JPH0855189A - 劣化したイメージの識別方法 - Google Patents

劣化したイメージの識別方法

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JPH0855189A
JPH0855189A JP7211278A JP21127895A JPH0855189A JP H0855189 A JPH0855189 A JP H0855189A JP 7211278 A JP7211278 A JP 7211278A JP 21127895 A JP21127895 A JP 21127895A JP H0855189 A JPH0855189 A JP H0855189A
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JP7211278A
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Oscar Ernesto Agazzi
アーネスト アガッジ オスカー
Kenneth Ward Church
ウォード チャーチ ケネス
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    • G06V30/10Character recognition
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 劣化したドキュメントイメージの非線形フィ
ルタ処理方法 【解決手段】 光学式文字認識(OCR)システム50
5が、反復コピー処理又はファクシミリ送信処理等によ
る劣化状態を特徴とするコンポーネントのビットマップ
イメージ、の入力を受信する。2次元非線形適応フィル
タ510が、入力ドキュメントイメージの劣化をモデル
化し、理想的文字イメージをフィルタ処理して得た信号
を出力する。OCRシステム505が、これらのフィル
タ処理された理想的文字イメージのうちから入力信号に
最もよく合致するイメージを選択することにより、入力
文字のもとのイメージを識別同定し、テキスト表記の形
式で出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非線形等化手法に
関し、特に、光学式文字認識システムの性能改善に関す
る。
【0002】
【従来の技術】光学式文字認識(OCR)は、文字を電
子的に識別同定したものを通信、コンピュータ、ディス
プレイ、又はデータ処理システムに供給する目的で、手
書き又は印刷文字を自動的に識別同定するためのプロセ
スである。OCR手法は、例えば銀行、保険会社、証券
会社、郵便システム等のような膨大な量の印刷された入
力データを取り扱う場所で特に便利である。
【0003】文字認識方法を概観するには、文献(V.K.
Govindan and A.P.Shivaprasad, "Character Recogniti
on - A Review, "Pattern Recognition," Vol. 23, No.
7,pp. 671-683, 1990, 及び S.Mori et al., "Histori
cal Review of OCR Research and Development," Proc.
IEEE, Vol.80, No.7, pp. 1029-1058, July 1992)を
参照されたい。市販のOCRシステムの一例は、Xerox
Imaging Systems 社によるScan WorX システムである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】現在のOCRシステム
は、きれいなすなわち非劣化テキストに対して作動させ
る場合には、高いレベルの文字識別同定精度を達成して
いる。
【0005】しかし、例えば文字がにじみ、はみ出し、
又はその他の不鮮明状態(以下、不鮮明、と総称)にな
って相互につながっている場合のようにテキストが劣化
している場合にはこれらのシステムの性能が急速に低下
することが、よく知られている。このような劣化は、例
えばドキュメントをフォトコピー機で連続してコピーす
ることによって発生する。劣化の程度が人間の目には極
端な劣化とは見えない場合がしばしばあるが、OCRシ
ステムに壊滅的な障害を起こさせることが有り得る。し
たがって、OCR能力を改善する手法が求められてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ドキュ
メントが受けた劣化の正確な記述を光学式文字認識(O
CR)システムの性能改善に用い得ることが認識されて
いる。これに基づき、ドキュメントの劣化をモデル化す
る2次元非線形フィルタを用いてOCRシステムの性能
を改善する手法が提供される。
【0007】本発明の方法の第1実施例において、コン
ポーネントのビットマップイメージ(すなわち、2次元
の画素配列(アレイ)からなるイメージ)入力が受信さ
れ、理想的なコンポーネントをフィルタ処理したバージ
ョン(版)ものと比較される。そして、その理想的なコ
ンポーネントのフィルタ処理バージョンが、劣化したコ
ンポーネントと最もよく合致した場合、その理想的コン
ポーネントが、例えばOCRシステムにより同定され、
その理想的コンポーネントのテキスト表記が出力され
る。
【0008】この実施例において、フィルタ処理版は、
コンポーネントを、コンポーネントと理想的コンポーネ
ントのフィルタ処理版とに基づく誤差信号を用いるよう
に適応された2次元非線形フィルタにかけることによっ
て生成される。
【0009】本発明の方法の第2実施例においては、コ
ンポーネントのビットマップイメージ入力が受信され、
よりきれいな又は劣化のより少ないコンポーネントイメ
ージが生成されるようにフィルタ処理にかけられる。そ
して、得られたよりきれいなイメージが同定され、その
同定されたコンポーネントのテキスト表記が出力され
る。
【0010】
【発明の実施の形態】序論 光学式文字認識(OCR)は、テキスト中の文字を電子
的に識別同定するための手法である。一般に、OCRシ
ステムはビットマップ表記でOCRシステムに入力され
た個々の字体(例えば1個の文字、数字、又は句読点)
を識別同定する。OCRシステムの出力は、入力のテキ
スト表記(すなわち、例えばアスキー(ASCII)表
記のような、文字列を指定する表記)である。
【0011】ここで注記したいのは、OCRシステム
が、個々の文字毎に認識動作を行う代わりに、コンポー
ネント毎に認識動作を行うことも可能なことである。こ
こでコンポーネントとは、1個の語中の、1個の文字又
は互いにつながった文字からなる1個の小さな文字グル
ープ(例えば、1個の語中の、不鮮明なために相互に接
触してしてしまっているような文字)を意味する。本明
細書では説明の都合上、個々の文字毎の認識を仮定して
いるが、本発明の方法をコンポーネントのレベルまで一
般化することは容易である。
【0012】OCRシステムは、きれいな、すなわち劣
化していないイメージ内の文字の認識においては高いレ
ベルの正確さを得ることができる。しかし、例えば文字
が不鮮明になって相互につながっている場合のようにテ
キストが劣化している場合にはこれらのシステムの性能
が急速に低下することが、よく知られている。図1にそ
の傾向を示す。
【0013】図1中、囲み部分105内のテキストは、
データベースサービスから得たドキュメントのビットマ
ップイメージである。そのうちの、囲み部分103に示
す語群"For testing purposes"拡大図から、テキストの
主な損傷が「不鮮明さ」であることが判る。この程度の
劣化は人間の目には極端な劣化とは見えないが、ドキュ
メント中の文字の認識用に用いられる最新技術のOCR
システムに壊滅的な障害を起こさせることが有り得る。
【0014】囲み部分107の例は最新技術のOCRシ
ステムによって生成されたアスキーテキストを示すが、
文中、本来は"For testing purposes"だったものが"For
testm'g p" として出力された。
【0015】本発明によればドキュメントが受けた劣化
の正確な記述をOCRシステムの性能改善に用い得るこ
とが認識されている。推奨される実施例においては、こ
の正確な記述を2次元非線形フィルタに用いてOCRシ
ステムの性能を改善する。
【0016】本発明を十分に理解するためには、通信シ
ステムとの関連における等化手法の用法を概観すること
が有利であるので、以下まずこれについて述べ、その
後、本発明に基づく劣化ドキュメントイメージの非線形
フィルタ処理方法とその2つの実施例とについて説明す
る。
【0017】I.通信システムにおける等化 図2は、通信システムのブロック図である。システムに
は入力として情報信号(例えば、テキスト、データ、
声、可聴周波情報(オーディオ)、映像(ビデオ)、又
はその他の情報を表す信号)が供給される。情報は、後
にシステム内に生じるエラーに対して強くなるように、
符号器220によって符号化されて情報内に冗長性を導
入される。
【0018】変調器230が、符号化された信号を伝送
チャネル240を介して(例えば大気中、光ファイバケ
ーブル、同軸ケーブル等を経て)送る。変調された信号
は、伝送チャネルを経る際に分散、雑音、及び非線形性
によってひずませられてエラーを生じる。
【0019】これに対して、チャネル等化器250が伝
送チャネル240において生じた線形及び非線形ひずみ
の補償を企て、これによって、復調器260によって復
調された後に復号器270が、伝送チャネル240にお
いて生じたエラーを除去することができる。復号器27
0から情報信号についての推定信号が出力される。
【0020】図3は、判定帰還等化器(DFE)と称す
るチャネル等化器250の或る実施例を示す。判定帰還
等化器は、ディジタル通信に用いられて、伝送プロセス
において生じるひずみを減少させる。判定帰還等化器3
00は、適応フィルタ310とスライサ320とからな
る。適応フィルタ310は、最初に伝送チャネルのイン
パルス応答をモデル化し、それから、スライサ320に
よって前に行われた判定に基づき入力サンプルに影響を
を与えるひずみについての推定ひずみを導出する。
【0021】もしこれらの判定が正しい場合、推定ひず
みは正確であることになる。合算器304においてこの
正確な推定ひずみを受信された信号のサンプルから差し
引くことによって、正しい判定がスライサによって(高
い確率で)なされる。適応フィルタ310は、合算器3
02によって判定された判定とスライサ・エラーとに基
づいて、チャネルインパルス応答の複製を計算する。
【0022】判定帰還等化は普通には非線形等化手法と
考えられているが、チャネル応答をモデル化するフィル
タは、等化すべきチャネルに依って線形でも非線形でも
よい。チャネルが非線形の場合、適応フィルタ310に
よって生成されたチャネルモデルも非線形であるのが有
利である。
【0023】遅延ステージ410−iと参照用テーブル
420−jと合算器430とからなる適応フィルタ31
0の構造を図4に、1次元の場合(すなわちフィルタ処
理すべき信号がただ1個の変数、例えば時間、の関数で
ある場合)について示す。この構造の詳細については、
文献(C.F.N. Cowan and P.F. Adams, "Nonlinear Syst
em Modeling: Concept and Application," ICASSP 784,
pp. 4561-4564, 1984)に記述がある。
【0024】参照テーブル上でのボルテッラの級数拡張
に基づく又は同等の、別の構造の適応フィルタ310の
使用も可能である。データ信号の非線形エコー消去につ
いてのボルテッラのフィルタ理論はよく確立されてい
る。これについては文献(O. Agazzi et al., "Nonline
ar Echo Cancellation of Data Signal,"IEEE Trans. C
omm., Vol. 30, No. 11, pp. 2421-2433, November 198
2) を参照されたい。
【0025】この文献には、特定のデータ信号について
はボルテッラの級数拡張が有限の項目数を有すること、
及び参照テーブルと数学的に同等であることが示されて
いる。チャネルの記憶が長時間にわたる場合には、ボル
テッラの級数拡張における項目数非常に大きくなりその
実現が実際的でなくなることが有り得る。同様に、この
手法を実現するに要する参照テーブルのサイズも非実際
的なまでに大きい。
【0026】これらの場合には、非線形の相互対話関係
を比較的小さな近隣範囲に限ることによって、又上記第
2の文献(Cowan and Adams) に述べられているように
これらの近隣範囲の外部においてだけ線形の相互対話関
係を許すことによって、正確さと単純さとの妥協が図ら
れる。
【0027】II.劣化ドキュメントイメージの非線形
等化の方法 本発明の方法は、上記のような通信システムにおいて用
いられる1次元チャネル等化手法に類似している。しか
し、本発明の方法においては、非線形フィルタが2次元
に拡張され、又ドキュメントにおける文字のひずみをモ
デル化し補償するように適応されている。すなわち、2
次元非線形フィルタがドキュメントひずみをモデル化を
行う。そしてOCRシステムとの関連でドキュメント中
の文字の識別同定を行う。
【0028】ドキュメントにおけるひずみのモデル化に
際しては、イメージにおけるひずみ又は劣化を生じさせ
る機構は、しばしば、「不鮮明化」動作としきい値処理
動作との連続からなる。これらの動作は、ドキュメント
に対して反復してフォトコピー又はスキャン(スキャナ
による走査読み取り)が行われる場合に生じる。不鮮明
化そのものは、フォトコピー機又はスキャナの光学系で
生じる一種の線形フィルタ処理動作であり、これによっ
て、もとの(原)イメージが2進法(バイナリ)であっ
た場合でもグレイレベルが生成される。
【0029】2進法イメージを復元するためには、この
線形フィルタ処理されたイメージがしきい値処理(非線
形)される。線形フィルタ処理部分が同じでも、しきい
値が異なると得られるイメージは非常に異なったものと
なる。これらの動作は何回も反復して行われることが有
り得る。例えばドキュメントが、たぶん1回よりも多く
フォトコピーされそれからフォトコピーされる場合であ
る。
【0030】これらの種類のプロセスは、下に詳しく述
べるように2次元非線形フィルタを用いて正確にモデル
化でき、それからこの非線形フィルタを用いてOCRシ
ステムの性能を改善することができる。
【0031】図5は、本発明に基づく劣化ドキュメント
イメージの非線形チャネル等化方法の第1の実施例を実
行してOCR手法を改善するシステムを例示するもので
ある。識別同定すべき文字のビットマップイメージを表
す入力信号が、OCRシステム505に供給される。こ
の入力信号を得るためには種々の手法が存在することが
当業者には認識されよう。
【0032】例えば、もしプリントされた1ページのド
キュメント中に識別同定すべき文字が多数ある場合に
は、これらの文字は、ビットマップ表記中の第1の画素
が「1」(すなわち画素がオン)であることを見出すこ
とにより、そして他の全てのオン画素を第1のオン画素
に連結することにより、他の文字から区別して識別同定
され、分離される。その結果として得られるこのオン画
素グループが1個の文字である。
【0033】図5に戻って、文字の理想的イメージが、
理想的コンポーネントイメージ記憶装置512に記憶さ
れて2次元非線形適応フィルタ510によって用いられ
る。2次元非線形適応フィルタ510は、入力信号の劣
化をモデル化して、理想的文字イメージをフィルタ処理
したバージョン(版)からなる信号、を出力する。この
際フィルタ処理によって、入力信号中に現存するひずみ
を模したひずみが生じる。
【0034】これらのフィルタ処理された理想的文字イ
メージのうちから入力信号に最もよく合致する1個以上
のイメージをOCRシステムが選択して、理想的文字で
そのフィルタ処理されたイメージが、入力信号によって
表された文字に最もよく合致するような理想的文字、を
テキスト表記の形式で判定として出力する。
【0035】選択された、フィルタ処理された理想的文
字イメージが合算器515において入力信号から差し引
かれてエラー信号が形成される。このエラー信号は2次
元非線形適応フィルタ510の適応又は調整に用いられ
る。
【0036】このように、OCRシステム505は、劣
化した入力文字を識別同定する必要がなくその代わり
に、理想的文字をフィルタ処理したイメージが入力信号
に最も近いような理想的文字、を選択しさえすればよい
ので、OCRシステム505の性能が改善される。
【0037】推奨実施例においては、2次元非線形フィ
ルタ510は、参照テーブルの2次元配列(アレイ)L
(m,n)(0≦m,n<M)によって形成される。アレ
イL(m,n) のアドレスaに位置する要素をL(m,
n,a)と表す。
【0038】各参照テーブルについてのアドレスa
(m,n,x,y) は、入力ビットマップ文字イメージの
画素p(x,y) を次式のように結合することによって
形成される。
【数1】 ここに、0≦u,v<H であり、Hは画素間のボルテッ
ラ型非線形相互対話関係を考慮する近隣範囲の大きさで
ある。
【0039】フィルタの出力は次式で与えられる。
【数2】
【0040】目的は、N(x,y) を不鮮明なドキュメ
ントイメージ(その画素を q(x,y)と表す)にでき
るだけ精密に近似させることにある。エラーは次式によ
って与えられる。 ε(x,y)=q(x,y)− N(x,y) (3)
【0041】2次元非線形適応フィルタ510は、要素
L(m,n,a(m,n,x,y)) に修正αε(x,y)
を加えることによって、全てのm,n について対応する
ようになる。ここに、αは収斂の速さを定める小さな数
である。 L(m,n,a(m,n,x,y))← L(m,n,a(m,n,x,y)) +αε(x,y) (4) H、M及びαに対する一般的な値は、H=3、M=7、
及びα=0.0005 である。
【0042】2次元非線形適応フィルタの或る特定の実
施例について開示したが、他の実施例も可能であること
を当業者は認識されよう。例えば、本発明の精神及び技
術範囲から外れずに、2次元非線形適応フィルタ510
の代わりに種々の種類の中立ネットワークを用いること
が可能である。
【0043】フィルタを調整するためには、ドキュメン
ト中の、ひずみをモデル化して補償すべき不鮮明なイメ
ージと、原イメージとの両方が必要である。後者が利用
可能なことはまずない。したがって、それを推定したイ
メージを生成する必要がある。このイメージ推定は、ド
キュメントを作るのに用いられた原フォントにできるだ
け精密に近似させた、ライブラリからの「きれい」(ク
リーン)な文字を用いることによって行われる。このプ
ロセスの特定の2例の場合について考える。
【0044】第1の例は、このイメージに連関するAS
CII(アスキー)テキストが利用可能な場合である。
これは、ラベル付きの調整セットが存在する場合に発生
する。上記のように、関心は主としてこのセットが利用
可能ではない場合であるが、ドキュメントの、原イメー
ジの復元方法を、より明確に説明するためには、この場
合から説明を始めた方が都合がよい。いくつかの初期フ
ィルタパラメータを有するフィルタと、きれいな文字セ
ットとを用いてプロセスが開始される。
【0045】そしてきれいな文字をフィルタに供給する
ことによって不鮮明化された(すなわち不鮮明な)文字
セットが作られる。元のイメージに対応するASCII
文字列が利用可能であるので、元のイメージを復元する
ために必要な動作は、文字の正確な位置を見出すことだ
けであり、これは、技術的に周知なように、テンプレー
トマッチングの手法を用いて行われる。この復元された
イメージを用いて、ドキュメントが受けたひずみプロセ
スの、より正確なモデルが得られるようにフィルタを再
適応させることができる。
【0046】本プロセスにおける、不鮮明な文字セット
が新たに生成され、不鮮明なこれらの文字の最良近似が
見出される、等の手順は反復が可能である。何回か反復
した後に手順が収斂し、非常に正確な復元イメージを得
ることができる。
【0047】図6は、不鮮明なドキュメントから抽出さ
れた英文単語にこの手順を適用した例を示す。上から下
へ囲み部分601〜604にそれぞれ示す4個のイメー
ジは順に、原イメージ、復元されたイメージ、フィルタ
を用いて計算された原イメージの推定、及び囲み部分6
03及び601の間のエラーである。
【0048】囲み部分603及び601の間に残留する
エラーは主として、イメージを復元するために用いられ
た「きれい」な文字セットと、ドキュメントが作られる
ときに用いられた原文字セットとの不合致(ミスマッ
チ)によって、これらの実験においては修正されなかっ
た原ドキュメント中のスキューによって、そして復元さ
れたイメージ中のきれいな文字の位置の等化エラーによ
って生じる。
【0049】この事実にも拘らず、エラーは著しく小さ
く、このひずみ補償方法を用いることによって、OCR
システムの性能が大きく改善されることが期待できる。
【0050】このプロセスの第2の例は、このイメージ
に連関するASCIIテキストが利用可能でない場合で
ある。この場合には、図3の判定帰還等化器に用いられ
た手順に類似の手順を用いることが可能である。第1の
例と同じく、いくつかの初期フィルタパラメータを有す
るフィルタと、きれいな文字セットとを用いてプロセス
が開始される。
【0051】そして不鮮明な文字セットが作られ、OC
Rシステムに供給されてイメージが認識される(すなわ
ち、文字の識別同定についての判断がなされる。これ
は、図3のスライサが通信受信機において行う動作に類
似の動作である。)。認識装置は当初には、劣化を記述
するために当初に用いられるフィルタパラメータの不正
確さの結果として相当な数のエラーを生成する。しか
し、正しい判定の数が一般に十分に大きいので、フィル
タを適応させてひずみプロセスの、より正確なモデルを
作ることが可能である。
【0052】この改善されたモデルを用いて、不鮮明文
字セットが新たに作られイメージが認識される等の手順
が、収斂が達成されるまで反復される。この時点で、O
CRシステムは高い正確さで作動する。
【0053】図7は、本発明に基づく劣化ドキュメント
イメージの非線形チャネル等化方法の第2の実施例を実
行してOCR手法を改善するシステムを例示するもので
ある。劣化したドキュメントイメージが、2次元非線形
適応フィルタ720に入力され、劣化イメージの「クリ
ーン化」バージョンが生成されてOCRシステム730
に入力される。それからOCRシステム730が、入力
を識別同定して、入力文字のテキスト表記を出力する。
【0054】OCRシステムの出力は又、理想的コンポ
ーネントイメージ記憶装置740に入力され、そこか
ら、識別同定された文字の「理想的」又は非劣化バージ
ョンが出力される。理想的バージョンとクリーン化バー
ジョンとが合算器750において比較され、両者間のエ
ラー(差異)を用いて、図5におけるシステムに関して
述べたように2次元非線形適応フィルタ720が適応さ
れる。
【0055】結び 以上、劣化したドキュメントイメージの非線形等化方法
について述べた。これらの説明に際しては、特定のハー
ドウエア又はソフトウエアを引用することはしなかった
が、これらの説明に基づき利用可能な又は望ましいハー
ドウエア又はソフトウエアを当業者が容易に適応させる
ことが可能なように記述した。
【0056】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
【0057】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、ド
キュメントをフォトコピー機で連続して何度もコピーし
たとき等に発生するような劣化したドキュメントイメー
ジを非線形チャネル等化方法で処理することにより、か
なりの正確さでもとのイメージを推定できるようにした
ので、従来技術においては劣化テキストに対して低かっ
た光学式文字認識(OCR)システムの認識性能を大き
く改善することが可能となった。したがって、OCR手
法を用いた情報システムの効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ドキュメントのビットマップイメージと、この
イメージに対して作動する光学式文字認識システムの出
力とを示す説明図である。
【図2】本発明の原理の説明の助けとなる通信システム
のブロック図である。
【図3】ディジタル通信システムに用いられる判定帰還
等化器のブロック図である。
【図4】図3の判定帰還等化器に用いることのできる非
線形フィルタ構造のブロック図である。
【図5】本発明の方法の第1実施例を用いたシステムの
ブロック図である。
【図6】劣化したイメージを復元させるプロセスにおい
て得られた一連のイメージを示す説明図である。
【図7】本発明の方法の第2実施例を用いたシステムの
ブロック図である。
【符号の説明】
220 符号器 230 変調器 240 伝送チャネル 250 チャネル等化器 260 復調器 270 復号器 300 判定帰還等化器(DFE) 302、304 合算器 310 適応フィルタ 320 スライサ 410−1、410−2、410−3、410−4 遅
延ステージ 420−1、420−2、420−3 参照テーブル 430 合算器 505、730 OCRシステム 510、720 2次元非線形適応フィルタ 512、740 理想的コンポーネントイメージ記憶装
置 515、750 合算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス ウォード チャーチ アメリカ合衆国,07928 ニュージャージ ー, チャタム,ロングヒル レイン 2

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)劣化状態を特徴とするコンポーネ
    ントのビットマップイメージ、の入力を受信するステッ
    プと、 (B)前記コンポーネントの劣化の関数として適応させ
    た2次元フィルタ、によって生成された信号に基づいて
    前記コンポーネントを識別するステップと、からなるこ
    とを特徴とする、劣化したイメージの識別方法。
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