JP4165175B2 - 図形認識装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
近年、スキャナ等の入力機器の普及に伴って、画像を取り扱う機会が増加しており、それに伴って、文書を読み取るＯＣＲ（文字認識装置またはソフト）や、紙の情報を電子データとして復元する文書復元の需要が増加している。
本発明は、文書復元などを目的として、画像から図形を抽出し直線および円弧として表現する図形認識装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像中の図形を復元する際には、パターンの輪郭または細線化画像等パターンの骨組みを示す画像に対して、傾きが変化している点である変曲点を求め、その点をもとに、画像を構成する直線と円弧を判別していた。（例えば、特許文献１参照）
図8 に、従来例の図形認識装置の構成図を示す。光学的手段などにより、図形を入力する画像入力部２と、読み取られた画像を記憶する画像記憶部３と、読みとられた図形の輪郭点列を抽出する輪郭点抽出部４と、点列からサンプル点を抽出するサンプル点抽出部11と、サンプル点から変曲点を検出する変曲点検出部12と、変曲点より直線円弧を抽出する直線円弧検出部13と認識結果から画像を復元する画像形成部７と、その結果を表示する画像出力部８と各種情報を記憶する情報記憶部９とからなる。
【０００３】
まず、画像入力部２は、文書などの画像を読取り、画像記憶部３に記憶し、記憶された画像をもとに、輪郭点抽出部４で、読取られた画像を点列化する。
次に、サンプル点抽出部11により、点列から一定間隔で、サンプル点を抽出し、情報記憶部９に記憶する。
次に、変曲点検出部12により、連続する各サンプル点間を結ぶベクトルを導出し、連続するベクトル間のなす角を求める。
【０００４】
図９に従来例の変曲点検出の説明図を示す。
例えば、図９(a) の輪郭点列のサンプル点をＡ、Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、それぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのなす角度はａ、ｂ、ｃ、d となる。そして、各サンプル点での隣接する角度の差が閾値より大きい点を変曲点と認識する。例えば、閾値より大きい点がＤとすると、その点Ｄが変曲点として検出され、情報記憶部９に記憶する。
【０００５】
次に、直線円弧判別部13により、情報記憶部９に記憶されている変曲点間のサンプル点の角度の平均値を求める。その値が所定値より大きいか否かで変曲点間を直線又は円弧と認識する。そして、その結果をもとに画像形成部7 により、画像を復元して、画像出力部８により復元した画像をを表示する。
【０００６】
【特許文献１】
特公平０４−６２１０７（第１頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スキャナ等で入力した画像は輪郭が滑らかではなく凹凸があり、変曲点を求める際に、その凹凸の影響により実際にはない変曲点を抽出してしまい、復元した画像に凸凹が残ってしまう問題がある。
本発明は、入力された画像の輪郭点の凸凹の検出を減少させ、輪郭に凸凹の少ない画像を復元する図形認識装置、図形認識プログラムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明の図形認識装置は、入力された図形画像から抽出された輪郭または図形パターンの中心線といったパターンの形状を示すパターン形状画素の繋がりをもとに変曲点を抽出し、抽出された変曲点から直線、円弧を判別して画像を復元し出力する図形認識装置であって、抽出されたパターン形状画素の中から注目点を選択し、選択された注目点を頂点として、注目点からパターン形状画素上に所定の距離Ｌ離れた２点により構成する角度と、注目点を頂点として、注目点からの所定の距離Ｌより近い２点により構成される複数の角度との平均をとる注目点角度平均取得手段と、注目点からの所定の距離Ｌより近い点を比較点の頂点とし、比較点と、比較点から所定の距離Ｌ離れた２点により構成する角度と、比較点を頂点として比較点からの所定の距離Ｌより近い２点により構成される複数の角度との平均をとる比較点角度平均取得手段と、注目点の平均角度とすべての比較点の平均角度との差が所定の閾値より大きい場合には、注目点を変曲点として抽出する第一変曲点抽出手段とを備える構成である。
【０００９】
この構成により、注目点を頂点にして、ある一定距離離れた２画素を端点とした角度のみでは、画像の凹凸に影響される場合がある。そこで、注目点を頂点として注目点から距離Ｌ離れた２点とにより構成する角度と、注目点を頂点として距離Ｌより近い２点により構成される複数の角度の平均をとり、注目点における角度とすることで、凸凹の影響をより減少させることができる。
ここで、角度とは、３点のなす内角を、まっすぐな場合である１８０度と比較した場合の差とする。また、距離Ｌとは、画素数がＬ（整数値）を指す。
【００１２】
また、注目点の平均角度と比較点の平均角度との差が所定の閾値の範囲内のとき、既に変曲点として抽出されたものが比較点の中にある場合には注目点を変曲点として抽出せず、比較点の中に変曲点として抽出されたものがない場合には注目点を変曲点として抽出する第二変曲点抽出手段と、変曲点と変曲点の間隔差および各変曲点の角度差が各所定の閾値の範囲内にある変曲点の集合を検出する変曲点集合検出手段と、
検出した集合から、変曲点が、所定の範囲の角度を有するときには、変曲点の集合をもとに、円弧を形成する円弧形成手段とを備える構成である。
【００１３】
この構成により、同程度の角度を持つものを、一定間隔で変曲点とすることができ、更に所定の範囲の角度から、直線と円弧集合とを判別することで、円弧の変曲点の集合情報を取得擦ることが出来るので、円弧を容易に形成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施例の図形認識装置の構成図を図１に示す。
画像入力部２と画像記憶部３、輪郭点抽出部４と変曲点抽出部５と、直線円弧判別部６と、画像形成部７と、画像出力部８、情報記憶部９とから構成される。画像入力部２は、図形画像を入力し２値画像として画像記憶部３に記憶する。
【００１５】
画像記憶部３は、入力された画像を記憶する。
輪郭点抽出部４は、画像パターンの輪郭画像を作成し、それをもとに図形のベクトル化を行う。輪郭抽出方法は、輪郭画像および細線化画像が作成できれば従来のいかなる方法でも構わない。
変曲点抽出部５は、輪郭点列から変曲点を抽出する。
【００１６】
直線円弧判別部６は、直線と円弧を判別する。
画像形成部７は、直線、円弧データ情報から、画像を復元する。
画像出力部８は、復元された画像を出力する。
情報記憶部９は、輪郭情報、各変曲点の平均角度と座標位置、直線情報、円弧情報を記憶する。
【００１７】
実施例の図形認識装置の処理の流れ図を図２に示す。
まず、画像入力部２が、文書等の図形を読取り、入力する（Ｓ１１ステップ）。読取られた画像は、２値化され、画像記憶部３に記憶される。次に記憶された画像について、その輪郭を求める（Ｓ１２ステップ）。
図３に輪郭抽出処理の説明図を示す。
【００１８】
まず、画像を操作して黒画素を見つけたところａを出発点の注目点とする。そこから、右回りまたは左周りに輪郭を見つける。図３では、右回りとする。
次の画素を見つけるためには、注目点を中心として右回りに黒画素を探すことを行う。
例えば、ｂが注目点である場合には、ｂの前に注目点であった画素はａであるので、ｂを中心としたａの方向は、図３（ｂ）において８の方向である、そこで、注目点を中心として８の方向から１画素右回りに移動した位置は、図３（ｂ）において、1 の方向である。そこで、黒画素ｂの次の黒画素を探す場合には、ｂを中心として、位置１の方向の画素を開始点として右回りに黒画素を探す。その結果、位置４にある、画素ｃが見つかり（図３（ｃ）参照）、画素ｂの次にくる輪郭は画素ｃであることが分かる。この処理を繰り返していき、開始点である画素ａに戻ってくるまでつづけることで輪郭を構成する画素を抽出する（図３（ｄ）参照）。抽出した輪郭情報は、情報記憶部９に記憶される。
【００１９】
次に、輪郭情報から、変曲点を抽出する（Ｓ１３ステップ）。
図４に変曲点抽出処理の流れ図を示す。
まず、抽出された輪郭を構成するある画素を注目点として抽出する（Ｓ２１ステップ）。
次に、注目点の角度を算出する際には、注目点を中心に、一定範囲Ｌ離れた２点を抽出する。そしてその角度を求める。また、それぞれの点の角度は、角度算出に用いる点を一定距離Ｌ離れた点だけではなく、距離Ｌ以下の遠い点から近い点、複数の点を用いてその平均値を用いることで、それぞれの点における角度を決定する（Ｓ２２ステップ）。
【００２０】
図５に変曲点抽出処理の説明図を示す。
図５（ａ）輪郭点列のような場合、画素ａを注目点とすると、ある一定距離Ｌ（本例では、５画素分の距離）だけ離れた２点とはそれぞれ、ｂ、ｃとなり、画素ａの角度θは、図５（ｂ）のようにｂ−ａ−ｃから求める。ｂ−ａ−ｃの角度と180 °の差とする。
【００２１】
次に、画素ａ−ｃ、ａ−ｂ間の画素について、距離Ｌ以下の遠い点から近い点へ順番にその画素から、角度Ｄ−ａ−Ｋ、Ｃ−ａ−Ｊ、Ｂ−ａ−Ｉ、Ａ−ａ−Ｈを同様に求める。
注目点の画素ａの平均角度は、５つの角度の総和の１／５となる。
次に、注目点と一定範囲Ｌ離れた２点の間にある画素Ａ〜ｂ、Ｈ〜ｃを比較点として抽出し（Ｓ２３ステップ）、その点から一定範囲Ｌ離れた２点を抽出し、その角度を求める。例えば、Ａを比較点とすると、Ｅ−Ａ−Ｋの角度を求める。
【００２２】
また、それぞれの比較点の角度は、角度算出に用いる点を一定距離Ｌ離れた点だけではなく、注目点の場合と同様に、距離Ｌ以下の遠い点から近い点、複数の点を用いてその平均値を用いることで、それぞれの点における角度を決定する（Ｓ２４ステップ）。
次に、注目点の平均角度−比較点の平均角度＝Ａを求める（Ｓ２５ステップ）。次に、Ａと閾値αとを比較する（Ｓ２６ステップ）。
【００２３】
Ａ＞αである場合は、注目点を変曲点として抽出し、情報記憶部９に平均角度と座標位置を記憶する（Ｓ２７ステップ）。
また、注目点の平均角度が、比較点の平均角度より小さく、−Ａ＞αの場合は、注目点は、変曲点と判断しない（Ｓ２８ステップ）。
また、｜Ａ｜≦αの場合は、同程度の角度を持つ点が、距離Ｌ内にあった場合である（Ｓ２９ステップ）。
【００２４】
すなわち、同程度の角度を持つ点が距離Ｌ内にあった場合には、既に変曲点として抽出された点があれば、その変曲点を優先し、注目点は変曲点として抽出しないとする。変曲点がない場合には注目点を変曲点として抽出し、情報記憶部９に平均角度と座標位置を記憶する。
次にすべての変曲点が終了したか否かを判断し（Ｓ３０ステップ）、終了していないときには、新たな注目点を抽出するため、Ｓ２１ステップに戻り、輪郭点列が終了するまで同じ処理を繰り返し、終了していれば、処理を終了する。
【００２５】
また、上記に使用する注目点と角度算出に用いる画素との距離Ｌは、解像度にあわせて可変とする。
このようにすることで、白黒二値画像から図形を抽出しその結果をベクトル化する目的で、線の曲がっている変曲点を見つける処理において、ある注目点を頂点として注目点から距離Ｌ離れた２点とにより構成する角度が、距離Ｌより近い点それぞれを頂点とし、それぞれから距離Ｌ離れた２点とにより構成される角度より大きい場合には、注目点を変曲点として抽出することで、変曲点周囲の凸凹画素を変曲点として抽出することを防ぐことができる。
【００２６】
また、ある注目点を頂点として注目点から距離Ｌ離れた２点とにより構成する角度が、距離Ｌより近い点それぞれを頂点とし、それぞれから距離Ｌ離れた２点とにより構成される角度と同程度の場合、既に、距離Ｌより近い点のなかで変曲点として抽出されたものがある場合には、注目点を変曲点として抽出せず、距離Ｌより近い点のなかで変曲点として抽出されたものがない場合には、注目点を変曲点として抽出することで、曲点等のどの点も同一の角度を持つ場合に、一定間隔で変曲点を抽出することができる。
【００２７】
次に、直線円弧判別処理を行う（Ｓ１４ステップ）。
図６に直線円弧判別処理の流れ図を示す。
変曲点の中から、直線の変曲点の集合を求める（Ｓ５１ステップ）。
この場合は、変曲点における角度が所定の角度、例えばほぼ０度の変曲点が連続している場合、または、変曲点間の角度がほぼ０度の場合である。
【００２８】
すなわち、基本的に、変曲点は曲がっている個所であるので、変曲点の間を直線とみるが、しかし、ある変曲点Ａにおける角度が０度に近く、Ａをはさむ変曲点Ｂ，Ｃの角度が大きい場合には、Ｂ，Ｃ間を直線とする。また、角度が０度に近い変曲点が複数連続している場合には、それらの点の集合と直線との重なりが一定以上の割合である場合には、その変曲点の連続している部分を直線とする。
【００２９】
そして、情報記憶部９にその直線の両端点の座標を直線情報として記憶する（Ｓ５２ステップ）。
次に、変曲点の中から、直線情報以外で、ほぼ同間隔、同角度をもつ変曲点の各集合を求める（Ｓ５３ステップ）。
次に各集合毎に各円弧の中心位置、半径を求める（Ｓ５４ステップ）。
【００３０】
円弧の判定は、それぞれの円弧候補中の任意の変曲点の3 点を抽出し、その座標値から求める。円は、r ×r=(x−a)×(x−a)＋(y−b)×(y−b)で表せるので、３点の位置情報が分かれば、ｒ、ａ、ｂの算出ができる。ここで、ｒ：円弧の半径、ｘ：ｘ座標、ｙ：ｙ座標、ａ：円弧の中心のｘ座標、ｂ：円弧の中心のｙ座標である。
【００３１】
算出した円の数式により、前記３点以外の点が計算上の円弧上にあるか否かで確認を行う。一定割合以上の変曲点が計算上の円弧上に存在した場合には、その領域は円弧であると判断し、円弧として抽出する。このとき、完全に一致せずとも計算上の円弧からある一定距離はなれている場合でも計算上の円弧と一致するとみなす。
【００３２】
求められた円弧情報を情報記憶部９に記憶する（Ｓ５５ステップ）。
このようにすることで、白黒二値画像から図形を抽出しその結果をベクトル化する目的で、線の曲がっている変曲点を見つけ、円弧領域を抽出する処理において、変曲点と変曲点の間隔および変曲点における角度がそれぞれほぼ同程度の変曲点の集合を見つけることで、円弧の位置を容易に抽出することができる。
【００３３】
図7 に図形情報抽出処理の説明図を示す。
直線円弧判別処理により、変曲点×から、画素ａ−ｂ、ａ−ｃ、ｂ−ｆ、ｃ−ｄ、ｅ−ｆは直線として抽出され、ｄ−ｅは円弧として抽出される。直線は、両端点の座標、円弧は中心部の座標および半径、円弧の両端点が抽出結果となる。次に、情報記憶部９から、得られた直線情報、円弧情報を読出し、画像形成部７にて画像を復元する（Ｓ１５ステップ）。
【００３４】
次に、その図形を画像出力部８によりディスプレイなどに出力する（Ｓ１６ステップ）。
【００３５】
【発明の効果】
本発明により、入力された画像の輪郭点の凸凹の検出を減少させることができるため、凸凹が減少した画像を復元できる。また、ほぼ同一間隔、ほぼ同一角度の変曲点情報を用いることで、画像の復元が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の図形認識装置の構成図
【図２】実施例の図形認識装置の処理の流れ図
【図３】輪郭抽出処理の説明図
【図４】変曲点抽出処理の流れ図
【図５】変曲点抽出処理の説明図
【図６】直線円弧判別処理の流れ図
【図７】図形情報抽出処理の説明図
【図８】従来例の図形認識装置の構成図
【図９】従来例の変曲点検出の説明図
【符号の説明】
１ 図形認識装置
２ 画像入力部
３ 画像記憶部
４ 輪郭点抽出部
５ 変曲点抽出部
６ 直線円弧判別部
７ 画像形成部
８ 画像出力部
９ 情報記憶部
１１ サンプル点抽出部
１２ 変曲点検出部
１３ 直線円弧検出部

Claims (2)

1. 入力された図形画像から抽出された輪郭または図形パターンの中心線といったパターンの形状を示すパターン形状画素の繋がりをもとに変曲点を抽出し、抽出された変曲点から直線、円弧を判別して画像を復元し出力する図形認識装置であって、
   抽出されたパターン形状画素の中から注目点を選択し、選択された注目点を頂点として、注目点からパターン形状画素上に所定の距離Ｌ離れた２点により構成する角度と、注目点を頂点として、注目点からの所定の距離Ｌより近い２点により構成される複数の角度との平均をとる注目点角度平均取得手段と、
   注目点からの所定の距離Ｌより近い点を比較点の頂点とし、比較点と、比較点から所定の距離Ｌ離れた２点により構成する角度と、比較点を頂点として比較点からの所定の距離Ｌより近い２点により構成される複数の角度との平均をとる比較点角度平均取得手段と、
   注目点の平均角度とすべての比較点の平均角度との差が所定の閾値より大きい場合には、注目点を変曲点として抽出する第一変曲点抽出手段とを備える図形認識装置。
2. 注目点の平均角度と比較点の平均角度との差が所定の閾値の範囲内のとき、既に変曲点として抽出されたものが比較点の中にある場合には注目点を変曲点として抽出せず、比較点の中に変曲点として抽出されたものがない場合には注目点を変曲点として抽出する第二変曲点抽出手段と、
   変曲点と変曲点の間隔差および各変曲点の角度差が各所定の閾値の範囲内にある変曲点の集合を検出する変曲点集合検出手段と、
   検出した集合から、変曲点が、所定の範囲の角度を有するときには、変曲点の集合をもとに、円弧を形成する円弧形成手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の図形認識装置。

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