DE1065198B - Verfahren und Anordnung zur automatischen Erkennung von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen (Ziffern, Buchstaben u. dgl.) - Google Patents

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

Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen,

Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dr.-Ing. Karl Steinbuch, Fellbach (Württ),
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, L_0-2, O_0-2 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)

Patentansprüche= 15

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