DE1075354B - Verfahren und Anordnung zur automatischen Erkennung von Zeichen - Google Patents
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Erkennung von Zeichen, insbesondere
Schriftzeichen.
Es sind schon verschiedene Verfahren und Anordnungen zur Erkennung von Zeichen bekanntgeworden.
Bei einigen Verfahren werden die Zeichen längs bestimmter Linien abgetastet und die Übergänge von
dem Zeichenfeld auf das Zeichen bzw. umgekehrt für die Auswertung festgestellt. Bei anderen Verfahren
wird das Abtastfeld in Bildraster eingeteilt und je Rasterfeld die Schwärzung untersucht. Die Abtastung
kann bei allen Verfahren optisch, magnetisch, galvanisch oder elektrostatisch erfolgen, je nachdem wie
die Zeichen auf dem Zeichenträger aufgebracht sind. Um die Abtastergebnisse, die letztlich als elektrische
Signale vorliegen, den zu erkennenden Zeichen zuordnen zu können, ist es meist erforderlich, einen
Speicher vorzusehen, in dem die ankommenden Signale zunächst gespeichert und von dort der Auswerteschaltung
zugeführt werden.
Man verwendet z. B. Zählketten oder Schieberegister bekannter Art, d. h., die Signale aller Abtastspuren
werden in einer oder mehreren voneinander unabhängigen Speicherketten gespeichert. Zählketten
sind dann erforderlich, wenn die Anzahl der Schwarzpunkte je Abtastspur zur Erkennung der Zeichen
herangezogen wird, während Schieberegister mit mehreren Speicherketten bei der Auswertung der
Zeichen nach der Lage in dem Bildraster zweckmäßig sind. Der Speicher dient somit nur für die spätere
Auswertung, hat jedoch selbst keinen Einfluß auf die Auswertung.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Speicher anzugeben, der einerseits
gewisse Vorteile für die bekannten oder bereits vorgeschlagenen Erkennungsverfahren und andererseits
noch die Möglichkeit bringt, direkt zur Auswertung herangezogen werden zu können.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur automatischen Erkennung von Zeichen, insbesondere
Schriftzeichen, die entweder längs bestimmter Zeilen oder vollparallel optisch, magnetisch, galvanisch oder
elektrostatisch abgetastet werden. Erfindungsgemäß werden die Abtastsignale in einem zweidimensionalen
Schieberegister, dessen einzelne Speicherzellen in der gleichen räumlichen Anordnung den Rasterflächen
des Abtastfeldes zugeordnet sind und das eine Verschiebung der eingespeicherten Information in allen
vier Richtungen gestattet, zur weiteren Auswertung gespeichert.
Das Schieberegister kann aus Flip-Flop-Stufen, Ringkernen mit rechteckiger Hysteresisschleife oder
anderen bistabilen Elementen oder Schaltungen bestehen.
Verfahren und Anordnung
zur automatischen Erkennung von Zeichen
zur automatischen Erkennung von Zeichen
Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz
Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Dr.-Ing. Karl Steinbuch, Fellbach bei Stuttgart,
und Dipl.-Ing. Hermann Endres, Stuttgart-Mühlhausen,
sind als Erfinder genannt worden
Die Einspeicherung der Abtastsignale in einem zweidimensionalen Schieberegister hat den Vorteil,
daß die Zeichen als Ganzes, d. h. flächenhaft, elektrisch nachgebildet sind und dementsprechend Lagekorrekturen
vorgenommen werden können, was für die meisten Auswerteverfahren von Nutzen ist.
Die Erfindung hat jedoch noch den größeren Vorteil, daß die Einspeicherung in einem zweidimensionalen
Schieberegister neue Möglichkeiten für die Zeichenerkennung bietet. So ist es z. B. möglich, für
jedes zu erkennende Zeichen eine Koinzidenzschaltung vorzusehen, die alle Speicherzellenausgänge miteinander
verbindet, und zwar jeweils getrennt die für die betreffenden Zeichen das Kriterium »schwarz«
bzw. »weiß« gespeichert haben sollen.
Für die folgende Beschreibung ist vorausgesetzt, daß die Begriffe »schwarz« und »weiß« nicht ausschließlich
optisch gemeint sind, sie können z. B. auch »Strom« oder »nicht Strom« bei einer entsprechenden
elektrischen Abtastung bedeuten. Nach der Einspeicherung der Abtastsignale ergibt sich daher das
Zeichen aus den erfüllten Koinzidenzbedingungen. Da infolge von Höhen- oder Seitenverschiebungen
oder fehlerhaftem Druck in dem Abtastfeld eine vollständige Koinzidenz nicht immer zu erwarten ist,
ist die Koinzidenzschaltung zweckmäßigerweise so beschaffen, daß auch eine nicht vollständige Übereinstimmung
des abgelesenen Zeichens mit einem idealen Zeichen eine positive Aussage ergeben kann.
Am einfachsten läßt sich das durchführen, indem die
909' 7-/S/232
i UVb 3b4
Koinzidenzprüfung gleichzeitig oder nacheinander mit verschieden starken- Koinzidenzbedingungen vorgenommen
wird.
Verschiebungen des Zeichens in dem Abtastfeld lassen sich mittels des zweidimensionalen Schieberegisters
leicht korrigieren, indem das eingespeicherte Zeichen so lange in dem Speicher verschoben wird, bis
das abgelesene Zeichen in dem Flächenspeicher möglichst genau auf die angeschlossene Koinzidenzschaltung
zu liegen kommt. Dann kann die Koinzidenzforderung ziemlich scharf sein, und die ermäßigten
Koinzidenzforderungen dienen nur noch der Berücksichtigung fehlerhaften Druckes od. dgl.
Die Verschiebung der Zeichen in dem Speicher kann spiralförmig oder mäanderförmig erfolgen, um
so von jeder vorkommenden Ausgangslage der Zeichen auf dem Flächenspeicher aus die betreffende Koinzidenzschaltung
zu erreichen. Die Ausdehnung der zu durchlaufenden Spirale ist den maximal vorkommenden
Zeichenverschiebungen angepaßt.
Um bei der Zeichenverschiebung gleichzeitig fehlerhaften
Druck od. dgl. erfassen zu können, ist es zweckmäßig, die Spirale mehrmals zu durchlaufen, und
zwar z. B. zuerst von innen nach außen und dann von außen nach innen usw., und bei jedem Umkehrpunkt
die Koinzidenzforderungen, beginnend mit der schärfsten Forderung, zu verringern, bis schließlich eine
Zeichenaussage erfolgt.
Soll, z. B. aus Zeitersparnis, die Spirale nur einmal durchlaufen werden, so kann man Mittel vorsehen,
um jede Stellung der Zeichen gleichzeitig mit mehreren Koinzidenzforderungen abzufragen. Die verschiedenen
Aussagen werden dann gespeichert und nach Durchlaufen der Spirale die beste Koinzidenz festgestellt
und dem entsprechenden Zeichen zugeordnet.
Die Speicherung der Zeichen in einem Flächenspeicher gestattet aber auch noch ein grundsätzlich
anderes Verfahren zur Zeichenerkennung. Bei diesem Verfahren werden die Zeichen in dem Flächenspeicher
nach einem bestimmten Gesetz verschoben, um dadurch die Konturen der Zeichen feststellen zu können.
Die Aussagen über die Konturen werden in einer besonderen Koinzidenzschaltung den Zeichen zugeordnet.
Zur Durchführung des Verfahrens ist das Schieberegister in doppelter Größe vorgesehen und eine zusätzliche
mittlere Speicherzellenreihe angeordnet, die zur Erfassung der Zeichenkonturen bei den verschiedenen
Verschiebeschritten verwendet wird. Diese werden entsprechend der Aussagen der mittleren
Speicherreihe von einer Koinzidenzschaltung derart bestimmt, daß die Konturen der Zeichen einen bestimmten
Weg über die mittlere Speicherreihe nehmen. Es ist z. B. möglich, zuerst den rechten Rand und
dann den linken Rand des Zeichens auszuwerten, indem das Zeichen in dem unteren Teil des Flächenspeichers
eingespeichert und dann in die obere Hälfte derart verschoben wird, daß der rechte Rand des
Zeichens die mittlere Speicherzelle der mittleren Speicherzellenreihe passiert. Bei dem Zurückschieben
des Zeichens in die untere Hälfte des Speichers wird dann der linke Rand durch die mittlere Speicherzelle
geschoben. Aus der Reihenfolge, Anzahl und Richtung der Verschiebeschritte längs der Speicherzellenreihen
läßt sich dann das Zeichen mittels einer entsprechenden Koinzidenz- und Zählschaltung bestimmen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 11 in zwei Beispielen näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 die Ziffer 2 in einem Schwarz-Weiß-Raster, Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweidimensionalen
S chieberegisters,
Fig. 3 die Schaltung einer Speicherzelle des zweidimensionalen Registers,
Fig. 4 einen Teil einer Koinzidenzschaltung für die Zeichenauswertung des zweidimensionalen Schieberegisters,
Fig. 5 die spiralförmige Bewegung eines Punktes des Zeichens im Schieberegister,
ίο Fig. 6 schematisch eine Anordnung für die Durchführung
der spiralförmigen Verschiebung der Zeichen, Fig. 7 schematisch ein zweidimensionales Schieberegister
für die Auswertung der Zeichen entsprechend ihren Konturen,
Fig. 8 eine Koinzidenzschaltung für die Steuerung der Verschiebeschritte,
Fig. 9 sämtliche Verschiebeschritte bei der Ziffer 2, Fig. 10 eine Anordnung zur Erfassung der verschiedenen
Verschiebeschritte und
Fig. 11 eine Koinzidenzschaltung für die Zuordnung der Verschiebeschritte zu den Ziffern 1, 2 und 3.
Fig. 1 zeigt die Ziffer 2 in einem Rasterfeld. Die von dem Zeichen ganz oder teilweise bedeckten
Rasterbereiche werden an der entsprechenden Stelle des Schieberegisters als der eine Speicherzustand und
die übrigen Rasterbereiche als der andere von zwei Speicherzuständen gespeichert, und zwar indem den
schraffierten Feldern die Spannung U0 und den freien
Feldern die Spannung 0 zugeordnet ist.
Fig. 2 zeigt ein zweidimensionales Schieberegister im Blockschaltbild. Jeder Speicherzelle ist in der
gleichen flächenhaften Anordnung ein Rasterbereich bxy zugeordnet. Die in dem Register eingespeicherten
Informationen können gemäß der Erfindung in allen vier Richtungen verschoben werden.
Hierzu dienen die vier Verschiebeleitungen +x, — χ und +y, —y. Die Vorzeichen sollen angeben, daß
die Verschieberichtungen entgegengesetzt sind. Die vier Verbindungsleitungen zwischen jeweils zwei
benachbarten Speicherzellen dienen paarweise für die Verschiebung in beiden Richtungen. Die in den die
Speicherzellen darstellenden Rechtecken 21 angeführten Zahlen bezeichnen die jeweils zwischen zwei
Speicherzellen zusammenwirkenden Teile.
Das Schieberegister kann aus Flip-Flop-Stufen oder Ringkernen mit rechteckiger Hysteresisschleife
oder anderen bistabilen Elementen oder Schaltungen aufgebaut sein.
Fig. 3 zeigt den Aufbau einer Speicherzelle aus einem Flip-Flop. Die Schaltung eines Flip-Flops für
ein Schieberegister ist bekannt und braucht nicht näher erläutert zu werden. Zu erwähnen ist nur, daß
wegen der Verschiebung in vier Richtungen nunmehr vier Verschiebeleitungen und die entsprechenden
Koppelglieder zwischen jeweils zwei Speicherzellen erforderlich sind. Die Zahlen 1 bis 20 sind identisch
mit den Zahlen in den Rechtecken 21, so daß man ohne weiteres das Zusammenwirken zweier Speicherzellen
erkennen kann. Der sich nach der Einspeicherung in den einzelnen Zellen einstellende Zustand
wird an den beiden Ausgangspunkten A und B entnommen, und zwar an dem Punkte der komplementäre
Zustand des Punktes B. Beide Zustände sind für die Auswertung erforderlich, da in der angeschlossenen
Koinzidenzschaltung jeweils der Schwarz- und der Weiß-Zustand benötigt werden, um für jeden
Koinzidenzpunkt gleich viele Koinzidenzleitungen zu haben.
Fig. 4 zeigt einen Teil einer Koinzidenzschaltung, die zur Erkennung der Zeichen dienen kann. Die
Flip-Flop-Stufen des zweidimensionalen Schieberegisters
sind wieder durch die Rechtecke 21 schematisch dargestellt. Die Ausgänge A und B der einzelnen
Stufen sind entsprechend den zu erkennenden Zeichen über Widerstände R mit den Torschaltungen T1 verbunden.
Die Tore sind geöffnet, wenn alle mit dem betreffenden Tor verbundenen Ausgänge richtig markiert
sind. Als Tore dienen Transistoren, deren Emitterspannung so gewählt ist, daß die Transistoren
dann und nur dann durchgeschaltet sind, wenn die entsprechenden Koinzidenzen vorhanden sind, da die.
Koinzidenzpunkte mit der jeweiligen Basis verbunden sind. Die Kollektorleitung dient als Ausgang zur
Anzeige des erkannten Zeichens.
In Fig. 4 ist die gemeinsame Emitter spannung U1
stufenweise veränderbar angegeben. Durch die verschiedene Schwellspannung U1 kann man also festlegen,
bei wieviel Koinzidenzen die Transistoren durchgeschaltet werden. Da andererseits die Koinzidenzen
durch das ideale Zeichen bestimmt sind, kann man also festlegen, mit welcher Genauigkeit das
abgelesene und das ideale Zeichen übereinstimmen müssen, um an den Ausgängen Z eine Aussage zu
erhalten.
Die Sicherheit, ein Zeichen richtig zu erkennen, ist um so größer, je näher die Schwellspannung der für
das ideale Zeichen zutreffenden Spannung gelegt werden kann. Das abgelesene Zeichen muß deshalb in dem
Flächenspeicher möglichst genau auf die angeschlossene Koinzidenzschaltung zu liegen kommen. Da
dieses jedoch nicht immer der Fall sein wird, entsteht die Aufgabe, das Zeichen in dem Flächenspeicher entsprechend
zurechtzurücken. Dies ist mit dem Flächenspeicher sehr einfach möglich, da er eine Verschiebung
in vier Richtungen gestattet.
Die Verschiebung erfolgt am zweckmäßigsten spiralförmig, wie aus Fig. 5 zu ersehen ist. Fig. 6
zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung, die geeignet ist, diese spiralförmige Bewegung der Zeichen in dem
Flächenspeicher zu steuern. Der Impulsgenerator 22, der nach der Einspeicherung des Zeichens anläuft,
steuert einen aus den Teilen D für die eine Durchlaufrichtung
und E für die umgekehrte Durchlaufrichtung der Spirale bestehenden Zähler C1, an dessen
Ausgängen die Verschiebeleitungen des Registers wie angegeben angeschlossen sind. Die Ausgänge des Zählers
und auch seine Stufenzahl richten sich nach der Form der Spirale.
Fig. 5 zeigt, daß zuerst ein Verschiebeschritt in +^-Richtung, dann ein Schritt nach +y, zwei Schritte
nach —χ und —y und schließlich zwei Schritte nach
~\-x durchzuführen sind. Für das umgekehrte Durchlaufen
der Spirale sind die Zählerausgänge in dem Teil B des Zählers entsprechend bezeichnet. Wenn die
Spirale mehrmals vor- und rückwärts durchlaufen werden soll, ist der Zähler C1 als Ringzähler ausgebaut.
Die Spirale wird zunächst von innen nach außen durchlaufen und bei jedem Verschiebeschritt der Zähler
um eine Stellung weitergeschaltet. Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, wird zuerst ein Schritt in +^-Richtung
durchgeführt. Dabei geht der Zähler in die zweite Stellung über, deren Ausgang mit der +y-Fortschalteleitung
verbunden ist, d. h., das Zeichen wird nunmehr in +^-Richtung um einen Schritt weitergeschaltet. In
der dritten und vierten Zählerstellung gibt der Zähler den Befehl, das Zeichen zweimal in —^-Richtung zu
verschieben, usw. bis der Zähler die neunte Stellung erreicht. In dieser Stellung ist die Spirale in der einen
Richtung vollständig durchlaufen. Diese Stufe ist daher mit keiner Verschiebeleitung verbunden. So-
dann wird die Spirale, gesteuert von der zehnten bis siebzehnten Stellung des Zählers, in umgekehrter
Richtung durchlaufen. In der achtzehnten Stellung ist wieder der Ausgangspunkt der Spirale erreicht, und
die Verschiebung kann von vorn beginnen, falls dies erwünscht und der Zähler als Ringzähler geschaltet ist.
Die beiden Stufen V und R des Zählers sind über
jeweils eine Diode mit dem Eingang eines zweiten Zählers C2 verbunden. Die Ausgänge dieses Zählers
sind mit der Spannungsquelle U1 für die Torschaltungen
T1 verbunden. Steht der Zähler C2 in seiner ersten
Stellung, dann wird die Schwellspannung JJ11 mit der
stärksten Koinzidenzforderung an die Transistoren T1
angeschaltet. Wenn der Zähler C1 die Stellung V erreicht,
gelangt ein Fortschalteimpuls zu dem Zähler C2, der damit in seine zweite Stellung übergeht. Der Ausgang
dieser Stufe schaltet auf die nächstniedere Schwellspannung U22, die eine geringere Koinzidenzforderung
bedeutet, so daß also bei dem umgekehrten Durchlaufen der Spirale diese Koinzidenzforderung
maßgebend ist. Erreicht der Zähler C1 die Stellung R,
dann gelangt wieder ein Fortschalteimpuls zu dem Zähler C2, der damit in die dritte Stellung übergeht
und die nächstniedere Schwellspannung einschaltet. Die Spirale wird so lange mit jeweiliger Einstellung
einer neuen Schwellspannung hin und her durchlaufen, bis eine Erkennung eines Zeichens vorliegt.
Dann wird der Generator automatisch ausgeschaltet und die beiden Zähler C1 und C2 in ihre Nullstellungen
zurückgebracht.
Es ist vielfach wünschenswert, aus Zeitgründen die Spirale der Fig. 5 nur ein einziges Mal zu durchlaufen
und trotzdem alle Koinzidenzforderungen durchzuführen. Zu diesem Zwecke sind jedem Koinzidenztransistor
!T1 mehrere Transistoren T2. . . Tn
basisseitig parallel geschaltet und den Emittern jeweils die für die verschiedenen Koinzidenzforderungen
entsprechende Schwellwertspannung aufgedrückt. Für einen Transistor T1 sind die zu diesem Zwecke dienenden
Paralleltransistoren T2 ... X"4 gestrichelt in Fig. 4
dargestellt. Im letzteren Falle werden die Aussagen der verschiedenen Ausgänge der parallelen Transistoren
gespeichert, so daß nach Durchlaufen einer vollständigen Spirale die beste Koinzidenz aus diesen
Speichern abgelesen werden kann. Zum Durchlaufen der Spirale dient wieder der Zähler C1 der Fig. 6,
doch nur bis zu der Stellung V. Der übrige Teil des Zählers sowie der Zähler C2 sind hier überflüssig.
An Hand der folgenden Figuren wird ein zweites Verfahren zur Erkennung von Zeichen mittels eines
zweidimensionalen Schieberegisters beschrieben. Der Grundgedanke dieses Verfahrens besteht darin, die
Konturen der Zeichen in dem Speicher festzustellen und den Zeichen zuzuordnen. Dies ist möglich, wenn
man bestimmte Speicherzellen vorsieht und das Zeichen schrittweise so verschiebt, daß alle Punkte
des Zeichens ein oder mehrmals diese Zellen berühren; denn dann kann man die Konturen an der erfolgten
Reihenfolge und Anzahl der Verschiebeschrirte in den vier Richtungen in einer entsprechenden Koinzidenzschaltung
feststellen.
Das zu erkennende Zeichen wird wie bei dem ersten Beispiel fotoelektrisch abgetastet und in einem zweidimensionalen
Schieberegister, das z. B. aus Flip-Flop-Stufen gemäß Fig. 3 besteht, gespeichert. Das
Schieberegister ist jedoch in diesem Falle doppelt so groß, als für die Zeichenausdehnung erforderlich wäre.
Es kann also in einen unteren und einen oberen Speicher eingeteilt werden. Zwischen beiden Teilen ist
ferner eine zusätzliche Speicherzellenreihe angeordnet,
die zur Bildung der Kriterien für die Konturen der Zeichen dient. Die mittlere Speicherzellenreihe ist in
den Speicher Fm (Mitte) sowie mehrere Speicher Fl (links) und Fr (rechts) eingeteilt. In der Fig. 7 sind
der Übersichtlichkeit wegen die Informationsleitungen zwischen den einzelnen Speicherzellen weggelassen
und nur die vier Schiebeleitungen eingezeichnet. Die besonders gekennzeichneten Speicherreihen Fo und Fu
können zur feineren Erfassung der Zeichenkonturen herangezogen werden, wie weiter unten noch erläutert
wird.
Das abgetastete Zeichen wird in dem unteren Teil des Schieberegisters eingespeichert und dann in den
oberen Teil geschoben, und zwar derart, daß die rechte Kontur des Zeichens die Zelle .Fw durchläuft. Die
Schaltanordnung zur Verschiebung der Zeichen ist deshalb so ausgelegt, daß, solange die mittlere
Speicherzellenreihe nicht von dem Zeichen berührt wird, das Zeichen in +^-Richtung verschoben wird,
wenn der Impulsgenerator 23 die entsprechenden Verschiebeschritte einleitet. Der Impulsgenerator 23 wird
über die Leitung 25 angestoßen und über die Leitung 26 nach Beendigung der Verschiebeschritte wieder
stillgesetzt. Wenn der obere Rand des Zeichens in die mittlere Speicherzellenreihe einläuft, wird eine bistabile
Einrichtung 24 in Betrieb genommen, die dazu dient, die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Zeichens
festzuhalten. Die bistabile Kippschaltung hat zwei Ausgänge α und b. Beim Eintreffen eines ersten
Impulses von der mittleren Speicherzellenreihe geht sie in den Zustand b über und bleibt dort so lange, bis
der nächste Impuls der mittleren Reihe eintrifft. Wenn nun der zweite Impuls von der mittleren Reihe eintrifft,
nachdem sie vollkommen frei von Zeichenteilen war, kippt die Schaltung 24 in die Stellung a, d. h. in
ihre Ausgangsstellung. Da die Zeichen zunächst in den unteren Teil des Flächenspeichers eingespeichert
und dann in den oberen und schließlich wieder nach unten zurückverschoben werden, bedeutet dies, daß in
der Stellung b die Verschiebeschritte in Jtr-Richtung
bei der Aufwärtsbewegung und in der Stellung a die Verschiebeschritte in ^-Richtung bei der Abwärtsbewegung
erfaßt werden können.
Die Steuerung der Verschiebeschritte erfolgt mit den Koinzidenztoren K1... K8, die bei Vorhandensein
der angegebenen Eingangsimpulse die an den Ausgängen eingezeichneten Verschiebeschritte auslösen.
Solange die mittlere Zeile (Fl, Fm, Fr) nicht berührt wird, schaltet der Generator 23 über K1 das Zeichen
in der +^-Richtung fort. Berührt das Zeichen die mittlere Reihe, so wird zunächst Flip-Flop 24 auf
Stellung & geschaltet und das Zeichen nach links (—x),
rechts ( + x) oder oben (+y) über K2, K3 oder Ä'4
verschoben. Die Verschiebung nach links (—x) über .K2
erfolgt, wenn Fr allein oder Fr und Fm oder Fr und
Fm und Fl vom Zeichen berührt werden. Eine Verschiebung nach rechts (+λγ) ist nur möglich, solange
eine oder mehrere Zellen Fl allein angesprochen haben. Die Verschiebung nach oben (+v) erfolgt immer
dann, wenn Fm, aber nicht Fr angesprochen hat. Damit wird das Zeichen entsprechend Fig. 7 über Fm
in die obere Hälfte des Registers gebracht, bis schließlich die Mittelzeile nicht mehr berührt wird. Über K5
wird daraufhin das Zeichen in —^-Richtung verschoben, die Mittelzeile wird wieder berührt, und die
Schaltung24 kippt in die Stellung». Nun läuft der
umgekehrte Vorgang ab, der linke Rand des Zeichens wird durch Fm geschoben, und zwar über die Koinzidenzschaltungen
K6, K1 und Kg, bis das ganze Zeichen
wieder in der unteren Hälfte des Speichers steht. Die + x- und die —^-Impulse werden getrennt für die
Verschiebung nach oben und nach unten gezählt. Die angeführten Bedingungen für die Verschiebeschritte
sind aus der Fig. 8 ohne weiteres ablesbar. Da man neben den Ausgangssignalen der mittleren Speicherzellenreihe
auch deren Komplemente für die Steuerung der Tore K1. .. K8 braucht, sind an den Speicherausgängen
Komplementbildner 27 vorgesehen.
Unter diesen Voraussetzungen wird das Zeichen,
ίο z. B. die Ziffer 2, in der in Fig. 9 angegebenen Weise
in dem zweidimensionalen Verschieberegister verschoben. Die Pfeile zwischen den einzelnen Verschiebestufen
geben an, in welcher Richtung die Verschiebung zwischen den betreffenden Stufen stattfindet.
Das Zeichen gelangt also zunächst von dem unteren Teil des Schieberegisters in den oberen Teil,
wobei der rechte Rand des Zeichens ermittelt wird. Wenn das Zeichen ganz in der oberen Hälfte steht,
also nicht mehr die mittlere Reihe berührt, wird die Verschieberichtung von +y auf —y umgekehrt. Wenn
das Zeichen die mittlere Reihe wieder berührt, geht die bistabile Einrichtung in ihre Stellung α über und
kennzeichnet so die bei der Abwärtsbewegung auftretenden Verschiebungen in ^-Richtung. Bei der Abwärtsbewegung
des Zeichens wird der linke Rand durch Fm geschoben und so ermittelt. Die notwendigen
Verschiebeschritte sind ebenfalls aus Fig. 9 zu ersehen.
Die bei der Aufwärts- und Abwärtsbewegung "der
Zeichen auftretenden Verschiebeschritte in Λτ-Richtung
werden in den in Fig. 10 dargestellten Zählern gezählt. Es sind vier Zähler C3... C6 vorgesehen, nämlich
jeweils zwei für die Aufwärts- (C3, C4) und zwei
für die Abwärtsbewegung (C5, C6). C3 und C5 zählen
die Verschiebungen in +ΛΓ-Richtung und C4 und C6.
die Verschiebungen in —Jtr-Richtung. Die Einspeicherung
der Zählimpulse erfolgt über die Koinzidenztore K9 ... K12, die jeweils zwei Eingänge besitzen,
und zwar einen für den Verschiebeschrittimpuls und einen für die Kennzeichnung der Auf- (b) oder Abwärts-
(a) -Bewegung. Die Ausgänge der Zähler sind mit Koinzidenztoren verbunden, die zur Anzeige des
erkannten Zeichens dienen. Da die Zahl der Impulse, d. h. der Verschiebeschritte, bei unterschiedlichen
Zeichenformen nicht genau gleich ist, werden zum Teil mehrere Ausgänger der Zähler durch Oderschaltungen
verbunden und dann erst in der Koinzidenzschaltung für das entsprechende Zeichen zusammengefaßt.
Die Ziffer 1 kann z. B. genau senkrecht oder leicht schräg in dem Abtastfeld liegen. Daraus ergeben
sich für die Bewegung nach oben etwa 0,1 oder 2 + ΛΓ-Impulse. Die Koinzidenzschaltung für die Ziffer
1 ist deshalb mit den ersten drei Ausgängen des Zählers C3 verbunden. Die Koinzidenzbedingungen
für die Ziffern 1, 2 und 3 sind in Fig. 11 festgehalten.
Sie zeigt die drei Koinzidenztore K13... K15. Die jeweiligen
Eingänge sind mit den Zählstufen verbunden, welche die für die entsprechende Ziffer erforderlichen
Verschiebeschritte angeben. Die Zahlen an den Zählerausgängen und den Koinzidenztoreingängen verdeutliehen
die gegenseitige Zuordnung.
In dem beschriebenen Beispiel sind die +x- und die —jF-Impulse für das ganze Zeichen nur auf zwei
Bereiche aufgeteilt, nämlich rechte Seite des Zeichens bei der Bewegung nach oben und linke Seite des Zeichens
bei der Bewegung nach unten. Bei starken Abweichungen der zu erkennenden Zeichen von dem als
ideal angenommenen Zeichen ist es zweckmäßig, eine verfeinerte Einteilung zu wählen. Eine Aufteilung in
vier Bereiche läßt sich z. B. durch Verdopplung der Zähler der Fig. 10 erreichen, wobei die Eingangs-
koinzidenzen für diese 'Zähler nicht mehr von den
beiden Stellungen α und b der bistabilen Kippschaltung
24, sondern von einem geeigneten Verteiler, der an den Generator 23 der Fig. 8 angeschlossen ist, gesteuert
werden.
Es ist auch möglich, die Eingangskoinzidenzschaltungen für die Zähler von einer in der Mitte einer
Speicherhälfte gelegenen Speicherzeile Fu oder Fo zu
steuern, um für die Aufwärtsbewegung und für die Abwärtsbewegung des Zeichens je zwei Bereiche,
also insgesamt für den ganzen Zeichenrand vier Teilbereiche zu erhalten.
Die Erfindung wurde an Hand eines orthogonalen zweidimensionalen Schieberegisters beschrieben. Es
kann in manchen Fällen jedoch auch nützlich sein, die Speicherzellen an den Ecken von Dreiecken oder allgemein
Vielecken anzuordnen.
Claims (21)
1. Verfahren zur automatischen Erkennung von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen, die optisch,
magnetisch, galvanisch oder elektrostatisch mit Hilfe eines Abtastrasters abgetastet werden, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abtastsignale in einem zweidimensionalen Schieberegister, das eine
Verschiebung der eingespeicherten Informationen in Zeilen- und Spaltenrichtung gestattet und dessen
einzelne Speicherzellen in der gleichen flächenhaften Anordnung den Rasterflächen (bxy) des Abtastfeldes
zugeordnet sind, gespeichert und von dort den Auswerteschaltungen zugeleitet werden.
2. Anordnung zur Erkennung des Zeichens mittels des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß für jedes zu erkennende Zeichen eine Koinzidenzschaltung vorgesehen ist, die alle
diejenigen Speicherzellenausgänge miteinander verbindet, die für das betreffende Zeichen das
Kriterium »schwarz« bzw. »weiß« gespeichert haben sollen, wobei diese Koinzidenzschaltungen
so aufgebaut sind, daß sie auch bei unvollständiger Koinzidenz ein Ausgangssignal liefern können und
daß die Genauigkeit der Koinzidenz, die ein Ausgangssignal liefert, verändert werden kann (Fig. 4).
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der verschiedenen
Koinzidenzbedingungen durch Veränderung der Schwellwertspannung (CZ1) zur Durchschaltung
der als Koinzidenztore dienenden Transistoren (T1) erfolgt.
4. Verfahren zur automatischen Erkennung von Zeichen mittels einer Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die eingespeicherten Zeichen in dem Flächenspeicher so lange verschoben
werden, bis sich eine optimale Koinzidenz für ein Zeichen ergibt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung spiralförmig durchgeführt
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale mehrfach durchlaufen
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung mäanderförmig
durchgeführt wird.
8. Verfahren zur automatischen Erkennung von Zeichen mittels einer Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzprüfung der eingespeicherten Zeichen gleichzeitig
oder nacheinander mit verschieden starken Koinzidenzbedingungen vorgenommen wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der
Schwellwertspannung, beginnend bei der Spannung für die schärfste Koinzidenzforderung, bei
jedem Umkehrpunkt der Spirale erfolgt und die Spirale so lange in beiden Richtungen durchlaufen
wird, bis eine Zeichenaussage vorliegt.
10. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet
daß ein zweiteiliger Zähler (C1) für die Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung der Zeichen,
der durch einen Impulsgenerator (22) schrittweise weitergeschaltet wird und der je Teil so
viele Stufen besitzt, wie Verschiebeschritte für das Durchlaufen der Spirale erforderlich sind, und
dessen Stufenausgänge schließlich mit den entsprechenden Schiebeleitungen verbunden, sind, um
einen Schiebeimpuls auf den Flächenspeicher zu geben, und daß am Ende jedes Teilzählers eine
zusätzliche Zählstufe vorgesehen ist, die zur Steuerung eines zweiten Zählers (C2) dient, dessen
Ausgänge die stufenweise Schwell Werteinstellung steuern, indem jedem Stufenausgang ein Schwellwert
zugeordnet ist (Fig. 6).
11. Verfahren nach den Ansprüchen 4, 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale nur einmal
durchlaufen wird und bei jeder Stellung der Zeichen die Koinzidenzprüfung gleichzeitig mit
verschiedenen Koinzidenzforderungen durchgeführt und die Genauigkeit der Übereinstimmung mit den
idealen Zeichen festgestellt, gespeichert und anschließend die genaueste Koinzidenz ermittelt
wird.
12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß zu jedem Koinzidenztor (T1) ein oder mehrere
Koinzidenztore (T2 . . . Tn) parallel geschaltet sind,
die jeweils bei einer anderen Koinzidenzbedingung durchschaltbar sind.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß den Durchschaltetransistoren
(T1) Transistoren (T2 . . . Tn) basisseitig parallel
geschaltet sind, deren Emitterspannungen entsprechend den Koinzidenzforderungen gegeneinander
abgestuft sind.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingespeicherten Zeichen
derart in dem Flächenspeicher verschoben werden, daß die Konturen der Zeichen bevorzugte Speicherzellen
durchlaufen, und daß die sich ergebenden Verschiebeschritte in den vier möglichen Richtungen
zur Auswertung der Zeichen verwendet werden.
15. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schieberegister in einer Richtung doppelt so groß ist, als der Zeichenausdehnung in dieser
Richtung entspricht, und daß eine zusätzliche mittlere Speicherzellenreihe vorgesehen ist, welche die
bevorzugten Speicherzellen enthält (Fig. 7).
16. Verfahren zur Erkennung von Zeichen mittels einer Anordnung nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß das Zeichen zunächst in dem unteren Teil des Flächenspeichers eingespeichert
und sowohl der rechte als auch der linke Rand des Zeichens ausgewertet wird, indem das Zeichen
derart in den oberen Teil und wieder zurück in
909 725/232
den unteren Teil verschoben wird, daß bei der Aufwärtsbewegung der rechte Rand und bei der
Abwärtsbewegung der linke Rand durch die mittlere Speicherzelle (Fm) der mittleren Speicherzellenreihe
geschoben wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Verschiebeschritte
mittels Koinzidenzschaltungen erfolgt, deren Eingänge derart mit den Speicherzellenausgängen
der mittleren Speicherzellenreihe bzw. deren Komplementen verbunden sind, daß an dem
Ausgang derjenigen Koinzidenzschaltung, die mit der Schiebeleitung verbunden ist, die den nächsten
Schiebeschritt durchführen soll, ein Schiebesignal auftritt.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeschritte
nach links und rechts für den rechten und den linken Rand getrennt gezählt und die Zählergebnisse
in für jedes Zeichen vorgesehenen ao Koinzidenzschaltungen den Zeichen zugeordnet
werden, indem die entsprechenden Zählerausgänge
mit der jeweiligen Koinzidenzschaltung verbunden
sind (Fig. 10, 11).
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die nach den Rändern getrennte
Zählung mittels eines bistabilen Elementes (24) gesteuert wird, das bei der Aufwärtsbewegung der
Zeichen in die eine Stellung (&) und bei der Abwärtsbewegung in die andere Stellung (a) übergeht.
20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur feineren Erfassung der
Zeichen der linke und rechte Rand der Zeichen in mehrere Bereiche eingeteilt und für jeden Bereich
die für die Links- und Rechtsverschiebung auftretenden Impulse gezählt werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der linke und rechte Rand der
Zeichen mittels einer in der Mitte der unteren oder oberen Speicherhälfte gelegenen Reihe (Fu,
Fo) in je zwei Bereiche unterteilt wird und für jeden dieser insgesamt vier Bereiche getrennt die
Zählung der Verschiebeschritte durchgeführt wird.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
©909· 729/232 2.60
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