Wiiリ モ コ ンか ら得 た加 速 度 に よ るオ ン ライ ン文 字認 識 方 式
松 永 啓 佑*1,村 上 仁 己*2,小 池 淳*3
Online Character Recognition Method of Acceleration by Wii Remote Controller
Keisuke MATSUNAGA * 1, Hitomi MURAKAMI * 2, Atsushi KOIKE * 3
ABSTRACT : As for online character recognition by position coordinates of the input point using tablet, many studies are conducted than before. However, examinations using value of acceleration provided by acceleration sensor equipped with by Wii remote controller are not done very much. In this study, we propose a recognition method that the acceleration to be provided from Wii remote controller used about several sets of online recognition methods and examine effectiveness.
Keywords : Wii remote controller, Online Recognition
1.は じ め に タブ レッ トを用 い た 入 力 点 の位 置座 標 に よ るオ ン ライ ン文 字 認 識 は 以 前 よ り数 多 くの研 究 が 行 わ れ て きて い る [1][2]。しか し、Wiiリ モ コ ン等 に搭 載 され て い る加 速 度 セ ンサ ー に よっ て 得 られ た加 速 度 の 値 を利 用 した 検 討 は あ ま りされ て い な い[3][4]。本 研 究 で は 、数 式 の オ ン ライ ン認 識 方 式 に つ い て 、Wiiリモ コ ンか ら得 られ る加 速 度 の 利 用 した認 識 方 式 を提 案 し、 有 効 性 を検 討 す る。 Wiiリ モ コ ン Wiiは2006年 末 に 発 売 さ れ た 、任 天 堂 の 家 庭 ゲ ー一一ム 機 で あ る 。Wiiリ モ コ ン は 無 線 化 さ れ た 片 手 で 持 つ 、モ ー シ ョ ン セ ン サ ー を 主 軸 に 置 い た コ ン トロ ー ラ ー で あ る 。 指 先 で は な く 全 身 の 動 作 に 注 目 し た ヒ ュ ー マ ン イ ン タ フ ェ ー一一ス を 標 準 搭 載 し たWiiは 家 庭 用 ゲ ー ム 機 に お い て 強 い イ ン パ ク トが あ っ た[2]。 Wiiリ モ コ ン の 無 線 機 能 はBluetooth接 続 で あ り 、ホ ス ト ア ダ プ タ が あ れ ばPCで 使 用 す る こ と が 可 能 。 ま た 、 ブ リ ー一一ツ ー一一ル のWiimoteLibを 使 用 す る こ と で 容 易 に プ ロ グ ラ ム を 作 成 す る こ と が 可 能 で あ る 。 加 速 度 セ ン サ ー Wiiリ モ コ ン に はx,y,zの 三 軸 方 向 に 加 速 度 セ ン サ ー一一が 実 装 さ れ て お り 、 前 後 、 左 右 、 上 下 の 加 速 度 を 検 出 が 可 能 で あ る。 位 置 入 力 は 加 速 度 セ ン サ ー で は 検 出 出 来 ず 、 先 端 に あ る ポ イ ン タ ー で 赤 外 光 を 取 得 す る こ と に よ っ て 検 出 す る。 Y 貸 一 一
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S+Z 、小 、1 -十 一 一 一 〉-x l、 ls V9 -Z+Y 図1.Wiiリ モ コ ン *1:理 工 学 研 究 科 理 工 学 専 攻 *2:理 工 学 部 情 報 科 学 科 *3:理 工 学 部 情 報 科 学 科(koike@st .seikei.ac.jp)成 踵 大 学 理 工 学 研 究 報 告 Vol,49No.2(2012.12) 2.認 識 方 法 Wiiリ モ コ ン を 使 用 し、図2の よ うな ウ ィ ン ドウ に 数 字 や 記 号(以 後 、 文 字 と 略)を 筆 記 す る 。 ウ ィ ン ド ウ の 大 き さ は800×800で あ る 。 図2.筆 記 用 ウ ィ ン ドウ 筆 記 と同 時 に図3の メイ ン フ ォー ム内 に あ る ピ クチ ャ ー ボ ックス に表 示 され る。図3で はそ の ピクチ ャー一一ボ ック ス は 円 で囲 ん だ数 字 の3の こ とで あ る。文字 が 表 示 され た と同 時 に構 成す る代 表 点 の座 標 値 が 表示 され る。これ らの 代 表 点 の位 置情 報 を基 に 後述 の3つ の方 式 を使 用す る。
◎
図3.メ イ ン フ ォ ー ム 2.1代 表 点 本研 究 に お い て 代 表 点 に は 位 置 座標 、 方 向 コー ド、 加 速 度 が そ れ ぞ れ 設 定 され る。1ス トロー クの 長 さ を等 間 隔 で 区 切 っ た位 置 に8つ 設 置 して い る。 文字 認 識 は 予 め作 成 した辞 書 に 登録 され た 文 字 の 代表 点 のデ ー タ と筆 記 した 文 字 の 代表 点 の デ ー タを 比較 して 行 う。 図5は 対 応 す る各 代表 点 同 ± を線 で 繋 い だ もの で あ る。 予 め 作成 した 辞 書 に は 代表 点数 や 文 字数 、 そ れ ぞ れ の代 表 点 に対 して の位 置座 標 、 方 向 コー ド、加 速 度 が 登 録 され て い る。 図5.対 応 す る 各 代表 点 3.既 存 の 認 識 方 式 方 式1位 置 座 標 系 列 を用 いた 認 識 方 式 筆 記 した 文 字 の 代 表 点 のx,y座 標 とそ の 点 に 対 応 す る 登 録 済 み の 標 準 文 字 の 代 表 点 のx,y座 標 と の ユ ー一一ク リ ッ ド距離 を求 め る。 全 て の 代表 点 で 行 い 、 そ の総 杓 が 最 も 小 さ くな る標 準 文字 を 見 付 け て認 識 結 果 とす る 方式 で あ る。 この 時 、 文 字 の 重 心 が一 致 して い な い 、 大 き さが 異 な る時 に は 文字 が正 しい 場合 で も総和 が 大 き くな り、1E しい結 果 が 出 力 され な い こ とが あ る。 ユ ー一一ク リ ッ ド距離 を 図6で 示す 。 代 表 点 と代 表 点 を結 ん で い る線 は対 応 を 示 して い る。 線 で 繋 が れ た それ ぞれ の 代表 点 のxお よびy座 標 を 比 較す る。 図6.ユ ー ク リ ッ ド距 離 図4.メ イ ン フ ォ ー ム で 表 示 さ れ た 文 字認 識 に使 用 す る計 算 式 は 式 ① を参 照 。
n-1
D一 Σ{(MX,-TX,):+(MY,-TY,)2}① ==O Dは 総 和 、nは 代 表 点 の 数 、MX、MYは 登 録 済 み の 文 字 の 各 座 標 、TX、TYは 認 識 し た い 文 字 の 各 座 標 で あ る 。 方 式2方 向 コー ド列 を用 い た認 識 方 式 7 1 5 図7.方 向 コ ー ド 3 代 表 点 に お い て 図7の よ うに 上 、右 上 、右 、右 下 、下 、 左 下 、 左 、 左 上 、8方 向 の い ず れ か を割 り当 て る。 方 向 コー ドは 代 表 点 と次 の 代 表 点 の座 標 の 位 置 関 係 か ら求 め る。標 準 文 字 の 代 表 点 に お け る方 向 コー ドと比 較 し、 そ の 差 を求 め る。 例 えば 、 標 準 文 字 が 上 で あ り、 筆 記 した 文 字 が 右 に 近 い 場 合 は3と な る。 全 て の 代 表 点 で 差 を 求 め 、 合 計 差 異 が 最 も少 な い標 準 文 字 を見 付 け 出す 方 法 で あ る。 この 方 法 は 、 方 式1に 比 べ て 文 字 の 向 きの 変 化 に 対 す る耐性 が あ る。 3の 近 く に あ る 。 よ っ て 、 代 表 点 ② の 数 値 は3と な る。 7 1 5 図9.方 向 コ ー ド と 角 度②
3
角 度 は式 ② に よっ て 求 め る。 代 表 点iと 次 の 代 表 点i+1 の座 標 日か ら水 平軸 に対 す る 角度 が求 め る こ とが 可 能 で あ る。θ一tan'1(llli≡ll)②
認 識 に使 用す る計 算式 は式 ③ を 参 照。 n-1 D一 ΣIMC,-TC,1③ :=0 た だ し 、IMq-TC、1>4の 時 は IMC=-TC,1=8-IMCn-TC,1 Dは 総 和 、nは 代 表 点 の 数 、MCは 登 録 済 み の 文 字 の 各 コ ー一一ド列 、TCは 認 識 した い 文 字 の 各 コ ー一一ド列 で あ る 。 ② 3.2本 研 究 の 認識 方 式 方 式3加 速度 を利 用 した認 識方 式 Wiiリ モ コ ン か ら得 られ た 代 表 点 に お け るx,y,z軸方 向 の加 速 度 と標 準 文字 の加 速度 の差 を そ れ ぞ れ 求 め る。 そ して 、 各差 の絶 対値 の総 和 が 最 も小 さ くな る標 準 文 字 を 見 付 け 出す こ とで認 識 を行 う方 式。 加 速度 を使 うこ とに よ り文 字 の 特徴 を認 識 に使 うこ とが 可 能 で あ る。 図10に 代 表 点 と加 速 度 につ い て示 す 。X,y,zの右 に 書 か れ て い る数 値 は加 速 度セ ンサ ー か ら得 られ た各 軸 の値 で あ る。 図8.代 表 点 間の 角度 こ こ で 、図8の ① か ら② の 方 向 を 例 に と っ て 説 明 す る 。 図8に あ る 方 向 コ ー ドに ① か ら ② の 角 度 を 表 した ベ ク ト ル を 当 て は め る と 図9と な る 。2と3の 間 に あ り、 更 に成 踵 大 学 理 工 学 研 究 報 告 Vol,49No.2(2012.12) z:0.0030463 4.実 験 x:0.043527 4.1実 験 内容 検 証 はWiiリ モ コ ン で 書 い た 文 字 を 二 種 類 の 方 法 で行 い 、認 識 率 を 比 較 した。 1.方 式1と 方 式2の 組 み 合 わ せ(以 下 、 方 式4) 2.方 式1∼3の 組 み 合 わ せ(以 下 、 方 式5) y:0.0052417 図10.代 表 点 と 加 速 度 の 例 認 識 に使 用 す る計 算 式 は 式 ④ を参 照 。 ゆ と D一 ΣMXrπi+圃 一 丁鴇1+IMろ 一T・ ・1④ 1=o Dは 総 和 、nは 代 表 点 の数 、MX、MY、MZは 登録 済 み の 文 字 の 各 加 速 度 、TX、TY、TZは 認 識 した い 文 字 の 各 加 速 度 で あ る。 Wiiリ モ コ ン か ら得 られ た加 速 度 の 値 に は 重 力加 速 度 が 付加 され て い る。 認 識 に使 用 す るに 当 た り、 よ り正 確 な 値 を得 るた め に 除 去 す る必 要 が あ っ た 。 重 力 加 速 度 は 一 定 値 で あ るた め 、 フー リエ 変 換 を行 うこ とで 直 流 成 分 と して 検 出 可 能 。 この 直 流 成 分 を取 り除 き、 逆 変 換 を 行 うこ とで 純 粋 な 加 速 度 を取 り出 す こ とが 可 能 とな る。 図11はWiiリ モ コ ン か ら得 られ た 加 速 度 の 値 を フ ー リエ 変 換 した 値 を グ ラ フに した もの で あ り、 楕 円 で 囲 ん だ 部 分 が含 ま れ て い た 重 量加 速 度 で あ る[3]。縦 軸 が フー リエ 変 換 した 時 の ス ペ ク トル を 示 して お り、 横 軸 が 周 波 数 を 表 して い る。x,y,z軸全 て の グ ラ フ が 図11の よ うに 重 力加 速 度 が 検 出 され 、左 側 が突 出 した形 とな っ て お り、 全 て の 軸 の そ れ ぞ れ の 結 果 か ら取 り除 く。 認 識 率 は認 識 に使 用 した78文 字 に 対 し、 一 っ の 文字 に つ き 十 回 ずつ 認 識 を行 い 、 一 致 した 個数 の総 和 か ら全 体 の数 を 除 算 して算 出す る。78文 字 は数 字 、 アル フ ァ ベ ッ ト、一 部 の 記 号 で あ る。 辞 書 に登 録 され て い る標 準 文 字 は1文 字ず つ で あ り、 以 下 の 通 りで あ る。 ( 臥 N G 、 ∼ ÷ 、 × ] 、 、 一 [ 、 十 Z ≦ ∼ 、 A ≧ ム ㍗ < 9 > ∼ 、 0 ニ ま た 、方 式4と 方 式5で は 同 じ辞 書 を使 用 して お り、 辞 書 に 登録 され て い る代 表 点 の情 報 は 同 じで あ る。 4.2ラ ンク ラン ク とは認 識 候 補 と して選 ば れ た 文字 か ら どれ ぐ ら い 近 い の か を示 す もの で あ る。認 識 が失 敗 してい た場 合 、 どの程 度成 功 か ら離 れ て い た か を 知 る こ とが 可 能 で あ る。 図12の 楕 円 で 囲 ま れ た 部分 が ラ ンク で あ る。 楕 円 の右 に 表示 され て い る文 字及 び数 字 は 辞 書 に登 録 され て い る 各 文字 とそ の計 算結 果 で あ る。 この計 算結 果 は 距離 と呼 び 、各 認 識 方式 の計 算結 果 を乗 算 して い る。 距 離 が 小 さ い 文字 が ラ ンク の0に 近 くな り、 ラン クが0の 文字 が認 識 結果 と して 出 力 され た 文字 とな る。 今 回 の 実 験 で は ど れ だ け 正 し く認 識 され た か を集 計 す る だ け で は な く、 こ の ラン クの集 計 も行 っ た。
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458631441016486 58215314493617 S736732936816248 8340β4622249925 887553942997198]898295063624129
, ' ▼ 図12.ラ ン ク の 例5.実 験 結 果 結 果 は 次 の 通 り と な っ た 。 方 式4 一 致 の 総 数=659 認 識 率=約85.5% 方 式5 一 致 の 総 数:739 認 識 率=約94.7% 実 験 の 結 果 、 約9.2%の 認 識 率 の 上 昇 と な っ た 。 全 体 的 に ど の 文 字 も認 識 率 及 び ラ ン ク が 上 昇 し た 。 中 で も 大 幅 に 改 善 さ れ た 文 字 はo、1、j、k、o、Q、R、1と 似 た 形 が 存 在 す る 文 字 で あ る 。 0 0 ヒ 9 7 9 8 9 1 1 8 変 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ の 5 1 4 3 6 4 6 3 率 : -・ ⋮ -識 0 1 -k O Q R ー 認 座 標 や 方 向 コー ドで は似 た 形 を 判 別 す る こ とが 難 しい 。 例 え ば 、jはiと判 定 され て しま う場 合 が 多 か っ た。 加 速 度 を使 用 した認 識 方 式 を加 え る こ とに よっ て 文 字 自体 の 特 性 を活 か す こ とが 出 来 、 差 別化 が 出 来 た 。 対 して 、方 式4で 認 識 率 が低 か っ たq、[、]の3文 字 に 関 して 認 識 率 は 殆 ど変 わ らな か っ た 。 しか し、 ラ ン クは 全 体 的 に 上 昇 して い た 。 1 7
