JPS6051752B2 - 点字認識装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 点字は盲人にとつて必要欠くべからざる情報伝達手段
であるが、凹凸パターンで書かれているという特殊性に
よつて、今まで計算機を使用した情一報処理技術の対象
となつていなかつた。

この発明は点字紙を高速度で読取つて、それを認識し
、点字コードに変換する方法に関するものであり、点字
情報を概存の情報処理機械に対して入力する方法を提供
するものである。

点字の性質を利用して能率よく高速度で処理する方法
および認識の誤りを犯さない方法を用いることが技術的
なポイントである。

以下読取認識方法について述べる。

盲人用の点字は点字板や点字タイプライターなどの点
字作成具を使用して、白紙上に打点することによつて作
られる。

点の直径は１２−〜１．６ＴｎＩＩｌぐらい、高さ０．
２Ｔｎ１ｎ〜０．７７７ｚ７７！程度であるが、打点時
の力の強さによつて、もつと大きい場合や小さい場合も
ある。点字は１文字（点字用語でマスとよぶ）が第１図
に示すように１〜６の６つのポジションで表わされ、各
ポジションに凸点があるかないかによつて６ビットのコ
ードとなつている。マス内の隣り合う２つのポジション
間の距離を横点間、上下のポジション間の距離を縦点間
、左右のマスとの距離をマス間そして上下のマスとの距
離を行間という。Ｂ５版の標準点字紙１行に２６〜３２
マス、そして１頁に１６〜２桁の情報を入れることがで
きる。 点字を認識するということは、点字紙を計算機
などに読取り、読取つた情報を処理してそれらをマスに
分離し、点字コードに変換することである。

点字コードとは、６つのポジションで点があるところを
゜゜１゛、ないところを“゜０″として数値化したもの
である。先ず点字を読むためには点を検出することが必
要であるが、これには第２図ａに示すような光学的な検
出方法を使用している。

すなわち、点字紙１に斜めから光２を照射し、凸点３に
よつて生ずる影４を光電変換素子５によつて検出する方
法である。光電変換素子５の出力は影の部分を読んだ時
はレベルが他の部分より低くなり、点影が検出できる。
第２図では点を凸側から読む方法が示してあるが、第２
図ｂに示す方法て凹側３″から検出しても全く同様な結
果が得られる。光学的検出方法は読取速度を速くできる
特徴がある。本発明は以上のような光学的検出方法を利
用するもので、以下本発明の一実施例について説明する
。

まず、検出した点をコードとして認識する方法について
、第３図に示す本発明の一実施例における光学認識装置
により説明する。第３図において、第２図で説明したよ
うな点字読取機２０で検出された点字波形は波形整形回
路６によつて増幅された後適当なレベルでクリップされ
ディジタル信号に変換される。この信号は凸部９により
生じる影４が検出された時のみ論理゛゜１゛となり、通
常は論理４６０″である。７はデータバッファであり、
ｅ走査分（ｅ＝７）のディジタル信号をサンプリングし
て記憶し、各走査の情報をクロックによつてマトリック
ス回路８へ送出する。

マトリックス回路８は時系列で入つて来る情報を二次元
情報に変換し、それによつて点影の中心点を求める。（
すなわち点影を１点に絞る）回路である。１０はライン
バッファと呼んでいるものであり、３本のデータバッフ
ァによつて構成されている。

１１は点字の一番上のライン（各マスの１と４でできる
横方向の点列）、１２は中間のライン（各マスの２と５
の点列）そして１３は下のライン（各マスの３と６の点
列）を整列しながら蓄積する。

スイッチ回路９はマトリックス回路８から出力された点
影の中心点をバッファ１１〜１３のどのバッファへ入力
するかを切り換える役割をする。切換指令はマイクロコ
ンピュータ１５で行なう。整列回路１４は点列を縦方向
に整列する（すなわち１、２、３の点列または４、５、
６の点列を縦方向に揃える）回路である。整列回路１４
の出力は横方向にも縦方向にも揃つているので、それを
マイクロコンピュータ１５に入力すれば比較的容易にマ
ス分けを行なうことができる。第４図は認識の手順を図
示したものである。

図では４マス分のデータ（テンジと書いてある）を例と
している。光学的に検出された点影は同図Ａのように形
も不規則であるし点に広がりがある。これをマトリック
ス回路８て絞ると図Ｂのように中心点のみ検出され、点
の広がりはなくなるが、縦横ともに点列が揃つていない
。これを先ず、ラインバッファ１０によつて横方向に揃
え（図Ｃ）、さらに整列回路１４によつて縦方向に揃え
ると図Ｄのように整列される。このように整列されたデ
ータを縦一列ずつマイクロコンピュータ１５に読取つて
、ソフトウェアによつてマス分離し、コードとして認識
する。（第４図Ｄの破線）以下、主要部分について更に
詳しく説明する。先ず、点字を認識するために必要な読
取精度（解像度）について述べる。点字をマス分離する
ためにはマス間とマス内の横点間の区別およびマス内の
縦点間と行間の区別ができなければならない。（第１図
参照）そして更にある程度小さな点影が検出できる精度
を要する。マス間、横点間、縦点間および行間の距離は
、点字を作成する器具によつて異なり、これらを総合す
ると横点間は２．０Ｔｆｒ１ＴＬ〜２．５Ｔｍ！ｎ１マ
ス間は２．９〜３．８ＴＴ＄Ｌ１縦点間は２．１？〜２
．５ＷｆＬそして行間は５．２〜１０．０Ｔ！Ｕｎ（い
ずれも実測統計値）ぐらいである。縦点間の最大値と行
間の最小値の差は２．７Ｔｆ０ｎもあるので問題ないが
、横点間の最大値とマス間の最小値の差は０．４ＴｎＩ
ｎしかない。したがつて０．４ＴｎＩ！ｌ以下の精度で
読取らなくてはマス分離ができないことになる。実際に
は点のばらつきも考慮しなくてはならないので解像度を
３本／７７！７７！（イ）．３３ｗｒｍ）と実験的に決
定した。３本／？の解像度で読むと点の大きさは３×３
〜５×５のマトリックス内に入ることになるが、潰れた
点はこれより小さく、変形された点にはこれより大きい
ものもある。

実験的に点の大きさは横方向６×縦方向５以内で実用上
十分であることが判明し・た。このような読取精度は光
電変換素子の前に集光レンズを置いて像を絞り、光電変
換素子とレンズ系で点字紙面上を３本／Ｔｎｍの間隔で
第５図に示すように走査することによつて実現できる。
主走査は左から右へ、副走査は上から下方向である。ま
た主走査方向には３点／７ｒ＄Ｌ間隔でサンプリングを
しながら検出した情報をデータバッファ７へ取込む。し
たがつて１枚の点字紙上が格子状に縦横に３本／順の間
隔で分割され番地づけされたものと考えることができる
。第６図にデータバッファ７とマトリックス回路８の構
成を示す。

データバッファ７はＢ１〜Ｂ７の７つのメモリで構成さ
れ初段のＢ１へは、整形された点字情報が時系列で加え
られる。この情報は点字紙上で３本／ＴｌｒＩｒＬに相
当するサンプリングクロック信号でサンプリングされて
メモリＢ１へ取入れられ、クロック信号によつて１ビッ
トずつ次段へ転送される。これらの７つのメモリはシフ
トレレジスタまたはシフトレジスタ構成のランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）で構成できる。各々のメモリは横
方向１走査分のデータ（実施例では６４０ビットのデー
タ）を蓄え、１走査が終り、次の走査になると前の走査
で取込んだデータを次段のメモリへ転送する。（ただし
、メモリＢ７は次段がないので最終データはクロック毎
に消失してゆく）このようにデータバッファ７には連読
する７走査分のデータを常に記憶している。メモリの出
力信号は次段のメモリの入力に接続されているのみなら
ず、マトリックス回路８の８″ビットメモリへも接続さ
れている。８ビットメモリは、データバッファの各段の
出力信号に接続されている８ビットのシフトレジスタ（
またはシフトレジスタ構成のＲＡＭ）であり、データバ
ッファと同じサンプリングクロックで駆動されている。

８ビットメモリをバッファメモリＢ１〜Ｂ７に対応して
Ｍ１〜Ｍ７とし、各８ビットメモリのビットに左からそ
れぞれ１〜８と番号をつけると、各ビットの位置はＭｉ
ｊ（１＝１〜７、ｊ＝１〜８）で表わされ、全体で第７
図に示す７行８列のマトリックスを構成する。

この７つの８ビットメモリを総称してマトリックスメモ
リと呼ぶことにする。このマトリックスメモリ内のデー
タは、サンプリングクロックが入るたびに右に１ビット
ずつ移動し、１走査ごとに１段ずつ上に移動する。すな
わち、このマトリックスメモリの内容は、クロックが入
つた各時点での７走査Ｘ８サンプレ区間のデータの内容
を空間的に蓄積していることになる。そして、このマト
リックスは、第５図の格子座標上を、１クロック毎に上
に１つすつ移動し、次の走査に移ると１段下に移動し、
このようにして読取走査が始まつてから終るまでに第５
図の左上から右下まで１格子ずつくまなく走査してゆく
ことになる。前述したように、点の大きさは横方向６×
縦方向５以内である。それに対し、マトリックスの大き
さは横方向８×縦方向７であるから、最大の点でもマト
リックスの中にスツポリと入り、周囲には余白が生じる
。６×５よりも小さな点は、マトリックスへの入り方が
１とおりではない。

マトリックス回路８には、マトリックスメモリの他に中
心点検出回路２２があり、この回路によつて点がマトリ
ックスの中心に入つたことを検出する。第８図はマトリ
ックスの中心に点が入るまでの状態を図示している。こ
の例では点の大きさは４×３であり、斜線で示してある
。マトリックスは、クロック毎に右に動き、主走査１本
ごとに下に動いて紙面上を走査する。Ａの状態では、点
の１部は入つているが中心にはなく、それから３クロッ
ク後のＢの状態では、左右方向は中心に来たが下に片寄
つている。３走査線の後Ｃの状態を経てＤの状態まで進
んだ時、はじめて点がマトリックスの中心に位置する。

この状態において、マトリックス回路８は点の中心を検
知し、出力信号をスイッチ回路９を通してラインバッフ
ァ１０へ送出すると同時に、マイクロコンピュータ１５
へも知らせる。（第３図参照）すなわち、マトリックス
回路８によつて様々な大きさを持つた点影情報が、その
中心において１点に絞られたことになる。第８図では、
点の大きさが横方向が偶数、縦方向が奇数の場合で、丁
度中心に点影が位置するが、横方向が奇数、縦方向が偶
数の場合は中心には来ない。この場合は、横方向に対し
ては１点左寄り、縦方向に対しては１点下寄りを中心と
して定めている。第９図は中心点検出回路２２の１部を
示ている。図において、Ｈ１〜Ｈ７はマトリックスメモ
リの出力を横方向に論理和を取つたものであり、Ｖ１〜
Ｖ８は縦方向に論理和を取つたものである。これは第７
図において、Ｈｌ−Ｈ７はマトリックスの各行、Ｖ１〜
Ｖ８は各列に点影があるかないかを示す信号である。し
たがつて、Ｈ１〜Ｈ７、Ｖ１〜Ｖ８の信号を調べれば、
点が中心に位置しているかどうかが判別できる。たとえ
ば第８図Ｄの場合は、Ｈ１とＨ２、Ｈ６とＨ７は論理０
、Ｈ３〜Ｈ５は１であり、またＶ１とＶ２、Ｖ７とＶ８
は論理０とＶ３〜Ｖ６は論理１となつていて、丁度中心
に位置していることがわかる。以上のようにしてマトリ
ックス回路８によつて広がりを持つた点情報を格子状の
座標上の点として表わすことができるようになつた。

第１０図は、その様子を示したものであり●印が点に相
当する。これらの点は必ずしも横方向、縦方向に揃つて
いるとはかぎらず、このままでは認識処理が難しい。揃
わない原因は、走査線と点列とのゆがみ、点の形状の違
い、マトリックス回路８の検出誤差などがある。次に、
このような不規則な点列を最初に横方向に、次に縦方向
に揃える方法を説明する。点字の１行は横方向に３つの
ラインに分けられる。

たとえば第１図において、第１ラインは１、４の点を横
につないだもの、第２ラインは２、５の点を横につない
だもの、第３のラインは３、６の点を横につないだもの
である。第１０図において、第１ラインに相当する点は
第３図のラインバッファ１１に入れ、第２ラインに相当
する点はラインバッファ１２に、第３ライン相当する点
はラインバッファ１３に入れるように、スイッチ回路９
を切換えれば、横方向に整列することができる。スイッ
チ回路９の切換えは、マトリックス回路の出力信号を参
照して、マイクロコンピュータ１５によつて行なう。切
換えの判定は、次のように行なう。先ず、第１１図に示
すように横方向の走査を１０等分してブロック分けする
。

各ブロックにはサンプル点は６４個ずつ含まれる。各ブ
ロック内においては、点字のラインは３走査（１７ＷＬ
）以内のいずれしかないものと考えても実用上問題はな
い。このブロック単位に次の判定を行なつて、スイッチ
回路を切換える。（１）１走査において点が全くなけれ
ば、まだ行間であるので次の走査に移る。

スイッチ回路９は第１番目のラインバッファ１１へ倒れ
ている。（２）行間を経てその次の走査で１つでも点が
あれば、その点は第１ラインのラインバッファ１１へ送
出し点のあつたブロック（第ｎブロックとする。複数の
ブロックでもかまわない。）を入力開始とする。（３）
第ｎブロックに初めて点があつた走査の次の次の走査ま
でに点があれば、それは第１ラインの点であると判断す
る。

また、その時までに両隣のブロック（すなわちｎ−１ブ
ロックとｎ＋１ブロック）が入力開始になつていなかつ
たら点がなくても強制的に入力開始とする。このように
して入力のないブロックに対しては、３ライン毎に入力
開始状態を伝播させてゆく。そして、それぞれのブロッ
クにおいて、３ラインの走査を行なつた後、点を検出し
なければ第１ラインバッファに対する入力を終了する。
点を検出すれば更に２走査行なつた後に終了する。（４
） 第ｎブロックにおいて、第１ラインバッファへの入
力が終了した後に点を検出したら、第２ラインバッファ
へ入力する。そして第ｎブロックにおいて以下３走査内
で検出した点は全て第２ラインバッファへ入れ、３走査
が終わると入力状態を終了する。この時両隣のブロック
の両方か１方が入力を開始していなかつたら、第１ライ
ンと同様に強制的に開始状態に置き、３走査後に終了さ
せる。（５）第３ラインバッファにおいても第２ライン
バッファと同様にしてデータを取込む。

（６）全てのブロックが第３ラインバッファへの入力を
終了したら、その行が終了したと判定し、ラインバッフ
ァのデータを１走査期間で整列回路１４へ送出し、ライ
ンバッファへは次の行のデータを取込む用意をする。

以下ステップ１から繰返し１頁全部読終わつたら（走査
位置が紙の終わりまで来たら）読取を終了する（なお、
上記読取方法では、たとえば１ンンン―とか１ワワワ・
・・・・・ョなどの行を読み取る際には誤読の可能性が
あるが、このような文章が発生する確率は非常に稀であ
り、一般的には考える必要はない。

しかしそのような際にも、前後の読み取りの経緯からマ
イクロコンピュータ１５により中心点検出回路２２を制
御することにより、あるいはマイクロコンピュータ１５
に誤読が生じてもよいような誤読コード補正変換テーブ
ルを設けることにより、その誤読を防止する構成をとる
こともできる。）上記の方法によつてライン分離を行な
えば、点列の蛇行があつても小さいブロック内では３走
査以内に入るし、走査線に対して点列が傾いている場合
も入力開始状態を伝播させることによつて点列をトレー
スすることができるので正確にデータが横方向に整列さ
れる。

第１２図にスイッチ回路９とラインバッファ１０の回路
構成を示す。

３２〜３４はＤタイプのフリップフロップ（以下Ｄ−Ｆ
Ｆと略す）であり、先に述べた判定理論により、マイク
ロコンピュータ１５から、ブロックごとにどれか１つの
み論理１にされ、他の２つは論理０となる。

いまＤ一ＦＦ３３のみ１になつたとすると、Ｄ−ＦＦ３
２と３４のＱ出力は０、３３は１である。この状態で、
マトリックス回路からデータが入つてくるとＤ−ＦＦ３
６のみ論理１となり（従つてＱ出力は論理０になる）Ｄ
−ＦＦ３５、３７は論理０となる。Ｄ−ＦＦ３６もサン
プリングクロックの後縁でリセットされ論理０に戻され
る。３８はクロックの後縁を検出して短いリセットパル
スを出力する回路である。

このように、Ｄ−ＦＦ３５〜３７は３２〜３４によつて
選ばれたもののみ、しかもマトリックス回路からのデー
タが入つてからサンプリングクロックに後縁までの期間
のみ開かれる（論理１になる）スイッチ回路として働く
。４２〜４４はそれぞれ第１ライン、第２ラインおよび
第３ラインに相当するラインバッファであり、各々横方
向のサンプレ点数の容量（６４０ビット）を持つシフト
レジスタ構成のメモリである。

このメモリも他と同様にサンプリングクロックで１ビッ
トずつ取込みシフトする。３９〜４１は各ラインメモリ
に対応するゲート回路であり、前段のＤ−ＦＦ３５〜３
７が閉じている時は、ラインメモリの最後のビットをメ
モリの入力とするように接続している。（すなわち、メ
モリの内容は循環して保存されている。）Ｄ−ＦＦ３５
〜３７のどれか１つ、たとえば３６が開くと、ゲート４
０が切換わり行終了信号をラインバッファ４３の入力と
する。行終了信号は普段は論理１であるから、メモリ４
３に、サンプリングクロックに同期して論理ｌの情報が
入力される。Ｄ−ＦＦ３６は次のクロックの後縁で閉じ
るあで、マトリックス回路からのデータが入つた時のみ
、１ビットだけ入力される。このようにしてメモリ４３
には、データが蓄積されてゆく。メモリ４２と４４につ
いても全く同様である。先に述べた理論によつて、行の
終了が検出されると、マイクロコンピュータ１５は、１
走査期間のみ、行終了信号を論理０にする。そうすると
Ｄ−ＦＦ３５〜３７は全て開き、メモリ４２〜４４の入
力信号は論理０となつて、１走査でメモリの内容はクリ
アされると同時にメモリの内容を次の整列回路へ転送す
る。このような一連の操作を１行ごとに行なつてゆく。
以上で点列は横方向に整列された。

次段の整列回路は点列を縦方向に整列する回路てある。
縦方向の整列は１行ごとに行なうので、点の数は最大で
も３点である。（１、２、３の点列または４、５、６の
点列）したがつて、この程度では点が大きくばらつくこ
となく、点列は３つのサンプル間隔内に入つてしまう。
第１３図は縦方向整列回路を図示したものである。第１
３図においてＪＫフリップフロップ（以下ＪＫ−ＦＦと
略す）５０〜５２はラインメモリ４２〜４４の出力へそ
れぞれ接続されている。これらのＪＫ−ＦＦは、入力信
号が入るとサンプリングク罎ンクに同期して論理１にな
り、クリア信号が入るまでホールドされるように接続さ
れている。ＪＫ−ＦＦ５Ｏ〜５２のどれか１つでも論理
１になると、オアゲート５３の出力が１になつて、アン
ドゲート５４を通してサンプリングクロックがカウンタ
５５に印加される。５５は３ビットカウンタであり、サ
ンプリングクロックを３つ数えると出力を出し、マイク
ロコンピュータ１５へ割込をかける。割込によつてマイ
クロコンピュータ１５は、ＪＫ−ＦＦ５Ｏ〜５２の状態
を読取ると同時に、割込が生じた時点での横方向の座標
を検出して記憶し、リセット信号パルスを出力して、Ｊ
Ｋ−ＦＦとカウンタ５５をリセット・する。したがつて
ＪＫ−ＦＦ５Ｏ〜５２には、最初の情報が入つてから、
３クロック分情報が蓄積され、それが一度にコンピュー
タへ読取られたことになる。このようにして、行終了信
号が論理０なつている。１走査期間中に、１行のすべて
のデー・夕が読取られてしまう。

マイクロコンピュータ１５のメモリに畜えられているデ
ータは、１行ごとに区分され、しかも１、２、３のポジ
ションまたは４、５、６のポジションごとに縦方向に揃
えられているので、これノらをマス区分することは比較
的容易である。

マス区分を行なう前に先ず読取られたデータすべてに対
して隣接するデータとの座標値の差を求め、これを統計
的に処理して、第１図における横点間とマス間の代表値
を求める。これは点字作成器具の相違によつて、これら
の値が微妙に異なり、そのために生じるマス分離ミスを
減するためである。次に求めた横点間、マス間距離を読
取つたデータ間の距離に適用して、各々データがマスの
前列（１、２、３の点列）か後列（４、５、６の点列）
かを判定し、マス分離を行なつて点字コードに変換する
。これらは全てソフトウェアで行なうことができる。以
上、点字を読取つて点字コードとして認識するまでのプ
ロセスを述べた。

点字コードにしておけば、それを仮名文字に変換して出
力したり、誤りを校正したり、印刷機に出力して多くの
コピーを作ることも可能てあり、点字情報を一般情報と
同様に扱うことができ、大きなメリットが生ずる。点字
紙を光学的に読取つてコードとして認識する方法として
は、上記の他に高速ミニコンによつて全てソフトウェア
で処理する方法が考えられるが、本発明はこのような方
法に対して次の利点がある。

（１）高速処理を要する部分をハードウェア化している
ので、遅いマイクロコンピュータを用いても、実用上十
分な読取速度が得られる。

（実施例では、Ｂ５版の点字紙１枚を３０秒で読取り認
識できる）（２）マトリックス回路によつて、点の中心
を求め、その位置情報のみを使用しているので、点の大
きさや形状の影響を受けることがなく、認識の誤りが少
ない。

（実施例では新しい点字紙を対象とした場合、ほぼ１０
０％の認識率が得られている）（３） ラインバッファ
や整列回路を使用して、点の位置や配列をダイナミック
に処理しているため、多少の点列のみだれや傾きがあつ
ても認識率に影響しない。

（４）点間距離、マス間距離などは、読取つた値から統
計的に求め、その値によつて認識を行なつているので、
多少規格の異なつた点字紙でも問題なく認識できる。

（実施例によると、市販されているほとんどの点字作成
器具で作成した点字紙を区別なく認識できている）（５
）高速なコンピュータを必要としないので、装置全体が
コンパクトであり、低コスト化が計れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は点字コードを説明する概念図、第２図Ａ．．ｂ
は点字の凹凸情報を光学的に検出する原理図、第３図は
本発明の一実施例における点字認識装置のブロック結線
図、第４図は点の認識方法を第３図に対応して図示した
概念図、第５図は点字紙上の走査を示す概念図、第６図
はバッファ回路とマトリックス回路の構成図、第７図は
マトリックス回路と格子状座標の対応図、第８図は点影
の中心を求める方法を説明する概念図、第９図は中心点
を検出する要部回路図、第１０図はマトリックス回路を
通過した後の点字データの概念的な様子を示す概念図、
第１１図は横方向にライン分離を行なう場合のブロック
の分け方を示す概念図、第１２図はスイッチ回路とライ
ンバッファ回路の構成図、第１３図は縦方向整列回路の
構成図である。 ６・・・・・・波形整形回路、７・・・・・・データバ
ッファ、８・・・・・マトリックス回路、９・・・・・
スイッチ回路、１０〜１３・・・・ラインバッファ、１
４・・・・・・整列回路、１５・・・・マイクロコンピ
ュータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 点字紙を走査して点字を電気信号として読み取る読
   取手段、前記読取手段により読み取つた電気信号をディ
   ジタル信号に変換する波形整形手段、前記波形整形手段
   が変換した前記ディジタル信号をサンプリングして複数
   走査分のデータを蓄積する第１の蓄積手段、前記第１の
   蓄積手段に蓄積されたデータを順次読み出してこれを二
   次元情報に変換し、点字情報が二次元情報の所定の位置
   にとり込まれたとき点字情報を読み出す読出手段、前記
   読出手段により読み出された点字情報を複数のグループ
   に分割し、各グループ毎に蓄積する第２の蓄積手段、前
   記第２の蓄積手段の出力を受け、この出力情報を時間的
   に整列する整列手段、前記整列手段の出力をマス分離し
   、点字コードに変換する点字コード変換手段とを具備し
   たことを特徴とする点字認識装置。 ２ グループ数が点字を構成する縦点の数である特許請
   求の範囲第１項記載の点字認識装置。 ３ グループ数が３である特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の点字認識装置。