DE1214454B

DE1214454B - Anordnung zur maschinellen Erkennung von Schriftzeichen

Info

Publication number: DE1214454B
Application number: DEST22906A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Dietrich; Dipl-Ing Winfried Schrempp
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1964-11-05
Filing date: 1964-11-05
Publication date: 1966-04-14
Also published as: US3478315A; GB1110923A; BE671864A; NL6514432A; CH472076A; SE331381B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G06k

Deutsche KL: 43 a-41/03

Nummer: 1214 454

Aktenzeichen: St 22906IX c/43 a

Anmeldetag: 5. November 1964

Auslegetag: 14. April 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur maschinellen Erkennung von Zeichen, insbesondere auf eine Anordnung zur Unterdrückung überflüssiger Informationen bei der Abtastung,

Bei vielen Verfahren zur Zeichenerkennung wird das Zeichenfeld rasterartig aufgelöst; die Rasterung kann dabei durch ein Raster von Abtastelementen erfolgen, sie kann aber auch dadurch bewirkt werden, daß eine Reihe von Abtastelementen senkrecht zu der Ausdehnung dieser Reihe über das Zeichenfeld hinwegbewegt und die Auswertung zu bestimmten Zeiten wirksam gemacht wird. In vielen Fällen wird dann zur Erkennung die Information je Spalte untersucht. Dies ist besonders dann zweckmäßig, wenn stilisierte Zeichen verwendet werden, die im wesentlichen aus senkrechten und waagerechten Strichelementen aufgebaut sind.

Bei einer derartigen an sich groben Rasterung muß das Zeichen in das Raster passen; diese Voraussetzung ist in der Praxis meistens nicht erfüllt. Bei kleinen Zeichen (z. B. 2,70 mm hoch, 1,70 mm breit) oder bei normal großen Zeichen (z. B. 3,10 m hoch, 1,70 mm breit), die mit maximal zulässiger Strichtstärke (z. B. 0,50 mm) gedruckt sind, fallen bereits beträchtliche Anteile eines Striches in die benachbarte Spalte bzw. Zeile, so daß dann bei der Abtastung ein Strich in zwei benachbarten Spalten bzw. Zeilen als schwarz gemeldet wird. Die für die zweite Spalte bzw. Zeile ermittelte Information ist meist für die Auswertung unwichtig und kann daher weggelassen werden; oft ist aber diese zweite Information störend, da sie eine sichere Erkennung bei der geringen Auflösung nicht mehr gewährleistet.

Da die Zeichen üblicherweise schmaler als hoch und die Spaltenzahl geringer als die Zeilenzahl ist, ist der Fall der Überlappung eines senkrechten Striches in zwei benachbarten Spalten besonders kritisch, da dies leicht zur Nichterkennung eines Zeichens führen kann, wohingegen die Überlappung eines waagerechten Striches in zwei benachbarten Zeilen nicht kritisch ist; denn die Feststellung, ob der waagerechte Strich oben, in der Mitte oder unten im Zeichenfeld liegt, wird dadurch nicht beeinträchtigt. Bei den senkrechten Strichen dagegen muß man eindeutig z. B. zwischen der ersten und zweiten (3 und 8) bzw. der vierten und fünften Spalte (4 und 9) unterscheiden, um die Zeichen sicher identifizieren zu können. Die Spalten sind hierbei von rechts nach links gezählt.

Es sind auch schon Erkennungsverfahren bekanntgeworden, bei denen die oben angedeuteten überflüssigen Informationen in zwei aufeinanderfolgen-Anordnung zur maschinellen Erkennung von
Schriftzeichen

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Walter Dietrich,

Ditzingen (Kr. Leonberg);

Dipl.-Ing. Winfried Schrempp, Stuttgart

den Spalten unterdrückt werden. Bei dem bekannten Verfahren werden die Schwarzweißübergänge der Zeichen in Spaltenrichtung ermittelt und diese Uber-

_ao gänge je Abtastspalte als Impulszüge abgespeichert. Wenn die Impulszüge zweier aufeinanderfolgender Spalten gleich sind, wird die Information der zweiten Spalte unterdrückt. Dies erfolgt dadurch, daß Zählerpaare, deren Anzahl die Anzahl der maximal auftretenden Impulse ist, vorgesehen sind, in die abwechselnd die Spalteninformation eingespeichert wird. Bei jedem Speichertakt wird der Inhalt der jeweils einander zugeordneten Zähler der beiden Zählerpaare miteinander verglichen; bei Ungleichheit wird die abgetastete Information abgespeichert, während bei Gleichheit die in dem betrachteten Abtasttakt ermittelte Information unterdrückt wird.

Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, die überflüssige bzw. störende Information zweier aufeinanderfolgender Abtastspalten zu unterdrücken. Dabei erfolgt die Abtastung ebenfalls gerastert in Zeilen und Spalten, und zwar mittels einer Reihe von Abtastelementen, beispielsweise einer Fotozellenreihe. Ferner ist vorausgesetzt, daß die Zeichen so stilisiert sind, daß sie im wesentlichen aus senkrechten und waagerechten Strichelementen aufgebaut sind und daß auf eine Spalte mit senkrechtem Strichanteil mindestens eine Spalte ohne senkrechten Strichanteil im gleichen Höhenbereich folgt. Die Strichstärke der Zeichen wird durch die neue Anordnung so reduziert, daß sie eindeutig einer der Spalten zugeordnet werden kann, so daß· eine geringe Anzahl von Spalten für die Auswertung und Erkennung ausreichend ist.

Gemäß der Erfindung ist mit jeder Ausgangsschaltung jedes Abtastelementes der Reihe ein bistabiles. Speicherelement zur Speicherung des Schwarzsignals

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verbunden, dessen beide Ausgänge ihrerseits mit den des Pfeiles 2 bewegte Zeichenträger abgetastet wird; beiden Eingängen eines weiteren bistabilen Speichers im vorliegenden Falle ist angenommen, daß die nach Art eines Schieberegisters verbunden sind; fer- Ziffer 0 gerade ausgewertet werden soll, wie durch ner ist zwischen der Ausgangsschaltung und dem die gestrichelte Ziffer dargestellt ist. Wegen der Beersten Speicher jeweils eine UND-Schaltung vorge- 5 wegungsrichtung des Zeichenträgers läuft die Spalsehen, und schließlich sind die bei »weiß« markier- tenzählung von rechts nach links. Jede Fotozelle ist ten Ausgänge der zweiten Speicher jeweils dreier mit einer Ausgangsschaltung 3 verbunden, die im benachbarter Abtastspuren mit den Eingängen der allgemeinen einen Verstärker und eine Schwellwertder mittleren Spur zugeordneten UND-Schaltung schaltung enthält. Da derartige Schaltungen bekannt über eine ODER-Schaltung verbunden. Die Ein- io sind und vielfach verwendet werden, wird auf eine speicherung in die zweiten Speicher erfolgt in den weitere Erläuterung verzichtet. Jede Ausgangsschal-Pausen zwischen zwei Spaltentakten, bei denen die rung 3 ist über eine UND-Schaltung 4 mit einem Einspeicherung in die ersten Speicher erfolgt. Eingangsspeicher 5 verbunden. Da die Ausgangs-

Die Anordnung läßt sich vereinfachen, wenn die signale digitalisiert sind, d. h, bei einem bestimmten waagerechten Striche nicht zur Erkennung herange- 15 Schwarzinhalt des abgetasteten Flächenelementes zogen werden. In diesem Falle können also die vorhanden und unter diesem SchwarzinhaltNull sind, Schwarzinformationen, die sich auf waagerechte genügt für die Speicherung ein bistabiles Speicher-Striche beziehen, unterdrückt werden; es ist meist element, z. B. ein Flip-Flop. Die Einspeicherung erzweckmäßig, dies zu tun, da sie bei der Auswertung folgt, wenn ein Schwarzsignal vorliegt und die von nur senkrechten Strichanteilen störend sein kön- 20 UND-Bedingungen an der UND-Schaltung 4 erfüllt nen. In diesem FaUe kann die ODER-Schaltung weg- sind.

fallen, so daß die Ausgänge der zweiten Speicher Beide Ausgänge der Flip-Flops 5 sind jeweils mit

direkt mit der betreffenden UND-Schaltung verbun- einer weiteren bistabilen Speichereinheit verbunden,

den sind. Sind die Zeichen stark stilisiert, besitzen so daß die Flip-Flops 6 den gleichen Zustand ein-

sie insbesondere scharfe Ecken an ihren auszuwer- 25 nehmen wie die Flip-Flops 5. Die Ausgänge A_n sind

tenden Strichelementen, dann ist es mitunter mög- markiert, wenn in dem betreffenden Flip-Flop 6 ein

lieh, die Anordnung noch weiter zu vereinfachen, Weißsignal gespeichert ist.

indem nämlich dann der Ausgang des zweiten Spei- Die Zeichen werden — wie bereits gesagt -— spal-

chers jeweils nur einer Abtastspur mit der zugeord- tenweise durch die Fotozellenreihe 1 abgetastet, wo-

neten UND-Schaltung verbunden ist. 30 bei der Spaltentakt c durch einen Taktgeber erzeugt

Es ist ersichtlich, daß mit dieser neuen Anord- wird. Der Spaltentakt c bewirkt auch das Öffnen der nung Überflüssigeinformationen unterdrückt werden, UND-Schaltungen4. Während des inversenTaktes c, so daß der Aufwand für die Speicherung und Er- dessen positive Vorderflanke um eine Pulsbreite kennung relativ niedrig sein kann. Die Auswertung der gegenüber dem Takte verschoben ist, wird der Inwaagerechten Striche kann in bekannter Weise erfol- 35 halt der Speicher 5 in die Speicher 6 übertragen, gen, z.B. durch Aufladen eines Kondensators oder Fig. 3 zeigt die beiden gegeneinander versetzten durch einen Zähler, beispielsweise den Spaltenzähler. Taktimpulszüge c und c.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Es ist angenommen, daß die Ausgangssignale der

Fig. 1 bis 5 beispielsweise näher erläutert. Es zeigt Ausgangsschaltung 3 und der UND-Schaltungen 4

F i g. 1 die auszuwertenden Ziffern 0 bis 9, 40 positiv sind, wenn schwarz abgetastet wird; die Aus-

F i g. 2 schematisch die"Anordnung gemäß der Er- gangssignale der Flip-Flops 6 sind negativ, wenn

findung, schwarz eingespeichert ist, also positiv, wenn weiß

Fig. 3 die Speichertaktec und c, eingespeichert wurde. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist,

F i g. 4 den Eingang E der UND-Schaltung in werden die UND-Schaltungen 4 und die Flip-Flops 5 Fig. 2 für die Auswertung von senkrechten Stri- 45 durch positive Signale gesetzt, während die Flipchen — ohne Unterdrückung der waagerechten Flops 6 auf beide Signalrichtungen ansprechen, da Striche, sie nach Art eines Schieberegisters mit den Spei-

Fig. 5 den Eingang £ der UND-Schaltung in ehern5 verbunden sind.

F i g. 2 für die Auswertung von senkrechten Strichen Die Einspeicherung des Ausgangssignals F₁ (i = 1,

mit Unterdrückung der waagerechten Striche. 50 2 ... n, n+1...) in den zugeordneten Speichert

Fig. 1 zeigt die auszuwertenden Ziffern 0 bis 9; erfolgt über die UND-Schaltungen 4, wenn gleichwie bei der Ziffer 0 dargestellt ist, wird das Zeichen- zeitig der Speichertakt c und das Eingangssignal E₁ feld in ein Raster mit fünf Spalten und neun Zeilen vorhanden sind. Die Einspeicherung in die Flipeingeteilt. Ferner läßt sich aus dem Ziffernsatz er- Flops 6 erfolgt durch den inversen Speichertakt c. sehen, daß auf eine Spalte mit Schwarzinformation 55 Die Bedeutung des Signals E₁ ist aus Fig.4 ermindestens eine Spalte mit Weißinformation folgt; sichtlich. Diese. Figur zeigt, daß jeweils drei Ausdabei bezieht sich die Schwarziriformation jeweils ganged über die ODER-Schaltung7 mit der UND-auf einen Teil der Spalte oder die gesamte Spalte. Schaltung 4 verbunden sind, und zwar sind jeweils

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der neuen Anord- die Ausgänge der Speicher 6 der beiden benachbar-

nung. Die Abtastung ist nur im Prinzip dargestellt, 60 ten Spuren zusammen mit dem Ausgang des Spei-

Einzelheiten sind weggelassen, da hierfür bekannte chers6 der betrachteten Spur über die ODER-Schal-

Anordnungen verwendet werden können und deren tung 7 zusammenfaßt. Die UND-Schaltung 4

Beschreibung für die Erläuterung der vorliegenden spricht also nur dann an und ermöglicht damit das

Erfindung nicht erforderlich ist. Ferner sind die Aus- Einspeichern eines Schwarzsignals in dem betreffen-

werteschaltungen weggelassen, da sie ebenfalls hier 6g den Speicher 5, wenn auf

unerheblich sind. 1. keiner oder

Von der Abtastanordnung ist somit nur die Foto- 2. einer oder

zellenreihe 1 dargestellt, mittels der der in Richtung 3. zwei

Claims

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von den drei benachbarten Abtastspuren in der vor- da die UND-Schaltung 4 durch das Flip-Flop 6 gehergehenden Spalte Schwarzinformation festgestellt sperrt wurde. Mit dem nächsten Spaltentakt c wird wurde. Dagegen findet keine Einspeicherung statt, dann auch das Flip-Flop 6 wieder auf weiß gesetzt, wenn auf allen drei betrachteten Spuren schwarz so daß der nachfolgende dritte Punkt eines waagefestgestellt wurde. 5 rechten Striches wieder als schwarz in das Flip-

Der Fall 1 ist immer gegeben zu Beginn der Ab- Flop 5 eingespeichert wird. In dieser Anordnung

tastung eines Zeichens. wird also z.B. der obere waagerechte Strich der »0«

Der Fall 2 gilt für die Abtastung eines waage- in Fig. 1 mit den fünf Punkten von rechts begin-

rechten Striches. nend mit schwarz—weiß^:—schwarz—weiß—schwarz

Der Fall 3 ergibt sich, wenn das obere oder untere io nacheinander in das Flip-Flop 5 eingespeichert. Der

Ende eines senkrechten Striches abgetastet wird. schwarze Punkt des waagerechten Striches in der

Der Fall, daß auf drei benachbarten Spuren dritten Spalte kann entweder in der Erkennungsschwarz abgetastet wird, ergibt sich nur längs eines schaltung leicht eliminiert werden, da er immer wesenkrechten Striches. sentlich kleiner als ein senkrechter Strich ist, oder

Damit ist erreicht, daß auch dick gedruckte senk- 15 aber man faßt bereits in der Abtastung die Ausgänge

rechte Striche nur in eine Spalte des elektrischen mehrerer benachbarter Fotozellen in bekannter

Speichers eingeschrieben und alle waagerechten Weise mit Hilfe von Widerständen additiv so zusam-

Striche, die an das Ende eines senkrechten Striches men, daß am Ausgang der Widerstände nur dann ein

anschließen, vollständig erfaßt werden. Lediglich Schwarzsignal auftritt, wenn eine solche Anzahl von

von solchen waagerechten Strichen, die in der Mitte 20 benachbarten Fotodioden, die von einem senkrech-

eines senkrechten Striches ansetzen, wird der erste ten Strich abgedeckt werden, schwarz melden. In

auf den senkrechten Strich folgende Punkt ausge- diesem Falle werden dann die waagerechten Striche

blendet. Dieser Fall tritt bei der »4« und »9« auf; bereits in der Abtastung unterdrückt, und die erfin-

da jedoch alle anderen waagerechten Striche voll- dungsgemäße Anordnung dient dann dazu, die

ständig erfaßt werden, kann man zugunsten der ein- 25 Strichstärke von dick gedruckten senkrechten Stri-

fachen Anordnung die etwas geringere Sicherheit bei chen auf eine Spaltenbreite und damit die notwen-

der Erfassung dieser waagerechten Striche in Kauf dige Anzahl der Abtastspalten zu reduzieren,

nehmen. Diese vereinfachte Anordnung reicht nicht aus,

Die beschriebene Anordnung ist ein Beispiel für wenn die abgerundeten Ecken der Ziffern schlecht

eine Reihe von Möglichkeiten, wie man die Ver- 30 gedruckt sind. So könnte z. B. die der (ra+l)-ten

riegelung bei waagerechten Strichen aufheben kann. Zeile zugeordnete Fotodiode in F i g. 2 von der ab-

So kann man z. B. mit etwas mehr Aufwand die gerundeten Ecke der »0« rechts oben erst zu einem

Ecken besser erkennen, wenn die Bedingung lautet, späteren Zeitpunkt, als der Speichertakt c kommt, so

daß ein Schwarzsignal nur dann eingespeichert wird, weit abgedeckt werden, daß sie schwarz meldet, und

wenn in der vorhergehenden Spalte keine Spur oder 35 diese Information dann erst mit dem nächsten Spei-

die Spuren η und ra+1 oder die Spuren η und n—l chertakt erfaßt und als schwarz in die zweite Spalte

Schwarzinformation enthalten. Diese Bedingungen eingespeichert werden. Um dies zu vermeiden, wird

lassen sich noch weiter ausarbeiten und verbessern, das Ansprechen der UND-Schaltung 4 davon ab-

wenn die Anzahl der Abtastspuren, die auf einen hängig gemacht, daß in der betrachteten und in den

senkrechten Strich fallen, berücksichtigt wird. 40 beiden benachbarten Abtastspuren in der vorher-

Eine Vereinfachung der beschriebenen Anordnung gehenden Spalte keine Schwarzinformation festgestellt ergibt sich dann, wenn nur die senkrechten Strich- wurde. Die Einspeicherung einer Schwarzinformaanteile für die Erkennung herangezogen werden. In tion findet also nur dann statt, wenn in der vorherdiesem Falle können dann nämlich alle waagerech- gehenden Spalte mindestens für drei benachbarte ten Strichanteile, die in der Abtastung auf ein senk- 45 Spuren weiß vorhanden ist. F i g. 5 zeigt die UND-rechtes Element folgen, unterdrückt werden. In die- schaltung 4 mit den entsprechenden Eingangsbedinsem Falle ist jeder Ausgang A direkt und nur mit gungen für die Erzeugung eines Ausgangssignals an dem Eingang E_n verbunden, wie durch die ge- dem Ausgang S_n. Auch in diesem Falle werden Teile strichelte Linie 8 angedeutet ist. Dies bedeutet, daß von waagerechten Strichen mit eingespeichert, die immer nur dann eine Schwarzinformation in den 50 man dann wieder, wie vorher geschildert, in der ErSpeicher 5 eingespeichert werden kann, wenn in dem kennungsschaltung oder durch Widerstandsaddition zugeordneten Speicher 6 ein Weißsignal gespeichert in der Abtastung eliminieren kann,
ist. Ist dagegen in dem Speicher 6 ein Schwarzsignal .
gespeichert, dann wird beim nächsten Spaltentakt, Patentansprüche:
d. h. in der nächsten Spalte, die Einspeicherung einer 55 1. Anordnung zur maschinellen Zeichenerken-Information unterdrückt. Damit werden senkrechte nung durch spaltenweises Abtasten des Zeichen-Striche, die dicker gedruckt sind, als einer Spalten- feldes mittels diskreter Abtastelemente, bei dem teilung entspricht, nur in der ersten Spalte als sowohl senkrechte als auch waagerechte Strichschwarz eingespeichert, während in der darauffol- anteile der Zeichen ausgewertet werden können, genden Spalte weiß eingespeichert wird. Es wird also 60 die Zeichen jedoch so stilisiert sind, daß auf eine die Strichstärke der senkrechten Striche reduziert, Spalte mit senkrechtem Strichtanteil mindestens alle Information der senkrechten Striche bleibt je- eine Spalte ohne senkrechten Strichanteil im gleidoch erhalten, weil diese nie in zwei benachbarten chen Höhenbereich folgt, dadurch gekenn-Spalten vorkommen. zeichnet, daß zur Reduzierung der einzuspei-

In dieser Anordnung werden auch die Punkte von 65 chernden Abtastsignale, die bei den senkrechten

allen waagerechten Strichen, die auf eine Schwarz- Strichanteilen entstehen, auf eine Abtastspalte

einspeicherung folgen, unterdrückt, d. h., in das ent- mit jeder Fotozellenausgangsschaltung (3) ein

sprechende Flip-Flop 5 wird weiß eingespeichert, bistabiles Speicherelement (5) zur Speicherung

des Schwarzsignals verbunden ist, dessen beide Ausgänge ihrerseits mit den beiden Eingängen eines weiteren bistabilen Speichers (6) verbunden sind, daß zwischen der Fotozellenausgangsschaltung (3) und dem Speicher (5) jeweils eine UND-schaltung (4) vorgesehen ist und daß die bei weiß markierten Ausgänge (A_m) der Speicher (6) jeweils dreier benachbarter Abtastspuren mit den Eingängen der der mittleren Spur zugeordneten UND-Schaltung (4) über eine ODER-Schaltung (5) verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Auswertung nur

der senkrechten Strichanteile die Ausgänge (A_n) direkt mit den Eingängen der UND-Schaltung (3) verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Auswertung nur der senkrechten Strichanteile die Ausgänge (A_n) jeweils dreier benachbarter Spuren (n+1, n,n—l) mit der der η-ten Zeile zugeordneten UND-Schaltung verbunden sind.

4. Anordnungen nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Fotozellenausgänge in an sich bekannter Weise über Widerstände additiv miteinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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