MXPA96000189A - Metodo de segmentacion de trazos para la entradade caracteres manuscritos - Google Patents

Abstract

El método de la presente invención incluye una etapa de calcular el derivado (140), o velocidad instantánea de cambio, de la curvatura en los puntos en la entrada de caracteres manuscritos (110). El método selecciona entonces como puntos de límite de trazo ciertos puntos (o pixeles) en la entrada la cual permanece en un punto medio entre un punto del derivado de curvatura alto y el siguiente punto de derivado de curvatura bajo (150). Tales puntos límites no están influenciados por los valores de curvatura absoluta, pero más bien solo por los cambios relativos en la curvatura. Los puntos límites en la segmentación de trazos se proporcionan a un reconocedor basado en trazos para la interpretación de la entrada de caracteres manuscritos (170).

Description

MÉTODO DE SEGMENTACIÓN DE TRAZOS PARA LA ENTRADA DE CARACTERES MANUSCRITOS Antecedentes de la Invención Campo de la Invención Esta invención se refiere en general al reconocimiento de caracteres manuscritos y más particularmente a un método de segmentación de trazos de la entrada de caracteres manuscritos. Descripción de la Técnica Anterior Una máquina de reconocimiento de caracteres manuscritos humanos es un problema muy difícil, y con la resiente explosión de dispositivos de computación basados en pluma, ha surgido un problema importante a ser tratado. Existen muchos enfoques diferentes para este problema, pero un enfoque beneficioso ha sido dividir la escritura en una secuencia de movimientos fundamentales, o "trazos" y utilizar los trazos (los cuales están parametrizados en alguna forma) como las entradas para un reconocedor de caracteres. Un requerimiento esencial en un reconocedor basado en trazos es que múltiples casos de la misma clase de caracteres (por ejemplo la letra "A" escrita diferentes veces y por diferentes escribientes) debe ser dividida en un conjunto similar de trazos cada vez. Esto ayuda a asegurar que el reconocimiento no sea tan difícil, ya que la descripción de los casos de caracteres "parecerán" similares para el reconocedor de caracteres mismo. En el caso ideal, todos los casos de un carácter dado podrían siempre contener el mismo número de trazos, los trazos podrían todos estar en las mismas ubicaciones relativas, y las descripciones de características de los trazos podrían ser todas muy similares a través de los casos. Este ideal no es realizable en la práctica, pero para que el alcance pueda ser aproximado, la precisión del reconocimiento puede ser mejorada. En un procedimiento en la técnica anterior, los limites de trazos son conjuntos en puntos donde la velocidad de la pluma en la dirección vertical (o "y") es cero — es decir en puntos donde la escritura comienza moviéndose hacia arriba, o comienza moviéndose hacia abajo. El conjunto de trazos resultante puede entonces ser llamado "trazos ascendentes" y "trazos descendentes". Este método es tratado en Mermelstein & Edén, "Experiments on Computer Recognition of Connected Hand ritten Words" (Experimentos sobre Reconocimiento Computarizado de Palabras de Caracteres Manuscritos Relacionados) , en Information And Control vol. 7, pp. 255-270, 1964. Un problema con este método es que es demasiado sensible a cambios en la dirección vertical, y no sensible en lo absoluto a cambios en la dirección horizontal. Sin embargo muchos caracteres están compuestos de piezas horizontales — por ejemplo, la tilde de una "t" y las tres puntas de una "E" son normalmente mucho más horizontales que verticales, aún en escritura desaliñada. Un segmentador de trazos basado en la velocidad-y algunas veces interrumpirá una pieza horizontal en un trazo, pero frecuentemente lo interrumpirá en dos, tres o aún en muchos más, debido simplemente a pequeñas variaciones de la pluma en la dirección vertical. Esto conduce a escasa exactitud de reconocimiento, debido a que casos múltiples del mismo carácter a menudo serán segmentados en conjuntos de trazos de apariencia diferente. Intentar corregir las inexactitudes de este método, que incluye requerir un cambio de dirección vertical mínima antes de crear un nuevo trazo ha tenido sólo éxito limitado, y muchos de los mismos problemas básicos aún permanecen. En otras técnicas existentes, este problema se resuelve mediante determinar los limites del trazo en puntos donde la curvatura está en un sitio máximo y excede algún valor de umbral que corresponde a cambios bruscos de inclinación en la escritura. Ya que un cambio brusco de inclinación puede ocurrir independientemente de la dirección en que la pluma se mueva, este método no es sensible a la orientación de las diversas partes de la entrada de caracteres manuscritos, tales como palabras o caracteres. Sin embargo las técnicas basadas en curvaturas tienen sus propios problemas también. Suponiendo, por ejemplo, que una persona escriba una "L" con una inclinación muy gradual, en vez de un cambio brusco de inclinación, de manera que inicie para parecer más como "C". Este método puede fallar al segmentar la "L" en este caso si la curvatura de umbral requerida por los limites de trazo no fueron satisfechos. Simplemente bajando el umbral no se resuelve el problema, porque esto puede simplemente llevar a números de trazos excesivos. Tener demasiados trazos extras es tan malo como tener demasiado pocos, porque de nuevo esto significa que casos múltiples del mismo carácter a menudo son segmentados en diferentes tipos de trazos. En consecuencia existe una necesidad para una técnica de segmentación de trazos que sea más exacta y no esté sujeta a los problemas en los métodos tratados, tal como el método de velocidad-y y el método de curvatura existente. Sumario de la Invención En consecuencia, la presente invención proporciona un método de segmentar la entrada de caracteres manuscritos en trazos los cuales consisten en el número de cada clase de carácter particular a través de múltiples casos. La presente invención proporciona un método de segmentar la entrada de caracteres manuscritos en trazos los cuales son similares en forma y ubicación a través de múltiples casos de cada clase de entrada de carácter particular. En general, el método de la presente invención incluye una etapa de calcular la velocidad de cambio instantáneo o derivada de la curvatura en los puntos en la entrada de caracteres manuscritos. El método selecciona entonces como puntos que limitan el trazo ciertos puntos (o pixeles) en la entrada los cuales se encuentran entre un punto de la curvatura alta derivada y un punto que sigue de la curvatura baja derivada. Tales puntos de limite no están influenciados por los valores de curvatura absoluta, si no más bien sólo por los cambios relativos en la curvatura. Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 ilustra un diagrama de flujo de operación para identificar limites de trazos de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. La figura 2 ilustra la segmentación en trazos de la entrada de caracteres manuscritos producidos por el método de la técnica anterior de velocidad-y. La figura 3 ilustra la segmentación en trazos de la entrada de caracteres manuscritos producida por el método de la técnica anterior de curvatura. La figura 4 ilustra la segmentación en trazos de la entrada de caracteres manuscritos producida por una modalidad preferida de la presente invención. La figura 5 ilustra los puntos que componen la letra "L" como recibida de un dispositivo de digitalización. La figura 6 ilustra los puntos que componen la letra "L" después de muestreo repetido a una distancia constante de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. La figura 7 es una vista en despiece que ilustra un cálculo de curvatura de una modalidad preferida de la presente invención. La figura 8 ilustra gráficamente los valores de curvatura calculados para cada punto en la figura 7. La figura 9 ilustra gráficamente la derivación de los valores de curvatura calculados para cada punto en la figura 7. Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas Típicamente, la entrada de caracteres manuscritos se colectan del usuario en la forma de segmentos continuos separados. Un segmento continuo separado consiste de uno o más trazos de pluma, cuando un trazo de pluma es la marca dejada por una pluma durante su periodo de contacto con un dispositivo de entrada tal como una tablilla digitalizada o papel . En la presente invención uno o más segmentos continuos separados son las unidades de la entrada de caracteres manuscritos que son reconocidos. La entrada de caracteres manuscritos es la entrada la cual es electrónicamente capturada que incluye pero no está limitada a lo siguiente: la entrada de caracteres manuscritos; la entrada electrónica; la entrada capturada a través de presión, tal como entrada estampada; entrada que es recibida electrónicamente, tal como via facsimil, paginador u otro dispositivo. Un trazo es representado como una secuencia de puntos estampados en aproximadamente intervalos regulares por el dispositivo de entrada. Cada punto es descrito al menos por una coordenada X y una coordenada Y. Los trazos pueden ser capturados electrónicamente utilizando una tableta de digitalización o alternativamente puede ser derivado a partir de una imagen explorada o transmitida por fax a través de un proceso de detección de linea en la imagen; tales métodos de capturar electrónicamente son comprendidos en la técnica. En un método preferido la entrada de caracteres manuscritos es aceptada mediante un dispositivo, tal como un auxiliar digital personal (PDA) u otro dispositivo. Otros dispositivos que funcionan para recibir la entrada de caracteres manuscritos incluyen, pero no se limitan a, lo siguiente: computadoras, modems, paginadores, teléfonos, televisores digitales, televisores interactivos, dispositivos que tienen una tablilla de digitalización, dispositivos de facsimil, dispositivos de exploración, y otros dispositivos con la posibilidad para capturar la entrada de escritura manuscrita. Generalmente cuando los trazos son electrónicamente capturados, cada punto es representado por un pixel, de tal manera que un trazo es representado por una serie de pixeles en el dispositivo. De acuerdo con la presente invención, la entrada de caracteres manuscritos puede estar en la forma de caracteres alfanuméricos, caracteres ideográficos u otras formas de caracteres o símbolos de comunicación escrita. Refiriéndonos ahora a las figuras, las figuras 2 y 3 ilustran la segmentación de trazos de la entrada de caracteres manuscritos alfanuméricos con una probabilidad alta de inexactitudes en la interpretación de la entrada cuando las segmentaciones de trazos son pasadas a un reconocedor basado-en trazos. La figura 4 ilustra la segmentación de trazos de la misma entrada alfanumérica de las figuras 2 y 3 en donde la segmentación de trazos se realiza de acuerdo con las técnicas de la presente invención y tal segmentación de trazos tiene una alta probabilidad de interpretación exacta cuando es pasada a un reconocedor basado en trazos. Refiriéndonos ahora a la figura 1, que ilustra un diagrama de flujo de un método preferido de acuerdo con las técnicas de la presente invención. La entrada de caracteres manuscritos provenientes del digitalizador u otros dispositivos es recibida en la forma de coordenadas xy (110) (con los estados de la pluma ascendente o descendente asociados) . Típicamente estos puntos están representados por pixeles. Generalmente el presente método muestrea repetidamente la entrada de caracteres manuscritos para obtener puntos los cuales están igualmente espaciados a lo largo de la longitud de la entrada de caracteres manuscritos (120) . La figura 5 ilustra un ejemplo de la letra "L" (500), como una serie de puntos o pixeles antes del muestreo repetido. La figura 6 ilustra la misma letra "L" (600) como un serie de puntos o pixeles después del muestreo repetido. El muestreo repetido se hace utilizando una distancia entre puntos d (610) que es constante durante toda la entrada de caracteres manuscritos. Preferentemente, el valor de d elegido es tal que la altura de la entrada media en la entrada de caracteres manuscritos está aproximadamente en el rango de 15 a 30 veces d. Por ejemplo en la figura 6 el valor de d elegido es tal que la altura media de la letra en la palabra está aproximadamente en el rango de 15 a 30 veces d. La modalidad preferida de la figura 1 calcula la curvatura de cada punto muestreado repetidamente (130) . La figura 7 ilustra gráficamente una representación de los datos para el calculo de la curvatura en un punto R (710) . La curvatura en un punto muestreado repetidamente R (710) se define como la distancia para el sucesor R's (punto R+l (730)) desde un punto P (720), obtenido por proyección linealmente desde el predecesor R's (R-1, 750), a través de R misma. Esta distancia se muestra en la figura 7 como el elemento 740. La curvatura en los puntos extremos de la entrada de caracteres manuscritos se define como igual a aquella en los puntos vecinos más cercanos correspondientes. Las curvaturas en los puntos interiores de la entrada de caracteres manuscritos pueden también ser computados al proyectar dos puntos alejados de R, en vez de un punto (y utilizando un punto dos puntos antes de R, en lugar de R-1) para obtener un estimado más robusto. La figura 8 ilustra gráficamente los valores de curvatura obtenidos por los puntos mostrados en la figura 7. Por ejemplo, los ejemplos arriba mencionados de una "L" con una curvatura gradual puede ser segmentada en un trazo vertical y un trazo horizontal ya que las dos partes rectas de la "L" fueron significativamente más rectas que la curvatura entre ellas. La curvatura podria entonces ser incrementada en la curva (es decir la curvatura derivada podria ser alta) y decrecer alejada de la curva (la curvatura derivada podria ser baja) permitiendo asi un limite de trazo en o cerca de la curva según se desee. En una modalidad preferida de la presente invención, una vez que las curvaturas han sido obtenidas por cada punto de muestreo repetido, el grupo de curvaturas para los puntos de muestreo repetido puede ser suavizado para minimizar cualquier artefacto conocido introducido por el proceso de digitalización. El tipo de suavizado a ser realizado debe ser un método normal el cual se selecciona en base a las características de digitalización particular a mano. Esto puede incluir promediar el valor de un punto con sus puntos vecinos (evaluando el punto por si mismo y los puntos superiores más cercanos) , y reemplazando el valor de curvatura del punto en cuestión con el promedio computado. El tamaño de la ventana suavizante utilizada aqui debe idealmente ser ensanchada en las secciones de curvatura baja de la escritura y angostada en las secciones de curvatura alta, para minimizar la pérdida de información importante en el proceso suavizante. Ya que es la curvatura misma la que está siendo suavizada, se piensa, que una manera preferible para suavizar es computar las curvaturas iniciales, en base a la suavidad de esas curvaturas, y después resuavizadas en base a las nuevas curvaturas computadas . En una modalidad preferida de la presente invención, para cada punto de muestreo repetido el valor absoluto de la curvatura se computa al multiplicar cualquier valor de curvatura negativo por el valor -1. Preferentemente los valores absolutos se utilizan en computar derivadas de la curvatura, en vez de los valores de curvaturas actuales ya que el total de las modalidades preferidas del proceso de la presente invención sólo conciernen a la agudeza de las curvas en la escritura y no en que dirección dobla una curva dada. Como se ilustró en ,1a figura 1, el proceso siguiente calcula el derivado de la curvatura en cada punto muestreado repetidamente (140) . Refiriéndonos a la figura 7, el derivado de curvatura en el punto R se define como el valor absoluto de curvatura en el punto R+l menos el valor absoluto de la curvatura en el punto R-1, dividido entre dos (es decir la inclinación de la curva de los valores de curvatura trazada) . La figura 9 ilustra gráficamente el derivado de curvatura obtenido en cada punto mostrado en la figura 7. Similar al uso de más de dos puntos para conseguir una medida más exacta de curvatura como se describió arriba, el derivado de curvatura debe ser computado utilizando una ventana ensanchada (cinco puntos contra tres) donde existen los puntos relevantes, y uno angostado (dos puntos contra tres) donde sea necesario. Ya que el derivado de curvatura no puede ser calculado en los puntos extremos del segmento de tinta, el derivado de curvatura en los puntos extremos es simplemente definido para ser igual a aquel en los puntos vecinos correspondientes . Refiriéndonos ahora a las figuras 1 y 9, una modalidad preferida del proceso siguiente examina el grupo de derivados de curvatura nuevamente calculados para localizar puntos donde el derivado está en un máximo local (910) (definido para incluir puntos en el extremo de una inflección y cerca de decrecer) o donde el derivado está en un minimo local (920) (definido para incluir puntos en el extremo de una inflección y cerca de incrementarse) . Para cada sección de entrada (en tiempo) después de un máximo local y antes de un minimo local, el punto medio de la sección (en términos de longitud de arco de la sección) , está ubicado (930) . Este punto medio se define como M (930) . Si la diferencia entre los valores máximos locales y los mínimos locales para una sección exceden un valor de umbral T' (940), y el valor de curvatura absoluto en N excede algún valor de umbral T" (820), el punto M se selecciona como un limite de trazo (150) .

Los parámetros T' y T" deben ser estimados y dependen de las unidades en las cuales la curvatura y el derivado de curvatura son medidos. Existen valores exactos no críticos ya que se utiliza un reconocedor de carácter tolerante al error. Al realizar cualquier sintonía experimental de estos o cualquier otro parámetros para crear una modalidad especifica de la invención la finalidad deseada es alcanzar la segmentación la cual es tan consistente como posible a través de los múltiples casos de clases de caracteres particulares. Esto debe ser hecho empíricamente al examinar como el procedimiento segmenta varias muestras actuales de la escritura a ser reconocida. Además de los puntos de limites de trazos seleccionados descritos, los puntos donde la pluma es levantada o puesta abajo son también seleccionados como puntos de límites de trazos. En una modalidad preferida de la presente invención el derivado de curvatura basado en puntos de limite puede ser desplazado tanto como dos puntos para provocarles caer en puntos donde el valor de curvatura absoluta es máximo (160) . Al desplazar el derivado de curvatura basado en puntos de limite, la localización de los puntos de limite de trazos puede ser mejorada al hacer tanto la medida de la curvatura como el derivado de curvatura produciendo el mismo limite de trazo. Sin embargo esta aplicación preferida de la presente invención está sólo hecha para un punto dado si ningún trazo o menos de tres puntos serán producidos. El conjunto de puntos de límite de trazo de acuerdo con la presente invención define un conjunto de trazos correspondientes. Estos trazos pueden entonces ser adelantados hasta un reconocedor de caracteres basado en trazos para reconocimiento de la entrada de caracteres manuscritos. La presente invención y sus modalidades preferidas se refiere a métodos nuevos más exactos de segmentación de trazo. De acuerdo con la presente invención, en múltiples casos de la entrada de caracteres manuscritos la entrada es dividida repetidamente en un conjunto similar de trazos cada vez. Por ejemplo, si la entrada de caracteres manuscritos es la Letra "L" escrita en diferentes tiempos por diferentes escribientes, la presente invención y sus modalidades preferidas podrían dividir más exactamente cada vez la entrada de la letra "L" en puntos de límite de segmentación de trazos similares sin importar las variaciones de los diferentes escribientes. Tal segmentación de trazo podría ayudar en proporcionar una interpretación más exacta por un reconocedor basado en trazos. Aquellos expertos en la técnica encontrarán muchas modalidades de la presente invención para ser de utilidad. Una extensión obvia es a partir del caso de caracteres manuscritos impresos aqui descritos para esa escritura cursiva. El método actual de segmentación de trazos es independiente del método de segmentar caracteres, y asi las técnicas las cuales permiten procesar escritura cursiva pueden rápidamente hacer uso del proceso de segmentación de trazo aqui descrito. Otra modalidad podría ser la segmentación de escritura explorada o "fuera de linea", en trazos. Una forma directa de aplicación de la presente invención para tal tarea podria ser realizar el adelgazamiento de la escritura para obtener una curva de amplitud constante de tinta. Los límites de trazo podrían entonces ser establecidos tanto en el derivado de curvatura basado en puntos como en los puntos de intersección, ya que la carencia de información temporal hace que las intersecciones y las curvas trazadas parezcan similares.

Claims (7)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones. 1. Un método para reconocer caracteres de escritura manuscrita compuestos de una pluralidad de pixeles entintados, que comprende las etapas de: calcular un valor derivado de curvatura para cada uno de una pluralidad de los pixeles entintados, por medio de lo cual cada valor derivado de curvatura representa la velocidad de cambio de curvatura absoluta en el pixel correspondiente, seleccionar un conjunto de limites de trazos, de tal modo que cada límite de trazo permanezca entre un pixel entintado con un valor derivado de curvatura alta y un pixel entintado que sigue con un valor derivado de curvatura baja, localizar un conjunto de trazos, de tal modo que cada limite de trazo esté ubicado en el extremo de un trazo, calcular al menos un valor característico de trazo por cada trazo para producir un conjunto característico de caracteres, utilizar el conjunto característico de caracteres para determinar la identidad de dicho carácter de escritura manuscrita.
2. 2. El método de la reivindicación 1 caracterizado porque el pixel entintado con un valor derivado de curvatura alta tiene un valor derivado de - 1! curvatura localmente máximo, y el pixel entintado que sigue con un valor derivado de curvatura baja tiene un valor derivado de curvatura localmente minimo.
3. 3. El método de la reivindicación 2 caracterizado porque cada límite de trazo permanece en un punto medio entre el pixel entintado con el valor derivado de curvatura localmente máximo y el pixel entintado con el valor derivado de curvatura localmente minimo.
4. 4. El método de la reivindicación 1 caracterizado porque cada limite de trazo permanece en un punto de valor de curvatura absoluto localmente máximo.
5. 5. Un método para reconocer un carácter de escritura manuscrita compuesto de una secuencia de puntos, cada punto comprende tres valores de coordenadas espaciales, que comprende las etapas de: calcular un valor derivado de curvatura para cada uno de una pluralidad de los puntos, por medio del cual cada valor derivado de curvatura representa la velocidad de cambio de curvatura absoluta en el punto correspondiente, seleccionar un conjunto de limites de trazo, de tal manera que cada límite de trazo permanezca en un punto con un valor derivado de curvatura alto y un siguiente punto con un valor derivado de curvatura bajo, ubicar un conjunto de trazos, de tal manera que cada limite de trazo esté localizado en el extremo de un trazo, calcular al menos un valor característico de trazo por cada trazo para producir un conjunto característico de carácter, utilizar el conjunto característico de carácter para determinar la identidad de dicho carácter de escritura manuscrita.
6. 6. El método de la reivindicación 5 caracterizado porque el punto con un valor derivado de curvatura alto tiene un valor derivado de curvatura localmente máximo y el punto siguiente con un valor derivado de curvatura bajo tiene un valor derivado de curvatura localmente minimo.
7. 7. El método de la reivindicación 6 caracterizado porque cada limite de trazo permanece en un punto medio entre el punto con valor derivado de curvatura localmente máximo y el punto con valor derivado de curvatura localmente minimo. 8 El método de la reivindicación 5 caracterizado porque cada limite de trazo permanece en un punto de valor de curvatura absoluto localmente máximo. MÉTODO DE SEGMENTACIÓN DE TRAZOS PARA LA ENTRADA DE CARACTERES MANUSCRITOS RESUMEN DE LA INVENCIÓN El método de la presente invención incluye una etapa de calcular el derivado (140), o velocidad instantánea de cambio, de la curvatura en los puntos en la entrada de caracteres manuscritos (110) . El método selecciona entonces como puntos de limite de trazo ciertos puntos (o pixeles) en la entrada la cual permanece en un punto medio entre un punto del derivado de curvatura alto y el siguiente punto de derivado de curvatura bajo (150) . Tales puntos limites no están influenciados por los valores de curvatura absoluta, pero más bien sólo por los cambios relativos en la curvatura. Los puntos límites en la segmentación de trazos se proporcionan a un reconocedor basado en trazos para la interpretación de la entrada de caracteres manuscritos (170) .