DE1178627B - Anordnung zum Erkennen von Schriftzeichen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES W¥W PATENTAMT Internat. Kl.: G06f

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 43 a-41/03

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1178 627
J 20569IX c/43 a
22. September 1961
24. September 1964

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erkennen von Schriftzeichen, bei der aus den abgetasteten Signalen in regelmäßigen Abständen Impulse abgeleitet und mit den zu erkennenden Zeichen zugeordneten Musterimpulsreihen verglichen werden.

Zur Übertragung von in Schriftform vorliegenden Zeichen in eine datenverarbeitende Maschine ist es erwünscht, diese Schriftzeichen anstatt über den Umweg über eine Bedienungsperson unmittelbar einzugeben. Zum Erkennen von Schriftzeichen für derartige Zwecke sind schon Einrichtungen bekannt, bei denen das optische Bild des Schriftzeichens mit Bildern von Bezugszeichen verglichen wird. Es ist auch bekannt, das optische Bild des Schriftzeichens in ein elektrisches Analogon umzuwandeln und dieses Analogon auszuwerten. Zu einer solchen Auswertung ist es weiter bekannt, das gewonnene elektrische Signal einer mit Anzapfungen versehenen Verzögerungsleitung zuzuführen und die Potentialwerte an den Anzapfungen zur Auswertung zu benutzen, sobald das Signal vollkommen in die Verzögerungsleitung eingelaufen ist. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Auswertung genau zu dem Zeitpunkt stattfinden muß, zu dem das Signal in der Verzögerungsleitung enthalten ist.

Im Gegensatz dazu hat die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß sich der Vorgang der Zeichenerkennung über die ganze Dauer des Signals erstreckt. Die Erkennungsschaltungen vereinfachen sich dadurch wesentlich, und die Genauigkeit der Zeichenerkennung wird erhöht. Die Anordnung hat weiter den Vorteil, daß sie sich leicht an verschiedene Schriftzeichenformen anpassen läßt.

Gemäß der Erfindung ist die Anordnung zum Erkennen von Schriftzeichen, bei der aus den abgetasteten Signalen in regelmäßigen Abständen Impulse abgeleitet und mit den zu erkennenden Zeichen zugeordneten Musterimpulsreihen verglichen werden, gekennzeichnet durch Torsehaltungen, die einerseits mit dem Ausgang der Leseeinrichtung und andererseits mit einer von einem Impulsgenerator gespeisten Verzögerungsleitung verbunden sind, und durch mehrere je einem der zu erkennenden Zeichen zugeordnete und mit den Ausgängen der Torschaltungen verbundene Vergleicher, die beim Vergleich der von den Torschaltungen gelieferten Signalteile des von der Leseeinrichtung erzeugten Signals mit von den einzelnen zu erkennenden Zeichen zugeordneten Verzögerungsleitungen gelieferten Bezugssignalen Differenzsignale erzeugen, und durch jedem Vergleicher zugeordnete Differenzintegratoren, die die Differenzsignale für jedes Zeichen aufsummieren Anordnung zum Erkennen von Schriftzeichen

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Franklin Chuin Chiang, Palo Alto, Calif.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 3. Oktober 1960 (60 010)

und über Schwellwertschaltungen Erkennungsschaltungen steuern.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Signalvergleichs,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der beschriebenen Anordnung,

F i g. 3 ein Blockschaltbild, bei dem einige Teile als schematische Schaltbilder dargestellt sind.
Die graphische Darstellung der F i g. 1 zeigt, wie ein bestimmtes gedrucktes Zeichen nach der erfindungsgemäßen Anordnung erkannt werden kann. Die einzelnen mit der erfindungsgemäßen Anordnung durchgeführten Schritte sind von links nach rechts nebeneinander gezeigt. Im Abschnitte werden zunächst die auf den Aufzeichnungsträger 1 gedruckten Zeichen von der Leseeinrichtung 2 wahrgenommen und in eine dem betreffenden Zeichen entsprechende elektrische Signalform übergeführt. Die Signalerzeuger 53 bis 55 liefern gleichzeitig mit dem Lesen des gedruckten Zeichens Bezugssignale, die je einem bekannten Zeichen entsprechen. Die Bezugssignale haben vorzugsweise die Form von Impulsfolgen mit Amplituden, die der Signalform eines bekannten Zeichens entsprechen (s. Abschnitts). Durch Ausblenden wird aus dem von der Leseeinrichtung gelieferten Signal eine Folge von Impulsen gebildet, deren Zahl und zeitliche Lage mit den Impulsen der

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Bezugssignale (aus 53 bis 55) übereinstimmt. Jedes Bezugssignal kann nun von dem Eingangssignal subtrahiert werden, so daß die im Abschnitt C gezeigten Differenzsignale entstehen. Die Differenzsignale können dann getrennt bezüglich der positiven und negativen Differenzen integriert werden, wie es Abschnitt D der F i g. 1 zeigt. Aus diesem Abschnitt ist zu ersehen, daß bei der Subtraktion eines Bezugssignals von einem Eingangssignal, die dasselbe Zeichen darstellt wie das Bezugssignal, die integrierte Differenz wesentlich geringer ist als in dem Falle der Subtraktion eines Bezugssignals von einem nicht dasselbe Zeichen darstellenden Eingangssignal. Wenn ein Differenzsignal unterhalb eines vorbestimmten Pegelwertes liegt, so kann das gelesene Zeichen als das dem entsprechenden Bezugssignal gleichende identifiziert werden. Wenn andererseits alle Differenzsignale den vorbestimmten Wert überschreiten oder mehr als eines unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt, so fehlt die Eindeutigkeit, und das gelesene Zeichen wurde nicht erkannt.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 kann den in F i g. 1 gezeigten Funktionsablauf herstellen. Das auf dem Aufzeichnungsträger 1 gedruckte Zeichen wird an der Leseeinrichtung 2 vorbeigeführt und erzeugt in dieser ein elektrisches Signal, dessen Form dem zu erkennenden Zeichen entspricht. Die Leseeinrichtung kann mit einer üblichen photoelektrischen Zelle ausgerüstet sein; falls das Zeichen mit magnetisch wirksamer Farbe aufgebracht ist, kann die Leseeinrichtung ein Magnetkopf sein.

Die Ausgangsspannung des der Leseeinrichtung 2 nachgeschalteten Verstärkers 3 gelangt zu einem Impulsgenerator 4, der beim Eintreffen der Vorderkante der das Zeichen darstellenden Signalform einen Zeitimpuls verursacht. Dieser Zeitimpuls läuft über eine Verzögerungsleitung 5 und erscheint an einer Mehrzahl von Anzapfungen, die mit T₁, T₂, T₃ .. .T_n bezeichnet sind, um die aufeinanderfolgenden Zeitpunkte zu bezeichnen, zu denen die Impulse dort erscheinen. Durch die aufeinanderfolgenden Impulse aus der Verzögerungsleitung werden nacheinander Torschaltungen 6 geöffnet, denen das verstärkte Eingangssignal zugeführt wird. Jede dieser Torschaltungen läßt den zur Zeit ihrer öffnung anstehenden Signalteil durch, so daß auf den Leitungen S₁, S₂, S₃.. .S_n das in Zeitabschnitte zerlegte Eingangssignal nacheinander erscheint. Der Ausgangsimpuls des Impulsgenerators 4 wird außerdem über einen Inverter 7 einer Anzahl getrennter Verzögerungsleitungen 8 A bis 8 K zugeführt. Jede dieser Verzögerungsleitungen ist einem zu erkennenden Zeichen zugeordnet. Die Verzögerungsleitungen haben Anzapfungen, an denen zu den Zeiten T₁, T₂, T₃... T_n Ausgangsimpulse erscheinen. Die Zeiten T₁ usw. entsprechen den in Verbindung mit der Verzögerungsleitung 5 erwähnten Zeiten.

Die Anzapfungen der Verzögerungsleitungen 8 A bis SK führen zu Dämpfungsgliedern 9 A bis 9 K. Diese können z. B. aus einer Reihe von einstellbaren Widerständen bestehen. Durch geeignete Justierung dieser Widerstände kann die Amplitude der zugeführten Impulse so verändert werden, daß die Amplitudencharakteristik der Impulsfolge einem bekannten Zeichen entspricht. Da das Eingangssignal durch Ausblendungen in eine Folge von zu den gleichen Zeitpunkten auftretenden Impulsen zerlegt wird, besteht Synchronismus zwischen den Signalen aus den Verzögerungsleitungen 8 A bis 8 K und den Impulsen auf den Leitungen 5, bis S_n.

Mittels der Vergleicher WA bis 10 K kann jeder Impuls auf den Leitungen 5 mit dem entsprechenden Impuls aus den Verzögerungsleitungen 8 verglichen werden. Das dabei entstehende Differenzsignal entspricht dem Unterschied zwischen dem Eingangssignal zu dem gegebenen Zeitpunkt und dem entsprechenden Bezugssignal.

ίο Wenn der Bezugssignalabschnitt amplitudengleich dem Eingangssignalabschnitt ist, so wird das Ausgangssignal des Vergleichers 0. Ist jedoch eines der beiden Signale größer oder kleiner, so liefert der Vergleicher ein Ausgangssignal, das nach Größe und Richtung dem Differenzwert entspricht.

Jeder Vergleicher 10 ist einem Bezugszeichen zugeordnet. In den Differenzintegratoren UA bis 11K wird die gesamte Differenz zwischen der Impulsfolge des Bezugszeichens und der Impulsfolge des gelesenen Zeichens gebildet. Dabei werden die positiven und negativen Differenzwerte über den gesamten Zeitraum der Zeichenabfühlung angehäuft. Der Integrator braucht nicht notwendigerweise eine Integrierschaltung im eigentlichen Sinne des Wortes zu sein. Da zur Identifizierung des gelesenen Zeichens die Feststellung benutzt wird, ob die gebildete Differenz-»Summe« unterhalb eines gegebenen Schwellwertes bleibt, werden die Ausgänge der Differenzintegratoren 11/1 bis HK Schwellwertschaltungen 12A bis 12 £ zugeführt, die dann ein Signal abgeben, wenn das Eingangssignal vom zugehörigen Integrator einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Ausgänge der Schwellwertschaltungen 12 werden von den Erkennungsschaltungen 13 ausgewertet, die auf Grund des Auftretens oder Fehlens von Signalen aus den verschiedenen Schwellwertschaltungen die Entscheidung treffen. Die Erkennungsschaltungen 13 können mit einem Eingabeschalter einer datenverarbeitenden Anlage verbunden werden.

Da es nicht unmöglich ist, daß unter ungünstigen Bedingungen mehr als einer der Differenzintegratoren 11 ein Signal liefert, das unter dem vorgegebenen Schwellwert liegt, oder daß auch keines dieser Signale unter den Schwellwert fällt, kann die Erkennungsschaltung eine Einrichtung enthalten, die in solchen Fällen ein Warnzeichen abgibt.

Die F i g. 3 zeigt mit mehr Einzelheiten Schaltungen zur Zeichenerkennung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Der Aufzeichnungsträger 1 mit dem aufgebrachten, zu erkennenden Zeichen wird unterhalb der geschlitzten Platte 16 vorbeigeführt und dabei von der Photozelle 15 abgetastet. Diese liefert ein dem Betrag des reflektierten Lichtes entsprechendes elektrisches Signal an den Vorverstärker 17. Es möge dabei eine Signalform entstehen, wie sie bei 18 angedeutet ist; die Verstärker 19 und 20 werden damit gespeist. Der Ausgang des Verstärkers 19 führt zu einem Differenzierglied 21, das den Vorder- und Rückflanken des Eingangssignals entsprechende positive und negative Impulse hervorruft. Da hier zur Synchronisierung nur der der Vorderflanke der Signalform 18 entsprechende Impuls von Interesse ist, wird durch die Diode 23 der andere Impuls unterdrückt. Der positive Impuls erscheint am Widerstand 25 und gelangt zum Impulsgenerator 26, der den beiden Verzögerungsleitungen 27 und 28 einen negativen Impuls zuführt.

Jede dieser Verzögerungsleitungen besteht in an sich bekannter Weise aus angezapften Induktivitäten oder aus einzelnen reihengeschalteten Induktivitäten sowie aus Kapazitäten. Durch die Verwendung von Schaltelementen mit gleichen Werten für beide Verzögerungsleitungen treten an den entsprechenden Anzapfungen beider Leitungen die Impulse synchron auf. Die Widerstände 29 und 30 schließen die Verzögerungsleitungen ab.

Die Verzögerungsleitung 27 dient dazu, aus dem vom Verstärker 20 gelieferten Signal Impulse auszublenden. Zu diesem Zweck wird das Signal des Verstärkers 20 mehreren unabhängigen Torschaltungen zugeführt, von denen jede einer Anzapfung der Verzögerungsleitung 27 zugeordnet ist. Die Torschaltungen können untereinander gleich sein, z. B. aus einem Trennwiderstand 31, einem Koppelkondensator 32, einer Diode 33 und zwei als Spannungsteiler wirkenden Widerständen 34 und 35 bestehen. Durch die an die Klemme 36 angelegte Spannung werden die Diöden in Sperrichtung vorgespannt. Der auf der Verzögerungsleitung entlanglaufende Impuls aus dem Impulsgenerator 26 läßt nacheinander, z. B. über den Kondensator 32, die Diode 33 leitend werden, und zwar in dem Ausmaß, das durch die Höhe der über den Trennwiderstand 31 zugeführten Signalspannungen bestimmt wird. Die am gemeinsamen Belastungswiderstand 37 auftretende Impulsamplitude entspricht dann der Signalform, die von der Photozelle 15 zum Zeitpunkt des Ausblendimpulses abgetastet wurde. Die nacheinander am Widerstand 37 erscheinenden Impulse bieten also ein Maß für die jeweilige Amplitude der Signalform für ein abgefühltes Zeichen.

Die Impulse vom Impulsgenerator 26 pflanzen sich gleichzeitig längs der Verzögerungsleitung 28 fort. Die an den aufeinanderfolgenden Anzapfungen anstehenden Impulsamplituden werden durch die aus Widerstand 48 und Kondensator 49 bestehenden Dämpfungsglieder zu Bezugssignalen umgeformt. Die am Widerstand 37 auftretenden Impulse entsprechen nach Amplitude und Aufeinanderfolge einem bekannten gleichen Punkt. Am Widerstand 37 werden die Impulse aus der Verzögerungsleitung 27 und aus der Verzögerungsleitung 28 subtraktiv vereinigt. Wenn also der Impuls des Bezugszeichens gleiche Amplitude hat wie der ausgeblendete Teil der Signalform, so entsteht am Widerstand 37 die Differenz-Spannung 0. Während also der Zeitimpuls an den Verzögerungsleitungen 27 und 28 entlangläuft, entsteht am Widerstand 37 eine Folge positiver oder negativer Differenzimpulse. Diese werden getrennt für die beiden Polaritäten über die Diode 38 dem Kondensator 39 und über die Diode 40 dem Kondensator 41 zugeführt. Die Spannung an den Kondensatoren 39 und 41 entspricht der Summe der Einzeldifferenzen zwischen den Bezugssignalimpulsen und den Eingangssignalimpulsen.

Die summierten Differenzsignale fallen unter einen vorbestimmten Wert, wenn — wie schon gesagt — die Impulse des Bezugssignals in ihrer Amplitude den Impulsen des Eingangssignals entsprechen. Zwei bistabile Schaltungen 42 und 43 dienen der Aufgabe, festzustellen, ob die angesammelten Differenzsignale auf den Kondensatoren 39 und 41 über einem vorbestimmten Pegelwert liegen. Die Schaltungen 42 und 43 können aus einem üblichen Schmitt-Trigger bestehen, der immer dann ein Ausgangssignal liefert, wenn das Eingangssignal über einem bestimmten Schwellwert liegt. Die Schaltung 42 soll dabei für positive, die Schaltung 43 für negative Amplituden empfindlich sein. Beide Schaltungen liefern also ein Ausgangssignal, wenn ihr Eingangssignal einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die nachfolgende ODER-Schaltung 44 liefert beim Ansprechen einer oder beider Schaltungen 42 und 43 ein Ausgangssignal als Zeichen dafür, daß das Eingangssignal nicht dem durch Einstellung der Widerstände 48 dargestellten Bezugssignal entsprochen hat. Durch Vergleich des Eingangssignals mit einer Anzahl von gleichzeitig erzeugten Bezugssignalen kann die Identität eines bestimmten abgelesenen Zeichens leicht bestimmt werden, indem beobachtet wird, an welchen Ausgangsleitungen von mehreren Schwellwertkreisen ein Signal auftritt oder nicht. Durch eine Erkennungsschaltung, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist, läßt sich an solchen Ausgangssignalen ein digitaler für datenverarbeitende Systeme geeigneter Ausgangswert bilden.

An Stelle der in den F i g. 2 und 3 gezeigten mehreren Verzögerungsleitungen können auch andere Einrichtungen zur Lieferung aufeinanderfolgender elektrischer Impulse benutzt werden. Zum Beispiel ließe sich die Anordnung vereinfachen, indem nur eine Verzögerungsleitung benutzt wird, auf der Impulse für das Eingangssignal und für die Bezugssignale abgeleitet werden. Die Verzögerungsleitungen könnten auch durch andere bekannte Anordnungen ersetzt werden. Durch entsprechende Justierung der Schwellwertschaltungen läßt sich eine solche Toleranz-Breite einstellen, daß auch Mängel des abgefühlten gedruckten Zeichens oder Variationen bei handgeschriebenen Zeichen u. dgl. zufriedenstellend verarbeitet werden können.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Erkennen von Schriftzeichen, bei der aus den abgetasteten Signalen in regelmäßigen Abständen Impulse abgeleitet und mit den zu erkennenden Zeichen zugeordneten Musterimpulsreihen verglichen werden, gekennzeichnet durch

a) Torschaltungen (6), die einerseits mit dem Ausgang der Leseeinrichtung (2, 3) und andererseits mit einer von einem Impulsgenerator (4) gespeisten Verzögerungsleitung (5) verbunden sind,

b) mehrere je einem der zu erkennenden Zeichen zugeordnete und mit den Ausgängen der Torschaltungen (6) verbundene Vergleicher (10 A bis 10K), die beim Vergleich der von den Torschaltungen (6) gelieferten Signalteile des von der Leseeinrichtung (2, 3) erzeugten Signals mit von den einzelnen zu erkennenden Zeichen zugeordneten Verzögerungsleitungen (8^4 bis 8K) gelieferten Bezugssignalen Differenzsignale erzeugen, und

c) jedem Vergleicher (10 A bis 10 K) zugeordnete Differenzintegratoren (11ΛΙ bis 11 K), die die Differenzsignale für jedes Zeichen aufsummieren und über Schwellwertschaltungen (12 Λ bis 12K) Erkennungsschaltungen (13) steuern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (4) beim

Eintreffen des von der Leseeinrichtung (2, 3) bei der Abtastung eines Zeichens gelieferten Signals einen Zeitimpuls erzeugt.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (4) über einen Inverter (7) mit den Verzögerungsleitungen (8/4 bis 8X) für die Erzeugung von Bezugssignalen verbunden ist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzintegratoren (11A bis 11 K) eine getrennte Summierung der positiven und negativen Differenzspannungen über die Dauer jedes Abtastsignals durchführen.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungs-

leitungen (8,4 bis 8K) für die Bezugssignale durch Dämpfungsglieder, z. B. regelbare Widerstände (9 A bis 9K), an die darzustellenden Schriftzeichen angepaßt sind.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschaltungen (12A bis 12K) aus je einem Trigger (42, 43) für die positiven und negativen Differenzspannungen und einer nachgeschalteten ODER-Schaltung (44) bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

USA.-Patentschrift Nr. 2 947 971;

High-Speed Computing Devices, McGraw-Hill Book Company, Inc. New York, Toronto, London, 1950, S. 268, Fig. 13 bis 2 a.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 688/164 9.64

> Bundesdruckerei Berlin