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Verfahren und Anordnung zum maschinellen Abtasten und Erkennen von Zeichen, besonders von Schriftzeichen
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zeigt den Auftreff- (nicht Anfangspunkt der Abtastung) und Abspringpunkt des Abtaststrahles bei der zu lesenden Ziffer 3.
Die Linienzüge eines Schriftzeichens, die von zwei Verzweigungspunkten begrenzt werden, werden als Formelemente bezeichnet. Die Schriftzeichen lassen sich nun durch die Formelemente und die Ver- zweigungspunkte eindeutig charakterisieren ; als erstes Kennzeichen dient die jeweilige Ordnung des Ver- zweigungspunktes am Anfang eines Formelementes, u. zw. gibt es, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, vier
Möglichkeiten, so dass dieses Kennzeichen durch die Ziffern 1 - 4 digital dargestellt werden kann. Als zweites Kennzeichen kann die Startrichtung des betreffenden Formelementes dienen, indem man fest- stellt, in welchen Quadranten des Koordinatenkreuzes das Formelement hineinläuft, wenn man sich den
Null-Punkt des Koordinatenkreuzes in den betreffenden Verzweigungspunkt gelegt denkt.
Da das
Koordinatenkreuz vier Quadranten hat, kann man auch dieses Kennzeichen durch die Ziffer 1-4 digital darstellen.
Während für diese beiden Kennzeichen der Anfang des jeweiligen Formelementes verwendet wird, ist das dritte Kennzeichen durch die Art der Krümmung des betreffenden Formelementes festgelegt. Da das
Formelement nicht, positiv, negativ oder wechselnd gekrümmt sein kann, lässt sich dieses Kennzeichen ebenfalls durch die Ziffern 1-4 eindeutig bestimmen.
Man kann nun jeweils eines der drei Kriterien einer Stelle im dekadischen Zahlensystem zuordnen und jedes Formelement entsprechend diesen drei Kriterien durch eine dreistellige Zahl darstellen, wobei jede der Stellen mit einer der Ziffern 1 - 4 besetzt sein kann. Für die maschinelle Auswertung der Schrift- zeichen braucht man also nur die den einzelnen Ziffern der drei verschiedenen Kennzeichen zugeord- neten digitalisierten Ströme bzw. Spannungen zu ermitteln. Da jedes Kriterium nur vier Werte annehmen kann, kann man die digitalen Aussagen mit je zwei Bit darstellen. Jedes Schriftzeichen ist also durch mehrere dreistellige Zahlen, die den nacheinander abgetasteten Formelementen entsprechen, be- stimmt.
Fig. 5 zeigt die drei dreistellige Zahlen, die sich bei der Abtastung der Ziffer 5 bei einmaligem
Durchlauf ergeben. Als Anfangspunkt gilt dabei der Punkt A und als Absprungspunkt der Punkt E der
Ziffer. Die erste Ziffer von links der Zahlentripel bezeichnet die Ordnung des Verzweigungspunktes, die zweite Ziffer die Anfangsrichtung des betreffenden Formelementes und die dritte Ziffer die Krümmung, u. zw. ist die Ziffer der ersten Stelle durch die Ordnung des Verzweigungspunktes, die Ziffer der zweiten
Stelle durch den Quadranten, in den das Formelement hineinverläuft, bestimmt, während für die Ziffer der dritten Stelle gilt : 1 = nicht gekrümmt, 2 = positiv, 3 = negativ und 4 = wechselnd gekrümmt.
In manchen Fällen können die Zeichen auch durch die ersten beiden Kriterien, d. h. unter Ver- zicht auf das Krümmungskriterium bzw. durch das erste und dritte Kriterium bestimmt sein.
Fig. 6 zeigt die Ziffern 0... 9 mit nur zwei Kriterien je Formelement, nämlich der Ordnung der Verzweigungspunkte (l. Stelle) und der Krümmung der Formelemente (2. Stelle). Hiebei ist angenommen, dass die Abtastung grundsätzlich an einem Verzweigungspunkt 1. Ordnung mit maximaler positiver x-Koordinate beginnt. Ist kein Verzweigungspunkt 1. Ordnung vorhanden, so wird, wie bei der Ziffer "8", ein anderer Verzweigungspunkt genommen. Ist gar kein Verzweigungspunkt vorhanden, wie bei der Ziffer "0", so wird der Punkt des Zeichens mit maximaler positiver x-Koordinate als Anfangspunkt genommen. Man kann also, wie Fig. 6 zeigt, die zehn Ziffern durch die Ordnung der Verzweigungspunkte und die Krümmung eindeutig bestimmen.
Zur Unterscheidung der Ziffer "7" von der Ziffer "1" muss man entweder einen Querstrich anbringen oder an dem oberen Querstrich einen Abstrich vorsehen.
Zur Ermittlung der drei Kriterien dienen die im folgenden an Hand der Fig. 7-22 beschriebenen Schaltungen.
Zur Abtastung wird eine Kathodenstrahlröhre 1 verwendet, deren Abtaststrahl durch geeignete optische Mittel 2 auf das abzutastende Schriftstück 3 projiziert wird. Die vom Schriftstück zurückgestrahlte Helligkeit wird durch die Photozelle 4 empfangen und durch eine nachgeordnete Schaltung ausgewertet. An den Ablenkplattenpaaren 4 und 5 der Kathodenstrahlröhre liegen zwei einander überlagerte Spannungen, nämlich die Abtastspannung und die Rotationsspannung. Die Abtastspannung ist eine langsam veränderliche Spannung, die in einem zeitlichen Rhythmus stufenweise um bestimmte kleine Beträge geändert wird, wie weiter unten beschrieben wird.
Für die beiden Ablenksysteme in der x-und y-Richtung ist je ein Kondensatorspeicher 45/1 und 45/2 vorgesehen, in dem der zuletzt geltende Wert der Abtastspannung gespeichert wird.
In beiden Ablenkrichtungen sind den Abtastspannungen die Rotationsspannung, d. h. Wechselspannungen gleicher Amplitude, aber mit einer Phasendifferenz von 900, überlagert, die bewirken, dass der Abtastpunkt einen kleinen Kreis beschreibt, dessen Radius von der Amplitude der überlagerten Rotationsspannung
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abhängig und dessen Mittelpunkt durch die beiden Werte der Abtastspannungen gegeben ist. Die Überlagerung wird durch kapazitive Glieder 80 bewirkt. Die Amplituden der Rotationsspannung sind so eingestellt, dass der Abtastpunkt zwischen zwei Zeichen einen Kreis beschreibt, dessen Durchmesser kleiner ist als die Mindeststrichdicke der abzutastenden Zeichen.
Wenn der Abtaststrahl auf ein Zeichen trifft, indem er schrittweise vorwärtsbewegt wird, wobei jeder Schritt der Grösse des Abtastradius entspricht, wird der Abtastkreis automatisch aufgeweitet, d. h. der Radius vergrössert. Fig. 8 zeigt den Abtaststrahl beim Auftreffen auf ein Zeichen und den aufgeweiteten Abtaststrahlkreis bei zwei Schritten. Da die Grösse des Radius nur von den Amplituden der Rotationsspannung abhängt, braucht man daher nur deren Amplituden entsprechend zu regeln, was man durch Regelung des Verstärkungsfaktors der dem Sinus- und CosinusGenerator 6 bzw. 7 nachgeschalteten Verstärker 8 und 9 erzielen kann. Zur Auslösung der Amplitudenregelung dient der erste Impuls beim Auftreffen des Abtaststrahles auf ein Zeichen.
Wenn sich der Abtaststrahl zwischen zwei Zeichen befindet, ist die von der Photozelle 4 empfangene Helligkeit und damit der Ausgangsstrom konstant. Gelangt jedoch der Abtaststrahl auf ein Zeichen, dann entstehen wegen dessen Kreisbewegung abwechselnd Hell- und Dunkelimpulse am Photozellenausgang.
Diese Schwankungen werden in dem auf die Photozelle 4 folgenden Begrenzer 10 in eine rechteckige Spannung umgewandelt und dann in dem Gleichrichter 7 der Gleichstrominhalt des so entstandenen rechteckigen Wechselstromes festgestellt. Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, hängt der Gleichstromanteil dieses Wechselstromes davon ab, wie gross die Hell-und Dunkelzeitensind, d. h. also von dem Verhältnis Radius des Abtastkreises zur Strichbreite des abgetasteten Zeichens.
Fig. 9 zeigt zwei Ausschnitte aus einem Zeichen 14, bei denen der Abtastkreis 15 einen verschiedenen Radius besitzt. Damit ist auch das Verhältnis von Hell- zu Dunkelzeit verschieden. Der in dem Gleichstromsieb 11 ermittelte Gleichstromanteil wird zur Amplitudensteuerung der Rotationsspannung verwendet, u. zw. wird die Amplitude in der Weise geregelt, dass der Gleichstromanteil gegen Null geht. Ist der Rechteck-Wechselstrom symmetrisch geworden, also der Gleichstromanteil Null, so schaltet der Nullindikator 12, der ebenfalls in der Ausgangsleitung der Photozelle liegt, die Amplitudenregelung durch Öffnen des Schalters 13 ab, so dass die Amplitude der Rotationsspannung, d. h. der Radius des Abtastkreises, nun konstant bleibt.
Die zur Amplitudenregelung erforderlichen Mittel (Begrenzer 10, Gleichstromsieb 11 und Nullindikator 12) sind in der Technik bekannte Mittel und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden.
Wenn die Amplitudenregelung abgeschlossen ist, wird der Abtaststrahl um einen Schitt, welcher der Grösse des Radius des Abtastkreises entspricht, in y-Richtung weiterbewegt. Damit gelangt der Mittelpunkt des Abtastkreises etwa in die Mitte des Zeichenteiles, der geradlinig oder gekrümmt sein kann. Der Abtaststrahl wird bei der folgenden Abtastung jeweils schrittweise auf dem Zeichen entlanggeführt, wobei ein Schritt jeweils gleich dem Radius des Abtastkreises ist.
Bei der Einstellung des Abtastkreises ist es nicht unbedingt erforderlich, dass wie im Beispiel im Endzustand der Hellwert und der Dunkelwert des entstehenden rechteckigen Wechselstromes sich wie l : l verhalten, sondern man kann jedes beliebige Verhältnis festlegen. Vor der weiteren Erläuterung des neuen Verfahrens ist es zweckmässig, zunächst die Ermittlung der einzelnen Kriterien zu beschreiben.
I. Feststellen der Kriterien eines Formelementes Wie oben bereits gesagt, ist ein Formelement bestimmt durch die Ordnung des Verzweigungspunktes und die Richtung am Anfang des Formelementes sowie die Krümmung. Diese drei Kriterien müssen also nun erfasst werden.
1. Ermittlung der Ordnung eines Verzweigungspunktes Bevor man den gerade betrachteten Zeichenteil auf einen Verzweigungspunkt untersucht, muss man bei jedem Abtastschritt feststellen, ob man sich auf einem unverzweigten Zeichenteil befindet. Dabei muss man noch zur Unterscheidung zwischen einem Verzweigungspunkt zweiter Ordnung (Knick) und einem nicht verzweigten Punkt eine Grenze festlegen, da der Übergang zwischen diesen beiden Arten von Abtastpunkten fliessend ist.
Zur Feststellung eines unverzweigten Punktes kann man die Symmetrie bzw. Nichtsymmetrie der beiden Dunkelimpulse während eines Kreisumlaufs des Abtaststrahls heranziehen. Bei einem unverzweigten Punkt auf einem geraden Formelement liegen die beiden Dunkelimpulse völlig symmetrisch, und bei einem gekrümmten Formelement annähernd symmetrisch, während bei einem Verzweigungspunkt zweiter Ordnung die beiden Dunkelimpulse unsymmetrisch liegen.
Fig. 10 zeigt schematisch die entstehenden Dunkelimpulse 16 und 17 bei einem normalen Punkt und bei einem Verzweigungspunkt zweiter Ordnung. Die beiden Dunkelimpulse selbst, die den Strichen des abgetasteten Zeichens entsprechen, besitzen im allgemeinen gleiche Länge. Die Unsymmetrie liegt also
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in denHllimpulsen. An den Ausgang derPhotozelle4ist daher eine geeignete Schaltung 18 angeschlossen, die den ersten Hellimpuls in einen positiven (19), den zweitenHellimpuls in einen negativen (20), und den dritten wieder in einen positiven (21) elektrischen Impuls umwandelt.
An die Schaltung 18 ist ein Begrenzer 22 und ein Gleichrichter 23 angeschlossen, so dass man die Unsymmetrie durch den Gleichstromanteil des auf i diese Weise entstandenen Rechteck-Wechselstromes am Ausgang 24darstellen und messenkann. Es ist zweck- mässig, statt nur eines Umlaufs des Abtastkreises eine grössere Anzahl von Umläufen zur Auswertung heranzu- ziehen. Stellt man am Ausgang 24fest, dass es sich nicht um einen unverzweigten Punkt handelt, so beginnt ein neues Formelement, und man muss nun die Ordnung des Verzweigungspunktes feststellen. Diese Fest- stellung ist jedoch relativ einfach. Wie aus der Fig. 11 zu ersehen ist, ist es hiezu nur notwendig, die I Anzahl der Dunkelimpulse am Photozellenausgang während eines Kreisumlaufs des Abtaststrahls zu zählen.
Um Schwierigkeiten der zeitlichen Begrenzung für die Zählung zu entgehen, ist es auch hier zweckmässig, die Anzahl der Dunkelimpulse während einer grösseren Zahl von Umläufen zu erfassen. In Fig. 11 sind die entstehenden Dunkelimpulse 25 schematisch dargestellt. Bei einem Verzweigungspunkt erster Ordnung (oberste Reihe), d. h. dem Ende eines Linienzuges, entsteht nur ein einziger Dunkelimpuls, während bei einem Verzweigungspunkt zweiter Ordnung (zweite Reihe) zwei Dunkelimpulse auftreten usw. (vgl. Fig. 2).
An dem Photozellenausgang befindet sich daher eine Zählschaltung 26, die ihr Zählergebnisse ausliefert, wenn gleichzeitig mit der Schaltung 23 die beschriebene Unsymmetrie festgestellt wurde.
2. Ermittlung der neuen Schrittrichtung
Wenn ein Verzweigungspunkt erreicht ist, d. h. ein neues Formelement beginnt, muss zunächst die
Richtung des nächsten Schrittes des Abtaststrahls bestimmt werden. Da jedoch grundsätzlich die Schritt- richtung bei jedem Schritt des Abtaststrahls bestimmt werden muss, damit der Abtaststrahl auch auf dem
Zeichen entlanggeführt wird, und diese Richtungsbestimmung auch bei einem Verzweigungspunkt ange- wandt werden kann, soll zuerst der allgemeine Fall der Richtungsbestimmung erläutert werden.
Fig. 12 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung, mit deren Hilfe die neue Schrittrichtung be- stimmt werden kann. Die Schaltung enthält. den bereits in Fig. 7 dargestellten Sinus- und Cosinus-Gene- rator 6 und 7 sowie die beiden nachgeschalteten Verstärker 8 bzw. 9.
Damit der Abtaststrahl nach der oben gegebenen Regel auf dem Zeichen entlanggeführt wird, muss der neue Schritt des Abtaststrahls in einer Richtung erfolgen, die der Herkunftsrichtung des Abtaststrahls beim vorhergehenden Schritt in mathematisch positivem Sinn möglichst benachbart ist.
Zu diesem Zwecke wird jeweils die alte Richtung in den Kurzzeitspeichern 27 und 28 gespeichert, u. zw. enthalten sie den Sinus- und Cosinus-Wert, die der Richtung des letzten Schrittes entsprechen, wie sie von den beiden Generatoren 6 und 7 abgegeben werden. Die Schrittrichtung des Abtaststrahls ist nämlich, da er bei jedem Schritt eine Kreisbahn durchläuft, durch den Sinus- und Cosinus-Wert der überlagerten Rotationsspannung im Augenblick des Überlaufens über den Zeichenteil definiert.
Fig. 13 soll das veranschaulichen. Der Zeichenteil 14 ist der Einfachheit halber geradlinig ange- nommen.
Bei dem dem Umlauf 15 vorhergehenden Umlauf entstanden zwei Dunkelimpulse, von denen einer auf Grund weiter unten beschriebener Vorgänge, u. zw. der der Richtung "nach oben" entsprechende, als für die Schrittrichtung massgebende ausgewählt wurde. Die zu dieser Richtung gehörenden Sinus- und
Cosinus-Werte werden ebenfalls nach weiter unten beschriebenen Vorgängen in den Kurzzeitspeichern 27 und 28 eingespeichert und mit der richtigen Amplitude versehen in den Zwischenspeichern 43 und 44 ge- speichert, und haben somit die Wanderung des Abtastpunktes zum Kreis 15 verursacht. Nun ist die Aufgabe zu lösen, Richtung und Grösse des nächsten Schrittes zu ermitteln, um den Abtastkreis auf die neue Bahn
151 zu bringen.
Nachdem der Abtastkreis 15 durch das oben beschriebene Verfahren den richtigen Durchmesser er- reicht hat, entstehen, wie in Fig. 10 oben dargestellt, Dunkelimpulse 16, die hier symmetrisch liegen, weil der Linienteil 14 gerade ist. Diese Dunkelimpulse werden dem Differenzierglied 35 zugeführt, wo- durch ihrer vorderen Kante entsprechende Nadelimpulse 76 entstehen. Diese Nadelimpulse werden einer
Torschaltung 34 zugeführt.
Die Torschaltung 34 wird von Impulsen gesteuert, die auf folgende Weise entstehen. In den Kurz- zeitspeichem 27 und 28 wurden, wie oben gesagt, die Sinus- und Cosinus-Werte gespeichert, die der Richtung des Schrittes entsprechen, der den Abtastpunkt auf den Kreis 15 gebracht hat. Diese Werte werden ihrer Amplitude nach mit den ständig oszillierenden Werten der Generatoren 6 und 7 in Amplitudenkoinzidenzeinrichtungen 30,31 verglichen und erzeugen bei Gleichheit der Amplituden kurze Impulse 70,71, 72,73, wie es in Fig. 15 dargestellt ist.
Es sei angenommen, dass die der alten Richtung entsprechenden Sinus-bzw. Cosinus-Werte den Betrag
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a bzw. b aufweisen. Damit tritt beim Vergleich dieser gespeicherten Werte mit den von den beiden Generatoren 6 und 7 erzeugten Spannungswerten für den Sinus-Wert zu den Zeiten t, und t2 und für den CosinusWert zu den Zeiten tl und t3 Koinzidenz auf. Diese Koinzidenz wird in der Koinzidenzschaltung 30
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Um die Doppeldeutigkeit zu vermeiden, werden die Impulse 70 - 73 einer Koinzidenzschaltung 32 zugeführt, die nur dann einen Impuls 74 abgibt, wenn einer der Impulse 70 oder 71 mit einem der Im- pulse 72 oder 73 zeitlich zusammenfällt. Dieser Impuls 74 tritt also immer dann auf, wenn der Abtast- strahl sich an der Stelle des Umlaufkreises befindet, deren Verbindung mit dem Mittelpunkt des Umlauf- kreises 15 diejenige Richtung ist, die der Schritt hatte, der den Abtastpunkt auf den Umlaufkreis 15 ge- führt hat.
In einem Phasenschieber 33 wird dieser Impuls um 1800 geschoben, kennzeichnet alsonunmehrdie
Herkunftsrichtung des Abtaststrahls. Dieser Impuls 75 wird zur Öffnung des Tores 34 verwendet, wie es auch in Fig. 15 dargestellt ist. Das Tor hält sich nach dem Öffnen selbst.
Tritt nun der Nadelimpuls 76 durch das Tor 34 hindurch, so wird das Tor hiedurch wieder geschlossen.
Damit ist sichergestellt, dass nur ein solcher Nadelimpuls das Tor durchläuft. Fig. 14 soll deutlich ma- chen, welcher Nadelimpuls 76 zum Durchtritt durch das Tor 34 gelangt, für den Fall, dass mehrere von der Photozelle 4 über die Differenzierschaltung 35 erzeugt werden. Zu diesem Zweck sind die Vorgänge aus Fig. 14 noch einmal in Polarkoordinaten eingetragen worden. Als Zeichenteil ist eine Verzweigung
3. Ordnung 80 angenommen worden. Der eingezeichnete Pfeil 81 kennzeichnet den letzten Schritt des
Mittelpunktes des Abtastkreises. Der Abtaster bewegt sich zur Zeit auf dem Abtastkreis 15 in Richtung des Pfeiles 82. Der Impuls 75 öffnet das Tor 34, so dass es von Punkt a des Abtastkreises 15 an geöffnet ist.
Die vorderenkanten derlinien, aus denen die Verzweigung 80 besteht, erzeugen über dasDifferenzier- glied 35 Nadelimpulse 76 an den Stellen bl'b2 und b3 des Abtastkreises. Nur dem ersten Nadelimpuls nach Durchlaufen der Herkunftsrichtung, also dem an der Stelle ("zur Zeit") b2 erzeugten, gelingt es, das Tor zu durchlaufen. Dieser Nadelimpuls 76 entspricht der früher festgelegten Vorschrift, dass die Abtastung mit demjenigen Formelement fortgesetzt wird, welches dem Weg, auf dem man in den Verzweigungspunkt hineingekommen ist, in mathematisch positivem Drehsinn am nächsten liegt.
Der durch das Tor 34 durchgetretene Nadelimpuls wird in einem Phasenschieber 36 um einen bestimmten Winkel verschoben. Diese Verschiebung hat den Zweck, aus einem Impuls 76, der durch die Kante des Zeichenteiles entstanden ist, einen Impuls 77 zu machen, der dann auftritt, wenn der Abtastpunkt über die Strichmitte eines Zeichenteiles läuft. Der hiezu benötigte Verschiebungswinkel ist 90, 45, 30 oder 22, 50 wenn der Zeichenteil eine Verzweigung nullter, erster, zweiter oder dritter Ordnung ist.
Das Ergebnis der Auswertung der Zählschaltung 26 wird daher verwendet, um den Phasenschieber 36 einzustellen.
Der aus dem Phasenschieber 36 austretende Impuls 77 wird zunächst den Toren 37 und 38 zugeführt, an denen die Spannungen der Generatoren 6 und 7 liegen. Sie öffnen diese Tore kurzzeitig und lassen eine"Augenblicksamplitude"der Generatoren in die Zwischenspeicher 41 und 42 eintreten, wodurch in diesen Speichern die neue Richtung des Zeichenteiles gespeichert ist.
Ähnlich öffnen die Tore 39 und 40 und erlauben zwei Augenblicksspannungswerten den Zutritt zu den Zwischenspeichern 43 und 44. Die Spannungswerte entstehen in den Verstärkern 8 und 9 aus den Spannungwerten der Generatoren 6 und 7. Ausgangswerte der Verstärker 8 und 9 definieren, wie aus Fig. 7 hervorgeht, den Abtastkreis 15. Die durch die Tore herausgeschnittenen Augenblickswerte entsprechen dem Vektor 83 von der Mitte des Abtastkreises zu dem Punkt der Peripherie, der in der zukünftigen Fortschreitrichtung auf der Mitte des Zeichenteiles 80 liegt, also dem nächsten Schritt.
Mit diesen Einspeicherungen ist der nächste Schritt vorbereitet. Wenn noch bei Beginn der Abtastung eines Formelementes die digitalen Werte für Ordnung der Verzweigung (nach Fig. 11) und Abgangsrichtung (nach Fig. 16,17) eingespeichert und bei einer beliebigen Lage des Abtastkreises die Einspeicherung des Krümmungsmerkmales nach Fig. 18 vorgenommen wurde, so kann der nächste Schritt getan werden. Hiezu werden durch nicht dargestellte Mittel die Speicher 27,28 gelöscht, die Werte von 41 und 42 in 27 und 28 übertragen und die Werte der Speicher 43 und 44 in die Abtastspeicher 45/1 und 45/2 übertragen, d. h. zu den dort schon vorhandenen Spannungen addiert. Hiedurch bewegt sich der Abtastpunkt auf den Kreis 151 um den verschobenen Mittelpunkt.
Wird der Radius des Abtastkreises nicht, wie im Beispiel angenommen, auf ein Hell-Dunkel-Verhältnis von l : l, sondern auf ein anderes Hell-Dunkel-Verhältnis eingestellt, so ändern sich auch die angegebenen Winkelwerte entsprechend.
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3. Feststellung der Richtung eines Formelementes
Die Feststellung der Anfangsrichtung eines Formelementes ist relativ einfach mit der in Fig. 16 dar- gestellten Schaltung zu erreichen Jedem Quadranten des Koordinatensystems ist ein Tor 46 und ein nach- geschalteter Speicher 47 zugeordnet. Der von dem Phasenschieber 36 kommende Ausgangsimpuls wird i den vier Toren 46 zugeführt. Der zweite Eingang der Tore 46 ist jeweils über den Phasenschieber 48 mit dem Sinus-Generator 6 verbunden, u. zw. sind die Torschaltungen so ausgelegt, dass jeweils eines dieser
Tore öffnet, wenn einer der vier Quadranten durchlaufen wird. Auf diese Weise kann der Ausgangsimpuls des Phasenschiebers 36 nur durch eines der vier Tore 46 hindurchtreten und in dem zugeordneten Speicher abgespeichert werden.
Es ist zweckmässig, diese Speicherung mehrfach zu wiederholen und durch eine geeignete Vergleichseinrichtung festzustellen, ob das Ergebnis bei der Wiederholung gleich bleibt. Eine Änderung des Ergebnisses kann nämlich auftreten, wenn der Ausgangsimpuls des Phasenschiebers 36 gerade in die Zeit der Umschaltungvon einem zum andern Torfällt, d. h. an der Grenze zwischen zwei Quadranten.
Um dann Fehlanzeigen zu vermeiden, ist der Phasenschieber 48 vorgesehen, mittels dem die Ausgangs- spannung des Sinus-Generators 6 um eine feste Hilfsphase verschoben werden kann.
Fig. 17 zeigt an einem graphischen Schaubild die Wirkungsweise der Tore 46. Der Sinus-Generator 6 erzeugt bei einem Kreisumlauf des Abtastpunktes die in der obersten Zeile dargestellte Sinusspannung.
Jedes der vier Tore 46 öffnet für 900, d. h. für den Durchlauf eines Quadranten.
4. Feststellung der Krümmung eines Formelementes Zur Bestimmung der Krümmung eines Linienzuges sind ebenfalls schon Schaltungen bekanntgeworden.
Eine zweckmässige Schaltung ist in Fig. 18 schematisch dargestellt. Von dem Sinus-Generator 6 werden zwei Sägezahn-Generatoren 49 und 60 gesteuert, u. zw. in der Weise, dass sie während eines Kreisum- laufs des Abtastpunktes jeweils einen Sägezahn erzeugen. Die beiden Sägezähne der Generatoren 49 und
50 sind um 1800 in der Phase verschoben. Die Spannung der Sägezahn-Generatoren ist also ein direktes
Mass für den Winkel, den der Abtastpunkt auf seinem Umlaufkreis beschreibt. Normalerweise ist der
Schalter 57 so geschaltet, dass der Generator 50 ausgeschaltet ist. Der Ausgangsimpuls des Phasenschiebers
36 wird dem Tor 51 zugeführt und bewirkt damit, dass zu dem Zeitpunkt, wo der Abtastpunkt die neue
Richtung besitzt, die Augenblicksspannung der Sägezahn-Generatoren in den Speicher 52 eingespeichert wird.
Zwischen dem Eintreffen zweier Impulse von 36 steuert der durch den Phasenschieber 79 um etwa
1800 verschobene Impuls den Vergleicher 54 an, der den soeben im Speicher 52 gespeicherten Wert mit dem im Speicher 53 gespeicherten vergleicht. Das Ergebnis des Vergleiches ist ein positiver oder negativer
Spannungsimpuls oder bei sehr geringem Unterschied ein vom Vergleicher 54 unterdrückte Wert, der als
Impuls in einem der beiden Zähler 53 oder 56 (oder in keinem) gespeichert wird. Durch das Tor 80 be- wirkt der aus dem Phasenschieber 79 kommende Impuls mit etwas Verzögerung die Umspeicherung des
Inhaltes. von Speicher 52 in Speicher 53, wobei letzterer vorher gelöscht wurde.
Mit dem Vergleicher 54 können drei verschiedene Ergebnisse festgestellt werden. Wenn der in dem
Speicher 52 gespeicherte Wert mit dem Momentanwert der Sägezahn-Generatoren übereinstimmt, ent- steht kein Ausgangssignal an dem Vergleicher 54. Wenn dagegen die in dem Speicher 52 gespeicherte
Spannung kleiner oder grösser ist als die Spannung des neuen Schrittes, gelangt ein Ausgangssignal ent- weder zu dem Ausgangsspeicher 55 oder dem Ausgangsspeicher 56. Da die Spannungswerte ein Mass für den durchlaufenden Winkel sind, sagt also der Speicher 55 aus, dass die Krümmung positiv und der
Speicher 56, dass die Krümmung negativ ist. Werden im Laufe der Abtastung beide Speicher 55 und 56 belegt, so heisst das, dass die Krümmung wechselnd ist. Ergibt sich dagegen in keinem dieser beiden
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Der Sägezahn-Generator 50, dessen Sägezahnspannung um 180 gegenüber der des Sägezahn-Generators 49 verschoben ist, wird dann über den Schalter 57 angeschaltet, wenn sich die Winkelwerte in der Nähe der Zeilenflanke der Sägezahnspannung des Generators 49 befinden, um hiedurch Mehrdeutigkeiten zu vermeiden. Im übrigen arbeitet er genau wie der Sägezahn-Generator 49.
Fig. 19 zeigt an einem graphischen Bild die Wirkungsweise der beiden Sägezahn-Generatoren 49 und 50. Während einer vollen Sinus-Schwingung des Generators 6 erzeugen beide Sägezahn-Generatoren jeweils einen Sägezahn, die jedoch gegeneinander um 1800 verschoben sind.
II. Abtastung und Auswertung
Nach der Erläuterung der einzelnen Schaltungen, die für die Abtastungen erforderlich sind, soll nunmehr die Abtastung und Auswertung insgesamt beschrieben werden.
Wenn der Abtaststrahl ein neues Zeichen erreicht hat und der Abtastkreis in der oben beschriebenen Weise eingestellt ist, muss zunächst der definierte Anfangspunkt der Abtastung ermittelt werden, um so
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erst die Zeichenerkennung durchführen zu können. Es sei angenommen, dass als Anfangspunkt derjenige
Punkt eines Schriftzeichens gilt, der die grösste positive x-Koordinate besitzt und dass als Endpunkt (Ab- sprungspunkt) der Punkt mit der grössten negativen x-Koordinate festgelegt ist. Man muss also zunächst den Abtaststrahl in der beschriebenen Weise ein-oder mehrmals über das Zeichen führen und dabei die j grössten x-Werte beider Vorzeichen ermitteln. Für diese Feststellung genügen je ein Maximum- und
Minimumspeicher, die mit dem Abtastspeicher für die x-Koordinate verbunden sind.
Fig. 20 zeigt schematisch eine hiefür geeignete Schaltung. Während der Abtastung des Zeichens wird jeweils der sich ändernde Wechselstromanteil des Abtastspeichers für die x-Koordinate 45/1 in dem Sieb
58 ausgefiltert. Das Filter 58 ist mit dem Maximum-Speicher 59 und dem Minimum-Speicher 60 über entsprechend gepolte Gleichrichter 61 bzw. 62 verbunden, in denen sich die beiden Extremwert der x-Koordinate einstellen.
Wenn die Extremwerte ermittelt sind, wird der Abtaststrahl auf dem Zeichen entlanggeführt, bis die
Abtastspannung in x-Richtung mit dem gespeicherten Wert übereinstimmt. Hiezu dient der Vergleicher
63, dessen Ausgangssignal bei Gleichheit der beiden Eingangsspannungen als Startsignal für die Zeichen- erkennung dient, d. h. dass die Speicherung der von diesem Zeitpunkt an ermittelten Formelement- kriterien beginnt.
Als Anfangspunkt der Abtastung kann auch der Verzweigungspunkt erster Ordnung mit der grössten positiven x-Koordinate verwendet werden. Dann muss zunächst festgestellt werden, ob es überhaupt Ver- zweigungspunkte gibt. Sind keine Verzweigungspunkte vorhanden, dann gilt als Anfangspunkt wieder der
Zeichenpunkt mit der grössten positiven x-Koordinate. Enthält das Zeichen nur einen Verzweigungspunkt, dann wird dieser als Anfangspunkt genommen. Wenn mehrere Verzweigungspunkte erster Ordnung vor- handen sind, so wird der Verzweigungspunkt mit der grössten positiven x-Koordinate ermittelt. Sind keine
Verzweigungspunkte erster Ordnung vorhanden, so kann man auf die Verzweigungspunkte zweiter, dritter oder vierter Ordnung übergehen.
Die bei komplizierten Schriftzeichen oder bei mehrfacher Umfahrung einfacher Schriftzeichen auf- tretende Redundanz durch wiederholtes Durchfahren der gleichen Formelemente kann durch einfache logische Schaltungen vermindert werden. Da alle einwertigen Verzweigungspunkte Umkehrpunkte sind, kann man die Kriterien der Formelemente nach einem Verzweigungspunkt erster Ordnung so lange unter- drücken, bis der Abtaststrahl auf einen mindestens dreiwertigen Verzweigungspunkt stösst. Auf diese Weise wird die Wiederholung von Formelementen bei der Auswertung vermieden (vgl. hiezu die Auswertung der Ziffer "4" an Hand Fig. 6).
Da das Koordinatenkreuz schräg liegend angenommen ist. (vgl. Fig. l), ergibt sich immer eindeutig ein Zeichenpunkt mit grösster positiver bzw. negativer x-Koordinate.
NachFeststellungdesStartpunktes beginnt die Abtastung des Zeichens unter gleichzeitiger Registrierung der Formelemente bzw. deren Kriterien. Hiezu dient die schematisch in Fig. 21 dargestellte Anordnung.
Zur Registrierung der Ordnung eines Verzweigungspunktes braucht man nur das oben beschriebene
Zählergebnis nach Fig. 11 festzuhalten und in eine digitale Form umzuwandeln, was mit bekannten An- ordnungen durchführbar und nicht besonders dargestellt ist. Das Ergebnis wird digital im Speicher 64 ein- gespeichert.
Die Anfangsrichtung der Formelemente lässt sich bereits in digitaler Form aus dem betreffenden
Speicher 47 entnehmen, während die Krümmung des Formelementes ebenfalls durch den Zustand der beiden Speicher 55 und 56 schon digitalisiert ist. Bei jedem Formelement werden also die Speicher 64, in welchem die Ordnung des betreffenden Verzweigungspunktes digitalisiert gespeichert ist, sowie die
Speicher 47,55 und 56 abgefragt und deren Ergebnisse über die Schalter 67 in-den Speicher 65 einge- speichert. Damit stehen die Speicher 47,55, 56 und 64 für die Ermittlung des nächsten Formelementes zur Verfügung.
Wenn alle Formelemente ermittelt und die entsprechenden Kriterien in dem Speicher 65 eingestellt sind, werden die Ausgänge dieses Speichers über dem Schalter 68 mit der Zuordnerschaltung 66 verbunden, an dessen Ausgängen das erkannte Zeichen angezeigt wird, indem eine der Ausgangsleitungen markiert ist.
Zur Reduzierung der Digitalausdrücke für die Formelemente kann man beispielsweise vor dem Vergleich entweder die Gesamtzahl der Formelemente oder die Anzahl der Verzweigungspunkte bestimmter Ordnung feststellen und diese Aussagen zur Bestimmung des abgetasteten Zeichens heranziehen. Ferner ist es möglich, auch nur bestimmte Formelemente für die Auswertung zuzulassen und die andern zu vernachlässigen. Liegen von einem Schriftzeichen verschiedene Ausführungsformen vor, wie es häufig bei Ziffern vorkommt (vgl. Fig. 22), so muss jede dieser Ausführungsformen in der Zuordnerschaltung 66 er-
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fasst sein.
Zweckmässigerweise wird diese Schaltung"lernfähig"ausgebildet, d. h. auf Grund des im praktischen Gebrauch anfallenden, nicht entzifferbaren Schriftzeichenmaterials die Zuordnerschaltung 66 immer wieder durch neue Schriftzeichendarstellungen in digitaler Form ergänzt.
Nachdem das Zeichen erkannt ist, wird der Abtastpunkt zu dem sogenannten Absprungpunkt geführt i und gelangt von dort zu dem nächsten zu erkennenden Zeichen.
Die Steuerung aller beschriebenen Vorgänge erfolgt mittels einer nicht dargestellten zentralen Steuer- einrichtung, die mit bekannten Mitteln aufgebaut sein kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum maschinellen Abtasten von Zeichen, besonders Schriftzeichen, bei dem die Ab- tastung längs der Linienzüge der Zeichen erfolgt, und zum Auswerten der Abtastergebnisse zur Identi- fizierung des abgetasteten Zeichens, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastorgan von einem auf dem
Zeichen festgelegten Ausgangspunkt aus auf der Kontur des Zeichens geführt wird, u. zw. derart, dass bei
Erreichen eines Linienzugendes,-knickes,-abzweigung oder-kreuzes (Verzweigungspunkt 1., 2., 3. bzw. 4.
Ordnung) das Abtastorgan nach einer vorher festgelegten wählbaren Reihenfolge das nächste Form- element (Formelement = Linienzug zwischen zwei Verzweigungspunkten) abtastet, bis das ganze Zeichen erfasst ist, und dass bei der Abtastung jeweils die Ordnung des Verzweigungspunktes, die Richtung am An- fang jedes Formelementes sowie die Krümmung der Formelemente kennzeichnende Ströme oder Spannungen erzeugt werden und mindestens zwei dieser Kriterien zur Identifizierung des abgetasteten Zeichens heran- gezogen werden.