DE1104241B - Verfahren zur Abtastung von Zeichen u. dgl. zwecks automatischer Erkennung - Google Patents
Verfahren zur Abtastung von Zeichen u. dgl. zwecks automatischer ErkennungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtastung von Zeichen u. dgl. zwecks automatischer
Erkennung.
Zur Automatisierung von Rechen- oder dergleichen Vorgängen ist es oft erwünscht, lesbare Zeichen auch
automatisch zu erkennen, um danach datenverarbeitende Anlagen zu steuern. Dieser Wunsch hat zu
vielen Vorschlägen zum automatischen Lesen von Buchstaben und Ziffern geführt.
Die folgende Beschreibung ist der Einfachheit wegen auf die Verwendung fotoelektrischer Abtastung
abgestellt, obwohl alle bekannten anderen Abtastarten wie galvanische, magnetische, elektronenoptische und
dergleichen Abtastungen im Rahmen der Erfindung angewendet werden können. Die aus der Optik stammenden
Ausdrücke sind dann sinngemäß zu übertragen.
Bei einigen bekannten Verfahren werden die Zeichen längs bestimmter horizontaler und/oder vertikaler
Bezugslinien abgestastet und die schwarzen Stellen innerhalb des Abtastfeldes festgestellt. Bei geeigneter
Wahl der Abtastlinien ergeben sich so Kombinationen von schwarzen Stellen für die einzelnen Zeichen, die
für die betreffenden Zeichen charakteristisch sind.
Es ist ferner möglich, das Abtastfeld rasterartig in kleine Bereiche einzuteilen und die Verteilung der
schwarzen Stellen in diesem Rasterfeld zu untersuchen, so daß man also die Linienführung bzw. die Konturen
der Zeichen erfassen kann.
Um den Schwärzungsgrad eines abgetasteten Rasterpunktes mit größerer Sicherheit feststellen zu
können, ist auch schon vorgeschlagen worden, den gerade im Augenblick abgetasteten Rasterpunkt auf
seinen Schwarzgehalt in Abhängigkeit vom Schwarzgehalt der Nachbar-Rasterpunkte zu untersuchen.
Hierbei dient die Tendenz der Schwärzungszunahme oder-abnähme längs der Abtastbahnen zur Erkennung
der schwarzen oder weißen Rasterpunkte.
Bei beiden Verfahrensarten kann die Abtastung mittels einer oder mehrerer Abtasteinrichtungen vorgenommen
werden. Bei der ersten Abtastart ist es zweckmäßig, je Bezugslinie eine Fotozelle vorzusehen,
während man bei dem zweiten Verfahren je Zeile oder Spalte eine Fotozelle oder aber für alle Rasterbereiche
je eine Fotozelle vorsehen kann. Im letzteren Falle findet bei der Abtastung keine Relativbewegung zwischen
Zeichenträger und Abtasteinrichtung statt.
Bei beiden Verfahren ist es erforderlich, die bei der Abtastung erhaltenen elektrischen Signale für die
Zuordnung zu den Zeichen zu speichern. Die Signale werden zu diesem Zwecke meist digitalisiert, d. h., es
werden für einen Flächenpunkt nur zwei diskrete Werte verwendet. Zum Beispiel ordnet man einen
bestimmten Schwärzungsgehalt eines Rasterfeldes die Verfahren
zur Abtastung von Zeichen u. dgl.
zwecks automatischer Erkennung
zwecks automatischer Erkennung
Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz
Standard Elektrik Lorenz
Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Dr.-Ing. Karl Steinbuch, Fellbach (Württ),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
Spannung U0 und sonst die Spannung U=O zu. Diese
Verfahren arbeiten daher nur bei bestimmten, fest-
a5 gelegten Kontrastverhältnissen, z. B. muß das Zeichen
schwarz auf weißem Grund vorliegen.
Wenn jedoch Kontraständerungen auftreten, wenn z. B. ein weißer Linienzug auf dunklem Grund oder
ein schwarzer Linienzug auf grauem Grund oder schließlich ein Linienzug mit innerer Struktur vorliegt,
dann versagen diese bekannten Verfahren der Zeichenerkennung.
Gegenstand der' Erfindung ist ein Verfahren zur Abtastung von Zeichen u. dgl., die zur Erkennung von
Zeichen verwendet werden und die bei der Abtastung der innerhalb eines Abtastfeldes angeordneten Zeichen
mittels fotoelektrischer, galvanischer, magnetischer oder dergleichen Abtastung gewonnen werden. Der
allgemeine Lösungsgedanke der Erfindung besteht darin, die Abtastung jeden Abtastpunktes auf zwei
oder mehr unmittelbar benachbarte Abtastpunkte zu erstrecken, so daß die Konturen der Zeichen erfaßt
werden können.
Man bekommt nämlich Vergleichswerte für die Erzeugung der Abtastsignale, bei denen es nur auf den
relativen Helligkeitsunterschied, nicht aber auf die Art des Unterschiedes benachbarter Abtastpunkte
ankommt.
Ein einfacher Weg zur Lösung besteht darin, dem abtastenden Element (Lichtstrahl, Fühler) eine relative
Bewegung zu dem Zeichenträger zu geben, welche das Element in der erforderlichen Weise über die
Ränder des gerade betrachteten Abtastpunktes in die benachbarten Abtastpunkte bringt. Bei fotoelektrischer
109 539/323
oder elektronenoptischer Abtastung kann man z. B. dem Abtaststrahl eine kreisförmige Bewegung erteilen.
Hierdurch werden dann die Kontrastsprünge an den Rändern erfaßt und zur Erzeugung der digitalisierten
Abtastsignale verwendet.
Eine andere Möglichkeit, insbesondere bei mosaikartig angeordneten Abtastelementen, besteht darin, bei
jedem betrachteten Abtastpunkt die benachbarten Abtastelemente nacheinander abzufragen, also z. B. je
Abtastpunkt zwei oder vier benachbarte Fotozellen nacheinander anzuschalten, so daß die kreisförmige
Bewegung angenähert wird und man auch hierdurch die Konturen erfassen kann.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 7 beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die Ziffer 4 für einige Kontrastfälle,
Fig. 2 die Ziffer 2 in einem Abtastraster,
Fig. 3 eine Abtastanordnung mit Fotowandlermosaik,
Fig. 4 eine prinzipielle Anordnung für die Durchführung
des neuen Abtastverfahrens,
Fig. 5 die Verstärkerschaltung für die Fotowandler der Anordnung nach Fig. 4,
Fig. 6 eine Abtastbahn des abtastenden Elektronenstrahles für die Durchführung des neuen Verfahrens,
Fig. 7 eine weitere Anordnung gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt die Ziffer 4 für einige Kontrastfälle,
die in der Praxis vorkommen können. Die Ziffer kann dunkel auf weißem Grund (Fig. la), weiß auf dunklem
Grund (Fig. Ib), dunkel auf grauem Grund (Fig. 1 c) oder mit innerer Struktur (Fig. 1 d) erscheinen.
Die meisten Abtastverfahren für die Erkennung von Zeichen sind jedoch darauf abgestellt,
daß sie nur bei bestimmten Kontrastverhältnissen arbeiten.
Fig. 2 zeigt die Ziffer 2 in einem grobgerasterten Abtastfeld 1 mit den Rasterbereichen bxy. Den hellen
Rechtecken wird die Spannung O und den schraffierten Rechtecken die Spannung U0 zugeordnet. Damit ergeben
sich bei der Abtastung digitale Signale, die zur Erkennung der Zeichen verwendet werden können.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Abtastanordnung zur Erzeugung der betreffenden Abtastsignale. Das
Zeichen wird mittels der optischen Einrichtung 2, die schematisch als Linse dargestellt ist, und den Fotowandlern
3 abgetastet. Dabei ist jedem Rasterbereich bxy des Abtastfeldes 1 ein eigener Fotowandler zugeordnet.
Jedem Fotowandler ist ein Verstärker nachgeschaltet, der stark übersteuert entweder die Spannung
O oder die Spannung U0 liefert, je nach der
Schwärzung des Abtastfeldes. Der weiteren Auswertung zwecks Erkennung der Zeichen steht also eine
flächenhafte Verteilung der Spannungen O und LO
zur Verfugung, so wie es der Darstellung der Fig. 2 entspricht. Wie man ohne weiteres ersieht, wird dieses
Spannungsfeld durch die in den Fig. 1 b bis 1 d dargestellten
Kontraständerungen so verändert, daß eine sichere Auswertung im allgemeinen nicht mehr möglich
ist.
Fig. 4 zeigt prinzipiell und schematisch eine Anordnung, die auf dem Gedanken gemäß der Erfindung
beruht und zur Überwindung dieser Schwierigkeit führt. In dem optischen Strahlengang 4 zwischen dem
zu erkennenden Zeichen und dem Mosaik von Fotowandlern ist außer der Abbildungslinse ein mechanisch
rotierendes flaches Prisma 5 eingefügt. Durch die Rotation dieses Prismas beschreibt jeder einem Fotowandler
zugeordnete Abtaststrahl einen kleinen Kreis 6 auf dem Abtastfeld. Damit erhält man für jeden Fotowandler
an den Konturen der Zeichen Hell-Dunkel-Sprünge, die bei entsprechender Auslegung der Verstärkeranordnung
für die Erzeugung der Spannung O oder U0 herangezogen werden können.
Um dies zu erreichen, besitzt der hinter dem Fotowandler angeordnete Verstärker 7 (Fig. 5) Hochpaßcharakter.
Ferner ist eine Gleichrichterstufe 8 sowie ein Gleichstromverstärker 9 in dem Stromweg eingefügt.
Ein Begrenzer 10 ist auch in diesem Falle vorgesehen, so daß sich eine digitalisierte Aussage der
ίο Abtastung ergibt. Diejenigen Fotowandler, welche auf
der Peripherie ihres Abtastkreises immer etwa dieselbe Schwärzung finden, ergeben in der Verstärkerschaltung
der Fig. 5 die Ausgangs spannung U^ = 0.
Nur solche, welche Schwärzungsunterschiede finden,
iS erzeugen am Ausgang der Verstärkerschaltung eine
Spannung U'XIJ = U0. Damit hat man also die Konturen
der zu erkennenden Formen elektrisch dargestellt und ist invariant gegen Kontraständerungen. Aus der
flächenhaften Verteilung der Spannungen t/,'y kann
auf das vorliegende Zeichen mit irgendeiner bekannten Auswerteschaltung geschlossen werden, da die Konturen
der Zeichen eine eindeutige Aussage gestatten, so daß man außerdem auch von der Strichdicke der
Zeichen ziemlich unabhängig ist.
Die Anordnung der Fig. 4 ist nur beispielsweise gewählt, um das Prinzip der Erfindung zu beschreiben.
An Stelle des Mosaiks von Fotowandlern kann man natürlich auch eine eindimensionale Reihe von
Fotowandlern oder auch eine einzige Fotozelle vorsehen, die eine Relativbewegung über das Abtastfeld
ausführen.
Bei der praktischen Ausführung des Erfmdungsgedankens ist es natürlich erwünscht, das rotierende
flache Prisma, das hauptsächlich zur Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung gewählt wurde, zu
vermeiden. Dies läßt sich bei elektronenoptischer Abtastung sehr einfach realisieren, indem man der
Bewegung des abtastenden Elektronenstrahls 11 eine z. B. kreisförmige Bewegung überlagert. Damit erhält
die Abtastbahn die in Fig. 6 gezeigte Form. Eine solche Bewegungsform kann in bekannter Weise dadurch
erzeugt werden, daß auf die beiden Ablenkplattenpaare außer den sägezahnförmigen Kippspannungen
hochfrequente Wechselspannungen gegeben werden, und zwar für die beiden Ablenkrichtungen
um 90° in der Phase verschoben.
Fig. 7 zeigt eine Schaltung, um bei Anordnung der Fotozellen in Zeilen oder Spalten die Kontrastinvarianz
zu erzielen. Bei jedem Abtastpunkt werden die unmittelbar benachbarten Abtastpunkte nacheinander
abgefragt, so daß man ebenfalls Hell-Dunkel-Sprünge und damit die Konturen der Zeichen erfassen
kann. Die Zuordnung der Fotozellen zu den Schaltungen zur Erzeugung der Ausgangssignale geschieht
mittels z. B. elektronischer Schalter S. In der Fig. 7 ist nur eine Umschaltung" in einer Ebene vorgesehen;
dies ist bei zeilenweiser Abtastung ausreichend. Bei vollparalleler Abtastung muß sie jedoch im allgemeinen
zweidimensional sein.
Claims (4)
1. Verfahren zur Abtastung von Zeichen u. dgl., die zur Erkennung von Zeichen verwendet werden
und die bei der Abtastung der innerhalb eines Abtastfeldes angeordneten Zeichen mittels fotoelektrischer,
galvanischer, magnetischer oder elektronenoptischer Abtastung gewonnen werden, dadurch
gekennzeichnet, daß für jeden Abtastbereich {bXy) in an sich bekannter Weise jeweils zwei oder
mehr unmittelbar benachbarte Abtastbereiche (bxy) nacheinander ebenfalls abgetastet und die
Helligkeitsunterschiede zwischen den Nachbarbereichen und dem betrachteten Bereich als Kriterien
zur Erkennung ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem abtastenden Element (Lichtstrahl,
Wandler usw.) eine relative Bewegung zu dem Zeichenträger erteilt wird, wodurch das
Element in der erforderlichen Weise über die Ränder des gerade betrachteten Abtastbereiches in
die benachbarten Abtastbereiche gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei fotoelektrischer oder elektronenoptischer
Abtastung dem Abtaststrahl eine kreisförmige Bewegung mit entsprechendem Radius erteilt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektronenstrahl eine Kreis-
bewegung überlagert wird, indem den beiden Ablenkplattenpaaren außer den sägezahnförmigen
Kippspannungen hochfrequente Wechselspannungen, und zwar für die beiden Ablenkrichtungen um
90° in der Phase verschoben, aufgedrückt werden. S. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Abtastung mit in Zeilen und/oder Spalten angeordneten Abtastelementen in jedem
Abtastbereich jeweils die benachbarten Abtastelemente nacheinander mit abgefragt werden, indem
die Anordnungen zur Erzeugung der Ausgangssignale nacheinander an die betreffenden
Abtastelemente angeschlossen werden.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 889 658;
Proceedings of the 1955 Western Joint Computer Conference, published by the Institute of Radio
Engineers, 1955, S. 94 bis 100.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (61)
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NL229873D NL229873A (de) | 1957-04-17 | ||
DENDAT1065198D DE1065198B (de) | 1957-04-17 | Verfahren und Anordnung zur automatischen Erkennung von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen (Ziffern, Buchstaben u. dgl.) | |
NL226946D NL226946A (de) | 1957-04-17 | ||
NL232548D NL232548A (de) | 1957-04-17 | ||
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NL229663D NL229663A (de) | 1957-04-17 | ||
NL226945D NL226945A (de) | 1957-04-17 | ||
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