JPS6350744B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は重ね合わせ法によるパターン認識方式
に関する。

重ね合わせ法は文字認識、特に印刷文字認識の
手法として広く用いられてきた。その理由とし
て、(1)理論的な基礎があり、その理論が直感に合
い単純であること、(2)結果が入力パターンの連続
的変形に応じた現われかたをすること、(3)パター
ンを特徴の組み合わせで表現する方式（構造解析
法）でないから認識対象文字の種類や数による組
み合わせの違い、複雑さの増加がなく、方式の変
更が全く不要なこと、などがあげられる。一方、
難点を一言でいえば、各点が二次元的にまわりの
点とどう関係しているかという情報を使わない
“各点独立性”の仮定に基づくことによる二次元
構造性の欠如であろう。

これに対して幾つかの改良がなされてきた。そ
の１つとしてボケの積極的導入がある。つまり、
ボカすことにより各点を二次元的に非独立化し、
重ね合わせ法の欠点を補なつているのである。こ
の他に重ね合わせにおいて重要な意味を持つもの
に“ずらし”がある。印刷文字の場合の誤認識は
殆んど位置ずれによつて起こつているため、単に
ボカしによるばかりでなく、相互のパターンを全
体的にずらすことにより、位置ずれに対する解決
を図つている方式もある。しかし、このような全
体的なずらしは印字のずれのような全体的な変形
に対して有効であるが、例えば手書のような局部
的な変形に対しては有効でない。

本発明はこのような点に鑑み、局所的な不規則
変形に対しても安定で、性能の低下しないパター
ン認識方式を得ることを目的としたものである。
この目的のために、本発明は局所的な（各点で
の）ずらしによる重ね合わせ法を採用し、ある範
囲内での位置ずれ、線の太さのような全体的な変
形、局所的不規則な変形などに対して極めて有効
な手法としたものである。

以下、本発明を図面を用いて詳述する。本発明
の全体の処理系は第１図に示すように前処理部
Ａ、距離変換部Ｂおよび識別部Ｃから構成されて
いる。

前処理部Ａでは入力パターンを光電変換して白
地、黒地に二値化する。この出力の二値パターン
を第２図に示す。入力パターンの黒字が１、同じ
く白地が０の二値入力文字パターンｆ（ｘ、ｙ）
を得る。

次に、距離変換部Ｂにおいて前処理部で得た二
値入力文字パターンｆ（ｘ、ｙ）の白地（０）を
黒地(1)からの距離に対応した数値の入力距離変換
パターンに変換する。この入力距離変換パターン
ｈ（ｘ、ｙ）を第３図に示す。

この距離変換部Ｂの構造は順方向走査部と逆方
向走査部からなる。順方向走査部での概略を説明
すると、テレビの走査線と同じ順序、すなわちｎ
を画面の縦横それぞれの分割数とすると、（ｘ＝
１、ｙ＝１）、（ｘ＝２、ｙ＝１）、（ｘ＝３、ｙ＝
１）………（ｘ＝ｎ、ｙ＝１）、（ｘ＝１、ｙ＝
２）、（ｘ＝２、ｙ＝２）、（ｘ＝３、ｙ＝２）、…
……（ｘ＝ｎ、ｙ＝２）、………（ｘ＝ｎ、ｙ＝
ｎ）の順序で次の操作を行なう。

ｆ（ｘ、ｙ）＝１のとき不変 ｆ（ｘ、ｙ）＝０のときMIN｛ｆ（ｘ−１、ｙ）＋
１、ｆ（ｘ−１、ｙ−１）＋１、ｆ（ｘ、ｙ−１）＋
１、ｆ（ｘ＋１、ｙ＋１）＋１｝をｆ（ｘ、ｙ）の
値とする。

但し、ｘ−１＝０、ｙ−１＝０、ｘ＋１＝ｎ＋
１である時、即ち座標値が定義域外の時のｆの値
はｎとする。

この操作により入力情報の左上から右下方向へ
の距離伝播が行なわれる。

次に順方向走査部の回路構成を第４図を用いて
説明する。まず制御部１から（ｘ、ｙ）座標値が
順方向走査順に順次出力され、アドレス発生部６
に送られる。このアドレス発生部６では（ｘ、
ｙ）の値から、順次（ｘ、ｙ）及びその上と左隣
接点のアドレス（ｘ−１、ｙ）、（ｘ−１、ｙ−
１）、（ｘ、ｙ−１）、（ｘ＋１、ｙ−１）の計５つ
の座標点の信号（x′、y′）をタイミング信号ｔと
共に発生する。x′とy′信号がＸおよびＹ方向アド
レスレジスタ３，４に入ると、パターンメモリ２
からｆ（x′、y′）値がデータレジスタ５に読み出
される。このデータレジスタ５の内容は分配器７
を通してレジスタ８，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に
入る。この時、データレジスタの内容がどのレジ
スタＲ０〜Ｒ４に入るかはアドレス発生部６から
分配器７への信号ｔにより決められる。この結
果、レジスタＲ０にはｆ（ｘ、ｙ）、Ｒ１〜Ｒ４に
は（ｘ、ｙ）の上および左の４隣接点の値が入
る。ただし、メモリ外の番地についてはデータレ
ジスタ５にｎが入る。隣接点の値（レジスタＲ１
〜Ｒ４の内容）はそれぞれ加算器９〜１２を経て
１が加算され最小値検出回路１３の入力となる。
これら４値の最小値が最小値検出回路１３から出
力されゲート回路１５の入力となる。このゲート
回路１５はレジスタＲ０の否定回路１４をを通つ
た値が１、つまりｆ（ｘ、ｙ）＝０の時開いてデー
タレジスタ５に出力される。この時のＸおよびＹ
方向アドレスレジスタ３，４の値はそれぞれｘ、
ｙであり、この位置にデータレジスタ５の値が書
き込まれる。つまりｆ（ｘ、ｙ）の値が更新され
ることになる。ｆ（ｘ、ｙ）＝１の時はｆ（ｘ、ｙ）
の値は更新されない。この処理操作をパターンメ
モリ２の全点について行なう。

次に、距離変換部Ｂの逆方向走査部について第
５図から説明する。この逆方向走査部では順方向
走査部と逆の走査、即ち（ｘ＝ｎ、ｙ＝ｎ）、（ｘ
＝ｎ−１、ｙ＝ｎ）、（ｘ＝ｎ−２、ｙ＝ｎ）、…
……（ｘ＝１、ｙ＝ｎ）、（ｘ＝ｎ、ｙ＝ｎ−１）、
（ｘ＝ｎ−１、ｙ＝ｎ−１）………（ｘ＝１、ｙ
＝ｎ−１）、………（ｘ＝１、ｙ＝ｎ−２）……
…（ｘ＝２、ｙ＝１）、（ｘ＝１、ｙ＝１）を行な
い、ｆ（ｘ、ｙ）の値をMIN｛ｆ（ｘ、ｙ）、ｆ（ｘ
＋１、ｙ）＋１、ｆ（ｘ＋１、ｙ＋１）＋１、ｆ
（ｘ、ｙ＋１）＋１、ｆ（ｘ−１、ｙ＋１）＋１｝に
変える。（ｘ、ｙ）座標値は順方向走査と同じく
制御部１からアドレス発生部１６に順次出力され
る。以下、順方向走査部と同様な処理が行なわれ
るが、異なる点について説明する。パターンメモ
リ２から読み出されるのは中央値（レジスタＲ
０）の他に、下および右の隣接点（レジスタ１８
のＲ５〜Ｒ８）である。次に最小値検出回路２３
には隣接の４点に１を加えた値の他に自分自身の
値（１を加えないもの）も入力され、これら５値
の最小値が計算される。この最小値検出回路２３
の出力データレジスタ５を通して無条件に（ｘ、
ｙ）点に書き込まれる。この処理操作をパターン
メモリ２の全面に行なう。この走査により右下か
ら上方向への距離伝播が行なわれ、距離変換の操
作が終了する。この時のパターンメモリ２の内容
は前述し第３図に示した黒点が１、この黒点から
の距離に対応した数値（２、３、４………）の入
力距離変換パターンとなる。

次に識別部Ｃについて説明する。識別部では入
力距離変換パターンｆとあらかじめ用意された各
カテゴリーの標準文字用距離変換パターンg_n（ｍ
はカテゴリー数分だけある）の重ね合わせを行な
い、最も良く一致したｍを結果（出力）とする。
以下、入力距離変換パターンｆと標準文字用距離
変換パターンg_nの重ね合わせのための評価規準
について説明する。

まず、次の記号を定義する。

K_f(k)＝Ｎ｛（ｘ、ｙ）｜ｆ（ｘ、ｙ） ＝ｋ＋１＆ｇ（ｘ、ｙ）＝１｝ ……(1) Kg(k)＝Ｎ｛（ｘ、ｙ）｜ｇ（ｘ、ｙ） ＝ｋ＋１＆ｆ（ｘ、ｙ）＝１｝ ……(2) Lf(k)＝_k 〓ⁱ⁼¹ K_f(k)、Lf（０）＝０ ……(3) Lg(k)＝_k 〓ⁱ⁼¹ Kg(k)、Lg（０）＝０ ……(4) Mf＝Ｎ｛（ｘ、ｙ）｜ｆ（ｘ、ｙ）＝１｝ ……(5) Mg＝Ｎ｛（ｘ、ｙ）｜ｇ（ｘ、ｙ）＝１｝ ……(6) ここで、Ｎ｛Ａ｝は集合Ａの要素の数、ｋは距
離である。この時、入力距離変換パターンｆと標
準文字用距離変換パターンｇの類似性の規準とし
て類似度Ｓを次のように定義する。

上式(7)において、距離ｋ＝０の時は通常の類似
度と全く同じである。距離ｋ〓０の時、Lf(k)は
ｆ＝１の点から距離ｋ（〓０）以内にｇ＝１が存
在するようなｆ＝１の点の数である。即ち入力距
離変換パターンｆを距離±ｋでずらした時に標準
文字用距離変換パターンｇとマツチする点であ
る。このような(7)式の類似度Ｓの分子は入力距離
変換パターンｆと標準文字用距離変換パターンｇ
を距離±ｋの範囲で各点でずらしながらマツチン
グした時の重なりである。また、分母は入力距離
変換パターンｆと標準文字用距離変換パターンｇ
の強さによる正規化のための項である。通常、入
力距離変換パターンｆの分母はMfだけであるが、
この場合はLf(k)が入つている。即ち、入力距離
変換パターンｆの強さを単にｆ＝１の点の数とす
るものではなく、標準文字用距離変換パターンｇ
とマツチした入力距離変換パターンｆの近傍点の
数を加算する。このような処理を施すことにより
Ｓ≦１が保障される。

このように、本発明では入力距離変換パターン
を用いて各点で重ね合わせる方式を採用している
ので、一切のずらしを必要としないでずらしの効
果を得ている。

次に、類似度Ｓ（ｆ、ｇ、ｋ）を求める回路構
成を第６図を用いて説明する。先ず、制御部２４
からの信号により、メモリ３５，３６，３７，３
８が全てクリアされ０（零）が入る。そして制御
部２４からパターン全面の（ｘ、ｙ）対を順次出
力する。入力距離変換パターンのメモリ２は、前
述した第４図、第５図のメモリ２と同じメモリで
ある。そしてｘ、ｙの値によりｆ（ｘ、ｙ）の値
をデータレジスタ５に出力する。一方、標準パタ
ーン用メモリ２５からあるカテゴリーｍに対する
ｇ（ｘ、ｙ）の値をデータレジスタ２８に読み出
す。読み出されたｆ値は比較回路２９で数値１と
比較され、等しい時に出力１、等しくない時に０
を出力する。標準文字用距離変換パターン側ｇの
比較回路３０でも同様にｇ値が１の時１、それ以
外の時に０を出力する。ゲート３１においては比
較回路３０の出力が１の時ｆ値がそのまま出力さ
れ、０の時は出力しない。ｆ値が出力された場
合、Kf用メモリ３７のアドレスレジスタ３９に
入力する。次いでこのレジスタ３７の内容をアド
レスとするKfの内容（Kfのｆ番目）がデータレ
ジスタ４１に読み出され、加算器４３により数１
が加算されてデータレジスタ４１を通して元の位
置（Kfのｆ番目）に書き込まれる。また、比較
回路２９の出力が１の場合は加算器３３により
Mfレジスタ３５にも１が加算される。標準文字
用距離変換パターン側(g)についても入力文字距離
変換パターン側(f)と同様に、ｇ＝１の時にMgレ
ジスタ３６に１加算され、ｆ＝１の時にはKgの
ｇ番目に１加算される。このような処理操作が全
ての（ｘ、ｙ）対に行なわれ、終了すると制御部
２４に制御が戻る。この段階ではMfレジスタ３
５には前述の(5)式のMf値、Mgレジスタ３６には
(6)式のMg値、Kg用メモリ３８の（ｋ＋１）番目
には(1)式のKf(k)値、Kg用メモリ３８の（ｋ＋
１）番目には(2)式のKg(k)値が入つている。

制御部２４では以上の値を用いて(1)式から(7)式
の計算を行ない類似度Ｓ（ｆ、ｇ、k₀）の値を求
める。ここで、k₀はあらかじめ定められた値であ
る。また、この時にＴ（ｆ、ｇ）＝MIN｛ｋ｜ｓ
（ｆ、ｇ、ｋ）＝１、ｋ＝１、２、３………｝も求
める。Ｔはｆ、ｇを最低どれだけ太らせせば互に
相手の中に全部入るかを示す量であり、ｆとｇの
類似性を表わす一つの量である。

これまで入力ｆと１つの標準パターンｇについ
て説明してきたが、制御部２４ではこれを全ての
カテゴリーｍについて入力距離変換パターンｆと
標準文字用距離変換パターンg_nの類似度値S_n
（ｆ、g_n、k₀）とT_n（ｆ、g_n）を計算する。最後
に類似度値S_n（ｆ、g_n、k₀）の最小値をとるカテ
ゴリーm₀がT_n0（ｆ、g_n0）T₀の時に答のコー
ドをm₀とし、T_n0（ｆ、g_n）＞T₀の時にリジエク
トをする。この場合のk₀とT₀はパターンの縦横
分割数、対象とする文字の変形の激しさ等によつ
て変わるが、32×32点の手書数字の場合にはk₀＝
２、T₀＝４が好ましい。

また、実施例の説明では二次元オリジナルパタ
ーンに対する重ね合わせについて述べてきたが、
本発明のこの方式は他の処理を施した特徴面に対
しても適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するためのパターン認識
全体のブロツク図、第２図は入力パターンを二値
化して得た二値パターンの図、第３図は二値パタ
ーンを距離変換して得た入力距離変換パターンの
図、第４図は距離変換部内の順方向走査による処
理部の回路構成図、第５図は同じく距離変換部内
の逆方向走査による処理部の回路構成図、第６図
は識別部の回路構成図である。 図中、Ａは前処理部、Ｂは距離変換部、Ｃは識
別部、１，２４は制御部、２，２５はパターンメ
モリ、３，４，２６，２７，３９，４０はアドレ
スレジスタ、５，２８，４１，４２はデータレジ
スタ、６，１６はアドレス発生部、７，１７は分
配器、８，１８はレジスタ、９，１０，１１，１
２，１９，２０，２１，２２，３３，３４，４
３，４４は加算器、１３，２３は最小値検出回
路、１４は否定回路、１５，３１，３２はゲート
回路、２９，３０は比較回路、３５，３６，３
７，３８はメモリである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力パターンを白地、黒地に二値化せしめた
   後、この白地を黒地からの距離に対応した数値の
   入力距離変換パターンに変換し、一方、あらかじ
   め類別すべき同様の標準文字用距離変換パターン
   を用意しておき、この標準文字用距離変換パター
   ンの黒字と前記入力距離変換パターンの黒字、標
   準文字用距離変換パターンの黒字と前記入力距離
   変換パターンの黒字からの距離に対応した白地の
   一定値および標準文字用距離変換パターンの黒字
   からの距離に対応した白地の一定値と前記入力距
   離変換パターンの黒字の３種の情報を用いて入力
   パターンを識別することを特徴とするパターン認
   識方式。