・・（１０） このようにして得られたｓ″k（１≦ｋ≦ｐ）を連ねた
ものが、整形入力ストロークＳ″iを構成する。整形入
力パターンは、整形入力ストローク列｛Ｓ″i｝（１≦
ｉ≦Ｎ）として表現される。整形入力パターンと標準パ
ターンの特徴点列表現は、パターン間距離算出装置１０
へ送出される。
【００５７】図６は、文字カテゴリー「泣」についての
処理の例を示す図である。ここで、図６（ａ）は入力パ
ターンを示す図であり、図６（ｂ）は標準パターンを示
す図であり、図６（ｃ）は整形入力パターンを示す図で
ある。図６（ｄ）はそれらのパターンを重ね合わせた図
であり、“・”は入力パターンの点、“◎”は標準パタ
ーンの点、“○”は整形入力パターンの点、“●”は標
準パターンと整形入力パターンが重なった点、をそれぞ
れ示す。尚、ストローク内の特徴点間を内挿した点列で
示してある。
【００５８】また、図７は、文字カテゴリー「永」につ
いての処理の例を示す図である。
【００５９】パターン間距離算出装置１０は、整形入力
パターン生成装置９から送出された整形入力パターンと
標準パターンの特徴点列表現を用いて、整形入力パター
ンと標準パターンとの間で、対応するストローク対ごと
の距離の和に基づくパターン間距離の算出を行う。前述
のように、整形入力ストロークＳ″i（１≦ｉ≦Ｎ）
は、標準パターンの第ｉストロークＲiと対応してい
る。先ず、対応ストローク対であるＳ″iとＲiの間でス
トローク間距離ｄ（Ｓ″i，Ｒi）を式（１１）で算出す
る。
【００６０】
【数９】 ｄ（Ｓ″i，Ｒi）＝（１／ｐ）Σk‖ｓ″k−ｒk‖2 ・・・（１１） 但し、Σk：ｋ＝１，・・・，ｐに関する和 次いで、上記ストローク間距離の和に基づき、整形入力
パターンと標準パターンとのパターン間距離Ｄを式（１
２）で算出する。
【００６１】
【数１０】 Ｄ＝（Ｍ／Ｎ）Σiｄ（Ｓ″i，Ｒi） ・・・（１２） 但し、Σi：ｉ＝１，・・・，Ｎに関する和 Ｍ／Ｎ：画数の違いによる正規化乗数（≧１） もしくは、整形前の重なりの程度も同様に評価して加え
るべく、式（１３）を用いて算出してもよい。
【００６２】
【数１１】 Ｄ＝（Ｍ／Ｎ）Σi［ｄ（Ｓ″i，Ｒi）＋ｄ（Ｓi，Ｒi）］・・・（１３） 式（１３）を用いた場合、過剰な整形によって類似文字
間のパターン間距離差が小さくなることによる誤認識を
防止することができる。算出されたパターン間距離Ｄ
は、パターン間距離並べ換え装置１１へ送出され一時格
納される。
【００６３】上述した各装置７〜１０における操作を、
その入力パターンと認識対象となっている全ての文字カ
テゴリーの標準パターンとの間で順次反復して行い、算
出されたパターン間距離はパターン間距離並べ換え装置
１１へ逐次送出され蓄積される。
【００６４】パターン間距離並べ換え装置１１は、認識
対象となっている全ての文字カテゴリーのおのおのにつ
いて算出されたパターン間距離Ｄを小さい順に並べ換え
て、該当し得る各文字カテゴリーについて距離Ｄの小さ
い順にその入力パターンの認識候補カテゴリーとして順
序付けて出力する。
【００６５】
【発明の効果】このように、本発明においては、先ず、
認識対象となっている文字カテゴリーのおのおのについ
て正しい画数及び筆順で筆記された多数文字パターンを
用いて、予め各ストロークの特徴点の平均位置座標を算
出してこれを標準文字パターンとして格納しておき、任
意の画数及び筆順で筆記されたカテゴリー未知の文字パ
ターンに対しても各ストロークの特徴点からなる入力パ
ターンで表現する。そして、その入力パターンと各文字
カテゴリーの標準パターンとの間で少ない方の画数に揃
えた最適な１対１のストローク対応を決定する。更に、
対応ストローク対ごとに双方の重なりが増すようにその
入力パターンの各ストロークに対して最適なアフィン変
換操作を施して整形入力パターンを生成し、標準パター
ンとの間でパターンマッチングを行う。従って、以上の
処理により、大きな又は予想外の手書き変形を含む場合
について格段の認識精度の向上を達成することができ
る。特に、パターン全体でもなく、特徴点単位でもな
く、ストローク単位で一様なアフィン変換を施している
ため、固過ぎず柔らか過ぎず安定な整形操作を実現して
いる。また、このような手書き変形への耐性向上のみで
はなく、辞書量を小さくすることができ、かつ処理時間
も十分に抑制できることも明らかである。更に、各スト
ロークについて筆順で前後する適当数の複数ストローク
をも含めてアフィン変換操作を最適化することで、認識
対象となっている文字データに含まれる手書き変形の程
度に応じて変形吸収の能力を制御することが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオンライン手書き文字認識装置におけ
る一実施形態の構成ブロック図である。
【図２】筆点から特徴点を抽出する場合の例を示す図で
ある。
【図３】各ストローク対ごとに特徴点数を揃える処理の
例を示す図である。
【図４】ストロークアフィン変換操作決定装置における
処理を説明するための図である。
【図５】ストロークアフィン変換操作決定装置における
処理を説明するための図である。
【図６】文字カテゴリー「泣」についての処理の例を示
す図である。
【図７】文字カテゴリー「永」についての処理の例を示
す図である。
【符号の説明】
１ 文字情報入力装置 ２ 前処理装置 ３ 特徴点抽出装置 ４ 特徴点平均位置座標算出装置 ５ 標準パターン格納装置 ６ 入力パターン格納装置 ７ ストローク対応決定装置 ８ ストロークアフィン変換操作決定装置 ９ 整形入力パターン生成装置 １０ パターン間距離算出装置 １１ パターン間距離並べ換え装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小高 和己 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−176198（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−189612（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−20094（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−139483（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−250194（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−171086（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−178579（ＪＰ，Ａ) 局所的Ａｆｆｉｎｅ変換を用いたオン ライン手書き文字認識，電子情報通信学 会論文誌Ｄ，日本，1998年 ２月，Ｖｏ ｌ．Ｊ71−Ｄ Ｎｏ．２，ｐｐ．379− 386 ＰＲＭＵ96−２ 大局的アフィン変換 を用いた形状マッチング，電子情報通信 学会技術研究報告，日本，1996年 ５月 16日，Ｖｏｌ．96 Ｎｏ．40，ｐｐ．９ −16 ＰＲＵ95−111 ストローク単位のア フィン変換を用いたオンライン手書き漢 字認識，電子情報通信学会技術研究報 告，日本，1995年 ９月28日，Ｖｏｌ. 95 Ｎｏ．278，ｐｐ．49−54 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06K 9/00 - 9/82

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 文字カテゴリーごとに、文字を構成する
    各ストロークを一定点数の特徴点で表し、その特徴点の
    位置座標を標準パターンとして予め格納しておき、 入力された手書き文字の入力パターンを前記特徴点で表
    し、 前記標準パターンを文字カテゴリーごとに取り出し、 その取り出した標準パターンと前記入力パターンとの間
    で、画数及び筆順の変動を吸収した１対１のストローク
    対応を決定し、 前記入力パターンの各ストロークごとに、前記取り出し
    た標準パターンの対応するストロークに対して重なりが
    最大となるような前記入力パターンの対応するストロー
    クに対するアフィン変換操作を決定し、 前記入力パターンの各ストロークごとに、決定されたア
    フィン変換操作に基づき、アフィン変換を行って整形入
    力パターンを生成し、 前記取り出した標準パターンと前記整形入力パターンと
    の間で、対応するストローク対ごとの距離の和に基づく
    パターン間距離を算出し、 全ての標準パターンと全ての標準パターンに対してそれ
    ぞれ生成した整形入力パターンとのパターン間距離に基
    づき、そのパターン間距離の小さい標準パターンに係る
    文字カテゴリーから順に前記入力パターンについての認
    識候補文字カテゴリーとするオンライン手書き文字認識
    方法であって、 前記アフィン変換操作の決定の際に、前記入力パターン
    の各ストロークごとに、そのストローク及び筆順で前後
    する適当数のストロークを含む複数ストローク群につい
    てアフィン変換を施し、標準パターン中の対応する複数
    ストローク群への重なりが最大となるアフィン変換操作
    を決定す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】 文字カテゴリーごとに、文字を構成する
    各ストロークを一定点数の特徴点で表し、その特徴点の
    位置座標を標準パターンとして予め格納しておき、 入力された手書き文字の入力パターンを前記特徴点で表
    し、 前記標準パターンを文字カテゴリーごとに取り出し、 その取り出した標準パターンと前記入力パターンとの間
    で、画数及び筆順の変動を吸収した１対１のストローク
    対応を決定し、 前記入力パターンの各ストロークごとに、前記取り出し
    た標準パターンの対応するストロークに対して重なりが
    最大となるような前記入力パターンの対応するストロー
    クに対するアフィン変換操作を決定し、 前記入力パターンの各ストロークごとに、決定されたア
    フィン変換操作に基づき、アフィン変換を行って整形入
    力パターンを生成し、 前記取り出した標準パターンと前記整形入力パターンと
    の間で、対応するストローク対ごとの距離の和に基づく
    パターン間距離を算出し、 全ての標準パターンと全ての標準パターンに対してそれ
    ぞれ生成した整形入力パターンとのパターン間距離に基
    づき、そのパターン間距離の小さい標準パターンに係る
    文字カテゴリーから順に前記入力パターンについての認
    識候補文字カテゴリーとするオンライン手書き文字認識
    方法であって、 前記取り出した標準パターンと前記入力パターンとの間
    で、それぞれのストロークを１対１に対応させる際に、
    ストローク対ごとに特徴点数を揃え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】 文字カテゴリーごとに、文字を構成する
    各ストロークを一定点数の特徴点で表し、その特徴点の
    位置座標を標準パターンとして予め格納しておき、 入力された手書き文字の入力パターンを前記特徴点で表
    し、 前記標準パターンを文字カテゴリーごとに取り出し、 その取り出した標準パターンと前記入力パターンとの間
    で、画数及び筆順の変動を吸収した１体１のストローク
    対応を決定し、 前記入力パターンの各ストロークごとに、前記取り出し
    た標準パターンの対応するストロークに対して重なりが
    最大となるような前記入力パターンの対応するストロー
    クに対するアフィン変換操作を決定し、 前記入力パターンの各ストロークごとに、決定されたア
    フィン変換操作に基づき、アフィン変換を行って整形入
    力パターンを生成し、 前記取り出した標準パターンと前記整形入力パターンと
    の間で、対応するスト ローク対ごとの距離の和に基づく
    パターン間距離を算出し、 全ての標準パターンと全ての標準パターンに対してそれ
    ぞれ生成した整形入力パターンとのパターン間距離に基
    づき、そのパターン間距離の小さい標準パターンに係る
    文字カテゴリーから順に前記入力パターンについての認
    識候補文字カテゴリーとするオンライン手書き文字認識
    方法であって、 文字カテゴリーごとに、文字を構成する各ストロークを
    一定点数の特徴点で表し、その特徴点の位置座標を標準
    パターンとして予め格納しておく際に、文字カテゴリー
    ごとに複数の文字パターンを特徴点で表し、それらの平
    均位置座標を標準パターンとして予め格納しておくこと
    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】 手書き文字の入力パターンが入力される
    文字情報入力手段と、 前記入力パターンを構成する各ストロークを一定点数の
    特徴点で表す特徴点抽出手段と、 文字カテゴリーごとに、文字を構成する各ストロークが
    一定点数の特徴点で表され、その特徴点の位置座標が標
    準パターンとして予め格納される標準パターン格納手段
    と、 前記標準パターンを文字カテゴリーごとに取り出し、そ
    の取り出した標準パターンと前記入力パターンとの間
    で、画数及び筆順の変動を吸収した１対１のストローク
    対応を決定するストローク対応決定手段と、 前記入力パターンの各ストロークごとに、前記取り出し
    た標準パターンの対応するストロークに対して重なりが
    最大となるような前記入力パターンの対応するストロー
    クに対するアフィン変換操作を決定するストロークアフ
    ィン変換操作決定手段と、 前記入力パターンの各ストロークごとに、決定されたア
    フィン変換操作に基づき、アフィン変換を行って整形入
    力パターンを生成する整形入力パターン生成手段と、 前記取り出した標準パターンと前記整形入力パターンと
    の間で、対応するストローク対ごとの距離の和に基づく
    パターン間距離を算出するパターン間距離算出手段と、 全ての標準パターンと全ての標準パターンに対してそれ
    ぞれ生成した整形入力パターンとのパターン間距離に基
    づき、そのパターン間距離の小さい標準パターンに係る
    文字カテゴリーから順に前記入力パターンについての認
    識候補文字カテゴリーとするパターン間距離並べ換え手
    段と、 を備えるオンライン手書き文字認識装置であって、 前記ストロークアフィン変換操作決定手段は、前記アフ
    ィン変換操作の決定の際に、前記入力パターンの各スト
    ロークごとに、そのストローク及び筆順で前後する適当
    数のストロークを含む複数ストローク群についてアフィ
    ン変換を施し、標準パターン中の対応する複数ストロー
    ク群への重なりが最大となるアフィン変換操作を決定す
    ることを特徴とするオンライン手書き文字認識装置 。
  5. 【請求項５】 手書き文字の入力パターンが入力される
    文字情報入力手段と、 前記入力パターンを構成する各ストロークを一定点数の
    特徴点で表す特徴点抽出手段と、 文字カテゴリーごとに、文字を構成する各ストロークが
    一定点数の特徴点で表され、その特徴点の位置座標が標
    準パターンとして予め格納される標準パターン格納手段
    と、 前記標準パターンを文字カテゴリーごとに取り出し、そ
    の取り出した標準パターンと前記入力パターンとの間
    で、画数及び筆順の変動を吸収した１対１のストローク
    対応を決定するストローク対応決定手段と、 前記入力パターンの各ストロークごとに、前記取り出し
    た標準パターンの対応するストロークに対して重なりが
    最大となるような前記入力パターンの対応するストロー
    クに対するアフィン変換操作を決定するストロークアフ
    ィン変換操作決定手段と、 前記入力パターンの各ストロークごとに、決定されたア
    フィン変換操作に基づき、アフィン変換を行って整形入
    力パターンを生成する整形入力パターン生成手段と、 前記取り出した標準パターンと前記整形入力パターンと
    の間で、対応するスト ローク対ごとの距離の和に基づく
    パターン間距離を算出するパターン間距離算出手段と、 全ての標準パターンと全ての標準パターンに対してそれ
    ぞれ生成した整形入力パターンとのパターン間距離に基
    づき、そのパターン間距離の小さい標準パターンに係る
    文字カテゴリーから順に前記入力パターンについての認
    識候補文字カテゴリーとするパターン間距離並べ換え手
    段と、 を備えるオンライン手書き文字認識装置であって、 前記ストローク対応決定手段は、前記取り出した標準パ
    ターンと前記入力パターンとの間で、それぞれのストロ
    ークを１対１に対応させる際に、ストローク対ごとに特
    徴点数を揃えることを特徴とするオンライン手書き文字
    認識装置。
  6. 【請求項６】 手書き文字の入力パターンが入力される
    文字情報入力手段と、 前記入力パターンを構成する各ストロークを一定点数の
    特徴点で表す特徴点抽出手段と、 文字カテゴリーごとに、文字を構成する各ストロークが
    一定点数の特徴点で表され、その特徴点の位置座標が標
    準パターンとして予め格納される標準パターン格納手段
    と、 前記標準パターンを文字カテゴリーごとに取り出し、そ
    の取り出した標準パターンと前記入力パターンとの間
    で、画数及び筆順の変動を吸収した１対１のストローク
    対応を決定するストローク対応決定手段と、 前記入力パターンの各ストロークごとに、前記取り出し
    た標準パターンの対応するストロークに対して重なりが
    最大となるような前記入力パターンの対応するストロー
    クに対するアフィン変換操作を決定するストロークアフ
    ィン変換操作決定手段と、 前記入力パターンの各ストロークごとに、決定されたア
    フィン変換操作に基づき、アフィン変換を行って整形入
    力パターンを生成する整形入力パターン生成手段と、 前記取り出した標準パターンと前記整形入力パターンと
    の間で、対応するストローク対ごとの距離の和に基づく
    パターン間距離を算出するパターン間距離算出 手段と、 全ての標準パターンと全ての標準パターンに対してそれ
    ぞれ生成した整形入力パターンとのパターン間距離に基
    づき、そのパターン間距離の小さい標準パターンに係る
    文字カテゴリーから順に前記入力パターンについての認
    識候補文字カテゴリーとするパターン間距離並べ換え手
    段と、 を備えるオンライン手書き文字認識装置であって、 前記標準パターンについても、文字情報入力手段を介し
    て入力され、特徴点抽出手段により特徴点が抽出される
    ことを特徴とするオンライン手書き文字認識装置。
  7. 【請求項７】 文字情報入力手段を介して、文字カテゴ
    リーごとに複数の文字パターンが入力され、 前記特徴点抽出手段の後段に、前記複数の文字パターン
    の対応する複数のストロークについての複数の特徴点の
    平均位置座標を算出する特徴点平均位置座標算出手段を
    更に有することを特徴とする請求項６に記載のオンライ
    ン手書き文字認識装置。
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局所的Ａｆｆｉｎｅ変換を用いたオンライン手書き文字認識，電子情報通信学会論文誌Ｄ，日本，１９９８年 ２月，Ｖｏｌ．Ｊ７１−Ｄ Ｎｏ．２，ｐｐ．３７９−３８６

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