DE3515159A1

DE3515159A1 - Bildverarbeitungseinrichtung

Info

Publication number: DE3515159A1
Application number: DE19853515159
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Yokohama Kanagawa Okutomi; Tetsuo Chofu Tokio/Tokyo Sueda; Mitsuhiro Chigasaki Kanagawa Tokuhara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1985-10-31
Also published as: US4833721A; GB8510712D0; GB2161006B; DE3515159C2; GB2161006A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildverarbeitungseinrichtung, mit der handschriftliche Zeichen, Druckzeichen und andere beliebige Bildmuster erkannt werden können, und insbesondere auf eine Bildverarbeitungseinrichtung, die als Mensch/Maschine-Schnittstelle eines elektronischen Geräts wie eines Computers, einer Schreibmaschine, einer Textverarbeitungsanlage und dergleichen eingesetzt werden kann.

Hinsichtlich einer Mustererkennung wurden bislang vielerlei Vorschläge gemacht. Beispielsweise bestehen bei der Verwendung von Umrißinformationen als Charakteristika die Vorteile, daß im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem eine Korrelation zweidimensionaler Daten im Musterbereich ermittelt wird, die Menge zu verarbeitender Daten geringer ist und die Verarbeitungsgeschwindigkeit höher ist, und daß im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem das Musterbild mittels eines sog. Feinmusterungsprozesses abgeleitet und als Charakteristikum herangezogen wird,

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keine durch den Feinmusterungsprozess verursachten Störbzw. Rauschsignale erzeugt werden. Im einzelnen wird beispielsweise im Falle der Erkennung eines Bildmusters unter Benutzung der Informationen über den Umriß des Musters die Umrißrichtung an einem jeweiligen Umrißpunkt als digitalisierter Code gemäß in Fig. 1 gezeigten Richtungscodes von 1 bis 8 ermittelt.

IQ Falls jedoch bei diesem Verfahren beispielsweise ein Muster gemäß Fig. 2 vorliegt, wird der Richtungscode, der abgeleitet wird, wenn der Umriß im Uhrzeigersinn von einem Anfangspunkt S. in der Figur weg nachgezogen wird, zu dem in Fig. 3 gezeigten, so daß der Richtungscode, der

■j^g sich von Natur aus stetig ändert, gemäß der Darstellung an mit A und B bezeichneten Bereichen in Fig. 3 (entsprechend Stellen a und b in Fig. 2) unstetig wird, was Schwierigkeiten bei der Erkennung verursacht.

«ο Dies bedeutet, daß eine auf einer Drehung des ursprünglichen Musters oder dergleichen beruhende Änderung des Ausgangspunkts die darauffolgende Erkennung erschwert und ein Nachteil dadurch entsteht, daß die Verarbeitungszeit lang wird.

Daher besteht im Gegensatz zur Realisierung hoher Leistungsfähigkeit elektronischer Geräte der hauptsächliche Arbeitsgang darin, daß der Dialog zwischen Mensch und Maschine mittels herkömmlicher Tasten ausgeführt wird und

_cn in diesem Bereich die unnötige menschliche Arbeit noch beträchtlich ist. Ferner erfordert ein solcher Mensch/ Maschine-Dialog Übung und Erfahrung, so daß eine Bildverarbeitungseinrichtung gefordert wird, welche die Funktion einer Mensch/Maschine-Schnittstelle hat, mit der hand-

_o_ schriftliche Zeichen oder Bilder aufbereitet und verarbeitet werden können und vorbestimmte Figuren, Druckty-

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pen, Druckzeichen oder dergleichen ausgegeben werden können.

In Anbetracht dessen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zum Beheben der vorstehend angeführten Mängel eine Bildverarbeitungseinrichtung zu schaffen, die eine Mensch/Maschine-Schnittstelle bildet, um menschliche Arbeitsvorgänge zur Gerätehandhabung zu verringern, und IQ die dadurch Arbeitsvorgänge mit hoher Leistungsfähigkeit ausführt.

Mit der Erfindung soll eine Bildverarbeitungseinrichtung geschaffen werden, bei der der Umriß eines Musters als ^c aufeinanderfolgende Daten wahrgenommen wird und ein beständiges Muster erkannt werden kann welches nicht durch eine Lageversetzung des Musters, eine Drehung, eine Größenänderung oder dergleichen beeinflußt wird.

Mit der Erfindung soll eine Bildverarbeitungseinrichtung geschaffen werden', bei der die vorangehend genannten Mängel der herkömmlichen Einrichtung unterdrückt sind, während der Vorteil beibehalten wird, daß als Charakteristika die Informationen über den Umriß eines Musters herangezogen werden, und bei dem die Datenmenge für Verzeichnis-Muster gering gehalten wird, um dadurch eine hohe Erkennungsgeschwindigkeit zu erreichen.

Mit der Erfindung wird eine Bildverarbeitungseinrichtung geschaffen, die eine Speichereinrichtung zum Speichern eines Bildmusters, eine Vorverarbeitungseinrichtung zur Digitalisierung, Binärumsetzung oder dergleichen des Bildmusters, eine Merkmalauszugseinrichtung für das Herausziehen eines charakteristischen Musters aufgrund __ der von der Vorverarbeitungseinrichtung abgegebenen Daten und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen bzw. Zu-

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sammenpassen der mittels der Merkmalauszugseinrichtung herausgezogenen Daten mit Verzeichnis- bzw. Tabellendaten aufweist, wobei diese Einrichtungen miteinander als Durchgangskanal (Pipeline) verbunden sind und mittels einer Steuereinrichtung gesteuert werden.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung wird mit der Erfindung eine Bildverarbeitungseinrichtung geschaffen, die eine Auszugseinrichtung für das Wählen einer vorbestimmten Anzahl von Umrißpunkten aus einer Vielzahl von Umrißpunkten eines Bildmusters, eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Ermitteln von Richtungsdifferenzen hinsichtlich Tangentenrichtungen des Umrisses aufgrund der herausgezogenen Punkte und zum Codieren dieser Richtungsdifferenzen und eine Einrichtung zum Erfassen der mittels der Codiereinrichtung codierten Codefolge und einer dem Bildmuster entsprechenden Bezugs-Codefolge als mehrdimensionale Vektoren, zum Normieren derselben und zum Erkennen des Bildmusters mittels derselben aufweist.

Weiterhin wird mit der Erfindung eine Bildverarbeitungseinrichtung geschaffen, die eine Erfassungseinrichtung für das Nachziehen von Umrißinformationen für ein BiIdmuster in vorbestimmten Richtungen und das Erfassen von Umrißpunkten, eine Auszugseinrichtung für das Wählen einer vorbestimmten Anzahl von Umrißpunkten aus den mittels . der Erfassungseinrichtung erfaßten Umrißpunkten, eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Ermitteln von

_on Richtungsdifferenzen von Tangentenrichtungen des Umrisses aufgrund der Auszugspunkte und zum Codieren dieser Richtungsdifferenzen und eine Erkennungseinrichtung zum nichtlinearen Vergleichen der mittels der Codiereinrichtung codierten Codefolge mit einer Bezugs-Codefolge und

__ zum Erkennen des Bildmusters hierdurch aufweist.

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Ferner wird mit der Erfindung eine Bilderzeugungseinrichtung geschaffen, die eine Erfassungseinrichtung zum Verfolgen von Umrißinformationen eines Bildmusters in vorbestimmten Richtungen und zum Erfassen von Umrißpunkten, eine arithmetische Recheneinrichtung zum jeweiligen Ermitteln der Tangentenrichtungen des Umrisses gemäß einer Vielzahl von mittels der Erfassungseinrichtung erfaßten Umrißpunkten und eine Einrichtung zum aufeinanderfolgende den Ermitteln von Richtungsdifferenzen der Tangentenrichtungen des Umrisses und zum Codieren dieser Richtungsdifferenzen aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs- !5 beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Darstellung herkömmlicher Richtungscodes .

Fig. 2 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines

Musters zeigt.

Fig. 3 ist eine Darstellung, die Zusammenhänge zwischen
Umrißpunkten und Richtungscodes zeigt.

Fig. 4A und 4B sind Darstellungen, die ein Beispiel einer Bildverarbeitungsanlage zeigen, bei der die erfindungsgemäße Bilderzeugungseinrichtung verwen-₃Q det werden kann.

Fig. 5-1 ist eine Blockdarstellung eines Verarbeitungsteils.

„_ Fig. 5-2 ist eine Darstellung, die den Verarbeitungsablauf bei dem Auszug von Charakteristika eines

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Musters veranschaulicht.

Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren für den Auszug von Umrißpunkten in einem Primärmerkmal-Auszugsteil veranschaulicht.

Fig. 7 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein Muster und dessen Umriß-Auszugspunkte zeigt.

Fig. 8 ist eine Darstellung, die die Zusammenhänge zwischen Umriß-Auszugspunkten und einer Richtungsdifferenz bei der Tangentenrichtung der Umrißlinie zeigt.

Fig. 9 ist eine Darstellung von Richtungscodes für einen jeweiligen Umriß-Auszugspunkt bei der erfindungsgemäßen Bilderzeugungseinrichtung.

2Q Fig. 10 ist eine Darstellung, die die Zusammenhänge zwischen Umrißpunkten und Richtungscodes zeigt.

Fig. 11 ist eine Darstellung, die Richtungscodes eines Musters bei der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung zeigt.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel eines in einem Unterscheidungsteil verwendeten Verzeichnisses für eine jeweilige Kategorie.

Fig. 13 ist eine Darstellung eines Beispiels von Code-Obereinstimmungen.

Fig. 14 ist eine Darstellung von Abständen zwischen den Codes mit den Übereinstimmungen nach Fig. 13.

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Fig. 15 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens für das Berechnen eines Abstands D zwischen der Codefolge für das eingegebene Muster gemäß Fig. 11 und der Codefolge eines Bezugsmusters für die Ziffer "2".

Fig. 16 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Berechnen eines Abstands D zwischen -^O der Codefolge für das eingegebene Muster gemäß Fig. 11 und der Codefolge eines Bezugsmusters für die Ziffer "3".

Fig. 17 ist eine Darstellung, die die Obereinstimmungen zwischen dem Bezugsmuster für "2" und dem eingegebenen Muster zeigt.

Fig. 18 ist ein Ablaufdiagramm der Verarbeitung bei der Abweichung und der Wahl von Auszugspunkten.

Fig. 19-1 zeigt ein Beispiel eines eingegebenen Musters.

Fig. 19-2 zeigt ein Beispiel für die Codierung des in Fig. 19-1 gezeigten Musters.

Fig. 19-3 zeigt ein Beispiel für die Codierung in dem

Fall, daß ein Ausgangspunkt der Codierung gemäß Fig. 19-2 versetzt wird.

_ Fig. 20 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zur Berechnung eines Abstands D zwischen der Codefolge gemäß Fig. 19-2 und der Codefolge eines Bezugsmusters für die Ziffer "3" veranschaulicht.

Fig. 21 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zur Be-35

rechnung eines Abstands D zwischen der Codefolge

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gemäß Fig. 19-3 und der Codefolge des Bezugsmusters für die Ziffer "3" veranschaulicht.

Fig. 22A und 22B sind Darstellungen von jeweils in den Fig. 20 bzw. 21 gezeigten Übereinstimmungen bei dem jeweiligen Muster.

Fig. 23 ist eine Darstellung von fein aufgeteilten Rich-J^q tungscodes.

Fig. 24 ist eine Blockdarstellung einer Systemsteuerung bei der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung.

Fig. 25 zeigt Bezugscodes für Ziffernmuster "2" und "3".

Fig. 26 ist eine Darstellung eines Beispiels eines Verzeichnisses für jeweilige Kategorien.

Fig. 27 und 28 sind Darstellung von Auszugspunkten für ein Muster.

Fig. 29A ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein _oc Verfahren zum Herausziehen von charakteristi-

sehen Punkten veranschaulicht.

Fig. 29B und 29C sind Darstellungen von periodischen numerischen Werten für die Berechnung charakteri-

stischer Punkte.

Fig. 30 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Falls, bei dem Richtungscodedaten mehrfach verschoben und Korrelationswerte berechnet werden.

Fig. 31 ist eine Darstellung, die einen Fall veranschau-

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licht, bei dem ein zu erfassendes Codemuster in eine Vielzahl von Codes aufgeteilt wird und auf gleichartige Weise wie im voranstehenden Fall die Korrelation zwischen einer jeweiligen Codefolge und konstanten Mustererfassungsdaten ermittelt wird.

Fig. 32 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Falls, IQ bei dem auf gleichartige Weise wie gemäß Fig. 30 Korrelationswerte mit höherer Genauigkeit berechnet werden.

In der Beschreibung wird als "Bild" bzw. "Bildmuster" ein jg Buchstabe, eine Markierung, ein Symbol, ein Bildzeichen oder dergleichen bezeichnet.

Die Fig. 4A und 4B zeigen ein Beispiel für eine Bildverarbeitungsanlage, bei der die erfindungsgemäße Bildver-

OQ arbeitungseinrichtung eingesetzt werden kann. Die Fig. 4A zeigt einen Leser 1, einen Steuerteil 2 eines optischen Klarschriftlesers, eines Lesers, eines Druckers oder dergleichen, einen Drucker 3, einen Computer 4, der mit einer Sichtanzeige ausgestattet ist, an die jeweiligen Einheiten Befehle abgeben kann und die Sichtanzeige erwünschter Daten ermöglicht, und eine Tastatur 5. Die Fig. 4B zeigt einen Hauptteil 10 einer handlichen Bildverarbeitungseinrichtung, Lichtquellen 11, eine zu lesende Vorlage 12, ein optisches System 13, über das das Licht aus den Lichtquellen 11 über ein Muster an der Vorlage 12

zu einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung 14 (wie beispielsweise einer Flächen-Ladungskopplungsvorrichtung (CCD)) geleitet wird, und einen Verarbeitungsteil 15, mit dem die von der fotoelektrischen Wandlervorrichtung 14 abgegebenen Daten verarbeitet und/oder ausgegeben werden. Für die Anlage bzw. die Einrichtung besteht keine Ein-

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schränkung auf eine solche Gestaltung. Ferner kann die Anlage eines von Systemen sein, die mit einer Plattenspeichereinheit, einer Mikrofilm-Arbeitsstation und dergleichen ausgestattet sind.

Auszug von Charakteristika

Es wird nun der Verarbeitungsteil 15 ausführlich be-

IQ schrieben. Die Fig. 5-1 ist eine Blockdarstellung des Verarbeitungsteils 15. Mittels einer Vorverarbeitungsschaltung 16 wird für ein eingegebenes Muster eine Binärumsetzung, eine Störunterdrückung und dergleichen ausgeführt. Darauffolgend werden mittels einer Zentraleinheit

!5 (CPU) 17 und eines Speichers 18 die Charakteristika bzw. die charakteristischen Merkmale des Musters herausgezogen. Der Merkmalsauszug wird gemäß einem Programmablauf vorgenommen, der in Fig. 5-2 durch eine strichpunktierte Linie umrahmt ist. D.h., die Umrißinformationen für das

2Q Muster werden dadurch codiert, daß ein Primärmerkmalauszug vorgenommen wird. Der damit erzielte Code wird abhängig von dem Muster oder dem Auszugsverfahren unverändert verwendet. Ferner können durch einen Sekundärmerkmalauszug andere Charakteristika herausgezogen werden,

2g die sich von der genannten erzielten Codefolge unterscheiden. Die dermaßen entnommenen Charakteristika werden mit einem Verzeichnis ("dictionary") im Speicher 18 oder dergleichen ausgewertet bzw. es werden deren Ähnlichkeiten oder Korrelationen berechnet, wodurch das Muster

_an erkannt bzw. bestimmt werden kann. Darüberhinaus kann der vorstehend genannte Merkmalauszug wiederholt werden oder es können andere Charakteristika bzw. Merkmale herausgezogen werden, wonach dann das Muster bestimmt werden kann. Der Bildleseteil für den nachfolgend erläuterten Auszug von Umrißpunkten eines Musters ist ein Lesesensor (eine Ladungskopplungsvorrichtung (CCD)) des Lesers 1

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(nämlich eines Digital-Kopiergeräts).

Als nächstes wird der Merkmalauszug bei der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung ausführlich erläutert. Bei dem Primärmerkmalauszug wird zuerst aus die Umrißlinie des Musters bildenden Bildelementen eine vorbestimmte konstante Anzahl von Bildelementen herausgezogen. Als nächstes werden gemäß diesen Auszugspunkten jQ Richtungsdifferenzen hinsichtlich der Tangentialen bzw. Tangentenrichtungen der Umrißlinie ermittelt und aufeinanderfolgend codiert.

Auszug von Umrißpunkten

Die Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das das Herausziehen von Umrißpunkten veranschaulicht.

Im einzelnen wird zuerst für das Nachziehen der Umrißlinie ein Ausgangspunkt nach einem Verfahren, bei dem eine Rasterabtastung des Bilds vorgenommen wird und das zuerst abgetastete Bildelement des Musters ermittelt wird, oder nach einem anderen Verfahren bestimmt, wonach dann die Lage dieses Ausgangspunkts gespeichert wird (Schritt 1). Danach wird ein nächster Umrißpunkt auf der Umrißlinie wie beispielsweise ein rechts gelegener Punkt ermittelt (Schritt 3) und dessen Entfernung 1 vom Ausgangspunkts festgestellt (Schritt 4). Die Entfernung 1 von dem Ausgangspunkt wird beispielsweise dadurch herge-_A leitet, daß Berechnungen gemäß den folgenden Gleichungen (1) und (1') vorgenommen werden.

Falls beispielsweise der nächste Umrißpunkt oben, unten, rechts oder links liegt, gilt

1=1*' O

Falls der nächste Umrißpunkt in schräger Richtung ver-

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setzt ist, gilt:

1 = 1+1,4 (1 ·)

Mittels dieser Berechnungen wird durch die Prozesse bis zu einem Schritt 6 eine Umfangslänge L der Umrißlinie ermittelt.

Danach wird gemäß dem Wert der Umfangslänge L eine 2Q konstante Anzahl N von Umrißpunkten herausgezogen. Zuerst wird als Auszugspunkt der Ausgangspunkt gewählt (Schritt 8). Dann werden der nächste Umrißpunkt und die Umrißentfernung 1 vom Ausgangspunkt weg ermittelt (Schritte 11 und 12). Der Wert 1 wird gemäß den Gleichungen (1) und je (1') berechnet. Dann wird zum Bestimmen des Umrißpunkts für eine jede Strecke L/N folgende Bedingung überprüft (Schritt 13):

1 > ₍₂₎

Hierbei ist N eine vorbestimmte Anzahl von herauszuzie-

henden Umrißpunkten. Falls die Bedingung (2) erfüllt ist, kehrt die Verarbeitungsroutine zu dem Schritt 8 zurück, wobei der Umrißpunkt herausgezogen wird. Falls die Bedingung (2) nicht erfüllt ist, nämlich mit dem Rechenvorgang noch nicht der nächste Umrißpunkt erreicht ist, werden die Schritte 11 und 12 wiederholt. Nach dem Abschluß des Herausziehens von N Umrißpunkten ist der Verarbeitungsroutine beendet (Schritt 10).

Falls dieses Verfahren beispielsweise an einem in Fig. 7 gezeigten Muster angewandt wird, werden Bildelemente S-bis S-Q herausgezogen, die in der Fig. 7 gestrichelt dargestellt sind. Die Entfernung zwischen den jeweiligen Umrißpunkten beträgt jeweils L/N. Bei diesem Beispiel ist N auf "20" festgelegt, der Ausgangspunkt für das Nachziehen der Umrißlinie auf das Bildelement bzw. den Umriß-

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punkt S. gelegt und die Umrißlinie im Uhrzeigersinn nachgezogen bzw. verfolgt.

Wenn im einzelnen bei dem Muster gemäß Fig. 7 die gesamte Umfangslänge des Musters 98,6 ist, wird infolge von N = 20 die jeweilige Entfernung L/N zu 4,93. Bei dem Schritt 4 nach Fig. 6 wird auf die beschriebene Weise mittels der Gleichungen (1) und (1¹) die Entfernung 1 unter der Annahme berechnet, daß ein einzelnes Bildelement eine Seitenlänge "1" und eine Diagonalenlänge "1,4" hat. In jeweiligen Bildelementen in Fig. 7 dargestellte Zahlen stellen jeweils die Entfernung dar. D.h., falls die Abtastung von dem Bildelement S₁ weg bis zu dem (strichliert dargestellten) Bildelement S₂ fortschreitet, wird die Entfernung zu "5,4". Da bei dem Schritt 13 5,4 > 4,93 ist, wird das strichliert dargestellte Bildelement als Auszugspunkt S- herausgezogen. Gleichermaßen nimmt gemäß Fig. 7 die Entfernung 1 auf 6,8, 7,8 und 9,2 zu, wonach sie bei dem nächsten strichliert dargestellten Auszugspunkt zu 1 '= 10,6 wird. Da bei dem Schritt 13 nach Fig. 6 10,6 > 4,93 χ 2 ist, wird dieses Bildelement als Auszugspunkt S, herausgezogen. Auf diese Weise werden die in Fig. 7 gezeigten Auszugspunkte S₁ bis S₂₀ herausgezo-

Danach werden aus den Auszugspunkten der Umrißlinie aufeinanderfolgend Richtungsdifferenzen der Tangentenrichtungen der Umrißlinie ermittelt und codiert. Wenn beispielsweise die Auszugspunkte der Umrißlinie gemäß Fig. 8 angeordnet sind, ergibt sich bei den Tangentenrichtungen der Umrißlinie eine Richtungsdifferenz <x gemäß Fig. 8, die dann digitalisiert, nämlich beispielsweise einer von acht Richtungen gemäß Fig. 9 zugeordnet wird und codiert

P-

wird. Der ersten Umrißtangentenrichtung CS-S. _Ί) wird

X X τ* I

immer der Richtungscode "0" zugeordnet.

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Durch ein solches Codieren der Richtungsdifferenz zwischen Umrißtangentenrichtungen ist es möglich, eine Codefolge zu erhalten, die sich auch bei einem beliebigen Nachziehen der Umrißlinie periodisch ändert, ohne daß eine unbrauchbare Unstetigkeitsstelle entsteht. Als Beispiel zeigt die Fig. 10 eine Codefolge, die unter Benutzung aller Umrißpunkte des Musters nach Fig. 2 hergeleitet ist. Im Vergleich zu Fig. 3 ist es offensichtlich, daß die Codefolge keine ungeeignete Unstetigkeitsstelle hat, für den nachfolgenden Erkennungsprozess geeignet ist und ferner auch bei einer Änderung des Ausgangspunkts für den Code stetig ist. Da ferner die Codefolge als periodische Funktion verarbeitet werden kann, wie beispielsweise

jK dadurch, daß an dieser Funktion eine diskrete Fourier-Transformation vorgenommen wird, kann die Codefolge auch an der Frequenzachse bzw. in der Frequenzdomäne erkannt werden.

Die Fig. 11 zeigt das Ergebnis der vorstehend ausführlich erläuterten Verarbeitung an dem in Fig. 7 gezeigten Muster. In der Fig. 11 jeweils in Klammern angegebene Zahlenwerte geben die Codefolge wieder. Die Umrißform wird ohne Beeinflussung durch feine konkave oder konvexe

₂c Bereiche des Musters gut wiedergegeben, wobei jeweilige Längen normiert sind.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei dem Verfolgen einer Umrißlinie eines Musters in einer bestimmten

Richtung die Differenz zwischen der Umrißlinienrichtung oU

an einem jeweiligen Umrißpunkt und der Umrißlinienrichtung an einem vorangehenden Umrißpunkt berechnet und codiert, wodurch es bei der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung möglich ist, die Charakteristika bzw. Merkmale des Umrisses des Musters auf stetige Weise zum Ausdruck zu bringen, wobei auch auf einfache Weise eine

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durchgehende und periodische Richtungscodefolge erzielt werden kann.

Abstand

Als nächstes wird zuerst in dem Unterscheidungs- bzw. Erkennungsteil eine nichtlineare gegenseitige Anpassung bzw. ein nichtlinearer Vergleich zwischen der durch den

IQ Merkmalauszug gewonnenen Codefolge und einer im voraus in den Speicher eingespeicherten Bezugs-Codefolge vorgenommen. Dann wird ein Abstand D berechnet, der die Ähnlichkeit zwischen dem eingegebenen Muster und einer Gruppe bzw. Kategorie anzeigt, welcher die Bezugs-Codefolge angehört (wobei der Wert des Abstands D klein wird, sobald die Ähnlichkeit groß ist). Die Berechnungsgleichungen sind nachstehend angeführt.

Wenn die Codefolge für ein bestimmtes eingegebenes Muster ^a1 ' ^a2' '■' ^aN *^{st un(}* ^^e B^ezuS^s~Codefolge c, , C2, · . c^ ist, wird nach folgenden Rekursionsformeln gerechnet: g(l, 1) = Cl(C₁, _ajL)

g(i, j) = d(_Ci, a^) + min[g(i-l, j),

g(i, j-1) , g(i-l, j-i) ] o)

hierbei gilt:

^d(ci' ^aj> = l^ci - ajl + f(|_Ci - a.|) (4)

diesen Formeln ist d(c, a·) der Abstand zwischen dem Bezugs-Code c^ und dem Eingabe-Code a. , während f (Ic^a-I) einem StrafZuschlag für eine Lageabweichung an der Codefolge des entsprechenden Codes entspricht und beispielsweise gemäß Fig. 12 bestimmt ist.

_OI_ Abschließend wird der Abstand D zwischen den Codefolgen ob

für das eingegebene Muster und für die Bezugs-Kategorie

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nach folgender Gleichung ermittelt:

D = g(N, N) (5)

Falls beispielsweise gemäß Fig. 13 der eingegebene Code für das in Fig. 11 gezeigte eingegebene Muster und ein bestimmter Bezugscode in Übereinstimmung gebracht werden (wobei diese Obereinstimmung durch das Rechnen gemäß den Formeln (3) und (4) bis zur Endstufe erzielt wird), er- IQ geben sich hierbei zwischen den jeweiligen Codes jeweils Abstände dCc^ a.) gemäß Fig. 14, wobei deren Summe gleich dem Abstand D ist.

Als nächstes werden ausführlich anhand der Zeichnung die jg Berechnung des Abstands D und die Anpassung bzw. der Vergleich beschrieben. Gemäß Fig. 11 ist offensichtlich die Codefolge für das eingegebene Muster die folgende: a. = 1,1,1,0,0,-3,0,1,3,0,0,3,0,0,0,-2,-2,0,4,1. Es sei angenommen, daß eine andere Codefolge eines 2Q Bezugsmusters für die Ziffer "2" die folgende ist: ^ = 1,1,0,0,-2,0,0,3,0,0,2,0,0,0,-1,-1,0,3,1,1. Der Abstand D wird gemäß dem in Fig. 15 dargestellten Ablauf berechnet. D.h., in der Formel (3) wird g(1,D = d(c.,a..) zu g(i,1) = 0, da c.=1 und a^ =1 S^nt-

g(1,2) = d(c₁,a₂) wird zu g(1,2) = d(c₁,a₂)

+ min (g (1,1)} = 0,1, da C₁ =1 und a₂ = 2 gilt. Gleichermaßen gilt: g(2,2) = d(c₂,a₂) + min(g(i,2), g(2,1) ,

g(1,1) )= c₂-a₂ + f( (c₂-a₂ ) + min g₀ (0,1,- 0,1; 0)

= 0

Hierbei ist f( {c--a-\ ) ein in Fig. 12 gezeigter Datenwert, der auf der Übereinstimmung zwischen i und i (der Übereinstimmung von Abfragepunkten) beruht. Durch das

_o_ darauffolgende Berechnen für i und j von 1 bis 20 wird ob

gemäß der Darstellung in der rechten oberen Ecke von Fig.

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15 für g(i,j) bei i = j =20 der Wert des Abstands D als D = 8,1 errechnet.

Falls andererseits das Bezugsmuster durch ein Bezugsmuster für die Ziffer "3" mit der Codefolge
C₁ = 1,1,-2,1,1,1,1,3,.0,-1,-1,-1, 0,2,0,-1,-1,0, 3,1 bei dem gleichen Muster wie in Fig. 7 ersetzt wird, wird ein in Fig. 16 gezeigtes Ergebnis erhalten. D.h., bei der Verwendung des Bezugsmusters für die Ziffer "3" wird als Wert g(i,j) für i = j =20 ein Abstand D = 15,2 errechnet.

Aus dieser Erläuterung ist es ersichtlich, daß es für das in Fig. 7 gezeigte Muster möglich ist, zu ermitteln, daß der Abstand im Falle des Bezugsmusters für "2" geringer als im Falle des Bezugsmusters für "3" ist, da sich hierfür 8,1 < 15,2 ergibt; infolgedessen ergibt sich eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß das in Fig. 7 gezeigte Muster als "2" erkannt wird.

Die Obereinstimmung bzw. Zuordnung zwischen einem jeweiligen Auszugspunkt des Bezugsmusters für "2" und einem jeweiligen Auszugspunkt des in Fig. 7 gezeigten Musters 2g ist in der Fig. 15 jeweils durch einen dicken Pfeil dargestellt. Letztlich werden Übereinstimmungen bzw. Zuordnungen gemäß Fig. 17 erzielt. Aus der Fig. 17 ist ersichtlich, daß an keiner Stelle eine unnatürliche Zuordnung vorgenommen wird.

Andererseits ist es auch möglich, nötigenfalls die in Fig. 6 gezeigten Bedingungen für das Wählen der Auszugspunkte zu ändern und mehrfach abweichende Auszugspunkte herauszuziehen, wodurch die Genauigkeit weiter verbessert

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Als nächstes wird nachstehend ein Verfahren beschrieben, gemäß dem hinsichtlich des Zeichenmusters für "3" die vorangehend genannten Auszugspunkte versetzt werden und (nach Gleichung (5)) verschiedene Abstände D berechnet werden, womit eine Erkennung mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden kann. Dieses Verfahren für das Herausziehen von Umrißpunkten läuft gemäß der Darstellung in Fig. 18 ab. Eine ausführliche Erläuterung der Fig. 18

IQ wird weggelassen, da diese der Fig. 6 gleichartig ist. In der Fig. 18 ist bei Schritten 8 und 16 mit 6 das Ausmaß einer Versetzung gegenüber einem ersten Umriß-Auszugspunkt bezeichnet (nämlich ein Wert, der anzeigt, wie weit der Umriß-Auszugspunkt von dem ersten Umriß-Auszugspunkt

2g abweicht); der Wert ί liegt im Bereich von

0 < ί < 1

(wenn 6=0 ist, fällt der Auszugspunkt mit dem ersten Umriß-Auszugspunkt zusammen).

Beispielsweise werden bei einem eingegebenen Muster gemäß Fig. 19-1 erste Umriß-Auszugspunkte und im weiteren hieraus gewonnene Richtungscodes gemäß der Darstellung in Fig. 19-2 erhalten.

ο= Wenn andererseits ein Wert "=1/2 gewählt wird und die Umrißpunkte erneut herausgezogen werden sowie aus diesen die Codefolge abgeleitet wird, ergeben sich Auszugspunkte sowie eine Codefolge gemäß Fig. 19-3. D.h., der erste Auszugspunkt wird in seiner Lage nur um L/2N versetzt.

Aus dem Vergleich mit Fig. 19-2 ist ersichtlich, daß die

konkaven und konvexen Bereiche der Umrißform des Musters auf genaue Weise durch die Codes wiedergegeben werden (nämlich die Bereiche, auf die in Fig. 19-3 jeweils ein _oc Pfeil zeigt) ; daher wird die Wahrscheinlichkeit beträchtlieh gesteigert, daß das Muster bei den nachfolgenden

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Prozessen auf richtige Weise erkannt wird. Falls beispielsweise zu einer groben Klassifizierung die Anzahl der Blöcke negativer Codes herangezogen wird, die der § Codefolge überlagert sind (und die der Anzahl konkaver Bereiche des Musters entsprechen), werden gemäß Fig. 19-2 nur zwei Blöcke erfaßt, während gemäß Fig. 19-3 in Obereinstimmung mit der Musterform auf genaue Weise drei Blöcke erfaßt werden, so daß die Wahrscheinlichkeit ziemlich hoch wird, daß eine richtige Erkennung erfolgt (siehe Pfeile an den Codefolgen in den Fig. 19-2 und 19-3). Für den Wert S besteht keine Einschränkung auf 1/2. Beispielsweise kann der Auszug der Umrißpunkte unter schrittweisem Verändern des Werts i beispielsweise auf 1/5, 2/5, 3/5 und 4/5 wiederholt werden. Nach diesem

Verfahren kann eine genauere Erkennung herbeigeführt werden.

Das Ergebnis der Unterscheidung bei dem Ablauf der vor-

stehend genannten Folge von Prozessen kann direkt als 20

Erkennungsergebnis' ausgegeben werden oder als vorübergehende Einstufung abgespeichert werden und die Verarbeitungsroutine zu einem weiteren Erkennungsprozess fortgeführt werden.

Als nächstes wird ein Fall erläutert, bei dem der Abstand D (gemäß Gleichung (5)) aus der in den Fig. 19-2 und 19-3 genannten Codefolge für das Muster und dem Bezugscode für die Ziffer "3" ermittelt wird. Allein durch die Änderung

der Auszugspunkte kann eine genauere Erkennung herbeige-30

führt werden. Die Fig. 20 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Falls, bei dem der Abstand D zwischen einer Bezugs-Codefolge

C₁ = 1,1,-2,1,1,1,1,3,0,-1,-1,-1,0,2,0,-1,-1,0,3,1
für die Ziffer "3" und einer Codefolge
a_j = 1,0,1,0,0,0,1,1,0,4,0,-2,-1,-1,0,0,-1,-2,0,3 für ein

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eingegebenes Muster der Ziffer "3" ermittelt wird. Die Fig. 21 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Falls, bei dem der Abstand D zwischen der vorstehend genannten Bezugs-Codefolge c, und einer Codefolge

a.' = 1,1,1,-1,0,1,1,1,1,3,0,-1,-1,-1,2,-1,-1,-1,3,1 für die Ziffer "3" bei einer Versetzung der Auszugspunkte ermittelt wird. Das Verfahren zum Berechnen des Abstands D ist das gleiche wie das anhand der Fig. 15 und 16 be-

iQ schriebene, so daß daher dessen ausführliche Beschreibung weggelassen wird. Als Endergebnis ändert sich der Abstand D von 17,5 gemäß Fig. 20 auf 8 gemäß Fig. 21, so daß das Muster genauer erkannt werden kann. Betrachtet man die in Fig. 20 und 21 verstärkten Pfeile, so ist ersichtlich, daß jeweils jedes Bildelement gemäß Fig. 22A bzw. 22B herausgezogen wird.

Ferner ist es nicht notwendig, das Muster allein nach diesem Abstand zu bestimmen; vielmehr können irgendwelche 2Q anderen Bestimmungsverfahren angewandt werden, die auf Ähnlichkeiten oder dergleichen beruhen.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird nämlich grundlegend ein Verfahren angewandt, das als dynamische Programmierung (DP) bezeichnet wird. Dadurch, daß eine Lageabweichung an dem Code oder Mehrfach-Obereinstimmung zugelassen wird, können jedoch mit der nichtlinearen Anpassung bzw. dem nichtlinearen Vergleich Verformungen berücksichtigt werden, wie sie beispielsweise bei hand-

_o_ schriftlichen Zeichen oder dergleichen auftreten. Ferner wird bei der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung durch das Hinzufügen der Lageabweichung an dem Code wie beispielsweise gemäß Fig. 12 als Bewertungsgröße bzw. Strafzuschlag eine (als "Oberanpassung" bezeichnete) unrichtige Obereinstimmung ausgeschaltet, während eine

Verformung zugelassen wird und eine genaue und schnelle

-27- DE 4797

Erkennung herbeigeführt werden kann.

Der die Musterähnlichkeit anzeigende Abstand D wird für einen jeden Bezugscode berechnet, wonach das eingegebene Muster beispielsweise entsprechend folgenden Bedingungen bestimmt wird:

Wenn vorausgesetzt wird, daß der kürzeste Abstand D für ^ei-ⁿ bestimmtes eingegebenes Muster D₁ ist und der nächstkürzere Abstand D gleich D_ ist, wird in dem Fall, daß die nachstehenden Bedingungen (T) und (T) gleichzeitig erfüllt sind, hieraus bestimmt, daß das eingegebene Muster einer dem Abstand D₁ entsprechenden Kategorie zujg gehört. Andernfalls wird bestimmt, daß keine entsprechende Kategorie vorliegt.

© D₁ < K₁

(D D₂ - D₁ > K₂ oder es sind die den Abständen Di und D₂ entsprechenden Kategorien die gleichen. Hierbei sind K₁ und K₂ Konstanten, die in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Verformung eines zu erkennenden Musters, einer gegenseitigen Überschneidung von Kategorien oder dergleichen vorbestimmt sind.

Das vorangehend genannte Unterscheidungsergebnis kann

direkt als Erkennungsergebnis ausgegeben werden oder es kann als Bereitschaftskategorie bzw. vorübergehende Einstufung abgespeichert werden und die Verarbeitungsroutine __ zu einem weiteren anderen Erkennungsprozess fortgeschaltet werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht hinsichtlich des Verfahrens für den Auszug von

_o_ Umrißpunkten keine Einschränkung auf die Verfahren gemäß

den Fig. 6 und 18. Vielmehr kann ohne irgendeine Beein-

-28- DE 4797

trächtigung der nachfolgenden Prozesse irgendein Verfahren angewandt werden, bei dem eine die Charakteristika bzw. Merkmale der Form eines Musters wiedergebende konstante Anzahl von Bildelementen herausgezogen wird, ohne daß eine mögliche Beeinflussung durch kleinste konkave oder konvexe Bereiche der Umrißform des Musters, durch Störsignale oder dergleichen erfolgt. Weiterhin besteht keine Einschränkung auf die in Fig. 9 dargestellte AnjQ zahl "8" von Richtungscodes. ¹FaIIs diese Richtungscodes entsprechend einem zu erkennenden Muster feiner (wie beispielsweise gemäß Fig. 23) oder gröber aufgeteilt werden, ergibt sich dadurch eine verbesserte Nutzbarkeit der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung.

Ferner wird bei der Rekursionsformel (3) für den nichtlinearen Vergleich durch Hinzufügen eines der Mehrfach-Obere inst immung entsprechenden Strafzuschlags k in der Weise, daß

sCi, j ) = d(c_i,aj) + min(k.g(i-1 , j ), k.g(i,j-1),

g(i-T,J-1)J (6)

gilt, wobei k eine Konstante ist, die größer als "1" ist, oder durch Ändern eines StrafZuschlags gemäß Fig. 12 für eine Lageabweichung des Codes die Einschränkungsbedingung

_OE- hinsichtlich der Verformung verändert, wodurch es möglich wird, einen für verschiedenerlei zu erkennende Muster geeigneten Vergleich auszuführen.

Es ist ersichtlich, daß die vorstehend beschriebenen

Verfahren wiederholt ausgeführt oder miteinander kombi-30

niert werden können.
Schaltungsaufbau

Die Fig. 24 zeigt ein Beispiel für eine schaltungsmäßige 35

Ausstattung für das vorstehend beschriebene Verfahren.

-29- DE 4797

Mittel eines Eingabegeräts 100 (in Form eines digitalen Kopierlesers gemäß Fig. 24) werden Daten einer beliebigen vorbestimmten Fläche einer eingelegten Vorlage ausgelesen und mittels einer Einschreibeschaltung 101 in einen Hauptspeicher 102 eingespeichert. Als nächstes werden mittels einer Vorverarbeitungsschaltung 103 die Daten für einen Zeichenbereich digitalisiert und einer Binär-Umsetzung unterzogen. Ferner wird in einer Merkmalauszugs-IQ schaltung 104 für das Herausziehen primärer und sekundärer Merkmale bzw. Charakteristika der Umriß nachgezogen, wobei Umrißpunkte herausgezogen und diese Auszugspunkte codiert werden sowie nötigenfalls aus der Codefolge sekundäre Merkmale bzw. Charakteristika herausgezogen ₁g werden. Mittels einer nichtlinearen Anpassungs- bzw. Vergleichsschaltung 105 wird das Ausmaß der Differenz zwischen dem Code für das eingegebene Muster und dem Code eines jeweiligen Bezugsmusters berechnet. Durch das Verbinden der vorstehend genannten jeweiligen Schaltungen in 2Q der Form eines Durchgangskanals (Pipeline) wird eine hohe Erkennungsgeschwindigkeit erzielt. Die vorstehend genannten jeweiligen Schaltungen werden mittels einer Steuerungs-Zentraleinheit 106 gesteuert, welche die Merkmalauszugsschaltung 104 in der Weise steuert, daß diese gemäß den in den Fig. 6 und 18 gezeigten Steuerungsablaufdiagrammen entsprechend den vorstehend beschriebenen verschiedenartigen Verfahren gesteuert wird. Ferner wird von der Zentraleinheit 106 gemäß einem Wert der Differenz bzw. des Abstands, der von der nichtlinearen Vergleichs- __ Schaltung 105 abgegeben wird, das Endergebnis der Erkennung an ein externes Gerät abgegeben oder, falls es erforderlich ist, der Merkmalauszugsschaltung 104 befohlen, den Codierprozess erneut auszuführen.

__ Gemäß der vorstehenden ausführlichen Beschreibung wird bei der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung

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eine konstante Anzahl von Umrißpunkten eines Musters herausgezogen, wonach gemäß diesen die Richtungsdifferenzen hinsichtlich der Umrißtangentenrichtungen ermittelt und codiert werden, zwischen diesen Codes und im voraus in einem Speicher eingespeicherten Bezugscodes ein nichtlinearer Vergleich vorgenommen wird, ein die Ähnlichkeit anzeigender Abstand zwischen dem eingegebenen Muster, bei dem in geeigneter Weise ein Ausmaß an Musterverformung berücksichtigt wurde, und einer Kategorie berechnet wird, der der Bezugscode angehört, und hieraus das eingegebene Muster identifiziert wird. Auf diese Weise kann mittels eines einfachen Aufbaus eine schnell und zuverlässig arbeitende Erkennungseinrichtung gebildet werden, die für

_1P- die Erkennung von verschiedenartigen Mustern geeignet ist.

Ähnlichkeit

Es wird nun ein weiteres Unterscheidungs- bzw. Erkennungsverfahren beschrieben. In dem Unterscheidungs- bzw. Erkennungsteil wird zuerst die Korrelation zwischen der durch den Primärmerkmalauszug gewonnenen Codefolge und der Bezugs-Codefolge ermittelt, die im voraus in einem

__ Speicher gespeichert wurde, und es wird dann eine Ähn-25

lichkeit S zwischen dem eingegebenen Muster und der Kategorie berechnet, der die Bezugs-Codefolge angehört. Nachstehend ist die Berechnungsgleichung gezeigt:

Wenn für ein bestimmtes eingegebenes Muster die Codefolge 30

a., ά~> -·· ^aN i^{st un}d die Bezugs-Codefolge c* , C2,...c», ist, so gilt:

N ^;

*ai · ei j

_c _ . i

S = — !

/N NxI (5-1)

/N N % 1

I Σ ai² · Σ ei² j 2

-31- DE 4797

wobei der Wert S in dem Bereich -1 < S £ 1 liegt und groß ist, wenn eine hohe Ähnlichkeit vorliegt.

Beispielsweise sind die Ähnlichkeiten zwischen den vorangehend genannten Bezugscodes (gemäß Fig. 25) für die Ziffernmuster "2" und "3" und dem in Fig. 11 gezeigten eingegebenen Muster jeweils 0,95 bzw. 0,39. Es ist offensichtlich, daß für die Ziffer "2" die Ähnlichkeit größer als diejenige für die Ziffer "3" ist.

Es wird die Ähnlichkeit S für einen jeden Bezugscode berechnet und das eingegebene Muster beispielsweise gemäß folgenden Bedingungen bestimmt:

Nimmt man an, daß die größte Ähnlichkeit für einen jeweiligen Bezugscode bei einem bestimmten eingegebenen Muster S₁ ist und die nächstgrößere Ähnlichkeit S- ist, wird das eingegebene Muster als zu der S₁ entsprechenden

2Q Kategorie zugehörig bestimmt, wenn folgende beiden Bedingungen Q\) und (T) erfüllt sind.
© S₁ > K₁

(2) S₁ "S₂ > K_? oder es sind die S. und S2 entsprechenden Kategorien gleich. Andernfalls wird entschieden, daß keine entsprechende Kategorie vorliegt.

Hierbei sind K₁ und K₂ Konstanten, die im voraus entsprechend dem Ausmaß der Verformung eines zu erkennenden Musters, der gegenseitigen Mischung bzw. Überschneidung _n der Kategorien oder dergleichen bestimmt werden.

Dieses Unterscheidungsergebnis kann direkt als Erkennungsergebnis ausgegeben werden. Andernfalls kann das Ergebnis als Bereitschafts-Kategorie bzw. vorübergehende _o_ Einstufung gespeichert werden und die Verarbeitungsroutine mit einem weiteren anderen Erkennungsprozess fortge-

-32- DE 4797

setzt werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verfahren für das Herausziehen von Umrißpunkten nicht auf das in Fig, 6 dargestellte beschränkt. Vielmehr kann ohne irgendeine Beeinflussung der nachfolgenden Prozesse irgendein Verfahren angewandt werden, bei dem eine konstante Anzahl von Bildelementen derart herausgezogen wird, daß die Charakteristika bzw. Merkmale der Form eines Musters wiedergegeben werden, und zwar möglichst ohne Beeinflussung durch kleinste konkave und konvexe Bereiche der Umrißform des Musters, durch Stör- und Rauschsignale oder dergleichen.

Ferner gibt es auch ein anderes Verfahren, bei dem eine

Lageabweichung des Codes abgeschwächt und eine gleichmässige Erkennung bei einer stärkeren Verformung des Musters oder bei feinem Rauschen durch die Abwandlung der Glei-2Q chung (5-1) für die Ähnlichkeit auf

Σ C Ui + 6ajL_i + 6ai₊₁)

⁸¹ -} N ₂ » _2]1_ ^<5-²⁾
Σ a. . Σ C₁ ² 2

ausgeführt wird, wobei S eine Konstante in dem Bereich 0 £ 6 £ 1 ist. Es liegt jedoch auch ein Fall vor, bei dem die Absonderung bzw. Auflösung des Musters verlorengehen _n könnte, wenn der Wert von h zu groß ist. Es ist daher zweckdienlich, wenn der Wert von ο in Abhängigkeit von den Merkmalen des zu erkennenden Musters bestimmt wird.

Es ist offensichtlich, daß die vorstehend beschriebenen

Verfahren wiederholt oder miteinander kombiniert werden 35

können.

-33- DE 4797

Es liegen jedoch Fälle vor, bei denen abhängig von dem eingegebenen Muster ermittelt wird, daß es keine Kategorie gibt, der das eingegebene Muster angehört, oder daß das eingegebene Muster zwei oder mehr Kategorien angehört. In diesen Fällen wird der Auszugsvorgang erneut ausgeführt, um andere Umrißpunkte herauszuziehen, wonach wieder die gleichen Prozesse ausgeführt werden, wodurch es möglich wird, auf genaue Weise die Kategorie zu be- IQ stimmen, der das eingegebene Muster angehört.

Das auf dieser Folge von Prozessen beruhende Ermittlungsergebnis kann direkt als Erkennungsergebnis ausgegeben werden oder es kann als Bereitschafts-Kategorie bzw. ^g vorübergehende Einstufung gespeichert werden und die Verarbeitungsroutine mit einem weiteren anderen Erkennungsprozess fortgesetzt werden.

Darüberhinaus besteht bei dem vorstehend beschriebenen 2Q Ausführungsbeispiel für das Verfahren zum Berechnen der Ähnlichkeit und das Verfahren zur Bewertung derselben keine Einschränkung auf die Gleichungen (5-1) und (5-2).

Andererseits werden bei dem vorstehend beschriebenen 2g Ausführungsbeispiel der Merkmalauszug und die Bewertung unter gleichzeitiger Verwendung von nur einem Satz von Umriß-Auszugspunkten vorgenommen (mit einer Gruppe von Auszugspunkten, die bei einem einzigen Umrißauszug ermittelt werden). Es gibt jedoch auch ein anderes Verfahre ren, bei dem gleichzeitig mehrere Sätze von Umriß-Auszugspunkten herangezogen werden. Nimmt man beispielsweise an, daß K eine bestimmte natürliche Zahl ist, so wird bei

S = 0, 1/K, 2/K, , IK-D/K (7)

jeweils ein Satz von Auszugspunkten erzielt. Nimmt man

_o_ an, daß die mittels der jeweiligen Auszugspunkte erhaltenen Ähnlichkeiten für eine bestimmte Kategorie jeweils

-34- DE 4797

S₁, S₂, S₃, ...., S_K sind, so kann die Ähnlichkeit S zwischen dem eingegebenen Muster und dessen Kategorie beispielsweise nach folgenden Gleichungen berechnet werden:

S = min [S₁, S₂, .... S_KJ (8) und

S=ESi (9)

IQ Von diesen beiden Gleichungen sollte eine Gleichung in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu erkennenden Musters gewählt werden. Nach diesen Verfahren kann eine genauere Erkennung ausgeführt werden.

Es ist offensichtlich, daß die vorstehend beschriebenen Verfahren wiederholt oder miteinander kombiniert werden können.

Gemäß der vorstehenden ausführlichen Beschreibung bildet 2Q die erfindungsgemäße Bildverarbeitungseinrichtung eine Mustererkennungseinrichtung, bei der eine konstante Anzahl von Umrißpunkten eines Musters herausgezogen wird, gemäß diesen Umrißpunkten die Richtungsdifferenzen hinsichtlich der Umrißtangentenrichtungen ermittelt und _c codiert werden und durch Heranziehen des so gewonnenen Codes das eingegebene Muster identifiziert wird; damit ist es möglich, eine Mustererkennungseinrichtung zu schaffen, bei der zur Erkennung je nach Erfordernis schrittweise oder gleichzeitig als Sätze von Auszugspunk-

ten, die jeweils aus der genannten konstanten Anzahl von 30

Auszugspunkten bestehen, mehrere voneinander verschiedene Sätze von Auszugspunkten benutzt verden/ wodurch mittels eines einfachen Aufbaus eine genaue Erkennung herbeigeführt wird.

Ferner wird eine konstante Anzahl von Umrißpunkten eines

-35- DE 4797

Musters herausgezogen, wonach gemäß den Umrißpunkten die Richtungsdifferenzen hinsichtlich der Umrißtangentenrichtungen ermittelt und codiert werden, die Korrelation zwischen diesem Code und einem zuvor gespeicherten Bezugcode ermittelt wird, die Ähnlichkeit zwischen dem eingegebenen Muster und der Kategorie berechnet wird, der der Bezugscode angehört, und das eingegebene Muster erkannt wird. Damit ist es möglich, mittels eines einfachen IQ Aufbaus eine Hochgeschwindigkeits-Mustererkennungseinrichtung mit einem hohen Erkennungsfaktor bzw. Erkennungsvermögen zu schaffen.

Die Fig. 11 zeigt das Ergebnis in dem Fall, daß an dem in Fig. 7 gezeigten Muster die Umrißpunkte herausgezogen wurden und der vorstehend ausführlich beschriebene Richtungscodierprozess ausgeführt wurde. Die in der Fig. 11 jeweils in Klammern angegebenen Zahlen stellen die Codefolge dar. Es ist ersichtlich, daß die Umrißform ohne 2Q Beeinflussung durch feine konkave und konvexe Bereiche des Musters gut wiedergegeben wird und auch ihre Länge normiert wird.

Merkmalparameter

Als nächstes werden bei dem Sekundärmerkmalauszug unter Heranziehen der in Fig. 11 gezeigten, bei dem Primärmerkmalauszug für das Muster ermittelten Codefolge als Merkmalparameter für die Codefolge Informationen herausgezo- _n gen, die besonders gut für die nachfolgende Bestimmung bzw. Erkennung nutzbar sind, Beispiele für diese Merkmalparameter sind folgende:
P₁ : Anzahl von Codes "4"
P₂ : Anzahl von Codes "3"

_o_ P₇ : Anzahl von Codes "2"
ob ·>

P₄ : Anzahl von Codes "1"

-36- DE 4797

P₅ : Anzahl von Codes "0"

P₆ : Anzahl von Codes "-1"

P₇ : Anzahl von Codes "-2"

P₈ : Anzahl von Codes "-3"

Pq : Anzahl von Blöcken aus negativen Codes. Zwischen
den negativen Codes kann der Code "0" vorliegen.

P₁₀ : Anzahl von Blöcken aus Codes "-2" oder weniger

P₁₁ : Anzahl von Blöcken aus Codes "2" oder mehr

jQ P₁- : Anzahl von Blöcken aus Codes "3" oder mehr

P-, : Maximale Anzahl aufeinanderfolgender Codes "0"

P₁₄ : Gesamtanzahl von negativen Codes

Bei diesen Parametern ist beispielsweise P₀ gleich der jg Anzahl von Schleifen oder von abgesonderten Mustern und Pq gleich der Anzahl von konkaven Bereichen des Musters, wobei die beiden Parameter P_Q und P_g die grundlegenden Merkmale des Musters anzeigen. P- und P-, geben die Linearität der Umrißform des Musters wieder. P--2Q entspricht der Anzahl von Spitzenbereichen.

Verzeichnisse

Als nächstes werden gemäß den auf die vorstehend beschriebene Weise hergeleiteten Daten die Werte der bei dem Sekundärmerkmalauszug erhaltenen Merkmalparameter für eine jede Kategorie mit zuvor in einem Speicher abgespeicherten Verzeichnissen (einem "Wörterbuch") verglichen, um dadurch die Kategorie zu ermitteln, der das _OA eingegebene Muster angehört, oder zu ermitteln, daß das

Muster keiner Kategorie angehört. Die Fig. 26 zeigt ein Beispiel für solche Verzeichnisse (bzw. für ein solches "Wörterbuch"). In der Fig. 26 sind mit MAX und MIN jeweils der zulässige maximale bzw. minimale Wert eines

_oc jeweiligen Merkmalparameters bezeichnet, während mit

einem Diagonalkreuz angezeigt ist, daß keine Einschrän-

-37- DE 4797

kung besteht. Falls alle Merkmalparameter P bis P₁₄ die jeweiligen Bedingungen erfüllen, wird damit bestimmt, daß das eingegebene Muster der betreffenden Kategorie angehört.

Das Ermittlungsergebnis kann direkt als Erkennungsergebnis ausgegeben werden oder als Bereitschafts-Kategorie gespeichert werden und die Verarbeitungsroutine mit einem IQ weiteren anderen Erkennungsprozess fortgesetzt werden.

Hinsichtlich der Merkmalparameter besteht keine Einschränkung auf die hier angeführten Parameter Pq bis P... Vielmehr können auch entsprechend einem zu erkennenden j^g Muster verschiedenerlei andere Arten von Parametern herangezogen werden.

Abstand für eine jeweilige Kategorie

2Q Das Unterscheidungsverfahren ist nicht auf das Verfahren des Vergleichs mit dem Verzeichnis wie dem in Fig. 26 gezeigten begrenzt. Es gibt auch ein weiteres Verfahren, bei dem der Abstand D zwischen dem eingegebenen Muster und der jeweiligen Kategorie als jeweilige Funktion von Merkmalparametern P_Q bis P^ berechnet wird und die Unterscheidung bzw. Erkennung gemäß der Größe des Abstands D vorgenommen wird.

Beispielsweise wird für eine jede Kategorie

D=Z a (b. - P.) (10)

I=O^{1 x}

k

ermittelt, wobei a. und b. Konstanten sind, die für eine jede Kategorie festgelegt sind.

Gemäß der vorstehenden ausführlichen Beschreibung wird

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bei der erfindungsgemäßen Bilderzeugungseinrichtung eine konstante Anzahl von Umrißpunkten eines Musters herausgezogen, wonach gemäß diesen Umrißpunkten die Richtungsdifferenzen hinsichtlich der Umrißtangentenrichtungen ermittelt und codiert werden und ferner hieraus die Merkmalparameter gewonnen werden, wodurch es möglich wird, unter Heranziehen einer geringen Informationsmenge die Charakteristika bzw. Merkmale der Musterform auf gleich- IQ mäßige Weise mit hoher Wiedergabetreue darzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, durch Kombination mit einem einfachen Unterscheidungsverfahren als ganzes eine Einrichtung zur schnellen Mustererkennung mit hohem Erkennungsvermögen zu schaffen.

Weiterhin kann eine vorbestimmte Anzahl von Umrißpunkten nach einem einfachen Algorithmus herausgezogen werden und die Genauigkeit bei der nachfolgenden Mustererkennung gesteigert werden.

Digitale Gerade

Es wird nun anhand der Fig. 7 ein Verfahren erläutert, bei dem aus allen η Umrißpunkten, die gemäß dem in Fig. 7 2g gezeigten Muster angeordnet sind, so gleichförmig wie möglich m Umrißpunkte gewählt und herausgezogen werden. Bei diesem Verfahren wird der bekannte Begriff der "digitalen Geraden" angewandt. Dieser Begriff wird nachstehend dargelegt:

Es wird allgemein erwogen, aus den η Umrißpunkten m Umrißpunkte herauszuziehen, die so gleichförmig wie möglich angeordnet sind. In diesem Fall geht die Allgemeingültigkeit auch dann nicht verloren, wenn m/n ein nicht reduce, zierbarer bzw. nicht kürzbarer Bruch ist.
ob

-39- DE 4797

Zuerst wird m/n in folgenden Kettenbruch aufgelöst:

2 X (11)

'-χ V

Dieser Bruch wird folgendermaßen dargestellt: m/n = {P₁₍ P₂, , P_N>

Gemäß nachstehend angeführten zwei Regeln wird eine

Symbolfolge aus "1" und "0" erhalten: i) Die Symbolfolge für fP_N} ist 0 ^N"¹ 1;

für N = 3 gilt beispielsweise 0 1. Falls P,-1 beispielsweise "2" ist, ergibt sich O² 1 = "001". ii) Das Umschreiben von (P-₊₁, ·.·, PmJ auf i^Pi> ^Pi+1' ···' ^PN^ ' ^{wobei P}i hingefügt ^ist> entspricht

ο -ν ο ⁱ"¹ ι , ι - o ^L~² ι

Beispielsweise ergibt sich für η = 18 und m = 5 folgende

Berechnung :

- ± /ρ ρ

^1Β 4 . 1 "¹I' 2'

3-|

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Aus i) wird hinsichtlich {2} die Folge 0 ³~¹ 1 zu O¹ 1 = 01, da für {p_N} P₃ = 2 gilt (wobei in diesem Fall N = 3 gilt).

Als nächstes ergibt sich aus ii) bei P- = 3:

^p-I 2

0+01 = 01-»- 001

^P2-2 1

1 + 0I = OIfOl

Gleichermaßen ergibt sich hinsichtlich 4, 3, 2 einschließlich P = 4;

P.
0+0 ¹"¹1 = O³ 1 + 0001

1*0 ⁱ~²l = O² 1 + 001

{2} 0 1

{3,2} 0 0 1 0 1 {4,3,2} 0001 0001 001 0001 001

Es ist ersichtlich, daß die Umrißpunkte gewählt werden können, die den Stellen von "1" in der in der Gleichung 0 2) gezeigten Symbolfolge entsprechen.

Es wird nun der Fall betrachtet, daß dieses Verfahren bei dem in Fig. 7 gezeigten ursprünglichen Muster für "2" angewandt wird. Nimmt man an, daß die Anzahl aller Umrißpunkte 83 ist, so ergibt sich zuerst

H = {5,2,2,2,2,2,3,2} ... (13)

da folgender Kettenbruch vorliegt:
35

-41- DE 4797

2£
83

2 -

³ --ι

Daraus wird gemäß den vorstehenden Regeln i) und ii) die folgende Symbolfolge abgeleitet:

000010001000100010001000100001000100010001000100010001 00001000100010001000100010001 ... (14)

Falls bei dem Nachziehen des Umrißes von dem Umrißpunkt S in der Figur an der jeweilige Umrißpunkt als Anfangspunkt und die Umrißpunkte herausgezogen werden, die den Symbolen "1" der Symbolfolge entsprechen, wenn die Symbolfolge gemäß (14) in Obereinstimmung gebracht wird,

2Q ergeben sich die in den Fig. 27 und 28 gezeigten Auszugspunkte (die als strichlierte Bereiche dargestellt sind).

Als nächstes wird aus den dermaßen erzielten Auszugspunkten die die Umrißinformationen darstellende Codefolge „c folgendermaßen abgeleitet:

Es wird die Richtung des jeweils benachbarte Auszugspunkte verbindenden Liniensegments bei dem Nachziehen der Auszugspunkte in einer vorbestimmten Richtung des Umris-₃q ses ermittelt. Ferner wird die Richtungsdifferenz zwischen dieser Richtung und der bei der Ermittlung zuvor ermittelten Richtung beispielsweise gemäß den in Fig. 9 gezeigten Codes digitalisiert, wonach dann diese digitalisierten Richtungen aufeinanderfolgend codiert werden. Die Codes nach Fig. 9 werden in dem Fall angewandt, daß der Umriß im Uhrzeigersinn nachgezogen wird, wobei der

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Code "0" den Fall anzeigt, daß die vorstehend genannte Richtung mit der bei der einen Ermittlung zuvor ermittelten Richtung übereinstimmt. Es ist ersichtlich, daß hinsichtlich der Nachführrichtung und des Codierverfahrens keine Einschränkung hierauf besteht.

Die Fig. 11 zeigt die Richtungscodes, die aus den gemäß Fig. 2 7 entnommenen Auszugspunkten abgeleitet werden. Es

!Q wird nämlich folgende Codefolge erhalten:

1 ,1 ,1 ,0,0,-3,0,1 ,3,0,0,3,0,0,0,-2,-2', 0,4,1 (15)

Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die dermaßen abgeleitete Codefolge stetig ist, ohne daß sie durch feine bzw. kleinste konkave und konvexe Bereiche des Umrisses

2^g beeinflußt ist, und daß ihre Länge normiert ist.

Da ferner das Codieren entsprechend der Figur 9 erfolgt, ist die Codefolge gemäß (15) fortlaufend und periodisch. Diese Eigenschaft ist sehr vorteilhaft für die nachfol-2Q genden Prozesse und wichtig für die Verringerung bzw. Einschränkung der Prozesse, die für die gesamte Mustererkennung und für die Verbesserung hinsichtlich des Erkennungsfaktors bzw. des Erkennungsvermögens erforderlich sind.

Andererseits kann das Muster dadurch identifiziert werden, daß unter Verwendung der vorstehend genannten Codefolge die Ähnlichkeit zwischen diesem Muster und dem Bezugsmuster für eine jede Kategorie berechnet wird, die

_Q_ zuvor gespeichert wurde. Zusätzlich kann auch das eingegebene Muster dadurch bestimmt werden, daß aus der genannten Codefolge weitere sekundäre Merkmale bzw. Charakteristika herausgezogen und verwendet werden (wie beispielsweise die jeweilige Anzahl von Geraden, Rechtswendungen, Linkswendungen, scharfen Rechtswendungen, scharfen Linkswendungen und dergleichen). Dieser Zustand ist

-43- DE 4797

in der Fig. 10 in bezug auf das Muster gemäß Fig. 2 dargestellt. In der Fig. 10 entsprechen die Bezeichnungen "Scharf rechts 2", "Gerade 1" usw. denjenigen in Fig. 2.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die jeweilige Länge 1 der Umrißlinie bei dem Schritt 12 nach Fig. 6 entsprechend den Gleichungen (1) und (1¹) bestimmt. Die Gleichung (1¹) kann jedoch auf 1 = 1+ /~2 abgewandelt werden, um die Strecke bzw. Entfernung genauer zu ermitteln, oder aber auf 1 = 1 + 1, um die Rechenzeit zu verkürzen.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung durch das Herausziehen einer vorbestimmten Anzahl von Umrißpunkten aus den jeweils die Umrißlinie des Musters bildenden Umrißpunkten gleichzeitig eine Glättung und eine Normierung herbeigeführt, wodurch es möglich wird, immer eine stetige Codefolge gleicher Länge abzuleiten.

Zusätzlich zu diesem Vorteil kann ferner durch das Ausführen des erfindungsgemäßen Codierprozesses eine fortlaufende bzw. zusammenhängende und periodische Codefolge erzielt werden. Infolgedessen können die für die gesamte Mustererkennung erforderlichen Verarbeitungsschritte vermindert werden, wobei das Erkennungsvermögen verbessert werden kann.

Verfahren zum Herausziehen von charakteristischen Punk-„_ ten und zum Ermitteln einer periodischen Funktion

Die Fig. 29A zeigt ein Beispiel für das vorangehend beschriebene Verfahren zum Herausziehen charakteristischer Punkte. In der Fig. 29A ist mit 107 ein Speicher bezeichnet, in den die Richtungsdifferenz-Codefolge ein-

gespeichert wurde und der einem Teil des Speichers 18

-44- DE 4797

nach Fig. 5-1 entspricht. Das gleiche gilt für die Beschreibung der vorangehend genannten Richtungsdifferenz-Codefolge. Es sei angenommen, daß die Länge der Codefolge auf einen konstanten Wert η normiert ist. Mit 108 und 109 sind Speicher bezeichnet, in die besondere Zahlenwerte zum Berechnen der charakteristischen Punkte eingespeichert wurden und die einem Teil des Speichers 18 nach Fig. 5-1 entsprechen. Beispielsweise wurden in den Speicher 108

^q unter Streuung Zahlenwerte eingespeichert, die gemäß Fig. 29B einer Periode einer Sinuswelle entsprechen, wobei angenommen ist, daß die Gesamtzahl dieser Zahlenwerte gleichermaßen wie die Länge der Codefolge gleich η ist. Andererseits wurden in den Speicher 109 Zahlenwerte eingespeichert, die im Vergleich zu denjenigen in dem Speicher 108 jeweils eine Phasendifferenz von 90° haben. Nimmt man an, daß der Speicherinhalt des Speichers 108 einer Sinuskurve entspricht, so wurden in den Speicher 109 Zahlenwerte eingespeichert, die einer Cosinuskurve

2Q entsprechen. Für die in den Speichern 107 bis 109 gespeicherten Codedaten'des zu erfassenden Musters sowie die dort gespeicherten zwei Bezugsdaten wird folgender Rechenvorgang ausgeführt:

^{n n n} 2

^F - ^{{ (}κίΐ ^CkV ^{2 + (}κίΐ W ^{2 }} / ⁽κίΐ°^Κ)

D.h., es wird für die Codefolge für das zu erfassende Muster die Sinuswellenkomponente berechnet und diese Komponente auf eine charakteristische Größe F des Musters _n eingestellt. Da die Codefolge eine Wiederholungsfunktion ist und durchgehende Form hat, kann die charakteristische Größe des Musters auf direkte Weise als eine Form der Fourier-Transformation erhalten werden. Diese charakteristische Größe F zeigt an, bis zu welchem Ausmaß die

_o_ Komponente in dem Sinuswellenmuster der Bezugsdaten des

Intervalls, das in dem Fall gebildet wird, daß die Länge

-45- DE 4797

der Codedatenfolge auf die Länge η normiert ist, zu einem Wendepunkt in dem Grenzbereich des zu erfassenden Musters beiträgt.

Der Erkennungsteil vergleicht die charakteristische Größe aus dem Merkmalauszugsteil mit den in dem Erkennungsteil gespeicherten Verzeichnisdaten und bestimmt daraus das Muster.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung die Korrelation zwischen den Daten des Richtungsdifferenz-Codes für die Grenzlinie und den Musterdaten für eine konstante Form

^g berechnet und der Wert dieser Korrelation als charakteristische Größe des Musters eingesetzt. D.h., im Vergleich zu dem Aufwand für die Ermittlung eines Korrelationswerts für alle Musterdaten auf die herkömmliche Weise ist die Menge der Musterdaten für eine konstante Form ziemlich

2Q gering, so daß eine schnelle Mustererkennung erzielbar ist.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung wird die Länge der Richtungscodedaten auf einen konstanten Wert η eingestellt und es wird die Korrelation von η konstanten Mustererfassungsdaten ermittelt, wodurch die charakteristische Größe berechnet wird. Die Fig. 30 veranschaulicht den Fall, daß bei dem Ermitteln einer Korrelation die Richtungscodedaten mehrmalig verschoben bzw. versetzt werden und als charakteristische Größe der Maximalwert der Korrelationswerte oder deren Mittelwert eingesetzt wird. Mit F ist eine charakteristische Größe bezeichnet, die bei einem jeweiligen Verschiebungsvorgang abgeleitet

_OI_ wird, wobei als charakteristische Größe für dieses Muster

der maximale Wert der Größen F eingesetzt wird.

-46- DE 4797

Die Fig. 31 veranschaulicht den Fall, daß auf ähnliche Weise wie gemäß der vorstehenden Beschreibung ein zu erfassendes Codemuster in mehrere Teile aufgeteilt wird und die Korrelation zwischen einer jeweiligen Codefolge und einem konstanten Mustererfassungs-Datenwert ermittelt wird. In der Fig. 31 ist als Beispiel der Fall gezeigt, daß die Codedatenfolge in zwei Teile aufgeteilt ist, wobei angenommen ist, daß gleichartig wie bei dem Bei- ^O spiel nach Fig. 29 als Mustererfassungsdaten n/2 feste Daten in einer Menge für eine einzelne Periode mit der Phasendifferenz 90° gespeichert wurden. D.h., nach Fig. 31 wird in der Codefolge des zu erfassenden Musters aus der ersten Hälfte ein Ausmaß F des Beitrags der Muster-

CX

j^g erfassungsdaten an einem Wendepunkt und aus der letzten Hälfte ein Ausmaß F^ des Beitrags berechnet, wodurch die charakteristischen Punkte des Musters bestimmt werden.

Die Fig. 32 zeigt ein Beispiel für den Fall, daß ähnlich 2Q wie gemäß Fig. 30 die aufgeteilte Codefolge 107 bei diesem Beispiel versetzt wird, die Korrelationen zwischen der Codefolge und den Mustererfassungsdaten ermittelt werden und dann als charakteristischer Punkt bzw. charakteristische Größe der Maximalwert dieser Korrelationen oder deren Mittelwert eingesetzt wird. Falls nämlich der Wendepunkt nahe dem Aufteilungspunkt bei dem Beispiel nach Fig. 31 liegt, ist es möglich, den Fall zu erhalten, daß der Wendepunkt in die erstere Hälfte oder die letztere Hälfte der Codefolge aufgeteilt wird, so daß der _n charakteristische Punkt bzw. die charakteristische Größe nicht mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann. Bei dem in der Fig. 32 dargestellten Verfahren kann · jedoch dieser Fall nicht auftreten.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung zum Erkennen 35

eines Musters die Richtungsdifferenz-Codefolge für die

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Mustergrenzlinie ermittelt, wonach die Korrelationen zwischen dieser Codefolge und zwei Musterdaten konstanter Form ermittelt werden, zwischen deren Phasen eine Differenz von 90° besteht, und die Korrelationswerte als charakteristische Punkte bzw. Größen des Musters eingesetzt werden, wodurch in dem Verzeichnis für die Bestimmung des Musters aus der Codefolge die Speichermenge verringert wird. Auf diese Weise wird die Gesamtanzahl ^Q der abzufragenden Verzeichniscodedaten verringert, so daß eine schnelle Mustererkennung und eine Vereinfachung des Systems erreicht werden können.

Eine Bildverarbeitungseinrichtung hat einen Detektor, der einen Bildleseteil eines digitalen Kopiergeräts enthält, Umrißinformationen für ein Bildmuster nacheinander in einer vorbestimmten Richtung fortlaufend aufnimmt und dadurch Umrißpunkte herauszieht, eine arithmetische Rechenschaltung zum jeweiligen Ermitteln von Umrißtangen-

2Q tenrichtungen aus den Umrißpunkten, eine Auszugsschaltung zum Wählen einer vorbestimmten Anzahl von Auszugspunkten aus den Umrißpunkten, eine Codierschaltung zum aufeinanderfolgenden Ermitteln von Richtungsdifferenzen hinsichtlich der Umrißtangentenrichtungen aufgrund der Auszugspunkte und zum Codieren der Richtungsdifferenzen und eine Erkennungsschaltung, die einen nichtlinearen Vergleich zwischen einer mittels der Codierschaltung codierten Codefolge und einer Bezugs-Codefolge ausführt, um dadurch das Bildmuster zu erkennen. Mit der Codeschaltung werden die Umrißtangentenrichtungen unter Verwendung vorbestimmter Richtungscodes berechnet. Mit dieser Bildverarbeitungseinrichtung kann ein Bildmuster unter hoher Geschwindigkeit auf beständige und genaue Weise erkannt werden, ohne daß sich eine Beeinflussung durch eine Lage-

_Q Versetzung, Drehung, Größenänderung oder dergleichen des Bildmusters ergibt.

Claims

Patentansprüche

1. Bildverarbeitungseinrichtung, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (100 bis 104) für das Ermitteln von Umrißinformationen eines Bildmusters in einer vorbestimmten Richtung und das Erfassen von Umrißpunkten, eine arithmetische Recheneinrichtung (104) für das jeweilige Ermitteln von Umrißtangentenrichtungen gemäß der Vielzahl von mittels der Erfassungsvorrichtung erfaßten Umrißpunkten und eine Codiereinrichtung (104) zum aufeinanderfolgenden Ermitteln von Richtungsdifferenzen der Umrißtangentenrichtungen und zum Codieren der Richtungsdifferenzen.

2. Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (100 bis 104) eine Auszugseinrichtung (104) zum Herausziehen einer vorbestimmten Anzahl von Umrißpunkten enthält.

3. Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Erkennungseinrichtung (105) zum nichtlinearen Vergleichen einer mittels der Codiereinrichtung (104) codierten Codefolge mit einer Bezugs-

I»

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Codefolge und zum Erkennen des Bildmusters.

4. Bildverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung (104) die Umrißtangentenrichtung unter Verwendung eines vorbestimmten Richtungscodes berechnet.

5. Bildverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (100 bis 104) einen Bildleseteil (100) eines digitalen Kopiergeräts enthält.

6. Bildverarbeitungseinrichtung nach einem der je Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die arith-

_φ metische Recheneinrichtung (104) aus der Vielzahl der

Ρ Umrißpunkte durch Anwendung des Begriffs einer digitalen Geraden eine Vielzahl von Auszugspunkten herauszieht.

7. Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszugspunkte nach folgendem Verfahren ermittelt werden: im Falle des Wählens von m Auszugspunkten aus η Umrißpunkten wird m/n durch

/ο η

^pi -

^P2

^PN-1 " P_n

und
30

~ ~ 1' ^P2' *"* ^PN

beschrieben und es wird angenommen, daß

i) eine Symbolfolge für |P_N} gleich 0 ^N~¹ 1 (0001 für

^PN-1 ^{= 3) ist und}

ii) das Umschreiben von (P_1-1, ....P_N}auf (

-3- DE 4797 ;**

\ wobei P^ hinzugefügt wurde, wie folgt verläuft:

θ'- 0 ⁱ"¹l, 1^O^1-2I

8. Bildverarbeitungseinrichtung nach einem der

Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Erkennungseinrichtung (105) zum Unterscheiden und Erkennen des Bildmusters für eine jeweilige Kategorie aus der mittels IQ der Codiereinrichtung (104) codierten Codefolge.

9. Bildverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (105) zum Berechnen von Korrelationen zwischen der von der Codiereinrichtung (104) abgegebenen Codefolge und zwei periodischen Funktionen mit konstanten Werten, deren t Phasen voneinander um 90° abweichen, und zum Erkennen i eines Musters durch das Einsetzen der Summe der Korrela- '^ tionswerte als einen charakteristischen Punkt eines zu

2Q erfassenden Musters.

10. Bildverarbeitungseinrichtung, gekennzeichnet durch eine Auszugseinrichtung (100 bis 104) zum Wählen einer vorbestimmten Anzahl von Auszugspunkten aus einer Vielzahl um Umrißpunkten eines Bildmusters, eine Codiereinrichtung (104) zum aufeinanderfolgenden Ermitteln von Richtungsdifferenzen von Umrißtangentenrichtungen aus den Auszugspunkten und zum Codieren der Richtungsdifferenzen und eine Erkennungseinrichtung (105) zum Erkennen des

Bildmusters dadurch, daß eine mittels der CodiereinrichoU

tung codierte Codefolge und eine dem Bildmuster entsprechende Bezugs-Codefolge als mehrdimensionale Vektoren behandelt und die Vektoren normiert werden.

11. Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung (104)

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die Umrißtangentenrichtung unter Anwendung eines vorbestimmten Richtungscodes berechnet.

12. Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszugseinrichtung CiOO bis 104) ein Teil eines digitalen Codiergeräts ist.

jQ

13. Bildverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtung (105) bei einer Codefolge a.. , a₂, a.,, .... a», eines eingegebenen Musters und einer Bezugs-Codefolge c., c-, ... c_N einen Wert

S =

/ ^N

I Σ a.2 .

W=I ¹ 20

berechnet und damit eine Vergleichsunterscheidung ausführt.

__

14. Bildverarbeitungseinrichtung, gekennzeichnet 25

durch eine Erfassungseinrichtung (100 bis 103) zum Nachziehen von Umrißinformationen eines Bildmusters in einer vorbestimmten Richtung und zum Erfassen von Umrißpunkten, eine Auszugseinrichtung (104) zum Wählen einer vorbestimmten Anzahl von Auszugspunkten aus den mittels der Erfassungseinrichtung erfaßten Umrißpunkten, eine Codiereinrichtung (104) zum aufeinanderfolgenden Ermitteln von Richtungsdifferenzen von Umrißtangentenrichtungen aus den Auszugspunkten und zum Codieren der Richtungsdifferenzen

und eine Erkennungseinrichtung (105) zum Ausführen eines 35

nichtlinearen Vergleichs zwischen einer mittels der

-5- DE 4797 ν.

Codiereinrichtung codierten Codefolge und einer Bezugs-Codefolge und zum Erkennen des Bildmusters.

15. Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (100 bis 103) einen Bildleseteil (100) eines digitalen Kopiergeräts enthält.

IQ 16. Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung (104) die Umrißtangentenrichtung unter Verwendung eines vorbestimmten Richtungscodes berechnet.

17. Bildverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei * einer Codefolge a.., &~ > -«-^μ eines eingegebenen Musters ^, und einer Bezugs-Codefolge c. , c₂, . . . . c*, die Erkennungs- \ einrichtung (105) den Mustervergleich nach den Gleichun-

^gen

g(l,l) = d(c:_f a.)

^{L x} und
g(i,j) = d(c_i, a.) +

ausführt, wobei α (c· a ) - \n -* \ ■*- * ι \n * W ' ^aici' ^aj^ - l^ci ^aj I + ^£U^ci ^aj I'

gilt, d(c., a.) ein jeweiliger Abstand ist und f(lc--a-|) ein StrafZuschlag für eine Abweichung der Codefolge ist.

18. Bildverarbeitungseinrichtung, gekennzeichnet

durch eine Speichereinrichtung (102) zum Speichern eines Bildmusters, eine Vorverarbeitungseinrichtung (103) zum Digitalisieren, binären Umsetzen oder dergleichen des

Bildmusters, eine Merkmalauszugseinrichtung (104) zum 35

Herausziehen eines charakteristischen Musters gemäß den

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von der Vorverarbeitungseinrichtung abgegebenen Daten und eine Vergleichseinrichtung (105) zum Ausführen eines Vergleichs zwischen den mittels der Merkmalauszugseinrichtung herausgezogenen Daten und Verzeichnisdaten, wobei die Speichereinrichtung, die Vorverarbeitungseinrichtung, die Merkmalauszugseinrichtung und die Vergleichseinrichtung als Durchgangskanal miteinander verbunden sind und mittels einer Steuereinrichtung (106) ^q gesteuert werden.

19. Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Merkmalauszugseinrichtung (104) Umrißpunkte des Bildmusters herauszieht.

15

20. Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 18

oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (105) den Vergleich mit Hilfe einer Ähnlichkeit zwischen einem Bezugsmuster und dem Bildmuster ausführt.

20

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35