JPH0256707B2

JPH0256707B2 -

Info

Publication number: JPH0256707B2
Application number: JP58009805A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Hongo; Yoshio Nitsuta
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1983-01-26
Filing date: 1983-01-26
Publication date: 1990-11-30
Also published as: US4628533A; JPS59136874A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、文字や図形等（以下、単に文字ま
たは文字パターンという。）を工業用テレビジヨ
ン（ITV）カメラの如き最像装置により撮像し
て得られるビデオ信号を論理処理して文字を識別
する文字またはパチーンの識別装置に関する。一
般に、この種の装置では、識別が高速かつ正確に
なされることが望ましい。

この種の装置として、出願人はすでに以下の如
き文字識別装置を提案している（特願昭57−
109746号）。

第１図〜第３図はかかる従来の文字識別装置を
説明するためのもので、第１図は全体構成を示す
ブロツク図、第２図はセグメント情報を説明する
説明図、第３図は文字とそのビツトマトリツクス
および標準文字のクラスタ表現を説明する説明図
である。第１図において、１はITVカメラまた
はMOSトランジスタ、CCD（Charge Coupled
Device）形の固体撮像カメラ（以下、単にカメ
ラという。）、２は２値化・画素化回路、３は特徴
抽出回路、４は画像データ記憶回路、５は演算処
理装置、６は主としてプログラムが記憶される
ROM（リードオンリメモリ）型のメモリ、７は
主としてデータが記憶されるRAM（ランダムア
クセスメモリ）型のメモリ、８はキーボード、表
示装置等を含む入出力部、OBは識別の対象とな
る文字または文字パターンである。

すなわち、文字パターンOBはカメラ１により
水平（ｘ）方向の走査を順次垂直（ｙ）方向へ繰
り返すことにより走査され、その時系列信号（ビ
デオ信号）は２値化回路２において順次所定のし
きい値レベルで２値化されるとともに、所定の信
号により画素（絵素）に分割される。こうして画
素化された画像を模式的に示すと第２図の如くな
る。例えば、文字パターンを表わす画素を“１”、
背景を表わす画素を“０”とし、各水平方向の
“１”で表わされる画素の連なりを“セグメント”
と呼ぶことにすると、対象となる文字は、第２図
の如く水平走査線SC_i〜SC_o……毎にセグメント
化（SE_i1，SE_i2……SE_o1……され、したがつて各
文字はこれらセグメントのかたまりとして表わす
ことができる。これら各セグメントが同一の文字
に属しているものと判別するためには、、例えば
セグメント毎に座標比較を行なうことが必要であ
る。例えば、現在走査している走査線が現走査
SC_kであるとき、現走査SC_kのセグメントSE_k1が
１つ前の走査線SC_iのセグメントSE_i1と同一文字
パターンに属するものであると判別するために
は、現走査SC_kと前走査SC_iのセグメントのｙ座
標値が１つだけ異なつていて、しかもセグメント
SE_i1，SE_k1のｘ座標が一部分でも重なつているこ
とが必要である。そこで、これらの関係を明瞭に
把握し得るようにするため、各セグメントをスタ
ートセグメントおよびジヨイントセグメントに分
類するとともに、オーパラツプポインタなるもの
を考える。すなわち、スタートセグメントは前走
査においていずれのセグメントとも重ならないも
の、つまり現走査で始めて出現するセグメントで
あり、第２図ではSE_i1，SE_i2，SE_x等がそれで
ある。また、ジヨイントセグメントは前走査で現
われたセグメントのいずれかと重なるものであ
り、オーバラツプポインタは現走査線上のセグメ
ントが前回の走査線上にある２つ以上のセグメン
トと重なつていることを表わす情報である。そし
て、これらのセグメントまたはオーバラツプポイ
ンタが付されたセグメントは、同一の“単片”に
属するのとして各セグメントに単片番号を付すと
ともに、これら単片番号が付されたセグメントの
連結性を解析することにより、どの単片かどの
“複片”、つまり文字パターンに属するものである
かを判定する。なお、第１図の特徴抽出回路３で
は、上述の如くしてセグメント化された情報から
スタートセグメント、ジヨイントセグメント、オ
ーバラツプポインタ、単片番号とその個数、セグ
メント長、セグメントの右端座標等の種々の特徴
を抽出してメモリ４へ記憶する。演算処理装置５
は、該メモリ４に記憶されたデータにもとづいて
上述の如きセグメントのかたまりとして表わされ
るパターンの幅W_Cおよび高さH_Cを求めるととも
に、次の如き量S_Cを考え、 S_C＝｜W_C−W_A｜＋｜H_C−H_A｜該S_CがS_C≦S_CUなる条件を満たすとき、対象と
なるパターンを例えば文字であると判定する。な
お、W_AおよびH_Aは所定大きさの外接枠または探
索枠の幅および高さを表わし、S_CUは上限設定値
を表わす。つまり、セグメントのかたまりとして
処理されたデータには、第３図Ａの如く文字１１
を表わすものだけでなく、ノイズ１２等も含まれ
ることになるので、上述の如き所定大きさの外接
枠１３を設定して上述の如き演算を行なうことに
より、この外接枠１３よりも大きすぎるものまた
は小さすぎるものは文字ではないとして、その大
きさを正規化するものである。このようにしてパ
ターンの切り出しを行なつた後、該外接枠１３を
例えば第３図Ｂの如く24×12のメツシユに分割
し、該メツシユ内にセグメントが１つでも存在す
るか否かに応じて“１”，“０”を割り当てること
にすれば、対象パターンを24×12の大きさのマト
リツクスで表現することができる。なお、このよ
うにして作成されるマトリツクスを以下、ビツト
マトリツクスと呼ぶことにする。ところで、この
ビツトマトリツクスの各要素（ビツト）は、常に
“１”または“０”となるもの、またた“０”に
なつたり“１”になつたりするものを含んでいる
ので、これらを次の如く４種類に分類することと
する。

イパターン要素；常に“１”となるものロブラウン要素；常に“０”となるものハマスク要素；“／”か“０”か不定なものニ変形要素；変形鎖（変形クラス）を構成する
ものこの分類にしたがい、第３図Ｂで示される未知
パターンのビツトマトリツクスに対応する標準文
字パターンを表現すると、例えば第３図Ｃの如く
なる。同図において、「Γ」，「Γ―Γ―Γ」，「●」
および空白部はそれぞれ変形要素、該変形要素か
らなる変形鎖（変形クラス）、マスク要素および
ブランク要素を表わす。そして、同図Ｃの如き表
現方法をクラスタ表現、また、このように表現さ
れたものを文字クラスタと云う。ここで、上記変
形鎖については、文字の傾きや線幅が変動しても
文字の心線と交叉するように選択することとす
る。なお、同図Ｃにはパターン要素は含まれてい
ないが、この場合は変形要素の中に含めて表わさ
れているからである。そして、このような文字ク
ラスタに対して標準ピツトマトリツクスB^K _S（ｉ，
ｊ）、マスクビツトマトリツクスB^K _M（ｉ，ｊ）お
よび変形オペレータD^K（Ｂ（ｉ，ｊ））を考える。
なお、これら諸量の決め方は次の通りであり、太
文字はマトリツクスであることを示す。

B^K _S（ｉ，ｊ）；各々の要素がパターン要素また
は変形要素であるとき“１”で、それ以外
は“０” B^K _M（ｉ，ｊ）；各々の要素がマスク要素である
とき“０”で、それ以外は“１” D^K（Ｂ（ｉ，ｊ））；（ｉ，ｊ）を含む変形鎖に対
応するＢ（ｉ，ｊ）の要素の少なくともひ
とつが“１”のとき“１”で、それ以外は
Ｂ（ｉ，ｊ）このように定義される諸量を用いて未知パター
ンＢ（ｉ，ｊ）と標準または設定文字Ｋとの距離
D^K（Ｂ）を次式の如く定義する。

D^K（Ｂ）＝_M 〓ⁱ⁼¹ _N 〓〓^j=1 〔B^K _S（ｉ，ｊ）｛B^K _M（ｉ，ｊ）・Ｄ（Ｂ（ｉ，
ｊ））｝〕……(1) なお、(1)式において“”は排他的論理和演算
を、“・”は論理積演算を、また“Σ”は算術総
和演算を施すことを意味し、Ｍ，Ｎはマトリツク
スの大きさを表わすものである。こうするとによ
り、文字の全体集合Ωに含まれるべての文字Ｋ
（記号表示すると、〓Ｋ∈Ωで示さらる。）につい
て、距離の集合｛D^K(B)｝を求めることができる。
そして、上記(1)式で求められる距離の最小値D₁
とそのときの文字K₀および第２番目に小さい距
離D₂を求め、これらが D₁≦D_U D₂−D₁≦D_L ……(2) なる条件を満たすとき、未知パターンＢ（ｉ，
ｊ）は文字K₀に属するものと判定する。なお、
D_U，D_Lは実験により求められる上、下限設定値
である。

以上が従来の方法であるが、上記(1)式の演算は
極めて複雑であり、かつ時間が掛かりすぎるとい
う欠点を有している。このため、例えばマイクロ
コンピユータを用いて処理するには不適当であつ
た。

この発明はこのような欠点を除去すべくなされ
たもので、より高速処理が可能な文字識別装置を
提供することを目的とする。

その特徴は、標準の文字クラスタにおける変形
鎖を水平と垂直の２方向に制限するとともに、パ
ターン要素はすべて変形要素に含めて要素の種類
を減らすことにより従来の如き一般化された文字
認識アルゴリズムを特殊化し、かつビツトマトリ
ツクス等を所定数のブロツクに分割してブロツク
毎に距離演算をすることにより処理を簡素化し、
迅速な処理を図るようにした点にある。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明
する。第４Ａ図は未知パターンとそのビツトマト
リツクスを説明する説明図、第４Ｂ図は文字Ｋの
クラスタと該文字クラスタから作られる各種ビツ
トマトリツクスを説明する説明図、第４Ｃ図は各
種ビツトマトリツクスのブロツク化を説明する説
明図、第５図はこの発明による認識アルゴリズム
を図解して示す説明図である。

すなわち、第４Ａ図イに鎖線で示される如き未
知パターンに対し、第３図で説明したような所定
大きさの外接枠を設定するとともに、例えば８×
６（一般的にはＭ×Ｎ）のメツシユに分割し、パ
ターンの存在するところには“１”、ない所には
“０”を割り当てることにすると、第４Ａ図ロの
如く未知パターンのビツトマトリツクスＢ（ｉ，
ｊ）を得ることができる。一方、認識の対象とな
る文字の全体をΩ、その中の特定の１つをＫとし
て、該文字Ｋのクラスタ表現を第４Ｂ図イの如く
であるとする。ここで「Δ」印はマスク要素、無
印はブランク要素、「Γ」は変形要素である。「Γ
―Γ」，「〓」および「〓〓」は変形鎖（変形クラ
ス）で、それぞれ水平変形鎖、垂直変形鎖および
混成変形鎖と呼ぶ。この混成変形鎖は、水平変形
鎖と垂直変形鎖とが或る１つの要素をはさんで交
叉しているものである。したがつて、交叉してい
る要素の所は垂直変形鎖であり、かつ水平変形鎖
でもある。つまり、従来例で述べた変形鎖はマト
リツクスの格子に対して斜めに連なるものであつ
てもよいが、この発明では水平と垂直の２方向に
のみ制限して演算の簡素化を図るものである。ま
た、パターン要素（常に“１”となる要素）はす
べて変形鎖の中に含まれるようにして、より一層
の簡略化を図つている。そして、このような文字
クラスタに対して水平変形ビツトマトリツクス
B^K _H（ｉ，ｊ）、垂直変形ビツトマトリツクスB^K _V
（ｉ，ｊ）、標準ビツトマトリツクスB^K _S（ｉ，ｊ）
およびマスクビツトマトリツクスB^K _M（ｉ，ｊ）を
定義する。なお、これらの決め方は次の通りであ
る。

B^K _H（ｉ，ｊ）；要素が水平変形要素のときは
“１”で、それ以外は“０” B^K _V（ｉ，ｊ）；要素が垂直変形要素ならば“１”
で、それ以外は“０” B^K _S（ｉ，ｊ）；要素が水平または垂直変形要素
であるならば“１”で、それ以外ならば
“０” B^K _M（ｉ，ｊ）；要素がマスク要素ならば“０”
で、それ以外ならば“１” ここで、 B^K _S（ｉ，ｊ）＝B^K _H（ｉ，ｊ）＋B^K _V（ｉ，ｊ）が成立することがわかる。なお、「＋」は論理和
操作を行なうことを意味する。また、上記の各ビ
ツトマトリツクスB^K _H，B^K _V，B^K _SおよびB^K _Mはそれぞ
れ第４Ｂ図ロ、ハ、ニおよびホに示されている。
こうして得られる各種ビツトマトリツクスを、第
４Ｃ図イの如く分割してブロツク化するととも
に、同図ロの如くブロツク名d₁₁ ^K〜d₃₂ ^Kを付与す
る。この場合、ブロツク化を行なうに当たつて
は、例えば次の如き規則を設けることとする。

ａブロツクに分割するための仕切線と変形要素
とは交わらないこと。

ｂブロツクに分割した場合に、水平または垂直
変形クラスが同一の行または列に２つ以上存在
しないこと。

なお、文字の全集合Ωについて、文字クラスタ
のブロツク分割法は１通りとは限らず、一般には
複数通り存在する。第４Ｃ図は３×２のブロツク
に分割した場合であるが、一般的にはｍ×ｎとす
ることができる。また、通常の英数字では、最高
４×４のブロツク化で充分であるが、“８”を単
位として行なうと、演算処理が易になるという利
点がある。そして、各ブロツク毎に次式で与えら
れる未知パターンＢ（ｋ，）と標準パターンと
の距離D^K _ij(B)を演算する。

D^K _ij（Ｂ）＝ΣB^K _S（ｋ，）〔B^K _M（ｋ，）・｛D^K _H（Ｂ（ｋ，））＋D^K _V （Ｂ（ｋ，））｝〕 ……(3) ただし、D^K _H（Ｂ（ｋ，））は、 ΣB^K _H（ｋ，）・Ｂ（ｋ，） ……(4) なる値が“０”のときはＢ（ｋ，）とし、ま
た“０”でないときはＢ（ｋ，）＋B^K _H（ｋ，）
とするオペレータである。なお、D^K _V（Ｂ（ｋ，）
については上記“Ｈ”を“Ｖ”に置き換えるだけ
で全く同様に表わすことができる。つまり ΣB^K _V（ｋ，）・Ｂ（ｋ，） ……(5) なる値が“０”のときはＢ（ｋ，）とし、ま
た、“０”でないときはＢ（ｋ，）＋B^K _V（Ｋ，ｌ）
とするオペレータである。ここで、「」は排他
的論理和演算、また「・」は論理積演算を行なう
ことを表わし、（ｋ，）は要素（ｉ，ｊ）の一
部を示すものである。

上述の如き(3)式の演算がブロツク毎に具体的に
どのようになされるかについて、第５図を参照し
て説明する。なお、第５図は第４Ｃ図ロのブロツ
ク名d₁₂ ^Kが付されたブロツクについての演算例で
あり、各種ビツトマトリツクスの対応する部分が
第４Ａ図、第４Ｂ図においてそれぞれ四角の枠で
囲まれている。

すなわち、第５図イは未知パターンのビツトマ
トリツクスＢ（ｋ，）を表わすもので、該マト
リツクスＢ（ｋ，）は同図ロにおいて、上記(4)
式の演算を行なうべくB^K _H（ｋ，）との論理積が
とられ、各行毎の算術和（Σ）が演算される。そ
の結果、第１行は“０”、第２，３行は“０”で
ないから、同図ハの如く第１行目についてはＢ
（ｋ，）がそのまゝ出力され、第２，３行目に
ついてはＢ（ｋ，）＋B^K _H（ｋ，）が出力され
る。上記ロ、ハの場合は水平変形ビツトマトリツ
クスB^K _H（ｋ，）についての操作であるが、これ
と同様な操作が垂直変形ビツトマトリツクスB^K _V
（ｋ，）についても行なわれる。つまり、同図
ニの如く上記(5)式の演算を行ない、その結果につ
いてΣB^K _V（ｋ，）・Ｂ（ｋ，）を求める。その
結果、同図の右側の列から順に“０”，“０”，“≠
０”となるので、同図ホでは“０”となる列につ
いてはＢ（ｋ，）をそのまゝ出力し、“≠０”と
なる列についてはＢ（ｋ，）＋B^K _V（ｋ，）を出
力する。同図ヘでは、上述のハおよびホにて得ら
れた結果と、第４Ｂ図ニおよびホに示されるブロ
ツク単位の標準、マスクビツトマトリツクスとか
ら上述の如き(3)式の演算を行ない、未知パターン
と標準パターンとの距離D^K _ij(B)を算出する。なお、
同図ヘからも明らかなように、この場合の距離は
“１”となる。そして、かかるブロツク毎の距離
を順次求めることにより、標準文字パターンの候
補の数を減らすことができ、したがつて所定の回
数の後には一義的に決めることが可能となる。こ
のため、ブロツク化することなく演算処理する方
法に比べて、距離演算に要する時間を減少させる
ことができる。

以上のように、この発明によれば、変形鎖を水
平、垂直の２種類に限定し、かつブロツク毎の演
算により対象となる文字の候補を順次消去するよ
うにしたので、演算方法を簡略化することができ
るばかりでなく、演算時間を大幅に減少させるこ
とができる。したがつて、かかる処理を例えば８
ビツトのマイクロコンピユータで行なうようにし
ても、充分に実用に耐え得るものとなる利点を有
するものである。

なお、この発明は従来困難とされていた刻印文
字や簡易図形の識別装置として広く適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の文字識別装置を示すブロツク
図、第２図はセグメント情報を説明するための説
明図、第３図は文字とそのビツトマトリツクおよ
び文字のクラスタ表現形式を説明する説明図、第
４Ａ図は未知パターンとそのビツトマトリツクス
を説明する説明図、第４Ｂ図はこの発明による標
準文字のクラススタ表現形式と各種ビツトマトリ
ツクスとを説明する説明図、第４Ｃ図はブロツク
分割方法を説明するための説明図、第５図はこの
発明による演算手順を図解して示す説明図であ
る。符号説明、１……カメラ、２……２値化・画素
化回路、３……特徴抽出回路、４……画像メモ
リ、５……演算処理装置、６……ROM（リード
オンリメモリ）、７……RAM（ランダムアクセス
メモリ）、８……入出力装置、１１……文字パタ
ーン、１２……ノイズパターン、１３……外接
枠。

Claims

【特許請求の範囲】

１所定の媒体上に記録された文字、図形等の未
知パターンを撮像して得られる撮像信号を所定の
しきい値レベルで２値化する２値化手段と、該２
値化されたパターンをセグメント化するとともに
その特徴を抽出する特徴抽出手段と、該抽出され
た情報を記憶する記憶手段と、該記憶された情報
にもとづき所定の演算を行なう演算手段とを備
え、該演算結果からパターンを認識するパターン
識別装置であつて、該演算装置は所定大きさの外
接四角形により未知パターンの切り出しを行なつ
て該四角形を複数のメツシユに分割し該分割され
た各メツシユについてパターンが存在するか否か
に応じて２値化することにより未知パターンを
“１”，“０”のビツトマトリツクスＢで表現する
一方、少なくともマスクビツトおよび水平、垂直
変形ビツトを要素とする標準文字パターンのビツ
トマトリツクスについて、各要素がマスクビツト
ならば“０”でそれ以外ならば“１”として作成
されるマスクビツトマトリツクスB^K _Mと、各要素
が水平変形ビツトならば“１”でそれ以外ならば
“０”として作成される水平変形ビツトマトリツ
クスB^K _Hと、各要素が垂直変形ビツトならば“１”
でそれ以外ならば“０”として作成される垂直変
形ビツトマトリツクスB^K _Vと、各要素が水平また
は垂直変形ビツトならば“１”でそれ以外ならば
“０”として作成される標準ビツトマトリツクス
B^K _Sとをそれぞれ定義するとともに、各ビツトマ
トリツクスを所定の大きさの複数ブロツクに分割
し、各ブロツク毎に未知パターンのビツクマトリ
ツクスＢと標準パターンの各種ビツトマトリツク
スB^K _M・B^K _H，B^K _VおよびB^K _Sとから所定の論理操作を
して得られる距離D^Kを求め、該距離D^Kの値が最
小D₁となるときの標準文字パターンをK₀とし、
次に小さい値をD₂としてその値D₁，D₂が予め決
められた設定値に対して所定の条件を満足すると
き、前記未知パターンを標準文字K₀と識別する
ことを特徴とするパターン識別装置。