JPH0281279A - パターン認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔（既要〕 パターン認識装置、特に、辞書パターンと対象パターン
の間のパターンマツチングの技術に関し、正確なパター
ンマツチングを可能にしてその処理を高速化すると共に
、対象パターンの回転角度を高速に検出可能とすること
で該処理の高速化に寄与させることを目的とし、 対象パターンの画像を検知する検知系と、該検知された
画像の信号を二値化された信号に変換する二値化回路と
、該二値化された信号を格納するための対象パターンメ
モリと、予め作成した辞書パターンが格納されている辞
書パターンメモリと、前記対象パターンと前記辞書パタ
ーンを重ね合わせて両者の一致度を計測するパターンマ
ツチング回路と、該パターンマツチング回路の処理を制
御するためのマツチング制御手段とを具備し、該マツチ
ング制御手段は、前記辞書パターンおよび対象パターン
の一致度を複数のアドレス点（または回転角度）で計測
し、該計測が行われた複数のアドレス点（回転角度）の
中で一致度が最大のアドレス点（回転角度）を検出する
ことにより一致度の増加する方向（回転方向）を判別し
、該判別された方向（回転方向）に計測アドレス点（回
転角度）を移動（変更）して逐次、該計測アドレス点（
回転角度）を起点とする複数のアドレス点（回転角度）
で前記一致度の計測を繰り返し、それに基づき前記対象
パターンの認識領域内で一致度が最大のアドレス点（回
転角度）を検出するように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、パターン認識装置に関し、特に、辞書パター
ンと対象パターンの間のパターンマツチングの技術に関
する。

〔従来の技術、および発明が解決しようとする課題〕

パターンマツチングを用いた認識装置は、対象パターン
と辞書パターンの両者が最も良く一致する（マツチング
する）位置を検出することに基づいてパターン認識を行
うものである。この場合、辞書の走査が必要となる。

第１０図（ａ）および（ｂ）にはそれぞれ従来の辞書の
走査方法が示される。図中、（ａ）は−船釣に行われて
いるラスタ・スキャン法を示すもので、この方法によれ
ば、対象パターンの認識領域全面に亘って辞書パターン
（図中、点線で示される部分）による走査が行われる。

つまり、対象パターンと辞書パターンを、切り出し開始
点を移動しつつ、１ビツトずつ逐次照合を行うため、そ
の処理ビット数（データ量）が膨大なものとなり、処理
時間が長くなって、高速化が要求される認識装置への適
用が困難であるという欠点がある。

また、他の形態として第１０図（ｂ）に示されるような
、いわゆるうずまき走査法が知られている。

これは、対象パターンの中心を切り出し開始点とし、以
降１ビツトずつ、その周囲にうずまき状に走査を行うも
のであり、ラスタ・スキャン法に比べれば高速処理が可
能である。しかしながら、１ビツトずつ逐次照合を行う
方法であるため、ラスタ・スキャン法において提起され
たような問題点は、程度の差こそあれ、依然として解消
され得ない。上述した従来の辞書の走査方法については
、例えば特開昭６０−２３８９８４号公報に詳しく記述
されている。

また、従来のパターンマツチング法では、対象パターン
に傾きがあった場合、その傾き角度を検出・計測して適
宜処理を行うようには適合化されていないため、正確な
マツチングがとれなくなるという不都合もある。

本発明は、かかる従来技術における課題に鑑み創作され
たもので、正確なパターンマツチングを可能にしてその
処理を高速化すると共に、対象パターンの回転角度を高
速に検出可能とすることで該処理の高速化に寄与させる
ようにしたパターン認識装置を提供することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段、および作用〕上述した従
来技術における課題は、辞書パターンと対象パターンの
一致度が該対象パターンの認識領域内で最大となるアド
レス点または回転角度を検出できるよう構成することに
より、解決される。

従って、本発明によるパターン認識装置は、その基本的
な形態として、対象パターンの画像を検知する検知系と
、該検知された画像の信号を二値化された信号に変換す
る二値化回路と、該二値化された信号を格納するための
対象パターンメモリと、予め作成した辞書パターンが格
納されている辞書パターンメモリと、前記対象パターン
メモリに格納されている対象パターンと前記辞書パター
ンメモリに格納されている辞書パターンを重ね合わせて
両者の一致度を計測するパターンマツチング回路と、該
パターンマツチング回路の処理を制御するためのマツチ
ング制御手段とを具備する。

本発明の１つの形態によれば、上述したマツチング制御
手段は、辞書パターンおよび対象パターンの一致度を複
数のアドレス点で同時に計測し、咳計測が行われた複数
のアドレス点の中で一致度が最大のアドレス点を検出す
ることにより一致度の増加する方向を判別し、該判別さ
れた方向に計測アドレス点を移動して逐次、該計測アド
レス点を起点とする複数のアドレス点で前記一致度の同
時計測を繰り返し、それに基づき前記対象パターンの認
Ａｎ　ＳＩ域内で一致度が最大のアドレス点を検出する
。

また、本発明の他の形態によれば、上述したマツチング
制御手段は、辞書パターンおよび対象パターンの一致度
を複数の回転角度で計測し、該計測が行われた複数の回
転角度の中で一致度が最大の回転角度を検出することに
より一致度の増加する回転方向を判別し、該判別された
回転方向に計測回転角度を変更して逐次、該計測回転角
度を起点とする複数の回転角度で前記一致度の計測を繰
り返し、それに基づき前記対象パターンの認識領域内で
一致度が最大の回転角度を検出する。

なお、本発明の他の構成上の特徴および作用の詳細につ
いては、添付図面を参照しつつ以下に記述される実施例
を用いて説明する。

〔実施例〕

第１図には本発明のパターン認識装置の基本的な構成が
ブロック的に示される。

同図において、１は画像入力装置（図示せず）を介して
任意に入力される対象パターン（被認識パターン）ＰＲ
の画像を検知（撮像）する検知系、２は検知系ｌにおい
て検知された対象パターンに対応するアナログ画像信号
を二値化された信号、すなわちディジタル信号に変換す
る二値化回路、３は二値化回路２において二値化された
対象パターンを記憶しておくためのフレームメモリ、４
は予め作成した辞書パターンＰ、を記憶しておくための
辞書メモリを示す。この辞書パターンＰＤは、上述した
画像入力装置を介して任意に作成または変更が可能であ
る。

５はパターンマツチング回路であって、中央処理装置（
ＣＰＵ）６から出力される重ね合わせ位置を指示する制
御信号に基づき、フレームメモリ３に格納されている対
象パターンＰａと辞書メモリ４に格納されている辞書パ
ターンＰａを画像メモリ上で重ね合わせ、双方のパター
ンの不一致画素数を指示する信号をＣＰＵ６に出力する
機能を有している。このパターンマツチングは、第２図
に示されるように、対象パターンＰ、ｌの認識領域にお
いて辞書パターンＰ、を走査することによって行われる
が、その走査を制御する信号はＣＰＵ６から辞書メモリ
４に与えられる。

以上説明した構成は、ハードウェアの面では従来形の構
成と同様である。つまり、本発明はＣＰＵ６の処理内容
に特徴を有しており、該ＣＰＵでは、後で詳述するよう
に対象パターンＰＲの位置の検出および回転角度の検出
が行われる。

この対象パターンＰ、は、第２図にも示されるように円
形、長方形等の単純な形状に限られ、正確には、辞書パ
ターンを例えばｘｙ平面内で走査した時に、対象パター
ンと辞書パターンの不一致画素数ｆ　（ｘ、ｙ）の関数
がｘｙ平面内の限定された範囲内において１箇所で極小
値を持つような計測対象によって規定される。第３図に
その一例が示される。図示されるように、不一致画素数
ｆ　（ｘ＋ｙ）の関数はすり林状の形態を有し、マツチ
ング位置（不一致画素数が最小となる辞書の位置）は該
すり鉢の底部（参照符号Ｍで示される点）にある。

なお、ハンチングで示される部分Ｓは辞書の走査範囲を
示す。

次に、第１図装置におけるＣＰＵ６の処理について第４
図〜第８図を参照しながら説明する。

第４図は本発明の一実施例による対象パターンの検出ア
ルゴリズムを示すもので、本実施例によればＣＰＵ６は
、対象パターンに対して先ずマツチング位置の検出を行
い（ステップＳｌ）、次にマツチング角度（対象パター
ンの回転角度）を検出しくステップＳり、さらにマツチ
ング位置の検出を再度行う（ステップＳｚ）。この場合
、マツチング角度の検出処理Ｓｔの後で再びマツチング
位置の検出処理Ｓ３を行うのは、正しい角度でマツチン
グを行うごとによってより一層正確なマツチング位置を
検出できるからである。以下、各ステップ毎の処理につ
いて詳細に説明する。

まず、第４図におけるマツチング位置の検出アルゴリズ
ム（ステップＳ４、Ｓ、に相当）について、第５図およ
び第６図（ａ）　、　（ｂ）を参照しながら説明する。

ステップ１１では、メモリ領域上で注目位置（アドレス
点）を設定し、これを初期値とする。注目位置は、対象
パターンがその認ｇｆａ　？Ｊ域内で本来在るべき位置
、すなわち中心とする。次のステップ１２では、注目位
置Ａ、とその周囲８箇所のアドレス点Ｐ１〜Ｐ８におい
て同時に、対象パターンと辞書パターンのマツチング度
（言い換えると、不一致画素数）を調べる。

ステップ１３では、不一致画素数が注目位置Ａ、におい
て最小である（ＹＥＳ）か否（ＮＯ）かの判定を行い、
判定がＹＥＳの場合にはこのフローは終了する。

すなわち、最初に初期値とし°Ｃ設定された注目位置（
第６図（ｂ）の例示ではアドレス点ＡＩ）がマツチング
位置として検出される。このように、対象パターンの認
識領域内でマツチング度が最大となるアドレス点が検出
されると、次の処理（第４図においてマツチング角度の
検出処理、またはエンド）へ進む。

一方、ステップ１３において判定がＮＯの場合にはステ
ップ１４に進み、そこで、不一致画素数が最小となる位
置、つまりア、ドレス点Ｐ１〜Ｐ、のいずれか１つの位
置、が新たな注目位置として設定される（第６図（ｂ）
の例示ではアドレス点Ａり。

以降、ステップ１２に戻って上記の処理が繰り返される
。第６図（ｂ）には、このような処理が２回繰り返され
た後、マツチング度が最大となるアドレス点Ａ、が最終
的に検出された場合について図示されている。

以上の各処理において、一致度（マツチング度）の計測
が終了したアドレス点における不一致画素数をメモリ等
に保存しておけば、同じアドレス点においてマツチング
度を２度調べる必要がなくなるので、処理が高速化され
る。また、第６図（ｂ）に例示される認！Ｉｉ　ｉＪｆ
域の場合、マツチング度が最大となるアドレス点を最終
的に検出するのに要する時間（これは、計測を行う画素
数に比例する）は、通常のラスタ・スキャン法を用いる
と８１画素（＝　９　Ｘ　９　）分の時間となるが、本
実施例によれば１７７画素の時間で済む。つまり、ラス
タ・スキャン法に比して、数倍の高速処理を実現するこ
とができる。

次に、第４図におけるマツチング角度の検出アルゴリズ
ム（ステップＳＺ）について、第７図および第８図を参
照しながら説明する。

ステップ２１では、メモリ領域上で注目角度（回転角度
）を設定し、これを初期値とする。注目角度は、０°と
する。次のステップ２２では、注目角度０°と十Ｎ°、
すなわち第８図に示されるように辞書パターンＰＤを反
時計方向および時計方向にそれぞれＮ’回転させた場合
、において対象パターンと辞書パターンのマツチング度
（不一致画素数）を調べる。

ステップ２３では、不一致画素数が注目角度において最
小である（ＹＥＳ）か否（ＮＯ）かの判定を行い、判定
がＹＥＳの場合にはこのフローは終了する。

すなわち、最初に初期値として設定された注目角度がマ
ツチング回転角度として検出される。このように、対象
パターンの認識領域内でマツチング度が最大となる回転
角度が検出されると、次の処理（第４図においてマツチ
ング位置の検出処理）へ進む。一方、ステップ２３にお
いて判定がＮｏの場合にはステップ２４に進み、そこで
、不一致画素数が最小となる角度、すなわち十Ｎ０また
は−Ｎ。

のいずれか１つの回転角度、が新たな注目角度として設
定される。以降、ステップ２２に戻って上記の処理が繰
り返される。

なお、マツチング位置の検出処理の場合と同様、この場
合にも、一致度（マツチング度）の計測が終了した回転
角度における不一致画素数を保存しておけば、同じ回転
角度においてマツチング度を２度調べる必要がなくなる
ので、処理が高速化される。

なお、上述した実施例では対象パターンの認識領域にお
いてマツチング度の計測を一度に行う領域、いわゆるセ
ンサ、は３×３画素（第６図（ａ）参照）であったが、
それに限定されない。例えば、第９図（ａ）に示される
ように９画素Ａ４、Ｑｌ〜Ｑｌｌを５×５画素領域に拡
張したセンサや、同図（ｂ）に示されるように１３画素
ＡｋＬＲ，〜ＲＩ！を（７Ｘ７＋３Ｘ４）画素領域に拡
張したセンサ等を用いてもよい。

このように拡張した画素領域をもつセンサを使用すれば
、対象パターンの認ｍ　ＳＪｌ域全面を走査するのに要
する時間は短縮されるので、処理が高速化される。ただ
し、位置合わせが粗いピッチになるため、このようなセ
ンサを使用して位置を検出した後、さらに第６図（ａ）
に示される３×３画素センサを用いて位置検出を行うこ
とが好ましい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、辞書パターンと対
象パターンの一致度が該対象パターンの認識領域におい
て最大となるアドレス点または回転角度を検出できるよ
う構成しているので、正確なパターンマツチングが可能
で、しかも対象パターンの回転角度を高速に検出するこ
とができ、ひいてはパターンマツチングを高速に処理す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパターン認識装置の基本的な構成
を示すブロック図、 第２図は対象パターンと辞書パターンの関係を示す図、 第３図は辞書の走査位置と不一致画素数の関係を示す図
、 第４図は本発明の一実施例による対象パターンの検出ア
ルゴリズムを説明するためのフローチャート、 第５図は第４図におけるマツチング位置の検出アルゴリ
ズムを説明するためのフローチャート、第６図（ａ）お
よび（ｂ）は第５図における検出アルゴリズムの具体例
を説明するための図で、（ａ）はセンサ（計測領域）を
示す図、（ｂ）は注目位置の移動の様子を示す図、 第７図は第４図におけるマツチング角度の検出アルゴリ
ズムを説明するためのフローチャート、第８図は第７図
における回転角度検出のための辞書パターンの回転の様
子を示す図、 第９図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ第６図におけるセ
ンサの変形例を示す図、 第１０図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ従来の辞書の走
査方法を示す図、 である。 （符号の説明） １・・・検知系、２・・・二値化回路、３・・・対象パ
ターンメモリ　（フレームメモリ）、４・・・辞書パタ
ーンメモリ（辞書メモリ）、５・・・パターンマツチン
グ回路、６・・・マツチング制御手段（ＣＰＵ）、Ｐ、
・・・対象パターン、ＰＤ・・・辞書パターン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対象パターン（Ｐ＿Ｒ）の画像を検知する検知系（
   １）と、 該検知された画像の信号を二値化された信号に変換する
   二値化回路（２）と、 該二値化された信号を格納するための対象パターンメモ
   リ（３）と、 予め作成した辞書パターン（Ｐ＿Ｄ）が格納されている
   辞書パターンメモリ（４）と、 前記対象パターンメモリに格納されている対象パターン
   と前記辞書パターンメモリに格納されている辞書パター
   ンを重ね合わせて両者の一致度を計測するパターンマッ
   チング回路（５）と、該パターンマッチング回路の処理
   を制御するためのマッチング制御手段（６）とを具備し
   、該マッチング制御手段は、前記辞書パターンおよび対
   象パターンの一致度を複数のアドレス点で同時に計測し
   、該計測が行われた複数のアドレス点の中で一致度が最
   大のアドレス点を検出することにより一致度の増加する
   方向を判別し、該判別された方向に計測アドレス点を移
   動して逐次、該計測アドレス点を起点とする複数のアド
   レス点で前記一致度の同時計測を繰り返し、それに基づ
   き前記対象パターンの認識領域内で一致度が最大のアド
   レス点を検出するようにしたことを特徴とするパターン
   認識装置。 ２、対象パターン（Ｐ＿Ｒ）の画像を検知する検知系（
   １）と、 該検知された画像の信号を二値化された信号に変換する
   二値化回路（２）と、 該二値化された信号を格納するための対象パターンメモ
   リ（３）と、 予め作成した辞書パターン（Ｐ＿Ｄ）が格納されている
   辞書パターンメモリ（４）と、 前記対象パターンメモリに格納されている対象パターン
   と前記辞書パターンメモリに格納されている辞書パター
   ンを重ね合わせて両者の一致度を計測するパターンマッ
   チング回路（５）と、該パターンマッチング回路の処理
   を制御するためのマッチング制御手段（６）とを具備し
   、該マッチング制御手段は、前記辞書パターンおよび対
   象パターンの一致度を複数の回転角度で計測し、該計測
   が行われた複数の回転角度の中で一致度が最大の回転角
   度を検出することにより一致度の増加する回転方向を判
   別し、該判別された回転方向に計測回転角度を変更して
   逐次、該計測回転角度を起点とする複数の回転角度で前
   記一致度の計測を繰り返し、それに基づき前記対象パタ
   ーンの認識領域内で一致度が最大の回転角度を検出する
   ようにしたことを特徴とするパターン認識装置。