JPS63193284A - ベクトル識別装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、文字その他の図形などの画像、各種の音声、
検索すべき技術情報などの所定の情報の特徴に対応した
単−又は複数のベクトル成分から成るベクトルに対しク
ラス分類、認識などの識別を行い、これによって画像、
音声、検索すべき技術情報などに対しクラス分類、認識
などの識別を行うようにしたベクトル識別装置に関する
ものである。

〔発明の概要〕

入力ベクトルの各成分の値を符号化して線状ディスプレ
イにて発光表示させ、透光／非透光の符号列で表される
参照ベクトルが線状ディスプレイの素線の長手方向に多
数種配列されている参照マスクを二次元光センサーアレ
イとの間に介在させるか或いは上記二次元光センサーア
レイ自体を参照ベクトルとして受光／非受光部から成る
アレイ構造にすることにより、１つの入力ベクトルと多
数の参照ベクトルとの照合が光学的な並列処理で行われ
るようにし、ディジタル演算処理を行わずにベクトル同
定が行えるようにしたベクトル識別装置である。

〔従来の技術〕

従来、文字、その他の図形などの画像を認識する画像認
識装置は、主としてエレクトロニクス技術を用いてデジ
タル的に処理するように構成されている。そして、認識
すべき画像の特徴に応じたデータがデータベースに蓄え
られている多数の参照データ中のどの参照データに最も
整合しているかを相関演算により比較するようにしてい
る。

しかしながら、認識すべき画像が例えば文字である文字
認識の場合、字体の整っている印刷文字を認識する時で
も、漢字は画数が多くて複雑な上に字種が何千もあり、
しかも−口に印刷文字と云ってもゴシック体、明朝体な
どの種々の書体がある。また平凹き文字の場合には、そ
の文字を書いた人に応じているいろなバラツキがある。

従って、何れにしても、画像認識装置における画像認識
動作は非常に複雑になり、まな高速動作を保ったままで
精度を上げるのは非常に国運である。

一方、多数の文字のなかにはその全体が良く似ている文
字や、その一部分が同−若しくは良く似ている文字が多
くて、幾つかのクラスに分類することが可能である。

従って画像認識装置において、従来から、まず、認識す
べき画像の特徴を射影などにより抽出し、次いでこの射
影特徴などの特徴を予め用意されているクラス分類用の
参照パターンの射影特徴などと比較することにより、ク
ラス分類を行うようにしている。°そしてこのようにし
てクラス分類された画像について、そのクラスに属する
多数の画像との相関をとるようにした相関演算工程によ
り、画像の特定、即ち画像認識を行うようにしている。

なお上述の相関演算工程においては、認識すべき画像の
射影特徴などを、予め用意されている多数の画像認識用
参照パターンの射影特徴などと比較することによって、
認識すべき画像が適合している程度に応じて多数の標準
パターンを順位付けし、この順位付けに応じて画像の特
定を行うようにしている。

以下において、主としてエレクトロニクス技術を用いて
デジタル的に処理するように構成された上述のような画
像認識装置の従来例についての説明を更に具体的に補足
すると、まず、原稿などに印刷などにより記載されてい
る画像認識されるべき画像パターンが、ＣＣＤ、ＭＯＳ
センサなどから成るイメージセンサの受光面に光学レン
ズにより結像される。そしてこのイメージセンサから画
像情報としての多値ディジタル信号が出力され、この多
値ディジタル信号は適当なしきい値で２値化されてから
（しきい値が複数の場合には必要に応じて上述の場合と
は異なる多値化を行ってから）、メモリに記憶される。

またこの２値化された画像情報は画像の整形を行うため
の前処理を必要に応じて施されてから、上記メモリ又は
別のメモリに記憶される。なお上記前処理によって、ノ
イズ除去処理や、位置、大きさ、傾き、線幅などの正規
化処理などが行われる。

次に、このようにして上記メモリに記憶された画像情報
に対する射影特徴の抽出が射影処理部で行われる。

即ち、画像の成る方向軸（例えばＸ軸）への射影を行う
場合には、画像情報が記憶されている上述のメモリを上
記方向軸と一定の関係を有する方向（例えばＹ軸方向）
に走査して、このメモリがら上記画像情報を時系列的又
は並列時系列的に読み出し、この読み出した画像情報を
射影処理部に転送し、次いでこれらの転送された画像情
報を上記射影処理部で順次積算する。そしてこのような
積算により順次帯られる積算値を、上述のメモリまたは
更に別のメモリ中の上記酸る方向軸に対応した所定位置
にそれぞれ記憶させる。またこのようにしで記憶された
積算量に基づいて、上記酸る方向軸についての射影特徴
が抽出された強度分布の波形が求められる。

このような画像の射影特徴の抽出操作は通常は複数の方
向軸について行われるので、同一の画像情報に対して複
数の強度分布波形が得られる。次いでこれらの強度分布
波形により示される画像の複数の射影特徴が、予め用意
されている参照パターンの射影特徴と比較されることに
よって、画像のクラス分類又は認識が行われる。

上述のような射影特徴処理をデジタル的に行うに際し、
入力データである上記積算値をそれぞれ一つのベクトル
成分と見做して、一つ又は複数の強度分布を多数のベク
トル成分を有する１つのベクトルとして取扱うようにし
ている。従って、一つの強度分布についてアドレス１〜
ｎに積算値が記憶されていれば、この強度分布はｎ次元
ベクトルとなる。

上述のような画像認識装置において、画像の認識率を上
げるためには、同一の画像情報に対して多数の方向軸に
ついて射影処理を行って、多数種類の射影特徴を抽出す
る必要がある。従って、認識されるべき画像は多数の多
次元ベクトルが集合している多次元ベクトルの集合体と
して取扱われる。

一方、既述のクラス分類用及び画像認識用の参照パター
ンも上述の場合と同様にしてベクトル化されている。そ
して、並列パイプライン型計算機などにおいて実用化さ
れているベクトル演算専用機によ・って、認識すべき画
像の特徴に対応したベクトルと多数の参照パターンのベ
クトルとの間の相関演算が各ベクトル成分ごとに行われ
る。

なお上記相関演算においては、相関の程度を表わす因子
として、例えば両ベクトル間の距離、相関係数、類似度
などが算出される。そして相関程度の判定を行う際には
、射影特徴などの特徴のバラツキなどを考慮して最適な
相関を探す必要がある。このため、実際には、多数のベ
クトル間の相関演算を時系列的なデジタル処理により多
数同行っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、既述のような従来の画像認識装置におい
ては、クラス分類用又は画像認識用の多数の参照パター
ンを予めベクトル化する必要がある。また認識すべき画
像の特徴に応じたベクトルとこれらのベクトル化された
多数の参照パターンとの間の相関演算を、既述のような
ベクトル演算専用機において時系列的なデジタル処理に
より各ベクトル成分ごとに多数回行う必要がある。

従って、上記ベクトル化及び上記相関演算のために多大
な処理時間を必要とすると共に、上記ベクトル演算専用
機には、専用ＬＳＩを用いた専用プロセッサを組み込む
必要があるため、装置の構成が複雑となってコスト高と
なるという問題がある。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであ
って、文字などの所定の情報の特徴に対応したベクトル
成分からなるベクトルの識別に光学的な並列処理を導入
することによって、簡単な構成で以って高速度にベクト
ルの識別を行い得るようにしたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のベクトル識別装置は、入力ベクトルの各成分の
値を符号化して線素の列として発光表示する線状ディス
プレイ１と、各線素に対応した透光部３ａと非透光部３
ｂとから成る符号列が１つの参照ベクトルを表すために
線素の配列方向に延び且つ複数の異なる参照ベクトルの
符号列が線素の長手方向に配列されている参照マスク３
と、この参照マスク３に対面してその透光部３ａを通る
上記線状ディスプレイからの光を受光する二次元の光セ
ンサーアレイ４とを具備している。

この光センサーアレイ４の出力信号Ｙ、と上記人力ベク
トルの符号値ｙ、とに基づいて、入力ベクトルと異種参
照ベクトルの１つＸ、との同定を行う。

上記二次元光センサーアレイ自体が上記参照マスクの機
能を含んでいてもよく、この場合にはセンサーアレイを
参照ベクトルに対応した受光部と実質的な非受光部とか
ら成る符号列で構成する。

〔作用〕

入力ベクトルと多数の参照ベクトルとの照合を光学的並
列処理により瞬時に行う。照合のためのディジタル演算
処理は一切不要であり、参照マスクを通った光の検出信
号が入力ベクトルの符号値と一致するか否かを電気的に
弁別すれば、符号値の合致したベクトルを抽出すること
ができ、これによって未知入力ベクトルを識別すること
ができる。

〔実施例〕

次に本発明のベクトル識別装置を画像認識装置に適用し
た実施例を第１図〜第６図に付き説明する。

まず、前処理として認識すべき文字画像から抽出される
射影特徴などの特徴に対応したベクトル成分から成るベ
クトルを、既述のような従来の画像認識装置の場合と同
様にして得る。

第２図（ａ）及び（ｂ）は、−例として文字“山”から
抽出したＸ軸方向射影及びＹ軸方向射影による強度分布
波形をそれぞれ示している。この例では、文字“山”の
射影特徴に対応したベクトルは、Ｘ軸方向射影特徴の各
射影データに対応した５つのベクトル成分Ｃ２〜、と、
Ｙ軸方向射影特徴の各射影データに対応した５つのベク
トル成分Ｃ８〜１゜とから成っている。

射影特徴はＸ、Ｙ方向の外に斜方向、円周方向、放射方
向などが考えられる。ベクトル成分は現実には各射影種
ごとに１６要素程である。各ベクトル成分である分布強
度値は例えばＯ〜１００の値をとる。

本発明においては、射影特徴ベクトルの個々のベクトル
成分の強度値を符号化してから、多種の基準符号と光学
的に並列照合してベクトル同定を行う。

第１図はベクトル識別装置の要部断面を示す。

線状ディスプレイｌは基板１ａに図の紙面と直交方向の
多数の線状発光源Ｌ　、　、Ｌ　２−−−−−・−を並
列に形成したものである。この綿状ディスプレイ１に射
影特徴ベクトルの各成分である分布強度値を符号化して
表示する。

第３図は線状ディスプレイ１にてベクトルの１つの成分
を符号化表示した様子を示す。この場合０〜１００まで
の値をとる１つの成分は、５単位（５，１０，１５−・
・−−−−一−−・）で５ビツト（５線素）により表示
されている。左端の線状発光源り、は強度値の１桁目の
０又は５を夫々消灯又は点灯で表示する。Ｌ、に隣接す
る線状発光源Ｌ！　−ＬＳは分布強度値の１０の桁を４
ビツトの２進化１０進法で表示する。第３図の例では、
斜線が点灯を表し、各側は強度値６５（左）、強度値１
００　（右）を夫々示している。

綿状ディスプレイｌの線状発光ＩｇＬ、　、Ｌ２　−一
　・−・は、例えば４００本あり、これにより１つの認
識すべき文字画像についての各１６成分から成る５射影
種の特徴ベクトルを１成分につき５ビツトにて符号化表
示することができる（５射影種×１６成分×５ビット）
。

第１図において、線状ディスプレイ１の発光は各線状発
光源り３、Ｌｚ　’−”’−’−の長手方向（図面と直
交）に沿って前面側に配置された円筒レンズアレイ２の
各円筒レンズ２ａによって集光され、参照マスク３に照
射される。

参照マスク３は第４図に示すように綿状発光源Ｌ　１、
Ｌ　ｚ　’−”−・−・の長手方向（Ｘ方向）及び並び
方向（Ｙ方向）の二次元の広がりを有し、透光部ｊａ及
びハツチングで示す非透光部３ｂから成る符号パターン
で構成されている。横行の符号列Ｙ２、Ｙ２−−−−・
−・・−Ｙ７は１つの参照すべき符号化ベクトルを表し
、上記例ではｎは４００で、これらは線状発光源Ｌ　＋
　、Ｌ　ｚ　−−−−”−と一対一に対応する。

１つの符号化ベクトルが参照すべき１つの文字を表し、
マスク３の縦方向に多数の文字種に対応する符号化ベク
トル列Ｘ＋　、Ｘ２　”−・・・・−−−−Ｘ　、％が
配列されている。ｍは例えば５００である。

第４図の例ではＸｌがそのベクトル成分として参照基準
となる分布強度値（９０，１５，７５゜−−−）を有し
、対応する符号化ベクトルが符号列Ｙ＋　、Ｙｚ　’−
”−’−Ｙ、の透光部３ａと非透光部３ｂとで表されて
いる。Ｘ、〜Ｘ、のうちの１つの透光／非透光のパター
ンが、線状発光源り、、Ｌ２−・−・−の点灯／非点灯
のパターンと合致することにより、ベクトルの同定が達
成される。

第１図の例では、線状発光［Ｌ＋−Ｌｓの点灯／非点灯
のパターンは（１，１，１，１，０）＝７５で、対応す
る参照マスク３の透光／非透光のパターンは（０，１，
Ｏ，０，１）　−９０を示している。これは不一致の例
であり、透過光は（０、１，０，０，０，）　＝１０と
なっている。第４図の参照マスク３の例では、ベクトル
Ｘ４のＹ１〜Ｙｓが第１図の線状発光源り、〜Ｌ、の発
光パターンと部分的ではあるが一致している。

参照マスク３の透過光は光センサーアレイ４によって受
光され、二値の電気信号として取り出される。この光セ
ンサーアレイ４は参照マスク３の・　符号列に対応した
二次元の受光素子４ａの配列（ｎｘｍ＝４００Ｘ５００
）を有している。このような光センサーアレイ４はＣＯ
Ｄやフォトトランジスタアレイ、ＭＯＳ　−Ｆ　ＥＴア
レイ等で構成することができる。

第５図にベクトル抽出のための電気的処理部を概念的に
示す、ベクトル抽出器は比較器５及び電圧検出器６ａ及
び開閉器６ｂのブロックから成る。

比較器５はｍ（５００）個の要素から成り、各要素には
、光センサーアレイ４から読出されたｍ個のＹ、出力（
第４図の１本の縦列に対応する光センサーの並列出力で
、夫々がベクトル列Ｘ、〜Ｘ。

に属する）が同時に与えられる。一方、比較器５の各要
・素の他の入力は共通結合になっていて、そこに線状デ
ィスプレイ１の線状発光源り、　、Ｌ２−−一の点灯パ
ターン（１，Ｏ，Ｏ，Ｌ、−−−−一・−等）に対応す
るｎ個の符号列（ｙＩ、ｙ２・−−−３’　１−−ｙ、
）の信号が順次に与えられる。そしてｙ＋＝）’ｚ−ｙ
：＋−・・−−−一−・−と変化するごとに’（、−＋
Ｙ　２−　Ｙ　３　”−・−・−・のように光センサー
アレイ４の並列読出し出力を同期して変化させる。

従ってまず符号列のｙ、とＸ、〜Ｘ、に属する全てのＹ
ｌとが比較される。そして合致があった所のＸ３、即ち
、照合マスク３を通過した光が検出された位置Ｘ、（複
数）での比較出力が電圧検出器６ａにて保持され、光検
出が無かった位置のＸは開閉器６ｂが閉じられることに
より除外される。この艮作を更にｙ２とＹ２、ｙ３とＹ
３・・・・−・・−の順にｙ、、とＹｌまで実行すると
、原理的には最後に１つのベクトルＸＸが残る。このベ
クトルｘＸが識別すべき入力の射影特徴ベクトルと合致
する。なお点灯パターンｙ、がＯ（非点灯）の場合には
、比較器５のゲートを閉じ、比較を行わない。

光学処理で生じる誤差により、最終的に残った合致ベク
トルが複数個有る場合も生じるが、候補が絞れているの
で、後はディジタル計算処理（ビット演算）でパターン
マツチングを行えばよい。

第６図は第５図に示すベクトル抽出器の１要素を示す原
理的な回路例である。比較器５はアンドゲート５ａで構
成でき、その一方の人力にはセンサーアレイ４の出力Ｙ
、が与えられると共に、Ｙ。

と同期して点灯パターンｙ、が他の入力に与えられる。

Ｙ、とｙ、とが夫々ｌの場合、そのアンドゲート出力１
がアンドゲート６ａを介してランチ回路６ａに入力され
てラッチされる。このラッチ回路６ａの初期値はｌで、
その出力がアンドゲート６ａに戻されてゲートが開かれ
ている。従ってアンドゲート５ａの比較出力が１である
限り、ランチ回路６ａの内容はｌになっている。アンド
ゲート５ａの比較出力が０　（不一致）になると、う・
７チ回路６ａの保持内容がＯになり、その出力でアンド
ゲート６ｂが閉じられる。従って以後そのランチ回路６
ａの内容は０に同定され、その出力がマツチング不成立
として除去されたヘクトルＸを表す。

最終的に値１を保持しているランチ回路６ａの出力がマ
ツチングが成立したベクトルＸを示す。

なおｙムが０　（非点灯）の場合には、アンドゲート５
ａの出力を無効にするためにランチ回路６ａをトリガし
ないように構成する。

第１図に示すベクトル識別装置は半導体集積装置で一体
的に製造することができる。線状ディスプレイ１は例え
ば線状のＰＮ接合面を多数並べたＬ［ＥＤアレイで作る
ことができる。円筒状レンズアレイ２はガラスや合成樹
脂等の透明板内に屈折率が半径方向に変化するとともに
、長手方向には一定である略半円柱状のレンズ部分を間
隔をおいて多数形成した平板レンズを用いることができ
る。

また円柱状屈折率分布型レンズあるいは屈折率一様なガ
ラスロンドを配列固定したものを使用できる。要するに
線状に集光する機能を持っていればよい。参照マスク３
及び光センサーアレイ４は周知の集積回路技術で容易に
作れる。また参照マスク３を液晶シャッタのような透光
／非透光を制御できる部材で構成して、ＲＯＭのような
基卓の符号源でこの参照マスク３のパターンを制御して
もよい。

また光センサ−プレイのエレメントを参照ベクトルの符
号列に対応させて受光部と非受光部（エレメントの欠除
部）とで構成して、光センサーアレイが参照マスクの機
能を持つようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明のベクトル識別装置は上述の如く、入力ベクトル
の各成分の値を符号化して線状ディスプレイに表示して
、ディスプレイ線素の長手方向に参照ベクトルの符号列
を表す透光パターン又は受光パターンを多数配列した二
次元光センサーアレイにより、同時に並列照合する構成
であるので、長時間のディジタル処理演算を行わなくて
も、二次元センサーアレイの出力を検出して入力ベクト
ルの符号値と電気的に比較するのみで、合致のあったベ
クトルを弁別して抽出することができる。

従って未知の入力ベクトルを非常に短時間で識別するこ
とができる。

また光学的並列処理によって生じ易い誤りが、符号化手
法により大幅に軽減され、高精度の照合、識別ができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のベクトル識別装置の一実施例を示す要
部断面図、第２図は射影特徴を表す強度分布ベクトル図
、第３図は第１図の線状ディスプレイの発光パターン図
、第４図は第１図の参照マスクの要部平面図、第５図は
ベクトル抽出器の原理的回路ブロック図、第６図はベク
トル抽出器の１要素を示す原理回路図である。 なお図面に用いた符号において、 １・−・−−−−−−・−−−−−−・−線状デイスプ
レイ２−・・・・〜−−−−−−・・・−・円筒レンズ
アレイ３・−・・−−−−−−−・・・・・・参照マス
ク３ａ−一・−・−・−一−−−・透光部３ｂ・−・−
−−−−−・−・−非透光部４・・−・−・・−一−−
−・−・−センサーアレイ５−−−−−・−・・−・・
比較器 ６ａ−・−・−−−一−−−−・電圧検出器Ｌ＋、Ｌｚ
−・・線状発光源 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力ベクトルの各成分の値を符号化して線素の列と
   して発光表示する線状ディスプレイと、各線素に対応し
   た透光部と非透光部とから成る符号列が１つの参照ベク
   トルを表すために線素の配列方向に延び且つ複数の異な
   る参照ベクトルの符号列が線素の長手方向に配列されて
   いる参照マスクと、この参照マスクに対面してその透光
   部を通る上記線状ディスプレイからの光を受光する二次
   元の光センサーアレイとを具備し、 上記光センサーアレイの出力信号と上記入力ベクトルの
   符号値とに基づいて、入力ベクトルと異種参照ベクトル
   の１つとの同定を行うことを特徴とするベクトル識別装
   置。 ２、入力ベクトルの各成分の値を符号化して線素の列と
   して発光表示する線状ディスプレイと、この線状ディス
   プレイに対面して各線素に対応した受光部と非受光部と
   から成る符号列が１つの参照ベクトルを表すために線素
   の配列方向に延び且つ複数の異なる参照ベクトルの符号
   列が線素の長手方向に配列されている二次元の光センサ
   ーアレイとを具備し、 上記光センサーアレイの出力信号と上記入力ベクトルの
   符号値とに基づいて、入力ベクトルと異種参照ベクトル
   の１つとの同定を行うことを特徴とするベクトル識別装
   置。