DE1077464B - Verfahren und Anordnung zum automatischen Erkennen von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen - Google Patents
Verfahren und Anordnung zum automatischen Erkennen von Zeichen, insbesondere SchriftzeichenInfo
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Description
Die Hauptpatentanmeldung betrifft ein Verfahren :um automatischen Erkennen von Zeichen, insbesonlere
Schriftzeichen, bei dem die Zeichen in einem lächenhaftenStrömungs- bzw. Potentialfeld elektrisch
lachgebildet werden. Die Nachbildung der Zeichen •cann z. B. dadurch erfolgen, daß sie rasterförmig mit
nehreren Fotozellen abgetastet werden und jeder Rasterteilfläche ein Punkt des Feldes zugeordnet und
ui denjenigen Punkten eine feste Spannung eingeprägt
wird, dessen zugehörige Teilfläche eine bestimmte Schwärzung über- oder unterschreitet.
Für die Nachbildung kann man eine Widerstandsmatrix verwenden, deren Rand auf dem Potential
Null gehalten wird. Die Kreuzuiigspunkte zwischen den Widerständen sind den Rasterteilflächen zugeordnet.
Allen den vom Zeichen bedeckten Rasterflächen entsprechenden Kreuzungspunkten wird eine feste
Spannung eingeprägt, so daß sich in der Widerstandsmatrix ein Strömungsfeld ausbildet, welches von der
Form des abgebildeten Zeichens abhängt.
Liegt z. B. ein vom Zeichen bedeckter Punkt weitgehend isoliert, d. h. hat er in seiner nächsten Umgebung
viele Kreuzungspunkte, die nicht mit der Festspannung beaufschlagt werden, so fließt von diesem
Punkt ein relativ großer Strom in die Umgebung und weiter zum Rand hin. Diese Verhältnisse treffen
für alle Zeichenenden zu. Hat dagegen ein vom Zeichen bedeckter Punkt mehrere ebensolche Nachbarpunkte,
so fließt von diesem Knotenpunkt nur ein relativ geringer Strom ab. Der Punkt liegt dann innerhalb einer
Strichführung des. Zeichens.
Wenn andererseits ein nicht vom Zeichen bedeckter Punkt in seiner Umgebung mehrere vom Zeichen bedeckte
Punkte hat, so nimmt auch dieser Punkt ein relativ hohes Potential an, obwohl ihm keine Spannung
von außen zugeführt wird. Der betrachtete Punkt ist in diesem Fall von dem Zeichen ganz oder
teilweise umgeben.
Der Zustand des Strömungsfeldes hängt also von der Form des Zeichens ab. Von dieser Erkenntnis
ausgehend ist in der Hauptpatentanmeldung vorgeschlagen worden, Formelemente zu suchen, aus denen
die Zeichen zusammengesetzt sind und die irgendeinen charakteristischen Zustand in dem Strömungsfeld hervorrufen. Ferner müssen die Formelemente
auch dem Zeichen eindeutig zugeordnet werden können. Für Ziffern ergab sich, daß die drei Formelemente L
(links offen), R (rechts offen) und G (geschlossen) für eine eindeutige Erkennung hinreichend sind, allerdings
noch keine Sicherheit in ungünstigen Fällen ergeben.
Zur Erkennung dieser Formelemente wird die elektrische Nachbildung auf drei horizontalen Bezugslinien abgetastet und die räumlichen Ableitungen
erster und zweiter Ordnung der längs dieser Abtast-Verfahren und Anordnung
zum automatischen Erkennen von Zeichen,
insbesondere Schriftzeichen
Zusatz zur Patentanmeldung St 12466IX/43 a
(Auslegeschlift 1 069 917)
Anmelder: Standard Elektrik Lorenz
Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Zuffenhaus en,
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Dr.-Ing. Karl Steinbuch, Fellbach. (Württ),
und Dr. rer. nat. Ulrich Zorll, Stuttgart-Zuffenhausen,
sind als Erfinder genannt worden.
linien gewonnenen Potentialwerte gebildet. Aus diesen Differentialquotienten lassen sich die Formelemente
und damit die Zeichen bestimmen.
Manchmal genügen aber diese drei Formelemente nicht zur Erfassung beliebiger Zeichen. Man ist daher
gezwungen, noch andere Formelemente in Betracht zu ziehen, die jedoch nicht mehr allein durch Bildung der
Differentialquotienten aus dem Strömungs- bzw. Potentialfeld zu bestimmen sind.
Der allgemeine Lösungsgedanke besteht nun darin, die Abtastsignale Übertragerschaltungen mit Übertragern
zuzuführen, deren Kerne zweier diskreter magnetischer Zustände fähig sind und die für die
Formelemente digitalisierte Aussagen liefern, indem die Übertrager so geschaltet sind, daß sie entweder
zum Auswerten des Potentialzustandes oder der räumlichen Potentialänderungen geeignet sind. -
Für die Erkennung genügt, wenn man die Formelemente S (Spitze), W (weiterlaufende Strichführung)
und G (geschlossene Strichführung) und die zweite Gruppe die Formelemente L (links offener
Bogen), R (rechts offener Bogen), O (oben offener Bogen) und U (unten offener Bogen) festlegt.
Die Formelemente S, W und G können durch Auswerten
des Potentialzustandes an den einzelnen Matrixknotenpunkten mittels einer Übertragerschaltung,
welche für die Formelemente digitalisierte Aussagen liefert, bestimmt werden. Zu diesem Zweck
werden zwischen dem jeweiligen Fotozellenausgang und Matrixknotenpunkt zwei Übertrager mit Kernen,
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die zweier konkreter magnetischer Zustände fähig sind, derart geschaltet, daß für die Formelemente gilt:
5 = Spannungsstoß in U1 und nicht in U2,
W = Spannungsstoß in U2 und nicht in U1.
Die Auswertung der Aussagen der Übertrager erfolgt durch entsprechende logische Schaltungen.
Die Bestimmung der Formelemente kann vereinfacht werden, indem man die für die Zentrierung der
Zeichen erforderlichen Matrixknotenpunkte bei der eigentlichen Auswertung außer Betracht läßt. Man
kann ferner das verbleibende Matrixfeld in Gruppen einteilen und die Aussagen der Formelemente in diesen
Gruppen zusammenfassen und einer gemeinsamen Auswertschaltung zuführen. Bei Ziffern genügt z. B.
die Einteilung in vier Quadranten; jedem Quadranten ist eine logische Schaltung zugeordnet.
Die Formelemente L, R, O und U (Bögen) können
durch Bestimmung der räumlichen Potentialänderungen erfaßt werden. Dabei ergibt sich noch eine bedeutende
Vereinfachung, indem es nämlich zur eindeutigen Erkennung des Bogencharakters hinreichend
ist, die Vorzeichen des zweiten Differentialquotienten längs der Zeilen bzw. Spalten der Matrix zu bestimmen.
Die Unterscheidung links oder rechts bzw. oben oder unten offener Bogen kann dadurch vorgenommen
werden, daß man den zweiten Differentialquotienten von links und rechts bzw. von oben und unten vom
Matrixrand zum Zeichen hin untersucht.
Für die Bildung des zweiten Differentialquotienten kann jeweils ein jedem Matrixpunkt zugeordneter
Differentialübertrager dienen. Das Vorzeichen läßt sich dann bestimmen, indem die Differentialwicklungen
einerseits mit dem betreffenden Matrixpunkt und andererseits mit den beiden unmittelbar benachbarten
Matrixpunkten der gleichen Zeile bzw. Spalte verbunden sind. Alle Übertrager einer Zeile bzw. Spalte
sind zu einer Kette hintereinandergeschaltet und liefern ein entsprechendes digitalisiertes Aussagesignal
für das Vorzeichen. Es ist zweckmäßig, die von Zeichen bedeckten Punkte bei der Vorzeichenbestimmung
auszuschließen, da hier der zweite Differentialquotient nicht definiert ist. Das läßt sich in einfacher Weise
durchführen, indem vor jedem Übertrager ein steuerbarer Kurzschluß weg vorgesehen ist. Die Kurzschlußwege
werden von den jeweiligen Begrenzerausgängen derart gesteuert, daß sie geöffnet sind, wenn der
Begrenzerausgang die feste Spannung U0 führt, d. h.
wenn ein vom Zeichen bedeckter Punkt vorliegt. Der Kurzschlußweg überbrückt dann alle folgenden Übertrager
der Kette, da die Auswertung jeweils nur bis zum Zeichen hin zu erfolgen braucht und dann in der
entgegengesetzten Richtung ausgewertet wird.
Als steuerbare Kurzschlußwege können Transistoren dienen, die über die Basis von dem Begrenzerausgang
gesteuert werden. Diese Steuerung ist sehr einfach, da die Begrenzerausgänge nur zwei diskrete Zustände,
nämlich Null oder U0, haben können.
Die Zuordnung der Übertrageraussagen kann auch hier zweckmäßigerweise mit logischen Schaltungen
vorgenommen werden.
Im folgenden werden beispielsweise Schaltungsanordnungen beschrieben, die zur Bestimmung der
Formelemente beider Gruppen verwendet werden können. Es zeigt
Fig. 1 eine Zusammenstellung der Formelemente,
Fig. 2 eine Widerstandsmatrix zur elektrischen Nachbildung des Zeichens,
Fig. 3 und 4 Schaltungsanordnungen zur Bestimmung der Formelemente S, W und G,
Fig. 5 eine Zuordnerschaltung für die Zuordnung dieser Formelemente zu den Ziffern 0 ... 9,
Fig. 6 das Potentialfeld der Ziffer 2 bei der elektrischen
Nachbildung,
Fig. 7 Diagramme der Potentialverhältnisse sowie der ersten und zweiten räumlichen Ableitung,
Fig. 8 eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Vorzeichen des zweiten Differentialquotienten,
Fig. 9 eine Schaltungsanordnung zur Ausschaltung ίο der vom Zeichen bedeckten Punkte, bei denen der
zweite Differentialquotient nicht definiert ist,
Fig. 10 eine Zuordnerschaltung zur Zuordnung der Formelemente L und R zu den Zeichen.
Auf Grund der charakteristischen Zustände, die sich durch die Formgebung der Zeichen in dem Strömungs-
bzw. Potentialfeld ergeben, kann man die Formelemente in zwei Gruppen einteilen. Für jede
Gruppe ist eine einzige Schaltungsart zum Erkennen erforderlich, die eine Unterscheidung der Formelemente
innerhalb dieser Gruppe gestattet. Es handelt sich bei den beiden Gruppen erstens um die Formelemente
S, W und G und zweitens um die Formelemente L, R, O und U. Die erste Gruppe läßt sich
durch die Erfassung der Potentiale und die zweite Gruppe durch die Erfassung der räumlichen Potentialänderungen
bestimmen.
Die folgende Beschreibung der Schaltungen dient zur Erläuterung der Ermittlung der Formelemente
und ist an sich unabhängig davon, für welche Zeichen sie jeweils in Frage kommen. Doch ist an den entsprechenden
Stellen in einer Tabelle festgehalten, bei welchen Zeichen die betreffenden Formelemente vorkommen.
Fig. 1 zeigt die für Schriftzeichen verwendbaren Formelemente. Die in den gestrichelten Kreisen enthaltenen
Teile sind dabei für die Bezeichnung des Formelementes wesentlich. Das zu erkennende Zeichen
wird, wie in der Hauptpatentanmeldung beschrieben, auf die Widerstandsmatrix M der Fig. 2 abgebildet.
Es ist angenommen, daß gerade die Ziffer 2 gelesen werden soll. Die Kreuzungspunkte der Widerstandsmatrix,
die von der Ziffer bedeckt werden, sind durch die dicken Punkte K' gekennzeichnet. Nur diesen
Punkten wird das feste Potential CZ0 zugeführt, während
der Rand der Matrix auf dem Potential Null gehalten wird. Man erkennt, daß es für die Ziffer 2
eine Stelle (/Q gibt, bei der ein vom Zeichen bedeckter Knotenpunkt in seiner nächsten Umgebung viele
Knotenpunkte besitzt, deren zugeordnete Fotozelle den Zustand »weiß« zeigt, so daß man diesem Teil
der Ziffer das Formelement S zuordnen kann. Demgegenüber ist der Punkt Kw in seiner Nachbarschaft
von ebensolchen Punkten umgeben, so daß diesem Teil der Ziffer 2 das Formelement W zugeordnet werden
kann. Schließlich hat z. B. der nicht vom Zeichen bedeckte Punkt KA in seiner Umgebung mehrere vom
Zeichen bedeckte Punkte K', so daß er ein hohes Potential annehmen kann, obwohl sein zugehöriger
Begrenzerausgang auf Potential Null liegt. Für diesen Teil der Ziffer 2 kann man also das Formelement G
ansetzen.
Diese drei Formelemente können mittels der in Fig. 3 wiedergegebenen Schaltungsanordnung bestimmt werden,
die jedem Matrixpunkt zugeordnet ist. Der vom Begrenzerausgang der Fotozelle kommende Strom I1
fließt nacheinander durch die Wicklungen W11 und W21
der Übertrager U1 und U2, die beide so niederohmig
sind, daß der Matrixknotenpunkt Kn, wie gefordert,
das Potential + U0 behält. Die Übertragungskerne
haben nichtlineare Kennlinien, insbesondere recht-
eckige Hysteresisschleifen, und befinden sich im Ausgangszustand in der negativen Induktion -BR.
Ein Strom I1, welcher den Kern von U1 in den
Zustand -\-BR bringen kann, fließt nur dann, wenn
der betreffende Matrixpunkt einem vom Zeichen bedeckten Punkt zugeordnet ist. Das Umkippen des
Kerns U1 bedeutet also, daß entweder das Formelement S oder das Formelement W vorliegen muß.
Die weitere Unterscheidung der Formelemente 6* und W erfolgt nun mittels des Übertragers U2. Dieser
Kern besitzt eine Wicklung Ot24, die gegensinnig zur
Wicklung W21 aufgebracht ist. Über diese Wicklung
fließt vom Matrixknotenpunkt Kn ein Strom I2 über
den Widerstand .R1 und erzeugt ein magnetisches
Feld, das mehr oder weniger stark von dem durch den Strom I1 erzeugten Magnetfeld kompensiert wird.
Damit kann ein Umkippen des Kernes U2 nur dann
stattfinden, wenn die Kompensation durch I1 gering
oder ganz Null ist, d. h. wenn ein geringer Strom I1
fließt. Dies ist aber dann der Fall, wenn die Matrixpunkte der unmittelbaren Nachbarschaft ebenfalls
hohes Potential besitzen. Der Kern U2 kippt also um,
wenn das Formelement W vorliegt.
Liegt dagegen das Formelement 6" vor, dann fließt über den gerade betrachteten Matrixknotenpunkt ein
starker Strom in dessen Umgebung hinein, so daß eine weitgehende Kompensation beider Felder eintritt und
damit der Kern in dem Zustand -BR bleibt.
Die Schaltung kann auch zum Erkennen des Formelementes G dienen. In diesem Fall muß der Kern O1
in seinem Ausgangszustand -BR verbleiben, da der betrachtete Matrixpunkt einem »weißen« Abtastpunkt
zugeordnet ist und daher kein Strom I1 fließt. Dagegen kann der Strom I2 so hoch sein, daß der Kern U2
in seinen Zustand -{-BR übergeht. Ein von vielen
»dunklen« Punkten umgebener »weißer« Punkt nimmt nämlich etwa das Potential der »dunklen« Punkte an.
Es ergibt sich also folgendes Schema zur Erkennung der Formelemente S, W und G:
Auftreten eines Spannungsstoßes | nein | Am Ort des Punktes |
in der Anzeigewicklung | ja | liegt vor |
beim Übertrager | ja | |
Üi | nein | Formelement 5 |
ja | Formelement W | |
ja | Formelement G | |
nein | kein Zeichen | |
nein | ||
Der jeweilige Zustand der Kerne kann mittels der Abfragewicklung W12 und W22 festgestellt werden, indem
beiden Wicklungen gleichzeitig ein Abfrageimpuls zugeführt wird, der die negative Koerzitivkraft
—H^ im Kern überwinden kann und somit in
den Anzeigewicklungen w1% bzw. W23 des betreffenden
Übertragers dann einen Spannungsstoß erzeugt, wenn der Kern sioh im Zustand +Bi? befunden hatte.
Die Aussagen der beiden Übertrager U1 und U2
können mittels der in Fig. 4 dargestellten Koinzidenzschaltung zur Bestimmung der drei Formelemente S,
W und G verwendet werden. Die Aussage erfolgt über das Tor T5, wenn ein ^-Signal und kein ^-Signal
vorhanden ist, die Aussage W über das Tor Tw dann,
wenn ein U1- und ein t72-Siignal vorhanden, und
schließlich die Aussage G über das Tor T0, wenn ein
U2-S ignal und kein ü^-Sdgnal vorhanden ist.
Um alle Formelemente eines Zeichens mit Sicherheit erfassen zu können, müßte nun jeder Knotenpunkt
der Matrix daraufhin abgefragt werden, ob eines der drei Formelemente S, W oder G in seiner Umgebung
vorhanden ist, d. h., für jeden Matrixpunkt müssen die beschriebenen Schaltungen vorgesehen sein oder
alle Matrixpunkte bzw. Gruppen davon nacheinander mittels einer entsprechenden Wähleranordnung an
diese Schaltungen angeschlossen werden. Es lassen sich jedoch in vielen Fällen Vereinfachungen einführen,
welche die Eindeutigkeit der Zuordnung nicht gefährden. Eine Vereinfachung besteht darin, nicht
alle Matrixpunkte abzufragen; dies setzt jedoch im allgemeinen voraus, daß das Zeichen richtig zentriert
ist, d. h. daß der Zeichenfeldmittelpunkt mit dem Matrixmittelpunkt etwa übereinstimmt. Eine geringe
Verdrehung um den Mittelpunkt ist meist ohne Bedeutung. Die Justierung dieser Art läßt sich mit bereits
vorgeschlagenen Mitteln einfach und sicher durchführen. Wenn das Zeichen richtig zentriert ist,
kann man die für die Zentrierung erforderlichen Matrixpunkte am Rand der Matrix bei der weiteren
Formelementbestimmung ausschließen. Weiterhin lassen sich, wie bereits angeführt, durch Gruppenbildung
Vereinfachungen erzielen. Für die Erkennung von Ziffern wird dies beispielsweise beschrieben.
Für die Einteilung in die vier Quadranten I ... IV, wie es Fig. 2 zeigt, ist maßgebend, daß bei Ziffern
— mit Ausnahme der Null — die Formelemente W und G nicht erforderlich sind. Ferner zeigt eine Betrachtung
der Ziffern 1 ... 9, daß es genügt, festzustellen, ob in dem gerade untersuchten Quadranten
auch nur ein Matrixknotenpunkt das Formelement 6" anzeigt, um bereits die in Tabelle II dargestellten
Unterscheidungen zu erreichen.
Ziffer | Auftreten | ja | des Formelementes S in Quadranten | ΠΙ | IV |
I | ja | möglich | möglich | ||
1 | ja | ja | ja | ja | |
2 | möglich | nein | ja | nein | |
3 | ja | nein | ja | ja | |
4 | nein | möglich | ja_ | nein | |
5 | ja_ | ja | nein | nein | |
6 | nein | ja | ja | nein . | |
7 | nein | ja | nein | nein | |
8 | nein | nein | ja_ | nein | |
9 | nein | nein | nein | ||
0 | nein |
Wie die Tabelle II zeigt, ist bei manchen Ziffern das Auftreten des Formelementes 5" fraglich, so daß
sich hierdurch außer den ersichtlichen Zweideutigkeiten noch andere Zweideutigkeiten ergeben können.
Diese Zweideutigkeiten werden jedoch unter Hinzunahme der Formelemente L und R beseitigt, wie weiter
unten ausgeführt wird.
Die Formelemente W und G sind also für die Ziffern 1 bis 9 nicht erforderlich und können daher
zu Kontrollzwecken benutzt werden. Zum Beispiel muß das Formelement W mindestens in drei Quadranten
nachweisbar sein.
Die Ziffer »0«, die sich auch mit den Formelementen L, R, O und U allein nicht eindeutig bestimmen
läßt, kann aber auch bei der Quadranteneinteilung erkannt werden, wenn die folgenden Aussagen berücksichtigt
werden:
1. Formelement W in allen vier Quadranten,
2. Formelement G in allen vier Quadranten vorhanden.
Es genügt also für die Ziffernerkennung, lediglich die in den vier Quadranten liegenden Matrixknoten-
punkte mit den Übertragerschaltungen der Fig. 3 und 4 zu versehen und für jeden Quadranten eine einzige
Auswerteschaltung anzuordnen. Bei der Quadranteneinteilung kann es mitunter auch vorteilhaft
sein, eine Wähleranordnung zu verwenden, die bewirkt, daß die Matrixpunkte der einzelnen Quadranten
nacheinander abgefragt und die Abfragesignale der einzigen Auswerteschaltung zugeleitet werden. Da
eine einzige positive Aussage in einem Quadranten genügt, kann man also die Abfrage in dem betreffenden
Quadranten abbrechen, wenn die erste Aussage vorliegt. Neben einer wesentlich vereinfachten Auswerteschaltung
hat man daher auch noch günstige Zeitverhältnisse. Die auf den Trennungsgeraden XX'
und YY' liegenden Matrixpunkte können ebenfalls bei der Auswertung unberücksichtigt bleiben. Hierdurch
bleiben dann kleinere Zeichenverschiebungen in Richtung der Trenngeraden ohne Einfluß auf die Erkennung.
Fig. 5 zeigt eine geeignete Auswerteschaltung. Jeder ao Quadrant enthält eine Oder-Torschaltung OS, deren
Eingänge mit allen Jv-Ausgängen der zugehörigen Matrixgruppe verbunden sind. Eine Aussage an der
Oderschaltung erfolgt, wenn auf einer der Leitungen ein Signal ankommt. Durch diese Aussage wird der der
Oderschaltung nachgeschaltete Flip-Flop-Speicher FF markiert. Die Ausgangsleitungen aller Flip-Flop-Speicher
führen zu neun den Ziffern zugeordneten Koinzidenztoren KT1... KT9, die entsprechend der
Tabelle II miteinander verschaltet sind. Das Eintreten einer Koinzidenz wird zur Zeichenanzeigeschaltung
weitergemeldet. Für die Ziffer »2« ist dies dargestellt.
Die Schaltungen für die Formelemente W und G sind einerseits mit einer Kontrolleinrichtung, die
schematisch mit KO bezeichnet ist und in welcher die entsprechenden Kontrollen durchgeführt werden, und
andererseits mit der Auswerteschaltung Oi für die Null verbunden.
Die Formelemente S, W und G genügen nicht zur eindeutigen Erkennung allgemeiner Zeichen. Es müssen
daher noch die Formelemente L, R, O und U bzw. einige davon herangezogen werden.
Zur Bestimmung der Formelemente L, R, O und U
können die Potentialänderungen des Strömungsfeldes verwendet werden, d. h., man muß die räumlichen Ableitungen
bilden.
In Fig. 6 ist der charakteristische Verlauf beliebig herausgegriffener Äquipotentialkurven P1... P1 für
die Nachbildung der Ziffer 2 dargestellt. Man erkennt auf der linken Seite einen sich praktisch über
die ganze Längsausdehnung erstreckenden links offenen Bogen und auf der rechten Seite in der unteren
Hälfte einen im weiteren Sinne nach rechts offenen Bogen. Es handelt sich hierbei also um die Formelemente
L bzw. R. Zwar ist in beiden Fällen der entsprechende Verlauf des Zeichens selbst nicht genau
als »Bogen« anzusprechen, doch die sich diesem Verlauf glättend anschmiegenden Äquipotentialkurven
lassen den Bogencharakter deutlich hervortreten und zeigen damit, wie weitgehend unabhängig ein Verfahren,
das diesen Bogencharakter und seine ungefähre Lage festzustellen vermag, von der eigentlichen
Form des Bogens im Zeichen selbst und damit von Underungen der Schriftform ist.
Für die Erkennung der Ziffern genügt eine Beschränkung auf die Formelemente L und R. Die Beschreibung
wird daher auf die Bestimmung dieser Formelemente abgestellt, da andererseits die Bestimmung
der Formelemente O und U nach dem gleichen Prinzip durchgeführt werden kann.
Es sei angenommen, daß die Matrix im betrachteten Zeitpunkt auf der Geraden G (Fig. 6) abgefragt wird.
Für die entsprechenden Matrixpunkte K1 ... Zi9 ergeben
sich die in Fig. 7 a dargestellten Potentialverhältnisse in Abhängigkeit von der Ortskoordinate x.
Die Art des Anstieges des Potentials bis zu seinem Maximalwert + CZ0 im Punkt K1 ist durch den Verlauf
der Aquipotentialkurven bestimmt. Dort, wo sich diese Kurven dem links offenen Bogen (Formelement L) des Zeichens von innen anschmiegen, wie
es für die Punkte K3... K6 der Fall ist, wird der
Potentialzuwachs von Punkt zu Punkt zum Zeichen hin immer kleiner. Andererseits ist an der Außenseite
eines solchen Bogens wie bei den Punkten K8 und K9
der Potentialzuwachs von Punkt zu Punkt zum Zeichen hin in der Nähe des Zeichens immer größer
oder wenigstens gleich dem am Rand. Dieser Sachverhalt ist schematisch in Fig. 7 b in der Darstellung
des ersten Differentialquotienten -— als Funktion von χ
d χ
dargestellt.
An den Stellen, an denen der erste Differentialquotient mit größer werdendem χ kleiner wird, d. h.
an den Stellen, an denen ein links offener Bogen vorliegt, ist das Vorzeichen des zweiten Differentialquotienten
-τ-ζ negativ, wie aus Fig. 7 c zu ersehen ist.
Wird mit dem wachsendem χ ein Punkt maximalen Potentials + U0, d. h. ein vom Zeichen bedeckter
Punkt, erreicht, so hat der Potentialverlauf eine Unstetigkeitsstelle, und die beiden Differentialquotienten
sind nicht definiert. Deswegen müssen diese Punkte bei der Feststellung des Vorzeichens ausgelassen
werden. Eine solche Unstetigkeitsstelle ist z. B. in Fig. 7 der Punkt K7.
Die Feststellung des Vorzeichens von
dx*
mittels der in der Fig. 8 gezeigten Schaltung vorgenommen werden. Je drei benachbarte Punkte Kn _v
Kn und Kn+1 auf einer Geraden, längs der die Vorzeichenbestimmung
erfolgen soll, sind in der dargestellten Weise mit einem Differentialübertrager Ükn
verbunden, der jeweils dem mittleren Punkt Kn zugeordnet
ist und einen Kern mit nichtlinearer Kennlinie besitzt.
Um die Widerstandsmatrix, deren Widerstände in diesem Fall durch die Wicklungswiderstände der
Übertrager dargestellt sein können, möglichst hochohmig zu halten, ist es eventuell notwendig, den Wicklungen
noch zusätzliche Widerstände RM in Reihe zu schalten. Das Feld des Übertragers ist nun proportional
der Differenz der in den gegensinnigen Wicklungen W1 und W2 fließenden Ströme Zn-1 und Zn+1,
die ihrerseits wiederum den Potentialdifferenzen der Punkte Kn-1 und Kn bzw. Kn und Kn+1 proportional
sind. Man kann also aus dem Vorzeichen dieses Feldes
auf das Vorzeichen von
dx2
schließen.
Es sei angenommen, daß der normale Zustand des Kernes -BR ist. Wenn nun — wie bei den Punkten
K^, K5 und K6 — Kn_t der dem Matrixrand und
Kn + 1 der dem Zeichen zugewandte Nachbarpunkt ist,
so übertrifft beim Vorliegen eines Potentialkurvenverlaufs entsprechend dem eines Zeichenbogens nach
Fig. 7a der Strom Zn-1 den Strom Jn+1. Wenn
/n_j —Zn + 1X) ist, bildet sich im Übertrager ein
Feld +ZZ aus, das zum Umwerfen des Kerns in den Zustand +57? genügt.
Das mittels einer Abfragewicklung W3 anschließend
erzeugte Feld —H ausreichender Größe kippt den
IUII
Kern wieder in den Zustand -BR zurück, wobei in
der Anzeigewicklung W4 ein dem Induktionshub 2 BR
entsprechender Spannungsstoß auftritt. Übertrager einer Abtastgeraden, die bei der Abfrage einen derartigen
Spannungsstoß liefern, zeigen damit an, daß
an der betreffenden Stelle -j-ς- das für diesen Bogen
charakteristische negative Vorzeichen hat.
Wie oben bereits gesagt, müssen die vom Zeichen bedeckten Punkte bei der Bestimmung des Vorzeichens
ausgeschlossen werden, da bei ihnen das Vorzeichen
für -j-ς- nicht definiert ist. Fig. 9 zeigt eine Schaltungsanordnung
für eine Matrixzeile, die zur Ausscheidung der vom Zeichen bedeckten Punkte dient.
Gemäß dieser Schaltung sind die Abfragewicklungen ws
der Übertrager U^1. . . Uf1n in Reihe geschaltet. Die
Übertrager Ü Kl. . . ü\n sind den einzelnen Matrixpunkten
K1. . . Kn einer Zeile zugeordnet. Die bei
jedem Übertrager vorgesehenen Transistoren T1.. .Tn
sind so geschaltet, daß sie nur bei den vom Zeichen bedeckten Punkten stromdurchlässig sind.
Dies läßt sich leicht verwirklichen, da diese Punkte durch ihr konstantes Potential + JJ0 am Begrenzerausgang
vor allen anderen Punkten ausgezeichnet sind. Beim Anlegen eines Abfrageimpulses an die
Eingangsklemmen F der Abfrageleitung fließt nur dann ein Strom, wenn einer der Transistoren stromdurchlässig
ist. Dieser Strom ist in seiner Größe hauptsächlich durch den Widerstand Rg bestimmt. Der
durchgeschaltete Transistor schließt die beiden Leitungen kurz, so daß alle folgenden Übertrager nicht
mehr berücksichtigt werden.
Die Schaltung hat zur Voraussetzung, daß der Transistorsperrwiderstand ^ RSn ^ Transistorleitwiderstand
ist, und es wird mit ihr erreicht, daß der Strom nur die Übertrager vom Rand bis zum Zeichen
durchfließt und in ihnen ein genügend großes Feld —H erzeugt. War in einem dieser Übertrager die Induktion
-{-BR vorhanden, so gibt die Anzeigeleitung einen Impuls ab und zeigt das Vorhandensein eines
vom Zeichen bedeckten Punktes an.
Die Abfrage wird also abgebrochen, wenn der erste vom Zeichen bedeckte Matrixpunkt erreicht ist. Sodann
beginnt die Abfrage in der anderen Richtung. Die Schaltung der Fig. 9 stellt gleichzeitig sicher,
daß bei der Abfrage längs einer Zeile, auf der keine Zeichenpunkte liegen, überhaupt keine Aussage erfolgt.
Um nun nach links bzw. nach rechts offene Bögen auf diese Art unterscheiden zu können, muß die Abfrage
jeder Abfragezeile von beiden Rändern aus durchgeführt werden, d. h. die gemäß Fig. 9 beschriebene
Übertragerkette muß jeweils doppelt vorgesehen werden.
Für die Erkennung der Ziffern ist es ausreichend, wenige, unter Umständen nur je eine Abtastgerade in
der oberen und unteren Matrixhälfte, die in Fig. 6 mit G0 und Gu bezeichnet sind, und eine in der Mitte
liegende Gerade G^ zu berücksichtigen. Wird bei der Abfrage einer der Geraden G0 von links zur Mitte
hin in den Anzeigeleitungen ein Impuls festgestellt, so liegt dort das Formelement L vor, das wegen seiner
Lage im oberen Bereich als L0 bezeichnet ist. Die Abfrage
der Geraden G0 von rechts her liefert gegebenenfalls Aussagen für ein Formelement R0. Entsprechendes
gilt für die Formelemente Lv und Ru im
unteren Bereich. Um nicht weitere räumliche Formelementunterteilungen
vornehmen zu müssen, soll das Auftreten eines Impulses bei der Abfrage der Geraden
Gm von links bzw. rechts her zum Formelement L0 bzw. Rq gerechnet werden, wenn auch auf
der Geraden G0 ein entsprechender Impuls erzeugt wurde bzw. zum Formelement Ly bzw. Ry gerechnet
werden, wenn auch die Abfrage der Geraden Gy zu
einem Anzeigeimpuls führt. Tritt dagegen nur bei der Abfrage der Geraden GM ein Impuls auf, so soll dies
das gleichzeitige Vorkommen der Formelemente L0 und Lu bzw. Rq und Ru bedeuten.
Diese Zuordnung läßt sich mittels der in Fig. 10 gezeigten Koinzidenzschaltung erreichen, von der es für
die Abfrage von der linken und rechten Seite der Matrix her je eine gibt. Jede Ziffer ist nun durch
eine charakteristische Kombination der Formelemente L0, Lu, Rq, Ru gekennzeichnet, aus der sich, wie in
Fig. 10 für die Ziffer 2 gezeigt, die Ziffernzuordnung vornehmen läßt.
Die Odertore OJv1 und OS2 sind entsprechend mit
den Anzeigeausgängen der Übertrager Ü% der in Fig. 9
dargestellten Übertragerketten verbunden. Der Ausgang von O S1 führt zu dem Odertor O S3, welches ein
Ausgangssignal an den Speicher Sp1 liefert, wenn ein
Signal von einer Abtastgeraden G0 vorliegt. Der Speicher Sp1, der z. B. aus einem Flip-Flop bestehen
kann, geht dann in seinen anderen Zustand über, so daß seine Ausgangsleitung L0 markiert ist, was das
Vorliegen des Formelementes L0 bedeutet. Entsprechendes
gilt für die Abtastung auf der Geraden Gy für die Erkennung des Formelementes Lu.
Wie bereits gesagt, soll ein xA.btastsignal auf der Abtastgeraden G^ ein Signal L0 liefern, wenn auch
auf der Geraden G0 und nicht auf Gu Abtastsignale
vorliegen, und umgekehrt ein Signal Ly liefern, wenn
von Gu und nicht von G0 Abtastsignale kommen.
Hierzu dienen die beiden Tore US1 und US2 mit den
beiden Sperrleitungen. Kommt dagegen nur von der mittleren Abtastgeraden ein Signal, dann werden
beide Erkennungssignale L0 und Lv angezeigt, was
z. B. für die Ziffer 8 zutrifft.
Die Auswerteschaltung für die Abfrage von der rechten Matrixseite aus ist schematisch durch das
Rechteck RM angedeutet, welches die Signale R0 und
Ru liefert. Das Tor US dient zur Auswertung der
Signale L0, Lu, R0 und i?y und liefert ein Ausgangssignal
für das ihm zugeordnete Zeichen.
+5 Die Tabelle III gibt eine Aufstellung der bei den
Ziffern auftretenden Formelementkombinationen.
Bei der Abfrage der Geraden G0, G^ | LU | j und Gy | Ru | |
nein | nein | |||
Ziffer | ist festzustellen | ja | Abfrage von der rechten | ja |
Abfrage von der linken | ja | Matrixseite her | ja | |
Matrixseite her | nein | Formelement | ja | |
Formelement | ja | nein | ||
1 | L0 | nein | nein | nein |
2 | ja | ja | nein | nein |
3 | ja | ja | ja | ja_ |
4 | ja_ | ja | ja | nein |
5 | nein | nein | ja | nein |
6 | nein | ja_ | ||
7 | nein | nein | ||
8 | ja | ja | ||
9 | ja | nein | ||
0 | nein | nein | ||
nein |
Bis auf die Ziffern 3 und 8 sind alle Ziffern eindeutig durch diese Kombinationen gekennzeichnet.
Diese beiden lassen sich jedoch bereits durch die Prüfung auf das Auftreten des Formelementes S in den
Quadranten unterscheiden.
909 759/223
Bei Berücksichtigung aller Formelemente S, W, G, L und R sind manche der Ziffern überbestimmt, d. h.,
es treten mehr Aussagen auf, als zur eindeutigen Erkennung notwendig sind. Die überzähligen Aussagen
lassen sich zur Selbstprüfung auf die richtige Ziffernerkennung benutzen.
Claims (12)
- Patentansprüche:L Verfahren zum automatischen Erkennen von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen, bei dem die Zeichen in einem flächenhaften Strömungs- bzw. Potentialfeld elektrisch nachgebildet werden und bei dem das entstehende Strömungs- bzw. Potentialfeld ausgewertet wird, indem die Zeichen in Formelemente eingeteilt werden, durch die der Zustand in der unmittelbaren Umgebung eines oder mehrerer diskreter Punkte des Feldes eindeutig gegenüber den anderen Punkten bestimmt wird, nach Patentanmeldung St 12466 IX/43 a, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastsignale Übertragerschaltungen mit Übertragern zugeführt werden, deren Kerne zweier diskreter magnetischer Zustände fähig sind und die für die Formelemente digitalisierte Aussagen liefern, indem die Übertrager so geschaltet sind, daß sie entweder zum Auswerten des Potentialzustandes oder der räumlichen Potentialänderungen geeignet sind.
- 2. Verfahren zum automatischen Erkennen von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, soweit erforderlich, die Zeichen auf die Formelemente S (Spitze), ^(weiterlaufende Strichführung), G (geschlossene Strichführung), L (links offener Bogen), R (rechts offener Bogen), O (oben offener Bogen) und U (unten offener Bogen) untersucht werden.
- 3. Anordnung zur Erkennung von Zeichen gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Formelemente S, W und G für einen oder mehrere Matrixknotenpunkte eine Auswerteschaltung mit zwei Übertragern (U1, U2) mit zweier diskreter Zustände fähigen Kernen vorgesehen ist, deren Wicklungen (wn, W21) zwischen Matrixknotenpunkt und Fotozellenausgang hintereinandergeschaltet sind, daß ferner der Übertrager (U2) eine gegensinnig der Wicklung (w21) gerichtete Wicklung (w2l) besitzt, die einerseits mit dem Matrixknotenpunkt und andererseits mit Erdpotential verbunden ist, und daß schließlich hintereinandergeschaltete Abfragewicklungen (w12 und W22) vorgesehen sind, die zur Feststellung des jeweiligen Zustandes der Übertragerkerne über die Anzeigewicklungen (w13, w2S) dienen, indem dort eventuell Spannungsstöße entstehen, je nachdem in welchem der beiden Zustände die Kerne durch das Fotozellensignal gebracht sind, derart, daß für die Formelemente gilt:S = Spannungsstoß in U1 und nicht in U2,W = Spannungsstoß in U1 und in U2,G = Spannungsstoß in U2 und nicht in U1.60
- 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der Bedingungen für die Formelemente S, W und G logische Schaltungen (Ts, Tw, T0) vorgesehen sind.
- 5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung der Formelemente 6", W, G mehrere Matrixpunkte zu Gruppen zusammengefaßt sind) die als Ganzes gemeinsam auf das Vorhandensein dieser Formelemente geprüft werden.
- 6. Anordnung zur Erkennung von Ziffern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeichenfeld in vier Quadranten eingeteilt ist und jedem Quadranten eine logische Zuordnerschaltung zugeordnet ist.
- 7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Matrixpunkte einer Gruppe eine einzige Auswerteschaltung vorgesehen ist, welche mittels eines Wählers nacheinander an alle Matrixpunkte anschaltbar ist und die bewirkt, daß die Abfrage in dem betreffenden Quadranten abgebrochen wird, wenn die erste positive Aussage über ein erkanntes Formelement vorliegt.
- 8. Anordnung zur Erkennung von Zeichen gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Formelemente L1 R, O und U das Vorzeichen des zweiten räumlichen Differentialquotienten längs den Zeilen oder Spalten der Matrix des Potentialfeldes festgestellt wird, indem jedem Matrixknotenpunkt ein Differentialübertrager (ÜK) zugeordnet ist und die Übertrager einer Zeile oder Spalte zu einer Kette in Reihe hintereinandergeschaltet sind, derart, daß jeder Übertrager zwei gegensinnige Wicklungen besitzt, deren eine Enden mit dem betreffenden Matrixpunkt und deren andere Enden mit den unmittelbar benachbarten Matrixpunkten der Kette verbunden sind, so daß der Übertragerkern bei negativem Vorzeichen in den anderen Zustand übergeht und damit das Vorhandensein eines Bogens an dieser Stelle mittels der Abfragewicklung (zus) über die Anzeigewicklung (ϊ£/4) anzeigt.
- 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von Zeichen bedeckten Punkte bei der Vorzeichenbestimmung ausgeschlossen sind, indem jeder Übertragungswicklung (wk) der Übertrager (ÜK) ein Transistor (T1... Tn) parallel geschaltet ist, der über seine Basis von dem Begrenzerausgang gesteuert wird, derart, daß er beim Vorliegen des Potentials U0 am Begrenzerausgang geöffnet wird und damit alle folgenden Übertragerwicklungen (w^) kurzschließt.
- 10. Anordnung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung der Übertragerketten auf einige Zeilen bzw. Spalten beschränkt ist, die symmetrisch zur mittleren Zeile liegen, und daß mehrere Abtastgeraden zu symmetrischen Gruppen zusammengefaßt sind, die gemeinsam ausgewertet werden.
- 11. Anordnung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterscheidung der Formelemente L und R bzw. O und U die Übertragerkettenabfrage von den beiden jeweils gegenüberliegenden Matrixrändern aus erfolgt.
- 12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht zur Erkennung der Zeichen benötigten Formelemente zur Kontrolle auf die eindeutige Erkennung verwendet werden.In· Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 104 482.Hierzu 2 Blatt Zeichnungeni 909 759/223 3.60
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