JP2972011B2 - 文字認識装置 - Google Patents

文字認識装置

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JP2972011B2
JP2972011B2 JP4008148A JP814892A JP2972011B2 JP 2972011 B2 JP2972011 B2 JP 2972011B2 JP 4008148 A JP4008148 A JP 4008148A JP 814892 A JP814892 A JP 814892A JP 2972011 B2 JP2972011 B2 JP 2972011B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は文字認識装置、特に認識
対象となる横書き文字列の原画像中で隣合う2つの文字
が接合する場合や塊状のノイズが存在する場合に、個々
の文字を切り出して正しく識別することが可能な、ニュ
ーラルネットワークを用いた高速認識する文字認識装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的に、文字認識装置においては認識
対象となる文字品質が重要なファクターとなる。例え
ば、製造工場等における製品検査工程で用いられる製番
や型番読み取りのように、ノイズなどが多い劣悪な環境
下での文字列認識は非常に困難であるといえる。もっと
も、製造工場の製品検査工程での文字列認識は、一般に
刻印文字や捺印文字のようにフォントの決まった印刷文
字を扱うので、手書き文字に比べそのような印刷文字の
認識は非常に簡単であるように思われがちであるが、認
識対象となる文字の原画像に汚れや、ちりなどによる塊
状のノイズが含まれていたり、文字にかすれ、にじみ、
目づまりなどの欠陥がある可能性が極めて高いのであ
る。
【0003】従来、横書き文字を認識する最も単純かつ
高速な方法として、原画像の射影の谷間を個々の文字の
切れ目として判定して分離する方法が知られている。し
かし、この方法では、認識対象となる横書き文字列の原
画像中で隣合う2つの文字が接合した画像として取り込
まれた場合や、文字列に塊状のノイズが含まれている場
合に、個々の文字を分離することが不可能となるという
問題があった。すなわち、上述したような製造工場の製
品検査工程で用いられる製番や型番読み取りのようにノ
イズが多い環境下での文字列認識は、認識対象となる文
字列画像に汚れやちりなどによる塊状のノイズが含まれ
ていたり、あるいは文字にかすれやにじみ、目づまりな
どの欠陥があるので、隣合う2つの文字が接合した1つ
の画像として取り込まれてしまうことが多い。従って、
従来手法としてよく用いられている前記射影の谷間を検
出する手法では、そのような場合は個々の文字を切り出
して識別することができなくなる。
【0004】また、文字列の認識に関して、工場の製品
検査工程においては高速な処理速度が要求されるので、
文字の切り出し処理や識別処理に時間のかかる手法では
意味がないということも重要な要素であった。
【0005】このように、原画像中で隣合う2つの文字
が接合した画像として取り込まれた場合にも個々の文字
を切り出して識別することができる、高速な文字認識装
置を提供することは文字列認識における重要な課題であ
る。
【0006】そこで、このような要望を満たす一つの提
案として、例えば、電子情報通信学会論文誌D−II分
冊1991年11月号に記載された今井勝次他著“フィ
ードバック結合をもつ3層BPモデルを用いた印刷横書
き文字列の認識”で示される文字列認識手法がある。以
下、同論文で示されたニューラルネットワークによる文
字列認識手法について説明する。
【0007】まず、この文字列認識手法では、図3に示
す構造のフィードバック結合をもつ3層BPモデルを用
いている。図3において、同論文で示された横書き文字
列認識を行うニューラルネットワークは、入力層(In
put layer)30と、中間層(Hidden
layer)31と、出力層(Output laye
r)32と、それらのフィードバック結合とから構成さ
れている。
【0008】次に、同論文で示された文字列認識手法の
認識原理について説明する。まず、図4に示すような横
書き文字を含んだ原画像を考える。そして、この原画像
の水平方向の長さに比べて十分に細いスリットを与え
る。このスリットを、図4に示す“スターティングポイ
ント”の位置から、“エンディングポイント”の位置に
移動させることにより、原画像を水平方向に走査する。
原画像のある部分を走査しているときのスリット内部に
現れる画像を、スリット画像(Slit image)
と呼ぶ。
【0009】このスリット画像を、図3に示すニューラ
ルネットワークに、走査の進行に対して逐次入力してい
く。そうすると、これに対するネットワークの出力も原
画像の走査の進行と共に変化し、現在のスリット画像に
対して、以下の2つの信号を出力する。
【0010】(1) 走査ステップ信号(Scanni
ng step signal) これは以下SSS信号と記述する、現在のスリット画像
が文字のどの部分に属しているかを出力する信号であ
り、文字の切り出しに関する信号処理を簡単にするため
のものである。
【0011】スリット画像中に文字が存在していない場
合には、0に近い出力が出される。これに対して、スリ
ット画像中に文字が存在する場合には、走査の進行と共
に段階的に走査ステップ信号を増加させ、その文字の認
識処理が完了したら初期状態に戻すようにする。このS
SS信号については、走査の進行と共にどの様に変化さ
せ、また、どのように初期状態に戻すかが重要である
が、解析的に一意に定めることは困難であり、設定に関
して試行錯誤を要する。
【0012】(2) 所属カテゴリー信号(Categ
ory assignment signal) これは以下CAS信号と記述する、現在のスリット画像
がどの文字の一部分に属しているかを出力する信号であ
り、文字の識別(カテゴリー分け)に関する信号処理を
簡単にするためのものである。所属カテゴリー信号は、
識別対象とする文字のカテゴリー数だけ必要である。
【0013】現在のスリット画像が、ある文字の一部分
に属していると判断される場合は、その文字に対応する
所属カテゴリー信号が1に近い出力となり、それ以外の
場合には所属カテゴリー信号は0に近い出力となる。例
えば、図4で示す上部に‘▽’印をつけた位置にスリッ
トがある場合、スリット画像は‘A’の一部分と考えら
れるので、‘A’に対応する所属カテゴリー信号が1に
近い値となる。また、‘A’以外に対応する所属カテゴ
リー信号は0に近い値となる。
【0014】上記(1)、(2)の2つの信号は、入力
層30にフィードバックされ、一時刻遅れたスリット画
像と共に入力信号として用いられる。そのため、これら
の2つの信号は走査の進行と共に推移することになる。
このSSS信号、CAS信号の2つの信号を観測して行
けば、個々の文字を切り出しながら識別することができ
る。
【0015】次に、同論文で示されたニューラルネット
ワークの構造について説明する。図3に示すように、出
力層ユニットは、次の2群に分けられる。
【0016】(1) 時刻tにおける走査ステップ信号
を出力するユニット (2) 時刻tにおける所属カテゴリー信号を出力する
ユニット なお、時間は離散時間を想定する。
【0017】次に、入力層ユニットは、次の3群に分け
られる。
【0018】(1) 時刻tにおけるスリット画像を、
入力として受信するユニット (2) 時刻t−1における走査ステップ信号の出力
を、時刻tにおける入力として受信するユニット (3) 時刻t−1における所属カテゴリー信号の出力
を、時刻tにおける入力として受信するユニット また、中間層ユニット数は任意に定める。ここで、走査
ステップ信号、所属カテゴリー信号の初期値はすべて0
とする。
【0019】このようなニューラルネットワークを用い
て文字列認識の実験を行った結果によれば、文字間隔や
文字の順序に影響されにくく、しかも塊状のノイズに対
しても強い文字列認識が実現できることがわかってい
る。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、フィー
ドバック結合をもつ3層BPモデルを用いて横書き文字
列を認識する文字列認識手法によれば、横書き文字列の
認識機能を学習によって獲得することができ、原画像を
走査することによって個々の文字を切り出しながら正し
く識別することが可能となる。しかし、前述したように
製造工場における製品検査工程での文字列認識は非常に
困難であって、例えば、捺印数字列などは個々の数字の
文字の欠けやかすれが特に大きいという特徴がある。こ
のため、上記の文字列認識手法をそのまま用いて捺印数
字列文字認識装置を構成しても、読み飛ばされる数字が
増大することが予想される。
【0021】このように予想される理由としては、ニュ
ーラルネットワークの汎用化能力に限界があること(学
習されていない入力に対する出力が保証されないことに
よる)、また、ニューラルネットワークの信号処理が単
純なものであることが挙げられる。従って、実用に耐え
られる文字認識装置を構成する場合は、特に誤認識を防
止するための特別の手段を施さなければならない。
【0022】このように、上述した従来の文字列認識手
法を文字の欠けやかすれが特に大きい捺印数字列の認識
に用いると、読み飛ばされる数字が増大し、誤認識され
る場合が多くなると言う問題がある。
【0023】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、原画像中で隣合う2つの文字が接
合した画像として取り込まれた場合や、塊状のノイズが
含まれている場合に個々の文字を正しく切り出して識別
することができると共に、高速な識別処理が可能な文字
認識装置を得ることを目的としている。
【0024】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係わる文字認識装置は、認識対象となる横
書き文字列を縦方向スリット状に順次切り出したスリッ
ト画像信号として入力する画像取り込み手段と、画像取
り込み手段により取り込まれたスリット画像信号を順次
入力して、入力されたスリット画像信号が1つの文字の
どの部分を走査しているかを示す走査状態信号(SSS
信号)と、入力されたスリット画像信号がどの文字の一
部に属しているかを示す文字識別信号(CAS信号)
と、入力されたスリット信号が1つの文字についての画
像を含み始める切り出しの開始時と1つの文字の画像が
なくなる切り出しの終了時を示し各文字に対応して設定
されている文字認識信号(SEC信号)と、を出力する
と共に、前記走査状態信号(SSS信号)と文字識別信
号(CAS信号)を入力側へフィードバックするニュー
ラルネットワーク手段と、ニューラルネットワーク手段
の出力信号によって文字の認識を行う文字認識手段と、
を有することを特徴とする。
【0025】
【作用】従って、本発明の文字認識装置によれば、ニュ
ーラルネットワークの出力信号として切り出しの開始・
終了時に各文字に応じて出力される認識信号であるSE
C信号を追加する。そこで、1つの文字の切れ目につい
て、SSS信号と、SEC信号の両方で認識することが
できる。また、このSEC信号は、各文字に応じて設定
されている。従って、SSS信号と、CAS信号とから
文字を認識するのに比べ、高精度の文字認識が行われ、
認識対象となる横書き文字列の原画像中で隣合う2つの
文字が接合する場合や塊状のノイズが存在する場合であ
っても不明確な文字列が読み飛ばされたり、誤認識され
るといった誤りを飛躍的に抑制できるようになる。
【0026】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図に基づいて
説明する。図1は本実施例に係わる文字認識装置の構成
と、本実施例の文字認識装置を用いた捺印数字列の認識
動作を説明するための概念図である。
【0027】図1において、捺印数字列を認識する本実
施例の文字認識装置は、認識対象となる捺印数字列が含
まれる画像を外部から入力するCCDカメラ11と、C
CDカメラ11から取り込まれた画像信号を処理する計
算機20とから構成されている。
【0028】CCDカメラ11は、認識対象となる捺印
数字列が印刷された印面12から数字画像を読み取り、
計算機20に転送する。もっとも、捺印数字列のある印
面12から文字列を撮影する手段としては、CCDカメ
ラ11に限られるものではなく、その他の撮像装置であ
ってもよい。また、CCDカメラを用いる場合は、モノ
クロ、カラーの別は問わない。
【0029】そして、図1では、このCCDカメラ11
と捺印数字列のある印面12とから構成される部分を画
像取り込み部10として示してある。また、計算機20
はその上で動作するソフトウェアにより実現される機能
として、信号変換部22と信号処理部23に分割されて
いる。信号変換部22はハードウェアによって構成する
ことも可能である。
【0030】計算機20は、前述の画像取り込み部10
により取り込まれた画像信号を取り込み画像21として
計算機20の図示しない記憶装置に記憶する。この取り
込み画像21を用いて計算機20は認識処理を行う。本
実施例の文字認識装置では、まず、取り込み画像21に
含まれる各捺印数字の幅より狭いスリット211、21
2、213を得るようにしている。このスリット21
1、212、213の各スリットの幅は任意に設定され
る。
【0031】取り込み画像21の左端の位置(図1のス
リット211)から右端の位置(スリット212)にこ
のスリットを図1の矢印214で示す方向になめらかに
移動させる。スリットの進み幅は前述したように任意で
ある。例えばスリットの進み幅を小さくすれば、より滑
らかなSSS,CAS,SEC信号を得ることができる
が、処理時間は遅くなる。計算機20はこのスリットを
1回移動させる毎に、スリット内部に現れるスリット画
像221を内部の図示しない記憶装置から取り出して、
計算機20の信号変換部22に送る。例えば、図1に示
すスリット213のスリット位置の場合のスリット画像
はスリット画像221のようになる。
【0032】計算機20の信号変換部22は、ニューラ
ルネットワーク222により入力画像の画像信号として
送られるスリット画像を、認識対象文字の切り出し状態
を示すSEC信号223aと、切り出し中の文字種別を
示す識別信号であるSSS信号223bと、切り出しの
開始・終了時に各文字に応じて出力される認識信号であ
るCAS信号223cの3つの信号に変換する。これら
の信号はスリットの移動と共に変化する。ここで、ニュ
ーラルネットワーク222は、上述の電子情報通信学会
論文誌D−II分冊1991年11月号に記載された今
井勝次他著“フィードバック結合をもつ3層BPモデル
を用いた印刷横書き文字列の認識”に示されるのと同様
にして、教師データを利用した学習により構築される。
なお、本実施例においては、SEC信号が追加されてお
り、教師データに各文字について予め決定したSEC信
号を追加して学習を行う。
【0033】まず、スリット画像を現す信号はニューラ
ルネットワーク222の入力層222aに送られる。こ
こで、ニューラルネットワーク222は入力層222
a、中間層222b、出力層222cからなり、各層は
ニューロン222nと呼ばれる信号変換の基本単位から
なる。そして、信号の伝達はネットワーク間の結合にお
いて行われ、それぞれのニューロン222nは任意に結
合している。文字列認識機能を実現するために最低限度
必要なネットワーク結合は入力層222aから中間層2
22bへの結合、中間層222bから出力層222cへ
の結合、出力層222cから入力層222aへの結合と
する。
【0034】ところで、入力層222aから中間層22
2bへの結合、中間層222bから出力層222cへの
結合、出力層222cから入力層222aへの結合に関
しては、結合を削り取ったものも考えられる。また、こ
れ以外の層間に結合をもたせるものも考えられる。ここ
で、SSS信号の数は1個のみとし、CAS信号の数は
識別対象とする数字の数に合わせて、例えば、‘0’、
‘1’、‘2’の3個の数字を識別したいのであれば、
3個と設定する。すなわち、1個の数字に対して1個の
CAS信号を割り当てる。ただし、これらの数は必要最
低限であり、増加させることは任意である。例えば、
‘0’に対して2つのCAS信号を割り当てることもで
きる。また、SEC信号の数は任意に設定する。これら
のSEC信号、SSS信号、CAS信号は逐次信号処理
部22に送られる。
【0035】次に、図2は、本実施例の文字認識装置に
より‘0’〜‘9’までの10字種の捺印数字列を識別
した実験結果を説明するための図である。同図には取り
込み画像21に対する各スリット位置でのSSS信号2
23a、CAS信号223b、SEC信号223cとそ
の処理過程が示されている。また、図に示す取り込み画
像21の認識結果24も示されている。さらに、CAS
信号223b、SEC信号223cのスリット位置によ
る推移を表す図において、円内の数字は各信号の番号を
表す。
【0036】この実験では、SSS信号は1個、CAS
信号はそれぞれの字種に関して1個、SEC信号は3個
である。なお、各字種とCAS信号の番号に関しては、
文字‘0’に対して0番目のCAS信号、文字‘1’に
対して1番目のCAS信号、...,文字‘9’に対し
て9番目のCAS信号が順に対応する。
【0037】図2(a)は本実施例の文字認識装置の第
1の実験例を示し、捺印数字列の3文字全部(“68
4”)の認識に成功した場合である。また、図2(b)
は本実施例の文字認識装置の第2の実験例を示し、捺印
数字列の3文字中、1文字(‘4’)の認識には成功し
たが、はじめの2文字の認識については誤り(x印で示
す)と判定した例である。
【0038】まず、図2(a)を用いて本実施例の文字
認識装置の文字列認識のプロセスを説明する。図から明
らかなように、取り込み画像21の文字‘6’がスリッ
ト内に現れ始めたスリット位置で、SSS信号、6番目
と8番目のCAS信号、1番目のSEC信号がほぼ同時
に立ち上がっていることがわかる。この時点の信号波形
を図2(a)の信号波形位置47に示す。
【0039】SSS信号が積分開始設定値SSSS =0.
2を越えた時点で、それぞれのCAS信号の積分を開始
する。その後、1番目のSEC信号は上限設定値HSEC
=0.5を越えた後に立ち上がっている。SSS信号は
常に変動しているが、スリット位置の変化と共に徐々に
増加し、図からSSS信号が最低上限設定値MSSS =
0.7を越える値をとっていることがわかる。また、8
番目のCAS信号は途中で立ち下がっている。これは、
前半のスリット位置においては文字‘6’と‘8’は区
別できないが、両者の差がはっきり現れたスリット画像
が入力された時点で区別が正しく行われていることを示
唆する。そして、スリット画像が文字‘6’の右端に近
付いた時点で、もう一度1番目のSEC信号が立ち上が
っている。
【0040】この後、SSS信号221aは徐々に降下
しながら、識別開始設定値RSSS =0.2を下回り、こ
れとほぼ同時に6番目のCAS信号、1番目のSEC信
号は立ち下がっている。この時点の信号波形を、図2
(a)の信号波形位置48に示す。この後、それぞれの
CAS信号の積分値を評価する。図から明らかなよう
に、文字‘6’に対するCAS信号の積分値が最大であ
る。
【0041】また、文字‘6’に関するSEC信号は、
1番目のSEC信号が立ち上がった後、再度1番目のS
EC信号が立ち上がるような条件でニューラルネットワ
ーク222が決定されている。そこで、この条件を満た
しているので認識対象文字列には文字‘6’が含まれて
いると認識した。残りの文字列“84”に関しても同様
な手続きで正しく認識することができる。
【0042】このように、SSS信号が積分開始設定値
SSSS =0.2(ポイント41)を越えた時点で、それ
ぞれのCAS信号の積分を開始する。その後、SSS信
号が最低上限設定値MSSS =0.7(ポイント42)を
越える値を1回以上とった後、識別開始設定値RSSS =
0.2(ポイント43)を下回った時点で、それぞれの
CAS信号の積分を評価する。この間、それぞれのSE
C信号が常に監視されており、一度上限設定値HSEC =
0.5(ポイント44)を越えた時点で、そのSEC信
号の番号を計算機20の図示しない記憶装置に順次記憶
する。積分値が最大であったCAS信号に割り当てた文
字を認識結果として、計算機20の記憶装置に順次記憶
する。ただし、ここでSEC信号が上限設定値HSEC =
0.5を越えた順位が異常な場合、もしくはCAS信号
が最低上限設定値HSEC =0.7(ポイント45)を越
えることがなかった場合には、認識に誤りがあるものと
して判定する。また、途中でSSS信号が中止設定値E
SSS =0.2(ポイント46)を下回った場合、CAS
信号の積分を中止する。このように、本実施例の文字認
識装置によれば、捺印にかすれがある場合にも正しく認
識できることがわかる。
【0043】次に、本実施例の文字認識装置の第2の実
験例を示す図2(b)に関しても、前述の図2(a)と
同様な手続きで、最後の文字‘4’の認識には成功した
が、はじめの2文字については判定不能として認識され
ている。まず、最初の文字は積分値が最大である基準か
ら判断すると文字‘3’と考えられるが、文字‘3’に
対応するSEC信号の立ち上がり順番は3番目、1番目
の順であるとして設定されている。そこで、この基準に
反しているため、認識に誤りがあるとして判別不能の判
定を行っている。また、2番目の文字は積分値からは文
字‘8’と判断されるが、SEC信号の立ち上がり順が
1番目、1番目である基準に反しているため、認識に誤
りがあるとして判別不能の判定を行っている。本実験例
においては、取り込み画像21のはじめの2文字は捺印
が不良であることが図からも明らかである。
【0044】このように、本実施例の文字認識装置によ
れば、ニューラルネットワーク222において、SEC
信号を各文字について設定してあり、これが出力され
る。そこで、このSEC信号の出力状態及び出力順を考
慮することで、捺印不良の文字を除外することが可能で
あり、誤認識を飛躍的に抑制することが可能である。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように,本発明の文字認識
装置によれば,各文字毎にCAS信号とSEC信号の組
合せを学習させることにより文字に応じたCAS信号と
SEC信号が出力されこれらの信号に基づいて文字の判
定を行うように構成したので、捺印数字列が読み飛ばさ
れるということがなく、誤認識される場合を飛躍的に抑
止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係わる文字認識装置の構成と、本実
施例の文字認識装置を用いた捺印数字列の認識動作を説
明するための概念図である。
【図2】本実施例の文字認識装置による‘0’〜‘9’
までの10字種の捺印数字列を識別した実験結果を説明
するための図である。
【図3】従来の文字列認識手法であるフィードバック結
合をもつ3層BPモデルを用いた印刷横書き文字列認識
を行うニューラルネットワークの構成図である。
【図4】従来の文字列認識手法による横書き文字列認識
原理を説明するための概念図である。
【符号の説明】
10 画像取り込み部 11 CCDカメラ 12 捺印数字列のある印面 20 計算機 21 取り込み画像 22 信号変換部 23 信号処理部 221 スリット画像 222 ニューラルネットワーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内川 嘉樹 愛知県名古屋市天白区御幸山408番地 (72)発明者 郷原 一寿 愛知県名古屋市昭和区福原町1−36グリ ーンビル201 審査官 小林 勝広 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G06K 9/66 G06K 9/34

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 捺印数字などの横書き文字列を自動認識
    する文字認識装置において、 認識対象となる横書き文字列を縦方向スリット状に順次
    切り出したスリット画像信号として入力する画像取り込
    み手段と、 画 像取り込み手段により取り込まれたスリット画像信号
    を順次入力して、入力されたスリット画像信号が1つの
    文字のどの部分を走査しているかを示す走査状態信号
    と、入力されたスリット画像信号がどの文字の一部に属
    しているかを示す文字識別信号と、入力されたスリット
    信号が1つの文字についての画像を含み始める切り出し
    の開始時と1つの文字の画像がなくなる切り出しの終了
    時を示し各文字に対応して設定されている文字認識信号
    と、を出力すると共に、前記走査状態信号と文字識別信
    号を入力側へフィードバックするニューラルネットワー
    ク手段と、 ニ ューラルネットワーク手段の出力信号によって文字の
    認識を行う文字認識手段と、 を有する ことを特徴とする文字認識装置。
JP4008148A 1992-01-21 1992-01-21 文字認識装置 Expired - Lifetime JP2972011B2 (ja)

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