專利名稱：考慮到距離和方向的模式匹配裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種考慮到距離和方向的模式匹配裝置及其方法，尤其涉及一種考慮到輸入模式與參考模式之間的方向及距離對(duì)輸入模式進(jìn)行分類和匹配的模式匹配裝置及其方法。
通常，模式匹配是一種廣泛應(yīng)用于涉及模式識(shí)別、字符識(shí)別或聲音識(shí)別的識(shí)別系統(tǒng)的方法，其中通過研究預(yù)定參考模式的特征與未知模式之間的類似程度和匹配程度來辨別未知模式。為了實(shí)時(shí)識(shí)別大容量的模式集，需要一種高速模式搜索方法。然而，大多數(shù)實(shí)際的模式識(shí)別方法在識(shí)別速度與精確度之間具有一種折衷的關(guān)系。亦即，高速下識(shí)別性能低，而在具有優(yōu)良識(shí)別性能的系統(tǒng)中處理速度低。
此外，在常規(guī)模式匹配中，每一模式集的預(yù)定數(shù)目的最近／最遠(yuǎn)相鄰參考模式(以下稱為模型)包括不需要的模型，因此無效地占用存儲(chǔ)器空間并增大了搜索空間，所以造成處理速度的損失。而且，在難于進(jìn)行模式識(shí)別的情況下，即使存在許多類似模式，也僅有固定數(shù)目的參考模式被存儲(chǔ)和用于匹配，故降低了精確度。
在常規(guī)模式識(shí)別方法中，用到具有最近／最遠(yuǎn)相鄰模型的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中僅考慮兩個(gè)模型矢量之間的距離。如果輸入模式與模型之間的距離大于預(yù)定值α，則該模型很可能與輸入模式相差很遠(yuǎn)。因此，從為了識(shí)別將加以比較的目標(biāo)(以下稱為識(shí)別比較目標(biāo))排除模型的數(shù)據(jù)庫(kù)中的k個(gè)最近相鄰模式。換言之，不管要與輸入模式比較的模型是否位于以輸入模式位置為中心的半徑為α的圓環(huán)的邊界附近，屬于數(shù)據(jù)庫(kù)中模型的最近相鄰模型的預(yù)定數(shù)目被從識(shí)別比較目標(biāo)排除。然而，即使當(dāng)要比較的模型靠近邊界時(shí)鄰近要比較的模型的最近相鄰模型的預(yù)定數(shù)目實(shí)際上接近輸入模式，仍很可能從匹配比較目標(biāo)排除它們。因此，降低了識(shí)別的精確度。
為了解決以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于匹配模式的裝置及其方法，其中動(dòng)態(tài)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)的大小，并考慮方向以及距離來辨別模式，從而達(dá)到對(duì)大量模式的精確和快速的模式匹配。
按照該目的的一個(gè)方面，提供一種模式匹配裝置，用于通過提取輸入模式的特征點(diǎn)獲得一特征矢量使輸入模式與參考模式匹配，并將輸入模式的特征矢量與先前存儲(chǔ)的參考模式特征矢量相比較，該模式匹配裝置包括用于存儲(chǔ)每一參考模式的信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，該參考模式信息包括最近／最遠(yuǎn)相鄰參考模式的索引，參考模式與每一相鄰參考模式之間的距離及相鄰參考模式相對(duì)于參考模式的方向，其中最近／最遠(yuǎn)相鄰參考模式的數(shù)目取決于參考模式的特征；一個(gè)模式分類器，用于從數(shù)據(jù)庫(kù)選擇參考模式并計(jì)算輸入模式與所選參考模式之間的距離和方向，由此包括與輸入模式的距離等于或小于在一匹配比較目標(biāo)中的第一閾值的參考模式，并且如果輸入模式與所選參考模式之間的距離大于第一閾值且該距離與第一閾值之間的差等于或小于第二閾值，考慮相鄰參考模式相對(duì)于位于以所選參考模式的點(diǎn)作為中心點(diǎn)的圓環(huán)半徑內(nèi)的參考模式的方向，判定所選參考模式及與其相鄰參考模式是否包括在匹配比較目標(biāo)中；以及一個(gè)模式匹配部分，用于使由模式分類器作為匹配比較目標(biāo)確定的模式與輸入模式相匹配。
按照本發(fā)明目的的另一方面，提供一種模式匹配方法，用于通過提取輸入模式的特征點(diǎn)獲得特征矢量，并將輸入模式的特征矢量與事先存儲(chǔ)的參考模式的特征矢量進(jìn)行比較，而使輸入模式與參考模式相匹配，該模式匹配方法包含步驟(a)提取輸入模式的特征矢量；(b)計(jì)算參考模式之一的特征矢量與輸入模式的特征矢量之間的距離和方向；(c)如果步驟(b)中計(jì)算的距離等于或小于第一閾值，則將參考模式包括有匹配比較目標(biāo)中，并且如果距離大于第一閾值，則按照距離和方向確定是否將參考模式包括在匹配比較目標(biāo)中；以及(d)使作為步驟(c)中匹配比較目標(biāo)確定的模式與輸入模式相匹配。
通過參考附圖詳細(xì)描述優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將更為顯而易見，附圖中

圖1是按照本發(fā)明的考慮距離和方向的模式匹配裝置的方框圖；圖2是表示圖1數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)的示圖；圖3是按照本發(fā)明的考慮距離和方向的模式匹配方法的流程圖；以及圖4是表示參考模式與輸入模式的分布的示圖。
在圖1中，按照本發(fā)明的考慮距離和方向的模式匹配裝置包括一個(gè)預(yù)處理單元100，一個(gè)特征提取器102，一個(gè)模式分類器104，一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)106和一個(gè)模式匹配部分108。
預(yù)處理單元100增強(qiáng)模式匹配所需的信息，并減少不需要的信息，從而最大限度地減少模式匹配誤差，特征提取器102則提取該模式的特征矢量。
如圖2所示，數(shù)據(jù)庫(kù)106利用一k最近相鄰標(biāo)識(shí)符存儲(chǔ)每一模型的最近／最遠(yuǎn)相鄰模型的索引、距離和方向。此處，屬于每一模式的最近相鄰／最遠(yuǎn)相鄰模型的數(shù)目取決于這些模型的分布。
模式分類器104探查來自數(shù)據(jù)庫(kù)106的所選模型的鄰近值以判定是否用這些鄰近值作為匹配比較目標(biāo)。模式匹配部分108使模式分類器104分類的匹配比較目標(biāo)與輸入模式匹配。
下面，將參照?qǐng)D3和4描述本發(fā)明的模式匹配裝置的工作原理。圖3是本發(fā)明的模式匹配方法的流程圖。圖4示出輸入模式和一些模型的分布。
在該實(shí)施例中，將對(duì)一個(gè)識(shí)別字符的模式匹配實(shí)例進(jìn)行說明。當(dāng)輸入一輸入模式，即，一字符時(shí)，預(yù)處理單元100除去由掃描器一類的輸入設(shè)備引起的噪聲，并執(zhí)行一系列處理，如對(duì)大小的歸一化，用于提取構(gòu)架的節(jié)略(skeletonizatio)及差錯(cuò)校正的平滑。特征提取器102從預(yù)處理輸入模式，例如，筆劃的部分區(qū)域內(nèi)或方向上的黑像素的數(shù)量，提取代表其原始特性的輸入字符的特征值，以形成特征矢量(步驟300)。然后，從數(shù)據(jù)庫(kù)選擇相應(yīng)于輸入模式x的任意模型Mi(步驟302)。
模式分類器104計(jì)算模型Mi與輸入模式x之間的距離di和方向(步驟304)。假定輸入模式x的矢量用x=[x1，x2，…，xk]T表達(dá)，而第i個(gè)模型的矢量用M=[mi1，mi2，…mik]T表達(dá)，輸入像素x與模型Mi之間的距離di由以下方程計(jì)算。di=Σj=1k(Xj-mij)2]]>其中k表示矢量的大小。此外，由兩個(gè)矢量間的角度確定方向。
如果所計(jì)算的距離di大于任意值α(步驟306)，對(duì)應(yīng)于圖3的情形M1，M2，M3和M4，中心點(diǎn)為Mi的圓的半徑根據(jù)α與di之間的差值即|α-di|確定，(步驟308)。亦即，如果|α-di|大，半徑增大，如果|α-di|小，半徑減小。在確定半徑后，作出|α-di|是否大于任意值Y的判定(步驟310)。如果|α-di|大于Y，這意味著模型Mi遠(yuǎn)離輸入模式x，則不認(rèn)為半徑以內(nèi)的模型是有效模型，并將之從匹配比較目標(biāo)排除(步驟312)，這相應(yīng)于M3的情形。如果|α-di|等于或小于Y，則推定在半徑內(nèi)存在有效模型。然后，檢查相應(yīng)于輸入模式的模型的方向，并認(rèn)為方向與從輸入模式至模型Mi的方向相反的模型是有效模型(步驟314)。作為實(shí)例，如圖4所示，相應(yīng)于模式M4的模型M42的方向l42與相應(yīng)于輸入模式x的模型M4的方向相反，因此，模型M42被認(rèn)為是一有效模型。
在步驟306中，如果di等于或小于α，而且di等于或小于β，β小于α，則排除模型Mi的最遠(yuǎn)相鄰模型(步驟320)，而僅認(rèn)為最近相鄰模式是有效模型。
在上述步驟之后，為了檢驗(yàn)另一模型的有效性(步驟316)，該過程返回步驟302，然后重復(fù)上述步驟。如果有效模型數(shù)量足夠，就用所選有效模型執(zhí)行模式匹配(步驟322)。
如上所述，考慮輸入模式與參考模式之間的方向及距離而動(dòng)態(tài)地選擇能夠用于模式匹配的有效參考模式，由此改進(jìn)在對(duì)許多模式匹配時(shí)的精確度以及模式匹配速度。此外，上述模式匹配裝置及其方法可容易地應(yīng)用于模式和聲音識(shí)別。
權(quán)利要求
1．一種模式匹配裝置，用于通過提取輸入模式的特征點(diǎn)獲得特征矢量，并將輸入模式的特征矢量與事先存儲(chǔ)的參考模式的特征矢量進(jìn)行比較，而使輸入模式與參考模式相匹配，該模式匹配裝置包含用于存儲(chǔ)每一參考模式的信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，該參考模式信息包括最近／最遠(yuǎn)相鄰參考模式的索引，參考模式與每一相鄰參考模式之間的距離及相鄰參考模式相對(duì)于參考模式的方向，其中最近／最遠(yuǎn)相鄰參考模式的數(shù)目取決于參考模式的特征；一個(gè)模式分類器，用于從數(shù)據(jù)庫(kù)選擇參考模式并計(jì)算輸入模式與所選參考模式之間的距離和方向，由此包括與輸入模式的距離等于或小于在一匹配比較目標(biāo)中的第一閾值的參考模式，并且如果輸入模式與所選參考模式之間的距離大于第一閾值且該距離與第一閾值之間的差等于或小于第二閾值，考慮相鄰參考模式相對(duì)于位于以所選參考模式的點(diǎn)作為中心點(diǎn)的圓環(huán)半徑內(nèi)的參考模式的方向，判定所選參考模式及與其相鄰參考模式是否包括在匹配比較目標(biāo)中；以及一個(gè)模式匹配部分，用于使由模式分類器作為匹配比較目標(biāo)確定的模式與輸入模式相匹配。
2．如權(quán)利要求1所述的模式匹配裝置，其中如果輸入模式與所選參考模式之間的距離等于或小于第三閾值，該第三閾值小于第一閾值，模式分類器包括匹配比較目標(biāo)中所選參考模型的所有最近相鄰參考模式。
3．如權(quán)利要求1所述的模式匹配裝置，其中圓環(huán)的半徑取決于輸入模式與所選參考模式之間的距離。
4．一種模式匹配方法，用于通過提取輸入模式的特征點(diǎn)獲得特征矢量，并將輸入模式的特征矢量與事先存儲(chǔ)的參考模式的特征矢量進(jìn)行比較，而使輸入模式與參考模式相匹配，該模式匹配方法包含步驟(a)提取輸入模式的特征矢量；(b)計(jì)算參考模式之一的特征矢量與輸入模式的特征矢量之間的距離和方向；(c)如果步驟(b)中計(jì)算的距離等于或小于第一閾值，則將參考模式包括在匹配比較目標(biāo)中，并且如果該距離大于第一閾值，則按照距離和方向確定是否將參考模式包括在匹配比較目標(biāo)中；以及(d)使作為步驟(c)中匹配比較目標(biāo)確定的模式與輸入模式相匹配。
5．如權(quán)利要求4所述的模式匹配方法，其中還包括在從多個(gè)參考模式中所選出的每一參考模式上重復(fù)步驟(b)和(c)的步驟。
6．如權(quán)利要求4所述的模式匹配方法，其中在步驟(c)中，如果在步驟(b)中計(jì)算的距離等于或小于小于第一閾值的第二閾值，參考模式的最近相鄰參考模式包括在匹配比較目標(biāo)中。
7．如權(quán)利要求4所述的模式匹配方法，其中步驟(c)包括子步驟(c1)按照所計(jì)算的距離確定具有作為中心點(diǎn)的所選參考模式的點(diǎn)的圓環(huán)的預(yù)定半徑；(c2)如果第一閾值與所計(jì)算距離之間的差等于或大于第三閾值，從匹配比較目標(biāo)排除確定半徑內(nèi)存在的相鄰參考模式，并包括相對(duì)于所選參考模式的方向與相對(duì)于匹配比較目標(biāo)中輸入模式的參考模式的方向相反的確定半徑內(nèi)存在的相鄰參考模式，以及從匹配比較目標(biāo)排除該半徑內(nèi)余下的相鄰參考模式。
全文摘要
多模式集的模式匹配裝置及其方法,包含:存儲(chǔ)每一參考模式信息的數(shù)據(jù)庫(kù),信息包括最近/最遠(yuǎn)相鄰參考模式索引、參考模式與每一相鄰參考模式間距離及相鄰參考模式相對(duì)于參考模式方向;模式分類器,從數(shù)據(jù)庫(kù)選擇參考模式并計(jì)算輸入模式與所選參考模式間距離和方向,從而將與輸入模式距離等于或小于第一閾值的參考模式包括在匹配比較目標(biāo)中;及模式匹配部分,使由模式分類器作為匹配比較目標(biāo)確定的模式與輸入模式匹配。由此改進(jìn)對(duì)許多模式匹配的精確度和模式匹配速度。
文檔編號(hào)G10L15/28GK1205486SQ98109708
公開日1999年1月20日 申請(qǐng)日期1998年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月15日
發(fā)明者樸喜仙, 都鼎仁 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社