JPS5944667B2 - パタ−ン認識装置 - Google Patents

パタ−ン認識装置

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JPS5944667B2
JPS5944667B2 JP53034803A JP3480378A JPS5944667B2 JP S5944667 B2 JPS5944667 B2 JP S5944667B2 JP 53034803 A JP53034803 A JP 53034803A JP 3480378 A JP3480378 A JP 3480378A JP S5944667 B2 JPS5944667 B2 JP S5944667B2
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JP
Japan
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category
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pattern
calculating
patterns
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JP53034803A
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JPS54127631A (en
Inventor
治男 麻田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/70Arrangements for image or video recognition or understanding using pattern recognition or machine learning
    • G06V10/74Image or video pattern matching; Proximity measures in feature spaces
    • G06V10/75Organisation of the matching processes, e.g. simultaneous or sequential comparisons of image or video features; Coarse-fine approaches, e.g. multi-scale approaches; using context analysis; Selection of dictionaries

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Image Analysis (AREA)
  • Character Discrimination (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はパターン認識装置に係り、特に入力パターン
と標準パターンとの間の類似の程度を計算することによ
つて、入力パターンが属するカテゴリーを決定する装置
に関する。
従来のパターン認識装置においては分類すべきカテゴリ
の各々に対し標準となるパターンを用意し、入力された
パターンの特徴を調べると、各カテゴリの標準パターン
との類似の程度を求め、最も類似の程度の高いカテゴリ
を入力パターンの属するカテゴリとするものである。
この場合各カテゴリの標準パターンはそのカテゴリに属
することが既知であを多数のパターンの特徴を統計的に
処理して求めるのが常である。つまり、標準パターンは
その背後に多数のパターンの集合を潜在的に持つており
、その集合の性質を反映したものである。このことから
、入力されたパターンとあるカテゴリとの類似の程度は
入力パターンと多数のパターンの集合との間の類似度で
あると言える。この種の装置は、例えば特公昭49−1
2778号公報に記載されている。
この公報に記載された手法は複合類似度法と呼ばれてい
る。この発明の目的は、改良されたパターン認識装置を
提供するものであり、特に標準パターンの記憶容量及び
類似度Bf尊貴の減少されたパターン認識装置を提供す
ることにある。
この発明においては、上述したような入力パターンが、
単一のパターンではなく、いくつかのパターンの集合で
あるか、あるいは単一のパターンであつても、それをよ
り小さなパターンに分割し、元のパターンをより小さな
パターンの集合と考える。
今パターンをn次元列ベクトルで表現する。
このとき列ベクトルの要素は、パターンが図形(文字)
を表わす場合には図形の位置に対応した図形の濃度ある
いは輝度に関係する量を示し、また、パターンが音声を
表わす場合にはある時間における音波の強度に関係した
量を示している。入力パターン(パターンの集合)を{
Sj;j=1,N} 式(1)で表わ
し、あるカテゴリβに含まれることが既知であるパター
ンの集合を次のように表わす。
{メβi;i=1,M} 式(2)集合
{〆j}と集合{×゛βi}との間の類似度S〔{Yj
},{Sβi}〕を計算するために前もつて次の量を計
算しておく。まず集合{Xβi}の 共分散行列Xを次
式で計算するMt ここにメtは列ベクトルたの転置すなわち行ベクトルを
示す。
集合{Sj}についても同様にその共分散行列Yを』 で計算する。
なおX(5Yは(N,n)型対称行列となる。また行列
X(5Yの内積(X,Y)を ただし XklはXの(K,l)要素 YkllはYの(K,l)要素 のように2つの行列の対応する要素の積和として定義す
る。
この内積により行列Xのノルム:1X1( を次式で計
算できる。qΔ−▲O−1 以上の準備により集合{><J}と集合{1β!}との
類似度をそれぞれの共分散行列の内積に比例した量とし
て定義する。
つまり、これは集合の性質が共分散行列に充分に反映さ
れているという考えに基く。
この類似度S〔{Yj},{〆βi}〕の性質を見るた
めに、入力パターン集合の要素が唯一のパターン/だけ
である場合を考える。この時ただしYkは・の第k成分 となり、また行列Xの固有値をλ8(s=1,2,・・
・,n)λ8に対応する固有ベクトルを止sとするとn となり、内積(X,Y)は となる。
従つて7と{にβi}との類似度はとなる。これは入カ
パターンンとカテゴリβとの複合類似度(特公昭49−
12778公報参照)の自乗である、と比べて分母がλ
1が /ぺλ覧に変わつているだけで、ほぼ同等の類似
度を与えている。
したがつて、本発明において使用する基本となるべき類
似度は上記公報に記載された複数類似度を入力がパター
ンの集合の場合に拡張したものであるということができ
る。次に本発明によるパターン認識装置における処理の
流れの説明を行なう。
認識対象としてNxm画素からなる図形を用いる。
このような二次元的に拡がりを持つ図形は1画素の巾を
もつ縦方向の短冊(縦短冊という)が集まつたものと考
えることができるし、また巾1の横方向の短冊(横短冊
という)が集まつたものと考えられる。今の場合1つの
図形はn個の縦短冊の集合であり、見方をかえれば、m
個の横短冊の集合であるとも言える。そこで1つの図形
をこのような短冊すなわち部分パターンの集合とみなし
、式(7)で示される類似度を適用することによつて認
識を行なう。まずあるカテゴリβに属することが既知で
ある図形の集合を{GβK,k−1,・・・K}とする
。ここにGβkは(M,n)型行列である。また入力さ
れるパターンを(M,n)型行列Fで表わす。FとGβ
kとを各々F−(+1,冊,・・・Fn)
式(15)Gβk−(?βKl,&)K2・・・ν
βKn)式A6)のように表現すれば図形Fはm次元ベ
クトルの集合←ト1:i−1,・・・n}と考えること
ができ、同様に図形Gkは{VβKj;j=1,・・・
,n}と考えることができる。
集合{?βKj;j−1,・・・,n}のカテゴリ全体
にわたる和集合{F″βKj;k−1,2;・・,K,
j−1,・・・,n}を作りこの集合をカテゴリβを表
現する部分パターンの集合とする。次に集合βZβKj
}と{1f″i}から各々の共分散行列に相当する量を
次のように計算する。Cg(7)とCfとから式(7)
を用いて入力図ルTとカテゴリβとの縦短冊に関する類
似度ScCF,β〕が次のように計算できる。
ScCF,β〕は縦短冊の構成の類似件を示す量であり
、その並べ方はその中に考慮されていない。
従つて、ScCF,β〕を2次元図形の類似度としてそ
のまま採用することは適切でない。そこで横短冊につい
ても同様の類似度SRCF,β〕を計算し、入力図形F
とカテゴリβとの類似度SCF,β〕をScCF,β〕
とSRCF,β〕との積として計算することにしている
。つまり入力図形Fと、標準図形Gkをm個の横短冊に
分解しF−(Dll,dl,,・・・,DIm)t
式(20)Gk−(1k1,1k2,・・・,
1km)t 式(社)ただしDIi,(+Ki(1
−1,・・・m)はn次元列ベクトルと書き共分散行列
に相当する行列を次のように計算する。
これらより、入力図形Fとカテゴリβとの間の横短冊に
関する類似度SRCF,β〕はとして計算される。
結局SCF,β〕はとなる。
以上類似度の計算方法を述べたが、この類似度を使用す
ることにより、計算量と辞書パターンの記憶容量が複合
類似度法に比べてどのように軽減されるかを述べる。
いま、認識の対象となる図形の大きさはNxmであり、
この発明においてはあるカテゴリβの辞書パターンは式
(自)と式(至)で示さn(n+1) m(m+1)れ
その容量は?+?となる。
ここでCg(7)とRg(5)が共に対称行列であるこ
とも考慮されている。
一方、複合類似度法においては、図形はNxm次元のベ
クトルとみなされ式A4)における標準パターン{(1
)8,s−1,・・・,Nm}の容量はN2m2であり
n−m−10の場合に見るように、圧倒的に減少n(n
+1) m(m+1) +?−110(本実施例) N2m2=10000(複合類似度法の場合)している
計算量においても掛算の回数は、辞書パターンの記憶容
量とほぼ比例した関係にあり、大幅に減少していること
がわかる。以下第1図を用いて本発明の一実施例の説明
を行なう。
第1図において、入力図形1は光電変換部2により電気
信号に変換され、一時記憶回路3に一時記憶される。
計算回路4は武(自)に従い、入力図形1の縦短冊の共
分散行列を計算する回路であり、出力としてCfが得ら
れる。同様に計算回路5は式(2?に従いRfを計算す
る回路である。辞書メモリ12には認識対象としている
カテゴリの数だけの縦短冊の共分散行列Cg(5)(式
(自)により計算される)が記憶されており、メモリ読
み出し回路10は現在対象としているカテゴリのコード
を制御回路18から受けとりその辞書パターンを読み出
して、計算回路6へ転送する。計算回路6は積和回路か
らなり辞書パターンと計算回路4の出力Cfとの内積を
計算する。計算回路8は計算回路6と同様の積和回路で
ありここでCfのノルムが計算される。辞書パターンは
後で述るようにノルムが1になるように正規化されてお
り計算回路6の出力Aを計算回路8の出力Bで割つた商
を割算器14で計算すると式(自)に示される入力図形
とあるカテゴリとの縦短冊に関する類似度ScCF,β
〕が計算される。同様に式(有)に示される入力図形1
とあるカテゴリとの間の横短冊に関する類似度も計算回
路7、計算回路9、割算器15を用いて計算回路5と辞
書メモリ13の出力とから計算される。割算器14と1
5の出力は掛算器16で積をとられ式(至)に示される
Fとあるカテゴリとの間の類似度が求まる。制御回路1
8は認識の対象となるカテゴリ全体にわたり順次ひとつ
づつカテゴリを指定し対応する辞書パターンを読み出さ
せ類似度計算回路を動作させる制御を行なう。順次計算
=;===八l二?Σ=路18により教えられ、認識結
果として出力される。
次に辞書メモリ12と13に格納される辞書パターンの
作成方法について述べる。
回路構成は第2図に示すとおり第1図と類似しており、
あるカテゴリβの辞書ノぐターンは次のように作成され
る。カテゴリβに属することが既知である図形を順次、
光電変換回路20で電気信号に変換し、一時記憶回路2
1に格納する。計算回路22は第1図におけるのと同様
入力図形の縦短冊の共分散行列を計算する回路であり式
(自)の右辺中.ざI/βKi?^jが計算される。こ
れをカテゴリ占冬体にわたつて積算するのは積算回路2
4で計算され、結果としてCg(5)が出力される。C
g乾)のノルムは計算回路26で計算され割算器28で
Cg(!f)を計算回路26の出力で割つた商を計算す
ればCg(5)に比例しノルムが1であるようなカテゴ
リβの縦短冊に関する辞書パターンが出力される。これ
は制御回路34の制御の下に、辞書メモリ32のカテゴ
リβに対応した番地に書き込まれる。横短冊に関する辞
書パターンも上記と同一の手順によつて、計算回路23
積算回路25計算回路27及び割算器29で計算され辞
書メモリ33のカテゴリβに対応した番地に書き込まれ
る。上記の操作を対象とするカテゴリすべてについて行
なえば辞書パターンの作成が完了する。以上詳細に説明
したように、この発明によれば辞書パターンの容量及び
必要とする計算量を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す図、第2図はこの発
明の一実施例で用いる辞書パターンの作成回路の一例を
示す図である。 1・・・・・・入力図形、2・・・・・・光電変換部、
3・・・・・・メモリ、4〜9・・・・・・計算回路、
12,13・・・・・・辞書メモリ、17・・・・・・
最大値検出回路、18・・・・・・制御回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数個のパターンから成る集合を入力として、複数
    個のカテゴリに分類する装置において、各カテゴリに属
    することが既知であるパターンの集合の共分散行列を標
    準パターンとして記憶する手段と、入力されたパターン
    の集合の共分散行列を計算する手段と、上記入力パター
    ンとあるカテゴリに属する標準パターンとの共分散行列
    の対応する要素の積和を計算する手段と、そのカテゴリ
    全体にわたつてこの値を計算し、その中の最大値を検出
    する手段とを備え、その最大値をとるカテゴリを入力の
    パターンの集合の属するカテゴリとすることを特徴とす
    るパターン認識装置。 2 2次元図形を複数個のカテゴリに分類する装置にお
    いて、入力された2次元図形に対しその図形を構成する
    複数個の行の共分散行列を計算する手段と、複数個の列
    の共分散行列を計算する手段と、あらかじめ各カテゴリ
    に属することが既知である二次元図形に対し上記の2種
    類の共分散行列を計算し、これらを夫々そのカテゴリに
    属することが既知である二次元図形全体にわたる和を計
    算し、これを記憶する手段と、上記入力された二次元図
    形から計算された2種類の共分散行列とあるカテゴリに
    属することが既知である2次元図形全体から計算された
    2種類の共分散行列の各々について対応する要素の積和
    を計算する手段と、この手段により得られた2つの積和
    の値の積を計算する手段と、すべてのカテゴリにわたつ
    て上記の積の最大値を求める手段とを備え、その最大値
    をとるカテゴリを入力された2次元図形の属するカテゴ
    リとすることを特徴とするパターン認識装置。
JP53034803A 1978-03-28 1978-03-28 パタ−ン認識装置 Expired JPS5944667B2 (ja)

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JPS54127631A JPS54127631A (en) 1979-10-03
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