識(shí)別方法是整個(gè)系統(tǒng)的核心。用于漢字識(shí)別的模式識(shí)別方法可以大致分為結(jié)構(gòu)模式識(shí)別、統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別及兩者的結(jié)合。下面分別進(jìn)行介紹。
結(jié)構(gòu)模式識(shí)別
漢字是一種特殊的模式，其結(jié)構(gòu)雖然比較復(fù)雜，但具有相當(dāng)嚴(yán)格的規(guī)律性。換言之，漢字圖形含有豐富的結(jié)構(gòu)信息，可以設(shè)法提取含有這種信息的結(jié)構(gòu)特征及其組字規(guī)律，作為識(shí)別漢字的依據(jù)，這就是結(jié)構(gòu)模式識(shí)別。
結(jié)構(gòu)模式識(shí)別是早期漢字識(shí)別研究的主要方法。其主要出發(fā)點(diǎn)是漢字的組成結(jié)構(gòu)。從漢字的構(gòu)成上講，漢字是由筆劃(點(diǎn)橫豎撇捺等)、偏旁部首構(gòu)成的；還可以認(rèn)為漢字是由更小的結(jié)構(gòu)基元構(gòu)成的。由這些結(jié)構(gòu)基元及其相互關(guān)系完全可以精確地對(duì)漢字加以描述，就像一篇文章由單字、詞、短語(yǔ)和句子按語(yǔ)法規(guī)律所組成一樣。所以這種方法也叫句法模式識(shí)別。識(shí)別時(shí)，利用上述結(jié)構(gòu)信息及句法分析的方法進(jìn)行識(shí)別，類(lèi)似一個(gè)邏輯推理器。
用這種方法來(lái)描述漢字字形結(jié)構(gòu)在理論上是比較恰當(dāng)?shù)�，其主要�?yōu)點(diǎn)在于對(duì)字體變化的適應(yīng)性強(qiáng)，區(qū)分相似字能力強(qiáng)；但是，在實(shí)際應(yīng)用中，面臨的主要問(wèn)題是抗干擾能力差，因?yàn)樵趯?shí)際得到的文本圖象中存在著各種干擾，如傾斜，扭曲，斷裂，粘連，紙張上的污點(diǎn)，對(duì)比度差等等。這些因素直接影響到結(jié)構(gòu)基元的提取，假如結(jié)構(gòu)基元不能準(zhǔn)確地得到，后面的推理過(guò)程就成了無(wú)源之水。此外結(jié)構(gòu)模式識(shí)別的描述比較復(fù)雜，匹配過(guò)程的復(fù)雜度因而也較高。所以在印刷體漢字識(shí)別領(lǐng)域中，純結(jié)構(gòu)模式識(shí)別方法已經(jīng)逐漸衰落，句法識(shí)別的方法正日益受到挑戰(zhàn)。
統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別
統(tǒng)計(jì)決策論發(fā)展較早，理論也較成熟。其要點(diǎn)是提取待識(shí)別模式的的一組統(tǒng)計(jì)特征，然后按照一定準(zhǔn)則所確定的決策函數(shù)進(jìn)行分類(lèi)判決。
漢字的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別是將字符點(diǎn)陣看作一個(gè)整體，其所用的特征是從這個(gè)整體上經(jīng)過(guò)大量的統(tǒng)計(jì)而得到的。統(tǒng)計(jì)特征的特點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)，匹配與分類(lèi)的算法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。不足之處在于細(xì)分能力較弱，區(qū)分相似字的能力差一些。常見(jiàn)的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法有：
(1) 模板匹配。模板匹配并不需要特征提取過(guò)程。字符的圖象直接作為特征，與字典中的模板相比，相似度最高的模板類(lèi)即為識(shí)別結(jié)果。這種方法簡(jiǎn)單易行，可以并行處理；但是一個(gè)模板只能識(shí)別同樣大小、同種字體的字符，對(duì)于傾斜、筆劃變粗變細(xì)均無(wú)良好的適應(yīng)能力。
(2)利用變換特征的方法。對(duì)字符圖象進(jìn)行二進(jìn)制變換(如Walsh, Hardama變換)或更復(fù)雜的變換(如Karhunen-Loeve, Fourier,Cosine，Slant變換等)，變換后的特征的維數(shù)大大降低。但是這些變換不是旋轉(zhuǎn)不變的，因此對(duì)于傾斜變形的字符的識(shí)別會(huì)有較大的偏差。二進(jìn)制變換的計(jì)算雖然簡(jiǎn)單，但變換后的特征沒(méi)有明顯的物理意義。K-L變換雖然從最小均方誤差角度來(lái)說(shuō)是最佳的，但是運(yùn)算量太大，難以實(shí)用�？傊�，變換特征的運(yùn)算復(fù)雜度較高。
(3)投影直方圖法。利用字符圖象在水平及垂直方向的投影作為特征。該方法對(duì)傾斜旋轉(zhuǎn)非常敏感，細(xì)分能力差。
(4)幾何矩(Geometric Moment)特征。M. K. Hu提出利用矩不變量作為特征的想法，引起了研究矩的熱潮。研究人員又確定了數(shù)十個(gè)移不變、比例不變的矩。我們都希望找到穩(wěn)定可靠的、對(duì)各種干擾適應(yīng)能力很強(qiáng)的特征，在幾何矩方面的研究正反映了這一愿望。以上所涉及到的幾何矩均在線(xiàn)性變換下保持不變。但在實(shí)際環(huán)境中，很難保證線(xiàn)性變換這一前提條件。
(5)Spline曲線(xiàn)近似與傅立葉描繪子(Fourier Descriptor)。兩種方法都是針對(duì)字符圖象輪廓的。Spline曲線(xiàn)近似是在輪廓上找到曲率大的折點(diǎn)，利用Spline曲線(xiàn)來(lái)近似相鄰折點(diǎn)之間的輪廓線(xiàn)。而傅立葉描繪子則是利用傅立葉函數(shù)模擬封閉的輪廓線(xiàn)，將傅立葉函數(shù)的各個(gè)系數(shù)作為特征的。前者對(duì)于旋轉(zhuǎn)很敏感。后者對(duì)于輪廓線(xiàn)不封閉的字符圖象不適用，因此很難用于筆劃斷裂的字符的識(shí)別。
(6)筆劃密度特征。筆劃密度的描述有許多種，這里采用如下定義：字符圖象某一特定范圍的筆劃密度是在該范圍內(nèi)，以固定掃描次數(shù)沿水平、垂直或?qū)蔷�(xiàn)方向掃描時(shí)的穿透次數(shù)。這種特征描述了漢字的各部分筆劃的疏密程度，提供了比較完整的信息。在圖象質(zhì)量可以保證的情況下，這種特征相當(dāng)穩(wěn)定。在脫機(jī)手寫(xiě)體的識(shí)別中也經(jīng)常用到這種特征。但是在字符內(nèi)部筆劃粘連時(shí)誤差較大。
(7)外圍特征。漢字的輪廓包含了豐富的特征，即使在字符內(nèi)部筆劃粘連的情況下，輪廓部分的信息也還是比較完整的。這種特征非常適合于作為粗分類(lèi)的特征。
(8)基于微結(jié)構(gòu)特征的方法。這種方法的出發(fā)點(diǎn)在于，漢字是由筆劃組成的，而筆劃是由一定方向，一定位置關(guān)系與長(zhǎng)寬比的矩形段組成的。這些矩形段則稱(chēng)為微結(jié)構(gòu)。利用微結(jié)構(gòu)及微結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系組成的特征對(duì)漢字進(jìn)行識(shí)別，尤其是對(duì)于多體漢字的識(shí)別，獲得了良好的效果。其不足之處是，在內(nèi)部筆劃粘連時(shí)，微結(jié)構(gòu)的提取會(huì)遇到困難。
(9)特征點(diǎn)特征。早在1957年，Solatron Electronics Group公司發(fā)布了第一個(gè)利用窺視孔(peephole)方法的OCR系統(tǒng)。其主要思想是利用字符點(diǎn)陣中一些有代表性的黑點(diǎn)(筆劃)，白點(diǎn)(背景)作為特征來(lái)區(qū)分不同的字符。后有人又將這種方法運(yùn)用到漢字識(shí)別中，對(duì)其中的黑點(diǎn)又增加了屬性的描述，如端點(diǎn)、折點(diǎn)、交叉點(diǎn)等。也獲得了比較好的效果。其特點(diǎn)是對(duì)于內(nèi)部筆劃粘連的字符的識(shí)別的適應(yīng)性較強(qiáng)，直觀性好，但是不易表示為矢量形式，不適合作為粗分類(lèi)的特征，匹配難度大。
當(dāng)然還有許多種不同的統(tǒng)計(jì)特征，諸如圖描述法、包含配選法、脫殼透視法、差筆劃法等，這里就不一一介紹了。
統(tǒng)計(jì)識(shí)別與結(jié)構(gòu)識(shí)別的結(jié)合
結(jié)構(gòu)模式識(shí)別與統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別各有優(yōu)缺點(diǎn)，隨著我們對(duì)于兩種方法認(rèn)識(shí)的深入，這兩種方法正在逐漸融合。網(wǎng)格化特征就是這種結(jié)合的產(chǎn)物。字符圖象被均勻地或非均勻地劃分為若干區(qū)域，稱(chēng)之為“網(wǎng)格”。在每一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)尋找各種特征，如筆劃點(diǎn)與背景點(diǎn)的比例，交叉點(diǎn)、筆劃端點(diǎn)的個(gè)數(shù)，細(xì)化后的筆劃的長(zhǎng)度、網(wǎng)格部分的筆劃密度等等。特征的統(tǒng)計(jì)以網(wǎng)格為單位，即使個(gè)別點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)有誤差也不會(huì)造成大的影響，增強(qiáng)了特征的抗干擾性。這種方法正得到日益廣泛的應(yīng)用。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network，以下稱(chēng)ANN)是一種模擬人腦神經(jīng)元細(xì)胞的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它是由大量簡(jiǎn)單的基本元件－神經(jīng)元相互連接成的自適應(yīng)非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。雖然目前對(duì)于人腦神經(jīng)元的研究還很不完善，我們無(wú)法確定ANN的工作方式是否與人腦神經(jīng)元的運(yùn)作方式相同，但是ANN正在吸引著越來(lái)越多的注意力。
ANN中的各個(gè)神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)與功能較為簡(jiǎn)單，但大量的簡(jiǎn)單神經(jīng)元的組合卻可以非常復(fù)雜，我們從而可以通過(guò)調(diào)整神經(jīng)元間的連接系數(shù)完成分類(lèi)、識(shí)別等復(fù)雜的功能。ANN還具有一定的自適應(yīng)的學(xué)習(xí)與組織能力，組成網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)“細(xì)胞”可以并行工作，并可以通過(guò)調(diào)整“細(xì)胞”間的連接系數(shù)完成分類(lèi)、識(shí)別等復(fù)雜的功能。這是馮·諾依曼的計(jì)算機(jī)無(wú)法做到的。
ANN可以作為單純的分類(lèi)器(不包含特征提取，選擇),也可以用作功能完善的分類(lèi)器。在英文字母與數(shù)字的識(shí)別等類(lèi)別數(shù)目較少的分類(lèi)問(wèn)題中，常常將字符的圖象點(diǎn)陣直接作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入。不同于傳統(tǒng)的模式識(shí)別方法，在這種情況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所“提取”的特征并無(wú)明顯的物理含義，而是儲(chǔ)存在神經(jīng)物理中各個(gè)神經(jīng)元的連接之中，省去了由人來(lái)決定特征提取的方法與實(shí)現(xiàn)過(guò)程。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，ANN提供了一種“字符自動(dòng)識(shí)別”的可能性。此外，ANN分類(lèi)器是一種非線(xiàn)性的分類(lèi)器，它可以提供我們很難想象到的復(fù)雜的類(lèi)間分界面，這也為復(fù)雜分類(lèi)問(wèn)題的解決提供了一種可能的解決方式。
目前，在對(duì)于象漢字識(shí)別這樣超多類(lèi)的分類(lèi)問(wèn)題，ANN的規(guī)模會(huì)很大，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，現(xiàn)在還遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)用的程度。其中的原因很多，主要的原因還在于我們對(duì)人腦的工作方式以及ANN本身的許多問(wèn)題還沒(méi)有找到完美的答案。
