JP3600380B2 - 画像処理方法及びファクス文字認識装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する分野】
本発明は、画像処理の分野に係り、特に、文書や帳票の画像の位置合わせ技術及びその関連技術の分野に関する。
【0002】
【従来の技術】
画像処理分野において、2枚以上の同種の画像を位置合わせしたい場合が少なくない。例えば、ファクシミリで送られてきた帳票の画像中から必要な記載事項を切り出し、文字認識を行うファクス文字認識装置(FAXOCR装置)においては、受信した画像から必要な記載事項を精度良く切り出すために、それに先だち、受信画像を、基準として予め用意された画像(参照画像)と位置合わせする必要がある。このような画像の位置合わせに関しては多くの従来技術が知られているが、その代表的なものと、その問題点を次に述べる。
【0003】
従来技術1:特開昭63−3388号公報に記載のように、画像上の代表点において、少しずつ画像をずらしてパターンマッチングを行い、類似度の関数を重み係数として用いて画像の位置ずれを検出する。しかし、この方法は、少しずつずらして、その度にマッチング処理を行う必要があるので、計算量が非常に多くなる。また、ずれ量が大きい場合には、ずらし幅を大きくとらなければならないので、計算量は膨大になる。ずらし幅を大きくとった場合には、誤ってローカルピークを検出する恐れがある。
【0004】
従来技術2:特公平2−54495号公報に記載のように、X方向,Y方向の積算射影の最もよく一致するずれ量を算出し、それを画像間のずれ量とする。しかし、この方法は、画像の変倍及び/又は回転がある場合に精度が落ちる。また、画像の内容が完全に一致しない場合(例えば、空の帳票とデータ記入済みの帳票との位置合わせの場合)、精度の低下が予想される。
【0005】
従来技術3:特開平4−261259号公報に記載のように、画像中の所定のマークを形状認識手法により抽出することによって、画像のずれを検出して補正する。しかし、この方法は、帳票の所定の位置に予め所定のマークを印字する必要がある。所定のマークが汚れている場合には形状認識による検出が困難となる。また、所定のマークから遠い部分の補正精度の低下が避けられない。帳票に所定のマークを多数印字すれば、そのような不都合を減らし信頼性を向上させることができるが、帳票のデザインを困難にする。
【0006】
従来技術4:特開平4−336677号公報に記載のように、ウインドウ領域内でテンプレート画像を動かしながら最もマッチングのとれる位置を探し、それを真の対応点として画像の位置合わせを行う。この方法には、前記従来技術1と同様の問題点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、位置ずれ/回転/変倍のある画像の位置合わせを、特定のマーク等を用いずに、少ない計算量で精度よく行う画像処理方法を提供することである。本発明のもう一つの目的は、ファクシミリ通信によって入力された帳票画像上の情報を精度よく抽出するファクス文字認識装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明では、2つの画像より線分が十字交差する十字点を抽出し、両画像より抽出された十字点の対応付けを行い、両画像の対応付けられた十字点間の位置関係に基づいて一方の画像の他方の画像に対する位置ずれ、回転及び変倍を補正するための補正式を決定する
【0009】
ここで、十字点の抽出は、画像の各画素(注目画素)について、当該注目画素が黒で、該注目画素から所定距離だけ離れた左上、右上、右下、左下に位置する4画素が全て白画素のときに、当該注目画素を黒とし、それ以外は当該注目画素を白とするマスク処理を施し、該マスク処理後の画像より黒画素連結成分を抽出し、該抽出された黒画素連結成分のうちで、所定の大きさの黒画素連結成分を十字点として抽出する。さらに、マスク処理を施す前の画像より黒画素連結成分を抽出し、マスク処理後の画像より抽出された所定の大きさの黒画素連結成分のうちで、マスク処理を施す前の画像より抽出された特定の大きさを持つ黒画素連結成分の一部でない前記黒画素連結成分を十字点として抽出する
【0010】
十字点の対応付けは、一方の画像の十字点と、その位置を中心とした特定の大きさの探索範囲内に存在する他方の画像の十字点とを対応付ける。しかし、一方の画像の十字点の位置を中心とした探索範囲内に他方の画像の十字点が複数存在するときには、それら十字点は対応付けず、また、十字点を構成する線分の太さの相違が許容値を超える十字点は対応付けの対象から除外する
【0011】
本発明のファクス文字認識装置は、ファクシミリにより送られてきた記入済み帳票の画像を入力画像として取り込む手段と、上記のようにして、入力画像と、該入力画像と同一フォームの未記入状態の帳票の画像との位置ずれ、回転及び変倍を補正するための補正式を決定する手段と、決定された補正式に従って入力画像を補正する手段と、補正後の入力画像より予め位置指定された文字画像領域を切り出す手段と、切り出された文字画像領域に対し文字認識を行う手段とを具備する。未記入帳票画像の十字点は予め抽出され、その十字点に関する情報が保存されており、この情報が入力画像の補正式の決定に用いられる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施例によるファクス文字認識装置(FAXOCR装置)の機能的構成を示すブロック図である。このFAXOCR装置は、例えば図2に示すようなコンピュータシステム上でソフトウエアによって実現される。
【0013】
図2に示すコンピュータシステムは、CPU37、システムメモリ32、ハードディスク装置36、フロッピーディスク装置33、ディスプレイ39、スキャナ35、プリンタ38、ファクスモデム31等をシステムバス40で接続した構成である。図1の各機能部1〜6を実現するためのプログラムは、フロッピーディスク34よりフロッピーディスク装置33によってシステムメモリ32にロードされ、あるいはハードディスク装置36に予め格納されており、ハードディスク装置36より必要に応じてシステムメモリ32にロードされ、CPU37により実行される。処理すべき帳票等の画像は通信回線30よりファクスモデム31を介して入力され、又はスキャナ35より入力され、システムメモリ32に直接ロードされるか、ハードディスク装置36に一旦格納された後、必要に応じてシステムメモリ32にロードされる。参照画像(後述)に関するデータはハードディスク装置36に格納されており、必要に応じてシステムメモリ32にロードされる。このようなコンピュータシステムの一般的な動作については周知のとおりであるので、詳細は述べない。
【0014】
以下、本発明の一実施例について、全体的な処理の流れに沿って、図1及びその他の関連図面を参照し説明する。
【0015】
まず、画像入力部1で、ファクスによって送られてきた帳票画像(以下、入力画像と記す)を本装置で処理可能な形態で取り込み、入力画像メモリ8に格納する。ここでは入力画像の例として図3に示すような必要事項が記入された注文票の画像50を考える。このような入力画像に対する参照画像は、図4に示すような同じフォームの未記入状態の注文票の画像51である。
【0016】
十字点抽出部2は、入力画像の位置ずれ、回転、変倍の検出に用いる十字点を抽出する。十字点とは、基本的に表等に出現する罫線のような比較的長い線分が十字に交差した点のことである。この十字点抽出の処理フローを図5に示す。
【0017】
まず、入力画像50に対する矩形抽出処理を行う(ステップ100)。矩形抽出処理とは、黒画素の連結成分を囲む外接矩形を抽出する処理である。抽出された矩形(元矩形と呼ぶ)の情報(例えば対向する2コーナーの座標)は矩形メモリ9に格納される。
【0018】
次に、入力画像50に対しマスク処理を施す(ステップ101)。使用するマスクを図6に示す。つまり、入力画像において、マスクの中央の画素(注目画素)120が黒画素で、それより水平及び垂直方向にMw画素だけ離れた4つの画素121,122,123,124(左上、右上、右下、左下の画素)が全て白画素のときに、中央の画素120を黒画素とし、それ以外は白画素とする処理を施す。
【0019】
そして、このマスク処理を施した入力画像に対して矩形抽出処理を行う(ステップ102)。抽出される矩形(十字点抽出用矩形と呼ぶ)の情報は矩形メモリ9に格納される。十字点の部分には、線分の太さに応じ、ある一定の大きさの矩形が現れる。十字点の位置に現れる矩形の大きさの範囲は、下記の(1)式及び(2)式で算出できる。
【0020】
CRmn=2Mw−LWmx (1)
CRmx=2Mw−LWmn (2)
ただし、Mw :マスクの大きさ(中心から端までの画素数)
CRmn :十字点矩形の幅/高さの最小値(画素数)
CRmx :十字点矩形の幅/高さの最大値(画素数)
LWmn :十字点を構成する線分の太さの最小値(画素数)
LWmx :十字点を構成する線分の太さの最大値(画素数)
【0021】
図7は、これに関する説明図である。図7の(A)はマスク処理前の十字点部分を示しており、この十字点部分はマスク処理後は(B)のようになり、十字点抽出用矩形130が抽出される。
【0022】
ここで、適切なMw,LWmn,LWmxを求めれば、十字点候補としての十字点抽出矩形の大きさの閾値CRmn,CRmxを定めることができる。そこで、次のステップ103において、この閾値を用いて十字点抽出用矩形の大きさ判定を行って十字点候補を絞り込む。すなわち、下記の条件を全て満たす十字点抽出用矩形だけを十字点候補として抽出する。
【0023】
CRmn≦CRw≦CRmx (3)
CRmn≦CRh≦CRmx (4)
ただし、CRw :十字点抽出用矩形の幅(画素数)
CRh :十字点抽出用矩形の高さ(画素数)
【0024】
このような矩形の大きさに注目した十字点候補の抽出処理は単純で高速であるが、誤抽出も少なくない。そこで、次に、表のような大きな黒画素連結成分でなく、文字等のある程度小さい黒画素連結成分中で抽出された十字点候補を削除する処理を行う。具体的には、十字点候補は1つ以上の元矩形に包含されているので、十字点候補を包含する元矩形の1つでも次の条件(5)〜(7)
Rw≦Rsth (5)
Rh≦Rsth (6)
(Rw/Rh≦Rta)かつ(Rh/Rw≦Rta) (7)
ただし、Rw :十字点候補を含む元矩形の幅(画素数)
Rh :十字点候補を含む元矩形の高さ(画素数)
Rsth :元矩形の大きさの閾値(画素数)
Rta :元矩形の縦横比の閾値(画素数)
を全部を満たすときには、その十字点候補を削除する。
【0025】
すなわち、ステップ103で十字点抽出用候補が十字点候補と判定されると、その十字点抽出用矩形が包含されている元矩形を1つ選び、その元矩形が前記条件(5)及び(6)を同時に満たすか判定する(ステップ104)。条件を満たさない場合(No)、当該十字点候補を包含する別の元矩形を選び、それについてステップ104の条件判定を行う。条件が満たされた場合(Yes)、当該元矩形が前記条件(7)を満たすか判定する(ステップ105)。条件が満たされない場合(No)、当該十字点候補を包含する別の元矩形を選び、ステップ104の条件判定を行う。ステップ105で条件が満たされた場合(Yes)、当該十字点候補は文字等の小さい黒画素連結成分から抽出されたとみなされるので、候補から削除される。そして、別の十字点抽出用矩形についてステップ103の判定を行い、十字点候補を探す。十字点候補を包含する元矩形のどれも、ステップ105の判定結果がYesとならなかった場合、当該十字点候補は十字点と判断される。そして、その十字点の座標及び縦線と横線の太さを抽出し(ステップ106)、これを矩形メモリ9に格納する。
【0026】
例えば、図3に示した入力画像50上の文字列「注文票」中の文字「注」の旁「王」の中心で十字点候補が抽出されるが、これは「王」によって構成される元矩形に包含されるが、この元矩形はステップ104,105の条件判定によって候補から削除される。他の文字中の十字点候補も同様に十字点としては抽出されない。
【0027】
ステップ103〜107の処理が十字点抽出用矩形の全てに対して繰り返されると、十字点抽出処理は終了する。なお、ステップ106で算出される十字点の座標は、図8の(A)に示すように十字点矩形200の中心座標でもよいが、精度を上げるために、十字点の黒画素連結成分の重心の座標としてもよく、あるいは図8の(B)に示すように十字点矩形200の射影201,202が最大となる位置の座標としてもよい。
【0028】
参照画像51についても、同様の手法によって、図9に示すような十字点301〜308が予め抽出され、十字点の座標が、例えば図10に示すように、十字点番号、十字線の縦線及び横線の太さの情報とともに参照画像パターンメモリ7に格納されている。
【0029】
このようにして入力画像の十字点が抽出されると、対応点検出部3において、参照画像51と入力画像50の十字点の対応付けを行って、両画像の対応点を検出する処理を行う。まず、参照画像51上の十字点と、次の条件(8)〜(11)の全て満たす入力画像50上の十字点を、両画像の対応点候補とする。
|Xip−Ximp|<Lus (8)
|Yip−Yimp|<Luy (9)
|Xib−Ximb|<Lbx (10)
|Yib−Yimb|<Lby (11)
ただし、Xip :入力画像上の十字点のX座標
Yip :入力画像上の十字点のY座標
Ximp:参照画像上の十字点のX座標
Yimp:参照画像上の十字点のY座標
Xib :入力画像上の十字点の横線の太さ
Yib :入力画像上の十字点の縦線の太さ
Ximb:参照画像上の十字点の横線の太さ
Yimb:参照画像上の十字点の縦線の太さ
Lux :X方向の画像位置ずれの許容値
Luy :Y方向の画像位置ずれの許容値
Lbx :横線太さの相違許容値
Lby :縦線太さの相違許容値
【0030】
次に、抽出した対応点候補のうち、1対1の対応でない対応点候補は、いずれかの十字点との対応が間違っているので、対応点候補から除外し、除外されずに残った対応点候補だけを対応点(対応付けられた十字点のペア)とする。検出された対応点の座標が対応点メモリ10に格納される。
【0031】
入力画像50と参照画像51との対応点検出結果を図11に示す。入力画像50においては、本来存在しないはずの縦線400が存在するため、余分なものを含め14個の十字点401〜414が抽出される。十字点301については、それに対応する十字点の探索範囲(十字点301の座標を中心に上下Luy、左右にLuxの矩形範囲)に2つの十字点401,409が存在するが、その一方の十字点409は縦線の太さの相違が許容値を超えているため、つまり前記条件(11)を満たさないため対応点候補とはならず、他方の十字点401だけが対応点候補となり、したがって十字点301,401が対応点のペアとして検出される。十字点302も同様にして十字点402とだけ対応つけられ、対応点のペアとして検出される。十字点305,306は十字点405,406と1対1に対応付けられ、それぞれが対応点のペアとして検出される。十字点307,308はそれぞれの対応点探索範囲に同じ2つの十字点407,408があり、1対1の対応とならないため、これらの十字点は対応点としては検出されない。十字点403,404については、十字点412,413の縦線の太さの相違が大きいため、十字点403,404だけが対応点候補となるが、1対1の対応とならないため、対応点は検出されない。かくして、4組の対応点が検出された。
【0032】
このようにして入力画像50と参照画像51の対応点の検出が終わると、画像補正部4において、入力画像50と参照画像51の対応点間のずれ(平行移動、回転、変倍)を算出し、そのずれを補正するための補正関数を求める。この補正関数の求め方は、例えば、William H.Press,”Numerical Recipes in C”,CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS,PP.59−70,PP.671−681に述べられている方法を用いることができる。本実施例では、補正関数としてアフィン変換を用いるものし、上記文献の方法によって次の補正式が得られたとする。
【0033】
【数1】
Figure 0003600380
【0034】
ただし、(Xi,Yi)は入力画像の座標系、(Xt,Yt)は入力画像の補正画像の座標系である。画像補正部4は、この補正式を用いて、入力画像50の補正画像を生成する。例えば、補正画像上の(2981,3864)の画素値を算出する際には、まず補正式を用いて対応する入力画像上の座標を算出する。すなわち、
【0035】
【数2】
Figure 0003600380
【0036】
したがって、この画素の場合、入力画像の(3158,3726)の画素値を補正画像の(2981,3864)の画素値とする。同様の方法で補正画像の全ての画素について入力画像を参照して画素値を算出すると、入力画像50を、そのフォームと参照画像51のフォームとが同じ位置になるように補正した画像が得られる。補正画像は入力画像メモリ8に保存される。
【0037】
文字画像切り出し部5では、補正画像から文字画像領域を切り出すが、この切り出しのためのデータは参照画像51に対応して文字画像領域メモリ11に予め格納されている。このデータは例えば図12に示すように、文字画像領域の番号、属性、座標(領域の左上コーナーと右下コーナーの座標)からなる。文字画像切り出し部5は、文字画像領域の番号順に、その座標に基づいて文字画像領域の画像データを補正画像より切り出し、文字認識部6へ渡す。この例では、図13の(A)に示すような画像データが切り出される。
【0038】
文字認識部6においては、文字切り出し部5より入力された画像データより個々の文字を切り出して文字認識し、文字コードをデータ番号とともに出力する。この例の文字認識結果は図13の(B)のようになり、外部への出力データは図13の(C)のようになる。本実施例のFAXOCR装置を利用した受発注システムでは、文字認識結果に基づいて受発注処理が実行されることになる。
【0039】
なお、文字認識部6のスキューに対する頑強性が高い場合には、入力画像の補正画像を生成する代わりに、文字画像領域メモリ11中の文字画像領域の座標に補正を施し、補正後の座標に基づいて補正前の入力画像より文字画像領域の画像データを切り出すようにしてもよい。このような文字画像領域の座標の補正処理は、入力画像の補正画像を生成する処理に比べ計算量が遥かに少なく、処理速度の面で有利である。ただし、入力画像上の文字画像そのものの回転、変倍等は補正されないので、補正画像を生成する方法に比べ認識精度の面では不利である。
【0040】
以上、本発明の一実施例によるFAXOCR装置について詳細に説明したが、本発明は画像の位置合わせを必要とする様々な装置もしくはシステムに一般的に適用できるものである。また、本発明は一般的なコンピュータシステム上でソフトウエアによって実施することができるが、専用のハードウエアによって実施できることは言うまでもない。
【0041】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、帳票類の表に見られるような線分の十字交差によって現れる十字点を利用することにより、格別のマークを帳票等に印刷することなく、位置ずれ、回転、変倍のある帳票等の画像の位置合わせが可能であり、また、画像をずらしつつマッチングを繰り返すような非常に多くの計算量を必要とする処理を行わないため、比較的少ない計算量で画像の位置合わせが可能である。特に請求項2記載の発明によれば、文字中に線分の十字交差点のような不適切な十字点の誤検出を減らし、画像の位置合わせ精度を高めることができる。また、請求項3記載の発明によれば、対応した十字点の探索範囲を制限することにより、探索のための処理量の増加を避けるとともに十字点の対応付けの間違いを減らすことができ、特に請求項4又は5記載の発明によれば十字点の対応付けの間違いをさらに確実に回避でき、画像の位置合わせ精度を高めることができる。
【0042】
また、本発明によれば、ファクシミリで送られてきた帳票等の画像に位置ずれ、回転、変倍があっても、その画像に記入された情報を高精度に抽出可能なファクス文字認識装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるFAXOCR装置の機能的ブロック図である。
【図2】本発明を実施するためのコンピュータシステムの一例を示すブロック図である。
【図3】入力画像の一例を示す図である。
【図4】参照画像の一例を示す図である。
【図5】十字点抽出処理のフローチャートである。
【図6】十字点抽出用マスクの一例を示す図である。
【図7】十字点抽出用矩形とマスク処理の説明図である。
【図8】(A)矩形中心を十字点の中心とする方法を示す図である。
(B)射影のピーク位置を十字点の中心とする方法を示す図である。
【図9】参照画像上の十字点を示す図である。
【図10】参照画像パターンメモリの内容を示す図である。
【図11】十字点の対応付けを示す図である。
【図12】文字画像領域メモリの内容を示す図である。
【図13】文字画像切り出し結果、文字認識結果及び出力データの説明図である。
【符号の説明】
1 画像入力部
2 十字点抽出部
3 対応点検出部
4 画像補正部
5 文字画像切り出し部
6 文字認識部
7 参照画像パターンメモリ
8 入力画像メモリ
9 矩形メモリ
10 対応点メモリ
11 文字画像領域メモリ
30 通信回線
31 ファクスモデム
32 システムメモリ
33 フロッピーディスク装置
34 フロッピーディスク
35 スキャナ
36 ハードディスク装置
37 CPU
38 プリンタ
39 ディスプレイ
50 入力画像
51 参照画像
301〜308 参照画像上の十字点
401〜414 入力画像上の十字点

Claims (7)

  1. 2つの画像より線分が十字交差する十字点を抽出し、両画像より抽出された十字点の対応付けを行い、両画像の対応付けられた十字点間の位置関係に基づいて一方の画像の他方の画像に対する位置ずれ、回転及び変倍を補正するための補正式を決定する画像処理方法において、
    画像の各画素(以下、注目画素)について、当該注目画素が黒で、該注目画素から所定距離だけ離れた左上、右上、右下、左下に位置する4画素が全て白画素のときに、当該注目画素を黒とし、それ以外は当該注目画素を白とするマスク処理を施し、該マスク処理を施した後の画像より黒画素連結成分を抽出し、該抽出された黒画素連結成分のうちで、所定の大きさの黒画素連結成分を十字点として抽出することを特徴とする画像処理方法。
  2. 請求項1記載の画像処理方法において、マスク処理を施す前の画像より黒画素連結成分を抽出し、マスク処理を施した後の画像より抽出された黒画素連結成分の所定の大きさの黒画素連結成分のうちで、前記マスク処理を施す前の画像より抽出されたある特定の大きさを持つ黒画素連結成分の一部でない前記黒画素連結成分を十字点として抽出することを特徴とする画像処理方法。
  3. 請求項1又は2記載の画像処理方法において、一方の画像の十字点と、その位置を中心とした特定の大きさの探索範囲内に存在する他方の画像の十字点とを対応付けることを特徴とする画像処理方法。
  4. 請求項3記載の画像処理方法において、一方の画像の十字点の位置を中心とした探索範囲内に他方の画像の十字点が複数存在するときには、それら十字点を対応付けしないことを特徴とする画像処理方法。
  5. 請求項3又は4記載の画像処理方法において、十字点を構成する線分の太さの相違が許容値を超える十字点は対応付けの対象から除外することを特徴とする画像処理方法。
  6. ファクシミリにより送られてきた記入済み帳票の画像を入力画像として取り込む手段と、請求項3、4又は5記載の画像処理方法によって、入力画像と、該入力画像と同一フォームの未記入状態の帳票の画像との位置ずれ、回転及び変倍を補正するための補正式を決定する手段と、決定された補正式に従って入力画像を補正する手段と、補正後の入力画像より予め位置指定された文字画像領域を切り出す手段と、切り出された文字画像領域に対し文字認識を行う手段とを具備するファクス文字認識装置。
  7. 請求項6記載のファクス文字認識装置において、未記入帳票画像の十字点は予め抽出され、その十字点に関する情報が保存されており、この情報が入力画像の補正式の決定に用いられることを特徴とするファクス文字認識装置。
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