JPH0126115B2

JPH0126115B2 -

Info

Publication number: JPH0126115B2
Application number: JP57099748A
Authority: JP
Inventors: Michio Yasuda; Hirozo Yamada; Taiichi Saito; Kazuhiko Yamamoto
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1982-06-10
Filing date: 1982-06-10
Publication date: 1989-05-22
Also published as: JPS59792A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、文字や図形など、いわゆる２次元パ
ターンの認識方式およびその装置に関するもので
ある。本発明は、関連する三つの先願発明（特願
昭47−50720号「図形認識装置」、特願昭53−
100377号「図形認識方式」および特願昭54−
141336号「パターン認識方式」）の改良に係るも
のであり、２次元パターンの認識精度の向上に寄
与するものである。本発明と関連する上記の３発明は、いずれも２
次元スカラパターンとして観測した文字や図形な
どの２次元図形に空間微分や、ストロークとその
局所的接続関係の抽出処理などの基本的な特徴抽
出処理を加えて２個以上の特徴量を２次元空間上
の各々の位置で求め、これらの特徴量を成分とす
る２次元ベクトルパターンを導き、この２次元ベ
クトルパターンに公知の相関法を適用して未知パ
ターンの認識を行なうものである。これらの発明
は、在来の文字や図形を観測して得られる２次元
スカラパターンにそのまゝ相関法を適用する場合
よりもパターン認識手法として強力であるが、こ
れらをさらに強力なものとするには、上記２次元
ベクトルパターンのベクトル成分数に相当する特
徴の種類を有効に増やす必要がある。本発明は、上述の立場から、従来においては文
字や図形のストローク成分のみに着目して抽出し
ていた特徴を、ストローク成分とストローク成分
で囲まれた背景図形（以下、白図形成分と呼ぶ）
の両者から、おゝむね均質な特徴抽出処理により
相互に有効な特徴を抽出することによつて、有効
な特徴の種類、すなわち上記２次元ベクトルパタ
ーンのベクトル成分数を、従来方式のおゝむね２
倍にすることを可能にするものである。なお、ストローク成分を用いず、白図形成分の
みから特徴を抽出する方法も従来から知られてい
る（文献：森、他「場の効果法による特徴抽出」、
電子通信学会論文誌、vol.57−Ｄ、pp.308−315、
1974、および岡；「図形を状態にもつセルオート
マトンについて」、電子通信学会論文誌、vol.59
−Ｄ、pp.553−560、1976）。ところが、これらの
方法は白図形にのみ着目し、ストローク成分を実
質的に利用していないのみならず、白図形成分の
抽出および表現が論理処理的であり、全体として
相関法とはなじみ難い内容になつている。第１図は、一定の拡がりを有する表現領域で表
現された、ストローク成分１と白図形成分２とか
らなる２次元図形の例を示したものである。第１
図には、ストローク成分１と白図形成分２のほ
か、両者の境界３および表現領域の境界を表わす
仮想的な枠４も、併せて表示してある。さきに挙げた先願に係る三つの発明のうち、前
二者（特願昭47−50720号および特願昭53−
100377号）は、ストローク成分１およびその境界
３に着目して細線化処理を行ない、第１図の２個
の境界３と実質的に等価な１個の中心線を求め、
この中心線上の各点とその隣接点との接続関係の
有無を方向別（４方向〜８方向）に求め、この方
向別の接続関係の有無を２〜４個の自由度を有す
るベクトルとして高次特徴量の抽出を行なつてい
る。なお、この場合には、４方向〜８方向の接続
関係のうち、方向が同じで向きが反対になつてい
る成分、すなわち、注目点から見て上下あるいは
左右の接続関係などは、これらをそれぞれ同一成
分とみなしている。一方、第三の先願発明（特願昭54−141336号）
は、第１図のストローク成分１と白図形成分２と
の境界３を、空間微分によつて各点で２成分のベ
クトルとして求め、これをさらにベクトルとして
の向きに応じて８成分のベクトルに変換して高次
特徴量としている。この場合には、最初に抽出す
る特徴としての境界３は、ストローク成分１と白
図形成分２の両方に属すると見ることもできる
が、境界３の巨視的な形状は、先願発明の前二者
に例示されているストローク成分１から近似的に
求めた中心線と酷似した曲線が二重に画かれてい
るだけであり、実質的にはストローク成分に着目
して抽出した初期特徴量と同等の意味しか持たな
い。とくに、ベクトル成分ごとの相関値の和をベ
クトル間の相関値として用いる公知の相関法を用
いる場合には、次に示すように理論的にも、中心
線だけを用いることと、境界線だけを用いること
とはほとんど同等の効果しか有しないことを導く
ことができる。公知の相関法においては、２個の２次元ベクト
ルパターンｆ（ｉ、ｊ、ｋ）とｇ（ｉ、ｊ、ｋ）の
相関値s_f,gをつぎのように定義する。ただし、ｉ
とｊは位置を表わすパラメータ、ｋはベクトル成
分を表わすパラメータとする。 (1)式において、S^k _f,gの値は、２次元ベクトルパ
ターンｆ（ｉ、ｊ、ｋ）およびｇ（ｉ、ｊ、ｋ）の
座標（ｉ、ｊ）について（λk、μk）だけ同時に
平行移動しても不変である。すなわち、 S^k _f,g＝〓ⁱ 〓^j ｆ（ｉ＋λk、ｊ＋μk、ｋ） ×ｇ（ｉ＋λk、ｊ＋μk、ｋ） ……(2) 相関値が有する(2)式の性質を利用して、仮に第
１図の境界３を表わすベクトルの向きをストロー
ク成分の内側に向かうように定め、ストローク成
分の太さの半分だけ、境界３で求めたベクトルを
平行移動させると、ほゞ第１図の境界３を表わす
ベクトルは、ストローク成分１の中央に移動し、
もしストローク成分の太さが一定であるなら、元
来ストローク成分の両側に存在したストローク成
分１と白図形成分２の境界３を表わすベクトル
は、ストローク成分１の両側からその中央に移動
し、ストローク成分１の屈曲部など、僅かな特殊
な部分を除外すると完全に一致する。しかも、ベ
クトルのこのよう移動を行なつても、(2)式に示し
たように相関値は不変であるので、従来方法では
境界３を用いることゝストローク成分１の中心線
を用いることの実質的な差異はないことが結論づ
けられる。第２図と第３図は、公知のストローク成分の方
向と向きをベクトルの成分とする２次元ベクトル
パターンの相関を利用するパターン認識方式の処
理フローチヤートを示す。第２図の処理フローチヤートと第３図の処理フ
ローチヤートの相違点は、２次元図形を観測して
得られる２次元スカラパターン（２次元スカラ関
数）から、高次特徴量として２次元パターン上の
各点で求める２個以上の成分を有するベクトル量
の求め方が、本質的ではないが、実行上で多少異
なつている点にある。すなわち第２図の処理フローチヤートでは、ベ
クトルの各成分を線図形化処理によつて導いたス
トローク成分の中心線に相当する図形から、その
中心線上の注目点と、同じく中心線上の隣接点と
の接続方向（向きを捨象した方向。原理的には方
向の種類をいくら増やしても支障ないが、実用的
には直交する２方向、もしくは45度の角度で交又
する４方向が適している）によつて区別する２な
いし４成分のベクトルを抽出している。この場
合、ベクトルの方向は上記ストローク成分の接線
方向と定めると、直観的に考え易い。ただし、こ
こで言うベクトルの方向は、同じベクトルの他の
成分を互いに区別するためのものである。従つて
たとえば接線方向と定める代りに、これを直交す
る法線方向をベクトルの方向と定めても、実質的
処理内容および効果が同一であることは明らかで
ある。一方、第３図の処理フローチヤートでは、観測
して得られた２次元スカラパターン上の各点で、
高次特徴量としての複数個の成分を有するベクト
ルを導くために、先に挙げた先願発明（特願昭54
−141336）に例示されている空間微分を用いてお
り、第２図の線図形化処理１３と接続方向抽出処
理１４の代りに、第３図では空間微分による法線
方向の抽出処理に相当する方向要素抽出処理３３
を行なつている。なお、この場合にはストローク
成分１の境界３の法線方向でベクトルの成分、す
なわち高次特徴量の種類を区別するのが直観的で
あり、先に挙げた先願例の場合には45度づつ方向
および向きが異なる８成分を用いている。しか
し、既に述べたように、ストローク成分１と白図
形成分２の境界３を表わすベクトルは、それをス
トローク成分１の内側に向けて、ベクトルの各成
分ごとに定めた一定量だけ移動させることによ
り、実質的にストローク成分１の中心線と同等の
ベクトルになり、向きは捨象されて、その方向だ
けが意味を有することになる。したがつて、この
場合にも実質的に有効な高次特徴量の種類あるい
はベクトルの成分数は４個となる。第４図は本発明に係る図形認識方式の一実施例
を処理フローチヤートを用いて示したもので、第
２図および第３図に示した公知の処理方式との主
要な相違は、一点鎖線４８で囲まれた停止処理４
６と伝播処理４７が新たに加えられている点であ
る。この停止処理４６と伝播処理４７は、先に例
示した、もつぱら白図形成分のみに着目して特徴
を抽出する公知の方法（文献：森、他「場の効果
法による特徴抽出」、電子通信学会論文誌、
vol.57−Ｄ、pp.308−315、1974年、など）にも、
類似の処理を行なつている例が示されているが、
本発明の特徴は第１図に例示したように、本来同
一の白図形成分２の境界３と、ストローク成分１
の境界３に、相互に独立ではあるが処理内容は原
則的に同一の局所的処理（すなわち、停止処理４
６と伝播処理４７）を繰返えし施すことにより、
両者の図形としての形状を変化させ、相互に異な
つた形状として、相関法を適用し場合にそれぞれ
有効な特徴を抽出することができるようにするも
のである。ここで注意すべきことは、前記(2)式などで示し
たように、伝播処理だけでは第４図のベクトル化
処理４５で抽出したベクトル成分（特徴）ｆ（ｉ、
ｊ、ｋ）を座標（ｉ、ｊ）について（λk、μk）
だけ平行移動させることに過ぎず、ストローク成
分１の境界３と白図形成分２の境界３を有効に分
離・抽出したことにはならない点である。すなわ
ち、本発明で示すように伝播処理４７によるベク
トル成分の移動量を、個々の被処理パターンであ
る２次元図形の局所的形状、および個々の２次元
図形内での複数の部位における高次特徴量（ベク
トル成分）の相互関係によつて決定するような処
理（本発明では、このような処理を停止処理４６
と呼ぶ）によつて異ならしめるように制御するこ
とで、初めてストローク成分１の境界３と白図形
成分２の境界３を独立した特徴として有効に分
離・抽出できることになる。第４図の実施例において、帳票４１、光電変換
処理４２、および位置・大きさ抽出処理４３は、
光学的文字認識装置（OCR）などの分野で公知
の形態および技術である。大きさの正規化処理４
４は、原則的に帳票４１上の図形を観測して得た
２次元図形を表わすデータの縦および横方向の拡
がりを位置・大きさ抽出処理４３により検知し
て、予め設定した一定の拡がりを有する矩形領域
に、その縦および横の広がりが一致するように、
縦軸・横軸を独立に比例縮小（原理的には拡大し
ても良い）する公知の手法（特願昭53−100377
号、前出）を用いる。なお、大きさの正規化処理４４はベクトル化処
理４５の後、またはぼけ処理５０の前など、第４
図の処理フローチヤートにおいて出来るだけ後の
方に持つて行つた方が、原図形の特徴を歪みなく
抽出することができる。しかし一般に正規化処理
４４前のデータ量は、正規化処理４４後のそれよ
り大幅に大きいので、正規化処理４４を後にすれ
ばするほど、全体として処理すべきデータ量が大
幅に増えてしまうことになる。第４図の実施例ではこの点を考慮して、正規化
処理４４をベクトル化処理４５の前に行なつてい
るが、実際には全体としての目的および費用など
を考慮して、どの段階で正規化処理４４を行なう
のが妥当であるかを決定すれば良い。第４図におけるベクトル化処理４５としては、
線図形化処理を利用する方法（特願昭47−50720
号、前出）および空間微分を用いる方法（特願昭
54−141336号、前出）などのほか、種々の方法が
公知となつており、原則的には観測して得られる
２次元スカラパターンの局所的な変化量、もしく
は大局的に見てこれと代替し得る量（上記の線図
形化処理を利用して求めたような）、またはこれ
らと一意的に関連づけられる量であればどのよう
なものでも良いが、ここでは一種の空間微分でも
つとも単純と考えられる方法を例として説明す
る。ベクトル化処理４５では、大きさ正規化処理４
４を施した２次元スカラパターンをｆ（ｉ、ｊ）、
ストローク成分１の境界３を表わすベクトルの第
ｋ成分をUk（ｉ、ｊ）、同じく白図形成分２の境
界３を表わすベクトルの第ｋ成分をV_k（ｉ、ｊ）
として、次の(3)式によりU_k（ｉ、ｊ）およびV_k
（ｉ、ｊ）を求める。 U_k（ｉ、ｊ） U_k（ｉ、ｊ）＝Max｛Ｏ、ｆ（ｉ、ｊ）−ｆ（ｉ＋λk、ｊ＋μk）
｝ V_k（ｉ、ｊ） V_k（ｉ、ｊ）＝Max｛０、ｆ（ｉ＋λk、ｊ＋μk）−ｆ（ｉ、ｊ）
｝……(3) 上記(3)式は、ｆ（ｉ、ｊ）−ｆ（ｉ＋λk、ｊ＋
μk）≧０のときは、その値をU_k（ｉ、ｊ）の値と
して選択し、ｆ（ｉ、ｊ）−ｆ（ｉ＋λk、ｊ＋μk）
＜０のときは、U_k（ｉ、ｊ）＝０とするという意
味である。なお、ｆ（ｉ、ｊ）−ｆ（ｉ＋λk、ｊ＋
μk）＞０のときは、ｆ（ｉ＋λk、ｊ＋μk）−ｆ
（ｉ、ｊ）は負となるので、V_k（ｉ、ｊ）＝０とな
り、逆の場合には、V_k（ｉ、ｊ）の値としてはｆ
（ｉ＋λk、ｊ＋μk）−ｆ（ｉ、ｊ）が選択される。 (3)式を用いることによつて、変化の向きの違い
を区別して検出されたベクトル成分が、正負の相
異により、後述のぼけ処理５０で打ち消し合つて
消滅するのを防止している。ただし、上記λkおよびμkには第１表の値を用
いる。また０≦ｆ（ｉ、ｊ）≦Ｍ（正の有限値）と
仮定する。

【表】

【表】なお、上記(3)式からU_k（ｉ、ｊ）とV_k（ｉ、ｊ）
は共に非負であり、次の(4)式の関係を成立させる
性質がある。 U_k（ｉ、ｊ）＋V_k（ｉ、ｊ）＝｜ｆ（ｉ、ｊ）−ｆ（ｉ＋λk、ｊ＋μk）｜
……(4) さらに、U_k（ｉ、ｊ）とV_k（ｉ、ｊ）は、 f_k（ｉ、ｊ）＝ｆ（ｉ、ｊ） −ｆ（ｉ＋λk、ｊ＋μk） ……(6) と置いて、次のように表わすこともできる。 U_k（ｉ、ｊ）＝f_k（ｉ、ｊ）：f_k（ｉ、ｊ）≧０のと
き＝０：f_k（ｉ、ｊ）＜０のとき＝０：f_k（ｉ、ｊ）＜０のとき V_k（ｉ、ｊ）＝−f_k（ｉ、ｊ）；f_k（ｉ、ｊ）＜０のと
き＝０：f_k（ｉ、ｊ）≧０のとき ……(7) ここで、以降の処理の直観的な理解を容易とす
るため、U_k（ｉ、ｊ）およびV_k（ｉ、ｊ）のベク
トルとしての向きおよび伝播方向を、第２表のよ
うに定める。

【表】なお、第１表において添字ｋはベクトルの成分
番号として表示してある。またベクトル化処理４
５の具体的な手法としては、第１表や第２表に例
示したように斜め方向（成分番号が偶数の場合）
を考えに入れる場合は、特願昭54−141336号（前
出）に例示されているような公知の空間微分の方
法を用いる方がより効果的であり、そのような方
法を用いてもよいが、その場合には２次元パター
ンの空間周波数成分のうち高周波成分の減衰が本
発明で例示した方法よりも著しいので、大きさ正
規化処理４４後の２次元パターンｆ（ｉ、ｊ）の
位置のパラメータ（ｉ、ｊ）の分割点数を大きく
しておくなどの配慮が必要である。次に、停止処理４６と伝播処理４７について説
明するが、説明の便宜上、伝播処理４７から説明
する。伝播処理４７は複数回繰返して行なうので、第
ｎ回目の伝播処理４７の結果をU_k ⁽ⁿ⁾（ｉ、ｊ）、
V_k ⁽ⁿ⁾（ｉ、ｊ）と書いて、その第１の方法はつ
ぎの(8)式で定義する。 U_k ⁽ⁿ⁾（ｉ、ｊ）＝ U_k ^(n-1)（ｉ＋λk、ｊ＋μk） V_k ⁽ⁿ⁾（ｉ、ｊ）＝ V_k ^(n-1)（ｉ＋λk、ｊ＋μk） ……(8) ただし、U_k ^(o)（ｉ、ｊ）＝U_k（ｉ、ｊ）、V_k ^(o)
（ｉ、ｊ）＝V_k（ｉ、ｊ）とし、（λk、μk）には第
１表の値を用いる。この伝播処理４７の第１の方法は、第２表のベ
クトル成分の向きの方向に、各ベクトル成分を単
位量だけ移動させることに相当する。伝播処理４７の第２の方法は、各ベクトル成分
のうち直交成分（第２表で成分番号が奇数の成
分）については第１の方法と同一であるが、斜向
成分（第２表で成分番号が偶数の成分）について
は、第２表の下段に示した伝播方向のように、２
方向に同じ量だけつまり２重に伝播させる方法で
ある。ただし、この場合に２重に伝播させるのは
第１回目の伝播処理４７だけで、第２回目の伝播
処理４７以降では、第１回目の伝播処理４７で移
動した方向にそれぞれ、そのまま伝播させる。
（第１回目の伝播処理４７で直交する二つの方向
へ同じ量だけ伝播させているので、以降の伝播処
理４７での伝播をそれぞれ１方向に絞つても、量
的には全体として２重に伝播したことになる）次に停止処理４６について説明する。停止処理
４６も伝播処理４７と同様に、本発明の特許請求
の範囲内で多種の方法が可能であるが、そのうち
３種類の方法について具体的に説明する。停止処理４６の第一の方法は、方向が同じで向
きが反対の１対のベクトル成分（例えば第２表で
成分番号が１と５のベクトル成分の組）が同一座
標点上に存在するとき、あるいは上記１対のベク
トル成分が互いに第２表の伝播方向で示した方向
（この場合は向きも考慮に入れる）において隣接
する一対の座標点上にそれぞれ存在するとき（つ
まり、次に伝播を行なつたときに互いにすれ違つ
てしまつて同一座標点上に存在できない場合）
に、上記１対の該当するベクトル成分の以降の伝
播を停止する。この停止処理４６の第一の方法は、直観的には
互いに反対向きのベクトル成分の衝突による停止
とみなすことができる。なお、この場合に停止さ
せるベクトル成分の量を、衝突したベクトル成分
のうち量的に小さい方と等しくし、量的に大きい
方のベクトル成分から小さい方のベクトル成分の
量を差し引いたベクトル成分は停止処理４６をせ
ず、それ以降も伝播処理４７を続けることにすれ
ば、原図形もしくは大きさ正規化処理４４を行な
つた図形が２値化されていなくても処理すること
ができる。停止処理４６の第一の方法で、衝突に
よつて停止させるベクトル成分の組合せを第３表
に示す。

【表】第３表で記号Ａと記入してあるベクトル成分の
組合せの衝突でのみ停止させる。記号Ａの意味
は、第５図に示したように、水平または垂直の対
向するベクトル成分が衝突する場合を意味する。
なお、この停止処理の第一の方法では、ベクトル
成分として斜向成分（第２表で偶数番の成分）を
考えに入れると、例えば原図形が直角２等辺３角
形の場合のように衝突すべき対向成分が存在しな
くなつて都合が悪い場合が生ずるので、ベクトル
成分として水平・垂直の成分（第２表で奇数番の
成分）だけを考慮する場合しか適用できない。し
たがつて、第５図で記号Ｂとして表示した斜向成
分の衝突は考えない。停止処理４６の第二の方法における停止条件を
第４表に示す。

【表】第４表においては、記号Ａ，ＢまたはＣが記入
してあるベクトル成分間においてだけ停止処理４
６を行なうことを意味する。第４表の３種の記号
Ａ，ＢおよびＣの意味は、第６図に示すように入
射ベクトル成分６１と対向ベクトル成分の向きが
180度異なり、かつその向きが水平または垂直方
向の場合に記号Ａを、入射ベクトル成分６２と対
向ベクトル成分の向きが180度異なり、かつその
向きが斜め方向の場合に記号Ｂを、入射ベクトル
成分６１または６２と対向ベクトル成分の向きが
135度異なる場合に記号Ｃを用いて区別している。
このように停止処理４６の停止条件を区別して用
いたのは、本質的ではないが具体的な手法の上
で、多少の相違が出て来るためである。実際の停止処理４６では、第４表の条件が成立
するベクトル成分の対が同一座標点上に存在する
か、互いの伝播方向上の隣接座標点上に存在する
場合に、両ベクトル成分のうち量的に小さい方に
相当する量を関連する両ベクトル成分とも該当す
る座標点上で停止させる。また、この第二の停止処理方法においては、対
向ベクトルのうち斜向成分についてては、隣接座
標点間ですれ違うような場合にも、その隣接座標
点で停止させるようにしてもよい。なお、この際に、第４表の停止条件で停止の対
象とするベクトル成分には、それ以前の停止処理
４６によつて停止しているものも含めるものとす
る。停止処理４６の第三の方法の停止条件を第５表
に示す。

【表】表中に用いた記号は、上記第二の方法の場合と
同様に、第７図に示すような意味を持たせてあ
る。具体的な停止処理も上記第二の方法の場合と
同様で、互いに直交するベクトル成分間での停止
をも含んでいる点だけが異なつている。この直交
ベクトル成分間での停止を第５表では記号Ｅで示
してある。以上に述べた停止処理４６によつて、ストロー
ク成分U_k（ｉ、ｊ）と白図形成分V_k（ｉ、ｊ）の
間に成立つていた平行移動の関係、したがつて前
述の(2)式に示した相関値の同一性が乱されるよう
になり、認識のための特徴としての有効性が確保
され、全体として有効な特徴の種類が増加される
ことになる。なお、以上に述べたベクトル化処理４５、停止
処理４６、および伝播処理４７によつて導かれる
２次元ベクトルパターンの成分数（特徴の種類）
は、最初に行なうベクトル化処理４５および停止
処理４６の内容によつて異なるが、実用的にはベ
クトル化処理４５を水平・垂直方向についてのみ
行ない、停止処理４６として第一の方法を用いた
場合がもつとつ少なく、ストローク成分について
２個、白図形成分について２個の合計４個にな
る。この場合、形式的にはこの２倍のベクトル成
分数が得られるが、停止処理４６の第一の方法を
用いた場合、互いに180度向きの異なるベクトル
成分がおゝむね同一の座標点上で、同量だけ停止
することになるので、相関法で利用する限り、向
きの相違は有効な特徴としては利用できず、結局
利用できる有効なベクトル成分数としては４個と
なる。一方、本発明を適用して得られる実用上最大の
ベクトル成分数は16個である。これは、ベクトル
化処理４５を水平・垂直・斜め方向の８方向で行
ない、停止処理４６として第二または第三の方法
を適用した場合で、この場合にはストローク成分
および白図形成分についてそれぞれ８個のベクト
ル成分が得られる。ただし、白い背景に黒く書か
れた文字のようにストローク部分の太さが２次元
パターンとしての形状や意味に重要な意味をもつ
ていないような図形を対象とする場合には、スト
ローク成分についてはベクトルの向きを捨象し、
向きが互いに180度異なるベクトル成分を２次元
パターンとして加え合わせたものを新たなベクト
ル成分とすることにより、実用上の支障なくスト
ローク成分の成分数を４個とすることができる。
したがつて、この場合の実用的なベクトル成分数
はストローク部分について４個、白図形部分につ
いて８個で、合計12個となる。次に第４図の実施例において、停止処理４６と
伝播処理４７を完了させるか否かの判断４９は、
これらの処理の繰返し回数を予め設定しておく
か、あるいは停止処理４６の際にそれ以上伝播処
理４７すべきベクトル成分が残つているか否かを
適当な手段で検知することによつて行ない、伝播
処理４７をすべきベクトル成分が残つていなかつ
たら、次の伝播処理４７を行なわずにぼけ処理５
０に移行させるようにすればよい。次に、第４図の実施例におけるぼけ処理５０
は、前出の先願発明（特願昭53−100377号）など
で公知のガウス形のフイルタ関数Ｂ（ｒ、ｓ）と、
上記停止処理４６および伝播処理４７によつて導
いた２次元ベクトル関数の各成分を表わす２次元
関数f_k（ｉ、ｊ）、（ただし、ｋは第ｋ成分を表わ
すパラメータ、ｉとｊは座標のパラメータとす
る）との畳み込みを用いて行なう。具体的には、
次の(9)式の計算を行なう。 F_k（ｉ、ｊ）＝〓^r 〓^B Ｂ（ｒ、ｓ）×f_k（ｉ、ｊ） ……(9) なお、ぼけ処理５０は２次元関数f_k（ｉ、ｊ）
を空間周波数領域で見た場合に、その高周波成分
を減衰させるために行なうものであるので、類似
の効果が得られるものであればガウス形以外の他
のフイルタ関数、たとえば計算が単純で済む矩形
状（ｒとｓが原点を含む有限の矩形領域内にある
場合だけ非負の一定値をとり、その他の場合は０
となる関数）のフイルタ関数を用いても良い。次に、第４図の実施例において、類似度計算５
２は、予め適当な手段で用意した、認識すべき未
知図形にステツプ50のぼけ処理を施して得られる
データとおゝむね同一の表現形式の標準パターン
との類似度を求める処理であり、標準パターン５
１をF^(l)（ｉ、ｊ、ｋ）（以下、必要ないかぎりF^(l)
＝（F₁ ^(l)、F₂ ^(l)、………、F_k ^(l)、F_k ^(l)と書く）、未
知
図形にぼけ処理５０までの処理を施して得られた
データＧ（ｉ、ｊ、ｋ）＝G_k（ｉ、ｊ）をＧ＝（G₁、
G₂、………、G_k、………G_k）と書くとして、標
準パターンF^(l)と未知図形Ｇとの類似度S_G ^(l)を、次
の(10)式より求める。 G_G ^(l)＝（F^(l)、Ｇ）／‖F^(l)‖×‖Ｇ‖ ……(10) ただし、（F^(l)、Ｇ）＝〓^K （F_k ^(l)、G_k）（F_k ^(l)、G_k）＝〓ⁱ 〓^j F^(l)（ｉ、ｊ、ｋ） ×Ｇ（ｉ、ｊ、ｋ） ‖F^(l)‖＝（F^(l)、F^(l)）^1/2 ‖Ｇ‖＝（Ｇ、Ｇ）^1/2 なお、上記（F^(l)、Ｇ）は、適当な数の組W_k：
ｋ＝１、２、………、Ｋを用いて、次の(11)式より
求めても良い。（F^(l)、Ｇ）＝〓^K W_k×（F_k ^(l)、G_k） ……(11) なお、上記の(10)式および(11)式において、パラメ
ータｋは２次元ベクトル関数の第ｋ成分を、パラ
メータｉおよびｊは２次元座標を表わすものとす
る。また、ここで述べたステツプ52における類似
度計算の方法は、２次元ベクトル関数間の類似度
の定義として、前出の先願発明（特願昭53−
100377号）と本質的には同一であり、公知の方法
である。次に、第４図の実施例において、最大値検出５
３は原則的に前段の類似度計算５２において、Ｌ
個の標準パターンF^(l)；ｌ＝１、２、………、Ｌ
の各々と、未知図形Ｇとの間で求めたＬ個の類似
度S_k ^(l)；ｌ＝１、２、………、Ｌの中から最大で
ある類似度S_G ^(M)を求め、該当する標準パターン
F^(M)が代表するカテゴリをもつて、未知図形Ｇの
カテゴリと認識する処理である。この処理は前段
の類似度計算５２と併せて、公知の距離計算およ
び最小値検出処理と置換えてもよい。第４図の実施例において、最後の認識結果出力
５４は該システムの利用目的に応じて、ステツプ
53で決定された認識結果を符号または映像の形
で、フロツピーデイスクのような記憶媒体、他の
情報処理システムあるいは出力装置などに出力す
る処理であり、公知の技術である。第８図に、以上に述べた第４図の実施例によ
り、実際の２次元図形を処理した場合の主要な過
程を示す。第８図において、スカラ図形７１は、大きさ正
規化処理４４が施された手書数字“０”の形状を
示す。次のストローク成分７２と白図形成分７３
は、ベクトル化処理４５を施して導いたもので、
ここでは方向の種類は水平・垂直方向のみで斜め
方向は求めていない。したがつて、ベクトル成分
数はストローク成分７２および白図形成分７３と
も４個である。なお、図に示したU₁〜U₇、およ
びV₁〜V₇などの記号は、(3)式および第２表のそ
れと一致させてある。第８図において上から３段目の図形は、一番左
側のグループ７４が停止処理４６と伝播処理４７
によつて求めたストローク成分の停止成分、同じ
く左から２番目のグループ７５が白図形成分の停
止成分である。なお左から３番目のグループ７６
は、白図形成分７３のうち、第１図の仮想枠４か
ら発生させた仮想的な白図形成分との衝突によつ
て停止した部分であり、この部分を考慮すること
により若干の認識性能の改善を期待できるが、実
用上はこの部分を無視してもよい。第８図の最下
段の図形は、左から１番目のグループ７７がスト
ローク成分の停止成分７４にぼけ処理５０を施し
たもの、２番目のグループ７８が同じく白図形成
分の停止成分７５にぼけ処理５０を施こしもの、
また３番目のグループ７９が仮想枠成分の停止成
分７６はぼけ処理を施こしたものである。つまり、第８図はベクトル化として斜め方向を
考慮しないで、水平・垂直方向のみ行ない、これ
に伝播処理を施こし、第３表に示す停止条件によ
る第一の停止処理方法を適用した場合の過程と、
ぼけ処理までの結果を示す。次に、第１０図は手書き数字「０」に対して、
ベクトル化として斜め方向を考慮して第２表のよ
うに、水平および垂直方向の他に斜め方向のベク
トル成分を求め、伝播処理を第２表のように斜め
方向についても行なうとともに、第５表に示す停
止条件による第三の停止処理方法を適用して計算
機によるシユミレータによつて得られた結果を示
すものである。つまり、第１０図において、７０
が観測対象となつた元の手書き数字「０」を示
し、２段目の図形ｆ１〜ｆ１６は、左側のグルー
プ７２がストローク成分について空間微分を施し
ベクトル化したもの、また右側のグループ７３が
白図形成分について空間微分を施しベクトル化し
たものを示す。第１０図の上から３段目は、これ
にそれぞれ伝播処理と第５表に示す条件の停止処
理４６とを施こした結果を示す。４段目は、スト
ローク成分については向きの違いを考慮すること
は実際上意味がないので、３段目の左側のグルー
プ７４を整理しまとめたものを示す。第１１図は、手書き数字「０」〜「９」につい
て第２表のような斜め方向を考慮した伝播処理と
第５表に示す停止条件を適用して得られた第１０
図の第４段目に相当するぼけ処理までの結果を示
したものである。ただし、一番左側の第１列目
は、手書き数字を示し、第３列目はストローク成
分に関する処理結果Ｆ１〜Ｆ４を仮想的に加えて
示したもの、また第４列目は白図形成分に関する
処理結果Ｆ５〜Ｆ１２を仮想的に加えたもの、さ
らに第２列目は第３列と第４列を仮想的に加えた
ものすなわちＦ１〜Ｆ１２を全て加えたものを示
す。この第２列目を見れば本発明を適用した場合
の情報抽出状態がいかに良好であるか一目瞭然で
ある。上記第１０図および第１１図は大きさ正規化処
理４４を行なわない生のデータを直接処理した結
果を示す。これに対し、第１２図は大きさ正規化
処理４４を行ないかつ100個のサンプルの平均を
とつたものを処理した場合の第１０図４段目に相
当する結果すなわち標準パターン５１に使われる
データを示す。また、第１３図は手書き漢字に本発明を適用し
た場合の第１１図第１列目から第４列目までに対
応する結果を示すもので、一番左側がストローク
成分についての処理結果の総和、第４列目が白図
形成分についての処理結果の総和、そして第２列
目が第３列目と第４列目を加えたものを示す。第９図は上記図形認識方式を実行する本発明に
係る図形認識装置の一実施例としての文字認識装
置のブロツク図を示す。本実施例では全体としての制御を主制御部８０
が行ない、主制御部８０は主制御装置（MPU）
８１、主記憶装置８２および入出力制御部８３か
らなり、内部バス８４によつて相互に接続されて
いる。入出力制御部８３には、第４図の処理フロ
ーチヤートの各処理ステツプ、もしくはこれらの
処理ステツプを必要に応じて分割あるいはまとめ
た処理を実行する処理回路１００〜７００が、外
部バス８５を経由して複数個接続されている。主
記憶装置８２には文字認識装置全体の制御プログ
ラムや認識処理の制御プログラムなどのほか、必
要に応じて認識結果の編集などに使用する各種の
データが格納される。第９図の実施例において、帳票４１は第４図の
処理フローチヤートにおける帳票４１と同じもの
である。光電変換部１１０は帳票４１を走査して
その局部的な光学的反射率、または吸収率を２値
あるいは多値の逐次的なデイジタル電気信号に変
換し、位置・大きさ検出回路１００に送る。位
置・大きさ検出回路１００は、位置・大きさ検出
処理として、検出すべき２次元図形（この場合は
文字）を囲む最小の矩形領域の位置と大きさを検
知して、外部バス８５を通じて大きさ正規化処理
回路２００に送る。大きさ正規化処理回路２００は、位置・大きさ
検出回路１００で検知された上記位置と大きさの
データを受けて、該当する２次元図形を、原則的
に予め設定した一定の大きさの矩形状の作業領域
いつぱいの大きさとなるように縮小する。なお、
この際、光電変換部１１０より出力された帳票４
１上の２次元図形を表現するデイジタル電気信号
は、いつたん主記憶装置８４に書き込まれている
ものとする。ベクトル化処理回路３００は、大きさ正規化処
理回路２００で処理されたスカラ表現の２次元図
形のデータに、空間微分に相当する処理を施して
ストローク成分と白図形成分の２組の２次元ベク
トルパターンを表現するデータに変換する。この
ベクトル化処理回路３００は、少くとも２個のデ
ータを一時的に貯えるレジスタと、このレジスタ
に貯えた数値の差を正負の符号を含めて計算する
機能を備えている。停止処理回路４００は、ベク
トル化処理回路３００で生成された２組の２次元
ベクトルパターンを表わすデータの各々に、停止
処理４６を施すとともに、伝播処理４７を行なう
べきデータが残つているか否かを検知し、それが
残つている場合には伝播処理回路４５０に送る。
伝播処理回路４５０は、ストローク成分と白図形
成分の２組の２次元ベクトルパターンの各ベクト
ル成分ごとに、予め定めた一定の座標軸方向に１
メツシユずつデータを移動させる機能を持つてい
る。なお、この伝播処理４７はすでに述べたよう
に、第１回目に限り特定のベクトル成分（斜め方
向のベクトル成分）を、２つの座標軸方向に同じ
量だけそれぞれ移動させるようにするため、伝播
処理４７の回数を記憶する機能も併せもつてい
る。上記各組の２次元ベクトルパターンごとに、
１回の伝播処理４７が完了したら、対応するデー
タを停止処理回路４００に送り返し、停止処理４
６と伝播処理４７を繰り返す。停止処理４６と伝
播処理４７の完了は、上記各組の２次元ベクトル
パターンごとに、前記の停止処理回路４００に備
えられた伝播処理４７を行なうべきデータが残留
しているか否かを検知する機能で判断する。ぼけ処理回路５００は、停止・伝播処理４８が
完了したデータを受けて、２組の２次元ベクトル
パターンのベクトル成分ごとに(9)式に示したぼけ
処理５０を実行する。類似度計算回路６００は、ぼけ処理５０を施し
た２組の２次元ベクトルパターンと、同一データ
形式で予め類似度計算回路６００内または主記憶
装置８４内に貯えられている各カテゴリ当り少く
とも１組の標準パターンデータ５１の各々とか
ら、(10)式の計算を行なつて類似度S_G ^(l)を求める。
類似度計算回路６００の機能は、主として２組の
データ列の積和を計算する乗算器の機能と、この
乗算器に標準パターンデータ５１を供給する記憶
装置の機能とによつて決定されるので、これらの
乗算器と記憶装置は必要に応じて並列化する等の
手段で高速化する必要がある。さらに、入力図形の認識を行なうには、次に複
数個の類似度S_G ^(l)：ｌ＝１、２、………、Ｌの中
から最大類似度S_G ^(M)を求める必要があるが（第４
図の最大値検出５３）、この処理は主処理装置８
１上でソフトウエア的に行なつても良いし、必要
に応じて類似度計算回路６００内に最大値検出回
路を設けて高速化を図るようにしても良い。出力回路７００は、認識結果を本実施例の利用
形態に応じて、予め設定した符号もしくは画像の
形で上位システム、外部記憶装置あるいは画像出
力装置に伝達するためのインタフエース回路であ
る。以上に述べたように本実施例を構成する個別の
機能処理回路は、公知の技術により容易に設計・
製作することができる。そのため、すでに述べた
ように本発明は停止処理回路４００と伝播処理回
路４５０を付け加えるだけで、従来手法（既出・
特願昭53−100377号）において抽出可能な有効特
徴種類（２次元ベクトルパターンのベクトル成分
数）をおゝむね２倍にすることができる。これに
よつて、本発明が手書文字の認識装置に適用され
たような場合には、未知文字を精度良く認識でき
るようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明で用いる図形概念の説明
図、第２図は本発明と関連する先願のパターン認
識方法の処理フローチヤート、第３図は同じく先
願の他のパターン認識方法の処理フローチヤー
ト、第４図は本発明に係る図形認識方式の一実施
例を示す処理フローチヤート、第５図は停止処理
４６の第一の方法を示す概念説明図、第６図は停
止処理４６の第二の方法を示す概念説明図、第７
図は同じく停止処理４６の第三の方法を示す概念
説明図、第８図は第４図の本発明の実施例で実際
に２次元図形を処理した場合に生成・変換される
データの様子を示す説明図、第９図は本発明に係
る図形認識装置の一実施例を示す文字認識装置の
ブロツク図である。また、第１０図は斜め方向を
考慮し第３の停止処理方法を用いた実施例を適用
して手書き数字「０」を処理した場合に生成・変
換されるデータの様子を示す説明図、第１１図は
同じく手書き数字「０」〜「９」について処理を
行なつた結果得られたデータを示す説明図、第１
２図は標準パターンに使われるデータの一例を示
す説明図、第１３図は本発明を適用して手書き漢
字を処理した結果の一例を示す説明図である。１……ストローク成分、２……白図形成分、３
……境界、４……仮想枠。

Claims

【特許請求の範囲】１２次元平面上に表現される原２次元図形を２
次元スカラ関数として観測し、観測された上記２
次元スカラ関数を表現する座標面、もしくはこれ
を拡大あるいは縮小した座標面の各点で、少くと
も２以上の方向について上記２次元スカラ関数値
の変化を、その変化の向きを区別して各々の方向
と向きに対応する高次状態量として検出し、上記
座標面の各点で検出した複数個の高次状態量を、
上記関数値の変化の向きと関連させて２組に分割
し、各々の組ごとの各高次状態量ごとに固有の単
位量の微小移動を行ない、該微小移動の前後に、
座標面上の各点および隣接点上の予め定めた２以
上の高次状態量の相対関係が一定の条件を満たす
とき、その相対関係に対応して一定の規則により
導いた新たな高次状態量を上記座標面と関連して
検出し、検出された新高次状態量をベクトル成分
とする２次元ベクトルパターンと、予め用意され
たこれと同一表現形式の複数個の標準パターンと
を比較して、原２次元図形のカテゴリを決定する
ことを特徴とする図形認識方式。２上記図形認識過程において、観測された２次
元スカラ関数あるいは２次元ベクトル関数の関数
値を２値化もしくは量子化する処理と、上記２次
元スカラ関数あるいは２次元ベクトル関数が表現
する図形の座標面における拡がりをおゝむね一定
に揃える大きさ正規化処理と、上記２次元スカラ
関数あるいは上記２次元ベクトル関数にフイルタ
関数との畳み込みを施すぼけ処理とを含むことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の図形認識
方式。３２次元平面上に表現される原２次元図形を２
次元スカラ関数として観測する観測手段と、該観
測手段により観測された上記２次元スカラ関数を
表現する座標面、もしくはこれを拡大、あるいは
縮小した座標面の各点で、少くとも２以上の方向
について上記２次元スカラ関数値の変化を、その
変化の向きを区別して各々の方向と向きに対応す
る高次状態量として検出する手段と、上記座標面
の各点で検出した複数個の高次状態量を、上記関
数値の変化の向きと関連させて２組に分割し、
各々の組ごとの各高次状態量ごとに固有の単位量
の微小移動を行なう手段と、上記微小移動の前後
に、座標面上の各点および隣接点上の予め定めた
２以上の高次状態量の相対関係が一定の条件を満
たすとき、その相対関係に対応して一定の規則に
より導いた新たな高次状態量を上記座標面と関連
して検出する手段と、検出された新高次状態量を
ベクトル成分とする２次元ベクトルパターンと、
予め用意されたこれと同一表現形式の複数個の標
準パターンとを比較して原２次元図形のカテゴリ
を決定する手段とにより構成されたことを特徴と
する図形認識装置。４前記観測手段により観測された２次元スカラ
関数あるいは２次元ベクトル関数の関数値を２値
化もしくは量子化する手段と、上記２次元スカラ
関数あるいは２次元ベクトル関数が表現する図形
の座標面における拡がりをおゝむね一定に揃える
大きさ正規化手段と、上記２次元スカラ関数ある
いは上記２次元ベクトル関数にフイルタ関数との
畳み込みを施すぼけ処理手段とを含むことを特徴
とする特許請求の範囲第３項記載の図形認識装
置。