JPH0789364B2 - パタ−ン認識装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、日本語入力装置としてのパターン認識装置に
係り、特に手書漢字のように極めて類似した文字群が多
数存在するパターンの入力に好適なパターン認識装置に
関する。

〔従来の技術〕

一般に、文字読取装置においては、入力未知パターンと
標準パターンとのマツチングを取るなり、入力未知パタ
ーンを特徴コード列に変換して、順序論理回路を通すな
りして、入力未知パターンを識別する方式がとられてい
るが、いずれの方式においても、入力未知パターンが二
つ以上の標準パターンで受理されて、どちらのカテゴリ
ーに属するかを判断しにくいことがある。通常、このよ
うなパターンはまぎらわしいパターンとしてリジエクト
されている。

手書漢字認識装置を実用化する上で解決しなければなら
ない問題点として次の３点が挙げられる。

（１） 手書漢字は複雑でしかも多様な変形を有するた
め、これらの特質を許容し得る認識方式が必要。

（２） 認識の対象となる字種が英数字と比べて一桁以
上も多いため、処理量および辞書容量を削減し得る認識
方式が必要。

（３） 手書漢字は極めて類似した文字群が多数存在す
るため、これらを識別し得る認識方式が必要。

これらの問題点のうち（１），（２）については、現在
までに数多くの方式が提案され、一応の水準に達したと
見られているが、（３）については最後の問題として残
されている。

一方、文字認識手法は上記したように、文字パターンの
端点，分岐点，屈折点等の特徴点に注目して扱う構造解
析法と文字パターンを２次元のまま大域的に扱うパター
ン整合法に大別できる。

従来の英数字を認識する装置は、特開昭51−118333号公
報に記載のように、構造解析法で認識処理を行い、複数
個の候補カテゴリーが残った場合、認識段と同種の特徴
を抽出し、文字パターンの細部の構造まで解析すること
により、類似文字の識別を行うものが知られている。こ
の装置は、端点，分岐点，屈折点等の文字パターンの微
細な構造に着目して識別を行うため、類似文字に対して
も高い識別制度を発揮することが出来る。しかしなが
ら、手書漢字に適用した場合、その字形の多様性に起因
する辞書容量（メモリー容量）の増加について配慮され
ていなかつた。

また、手書漢字を認識する他の従来技術としては、特開
昭58−207183号公報に記載のように、文字パターンの背
景部に着目したパターン整合法で認識処理を行ない、複
数個の候補カテゴリーが残つた場合、認識段と同一の特
徴を用い、類似カテゴリー間の相い異なる部位に注目す
ることにより、類似文字の識別を行うもので知られてい
る。この技術は、文字パターンの微細な構造にとらわれ
ることなく、文字パターンの大域的な特徴に着目して識
別を行うため、手書漢字の字形の多様性に起因する辞書
容量の増大を防ぐことが出来る。しかしながら、類似文
字間の相違性を反映する文字パターンの微細構造の抽出
については配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

手書漢字は英数字を比較して画数が多いため、文字線分
のつぶれやかすれ等のトポロジーが破壊される映像的な
歪が顕著に表れる性質を持つている。例えば手書文字
「田」を対象とした実験により、文字パターンの構造上
の特徴の一つであるループ数は１から４個までほぼ均等
に分布していることが知られている。

このため、手書英数字を対象とした類似文字識別におい
て有効であつた構造解析的な特徴は、特徴点におけるト
ポロジーを利用しているため、そのままで手書漢字に適
用できないと考えられていた。

上記前者の公報に記載された従来技術は、手書漢字の持
つ特徴点の多様性について配慮がなされておらず、それ
ぞれの変形の類似文字対に対して専用の標準パターンを
用意しなければならないという問題点があつた。

一方、文字パターンの背景部に着目した類似文字識別法
は、背景部の各点について上下左右に走査を行い、文字
線分と定められた角度が交差する回数を計測し、これを
各点に割り付けることによつて特徴を抽出する。さら
に、この特徴空間における類似文字間の相い異なる部位
に着目することによつて類似文字を識別するものであ
る。したがつて、この特徴はその性質上、文字パターン
の大域的な特徴を比較的安定に抽出し得るが、文字スト
ロークの持つ構造を細部に亘つて抽出し得ないことが知
られている。

このため、文字パターン全体を用いる手書漢字認識にお
いて有効であつた背景部に着目した特徴は、文字パター
ンの持つ微細な構造を表現できないため、そのままの形
態で類似文字識別への適用が疑問視されている。

上記後者の公報に記載された従来技術は、類似文字間の
相違性を反映する文字パターンの微細構造の抽出につい
ては配慮されておらず、類似文字の識別に際して、高い
識別精度を期待できないという問題点があつた。

本発明は、手書漢字の類似文字を識別するに際し、手書
漢字の持つ字形の多様性に起因する辞書容量の増加を抑
制した上で、類似文字間の相違性反映する文字パターン
の微細構造を抽出するため、類似文字の差分位置情報と
文字線分の方向成分から求めた方向別のパターン情報を
用いて類似文字を識別するパターン認識装置を提供する
ことを目的とする。

ここで、差分位置情報を類似した候補対の相い異なる形
状の位置情報と定義する。また、方向別のパターン情報
は以下〔問題点を解決するための手段〕の項にて詳細に
述べる。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、認識部で求めた方向別のパターン情報が文
字線分の微細な構造を表現する性質を利用することによ
り達成される。すなわち、入力文字パターンから輪郭を
抽出し、雑音成分を除去するため、各輪郭点と前後の点
列を用いて方向と強さを決定し、これを各方向面に割り
付ける。次に、文字線分の位置ずれを吸収するため、各
方向面にボカシ処理を施し、これを文字パターン全体の
特徴量とする。さらに候補字種対ごとに定まる差分パタ
ーン情報を用いて文字パターン全体の特徴量から相い異
なる部位を切り出し、候補字種対ごとの差異を表現する
特徴量とする。最後に、これらの特徴量を用いて順次対
判定を行い、類似文字を識別する。

以下、本発明の原理を図面により説明する。

第３図は本発明に係る原理を表す方向性特徴抽出を説明
する概念図である。まず前処理を施された正規化文字パ
ターン（ａ）から輪郭点と方向成分を抽出する（ｂ）。
次に、線縁ノイズ等の雑音成分を除去するため、注目す
る輪郭点とこれを囲む輪郭点列を用いて各輪郭点の方向
と強度を決定する。また方向別特徴面を作成するため、
この決定に従つた強度を該当する方向面に割り付け
（ｃ）、完成した方向面を方向別特徴面とする。さら
に、文字線分の位置ずれを防ぐと共に、特徴の情報量を
圧縮するため、各方向別特徴面にボカシ処理を施す
（ｄ）。ここでは、６×６の窓関数を用いてコンボリュ
ーションを施し、16分の１に情報量を圧縮したが、同様
な効果が得られればこの限りではない。

第２図は本発明に係る原理を表す類似文字識別用辞書の
構成例を説明する概念図である。同図の例は（玉）の２
値パターン1,（王）の２値パターン2,前記手法によつて
抽出された（玉）の方向性特徴3,同じく（王）の方向性
特徴4,類似文字対（玉）と（王）の差分パターン５を示
している。本発明では方向性特徴を用いて認識処理を行
い、複数個の候補カテゴリーが残つた場合、候補字種対
ごとの差異を表わす部位の特徴量を用いて順次対判定を
行い、最後に残つたカテゴリーを認識結果として出力す
る構成を取る。すなわち、（玉）の方向性特徴３には
（玉）と（王）の差分パターン５の位置に特徴量が存在
する。これに対して、（王）の方向性特徴４には同様の
位置に特徴量が存在しない。

この実例から明らかなように、文字パターン全体の特徴
量では区別できない類似文字対でも、文字パターンの細
部の表現する方向性特徴の差分パターンを用いれば、容
易に識別できるようになる。

〔作用〕

入力未知パターン全体の方向性特徴を用いて候補カテゴ
リーを選択した後に、さらに類似した候補対の相い異な
る形状の部位を示す差分位置情報と前記方向性特徴を用
いて、順次候補カテゴリーを絞り込み、最後に残つたカ
テゴリーを認識結果として出力する。

これによつて、文字の微細構造を表現できる特徴の差異
部分を用いる判定が可能となり、類似文字を正確に識別
できる。

また、認識用標準パターンと類似文字識別用標準パター
ンを共用できため、辞書メモリを増大させることなく、
類似文字識別論理を追加できる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明によれるパターン認識装置の一実施例の
構成を示すブロツク図であつて、11は文字観測部、12は
認識部、13は類似文字識別部、21は光電変換部、22はA/
D変換部、23は前処理部、24は方向性特徴抽出部、25は
整合部、26は特徴辞書、27は候補字種記憶部、28は差分
情報抽出部、29は差分パターン辞書、30は字種対識別
部、31は判定部、32は制御部、33は出力端子である。

同１図において、紙面等に記入された文字パターンは光
電変換部21よりビデオ信号に変換されたのち、アナログ
・ディジタル変換部22によりサンプリング，量子化が行
われて２値のメッシュパターンとなる。

光電変換部21およびアナログ・ディジタル（A/D）変換
部22を合わせて文字観測部11と呼ぶ。

観測された文字パターンは前処理部23において、切り出
し，雑音除去，正規化などの一連の前処理が行われて正
規化パターンとなる。

切り出しは、認識等の処理単位を一文字毎にするため、
紙面上の文字パターン群から一文字を取り出す処理を指
し、通常は一文字を含む100×100メッシュ程度の領域を
切り出す。

また雑音除去は、紙面等を付着したゴミ等の文字パター
ン以外のパターンを除去する処理を指す。これは濁点等
の文字本来のパターンとの区別が難しく、従来から種々
の工夫が施されている。

最後に正規化処理は、認識を容易にするため、文字を一
定の大きさに揃える処理を指し、認識手法に応じて、外
接枠に揃える手法や重心に揃える手法等が選ばれる。

次に、前処理を施された正規化パターンは方向性特徴抽
出部24に加えられ、方向性特徴抽出部24において、方向
別に４枚の特徴パターンが作成される。

方向性特徴抽出部24では、まず輪郭抽出を施す。すなわ
ち、文字パターンの左上から順次下方へラスタ・スキヤ
ンして行き、文字パターンに当たつた点から、文字パタ
ーンにそつて輪郭を追跡する。同時に、予め用意した輪
郭テーブルに各輪郭点の方向と座標を記述する。この手
順に従つて一文字分の輪郭を全て輪郭テーブルに記述す
る。

次に、一文字分の輪郭テーブルが完成すると、方向別の
４枚の特徴パターンを作成する。すなわち、作成した輪
郭テーブルから注目する輪郭点とこれを囲む輪郭点列を
用いて各点の方向と強度を求める。注目する輪郭部の方
向と強度が求まると、対応する方向別特徴面の所定の座
標に強度を記入する。この手順に従つて、一文字分の方
向別の特徴パターンを作成する。

さらに、文字線分の位置ずれを防ぐと共に、特徴の情報
量を圧縮するため、各方向別特徴面にボカシ処理が加え
られると共に、不必要となるメッシュを除去するため再
サンプリングを施し情報量を圧縮する。この手順に従つ
て４枚の方向性特徴を作成する。

抽出された方向性特徴は整合部25に加えられ、整合部25
において特徴辞書26に格納された標準パターンとの間で
類似度が算出される。

整合部25では、まず４枚の方向性特徴を入力特徴バッフ
ァに格納する。次に特徴辞書26に記憶された標準パター
ンを順次読み出し、入力文字パターンの特徴との間で類
似度を求め、予め設定された評価値を満たすものをカテ
ゴリー情報と共に候補字種記憶部27に加える。

方向性特徴抽出部24,整合部25,特徴辞書26を合わせて認
識部12と呼ぶ。

候補字種記憶部27では、認識部12において確からしいと
判定された類似文字群から、順次類似文字対を選択す
る。この類似文字体は、前記第２図の原理説明の、
（玉）−（王）に対応する。

選択された類似文字対は差分パターン辞書29に加えら
れ、差分パターン辞書29において、類似文字対に対応し
た差分パターンが選択される。

一方、方向性特徴抽出部24において抽出された入力文字
パターンの方向性特徴は、差分情報抽出部28にも加えら
れる。また前記類似文字対の標準パターンも特徴辞書26
から読み出されて差分情報抽出部28に加えられる。

差分情報抽出部28では、入力パターンの方向性特徴を入
力特徴バッファに格納する。また、類似文字対の標準パ
ターンを標準パターンバッファに格納する。次に差分パ
ターン辞書29に記憶された類似文字対の差分パターンを
読み出し、入力文字パターンに対応する方向性特徴と標
準パターンから差異部分を切り出す。この差異部分は、
前記第２図の原理説明の中で、差分パターン５の黒地部
分に相当する特徴量に対応する。

切り出された入力文字パターンの方向性特徴と標準パタ
ーンは字種対識別部30に加えられ、字種対識別部30にお
いて、各々の間で類似度が算出される。

字種対識別部30では、入力文字パターンの部分的な方向
性特徴と類似文字対の各々の標準パターンとの間で類似
度を求め、この類似度を類似文字対のカテゴリー情報と
共に判定部31に加えられる。

判定部31では類似文字対間の類似度を比較処理し、候補
字種から除く字種を決定する。削除の決まつた字種は候
補字種記憶部27に加えられ、候補字種記憶部27の中から
削除される。

以上の手順に従つて、順次対判定を繰り返し、候補字種
が一字種に絞られたとき、前記字種を出力端子33から出
力する。

候補字種記憶部27,差分情報抽出部28,差分パターン辞書
29,字種識別部30を合わせて類似文字識別部13と呼ぶ。

以上、第１図の説明において、制御部32から回路各部に
制御信号が供給され、また回路各部の状態を通知する信
号が制御部32に与えられるのであるが、本発明を理解す
る上で必ずしも必要ではないので、これらは簡単化のた
め説明を省略してある。

以上の説明から本実施例によれば、認識段で候補カテゴ
リーを選択した後、類似文字対の差分位置情報と方向性
特徴を用いて類似文字を識別する構成とし、文字の微細
構造が表現できるようになると共に、類似文字識別用標
準パターンと識別用標準パターンを共用化できるように
なつたので、辞書メモリを追加することなく、類似文字
を極めて高精度に判別できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、方向性特徴を採
用することによつて、構造解析的な特徴を用いることな
く、文字パターンの微細構造を表現できるようになつた
ので、微細な構造の差異が要求される類似文字の識別に
おいても、辞書容量を増大させることなく、類似文字群
を極めて高精度に識別できる。

また、類似文字識別用の特徴に方向性特徴を採用するこ
とによつて、認識用標準パターンと共用できるので、辞
書メモリを増設することなく、類似文字識別論理を追加
できるという装置構成上の大きな利点が得られ、上記従
来例の欠点を除いて優れた機能のパターン認識装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロツク図、第
２図は本発明に係る原理を表す類似文字識別用辞書の一
例を示す概念図、第３図は同じく本発明に係る原理を表
す特徴抽出の概念図である。 11……文字観測部、12……認識部、13……類似文字識別
部、21……光電変換部、22……A/D変換部、23……前処
理部、24……方向性特徴抽出部、25……整合部、26……
特徴辞書、27……候補字種記憶部、28……差分情報抽出
部、29……差分パターン辞書、30……字種対識別部、31
……判定部、32……制御部、33……出力端子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 佳弘 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所マイクロエレクトロニク ス機器開発研究所内 (72)発明者 岡澤 宏一 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所マイクロエレクトロニク ス機器開発研究所内 (72)発明者 門田 彰三 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所小田原工場内 (56)参考文献 特開 昭61−147385（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−154579（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】未知の入力パターンを観測して文字線分の
   方向成分から方向別の特徴パターンを形成する方向性特
   徴抽出部と、 各標準パターンが同じく方向別の特徴パターンとして記
   憶されている特徴辞書と、 上記方向性特徴抽出部で形成された上記入力パターンの
   方向別の特徴パターンと上記特徴辞書に記憶されている
   夫々の上記標準パターンの方向別の特徴パターンとの間
   で類似度を求め、該類似度が予め設定された評価値を満
   たす上記標準パターンを類似文字と決定する整合部と、 上記特徴辞書に記憶されている上記標準パターンについ
   て、２つの上記標準パターンの方向別の特徴パターンの
   差分パターンが記憶されている差分パターン辞書と、 上記整合部で決定された類似文字群のうちの任意の２つ
   の類似文字対として取り込み、上記差分パターン辞書か
   ら上記類似文字対に対応する差分パターンを読み出す候
   補字種記憶部と、 上記候補字種記憶部で類似文字対とされた２つの標準パ
   ターンの方向別の特徴パターンと上記入力パターンの方
   向別の特徴パターンとを取り込み、夫々の特徴パターン
   での、上記差分パターン辞書から読み出された上記差分
   パターンに対応する位置の部分を切り出す差分情報抽出
   部と、 上記入力パターンの方向別の特徴パターンから上記差分
   情報抽出部によって切り出された部分と上記類似文字対
   をなす２つの標準パターンのうちの一方の標準パターン
   の方向別の特徴パターンから上記差分情報抽出部によっ
   て切り出された部分との類似度と、上記入力パターンの
   方向別の特徴パターンから上記差分情報抽出部によって
   切り出された部分と上記類似文字対をなす２つの標準パ
   ターンのうちの他方の標準パターンの方向別の特徴パタ
   ーンから上記差分情報抽出部によって切り出された部分
   との類似度とを求める字種対識別部と、 上記字種対識別部で求められた２つの上記類似度を比較
   して、上記候補字種記憶部で類似文字対とされた上記２
   つの標準パターンのうちの類似度が低い方の標準パター
   ンを判定し、類似度が低い方と判定された上記標準パタ
   ーンの方向別の特徴パターンを上記整合部から削除する
   判定部と を備え、上記整合部に複数の類似文字が記憶されている
   限り、上記候補字種記憶部，差分情報抽出部，字種対識
   別部及び判定部による一連の処理を繰り返すことによ
   り、上記整合部で決定された類似文字を順次絞り込み、
   上記整合部に最後に残る上記類似文字としての標準パタ
   ーンを上記入力パターンの認識結果とすることを特徴と
   するパターン認識装置。