JPS6024993B2 - 画像２値化方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、画像認識装置において、画像の濃淡ムラに影
響を受けない画像２値化方式に関するものである。

一般に、画像認識装置は、先ず画像の媒体を読取素子ま
で送る機構、画像を走査して白、黒を「０ト「１」の２
値信号に変換する童子化手段、量子化された信号から画
面のしみ、よごれを削除し、位置の変化の補正を行なう
正規化手段、線分要素を抽出するか標準パターンと比較
して特徴を抽出する手段、及び画像を判定する手段から
構成されている。

ところで、印字文字や手書き文字を光学的に続取る光学
的文字謙取装置ＯＣＲでは、画像処理が認識方式によっ
て左右される。

例えば、特徴抽出を行なう認識方式では、文字の大きさ
には強いが、文字の切れ、つぶれには弱い。

従って、特に、手書き文字を正確に認識するためには、
文字が切れにくい画像処理が好ましい。さて、手書き文
字、特に鉛筆手書き文字では、紙の繊維や鉛筆の微粒子
等により極小範囲でも濃淡ムラがあり、また筆圧の関係
で一文字内にも濃淡ムラが生じ、さらに白紙部分のよご
れ、消し残り等のノイズも多い。

しかしながら、従釆の２値化方式は、入力された画像信
号を２値化するための２値化閥値レベルを固定して行な
っているため、文字濃度ムラにより、線分の切れ、文字
のつぶれが発生していた。

本発明の目的は、上記のような従来の２値化方式の欠点
を解消して、手書き文字に濃淡ムラや白紙にノイズがあ
っても、これらから影響を受けないように画像信号を２
値化する画像２値化方式を得ることにある。そして、こ
の目的は、本発明によれば、認識すべき画像を走査して
得られたアナログ信号を複数レベルのディジタル信号に
変換し、さらに２値化閥値レベルにより２値信号に変換
する画像認識装置において、複数レベルのディジタル信
号の全てについて、局所的なｎ×ｎマトツリクスのディ
ジタルレベルの平均値を求め、該平均値を認識すべき画
像を走査して得られたアナログ信号のディジタル信号と
する平均値演算回路と、任意の大きさのｍ×ｍマトリッ
クス中の前記求められた平均値中の最大値を検出する最
大値検出回路と、前記最大値に基づいて第１の２値化閥
値レベルを演算する第１の演算回路と、前回１走査中の
最大値から雑音除去のための第２の２値化閥値レベルを
演算する第２の演算回路と、を具備してなり、前記第１
の演算回路あるいは第２の演算回路より得られた第１の
２値化閥値レベルまたは第２の２値化閥値レベルのうち
大きい方を、２値化閥値レベルとすることを特徴とする
画像２値化方式を提供することにより達成される。

以下本発明にかかる画像２値化方式の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。

先ず、第１図に示すように、文字、例えば「２」を矢印
方向に、ホトダィオード・アレイ等によって走査し、光
電変換されたアナログ信号を白レベルを基準にしてＡ／
Ｄ変換により４ビット・１６レベルのディジタル信号に
する。

すなわち、謎取るべき画像を走査して得たアナログ信号
を、第２図ａに示すようなＣＲ回路に充電して、第２図
ｂに示すように１２桝ｉｔのホトダィオード・イメージ
センサを使用して主走査方向に１２８個のビデオ信号出
力を得、ＣＲ回路によりビデオ信号の包絡線を得る。

次に、第２図ｃに示すように包絡線の電位ＶＨと電位Ｖ
Ｈの３０％分圧電位ＶＬを基準としてその間を１羊等分
して各レベルを４ビット表示することにより、アナログ
・ディジタルの変換を行なう。

尚、電位ＶＬを電位ＶＨの３０％分圧に設定するのは、
鉛筆書きの場合、電位ＶＬより低い電圧出力を示す、濃
さレベルが少ないためである。しかし、単純に電位ＶＬ
を白黒境界面しベルとし、電位ＶＨ付近より２０％ダウ
ンした電位付近を２値化閥値レベルとし、当該２値化関
値しベルより低いビットを黒とするならば、文字部分に
濃淡ムラ、あるいは白紙部分によごれや消し残り等のノ
イズが存在したとき、適切な電位で２値化されないため
、文字のかけ切れやかすれとなって正確な認識ができな
い。

そこで、本発明においては、２値化関値しベルのパラメ
ータを作成するにあたり、黒の孤立点によりパラメータ
値が乱されないように、一旦濃度の平均化を、走査によ
って得られた画像信号全てについて行なう。

このため、局所的な窓、例えば第３図に示すような縦横
３×３のマトリックスを用いて、次の演算を行なう。３
×３マトリックスの中心をＶ０、周辺をＶＩ〜Ｖ８とし
て、８ＶＯ＝（ｉ≧，Ｖｉ）／８ ・・
・‘１’この場合、窓をあまり大きくすると、紙の繊維
や鉛筆の粒子等による濃淡ムラのみを平均化できないの
で、鉛筆の幅を０．５側として１５０仏×３の大きさの
窓に設定する。

ＶＩ〜Ｖ８の各レベルを加算したものを１／８にして、
ＶＯのレベルを決定する操作を行なうことにより、農の
孤立点を除いた画像を作ることができる。

次に、筆圧によって一文字内に濃淡ムラが発生していて
も、つまり鉛筆により文字を書くときに力の加わり方で
、直線部や円弧の部分では文字の濃淡レベルに差が生じ
ていた場合であっても、安定に２値化を行なうためには
、２値化の闇値レベルを変える必要があり、それもある
程度局所的に変える必要がある。

その２値化のパラメータとして、平均化された値の最大
値を用いると、黒の孤立点が除去されているので文字の
薄いと思われるところでは、閥値を下げ、濃いと思われ
るところでは、関値を上げることにより、文字切れのな
い２値化画像を得ることができる。つまり、平均化され
た値の最大値を用いることにより、局所での文字が濃い
か薄いかがわかるため、これに応じて２値化を行なうの
で文字の切れは起らない。本発明においては、例えば、
線幅等を考えて第３図に示すように、縦機５×５マトリ
ックスを用いて、その中の前記求められた平均値のうち
の最高黒レベル（ピーク・レベル）をパラメータとして
２値化関値しベルを決める。最高黒レベルをＸとすると
、２値化閥値レベルＳは、シミュレーションにより次式
で求めることができる。

Ｓ＝（×−ｎ）／２ …■この演算は、
５×５のマトリックスの各値を比較し最大のもの（Ｘ）
を選択、例えば、第４図に示すスライス・レベル演算回
路４１を議出し専用メモリＲＯＭで構成する場合、最大
値Ｘを議出し専用メモリＲＯＭの入力アドレスとし、そ
の変換値を２値化閥値レベルとすることで容易に実現す
ることができる。

変換のアルゴリズムはシミュレーションにより最適なも
のが選ばれる。

その例としては、Ｘ≧１２のときには、ｎ＝３、１２＞
×Ｚ８のときにはｎ＝２、８＞ＸＺＯのときにはｎ＝１
にして変換値Ｓ（２値化閥値レベル）を求める。

すなわち、例えば、第３図中記号Ａで示すビデオ信号が
Ａ／Ｄ変換器より得られるとき、Ｖ７７における最大値
Ｘ７７は、Ｖ５５を中心とする平均値をＭ５５とすると
Ｍ５５＝（Ｖ４４十Ｖ４５十Ｖ４６十Ｖ５４十Ｖ５６十
Ｖ６４十Ｖ６５十Ｖ６６）／８以下同様にしてＶ５６〜
Ｖ９９までの平均値を求める。

次に、得られたＭ５６〜Ｍ９＄≧の平均値のうちの最大
値を、Ｘ７７＝ＭＡＸ（Ｍ５５〜Ｍ９９） で求める（ただし、ＭＡＸ（）は、（）内の最大値を表
す）。

次に式‘２ーより５×５マトリックスの最大値による２
値化の関値しベルをＳ７７＝（Ｘ７７一ｎ）／２ により求める。

この値がビデオ信号Ｖ７７に対する５×５マトリックス
の最大値による２値化関値しベルとなる。

さらに、鉛筆の粉によるよごれや消し残り等の薄いノイ
ズを２値化画像により除去するために、画像の走査方向
が第１図に示すように、一次元であることを利用して、
前回の１走査中の、最高黒レベルＰのうちの最大値によ
り次表のように各レベルに分けて雑音除去レベルを作成
する。第１表 例えば、前回の走査で最高黒レベルが非常に大きい１５
であれば、次の走査も同じく大きい（濃い）ことを予想
し、また、充分濃く書いてあると考えられるので、文字
の全体としても、薄い部分はないと考えられる。

そこで薄いレベルは文字の一部である可能性が小さいの
で不要とみて雑音除去レベルを上げる。これにより、訂
正して消した後は、鉛筆で濃く書くから雑音除去レベル
を大きくすることにより鉛筆の消し残りを除去すること
ができる。

尚、第１表に示す雑音除去レベルは任意に設定すること
ができる。

このようにして得られた２値化閥値と雑音除去レベルに
うち大きい方、つまり、濃い方を２値化の関値しベルと
して、入力画像を２値化する。

第４図は、入力された画像を２値化する画像２値化回路
のブロック図である。第１図に示すように、画像を走査
するごとに、入力ビデオＶＤＩＮ（１画素４ビット・１
６レベル）を４×１３６ビットのシフト・レジスタ１０
に加え、１画素ずつ順次シフト・レジス夕１１〜１４に
シフトさせる。

１回シフトするごとに、シフト・レジスタから３×３マ
トリックス平均値演算回路２０中にあるフリップ・フロ
ップにより構成される３×３マトリックス回路に導いて
周囲８つの総和をとり、同じく３×３マトリックス平均
値演算回路２０中の平均値演算回路で周囲８つの入力の
平均値をとって中心のレベルとし、次段のシフト・レジ
スタ３０に転送する。

そして、順次シフト・レジスタ３１〜３４にシフトされ
るごとにシフト・レジスタ３０〜３４から５×５マトリ
ックス・ピーク検出回路４０中にあるフリップ・フロッ
プにより構成される５×５マトリックス回路に導き、そ
の出力を５×５マトリックス・ピーク検出回路４０中に
ある５×５マトリックスの最大値を検出するピーク検出
回路に加える。

５×５マトリックス・ピーク検出回路４０では、５×５
マトリックスのうちより最高黒レベルＸを抽出する。

この回路の構成としては、読出し専用メモリＲＯＭを利
用すると簡単に構成することができ、例えば、２つの画
素の濃度レベル（４ビット）を読出し専用メモリＲＯＭ
の入力アドレスとし、大きい方の値を出力として得られ
るように論出し専用メモリＲＯＭを構成し、この論出し
専用メモリＲＯＭを多段に粗合せることにより５×５マ
トリックスの最高黒レベルを検出する。次に、５×５マ
トリックス・ピーク検出回路４０により求められた最高
黒レベルＸに基づいてスライス・レベル演算回路４１で
（Ｘ−ｎ）／２を演算して、２値化閥値レベルＳＣＬを
求める。尚、ｎ＝１，２，３のいずれかをあらかじめ設
定しておくか、最高黒レベル×の値によりｎを可変にし
ておく。この回路構成も議出し専用メモリＲＯＭを使用
することにより簡単に実現できる。

すなわち、５×５マトリックスの最大値を入力アドレス
とし、変換値を（２値化閥値レベル）を出力より得る。

また、５×５マトリックス・ピーク検出回路４０は５×
５以上の、例えば７×７マトリックスにしてもよい。一
方、５×５マトリックス・ピーク検出回路４０で取り出
された最高黒レベルＸは、１スキャン・ピーク検出回路
５０‘こおいて１走査期間だけ蓄えられ、１走査内の最
高黒レベルが抽出される。

この最高黒レベル値×は、レジスタ５１に蓄えられ、次
の走査時にデータ変換回路５２に転送され、次の走査時
にデータ変換回路５２に転送され、データ変換回路５２
では、前回走査時の最高黒レベルＸを第１表に示す雑音
除去レベルＮＣＬに変換する。

この回路の構成も同様に読出し専用メモリＲＯＭにて簡
単に実現できる。次に、スライス・レベル演算回路４１
により求められた２値化閥値レベルＳＣＬとデータ変換
回路５２により求められた雑音除去レベルとを比較回路
６川こ入力する。

比較回路６０は、先ず、２値化関値しベルＳＣＬと雑音
除去レベルＮＣＬとを比較し、大きい方をとって、２値
化関値しベルとして、シフト・レジスタ１４よりシフト
・レジスタ７０を介して出力される４ビット・１６レベ
ルのビデオ信号と比較することにより、２値化ビデオ信
号ＳＣＶＤを得る。尚、シフト・レジスタ７川まビデオ
信号と２値化閥値レベルとの位相を合せるためのレジス
夕である。以上説明したように、本発明によれば、画像
信号をアナログ・ディジタル変換した後、上記に示す画
像処理を行なって２値化しベル信号を得るようにしたの
で、画像の濃淡ムラ及び鉛筆のよごれやかすれに強い画
像２値化方式が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は文字の走査方法の説明図、第２図ａ，ｂ，ｃは
ビデオ信号のアナログ・ディジタル変換動作説明図、第
３図は本発明における３×３マトリックス平均値演算と
５×５マトリックス・ピーク検出動作の説明図、第４図
は本発明の一実施例を示す画像２値化回路のブロック図
である。 Ａ，Ｂ：平均化画像、１０〜１４，３０〜３４，７０：
シフト・レジスタ、２０：３×３マトリックス平均値演
算回路、４０：５×５マトリックス・ピーク検出回路、
５０：１スキャン・ピーク検出回路、６０：比較器、Ｖ
ＤＩＮ：入力ビデオ信号、ＳＣＶＤ：スライス・ビデオ
信号。第１図 第２図 第３図 図 船

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 認識すべき画像を走査して得られたアナログ信号を
   複数レベルのデイジタル信号に変換し、さらに２値化閾
   値レベルにより２値信号に変換する画像認識装置におい
   て、複数レベルのデイジタル信号の全てについて、局所
   的なｎ×ｎマトツリクスのデイジタルレベル信号の平均
   値を求め、該平均値を認識すべき画像を走査して得られ
   たアナログ信号のデイジタル信号とする平均値演算回路
   と、任意の大きさのｍ×ｍマトリツクス中の前記求めら
   れた平均値中の最大値を検出する最大値検出回路と、前
   記最大値に基づいて第１の２値化閾値レベルを演算する
   第１の演算回路と、前回１走査中の最大値から雑音除去
   のための第２の２値化閾値レベルを演算する第２の演算
   回路と、を具備してなり、前記第１の演算回路または第
   ２の演算回路より得られた第１の２値化閾値レベルまた
   は第２の２値化閾値レベルのうち大きい方を、２値化閾
   値レベルとすることを特徴とする画像２値化方式。