DE1065198B - Verfahren und Anordnung zur automatischen Erkennung von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen (Ziffern, Buchstaben u. dgl.) - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur automatischen Erkennung von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen (Ziffern, Buchstaben u. dgl.)Info
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Erkennung von Zeichen (Ziffern, Buchstaben
u. dgl.).
Zur Automatisierung von Rechen- oder dergleichen Vorgängen ist es oft erwünscht, visuell lesbare Zeichen
auch direkt maschinell zu lesen, um danach entsprechende Einrichtungen in den datenverarbeitenden
Anlagen steuern zu können. Dieser Wunsch hat zu einer Vielzahl von Vorschlägen zum maschinellen
Lesen von Buchstaben und Ziffern geführt.
Bei einigen bekannten Verfahren werden die Zeichen längs bestimmter horizontaler und/oder vertikaler
Linien fotoelektrisch abgetastet und die Schwarzweißübergänge festgestellt. Bei geeigneter Wahl der
Abtastlinien ergeben sich so Kriterien für die einzelnen Zeichen, die eine bestimmte Codierung der betreffenden
Zeichen darstellen. Diese Codierung ist jedoch vollkommen willkürlich und dadurch im allgemeinen
auch unübersichtlich. An Stelle der optischen Abtastung ist auch vorgeschlagen worden, die Zeichen
mit elektrisch leitender oder magnetischer Tinte od. dgl. abzudrucken und die Abtastung längs bestimmter
Linien mit entsprechenden Fühlorganen vorzunehmen.
Eine andere Art der bekannten Abtastverfahren besteht darin, den Schwarzgehalt innerhalb des Typenfeldes
festzustellen. Dies gibt jedoch unter Umständen nur sehr schwer zu unterscheidende Kriterien für
die einzelnen Zeichen. Eine dritte Verfahrensart zur Erkennung von Zeichen arbeitet mit Vergleichszeichen,
was jedoch im allgemeinen sehr umfangreiche Mittel erfordert.
Schließlich geht ein anderer Vorschlag dahin, die Linienzüge der Zeichen als Unterscheidungskriterien
heranzuziehen. Bei derartigen Verfahren ist jedoch eine fehlerhafte Unterbrechung in dem Linienzug der
Zeichen sehr störend. Um Fehlauswertungen zu vermeiden, sind daher meist sehr komplizierte Verfahren
notwendig, um festzustellen, daß die Unterbrechung der Linien nicht durch das Zeichen selbst bedingt ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur automatischen Erkennung von Zeichen, insbesondere
Schriftzeichen. Erfindungsgemäß werden die zu erkennenden Zeichen auf einer mit lichtempfindlichen
Widerständen (Prüfsonden) belegten Isolierstoffplatte abgebildet und die jeweiligen Leit- bzw. Widerstandswerte
der Prüfsonden, deren geometrische Form und Anordnung in dem Abbildungsfeld den Zeichen in geeigneter
Weise für eine eindeutige Erkennung angepaßt sind, einer entsprechenden Auswerteschaltung zugeleitet,
in der die Zuordnung zu den Zeichen erfolgt.
Bei dem neuen Verfahren wird die Tatsache ausgenutzt, daß manche Materialien, vor allem Halbleiter
(Selen, Kupferoxydul, Bleisulfid u. a.) ihren elek-Verfahren
und Anordnung
zur automatischen Erkennung von Zeichen,
insbesondere Schriftzeichen
(Ziffern, Buchstaben u. dgl.)
Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz
Standard Elektrik Lorenz
Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Dr.-Ing. Karl Steinbuch, Fellbach (Württ),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
irischen Leitwert bei Beleuchtung vergrößern, und zwar anfänglich linear und dann quadratisch. Diese
Eigenschaft wird technisch in den sogenannten Fotowiderständen ausgenutzt. Die Platte enthält also
einige derartige Fotowiderstände, die als Prüfsonden dienen können, wenn sie entsprechend geometrisch geformt
und auf der Platte angeordnet sind. Die Form der Prüfsonden sowie deren Anzahl und Anordnung
hängt davon ab, wie verschiedenartig die zu erkennenden Zeichen sind und welche Änderungen der
Zeichen in Betracht gezogen werden müssen.
So muß man z. B. bei Schriftzeichen mit Größenänderungen (Typenänderungen) rechnen, bei handgeschriebenen
Zeichen außerdem noch mit eventuellen Verdrehungen und Verschiebungen.
Es ist zweckmäßig, die erhaltenen Analogwerte vor der Auswertung in digitale Werte, insbesondere in
Ja-Nein-Aussagen umzuwandeln. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß die Analogwerte
mit einem einstellbaren Schwellenwert verglichen werden und alle Werte über dem Schwellenwert als
Ja-(»1«) und alle Werte darunter als Nein-(»0«) Aussagen betrachtet werden.
Der Vergleich kann in einer Brückenschaltung vorgenommen werden, in deren einem Zweig der Fotowiderstand
und anderem Zweig ein Vergleichswiderstand und in deren Diagonale ein Verstärker mit Umschalter
für die beiden Aussagen liegen.
Während für jede Prüf sonde ein Brückenzweig vorgesehen ist, kann für alle Verstärker der Zweig mit
den Vergleichswiderständen gemeinsam sein.
909 627/209
Die Erfindung wird' im folgenden an Hand der
Fig. 1 bis 5 beispielsweise näher beschrieben.
Die in dem Beispiel gewählten Prüfsonden gewährleisten eine gute Invarianz gegen Verschiebungen und
Verdrehungen. ; ' '[.· : ' " .·'■■-. ,'..■■ -
Fig. 1 zeigt z.B. die Ziffer 2, die mittels des" sche:
matisch dargestellten optischen Systems 11 und die Isolierstoffplatte 12 projiziert wird. Auf der Platte
12 sind mehrere Fotowiderstände als Prüfsonden angeordnet, deren Anordnung und Formgebung so gewählt
sind, daß die Ziffern 0 ... 9 eindeutig erkannt werden können. Die Fotowiderstände sind fortlaufend
mit den Buchstaben α ... {■ bezeichnet (Fig. 2).
Ist eine Prüfsonde in ihrer ganzen Länge hell erleuchtet, so hat sie einen großen elektrischen Leitwert;
durchschneidet jedoch der projizierte Linienzug der zu erkennenden Ziffer eine der Sonden, so sinkt ihr
elektrischer Leitwert. In einer an die Prüfsonden angeschlossenen.
Auswerteschaltung kann dann iestge-/Stellt
werden, ob der Leitwert unterhalb oder oberhalb eines bestimmten Grenzwertes liegt und demzufolge
der projizierte Linienzug der Ziffer die betrachtete Sonde durchschneidet oder nicht. Die hierzu erforderliche
Auswerteschaltung ist nicht Gegenstand der Erfindung, da sie in bekannter Weise für die vorliegende
Aufgabe gebaut werden kann.
Fig. 3 zeigt die Ziffern 1, 2 ... 0, bei denen bei einigen das Prüfsondenfeld eingezeichnet ist. Die Tabelle gibt einen vollständigen Überblick über die Lage
der Ziffern in dem Prüfsondenfeld.
Vorliegende | a | b | C | d | Prüfsonden | / | S | h | i |
Ziffer | ρ | ρ | ? | ρ | e | 1 | . ..' l..\ : | 1 | . .. ?...., |
. 1 | 1 | ρ | ρ | 1 | ρ | ? | (T-. | 0 | 0 |
2 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | ? | 0 | ρ | ρ |
3 | 0 | ■•■■'■■Ό | (T-. | ? | 0 | 1 | ? | 0 | 1 |
4 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | ? | ? | ■ ρ | ? |
5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | (T-. | 0 | ρ | 0 |
6 | 1 | (T-. | (T-. | ? | 1 | 0 | 0 | 1 | (T-. |
7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | (T-. | 0 | ? | ρ |
8 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | ? | 0 | ? | 0 |
9 | 0 | 0 | 1. | 0 | 0 | ρ | 0 | n-. | 0 |
0 | 0 | ||||||||
Die Ziffer »1« in der Tabelle bedeutet, daß die entsprechende Prüfsonde einen hohen Leitwert hat, während
die »0« aussagt, daß ein geringer Leitwert vorliegt. Die Fragezeichen bedeuten, daß bei der betreffenden
Prüf sonde die Aussage »0« oder »1« von kleinen Verschiebungen oder Ziffernänderungen abhängt
und deshalb diese Aussage im Interesse einer sicheren Ziffernerkennung nicht verwendet werden soll.
Die Tabelle zeigt jedoch, daß die Erkennung ohne diese Aussagen eindeutig ist.
Um die Aussagen der Schaltung in hohem Maße invariant gegen Typenänderung, Verschiebung usw.
zu machen, kann man mehrere Prüfsonden für dieselbe Aussage verwenden. Die Prüfsonde e prüft z. B.
gemäß Fig. 2 und 3, ob eine »Öffnung« nach oben rechts vorliegt (bei den Ziffern 4, 5 und 6) oder ob
keine »Öffnung« oben rechts vorliegt (Ziffern 2, 3, 7, 8, 9, 0). Ist die vorliegende Ziffer etwas verdreht,
verschoben oder nicht sauber geschrieben, dann kann auch bei den Ziffern 4, 5- oder 6 die Sonde e vom
Linienzug durchschnitten sein. Das neue Verfahren bietet die Möglichkeit, für ein Kriterium eine Anzahl
von Sonden, deren Wege etwas voneinander abweichen, zu verwenden. Die angeschlossene Schaltung wertet
dann aus, ob mindestens eine dieser Sonden den Leitwert »1« bzw. »0« hat. Sofern man stark voneinander
abweichende Typen erkennen will, müssen unter Umständen viele Prüfsonden ausgewertet werden. Dann
ist es zweckmäßig, den Lichtweg durch halbdurchlässige Schichten, Prismen usw. zu spalten, so daß die
zu erkennende Ziffer auf mehrere Prüfplatten gleichzeitig projiziert werden kann.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die elektrische Gesamtschaltung
zur Auswertung der Meßergebnisse. Die Fotowiderstände σ . . . i liegen jeweils über einen Vorwiderstand
13 ... 21 an der gemeinsamen Gleichspannungsquelle 22. Der Verbindungspunkt zwischen einem
Foto- und seinem Vorwiderstand ist jeweils mit einem Verstärker 23... 31 verbunden. Zu allen Fotowiderständen
sind zwei Festwiderstände R parallel geschaltet, deren Verbindungspunkt mit allen Verstärkern zusammengeschaltet
ist. Es ergibt sich somit für jede Prüfsonde eine Brückenschaltung, deren einer Zweig
den Fotowiderstand und deren anderer Zweig die beiden Widerstände R enthält. Durch Spannungsvergleich
kann nun festgestellt werden, ob die Aussage »0« oder »1« vorliegt, und dementsprechend in dem
Verstärker ein Umschalter betätigt werden, der entweder den Ausgang »0« oder »1« markiert. Die Verstärkerausgänge
sind entsprechend der Tabelle mit zehn Koinzidenztoren 32 ... 41 so verdrahtet, daß an
den Ausgängen der Koinzidenztore die erkannten Ziffern 0 ... 9 markiert werden.
Um nun eine gewisse Invarianz gegenüber Schwankungen der Grundhelligkeit zu erzielen, ist es unter
Umständen nützlich, die Bezugsspannung für die Sondenverstärker nicht aus Festwiderständen abzuleiten,
sondern auch in den Vergleichszweig eine Prüf sonde, welche nie vom Linienzüg durchschnitten
wird, einzufügen. Damit erreicht man, daß bei Schwankungen des Remissionsgrades des Zeichenträgers
die Amplitudenschwelle, für die Sondenverstärker im richtigen Sinne verändert wird.
Bei dem zur Erläuterung der Erfindung beschriebenen Beispiel wurde angenommen, daß die zu erkennende
Ziffer zentriert in dem Prüfsondenfeld projiziert wurde. Dies ist jedoch im allgemeinen nicht der
Fall, so daß der eigentlichen Erkennung eine Zentrierung vorangehen muß. Die Zentrierung läßt sich jedoch
gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch mit Hilfe von entsprechend angeordneten Prüfsonden
durchführen.
Hierzu wird die Ziffer außer auf die Prüfplatte auf die in Fig. 5 dargestellte Zentrierplatte 42 projiziert.
Diese Platte enthält die in gleichen Abständen angeordneten Prüfsonden U0 ... 2, L0-2, O0-2 und
R0 . . .2, die auf translatorische Verschiebungen ansprechen.
Schneidet die projizierte Ziffer beispielsweise die Prüfsonden U0
nicht aber
0
0
dann bedeutet das, daß die Ziffer nach unten verschoben ist. Durch die Messung der Leitwerte erhält man
elektrische Kriterien, welche eine Verschiebung der Ziffer bezüglich des Abbildungssystems 11 nach Höhe
und Seite in einer entsprechenden Regelschaltung veranlassen können. Die Zentrierung ist dann erfolgreich,
wenn die Grenze zwischen den angeschnittenen und nicht angeschnittenen Prüfsonden links und rechts
und oben und unten jeweils gleich ist. Die Zentrierplatte kann auch mit der Platte 12 kombiniert sein.
Claims (7)
1. Verfahren zur automatischen Erkennung von Zeichen (Buchstaben, Ziffern od. dgl.), dadurch
gekennzeichnet, daß die zu erkennenden Zeichen au| einer mi.t^.Jichtempfindlieh^er^^WMerjj^deji
(Prüfsonden) belegten Isolierstoffplatte zentriert abgebildet werden und daß die jeweiligen Leitbzw.
Widerstandswerte der Prüfsonden, deren geometrische Form und Anordnung in dem Abbildungsfeld
den Zeichen in geeigneter Weise für eine eindeutige Erkennung angepaßt sind, einer
entsprechenden Auswerteschaltung zugeleitet werden, in der die Zuordnung zu dem Zeichen erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analog-Meßwerte durch Vergleich
mit einem einstellbaren Schwellenwert in
eine Ja - Nein - (»0«-» 1«) - Aussage umgewandelt werden.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch
eine Brückenschaltung, in deren einem Zweig die Prüfsonde und anderem Zweig zwei Vergleichswiderstände und in deren Diagonale ein Verstärker
mit Umschalter auf zwei Ausgänge (»0«, »1«) angeordnet sind, sowie durch eine Koinzidenzschaltung,
in der die Zuordnung der Verstärkeraussagen zu dem Zeichen erfolgt.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenzweig mit den Vergleichswiderständen
für alle Verstärker gemeinsam vorgesehen.ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichswiderstände
feste Werte besitzen.
6. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenzweig mit den
Vergleichswiderständen eine Prüfsonde enthält, die so in dem Abtastfeld angeordnet ist, daß sie
von keinem Zeichen durchschnitten werden kann.
7. Verfahren zur Zentrierung der Zeichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziffern gleichzeitig
auf einer Platte abgebildet werden, auf der längs allen vier Seiten jeweils einer oder mehrere lichtempfindliche
Widerstände in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind, und die Meßwerte einem Regelsystem zum entsprechenden Verschieben
der Zeichen in dem Zeichenfeld zugeführt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 909 627/209· 9.59
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