JPH033090A - パターン認識装置 - Google Patents

パターン認識装置

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JPH033090A
JPH033090A JP1138750A JP13875089A JPH033090A JP H033090 A JPH033090 A JP H033090A JP 1138750 A JP1138750 A JP 1138750A JP 13875089 A JP13875089 A JP 13875089A JP H033090 A JPH033090 A JP H033090A
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啓介 後藤
Tetsuya Yasuda
哲也 安田
Hitoshi Kogori
古郡 仁
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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】 A 産業上の利用分野 本発明は文字や図形等のパターンを認識する方法に関す
るものである。
B1発明の概要 本発明は、文字や図形等のパターンを、照合対象となる
辞書を用いて認識する方法において、パターンの特徴点
の位置的特徴及び方向的特徴をあいまい集合(ファジィ
集合)で表した辞書を用い、認識対象のパターンの特徴
点の位置及び方向に対応するメンバーシップ値について
演算を行い、演算結果にらとづいて認識結果を得ること
によって、 パターンの認識を高い精度でかつ高速に実行できるよう
にしたらのである。
C従来の技術 文字や図形等のパターンを認識する場合、例えば、書類
や図面等をイメージスキャナ等の人力装置で操作して得
られる黒と白の2値画像データ(入カバターン)に基づ
いて、予め記憶されている文字や図形の標準パターン(
辞書パターン)と位置等を照合し、辞書パターンの中か
ら最も重なり合うものを最終的に認識結果として求めて
いる。
認識方法の具体例として、例えば、入カバターンと辞書
パターンをそれぞれ小さな正方格子状(メツツユ)に区
切り、格子点が文字や図形である場合には黒(1)、そ
うでないときは(0)と表す場合において、人力と辞書
の2つのパターンの重なりの程度をハミング距離を用い
て求めることができる。これは、人力と辞書が黒と黒ま
たは白と白の場合には0、黒と白または白と黒の場合に
はlとおき、その総和を求めるものである。つまり、黒
と黒、白と白のように重なり合っていればいるほど、そ
の総和(ハミング距離)が小さくなる。この性質により
、多数の辞書パターンの中から入カバターンと最も重な
り合っているもの、すなわち、ハミング距離が最ら小さ
いものを認識結果とするものである。
B1発明が解決しようとする課題 この方法だと入カバターンの位置が辞書パターンの位置
とずれていたり、大きさが異なっていたリ、傾きか異な
−・ていたりすると、重なりの程度か変わってしまい、
認識の誤りか生しやすい欠点がある。
また記憶容量の点でし問題がある。1文字あるいは1図
形パターンの必要空間は表示のための文字フォントのよ
うに8×8画素(英数字)や24×24画素(漢字)の
空間では済まず、線の切れやつぶれを極力避けるため少
なくとしその3〜5倍の空間を特徴とする特に、漢字や
複雑な図形の場合+28x128画素程度以上確保しな
いと安定な処理が望めないことになる。
文字や図形パターンの辞書種別は漢字の場合第二水準を
含めると6000字種以上に及び、図形の場合でも多い
ときには1000字種以上になる。
このような膨大な辞書種別に対して、1辞書毎に128
x128画索を確保するとすれば、メモリとして2にバ
イトが必要となる。つまり、先の漢字では12Mバイト
以上、図形で2Mバイト以上らの記憶領域が必要となる
ハードウェア構成上この容量は無視できないほど大きく
、また、辞書の探索や整合処理にも処理時間などで影響
を与えることになる。
更に、辞書種別の点からいえば、上述の膨大な種別につ
いてひとつひとつ辞書をマニュアルで登録する作業が必
要とされており、そのための作業時間ら膨大となる問題
点がある。
以上まとめると、従来技術には以下の大きな3つの課題
が残されている。
■認識精度の高い認識手法の確立 ■記憶容儀低減のための辞書構成方法の確立■辞書の自
動生成方法の確立 本発明は、このような課題を解決4−ることを目的とす
る。
E 課題を解決するための手段及び作用文字や図形パタ
ーンは人間の歴史的または経験的規則に従−)で記述さ
れた位置関係にあるが、パターンを特徴づける点(特徴
点)そのものはあいまい性を何している。
例えば、第3図aの○印で示す文字“A”の代表的な特
徴点の場合(これを頂点と呼ぶしのとする)、頂点の位
置そのらのは他の特徴点からみて左に振れたり(同図b
)、右に振れたり(同図C)4−る。また、頂点のとこ
ろで切れたり(同図d)らする。
しかし、同図eのように、頂点の部分だけが他の特徴点
より下の方に位置することはありえない。
結局、文字“八”の頂点というしのは、他の特徴点より
位置関係でいうと上の方でかつまん中付近にある、とい
う極めてあいまいな尺度で規Iq性を持っているという
ことになる。
本発明は、このように文字や図形パターンの特徴点の位
置関係にあいまい性があることを考慮して、その位置関
係をあいまい集合(ファジィ集合)の概念を取り入れて
表現することによりパターン毎にファジィ辞書を登録し
、認識対象のパターンと各パターンのファジィ辞書とを
比較してその比較結果にもとづいて認識結果を得ようと
するものである。
第1図に本発明方法のうちファジィ辞書作成のフローを
示すと、先ずあるパターンに対して多数のサンプルを作
成し、各サンプル毎に光学的走査によりパターンを入力
する。
次いでこの入力したパターン即ち画像情報に対してノイ
ズ処理等の前処理を行う。続いてこの画像情報にらとづ
いて例えば白画素に隣接する黒画素群を輪郭画素群とし
て抜き出し、これらについて直線近似処理等の情報圧縮
化を行った後、各輪郭画素群を例えば右回りに結合して
隣接画素同士Pn、P、□を結ぶベクトルを抽出し、こ
のベクトルを画素Pnの位置とベクトルの方向とにより
特定して記憶する。ここでP 11の位置についてはX
X座標により表され、方向については、次のように墳子
化した方向コードθとして表される。一般に座標点a 
(X、、Y、)を始点とし、座標点しくX、、Y、)を
終点とする線分の方向αは次式で表される。
a−Lan= ((Y、−Y、) / (X、−X−)
 )ここに方向コード0は例えば方向αを45度単位に
m子化したちのであり、第2図(a)に示ずようにe=
0.l、2・・・7としたとき、次の条件を満たずとき
のθを求めることにより得られる。
(2θ−i) π/8 ≦a < (2o+1) π/
8なお向きを考慮しない場合には第2図(b)に示すよ
うにθ−0.1,2.3の4つのコードとして取り扱う
ことらできろ。
一方、パターンか描かれる領域をaXb (abは整数
)のメツツユに区分して、このメツシュ群よりなる領域
(メツツユ領域)に対応する領域を方向コードの数だけ
メモリ内に確保し、確保したメツツユ領域に夫々方向コ
ードを割り当てる。
例えば方向コードθが第2図(a)に示すようにO〜7
までの8通りある場合、メモリ内にaXbのメツツユ領
域を8個確保し、そのうちの1つを0−0に対応したメ
ツツユ領域、他の1つをθlに対応したメツツユ領域、
  ・・・といった具合に割り当てる。
次に各サンプルにおけろパターンの特徴点例えば先述し
た輪郭画素群を抽出し、メモリ内の8つのメツツユ領域
の中でその特徴点の位置及び方向コードに対応するメツ
シュ位置(メツシュ領域内のメツシュの位置)に出現頻
度つまり出現回数を書き込む。例えばサンプルの数が1
00個あり、そのうちの1個についてのみメツシュ位置
(23)にθ=0の特徴点か現れた場合、θ=0の方向
コードにおけるメツシュ領域のメツシュ位置に出現回数
(出現頻度)■が古き込まれる。出現頻度の計算は、特
徴点の位置を特定するX座標及びX座標と方向コードと
により規定される3次元空間つまりaXbXk (kは
方向コートの数)のメツツユ空間において、あるサンプ
ルについてメツシュ位置(X+、Y+、θ1)に特徴点
か現れたとすると、当該メツシュ位置における今までの
出現頻度に1を加えることによって実行される。
例えばパターンが描かれる領域を5×5のメツシュ群に
分割し、θを第2図(a)のように8つに規定した場合
、5X5X8のメツシュ空間をとる。そしである特徴点
の位置(メツツユ領域のメツツユに対応する位置)のX
座標、X座標が(5゜3)、その方向コードがθ=6で
ある場合には、メツシュ空間上の位置(5,3,6)に
対応する頻度に1を加えたしのとなる。特徴点の位置の
X座標、Y座砿を(X、Y)、方向コートをθとすれば
、メソツユ空間上のメソツユ位置(X、Y。
0)における出現頻度P(X、Y、θ)は次式のように
カウントアツプされる。
P(X、Y、θ)  = P(X、 Y、θ)]」ただ
しI)(X、Y、lの初期値は0である。
こうして011記メソツユ空間の谷メソツユ位置毎に特
徴点の出現頻度を求め、出現頻度分布を作成する。第4
図は、作成された出現頻度分布の一例を示す分布図であ
る。
こうして求めた特徴点出現頻度分布は、特徴点かとの様
な位置に出現し、との様な方向性を持っているかという
傾向を示している。つまり、同一の文字、または、図形
に対して、複数のサンプルによる頻度分布を取ると、似
通った位置と似通った方向性を持って特徴点か出現しや
すく、その付近にピークが存在することが多いことを示
している。
本発明は、この考え方をファジィ集合におけるメンパー
ンツブ値の設定に応用したものである。
ファジィ集合におけるメンパーンツブ値は、あいまいな
尺度のものを[0,I]区間の実数領域における主観的
な量として表現したものである。
メンバーシップ値の定義は、[0,l]区間の実数領域
をヒントに、また、特徴点が頻度分布のピーク値周辺に
現れやすいことをヒントにしている。
つまり、頻度分布は出現しやすい位置と方向性を、特徴
点の評価に反映した指標となりうるため、0〜Iの実数
区間で正規化Cればそのままメンバーシップ値として用
いることができることになる。
本発明ではこのようにして正規化した特徴点頻度分布を
ファジィ辞書としてパターン毎に辞書記憶部に登録して
おく。またこの辞書記憶部には、パターン毎に特徴点の
基準個数Jを登録しておく。
この基準個数jとは、例えば各サンプルにおけるパター
ンの特徴点の平均個数である。
そして認識対象であるパターンについて特徴点を抽出し
、その特徴点の総数mと各特徴点のメツシュ領域におけ
るメツシュ位置(X□、Y、、θ1)(1≦1≦m)と
を求め、 辞書記憶部内のあるパターンPT、を照合対象として、
これのファジィ辞書の前記メツシュ位置(X、、Y、、
 θ1)に対応するメンバーシップ値fk(Xl、Y7
.θI)を求め、 各メンバーシップ値f k(X l、  Y t 、 
Ol)を確信度1.0から差し引いた値の合計値点の基
準個数jと前記特徴点の総数mとに乙とづいて、認識対
象のパターンと照合対象のパターンPTkとの離れてい
る度合いに相当する距離り。
を演算し、 この距離Dkを辞書記憶部内の総てのパターンについて
計算し、そのうちの小さい値から順にパターンを適数選
んで認識結果とする。
ここで前記距離Dkの意味について説明する。
今認識対象であるパターン(入カバターン)の特徴点の
総数がm、各特徴点のメツシュ位置が(X、、Y、、θ
、)、(Xl、Y、、θt)−=・(X、。
Y、、θ1)であったとする。先ず辞書記憶部内に登録
されているあるパターンPT、を照合対象として、その
2次元ファノイ辞書について+iii記メッンユ位置(
XI、Yl、0+)(ただしl≦i≦rn )に対応す
るメンパーンツブ値fk(XI、Yl、θl)を拾い出
す。このr k(x +、Y I、θl)は、(xtY
3.θ、)に位置する人カバターンの特徴点がパターン
P T kのひとつの特徴点であることの確信度を示す
ものである。そこで本発明では、例えば確信度1.0か
らfh(XI、Yl、θl)を差し引いた値を入カバタ
ーンの全特徴点数【nあるいはパターンP ’l’ k
に係る特徴点の基亭個数jで割った値を、(XI、Y、
、 0.)に位置する特徴点とパターンP ’r kと
の距離という概念で捉え、そして人カバターンの全特徴
点についての前記距離の合計値を当該パターンと照合対
象であるパターンP i’、との距離1〕つとして捉え
ろ。このり、の演算式の一例を示すと、jとmか等しい
ときにはDk−Σ(1,0fk (Xi、 Yl、θI
))7m)ト4 となる。またjとmとが異なるときは j>m で、 D、−(Σ(1,0−f、(X、、 Y、、θ、)+(
j −m))) / jm>jで Dk−Σ(1,0−fk(Xl、 Yl、 0+))7
mに1 となる。これらの式をまとめると次式となる。
Dh−(IIIax(m、j)−Σfk(X、、Yl、
θt)) /max(m、j) −−(1)1・l ただしmax(+、 Dはm、jの大きい方の値である
F 実施例 第5図は辞書記憶部に登録すべきデータを作成するため
の回路のブロック図である。この例におけろ特徴点出現
頻度分布の正規化の方法についてはじめに述へておくと
、全サンプルの特徴点数をNとしたとき、次式に示すよ
うにある一定の割合C1、を乗じたものをM1点までの
ピーク抽出数nとして求める。
n  =  Cn−N 次に、特徴点出現頻度分布において、頻度の大きいらの
から順に捜していき、n番目の頻度の値を取るしのを求
め、これを基準点の頻度P、、とする。
Pnをもとに、特徴点頻度分布を次式により正規化する
。分布上の頻度を!〕、正規化後の頻度をMとすれば、 M=1.0    ・・・・・・P≧PoのときP/P
、、  ・・・・・P<Pnのとき分布上の全ての頻度
について行うことで、正規化した結果か得られる。
第5図中1は文字や図形等のサンプルパターンであり、
このサンプルパターン1に対して走査回路2により定在
か行われ、次いでその走査結果に対してノイズ処理や大
きさの正規化といった+ii7処理が前処理回路3によ
り施される。なお走査回路2はコントローラ6の制御の
下に多数のサンプルについて走査を行う。前処理回路3
から出力されたデータは特徴点抽出回路4に人力され、
特徴点抽出回路4は、文字や図形の黒白境界に沿って輪
郭画素群を抽出し、これらを直線近似処理等により情報
圧縮化し、こうして得られた特徴点群を、文字1図形を
常に右側(または左側)に見るようにして輪郭ベクトル
として結合する。第6図は文字「A」について得られた
輪郭ベクトルを示す図であり、ベクトル群より構成され
る閉じた線分を1つの輪郭ベクトル系列と呼ぶならば、
この例では2つの輪郭ベクトル系列A 1. A tを
有している。
更に特徴点抽出回路4は、特徴点の位置を正規化すると
共に当該特徴点を始点とする輪郭ベクトルの方向フード
を求め、その結果を特徴点出現頻度分布作成器5に出力
すると」(に、特徴点数を特徴点数カウンタ回路7に渡
す。特徴点出現頻度分布作成器5では、特徴点抽出回路
4によって得られる特徴点出現位置及びその方向コード
にもとづき、−時記憶メモリ5.に記憶された頻度をカ
ウントアツプして第7図に示すような特徴点出現頻度分
布を作成する。コントローラ6は、辞書のサンプル数に
よって走査回路2への人力を繰り返し、特徴点出現頻度
分布の作成処理をコントロールずろと共に、作成処理終
了後基準頻度検出回路8に処理を進める。基準頻度検出
回路8では、特徴点数カウンタ回路7から得られる全特
徴点数(出現頻度の合計値)とコントローラ6から与え
られる設定値により、基準頻度を求めるためのピーク数
を決定し、そのピーク数をしとに一時記憶メモリ10に
記憶されている特徴点出現頻度分布からピーク頻度を順
次大きいしのから読み出すとと乙に、与えられたピーク
数に達した頻度を基準頻度として検出する。基準頻度検
出回路8における処理が終了したのち、特徴点出現頻度
分布正規化回路は、−時記憶メモリ5、に記憶されてい
る特徴点出現頻度分布を基準頻度検出回路8で検出され
た基準頻度を用いて第8図に示すように正規化された頻
度分布をメンパーンツブ値としてファジィ辞書IOに記
憶する。
以上において特徴点数カウノタ回路7にて求める全特徴
点数としては、方向コードθ−0〜8毎に特徴点数を合
計した値であってもよいし、あるいは各合計値を合計し
た値であ−)てしよく、前者の場合全特徴点数が方向コ
ード毎に独立した値となる。
次に認識対象であるパターンを入力して、辞書記憶部内
のパターン群と照合する方法の一例について述べる。第
9図中辞書記憶部II内にはパターン毎にファジィ辞書
と特徴点の基準個数Jとが登録されている。特徴点の基
準個数jは、例えばファジィ辞書を作成するときに用い
たパターンのサンプルの特徴点の平均個数である。
先ずパターン入力部12にてパターンを人力し、特徴点
個数加算部I3により当該パターンの特徴点の総数(全
特徴点数)mを求める。続いてメンパーンツブ値加算部
I4により辞書記憶部内のあるパターンl’ T、につ
いて、パターン人力部12に人力したパターン(認識対
象のパターン)の特徴点のメツシュ位置(X、、Y、、
 0.)(1≦i≦m)に対応するメンバーシップ値f
k(XYl、θI)を求め、これらfh(Xl、Yl、
θl)を距離演算部!5に出力する。そして最大値検出
部16によりjlmのうちの大きい方max(j、m)
を出力し、距離演算部15にて先述した(1)式の演算
を実行して距離Dkを求める。こうした試行を登録され
ているすべてのパターンについて行い、近距離判定部1
7にてDkの小さい順にQ個のパターンを取り出し、こ
れを認識結果として認識結果出力部18より出力する。
G1発明の効果 本発明によれば、文字や図形等のパターンの特徴点の出
現頻度分布を、多数のサンプルを用意することにより作
成し、この出現頻度分布の各頻度を正規化して、その値
をメンバーシップ値として登録するようにしているため
、辞書を自動的に作成することができると共に辞書登録
のためのマニュアル作業が大幅に低減し、また人カバタ
ーンの位置や傾きにばらつきがあっても認識の誤りが生
じにくい。
しかも特徴点の位置的特徴に加えて方向的特徴の考え方
を導入したものであるため、aXbXkのメツシュ空間
で辞書を構成することがらメツツユのとり方によっては
大きな辞書構成となるか、実際には方向的特徴を加えた
ことで、a、bのメツツユのとり方は可成り粗くとって
も問題なく、英数字で5x5x8メッンユ、漢字でも1
5×15×8メツシュ程度で十分である。この場合漢字
1文字当たり15x15x8x4ヒツト−900バイト
となり、従来の技術における2にバイトと比較してI/
2程度以下である。従って辞書の記憶容重の低減化を図
ることができる。
また人カバターンを認識するにあたっては、人カバター
ンの特徴点のメツツユ位置に対応するメンバーシップ値
を辞書より求めるだけで確信度が得られ、その確信度を
確信度1.0 から差し引いた値を特徴点側々の照合対
象であるパターンとの距離として捉え、この距離を用い
て例えば(1)式により2つのパターンの距離Dkを演
算し、その値が小さい程パターンのマツチングの程度が
高いとして認識しているため、演算が簡単であって、高
速なパターン認識を実現できる。そして辞書そのものに
あいまい性があるので、位置ずれに極めて強い特性があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法のフローを示すフローチャート図、
第2図は方向コードを示す説明図、第3図は特徴点のあ
いまい性を示す説明図、第4図は特徴点出現頻度分布図
、第5図は本発明の実施例の一部に係る回路のブロック
図、第6図は輪郭ベクトル系列を示す説明図、第7図、
第8図は夫々正規化前後の特徴点出現頻度分布図、第9
図は本発明の実施例の一部に係る回路のブロック図であ
る。 ト・・パターン、2・・・走査回路、4・・・特徴点抽
出回路、5 ・特徴点出現頻度分布作成器、8 基亭頻
度検出回路、9・・・特徴点出現頻度分布正規化回路、
■ ・辞書記憶部、13・・特徴点個数加算部、14・
・・メンバーシップ値加算部、15・・・距離演算部。 外2名 第1図 本発明方法の一部のフローチャート 第3図 特徴点のあいまい性の説明図 第2図 方向コードの説明図 (a) (b) 第6図 輪郭ベクトル系列の説明図 4#@璧ヨボ医駕 言mJ@ヨ都録属

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)文字や図形等のパターンを照合対象となる辞書を
    用いて認識する方法において、 あるパターンに対して多数のサンプルを作成し各サンプ
    ルにおけるパターンについて特徴点群P_1、P_2・
    ・・P_N(Nは整数)を抽出すると共に、隣接する特
    徴点P_1、P_i_+_1(i≧1)を結ぶ線分の方
    向を量子化してその値を特徴点P_1の方向コードとし
    、 パターンが描かれる平面領域に横縦a×b(abは整数
    )個のメッシュ領域を割り当てると共にメッシュ領域の
    横方向、縦方向の座標をメッシュに対応させて(X(1
    ≦X≦a)、Y(1≦Y≦b))とし、また方向コード
    の数及び値を夫々k、θとし、 メモリにa×b×kのメッシュ空間に対応する領域を設
    定すると共に、当該メッシュ空間におけるメッシュ位置
    を(X、Y、θ)とし、前記特徴点をX、Y、θにより
    特定してその特徴点の出現をメッシュ位置(X、Y、θ
    )における出現とし、各メッシュ位置毎に特徴点の出現
    回数である出現頻度を求めて出現頻度分布を作成し、次
    いで各出現頻度を基準頻度を用いて正規化することによ
    りメンバーシップ値として表し、こうして正規化された
    出現頻度分布をファジィ辞書として特徴点の基準個数j
    と共に予めパターン毎に辞書記憶部内に登録しておき、 認識対象であるパターンについて特徴点を抽出し、その
    特徴点の総数mと各特徴点のメッシュ領域におけるメッ
    シュ位置(X_1、Y_1、θ_1)(1≦i≦m)と
    を求め、 辞書記憶部内のあるパターンPT_kを照合対象として
    、これのファジィ辞書の前記メッシュ位置(X_1、Y
    _1、θ_1)に対応するメンバーシップ値f_k(X
    _1、Y_1、θ_1)を求め、各メンバーシップ値f
    _k(X_1、Y_1、θ_1)を確信度1.0から差
    し引いた値の合計値 ▲数式、化学式、表等があります▼ 点の基準個数jと前記特徴点の総数mとにもとづいて、
    認識対象のパターンと照合対象のパターンPT_kとの
    離れている度合いに相当する距離D_kを演算し、 この距離D_kを辞書記憶部内の総てのパターンについ
    て計算し、そのうちの小さい値から順にパターンを適数
    選んで認識結果とすることを特徴とするパターン認識方
    法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102003399A (zh) * 2010-12-20 2011-04-06 天津诺尔哈顿电器制造有限公司 风扇延时控制电路
DE102011053287A1 (de) 2010-09-08 2012-03-08 Tsubakimoto Chain Co. Zahnriemen und Riemengetriebe

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DE102011053287A1 (de) 2010-09-08 2012-03-08 Tsubakimoto Chain Co. Zahnriemen und Riemengetriebe
CN102003399A (zh) * 2010-12-20 2011-04-06 天津诺尔哈顿电器制造有限公司 风扇延时控制电路

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