JPH0410115B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は図形の輪郭特徴から上記図形を安定に
認識することのできる図形認識装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、手書文字や線図形を認識する場合、その
図形を細線化処理して端点、分岐点、交点等の特
異点の特徴を抽出して行われたり、或いは図形の
局所領域とテンプレートとのマツチングによつて
上記特異点を求める等して行われている。然し乍
ら、上記細線化に際しては、所謂ヒゲと称される
雑音が発生し易く、これによつて誤つた図形特徴
が抽出されると云う不具合を有している。またテ
ンプレートマツチングの精度がさほど高くない為
に、図形の特異点を正確に且つ安定に抽出するこ
とが難しく、従つて精度の高い図形認識が行えな
いと云う問題があつた。

また近年、図形の輪郭を追跡して、そのストロ
ーク変化から図形の特徴を抽出して認識を行うこ
とが種々試みられているが、上記特徴を安定に抽
出する上で問題が残されている。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、認識対象とする
図形の特徴をその輪郭の情報から精度良く、高安
定に抽出して上記図形を認識することのできる実
用性の高い図形認識装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は図形における端点や屈折点等の特異点
は上記図形の輪郭線上の或る一点ではなく、拡が
りを有する輪郭線の部分領域にあると云う観点に
立脚し、上記輪郭線の各輪郭点での曲率から上記
輪郭を凸部、凹部、直線部からなる部分領域に分
割してセグメント化し、これによつて図形輪郭の
特徴を正確に、且つ安定に抽出して精度の高い図
形認識を行うようにしたものである。

〔発明の効果〕

従つて本発明によれば輪郭点の曲率から簡単な
演算によつて図形のストローク分解を行い、その
特徴を抽出することができるので、付加雑音の悪
影響を受けることなしに安定に、且つ高精度に図
形を認識することが可能となり、実用上多大なる
効果が奏せられる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき
説明する。

本発明は認識対象とする図形の輪郭を追跡し、
各輪郭点における曲率を求めて輪郭の特徴を抽出
するものである。そこで、上記曲率を例えば次の
ようにして求めている。即ち、図形の輪郭を例え
ば右廻りに追跡して各輪郭点における輪郭線追跡
方向を求めるに際して上記追跡方向を例えば第１
図に示す如く量子化して、その方向コード「１」
〜「８」を求める。この方向コードの作成は、例
えば或る輪郭点ｉを中心とする３×３画素のマス
クを用い、次の輪郭点（ｉ＋１）との位置関係を
求める等して行われる。しかして今、第２図に示
される図形に対して、スタートＳ点となる輪郭画
素より順に右廻りに輪郭画素を追跡し、各輪郭点
における輪郭線追跡方向を量子化して上記図形の
輪郭を示す方向コード列を求める。尚、このと
き、方向コードが「８」から「１」に変化する場
合等、方向コード列の不連続点が生じるときには
その方向コードの値に「８」を加算して方向コー
ド値を等価変換し、その不連続性を除去する。こ
のような方向コード列の不連続性を生じるケース
は、図形の性質上10通りに限られており、このよ
うなケースを検出したときに上記した量子化方向
コードを等価変換するようにすればよい。このよ
うにすることによつて、輪郭線方向コード列は、
図形輪郭の曲りに応じた方向に方向コードの値を
増減した不連続性のないものとなる。

その後、このようにして求められた輪郭線方向
コード列を、例えば隣接する３つの輪郭点の各方
向コード値を順に加算し、これをその中心の輪郭
点の方向コードとする等して、その平滑化処理が
行われる。従つて、平滑化された方向コード列
は、雑音的な輪郭の局部的な凸凹を除去してな
る、上記輪郭の本質的な特徴を示すものとなる。

さて、本発明は上記の如く求められた図形の輪
郭線方向コード列から、各輪郭点における曲率を
求め、その曲率に従つて図形輪郭をセグメント化
してその認識を行うところに特徴を有する。上記
曲率は、平滑化された方向コード列の局所的な平
均変化率として捕えることができ、例えば方向コ
ード列に対して第３図に示す如き演算マスクを用
いて計算することにより求められる。即ち、今、
平滑化された輪郭線方向コード列をfi（ｉ＝１、
２、……、ｎ）としたとき、第３図に示す差分マ
スクを演算係数としてコンボリユーシヨン演算を
行うことにより、その曲率Ciを次のようにして求
めることができる。

Ci＝−２・fi_-2−fi_-1＋fi₊₁＋２・fi₊₂ 上述した方向コード列の不連続性を考慮して、 f_o-1＝f_-1＋24 f_o＝f₀＋24 f_o+1＝f₁＋24 f_o+2＝f₂＋24 なる方向コードの等価変換を行つて、上述した曲
率計算を行えば、各輪郭点における曲率をそれぞ
れ正しく求めることが可能となる。なお、上記式
中の右辺における２項目の24なる数値は等価変換
に使用した計数である。すなわち、この実施例で
は「１」〜「８」の方向コードを用い、方向コー
ド列に不連続点が生じるときには、その方向コー
ドに「８」を加算している。また、この実施例で
は、隣接する３つの輪郭点の各方向コード値を加
算し、この加算値をその中心の輪郭点の方向コー
ドとする平滑化処理を行つている。したがつて、
実際に求められた３つの隣接する方向コードd_-1、
d₀、d₁から等価変換された中心輪郭点の方向コー
ドf_oを求めるには、 f_o＝（d_-1＋８）＋（d₀＋８）＋（d₁＋８） ＝（d_-1＋d₀＋d₁）＋24 なる計算を行なえばよいことになる。ここで、
（d_-1＋d₀＋d₁）はf₀に相当する。

しかるのち、このようにして求められた各輪郭
点における曲率に従つて、輪郭線の凹部および凸
部をそれぞれ抽出して、上記輪郭を次のようにセ
グメント化する。即ち、曲率によつて示される各
輪郭点の特徴を考えた場合、曲率が極大となる点
を凸端、また曲率が極小となる点を凹端として捕
えることができる。そこで、２つの閾値θ₁（＞０）
とθ₂（＜０）を設定し、曲率が上記閾値θ₁以上で
且つ極大値をとる輪郭点i₁を求める。この輪郭点
i₁を凸部の中心とし、その値をC₁として所定の閾
値α・C₁を定め（αは定数）、上記輪郭点i₁を含
み、且つ閾値α・C₁以上の曲率を有する輪郭点
を抽出する。これらの輪郭点によつて示される部
分領域を凸部領域として区分する。

一方、前記閾値θ₂以下で、且つ極小値をとる輪
郭点i₂を求め、これを凹部の中心とする。そし
て、上記輪郭点i₂の曲率C₂に従つて閾値α・C₂を
定め、上記輪郭点i₂を含み、且つ閾値α・C₂以下
の曲率を有する輪郭点を抽出し、これらの輪郭点
によつて示される部分領域を凹部領域として区分
する。

以上の処理を輪郭の全域に亘つて順次行い、そ
の輪郭を凸部領域、凹部領域、およびその他の直
線領域として区画し、セグメント化する。尚、上
記係数αは、例えば0.5等として与えられる。こ
のようなセグメント化処理により、例えば第２図
に示される図形の輪郭が、第２図中セグメントａ
〜ｌに示されるように分割されることになる。但
し、第２図においては、セグメントａ，ｅ，ｇ，
ｋがそれぞれ凸部領域を示し、セグメントｃ，ｉ
が凹部領域を、またセグメントｂ，ｄ，ｆ，ｈ，
ｊ，ｌが直線部領域を示している。

かくしてこのように図形の輪郭をセグメント化
すれば、各セグメント毎にその曲率、位置、最終
方向等を求めれば、図形の特徴を極めて良く表現
した有用な特徴情報となり、これを用いて安定
に、しかも正確にその図形を認識することが可能
となる。

尚、図形の輪郭形状によつては、上述した凸部
領域同士が、また凹部領域同士が、更に凸部領域
と凹部領域とが、その一部輪郭点において重なり
合うことがある。このような場合には、それらを
統合して１つのセグメントとしたり、重なり部分
で再分割するようにすればよい。また凸部領域の
曲率が十分高い場合には、これを端部領域である
としてセグメント化することも非常に有用であ
る。

次に上述した処理を行う本発明の一実施例装置
の構成につき説明する。

第４図は実施例装置の要部概略構成図である。
図中１は、図形の輪郭線を追跡して求められる各
輪郭点での量子化方向コードdiを順次格納した方
向コード列メモリである。このメモリから方向コ
ードdiが順次読出されて方向コード列平滑化回路
２に導びかれる。この方向コード列平滑化回路２
は、例えば第５図に示すように３段のラツチ回路
２ａ，２ｂ，２ｃと、各ラツチ回路２ａ，２ｂ，
２ｃにそれぞれラツチされた隣接する３つの輪郭
点での方向コードd_i-1，di，d_i+1を加算してその
総和を求める加算器２ｄ，２ｅによつて構成さ
れ、これによつて方向コードが順次平滑化されて
いる。しかしてこの平滑化回路２が平滑化してな
る方向コードfiは局所曲率計算回路３に導びかれ
ている。この局所曲率計算回路３は、例えば前記
第３図に示す差分マスクに従つて、その曲率を計
算するもので、第６図に示す如く構成される。即
ち、平滑化された方向コードfiは、ラツチ回路３
ａ，３ｂに順に入力されたのち、インバータ回路
３ｃにて反転されてラツチ回路３ｄ，３ｅ，３ｆ
に順に格納されるようになつている。但し、上記
インバータ回路３ｃを、ラツチ回路３ｄの後段に
設けることも可能である。これによつて、ラツチ
回路３ａ，３ｂには方向コードf_i+2，f_i+1がそれぞ
れ格納され、ラツチ回路３ｅ，３ｆには極性が反
転された方向コード_i-1，_i-2がそれぞれ格納され
ることになる。しかして加算器３ｇは、ラツチ回
路３ａ，３ｆの各ラツチデータである方向コード
f_i+2，_i-2を入力してそれを加算しており、その加
算値に対して係数器３ｈはマスク係数「２」を乗
じている。また加算器３ｉは、ラツチ回路３ｂ，
３ｅの各ラツチデータである方向コードf_i+1，_i-1
を入力してそれを加算しており、この加算値は加
算器３ｊに導かれて前記係数器３ｈの出力データ
に加算されている。これにより、前述した式に従
う処理が実行され、輪郭点ｉにおける曲率Ciが計
算されている。

このようにして求められた曲率Ciのデータを入
力する凹凸中心判定回路４は、例えば第７図に示
す如く構成され、その曲率Ciの値から、輪郭形
状、つまり凹凸が判定されるようになつている。
そして、この判定回路４において判定に供された
曲率Ciのデータは、局所曲率バツフアメモリ５に
順次格納され、また上記判定された凹凸の結果で
ある凹凸の中心位置情報はメモリ６に順次格納さ
れるようになつている。尚、これらのメモリ５，
６は、前記輪郭点ｉの追跡に同期して、アドレス
カウンタ７によりアドレス制御されるものとなつ
ている。

しかして判定回路４は第７図に示すように３段
のラツチ回路４ａ，４ｂ，４ｃに、連続する３つ
の輪郭点（ｉ＋１）、ｉ、（ｉ−１）における各曲
率C_i+1、Ci、C_i-1を格納するようになつている。
このラツチ回路４ｂに格納された曲率Ciが前記メ
モリ５に供給されて格納される。一方、レジスタ
４ｄ，４ｅには、輪郭線の凸部検出の為の閾値θ₁
および凹部検出の為の閾値θ₂がそれぞれ格納され
ている。比較器４ｆは、レジスタ４ｄに格納され
た閾値θ₁と輪郭点ｉの曲率Ciとを比較し、 Ci＞θ₁ であるか否かを判定している。また比較器４ｇは
レジスタ４ｅに格納された閾値θ₂と上記曲率Ciと
を比較し、 Ci＜θ₂ であるか否かを判定している。一方、比較器４
ｈ，４ｉは前記ラツチ回路４ａ，４ｂ，４ｃにそ
れぞれ格納された曲率C_i-1、Ci、C_i+1間の大小関
係を比較しており、これによつて輪郭点ｉの曲率
Ciが極値をとるか否かを判定している。これらの
比較器４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉの各判定結果が組
合せ論理回路４ｊに与えられ、輪郭点ｉが凸部中
心、または凹部中心であるかの判定がなされるよ
うになつている。そして、この判定結果はメモリ
６に、輪郭点ｉに対応して記憶されるようになつ
ている。上記一連の処理が、図形の輪郭を追跡し
て、その全てについて行われる。

しかして、分割演算回路８は、各輪郭点におけ
る曲率がそれぞれ求められ、且つ凸部中心と凹部
中心とがそれぞれ検出されたとき、前記アドレス
カウンタ７を制御して前記メモリ５，６からそれ
ぞれデータを読出す。そして、先ず凸部中心の輪
郭点を検出し、その近傍の輪郭点での曲率をメモ
リ５から読出して、上記凸部中心の曲率値に所定
の係数を乗じた閾値ｄ・C₁と比較して、凸部領
域を求める。また同様にして、凹部中心位置を検
出して凹部領域を求める。その後必要に応じて、
上記凸部領域および凹部領域の総合、再分割処理
を行い、図形輪郭を凸部領域、凹部領域およびそ
の他の直線部領域にそれぞれセグメント分割す
る。

このように装置を構成することにより、輪郭の
特徴に従うセグメント化、つまり分割処理を簡易
に且つ確実に、しかも安定に行うことが可能とな
る。しかも装置構成も簡単であり、その実用性が
高い等の効果が奏せられる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではない。例えば輪郭線の曲率を従来より知られ
た他の手段によつて、つまり輪郭点近傍の形状に
基づいて計算すること等も可能である。また５×
５あるいは７×７のマスクを用いて計算すること
も勿論可能である。また曲率の極値を取る輪郭点
の抽出を更に広い範囲の曲率変化から安定に抽出
するようにしてもよい。また、図形の細線化パタ
ーンや、タブレツトを介して入力される文字スト
ロークそのものを輪郭と看做して同様の処理を行
うこともできる。要するに本発明はその要旨を逸
脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は
方向コードの例を示す図、第２図は図形の輪郭と
その分割の例を示す図、第３図は曲率計算に用い
るマスクの一例を示す図、第４図は実施例装置の
要部概略構成図、第５図は平滑化回路の構成図、
第６図は曲率計算回路の構成図、第７図は凹凸中
心判定回路の構成図である。 １……方向コード列メモリ、２……方向コード
列平滑化回路、３……局所曲率計算回路、４……
凹凸中心判定回路、５……局所曲率バツフアメモ
リ、６……メモリ、７……アドレスカウンタ、８
……分割演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 図形の輪郭の情報を求めて上記図形を認識す
   る図形認識装置において、上記図形の輪郭を追跡
   して各輪郭点における曲率をそれぞれ求める手段
   と、上記曲率が定められた範囲の値を有し、且つ
   極値をとる輪郭点を検出する手段と、この手段に
   より検出された輪郭点の曲率に応じて定められる
   閾値と前記各輪郭点の曲率とを比較して前記図形
   の輪郭を前記極値をとる輪郭点を含む部分輪郭部
   とその他の部分輪郭部とに区画する手段とを具備
   したことを特徴とする図形認識装置。 ２ 図形の輪郭を追跡して各輪郭点における曲率
   をそれぞれ求める手段は、各輪郭点における輪郭
   線追跡方向をそれぞれ量子化して求められた方向
   コード列を平滑化し、この平滑化された輪郭線方
   向コード列の各輪郭点での変化の割合いとして求
   めるものである特許請求の範囲第１項記載の図形
   認識装置。