JP4635845B2 - Ocr装置、フォームアウト方法及びフォームアウトプログラム - Google Patents
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ドロップアウト処理技術とは、予め帳票を作成する際に、罫線等のフォームを赤や緑といったカラーで印刷し、文字入力後の帳票からカラー部分の画像を除去して文字画像のみを抽出する技術であり、各種帳票類の読み取り・入力処理に広く活用されている。
このため、このようなドロップアウト処理を用いない方法として、予め帳票の固定的なフォームを記憶しておき、文字入力後の帳票からこの固定フォームのみを削除して文字画像を抽出する方法が採られるようになった。
そこで、これまで、このような帳票フォームを利用したフォームアウト方式を改善する技術として種々の提案がなされてきた。
また、特許文献2には、帳票上に特別のマークを設けることなく位置合わせを行う画像位置合わせ方法等が提案されている。
さらに、特許文献3には、黒背景機能なしで、専用マークを用いずに、用紙中の罫線の有無に左右されずに用紙の位置合わせを可能にする用紙位置合わせ装置等が提案されている。
また、特許文献2に提案されている画像位置合わせ方法等では、罫線の交差部分(十字点)を検出して位置合わせを行うようにしているため、罫線を含まない帳票ではフォームアウトができないという問題があった。
さらに、上特許文献3に提案されている用紙位置合わせ装置等では、入力画像全体が同一の伸縮率・回転角で変形していることを前提としており、局所的な変形誤差を考慮していなかった。このため、プリンタでの帳票印刷時や、スキャナ装置での搬送時に生じる非線形の歪みには対応できないという問題が発生した。
このため、回転や伸縮によって生じた歪みを検出し、補正することができる。
したがって、画像スキャン時に発生するサイズ誤差(拡大・縮小)、印刷ズレ、入力画面の伸縮等が生じても、これらを補正し、フォームアウト処理を確実に実施することができる。
また、記入済み帳票の画像データ上で、これらすべての辞書画像をラスタ走査し、各位置においてを差分画像を生成するようにしてある。
このため、記入済み帳票画像の回転角及び拡大率の正確な検出につながり、結果、精度の高いフォームアウトが可能となる。
このため、記入済み帳票画像の回転角や拡大率の決定に際し、一定以上の精度を保つことが可能となる。
したがって、最終的なフォームアウト出力において、高い品質を維持することができる。
したがって、局所的な歪みも補正できるため、さらに精度の高いフォームアウトを実現できる。
また、位置合わせのためのマークや罫線等が不要なので、帳票作成の際の制限が無くなり、利便性を向上することができる。
これによって、具体的な装置構成に限定されることなく、前記各ステップを備える限り、本発明を実現化することができ、汎用性の高いフォームアウト方法を提供することができる。
これにより、OCR装置のみならずパーソナルコンピュータやスキャナにプログラムをインストールし各々の装置が連携することによって本発明を実現することができ、汎用性,拡張性に優れたフォームアウトプログラムとして提供することができる。
また、局所的な歪みも吸収できるため、精度の高いフォームアウトを実現することができる。
さらに、従来の帳票に必要とされてきた位置合わせのためのマークや罫線が不要となるので、利便性を高めることができる。
これにより、入力された帳票の読み取り位置指定用マークや罫線の有無、印刷機器によるサイズ誤差、印刷ズレ、入力画像の伸縮、又は局所的な変形等に拘わらず、どのような用紙・帳票類であってもフォームアウトが可能な、汎用性,拡張性等に優れ、かつ、信頼性の高いOCR装置を実現することができる。
ここで、以下の実施形態に示す本発明のOCR装置は、プログラム(ソフトウェア)の命令によりコンピュータで実行される処理,手段,機能によって実現される。プログラムは、コンピュータの各構成要素に指令を送り、以下に示すような所定の処理・機能を行わせる。すなわち、本発明のOCR装置における各処理・手段は、プログラムとコンピュータとが協働した具体的手段によって実現される。
なお、プログラムの全部又は一部は、例えば、磁気ディスク,光ディスク,半導体メモリ,その他任意のコンピュータで読取り可能な記録媒体により提供され、記録媒体から読み出されたプログラムがコンピュータにインストールされて実行される。また、プログラムは、記録媒体を介さず、通信回線を通じて直接にコンピュータにロードし実行することもできる。
本実施形態のOCR装置1は、入力装置10、データ処理装置20及び記憶装置40から構成される。
以下、本実施形態の主な構成について、各々詳細な説明を行う。
入力装置10は、画像入力部11を有する。画像入力部11は、帳票を光学的に読み取り画像データとして入力するものである。具体的には、スキャナ装置等がこれに相当する。
なお、入力装置10によって入力された画像データは、データ処理装置20に出力される。
データ処理装置20は、画像分割部21、特徴抽出部22、最大特徴領域検出部23、拡大・回転加工部24、差分画像生成部31、回転角・拡大率検出部32、参照画像回転・拡大部33、参照画像分割部34、位置合わせ部35、及び出力画像生成部36を備える。
画像分割部21は、入力装置10から与えられた未記入帳票Aの画像データを複数の小領域に分割するものである。具体的には、画像データを、縦方向(行)及び横方向(列)に一以上分割することによって複数の碁盤目状の分割画像を生成するものである。例えば、2行2列に分割すると、4つの小領域に分かれた分割画像が生成されることとなる。
例えば、二値化して得られた画素のうち、黒画素の輪郭追跡処理を行う場合、分割画像を走査し、最初に発見された黒画素を追跡開始点として所定方向に輪郭画素(黒画素と白画素の境界部)を追跡していき、再び追跡開始点に戻ったときに一つの輪郭線が形成されるので、この各輪郭線の長さの総和(特徴量)を計算することとなる。
なお、特徴量は、その領域(分割画像)に含まれる罫線、文字、模様等の複雑さを表す指標となるものである。
そして、拡大・回転加工部24は、最大特徴領域検出部23で検出した最も特徴量の大きい小領域の画像データを、回転、拡大(縮小)させるものである。
具体的には、回転角は、−6゜から+6゜まで1゜刻みの13通り、拡大率は、−10%から+10%まで2%刻みの11通りのすべての組み合わせについて加工し、合計143通りの加工済み小領域画像データを、辞書画像記憶部42に記憶する。
ラスタ走査手段311は、入力装置10から与えられた記入済み帳票Bの画像データ上で、辞書画像記憶部42に記憶された143パターンの辞書画像をラスタ走査するものである。
差分画像生成手段313は、領域抽出手段312によって得た領域において、各辞書画像パターンごとに差分画像を生成するものである。
なお、差分画像生成部31によって生成された差分画像は、回転角・拡大率検出部32に出力される。
具体的には、回転角・拡大率検出部32は、図3に示すように、画素面積計算手段321、差分画像抽出手段322及び回転角・拡大率決定手段323を有しており、各手段の一連の動作により回転角・拡大率検出部32としての機能を果たすものとなっている。
画素面積計算手段321は、差分画像生成部31で生成された差分画像を黒画素及び白画素に二値化し、一方の画素(例えば、白画素)の合計面積を計算するものである。これは、差分画像生成に関わった辞書画像と記入済み帳票画像との差異の大きさを測定するためである。
回転角・拡大率決定手段323は、差分画像抽出手段322によって抽出された差分画像の生成に関わった辞書画像を抽出し、その辞書画像の回転角及び拡大率を記入済み帳票Bの入力画像の回転角・拡大率であると判断するものである。
なお、回転角・回転率の判断においては、上記最小面積が、所定の閾値以下であることを限定条件としてもよい。
この変換処理によって、記入済み帳票Bの入力画像に生じていた回転や拡大・縮小に係る歪みが、相対的に補正されることとなる。
参照画像分割部34は、参照画像回転・拡大部33で変換した参照画像を、複数の小領域に分割するものである。
具体的な処理については、画像分割部21と同様であり、参照画像を縦方向(行)及び横方向(列)に一以上分割することによって複数の分割画像を生成するものである。
具体的には、位置合わせ部35は、図4に示すように、基準位置合わせ手段351、画像ずらし手段352、小領域差分画像生成手段353、小領域差分画像抽出手段354及び位置決定手段355を有し、各手段の一連の動作により位置合わせ部35としての機能を果たすものとなっている。
画像ずらし手段352は、前記基準位置から一定の範囲内において、各小領域参照画像又は記入済み帳票の入力画像の位置をずらす動作を行う。
このように画像位置の微調整を行うことによって、フォームアウトの精度を高めることができる。
小領域差分画像抽出手段354は、小領域差分画像生成手段353によって生成された差分画像の中から差分絶対値が最も少ない差分画像を各小領域ごとに抽出するものである。
位置決定手段355は、上記小領域差分画像抽出手段354によって抽出された差分画像の生成に関わった小領域参照画像又は記入済み帳票画像の位置をもって各画像の位置とするものである。
そして、出力画像生成部36では、上記位置合わせ部35によって決定した位置にしたがって、各小領域参照画像ごとに記入済み帳票画像との差分画像が生成され、その合成画像が出力されることとなる。
記憶装置は、参照画像記憶部41及び辞書画像記憶部42を有する。
参照画像記憶部41は、入力装置10(画像入力部11)からの未記入帳票Aの画像を記憶するものである。
一方、辞書画像記憶部42は、データ処理装置20によって分割・変換加工された未記入帳票Aの画像を記憶するものである。
次に、以上のような構成からなる一実施形態のOCR装置における動作フローについて図5及び図6を参照しつつ説明する。
図5は、本発明の一実施形態に係るOCR装置における辞書画像の生成フローを示したフローチャートである。
また、図6は、本発明の一実施形態に係るOCR装置における記入済み帳票のフォームアウトフローを示したフローチャートである。
最初に、本発明の一実施形態に係るOCR装置における辞書画像の生成フローについて、図5を参照しつつ説明する。
まず、入力装置10で入力された未記入帳票Aの画像データは、参照画像記憶部41とデータ処理装置20(画像分割部21)に供給される(ステップA1)。
画像分割部21では、図7に示すように、未記入帳票Aの画像データの全体又は一部を複数の小領域に分割する(ステップA2)。
例えば、縦方向はM行、横方向はN列(但し、M、Nは自然数)に分割することによって、M×N個の碁盤目状の小領域が形成される。
そして、最大特徴領域抽出部23が、M×N個の各分割画像の中から、ステップA3で抽出した特徴量が最大であるところの領域(最大特徴領域)を抽出する(ステップA4)。すなわち、前記輪郭長が最大であるところの分割画像を抽出する。
具体的には、図8に示すように、回転角θは−6゜≦θ≦6゜の範囲で1゜刻み、拡大率Rは、0.90≦R≦1.10で0.02刻みの各組み合わせで変換することにより、143パターンの加工画像が生成されることとなる。
ここで、分割画像の回転角及び拡大率について一定の適用範囲を設けたのは、回転角や拡大率の幅を広くとり過ぎると、補正が追いつかず大きな誤差が生じる場合があり、一方、狭すぎると補正の適用範囲が小さくなり本発明の機能を十分に発揮できないためである。
なお、実際の画像データの変換においては、領域の縦方向をy軸、横方向をx軸とみたて、もとの画像座標を(x,y)、変換後の画像座標を(x’,y’)とした場合、以下の一次変換式が用いられる。
以上のステップを通して生成された辞書画像は、後のフォームアウト処理に必要とされるものである。要約すると、これらの辞書画像は、記入済み帳票の入力画像の歪み(回転や拡大・縮小等)を判定するために利用され、結果、確実なフォームアウトを可能とするものである。なお、辞書画像を利用したフォームアウトの詳細については、後述のフォームアウトフローの中で説明する。
次に、本発明の一実施形態に係るOCR装置における記入済み帳票のフォームアウトフローについて、図6を参照しつつ説明する。
まず、入力装置10は、記入済み帳票Bの画像データを取り込み(ステップB1)、データ処理装置20に出力する。
データ処理装置20では、図9に示すように、差分画像生成部31が、入力装置10からの記入済み帳票Bの入力画像上ですべての辞書画像をラスタ走査し、各々差分画像を生成する(ステップB2)。
そして、ステップB2で生成された各差分画像を利用して、記入済み帳票Bの入力画像の回転角・拡大率を検出する(ステップB3)。
例えば、ここで抽出された差分画像の辞書画像が、未記入帳票画像を回転角5゜、拡大率0.90で変換されたものである場合には、記入済み帳票の入力画像は、回転角5゜、拡大率0.90で変形されて入力したものであると判定される。
すなわち、上記範囲を超える変形が記入済み帳票の入力画面に生じている場合には、その回転角・拡大率は検出できず、フォームアウト不能を示すエラーコードが出力され、処理は終了する(ステップB4 NO)。
一方、回転角・拡大率が検出された場合は、次のステップ(ステップB5)にすすむ(ステップB4 YES)。
次に、分割された小領域ごとに、記入済み帳票Bの入力画像と分割した参照画像との位置合わせを試みる(ステップB7)。
その際、上記参照画像の白紙部分では差分を取らないよう(差分は0(ゼロ)固定)にする。記入済み帳票では、その部分に文字が記入される可能性があるためである。
そして、各ずらし位置での差分絶対値の和(Sum i,j(p、q))を比較し、小領域(i,j)ごとに、この差分絶対値の和(Sum i,j(p、q))が最小となるずらし位置(p(i,j),q(i,j))を保持する。
具体的には、図11に示すような式の通りとなる。
一方、入力画像が、許容範囲外の変形がされたものであったり、参照画像と異なるフォーマット画像等の場合には、位置合わせは失敗と判断され、フォームアウト不能を示すエラーコードが出力され、処理は終了する(ステップB8 NO)。
以上のステップに従ってフォームアウト処理を実施することにより、図13に示すように、差分画像には読み取り対象となる文字画像のみが抽出される。
その結果、出力画像生成部36によって、確実にフォームアウト出力ができるようにしている。
また、画像を分割し小領域単位で処理を行うことによって、局所的な歪みにも対応できるため、精度の高いフォームアウトを実現することができる。
さらに、従来の帳票に必要とされてきた位置合わせのためのマークや罫線が不要となるので、利便性を高めることができる。
また、従来発生していた罫線除去エラー頻度が低減し、データエントリーの工数削減も可能となる。
例えば、本発明のOCR装置は、辞書画像を生成する際に行う最大特徴領域の変形(回転、拡大)の組み合わせを、任意の範囲やステップに変更してもよい。
また、辞書画像を生成する際、最大特徴領域を加工するときの拡大率を縦方向と横方向とで可変してもよい。
さらに、複数の参照画像を記憶し複数の帳票に対応させる帳票識別機能を備えた構成であってもよい。
10 入力装置
20 データ処理装置
40 記憶装置
A 未記入帳票
B 記入済み帳票
Claims (8)
- 光学的読み取り手段によって入力された帳票の画像データの中から記入された文字画像を抽出し出力するOCR装置であって、
光学的読み取り手段によって帳票の画像データを入力する画像入力部と、
入力した未記入帳票の画像データを参照画像として記憶する参照画像記憶部と、
入力した未記入帳票の画像データの一部を所定の回転角及び拡大率で変換し、辞書画像として記憶する辞書画像記憶部と、
入力した記入済み帳票の画像データと前記辞書画像との差分画像を生成する差分画像生成部と、
前記差分画像生成部によって生成された差分画像に基づいて前記記入済み帳票画像の回転角及び拡大率を検出する回転角・拡大率検出部と、
前記回転角・拡大率検出部で検出された回転角及び拡大率によって前記参照画像を変換する参照画像回転・拡大部と、
前記参照画像回転・拡大部によって変換された参照画像と前記未記入帳票画像との差分画像を生成し出力する出力画像生成部と、を備えることを特徴とするOCR装置。 - 入力された未記入帳票の画像データを一以上の行及び列に分割することにより複数の分割画像を生成する画像分割部と、
前記画像分割部によって生成された分割画像を二値化し、二値化して得られた画素のうち一方の画素からなる画像の輪郭長の和を計算する特徴抽出部と、
前記画像分割部によって生成された分割画像の中から前記輪郭長の和が最も大きい分割画像を検出する最大特徴領域検出部と、
前記最大特徴領域検出部によって検出された分割画像を所定の回転角及び拡大率によって複数の画像データに変換する拡大・回転加工部と、を備え、
前記辞書画像記憶部が、
前記拡大・回転加工部によって変換された複数の画像データを辞書画像として記憶することを特徴とする請求項1に記載のOCR装置。 - 前記差分画像生成部は、
前記記入済み帳票画像をラスタ走査し、所定の画像データを取得するラスタ走査手段と、
前記ラスタ走査手段によって取得した画像データから前記辞書画像の領域に相当する領域を抽出する領域抽出手段と、
抽出した領域において、前記記入済み帳票画像と前記辞書画像との差分画像を生成する差分画像生成手段と、を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のOCR装置。 - 前記回転角・拡大率検出部は、
前記差分画像生成部によって生成された差分画像を二値化し、二値化して得られた画素のうち一方の画素の合計面積を計算する画素面積計算手段と、
前記差分画像生成部によって生成された差分画像の中から前記合計面積が最も小さい差分画像を抽出する差分画像抽出手段と、
前記差分画像抽出手段によって抽出された差分画像の生成にかかる辞書画像の回転角及び拡大率を、前記記入済み帳票画像の回転角及び拡大率とする回転角・拡大率決定手段と、を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のOCR装置。 - 前記参照画像回転・拡大部によって変換された参照画像を、一以上の行及び列に分割することによって複数の小領域参照画像を生成する参照画像分割部と、
前記小領域参照画像と前記入力済み帳票画像との位置を合わせる位置合わせ部と、を備え、
前記出力画像生成部は、前記位置合わせ部により小領域ごとの位置合わせが行われた後に、各小領域画像と記入済み帳票画像との差分画像を生成し出力することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のOCR装置。 - 前記位置合わせ部は、
前記参照画像分割部によって生成された各小領域参照画像ごとに前記記入済み帳票画像を所定の指定位置を基準として重ね合わせる基準位置合わせ手段と、
前記指定位置を基準に一定の範囲内で前記各小領域参照画像及び/又は前記記入済み帳票画像を移動させる画像ずらし手段と、
前記範囲内で前記各小領域参照画像と記入済み帳票画像との差分画像を生成する小領域差分画像生成手段と、
生成された差分画像の中から差分絶対値が最も少ない差分画像を小領域ごとに抽出する小領域差分画像抽出手段と、
前記小領域差分画像抽出手段によって抽出された各差分画像の生成に係る各小領域参照画像及び/又は入力済み帳票画像の位置をもって、画像の位置を決定する位置決定手段と、を備えることを特徴とする請求項5に記載のOCR装置。 - 光学的読み取り手段によって入力された帳票の画像データの中から記入された文字画像を抽出し出力するフォームアウト方法であって、
未記入帳票の画像データを入力するステップ、
入力した未記入帳票の画像データを参照画像として記憶するステップ、
入力した未記入帳票の画像データの一部を所定の回転率及び拡大率で変換し、辞書画像として記憶するステップ、
記入済み帳票の画像データを入力するステップ、
前記記入済み帳票の画像データと辞書画像との差分画像を生成するステップ、
前記差分画像に基づいて前記記入済み帳票画像の回転率及び拡大率を検出するステップ、
検出された回転率及び拡大率によって前記参照画像を変換するステップ、
変換された参照画像と前記未記入帳票画像との差分画像を生成し出力するステップと、を有することを特徴とするフォームアウト方法。 - 光学的読み取り手段によって入力された帳票の画像データの中から記入された文字画像を抽出し出力するためにコンピュータを、
前記光学的読み取り手段によって帳票の画像データを入力する手段、
入力した未記入帳票の画像データを参照画像として記憶する手段、
入力した未記入帳票の画像データの一部を所定の回転角及び拡大率で変換し、辞書画像として記憶する手段、
入力した記入済み帳票の画像データと前記辞書画像との差分画像を生成する手段、
前記差分画像に基づいて前記記入済み帳票画像の回転角及び拡大率を検出する手段、
検出された回転角及び拡大率によって前記参照画像を変換する手段、
変換された参照画像と前記未記入帳票画像との差分画像を生成し出力する手段、
として機能させるためのフォームアウトプログラム。
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