JPH04352296A - パターン認識装置及び認識辞書変更方法 - Google Patents

パターン認識装置及び認識辞書変更方法

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JPH04352296A
JPH04352296A JP3127505A JP12750591A JPH04352296A JP H04352296 A JPH04352296 A JP H04352296A JP 3127505 A JP3127505 A JP 3127505A JP 12750591 A JP12750591 A JP 12750591A JP H04352296 A JPH04352296 A JP H04352296A
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pattern
recognition
dictionary
category
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JP3127505A
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Yasuhiro Okada
康裕 岡田
Keiji Kobayashi
啓二 小林
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、パターンを読み取り
等によって認識するパターン認識装置、特に入力データ
と比較する認識辞書を変更することによってパターンの
認識確率を向上するパターン認識装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、計算機などへの大量かつ高速にデ
ータを入力する手段としてパターン読み取り装置が注目
されており、このようなパターン読み取りの一例として
は文字パターンを読み取る光学式文字読み取り装置(O
CR)が知られている。
【0003】図9は例えば「The Self−Org
anizing Map 」(Proceedings
 of The IEEE,vol.78,no.9 
sep 1990)に示される音声認識で有効とされる
認識辞書構築法を文字認識に応用した場合の従来の文字
読み取り装置の構成図を示す。図において、1は文字が
記載されている帳票、2は上記帳票1をイメージリーダ
等により走査して帳票上の濃度情報を電気信号に変換し
てディジタル化したパターンの文字イメージ情報信号を
出力する走査手段である。3は上記走査手段2による光
電変換で得られる文字イメージ情報信号に大して、文字
を認識するうえで文字カテゴリの本質的な特徴であり、
未知入力文字がいずれの文字カテゴリに属するかを判定
する上で有効な特徴を取り出す操作を行う特徴抽出手段
である。また、4は抽出した特徴値と認識辞書の演算を
行い、抽出された特徴と認識辞書とを比較し最も類似し
た文字を出力するパターン判定手段、5は文字を正しく
認識できるように認識辞書を変更する認識辞書変更手段
、6は認識辞書を記憶する認識辞書記憶手段である。
【0004】発明にかかわる部分は、未知パタ−ンを入
力してパタ−ン判定手段により、最も類似した文字を出
力する動作の部分ではなく、認識の基準となる認識辞書
を学習により順次変更していく変更手段に関するもので
ある。こうした場合には図9の従来の装置の構成におい
て、まず既知の幾つかのパタ−ンを与え、それがどのカ
テゴリ−であるかを知らせ、以後、正しいカテゴリ−で
あると十分にパタ−ン判定ができるように認識辞書変更
手段により、認識辞書の基準パタ−ン、つまり認識辞書
を変更する。
【0005】学習による認識辞書の変更に関して有力な
方法として、Learning Vector Qua
ntization(以下LVQと述べる)モデルと呼
ばれるものがある。これはパタ−ンベクトルの集合{X
i }に対し、任意にK個の参照ベクトル{Mi }(
i=1,2,,k)を選ぶ。いまサンプルベクトルX(
t)がカテゴリCr に属し、それに最も近い参照ベク
トルMc (t) がカテゴリCs に属するとする。 このとき以下の式のように参照ベクトルを変える。     Mc(t+1)=Mc(t)+a(t){X(
t) −Mc(t)}         if  Cs
 =Cr    (1)  Mc(t+1)=Mc(t
)−a(t){X(t) −Mc(t)}      
   if  Cs ≠Cr    (2)    M
i(t+1)=Mi(t)             
                   for i≠
c       (3) aは単調減少のスカラ−ゲイン因子で、tは時間である
【0006】これは以下のことを意味する。参照ベクト
ルは、修正の度毎に、正しいカテゴリに属するサンプル
パタ−ンに近づき、違ったカテゴリに属するサンプルパ
タ−ンからは遠ざかるように変更される。図10は図9
の装置の構成において、パタ−ン判定手段4の動作を示
すフロ−チャ−ト図である。図では後に述べる文字Hと
Mの認識辞書の作成の例を示している。学習対象のサン
プルパタ−ンを読み、参照ベクトルである認識辞書との
距離を計算し、十分な認識差があるかどうかを調べ、あ
れば(正読)そのまま、認識差がなければ(誤読・リジ
ェクトでY)参照ベクトル群を変更する。
【0007】具体的な例を説明する。文字HとMの認識
辞書を変更して行く例を述べる。図11は、文字が記載
されている帳票20の一例、特に学習用の文字が記載さ
れた帳票を示す説明図で、図において21、22は帳票
に記載された文字“H”、23、24、25は帳票に記
載された文字“M”である。図12は、図11に示した
文字が記載された帳票を走査手段2により走査した結果
得られる文字パターンの一例を示す説明図で、図におい
て、●は文字パターンの黒画素を表わし、空白は白画素
を表わす。31は帳票に記載された文字“H”21の文
字パターン、32は帳票に記載された文字“H”22の
文字パターン、33は帳票に記載された“M”23の文
字パターン、34は帳票に記載された“M”24の文字
パターン、35は帳票に記載された“M”25の文字パ
ターンを示す。
【0008】図13は図12に示した文字パターンを特
徴抽出手段3により特徴抽出した結果得られる特徴値の
一例を説明した図である。図において、41は文字“H
”21の文字パターン31に対する特徴値、42は文字
“H”22の文字パターン32に対する特徴値、43は
文字“M”23の文字パターン33に対する特徴値、4
4は文字“M”24の文字パターン34に対する特徴値
、45は文字“M”25の文字パターン35に対する特
徴値を示す。図14は、認識辞書記憶手段6に記憶され
た辞書の一例を説明した図である。図において、51は
文字“H”の認識辞書、52は文字“M”の認識辞書を
示し、上記特徴値と対応する。
【0009】図15〜図21は、図9の構成でパタ−ン
判定手段4と認識辞書変更手段5の動作を、文字HとM
の習得の過程に合わせて説明するための図である。図の
中の番号は、詳しくは動作の説明のところで説明するが
、60番台は認識した入力パタ−ンと認識辞書との距離
を表す。また70番台は認識結果を表し、80番台は学
習の結果、認識辞書が順次変わって行くその認識辞書を
表す。
【0010】認識辞書HとMの変更動作を述べる。これ
はLVQの手法で行う。まず図11に示した帳票の認識
文字HとMを走査し、図12の31〜35で表される2
値パターン(白か黒)を得る。次に、特徴抽出手段3に
より文字の2値パターンから特徴を抽出する。特徴は数
1に示す式(4)で求める。図12の文字パターン31
に対して数1を適用すると文字パターンの左上部の画素
は黒なので特徴値は“1”となり、最上部左から2番目
の画素は白なので特徴値は“−1”となる。すべての画
素について特徴値を求めると、図13の41の特徴値が
得られる。同様に図12の32〜35の他の文字パター
ンに対しても特徴値を求めると、図13の42〜45の
特徴値が得られる。
【0011】
【数1】
【0012】パターン判定手段4と認識辞書変更手段5
は、認識辞書の学習に際し、まず、図14に示す認識辞
書記憶手段6の“H”の認識辞書51と“M”の認識辞
書52の初期値をすべて“0”とする。(図15の学習
前の辞書81と辞書82)次に、パターン判定手段4で
文字“H”21に対する特徴値41と“H”の認識辞書
81との距離、文字“H”21に対する特徴値41と“
M”の認識辞書82との距離を求める。距離計算は数2
の式(5)と式(6)を用いる。
【0013】
【数2】
【0014】数2の式(5)と式(6)より、文字“H
”21に対する特徴値41と“H”の認識辞書81との
距離61は25となり、おなじ特徴値41と“M”の認
識辞書82との距離62は25となる。距離算出の後、
認識辞書変更手段5により認識辞書の変更を行う。 変更は数3の式(7)〜式(10)を用い、TH1は“
3”とする。この場合、数4の条件判定により認識辞書
は変更され、数3の式(7)〜式(10)の算式に従い
、“H”の認識辞書は83、“M”の認識辞書は84に
変更される。
【0015】
【数3】
【0016】
【数4】
【0017】次に、パターン判定手段4で文字“M”2
3に対する特徴値43と“H”の認識辞書83との距離
と同じ特徴値43と“M”の認識辞書84との距離を求
める。式(5)と式(6)より、文字“M”23に対す
る特徴値43と“H”の認識辞書83との距離63は1
5.5となり、同じ特徴値43と“M”の認識辞書84
との距離64は34.5となる。距離算出の後、認識辞
書変更手段5により認識辞書の変更を行う。この場合、
数4の条件判定により認識辞書は変更され、式(7)〜
式(10)の算式に従い、“H”の認識辞書は85、“
M”の認識辞書は86に変更される。
【0018】次に、パターン判定手段4で文字“H”2
2に対する特徴値42と“H”の認識辞書85との距離
、同じ特徴値42と“M”の認識辞書86との距離を求
める。文字“H”22に対する特徴値42と“H”の認
識辞書85との距離65は17.75となり、同じ特徴
値42と“M”の認識辞書86との距離66は22.2
5となる。距離算出の後、認識辞書変更手段5により認
識辞書の変更を行うが、この場合、数4の条件判定によ
り“H”の認識辞書85、“M”の認識辞書86は変更
されない。
【0019】次に、パターン判定手段4で文字“M”2
4に対する特徴値44と“H”の認識辞書85との距離
、同じ特徴値44と“M”の認識辞書86との距離を求
める。式(5)と式(6)より、文字“M”24に対す
る特徴値44と“H”の認識辞書85との距離67は2
1.25となり、同じ特徴値44と“M”の認識辞書8
6との距離68は18.75となる(図16)。距離算
出の後、認識辞書変更手段5により認識辞書の変更を行
う。パターン判定の結果は、数4の条件判定により“棄
却”74となり認識辞書は変更される。式(7)〜式(
10)の算式に従い、“H”の認識辞書は87、“M”
の認識辞書は88に変更される。
【0020】上記の処理を図11の21〜25の文字が
すべて正しく認識できるようになるまで繰り返す。その
結果、図21の89、90に示す認識辞書が得られ、図
11に示した学習に用いる文字をすべて正読することが
できる。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】従来のパタ−ン読み取
り装置は以上のように構成され、動作は参照ベクトルが
同じカテゴリのときも違ったカテゴリの時もサンプルパ
タ−ンに近づき、あるいは遠ざかるように動作し、誤読
と棄却の場合に関連する認識辞書をすべて更新するので
、認識辞書の作成に時間がかかる。
【0022】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、認識辞書の作成を短時間で実
行する装置を得ようとするものである。
【0023】
【課題を解決するための手段】この発明に係るパタ−ン
認識装置及び認識辞書変更方法は、パタ−ン判定を段階
に分けて行うパタ−ン段階判定手段と、判定結果により
自カテゴリの認識辞書を変更する第1の認識辞書変更手
段と、第1の認識辞書変更結果と入力パタ−ンとを比較
判定しその結果により、他カテゴリの認識辞書を変更す
る第2の認識辞書変更手段を設けた。または基準になる
範囲の入力パタ−ンを自カテゴリ、他カテゴリの認識辞
書と比較判定し、結果によりまず第1の自カテゴリの認
識辞書を変更し、次いでその変更後の認識辞書との比較
結果により第2の他カテゴリの認識辞書を変更するよう
にした。
【0024】
【作用】この発明においては、パタ−ン段階判定結果に
よりまず自カテゴリの認識辞書だけが変更される。さら
に自カテゴリとの距離だけが再演算され、必要があった
時だけ他カテゴリの認識辞書だけが変更される。
【0025】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の位置実施例を図について説
明する。図1はこの発明の一実施例であるパターン読み
取り装置の一例である文字読み取り装置の構成を示すブ
ロック図であり、図9に示す従来装置のものと同一また
は相当部分は同一符号を用いて示す。図1において、1
4は認識辞書と入力特徴値とを比較し類似したパターン
との類似度を示す距離を出力し、かつ、その判定を2段
に分けて判定出力するパターン段階判定手段である。1
5はエラー時に正解データの認識辞書を変更する第1の
認識辞書変更手段、16はエラー時に正解データ以外の
最短データの認識辞書を変更する第2の認識辞書変更手
段である。
【0026】図2は図1のパタ−ン段階判定手段14の
動作を示すフロ−チャ−トである。図3は図2のステッ
プAとステップBの内容を説明する図である。また図4
から図8は図1の構成のパタ−ン読み取り装置の動作を
説明する図であり、従来の動作説明である図15から図
21の文字HとMの認識辞書の習得の過程に対応したも
のである。図中の番号で図15〜図21と同じになる部
分は、同一番号に*を付して表し、異なる値になる部分
は、100番台の番号を与えて区別をしている。
【0027】ここで用いる手法はLVQモデルであるが
、カテゴリCs に属する参照ベクトルMc の変更の
仕方を、第1段階で変更する必要がある場合、つまり誤
読か棄却(リジェクト)の場合、カテゴリCr に属す
るサンプルベクトルXと同一カテゴリ(Cs =Cr 
)の参照ベクトルMc だけに限定して近付けるように
変更し、第2段階の判定で更に変更する必要がある場合
、つまり誤読か棄却の場合、サンプルベクトルと異なる
他カテゴリ(Cs ≠Cr )の参照ベクトルだけに限
定して遠ざけるように変更する方法とした。つまり、第
1段階で参照ベクトルは正しいカテゴリに属するサンプ
ルパタ−ンに近づき、違ったカテゴリに属する参照ベク
トルの場合はいったんはそのままにしておき、第2段階
でも識別が不正確な場合のみ、今度は違ったカテゴリに
属する参照ベクトルだけがサンプルパタ−ンから遠ざか
ることを意味する。
【0028】図1のパタ−ン読み取り装置の動作を、従
来例の文字HとMの認識辞書の習得を例に説明する。対
象は図11の21〜25の文字HとMで、走査手段2で
読み取ったパタ−ンは図12の31〜35となり、特徴
抽出手段3の結果の例は図13の41〜45となる。従
来と同じこれらの値により、図14の認識辞書を変更し
て行く。パタ−ン段階判定手段14の動作は、図2に示
すように、学習用のサンプルパタ−ンつまり入力特徴値
と参照ベクトルつまり認識辞書との距離を計算し、第1
段階の判定結果では同じカテゴリの認識辞書のみを修正
する。次いで第2段階の判定結果により異なるカテゴリ
の認識辞書のみを修正する。
【0029】まず、”H”と”M”の認識辞書の初期値
をすべて”0”とする(図4の学習前の辞書の81*と
82*)。次いでパタ−ン段階判定手段14で文字”H
”21にに対する特徴値41と”H”の認識辞書81*
との距離、同じ特徴値41と”M”の認識辞書82*と
の距離を式(5)式(6)を用いて計算する。その結果
は図4の61*と62*に示すように共に25となる。 本発明によると、条件判定はまず数5の条件により行わ
れ、認識辞書の変更は、式(12)〜式(15)に示す
ように自カテゴリだけであり、”H”の認識辞書は83
*のように変更される。
【0030】
【数5】
【0031】次いでパタ−ン段階判定手段14により他
カテゴリの変更された認識辞書と文字”H”21との距
離計算がされるが、本発明の場合は他カテゴリの認識辞
書は変更されていない。ともかく第2段階の条件判定は
数6の条件により行われ、その結果により第2の認識辞
書変更手段16で式(16)〜式(19)の変更をする
。このばあいはTH1は”3”なので数6の条件から認
識辞書の変更はされず”M”の認識辞書は82*のまま
である。
【0032】
【数6】
【0033】次に、パタ−ン段階判定手段14で文字”
M”23に対する特徴値43と”H”の認識辞書83*
との距離、同じ特徴値43と”M”の認識辞書82*と
の距離を求める。式(5)、式(6)からそれぞれの距
離は図4の63*の15.5と164で示す25となる
。距離算出後、第1の認識辞書変更手段15は数5の条
件により、この場合はTH1は”3”なので式(12)
〜式(15)で”M”の認識辞書は変更されて185に
なる。次いで変更後の認識辞書を用いて距離計算をする
が、実際には他カテゴリの”H”の認識辞書は変更され
ていないので簡単である。パタ−ン段階判定手段14は
第2段階の判定を数6の条件で行い、この場合TH1は
”3”なので第2の認識辞書変更手段は動作しない。つ
まり認識辞書83*は変更されない。
【0034】次に、パタ−ン段階判定手段14で文字”
H”22に対する特徴値42と”H”の認識辞書83*
との距離、同じ特徴値42と”M”の認識辞書185と
の距離を求める。式(5)、式(6)からそれぞれの距
離は図4の165に示す13.5と166で示す16.
5となる。距離算出後、第1の認識辞書変更手段15は
数5の条件により、この場合は、TH1は”3”なので
式(12)〜式(15)で”H”の認識辞書は変更され
て186になる。次いで変更後の認識辞書を用いて距離
計算をするが、実際には他カテゴリの”M”の認識辞書
は変更されていないので簡単である。パタ−ン段階判定
手段14は第2段階の判定を数6の条件で行い、この場
合TH1は”3”なので第2の認識辞書変更手段は動作
しない。つまり認識辞書185は変更されない。
【0035】上記の処理を図11の21〜25のすべて
の文字を正しく認識できるまで繰り返す。最終的には図
8の187と188に示す認識辞書が得られる。上記の
学習の経過をみると、同じ数の文字をすべて正しく認識
する認識辞書の作成に、延べ16個のパタ−ンを学習す
ればよく、従来の延べ21個のパタ−ンの学習に比べ、
短時間の学習でよいことがわかる。
【0036】実施例2.上記実施例ではパタ−ン段階判
定手段、第1の認識辞書変更手段、第2の認識辞書変更
手段を用いたが、これらを同一マイクロプロセッサで構
成してもよい。そして学習にあたり、学習対象のパタ−
ンの特徴抽出後、その判定の際のフロ−チャ−トとして
図2のフロ−チャ−トを用い、第1段階の判定結果で第
1に自カテゴリの認識辞書を変更する。次いで第2段階
で変更後の自カテゴリの認識辞書と入力パタ−ンとを比
較し、その判定結果によって2番目に他カテゴリの認識
辞書を変更する。以後、次の学習対象のパタ−ンを入力
し、第1段階からの判定から同様のことを繰り返す。こ
のようにしてすべての学習対象が正しく認識できるまで
認識辞書を変更して行く方法としてもよい。
【0037】実施例3.また、上記実施例では“H”と
“M”の活字文字パターンの認識を例にあげたが、これ
に限らず手書きの文字(数字、漢字など)の多数の文字
認識にも適用できる。また、特徴として文字の白黒特徴
を用いたが、これに限らず他の特徴を用いてもよい。ま
た、上記実施例では認識辞書の変更順序を正解文字の辞
書の次に誤読あるいは棄却した文字の辞書を変更する例
を示したが、これに限らず上記実施例の逆で誤読あるい
は棄却した文字の辞書の次に正解文字の辞書を変更する
こともできる。
【0038】実施例4.また、本発明のパターン認識装
置は、文字認識以外にも音声認識などの他のパターン認
識にも適用できる。また、認識辞書の変更を停止する条
件としてすべての文字が認識できることを用いたが、こ
れに限らず90%の文字が認識できるなどの条件も設定
できる。90%の文字が認識できるという条件設定にし
た場合には、すべての文字が認識できるという条件設定
に比較して高速に学習できる。また、認識辞書の変更条
件のしきい値を3に設定したがこれに限らず自由に設定
できる。
【0039】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、パタ−
ンの判定を段階に分けて行うパタ−ン段階判定手段と、
判定結果により自カテゴリの認識辞書を変更する第1の
認識辞書変更手段と、第1の変更結果との条件判定によ
り他カテゴリの認識辞書を変更する第2の認識辞書変更
手段を設けたので、またはパタ−ンの判定を段階に分け
て行い、第1段階の結果ではまず自カテゴリの認識辞書
の変更を行い、第2段階で他カテゴリの認識辞書の変更
を行うようにしたので、認識辞書の作成が短時間に行え
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるパタ−ン読み取り装置
の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施例であるパタ−ン段階判定装置
の動作を示すフロ−チャ−トである。
【図3】図2のステップA、Bの詳細説明図である。
【図4】本発明の一実施例の認識辞書が変更されて行く
過程を説明する図である。
【図5】本発明の一実施例の認識辞書が変更されて行く
過程を説明する図である。
【図6】本発明の一実施例の認識辞書が変更されて行く
過程を説明する図である。
【図7】本発明の一実施例の認識辞書が変更されて行く
過程を説明する図である。
【図8】本発明の一実施例の認識辞書が変更されて行く
過程を説明する図である。
【図9】従来のパタ−ン読み取り装置の構成ブロック図
である。
【図10】従来のパタ−ン読み取り装置の判定手順と認
識辞書変更手段の説明図である。
【図11】パタ−ン読み取り装置の認識辞書学習用に入
力する帳票に記載された文字の例を示す図である。
【図12】パタ−ン読み取り装置の走査で得られる文字
パタ−ンの例を示す図である。
【図13】パタ−ン読み取り装置の特徴抽出により得ら
れる特徴値の例を示す図である。
【図14】認識辞書の格納形態の例を示す図である。
【図15】従来の認識辞書が変更されて行く過程を説明
する図である。
【図16】従来の認識辞書が変更されて行く過程を説明
する図である。
【図17】従来の認識辞書が変更されて行く過程を説明
する図である。
【図18】従来の認識辞書が変更されて行く過程を説明
する図である。
【図19】従来の認識辞書が変更されて行く過程を説明
する図である。
【図20】従来の認識辞書が変更されて行く過程を説明
する図である。
【図21】従来の認識辞書が変更されて行く過程を説明
する図である。
【符号の説明】
14    パタ−ン段階判定手段 15    第1の認識辞書変更手段 16    第2の認識辞書変更手段

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  基準になる範囲の入力パタ−ンを、ま
    ず自カテゴリの認識辞書、他カテゴリの認識辞書とそれ
    ぞれ比較判定し、後述する第1の認識辞書の変更手段に
    よる変更後の演算結果によっては次いで他カテゴリの認
    識辞書と比較判定するパタ−ン段階判定手段と、上記パ
    タ−ン段階判定手段の判定結果により自カテゴリの認識
    辞書を変更する第1の認識辞書変更手段と、上記パタ−
    ン段階判定手段の判定結果により、必要に応じて他カテ
    ゴリの認識辞書を変更する第2の認識辞書変更手段を備
    えたパタ−ン認識装置。
  2. 【請求項2】  基準になる範囲の入力パタ−ンを、ま
    ず自カテゴリの認識辞書、他カテゴリの認識辞書とそれ
    ぞれ比較判定し、次いで上記入力パタ−ンとの比較判定
    結果によってはまず第1に自カテゴリの認識辞書を変更
    し、次いで上記変更後の自カテゴリ−の認識辞書と上記
    入力パタ−ンを比較判定してその結果により、必要に応
    じて第2に他カテゴリの認識辞書を変更することを繰り
    返し、正読判定を得て辞書を定める認識辞書変更方法。
JP3127505A 1991-05-30 1991-05-30 パターン認識装置及び認識辞書変更方法 Pending JPH04352296A (ja)

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