JPS5935470B2 - 図形修正方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、文字認識あるいは一般の図形処理において、
与えられた入力図形を装置内部に記憶されている標準図
形に一致するように修正する方式に関するものアある。

従来、この種の方式で用いられる代表的な原理の一つと
して図形のモーメントを利用する方法がある。

これは、装置内部の標準図形に依存せずに、図形の位置
、大きさ、回転などの大局的な情報の変形を修正するこ
とができる点を特徴としている。その反面、標準図形の
形状を知らなくてはできない文字ストロークの細部にわ
たる局所的な形状の修正などは困難となる欠点がある。
図形の細部をも修正するためには標準図形の情報を利用
しなければならない。

従来考えられてい一る主な原理は、与えられた入力図形
と標準図形をともに適当な信号に変換し、Ｄ、Ｐ、（ダ
イナミック・プログラミング）などの手法を用いて各種
の修正を試み、その中から最適なマッチングが得られる
ようなものを選ぶ方式である。しかし、このような方式
では入力図形を全ての標準図形の一つ一つと順に比較す
ることを繰返すか、あるいはそのための装置を多数並べ
て設置しなければならない。いずれにしても多くの情報
からなる２次元図形の比較を多数行なうことは困難な場
合が多い。さらに、その後に個々の標準図形について得
られた比較結果について検討し、入力図形をどのように
修正するかについての最終判断をもう一度行なわなけれ
ばならないという欠点がある。また、入力図形と標準図
形の比較方法に関して、従来よく用いられる通常の重ね
合せあるいは相関を用いたのでは、入力図形が変形して
いるために対応する標準図形と比較しても高い相関値が
得られないことも問題である。

本発明は、これらの欠点を解決し、連想比較装置を用い
て入力図形と標準図形を大局的な情報から徐々に局所的
な情報へ順次比較することにより、与えられた入力図形
を修正して標準図形の一つに一致させるようにした図形
修正方式を提供するも、のである。

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例のブロック図である。１は入力
図形を受ける入力端子、２は処理結果を出力する出力端
子、３は装置が持つ標準図形記憶、装置、４、５は図形
の大局的情報を抽出する装置、６、Ｔは図形のやや局所
的な情報を抽出する装置、８、９は図形の局所的な情報
を抽出する装置、１０，１１，１２は連想比較装置、１
３は図形の大局的変形を抽出する装置、１４は図形のや
や局所的変形を抽出する装置、１５は局所的変形を抽出
する装置、１６は図形を大局的に修正する装置、１７は
図形をやや局所的に修正する装置、１８は図形を局所的
に修正する装置である。

プロツク図にもとづいて本装置の動作の概略を説明する
。

本装置は端子１に与えられた入力図形を標準図形の集合
と比較しながら修正し、端子２に特定の標準図形に一致
させて出力する装置である。入力図形が与えられた直後
の処理段落においては入力図形、標準図形とも大局的な
情報についての比較を行なう。従来、図形の輪郭をぼか
すことにより大局的な情報を抽出できることがわかつて
いる。本実施例ではより簡単に図形を２値化し、図形を
形成する線の太さを太める処理をした結果得られる図形
を大局的な情報の抽出結果とみなす。入力図形、標準図
形ともにこの大局的情報の抽出を装置、４，５により行
なつて両者を連想比較装置１０に入力する。この連想比
較装置１０は、いくつかの標準図形と外部入力を比較す
るもので入力図形が特定の標準図形と同一の場合は入力
図形をそのまま変形せずに出力し、標準図形から変形し
ている場合はよりその標準図形に近づくように修正して
出力するもので、いわゆる自己想起型連想記憶と呼ばれ
ている機能をもつ装置である。この装置は学習機能と閾
値回路を応用して実現されている。ここでこの連想比較
装置１０の一実施例のプロツク図を第２図に示す。

図にしたがつてその構造を説明する。各絵素が｛０，１
｝で表示される２次元メツシユ状の図形を入力し、それ
を修正して出力する装置である。その構造は図形の画素
に対応したメツシユ状の２次元の入、出力面をもち、そ
の間を２種類の素子すなわち、素子Ａ、素子Ｂにより結
合したものである。これらの素子は、図に示すように４
層構造に配置される。ここで第１層と第３層は素子Ａの
２次元配列からなり、第２層と第４層は素子Ｂの２次元
配列からなる。第３図に素子Ａのプロツク図を示す。素
子Ａは抵抗器を荷重として用いた加算器と、その出力の
うち負の出力をクリツプするダイオードを用いたアナロ
グ閾値処理回路を組み合せたものである。第４図に素子
Ｂの機能を示す。素子Ｂはアナログ電圧を閾値θをもつ
て｛０，１｝にクリツプする閾値演算回路である。第１
層および第３層の素子Ａはその層内の近傍の素子と荷重
｛Ｋｌｊ｝を結合係数として逆方向相互結合をする。す
なわち第２図に示すように素子の出力が、同じ層内の他
の素子の入力となるような結合を有する。

第２層の素子Ｂの閾値はθ−１であり、入力図形から余
分の黒点を消去する機能をもつ。第４層の素子Ｂの閾値
はθ−０であり、不足している黒点をおぎなう機能をも
つ。結合係数｛Ｋｉｊ｝は装置が目的の連想機能をもつ
ように標準図形を参照して設定される。具体的には標準
図形を呈示しては結合係数を改変して行く。この手順は
学習機能の応用であり、有限回で終了することが保証さ
れている。さて、連想比較装置１０により得られた連想
出力図形と太められた入力図形の差は原入力図形が標準
図形の集合と比較して大局的にどのように位置がずれて
いたか、また変形していたかを知るための手がかりとな
るものである。

この情報により大局的変形の抽出を行なう装置１３が動
作する。次に実際に大局的変形を修正する装置１６によ
り原入力図形を修正する。本発明ではこれらの処理を図
形上にベクトル場をつくることにより実現している。こ
のベクトル場は標準図形を参照しながら入力図形から生
成されたものである。この上に原入力図形をのせて修正
する。原入力図形が修正されるにしたがい、ベクトル場
も修正され、入力図形が標準図形と一致するとベクトル
場はＯとなる性質をもつ。ところで初期の段階で得られ
たベタトル場は大局的情報により生成されたものである
から、これにより局所的な修正を行なうべきではなく、
大局的な修正を行なうべきである。本発明では、後述の
ように原入力図形にある適当な゛弾性度゛を持たせるこ
とにより、大局的な修正を実現した。以上が本実施例の
初期の段階の動作である。

その後は同様の手順をしだいに局所的な情報もとりいれ
て繰返す。つまり前段階で得られた出力を次には太める
度合を少し小さくして同様の比較を行ない、より局所的
な修正をはどこす。本実施例では３段階の繰返しを行な
つている。このようにして入力図形は大局的な修正から
、徐々に局所的な修正をほどこされ、最終的には特定の
標準図形に一致した図形として出力される。

以上が本方式の動作の概略である。次に本方式の各部の
動作原理を詳細に説明する。

大局的情報を抽出する装置４，５は位置、形状がずれて
いる図形相互を合理的に比較するための前処理装置であ
る。通常、単に重ね合せた場合は図形が互いに変形して
いると人間がみて似ている図形間でも高い相関値は得ら
れない。ところが比較する図形を両者ともぼかしてから
重ね合せることにより、この欠点を救えることがわかつ
ている。本実施例ではより簡単化と、後に用いる連想比
較装置に合せるため、２値化して太めるという処理でぼ
かし操作を代行した。ここで図形ｆをｍメツシユだけ太
める処理をした後の図形をＢｒｎｆと書くことにする。
本実施例ではｍ−３が大局的処理、ｍ−２がやや局所的
処理、ｍ＝１が局所的処理に対応している。単純なぼか
し操作ではカツトオフ周波数の選び方がぼかしの程度を
表わしていて、上記ｍの値の選び方に対応している。連
想比較装置１０，１１，１２は標準図形｛Ｇｉ｝１＝１
〜Ｎを構成する線の太さを太めた図形｛１Ｂｒｒ］Ｇｉ
｝ｉ−１〜Ｎを記憶図形とし、入力図形ｆを太めたＢＩ
Ｔｌｆを入力とする連想比較装置である。

この装置は入力があるＢＩｎｇｊであつた時は、変形せ
ずにそのまま出力し、入力があるＢＩＴ］ＧＪに比較し
て少し変形したものであつた時は、そのＢＩＴｌｇｊに
なお似るように修正して出力する機能をもつ。この装置
の出力図形をＺとする。大局的変形の抽出装置１３は連
想比較装置１０の出力図形Ｚから、原入力図形を修正す
るベクトル場を生成する。

第５図を用いてその動作を説明する。入力図形のｆ＝１
の黒点１，ｊでベクトルがどの方向に向いているかを次
のようにして決める。Ｉ，Ｊ点を中心として周囲に（２
ｍ＋１）×（２ｍ＋１）メツシユの領域を考える。さて
この領域の上半分と下半分でどちらが連想比較装置１０
の出力Ｚの要素が多いか調べる。もし上半分が多ければ
１，ｊ点ではベクトルは上に向いていると決める。左右
方向についても同様に判断できる。Ｉ，ｊ点がＺの内部
にあり、上下、左右ともにＩＢｒｒｌｆとＺとの重なる
部分が同等の場合、またＺの要素からｍメツシユ以上は
なれていて、重なる部分をもたないような場合はベクト
ルはＯであると決める。以上の手順により入力図形ｆの
黒点にベクトル場が生成できたことになる。図形の大局
的修正を行なう装置１６は装置１３により生成されたベ
クトル場にしたがつて原入力図形ｆを修正する装置であ
る。

この時図形の個々の点をそれぞれ個々のベクトルに従つ
て局所的に変形するのでなく大局的に変形することが必
要である。つまり、図形のある１点の位置が修正される
ためには、その近傍の点もまたひきずられて修正されな
ければならない。この影響がどの程度の強さでどの程度
遠くの点までおよぶかを考え、これを図形の゛弾性度゛
゜と呼ぶことにする。力学的な類同で説明すれば、すな
わち、質点がバネで結合されている状態でベクトル場の
影響を受ける時のバネの強さにあたる概念である。この
バネが非常に硬い時、質点は相互の位置関係をほとんど
かえずにただ全体的な位置だけが変化するような作用を
受ける。バネが次第に軟らかくなるにしたがつて局所的
な変形が加わり非常に軟らかい時は各点はまつたく独立
であるかのように変形することになる。バネの強弱は図
形処理の大局性と局所性に対応している。この装置１６
の例ではこれを次のように行なう。生成されたベクトル
場上でｆのある点１，ｊの位置を修正するのにＩ，ｊ点
のみのベクトルだけでなくＩ，ｊを中心としたある領域
内でｆが１である黒点のベクトルの平均をもとめ、それ
を修正ベクトルとして己ｊ点の要素を修正するのである
。この平均を求める領域の大小が大局的な処理か、局所
的な処理かに対応している。この例では、この領域はｍ
−３の時１５×１５メツシユ、ｍ＝２の時５×５メツシ
ユとし、ｍ−１の時は各点独立に修正可とした。ここで
得られた入力図形の個々の画素の修正に要した移動量を
用いて標準図形から入力図形がどれほど変形していたか
を定量化できる。

簡単な例を示せば、修正ベクトルの長さの総和を求め、
これを変形量とすることができる。また例えば具体的に
文字認識、あるいは文字品質の評価に応用する場合は図
形の一様な平行移動は文字の変形に含めない方がよいか
ら、単に総和を求めるのではなく、全修正ベクトルの平
均ベクトルを差し引いた後、ベクトルの長さの総和を求
めればよい。

図形の拡大縮小なども同様の手法により、無視すること
もできる。このように具体的な定量化は対象とする問題
により異なるものであるが、いずれにしろ個々の画素の
移動量が求められているのでこれをもとに対象に適応し
た定量化ができる。以上本方式の各部の動作を説明した
。

次に本方式による図形の処理例を示す。入力図形、標準
図形共に２５×２５（メツシユ）の｛０，１｝図形とす
る。標準図形｛Ｇｉ｝ｉ−１〜１０を第６図に示す。こ
れらは第１図に示す標準図形記憶装置３に蓄えられてい
る。第７図以下において、ｍ＝３，２，１での処理例を
装置各部の中間出力図形とともに示す。記号を次のよう
に定める。ｆ：入力図形 Ｂｒｎｆ：入力図形をｍメツユ太めた図形Ｚ：｛Ｂｎｌ
ｇｉ｝ｉ−１〜１０を記憶している標準図形とした連想
比較装置に１Ｂｒｒ１ｆを入力した時の出力ｈ：Ｚ．ｌ
５ｌ３ｒＴｌｆとの重なり具合を示す図ｍ−１の時図中
の記号は゛Ｈ”両者が共に１である所 ゛Ａ゛Ｂｆが１、ＺがＯである所 ゛Ｂ゛１Ｂｆが０ｓＺが１である所 を示す。

ｍ−２，３の時図中の記号は ゛Ｈ゛ｆが１である所 ゛Ｏ”旧１１１ｆ，Ｚが共に１である所 ゛＋゛旧門２が１、Ｚが０である所 ゛−”ＩＢＩｎｆが０１Ｚが１である所 を示す。

ｐ：ｈに示す重なり具合を用いて求められた各点でのベ
クトルの方向を示す。

図中の数字は次に示す方向を意味している。１＝（左上
）、２＝（上）、３−（右上）、４（左）、５−（移動
しない）、６−（右）、７一（左下）、８−（下）、９
−（右下）Ｆ７：修正結果 ｍ−３の大局的な処理例について説明する。

今、第７図に示す入力ｆが第１図の入力端子１に入力さ
れたとする。入力図形ｆは大局的情報抽出装置４にて太
められてＢ３ｆとなつて連想比較装置１０に送られる。
一方、標準図形記憶装置３に蓄えられている標準図形は
大局的情報抽出装置５で太められ｛１Ｂ３ｇｉ｝として
連想比較装置１０に送られる。ＩＢ３ｆと｛ＩＢ３ｇ山
はこの連想比較装置１０で処理されて、出力図形Ｚとし
て大局的変形抽出装置１３に送り出される。なお、連想
比較装置１０は第２図の如くに実現可能である。次に、
大局的変形抽出装置１３では、太められた入力図形１Ｂ
３ｆと出力図形Ｚとの重なり具合を検出して入力図形の
変形量をベクトル場として表現する。なお、ベクトル場
の抽出は第５図に示す原理にもとづいて実現可能である
。第７図のｈはＺと：Ｂ３ｆの重なり具合を例示したも
のである。大局的変形抽出装置１３で求められたベクト
ル場を参照して大局的修正装置１６によつて入力ｆを修
正する。第７図のｐは入力ｆに関する修正ベクトルの方
向を示したものであり、第７図のｆ′は修正結果を示し
たものである。この出力は次段のやや局所的な処理過程
への入力となる。第７図では文字の上部は左へ移動し、
下部は上へ移動するような修正がなされている。第８図
にはｍ−２の場合を示す。やや局所的な変形が修正され
ていることがわかる。ｍ１の場合の局所的な処理例を第
９図に示す。文字の各部が標準図形に一致するよう修正
されていることがわかる。上記のように本方式では複数
の標準図形をもち、未知入力図形をそのうちの一つに同
定するものである。

しかし、対象とする問題によつては、あらかじめ対応す
る標準図形が既知である場合、あるいは特定の２枚の図
形を比較すればよい場合もある。この場合本方式におい
ては、標準図形が−枚のみ記憶されている場合に相当す
る。この時連想比較装置は、入力図形と標準図形との間
に少しでも相関があれば常に正確な標準図形を出力する
。したがつてこのような対象も本方式により、より簡単
に処理可能である。上記実施例では２値化された図形を
対象にしたが、本方式は一般のアナログ値をもつ画像に
ついても適用可能である。

簡単な例を述べれば、まずアナログ値から適当な二値化
図形をつくる。これは単純に閾値処理をしてもよいし、
あるいはエツジ検出など、変形の抽出に重要と思われる
特徴を強調してもよい。この二値化図形について、上記
実施例により修正ベクトルを求め、これを全画面につい
て補間し、その補間された修正ベクトルにしたがつて、
アナログ値画像を修正すればよい。つまり、上記実施例
における大局的情報抽出装置４，５、やや局所的情報抽
出装置６，７、局所的情報抽出装置８，９にそれぞれア
ナログ図形を二値化する図形処理回路をつけ加え、大局
的修正装置１６、やや局所的修正装置１７、局所的修正
装置１８に修正ベクトルを補間する回路を加えればよい
。一般アナログ値画像を修正する本方式による別法をさ
らに述べる。上記実施例において装置４，５，６，７，
８，９の情報抽出装置においてぼかし操作を簡略化せず
に行ない、装置１０，１１，１２の連想比較装置はアナ
ログ値をそのまま扱うアナログ型連想比較装置を用い、
装置１３，１４，１５の変形抽出装置は連想比較出力と
、入力図形の誤差の正負、それぞれの量を画面の左右、
あるいは上下で比較し、より誤差が少なくなるように画
素の修正方向を決めればよい。以上説明したように、本
発明方式により、特定の標準図形から位置、形状が変形
した入力図形をその標準図形に一致させ出力する機能、
それに要した各画素の修正量を定量化する機能が実現さ
れた。

本発明の特有の効果は、（１）連想比較装置を利用する
ことにより多数ある標準図形と与えられた入力図形との
比較を一括して行なえること、（２）連想比較装置にお
いて図形のぼけの効果を利用しながら大局的要素から順
次局所的な要素について比較を行なうことにより、位置
形状のずれた図形間の比較が可能になつたこと、（３）
図形に゛弾性度゛を持たせることにより、大局的、ある
いは局所的な修正ができること、また（４）本来最終的
に一致させるべき標準図形が未知の段階でも連想比較装
置の出力図形を目標に図形を修正してゆく手順により、
正しい修正処理が可能となつたことである。本発明方式
は、これらの特徴をもつので、手書文字認識装置に応用
すれば手書き変形成分を吸収する処理を行なうことがで
きる。また広く図形処理の分野においては、数種の基準
となる。図形と比較してそのうちの一つを同定する機能
さらに入力図形を標準図形に一致させるに要した、個々
の画素の修正量を定量的に求めるという高度の機能を発
揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る図形の変形量抽出方式の一実施例
を示すプロツク図、第２図は第１図における連想比較装
置の構造を示すプロツク図、第３図は第２図の素子Ａの
機能を説明するための図、第４図は第２図の素子Ｂの機
能を説明するための図、第５図は第１図における変形抽
出装置における変位ベクトルの生成法の原理を説明する
ための図、第６図は本発明に用いる標準図形集合例を示
す図、第７，８，９図は本発明による処理例として大局
的な修正例、やや局所的な修正例、局所的な修正例をそ
れぞれ示す図である。 １・・・・・・入力端子、２・・・・・・出力端子、３
・・・・・・標準図形記憶装置、−４，５・・・・・・
大局的情報抽出装置、６，７・・・・・・やや局所的情
報抽出装置、８，９・・・・・・局所的情報抽出装置、
１０，１１，１２・・・・・・連想比較装置、１３・・
・・・・大局的変形抽出装置、１４・・・・・・やや局
所的変形抽出装置、１５・・・・・・局所的変形抽出装
置、１６・・・・・・大局的修正装置、１７・・・・・
・やや局所的修正装置、１８・・・・・・局所的修正装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個の標準図形を記憶できる図形記憶装置と、入
   力図形および前記標準図形の着目する要素を抽出する装
   置と、抽出された着目する要素を比較して対応する標準
   図形の着目する要素を出力する自己想起型連想比較装置
   と、該連想比較装置の出力を用いて前記入力図形の着目
   する変形を抽出する装置と、その抽出された変形量に基
   いて前記入力図形の着目する要素を修正する装置とを組
   み合せて前記入力図形を前記着目する要素につき標準図
   形に近づけるように構成した基本修正回路を、前記入力
   図形の位置、大きさ、回転などの大局的情報及び文字ス
   トロークの細部にわたる局所的情報の修正のために、複
   数段備えた図形修正方式。