KR100713250B1 - 에지 투영을 사용한 문자 분리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에지 투영(edge projection)을 사용한 새로운 문자 분리 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 입력 화상에서 문자의 관심 영역(ROI, Region Of Interest)을 찾는 단계; 상기 관심 영역을 수평으로 문자의 갯수만큼 등간격으로 분리하여, 등간격으로 분리된 지점을 서치(search)의 초기 위치(initial position)로 선택하는 단계; 상기 서치의 초기 위치를 기초로 하여, 문자 분리 문제를, 2차원 그리드(2D Grid) 위의 서치 문제로 변환하는 단계; 및 상기 2차원 위의 서치 문제를 푸는 단계;를 포함하는 입력 화상에서 에지 투영을 사용하여 문자를 분리하는 방법을 제공한다.

에지 투영, 문자 분리, 문자 판독, 그래디언트, 동적 프로그래밍

Description

에지 투영을 사용한 문자 분리 방법{A NEW CHARACTER SEGMENTATION ALGORITHM USING EDGE PROJECTION}

도 1은 문자가 금속면 위에 기계적 수단을 사용하여 조각되어 있는 전형적인 차량 ID 화상을 나타내는 도면이고,

도 2는 도 1에 도시된 2개의 화상의 히스토그램이며,

도 3은 임계값 120, 200을 갖고 도 1의 제 1 화상을 사용하여 이(2)진화한 결과이고,

도 4는 임계값 200, 220을 갖고 도 1의 제 2 화상을 사용하여 이(2)진화한 결과이며,

도 5는 본 발명에 따른 에지 투영을 사용한 문자 분리 방법을 개략적으로 나타낸 플로차트이고,

도 6은 수직 및 수평 에지 투영을 사용하여 관심영역(ROI)를 찾은 결과이며,

도 7은 수평 방향을 따른 최초 위치(initial position) 및 서치 그리드(search grid)를 나타낸 것이고,

도 8은 M은 서치 범위이고 N은 문자 분리를 위한 위치의 갯수인 경우, M x N 그리드의 서치 문제(search problem)로 문자의 분리를 재구성한 도면이며,

도 9는 형광등, LED 및 할로겐 램프 등의 각종 조명 하에서의 실험 결과를 나타낸 도면이다.

본 발명은 에지 투영(edge projection)을 사용한 새로운 문자 분리 방법 및 그 방법을 사용한 문자 판독 장치에 관한 것으로, 특히, 금속면 위에 문자를 목표로 하는 새로운 강인한 문자 분리 방법 및 그 방법을 사용한 문자 판독 장치에 관한 것이다. 에지 투영의 일관된 사용은 크기와 조명의 변화에도 불구하고 간단하고 강인한 동작을 보장한다. 제안된 알고리즘의 실현 가능성에 대해서는 각종의 조명 조건하에서 실험되었다.

최근, 생산 공정의 자동화는 원가 절감과 품질 보장을 위해서 활발히 확대되고 있다. 이 중에서, 생산의 전체 공정을 따라 생산품을 자동 트랙킹(tracking)하는 것은 중요한 토픽이 되고 있다. 종래에는 이러한 것을 OCR 기술(광학식 문자 판독기 기술 : Optical Character Reader Technology)을 채택함으로서 행해졌다. 종래의 OCR 알고리즘은 다소 양질의 화상을 제공하는 종이 위의 인쇄 문자를 다루었다. 산업적인 애플리케이션에 있어서는, 문자가 금속 위에 마크되어서, 문자와 배경 사이의 인식할 수 있을 정도의 높이 차이가 존재하게 된다. 이러한 조건 하에서 균일한 화질을 얻기 위한 조명 시스템을 고안하는 것은 곤란한 것이다. 대부 분의 조명 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 열악한 화질을 제공한다.

문자 분리는 OCR을 적용하는데 있어서 필수적인 단계이다. 문자 분리를 위한 종래의 접근 방법은 입력 화상을 먼저 이진화하는 것이고, 그 다음 투영된 히스토그램을 사용한다.

참조문헌1은 기계 인쇄된 문자 분리 방법에 대해 살펴보고 있다. 참조문헌1(YI LU: "기계 인쇄된 문자 분리 - 개관", 패턴 인식, 1995, 67-80 페이지)에 있어서, 문자 분리 알고리즘은 수직 투영, 피치 예측 또는 문자 크기, 윤곽 분석, 또는 분리-인식 결합 기술을 사용하고 있다. 종래의 대부분의 알고리즘은 2진(binary) 화상을 다룬다. 이러한 알고리즘은 다소 깨끗한 배경에 적용될 수 있을 뿐이다.

본 발명은 동적 프로그래밍을 함으로써 에지 투영을 사용하는 새로운 강인 문자 분리 방법 및 그 방법을 사용한 문자 판독 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 열악한 화질 하에서도 강인한 문자 분리를 얻을 수 있는 새로운 문자 분리 방법 및 그 방법을 사용한 문자 판독 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 크기나 조명의 변화에 관계없이 강인한 문자 분리를 가능하게 하는 새로운 문자 분리 방법 및 그 방법을 사용한 문자 판독 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 입력 화상에서 문자의 관심 영역(ROI, Region Of Interest)을 찾는 단계; 상기 관심 영역을 수평으로 문자의 갯수만큼 등간격으로 분리하여, 등간격으로 분리된 지점을 서치(search)의 초기 위치(initial position)로 선택하는 단계; 상기 서치의 초기 위치를 기초로 하여, 문자 분리 문제를, 2차원 그리드(2D Grid) 위의 서치 문제로 변환하는 단계; 및 상기 2차원 위의 서치 문제를 푸는 단계;를 포함하는 입력 화상에서 에지 투영을 사용하여 문자를 분리하는 방법을 제공한다.

또한, 상기 입력 화상에서 문자의 관심 영역을 찾는 단계는, 수평 방향을 따라 에지 투영을 하여, 에지 투영의 그래디언트(gradient)의 2개의 피크 지점을, 상기 관심 영역의 2개의 수직 위치로 하는 단계; 및 수직 방향을 따라 에지 투영을 하여, 좌우측으로부터 임계값보다 큰 에지 투영의 그래디언트를 갖는 지점을 체크함으로써, 상기 관심 영역의 2개의 수평 위치를 찾는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 임계값은 문자 분리 전체에 걸쳐서 동일한 값일 수 있다.

또한, 상기 2차원 그리드 위의 각 제어 지점을 (i, j)라고 한 경우, 상기 i는 상기 초기 위치에 대응하는 지점이며, 상기 j는 상기 초기 위치 각각에 대하여 수평 서치 방향에 대응하는 지점일 수 있다.

또한, 상기 2차원 위의 서치 문제를 푸는 단계에서, 스네이크 모델을 적용한 경우, 각 제어 지점의 에너지를 E(i, j) = αE_internal + βE_external( α 및 β는 내 부(internal) 및 외부(external) 에너지 텀 사이의 상대적 가중치를 조정하는 계수이며, E_internal 은 스네이크 모델의 내부 에너지에 대응하며, E_external은 스네이크 모델의 외부 에너지에 대응함)로 하면, 동적 프로그래밍을 이용하여 총 에너지를 최소화하는 해법을 문자 분리의 최종 해법으로 할 수 있다.

또한, 상기 E_internal 은 2개의 제어 지점 사이의 거리로서 설정되며, 상기 E_external은 제어 지점에서의 에지 투영값으로 설정될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 문자 분리 방법을 사용한 문자 판독 장치를 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변경 및 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 설명하 도록 한다.

도 2는 도 1의 히스토그램을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 문자와 배경 재료 사이의 이질(inhomogeneous) 배경 및 높이 차이로 인해 다수의 피크와 밸리(valley)가 존재한다는 것을 알 수 있다. 도 3 및 도 4는 도 1의 화상을 사용하여 이(2)진화한 결과를 나타낸 도면이다. 의미있는 이진화을 얻기 위해 일관되게 고유한 임계값을 적용하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 종래의 이진화 기술 방법을 이용하여 문자 분리를 행하는 방법은 다양한 문제점을 안고 있었던 것이다.

이제, 본 발명에 따라 에지 투영을 이용하여 문자 분리를 행하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 에지 투영을 이용하여 문자 분리를 행하는 방법은, 먼저 문자 분리를 행하고자 하는 화상을 입력받고(S100), 입력받은 화상에서 관심 영역(ROI)을 찾고(S200), 찾은 관심 영역에서 문자 분리를 위한 위치를 찾기 위해 서치 초기 위치를 선택하며(S300), 그리고나서 문자 분리를 위한 서치 문제를 2차원의 2D 그리드 위의 서치 문제로 변환하고(S400), 2차원 그리드 위의 서치 문제를 풀게 된다(S500). 이와 같은 단계를 거쳐서 입력 받은 화상의 문자 분리를 행하게 된다.

이와 같은 단계들을 아래에서 좀 더 자세히 살펴보도록 한다.

우선, 화상을 입력받고, 입력 화상에서 문자의 관심영역(ROI, Region Of Interest)을 찾는 것으로 시작한다(S100, S200). 여기서, 관심 영역이라는 것은 문자 분리하고자 하는 화상에서 문자열과 배경을 대략적으로(roughly) 분리하는 것 을 말한다.

도 6은 수평 및 수직 에지 투영 히스토그램을 나타낸 도면이다. 수평 방향을 따라 에지 투영의 그래디언트(gradient)의 2개의 피크 지점을 단순히 체크함으로써, 관심영역에 대한 2개의 수직 위치를 발견한다. 한편, 좌우측으로부터 임계값보다 큰, 수직 방향을 따른 에지 투영의 그래디언트(gradient)를 갖는 지점(point)들을 체크함으로써 관심영역에 대한 2개의 수평 위치를 발견한다. 도 6에 있어서, 내부의 흰색 직사각형은, 좌측에서 그리고 바닥측에서 나타내어진 2개의 에지 투영을 처리함으로써 발견된 관심영역이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 문자의 갯수만틈 균일하게 분리된 지점을 서치의 초기 위치로 선택한다(S300). 도 7에 있어서, 점선의 수직선은 관심영역의 균일한 스페이싱(spacing)에 의한 초기 위치이다. 그 위치는 각 문자의 폭의 차이로 인해 문자 측면 상의 한 쪽이라는 것을 알 수 있다. 여기서, 본 발명을 설명하기 위해, 관심 영역을 문자의 갯수만큼 등간격으로 분리하는 것으로 한정하였지만, 다양한 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당업자에게 자명한 것이다.

이러한 문제를 도 8에 도시된 2D 그리드 위의 서치 문제로 변환하여, 구성한다. 도 8에서, 수평 방향은 초기 위치이고, 수직 방향은 도 7의 수평 서치 방향에 대응한다. 동적 프로그래밍(참조문헌2 : BIRCHFIELD, S., 및 TOMASI, C.: "Depth discontinuities by pixel-to-pixel stereo", International Journal of Computer Vision, 1999, 35, 269-293페이지)을 사용하는 스테레오 매칭(stereo matching) 알고리즘 및 윤곽 트래킹(contour tracking)용 스네이크 알고리즘(snake algorithm)( 참조문헌3 : KASS, M., WITKIN, A., 및 TERZOPOULOUS, D.: "Snakes : 능동 윤곽 모델", International Conference on Computer Vision, 1987, 259-268페이지" 및 참조문헌4 : AMINI, A. A., WEYMOUTH, T. E., 및 JAIN, R. C.: "시각에서의 다양한 문제점을 해결하기 위한 동적 프로그래밍 사용", IEEE Trans. 패턴 인식 및 기계 지능, 1990, 12, 855-867페이지)을 채택함으로써 문자 분리를 하게 된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 문자 분리는 2D 그리드 내의 서치로 구성된다.

각각의 제어 지점의 에너지는 다음과 같이 규정된다.

E(i, j) = αE_internal + βE_external

여기서, α 및 β는 내부(internal) 및 외부(external) 에너지 텀 사이의 상대적 가중치를 조정하는 계수이다. E_internal 은 스네이크 모델의 내부 에너지에 대응하며, 간단히 2개의 제어 지점 사이의 거리로서 설정된다. 한편, E_external은 스네이크 모델의 외부 에너지에 대응하며, 제어 지점에서의 에지 투영값으로 설정된다. 총 에너지를 최소화하는 최종 해법(final solution)은 동적 프로그래밍(참조문헌4 : AMINI, A. A., WEYMOUTH, T. E., 및 JAIN, R. C.: "시각에서의 다양한 문제점을 해결하기 위한 동적 프로그래밍 사용", IEEE Trans. 패턴 인식 및 기계 지능, 1990, 12, 855-867페이지)을 사용하여 발견한다.

본 발명에서, 이해를 쉽게 하기 위해서 스네이크 모델을 채택한 경우를 설명하였지만, 본 발명은 스네이크 모델을 채택한 경우에만 국한되는 것이 아니며, 다양한 모델을 채택하는 것을 포함한다. 또한 각종의 모델을 푸는 다양한 동적 프로 그래밍이 적용될 수 있다.

도 9는 제안된 알고리즘에 의한 각종의 실험 결과를 나타낸 것이다. 형광등, LED 및 할로겐 램프가 조명으로서 사용된다. 수평 및 수직 에지 투영은 화상의 좌측 및 바닥측에 표시된다. 검은 사각형은 수직 및 수평 에지 투영을 처리함으로써 발견된 관심영역이다. 관심영역에서의 검은 수직선은 관심영역의 균일한 스페이싱에 의해 문자 분리의 초기 위치이다. 흰 수직선은 본 발명에서 제안하는 방법 및 알고리즘에 의해 발견된 문자 분리의 위치이다.

문자 및 배경의 밝기값의 분포는 조명 조건의 변화에 따라 다소 큰 변화를 갖는 것을 알 수 있다. 하지만 본 발명에서 제안하고 있는 방법 및 알고리즘은 문자 분리를 위한 위치를 정확히 발견할 수 있다는 것을 도 8을 통해서 쉽게 알 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 동일한 파라미터가 전체 화상 내에서 사용된다. 서치 폭은 50픽셀로 설정되고, α는 1.0으로 설정되고, 그리고 β는 10.0으로 설정된다.

또한, 본 발명에서 제안하고 있는 방법 및 알고리즘은 모든 처리가 에지 투영을 사용하여 행해지기 때문에 크기 변화에 대처하는 성질을 갖는다. 이것은 도 8의 결과에서 쉽게 알 수 있다.

금속면 위에 다소 열악한 품질의 화상을 위한 강인한 문자 분리를 목표로 하는 새로운 알고리즘을 제안한다. 본 발명에서 제안하고 있는 방법 및 알고리즘은 에지 투영의 일관된 사용에 기초하고 있다. 또한, 최종 해법은 전체적인 최소화를 보장하는 동적 프로그래밍에 의해 발견된다.

크기와 조명에 무관한 문자 분리가 에지 투영의 일관된 사용에 의해 얻어지게 된다. 이것은 각종 조명하에서 화상을 사용한 실험 결과에 의해 검증된 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 에지 투영을 사용한 새로운 문자 분리 알고리즘을 제공할 수 있다. 또한, 크기나 조명의 변화에도 불구하고 강인한 문자 분리 알고리즘을 제공할 수 있다. 또한, 열악한 화질 하에서도 강인한 문자 분리 알고리즘을 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 입력 화상에서 문자의 관심 영역(ROI, Region Of Interest)을 찾는 단계;

   상기 관심 영역을 수평 방향으로 분리하여, 서치(search)의 초기 위치(initial position)로 선택하는 단계;

   상기 서치의 초기 위치를 기초로 하여, 문자 분리 문제를, 2차원 그리드(2D Grid) 위의 서치 문제로 변환하는 단계; 및

   상기 2차원 그리드(2D Grid) 위의 서치 문제를 푸는 단계;

   를 포함하는 입력 화상에서 에지 투영을 사용하여 문자를 분리하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 입력 화상에서 문자의 관심 영역을 찾는 단계는,

   수평 방향을 따라 에지 투영을 하여, 에지 투영의 그래디언트(gradient)의 2개의 피크 지점을, 상기 관심 영역의 2개의 수직 위치로 하는 단계; 및

   수직 방향을 따라 에지 투영을 하여, 좌우측으로부터 임계값보다 큰 에지 투영의 그래디언트를 갖는 지점을 체크함으로써, 상기 관심 영역의 2개의 수평 위치를 찾는 단계

   를 포함하는 입력 화상에서 에지 투영을 사용하여 문자를 분리하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 임계값은 문자 분리 전체에 걸쳐서 동일한 값인, 입력 화상에서 에지 투영을 사용하여 문자를 분리하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 2차원 그리드 위의 각 제어 지점을 (i, j)라고 한 경우,

   상기 i는 상기 초기 위치에 대응하는 지점이며,

   상기 j는 상기 초기 위치 각각에 대하여 수평 서치 방향에 대응하는 지점인,

   입력 화상에서 에지 투영을 사용하여 문자를 분리하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 2차원 그리드(2D Grid) 위의 서치 문제를 푸는 단계에서, 스네이크 모델을 적용한 경우, 각 제어 지점의 에너지를 E(i, j) = αE_internal + βE_external( α 및 β는 내부(internal) 및 외부(external) 에너지 텀 사이의 상대적 가중치를 조정하는 계수이며, E_internal 은 스네이크 모델의 내부 에너지에 대응하며, E_external은 스네이크 모델의 외부 에너지에 대응함)로 하면, 동적 프로그래밍을 이용하여 총 에너지를 최소화하는 해법을 문자 분리의 최종 해법으로 하는, 입력 화상에서 에지 투영을 사용하여 문자를 분리하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 E_internal 은 2개의 제어 지점 사이의 거리로서 설정되며, 상기 E_external은 제어 지점에서의 에지 투영값으로 설정되는, 입력 화상에서 에지 투영을 사용하여 문자를 분리하는 방법.
7. 삭제

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