DE1234064B - Vorrichtung zum maschinellen Erkennen von Zeichen mit einem Autokorrelations-funktionsgenerator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G06k

Deutsche El,: 42 m6 - 9/08

Nummer:
Aktenzeichen!
Anmeldetäg:
Auslegetag;

J29595IXc/42til6
1. Juni 1962
9. Februar 1967

Das Hauptpatent 1184 533 betrifft eine Vorrichtung zum maschinellen Erkennen von Zeichen mit einem Autokorrelätionsfunktnonsgenerator, der die einem Autokorrelationsfunktiansgenerator, der die mation f(x, y) in diskrete Werte von Autokörrelationsfunktionen D_s(pi', /) der abgetasteten Zeichen umwandelt. Der Autokorrelationsfunktionsgenerator besteht im wesentlichen aus einem Schieberegister= Das Erkennungssystem besitzt weiterhin eine Zuordnungs- und Bewertungsschaltung, welche eine Modifikation der ursprünglich vorliegenden Autökorrelationsfunktion D_s (x\ y') in die Funktion V_s (x\ y') nach Maßgabe eines definierten Operators bewirkt. Wie in der deutschen Patentschrift 1184 533 näher ausgeführt, ist diese Modifikation mathematisch als Multiplakition der Autokorrelationsfuiiktionsmatrix mit einer innerhalb der Schaltungsanordnung als Widerstandsnetzwerk realisierten Operatormatrix aufzufassen.

Zur weiteren Steigerung der Leistung des Erkennungssystems erfolgt nunmehr nach dem Hauptpatent in Informationswandlern eine nicht lineare Bewertung der Funktionen ν_έ(χ', y'), wodurch sich eine weitere Modifikation V_s* (x^r, y') ergibt. Für die entsprechende Autokorrelationsfunktionsmatrix bedeu- tet dies, daß die F_s*-Matrix aus der F^Matrix dadurch entsteht, daß alle Elemente der ersten Matrix, die positiv sind oder verschwinden, durch +1, alle negativen Elemente durch den Wert —1 ersetzt werden.

Während nun nach dem Hauptpatent die mittels eines Schieberegisters und von diesem betätigten UND-Schaltungen gelieferten Äutokorrelationsfunktionen D_s(x\ y') durch Zuordnungs- und Bewertungsschaltungen einer ersten Modifikation unterworfen werden und hierdurch in V_s{x', y') übergehen, um dann nach Aufsummierung in Integratoren mittels Schwellwertschaltung als Informationswandler 13 durch eine weitere Modifikation in V* (x\ y') umgewandelt zu werden, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, beide genannten Modifikationen durch anders geartete Schaltmittel in vereinfachter Weise zu realisieren.

Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die durch das Zusammenwirken des Schieberegisters 207 mit den UND-Schaltungen 223 zustande kommenden und dem Kabel 229 zu entnehmenden Elemente der Autokorrelationsmatrizes D_s {x^r, y') über weitere, gleichzeitig von durch die Verzögerungseinheiten 303 verzögerten Taktimpulsen gespeiste UND- Schaltungen 301 und gegebenenfalls eine ODER·* Schaltung 3OS einem als Bewertungsschältung und Vorrichtung zum maschinellen Erkennen
von Zeichen mit einem Autokorrelationsfunktionsgenerator

Zusatz zum Patent: 1184 533

Anmelder:

International Business Machines Corporation,
Armonk_s N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

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

Boblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Jose Reines, Crompond, N.Y.;

Glenmore Lorraine Shelton jun., Carmel, N.Y.;

Lawrence Paul Horwitz,

Chappaqua, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 7. Juni 1961 (115 501) -

Informationswandler wirkenden, von einem Mittelwert aus vor- und rückwärts zählenden binärem Zähler 307 zugeführt werden, daß die Ausgangsleitungen der höchsten Stelle dieses Zählers mit mehreren binären Komparatoren 313 verbunden sind, deren andere Eingänge an einen binären Speicher 311 für die Autokorrelationsfunktion V_R* {%', y') der Bezugszeichen angeschlossen sind, und daß die Ausgangsimpulse der Komperatoren 313 an Sammelleitungen abgegeben werden, die mit der Extremwertbestimmungsschaltung 17 zur Feststellung des jeweils größten auftretenden Ausgangsimpulses verbunden sind.

Ein Ausführüngsbeispiel wird in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Von den Figuren bedeutet

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Zeiehenerkenmingsvörrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

709 508/147

Fig. 2 bis Fig. 2k ein Schaltbild der Zeichenerkennungsvorrichtung nach dem Hauptpatent,

F i g. 3 eine logische Schaltung, die nach den Lehren der vorliegenden Erfindung zur Bewertung und zur Informationswandlung der Größen D_s (x', y') herangezogen wird,

Fig. 4 einen in der logischen Schaltung der F i g. 3 benutzten von einem festen Mittelwert an vor- und rückwärts zählenden Binärzahlen,

Fig. 5 einen Binärspeicher zur Speicherung eines Musterzeichensatzes Vg* (x', y%

F i g. 6 einen in der logischen Schaltung von F i g. 3 benutzten Binärkomparator.

Wie bereits erwähnt, besteht hinsichtlich der Erzeugung der Autokorrelationsfunktionen in dem Autokorrelationsfunktionsgenerator 9 (Fig. 1) kein Unterschied zu der nach dem Hauptpatent benutzten Methode. Die durch das in F i g. 2 dargestellte Schieberegister 207 in Verbindung mit den UND-Schaltungen 223 erzeugten Werte D (x', y') werden nach der Lehre der vorliegenden Erfindung zur weiteren Verarbeitung einer Gruppe von logischen Schaltungen gemäß F i g. 3 zugeführt. Für jeden Wert V_s* (x^r, y') wird eine solche logische Schaltung benutzt. Derjenige Teil dieser Schaltungen, der der Überführung der Größen D_s (x^r, y') in die Modifikation V_s* (x', y') dient, erscheint in dem Blockschaltbild der Fig. 1 als rechteckiges Kästchen mit der Bezugsziffer 130.

Die Autokorrelationsfunktionselemente des zu erkennenden Zeichen D_s (x\ y') aus jeder UND-Schaltung 223 werden direkt dem Kabel 229 zugeleitet. Obwohl alle aus dem Kabel 229 kommenden Signale dieselbe Polarität besitzen, weil die Verstärker 225 (F i g. 2) bei der Schaltung nach der vorliegenden Erfindung nicht verwendet werden, sind eine Leitung mit » + « und die übrigen Leitungen mit »-—« bezeichnet, um der Kennzeichnung der F i g. 2 zu entsprechen. Zum Beispiel kann die auf der rechten Seite von Fig. 2f gezeigte Schaltung [die das Signal V(— 1, —3) erzeugt] in eine logische Schaltung des in F i g. 3 gezeigten Typs umgewandelt werden, indem die logische Schaltung an die Ausgänge derjenigen UND-Schaltungen 223 angeschlossen wird, welche die Größen D(—1, —2); D(—2, —3); £>(— 1, —3; D(O, -3) und D(— 1, —4) erzeugen und welche den mit 9, 13, 14, 15 und 19 bezeichneten Verstärkern 225 zugeordnet sind. Da in F i g. 2 f die D(— 1, — 3)-Verbindungsleitung 14 ein » + « trägt und die übrigen Leitungen mit » — « bezeichnet sind, ist die mit »+« bezeichnete Leitung aus dem Kabel 229 an das Signal D(—1, —3) angeschlossen, und die mit » —« bezeichneten Leitungen sind in beliebiger Reihenfolge an die übrigen vier Signale angeschlossen: D (—1, —3), D (-2, -3), D (0, -3) und D{— 1, —4). In den Fällen, in denen die Schaltung der Fig. 2 anzeigt, daß weniger als fünf Eingangssignale an den Integratoren 27 anliegen, werden in F i g. 3 entsprechend weniger Verbindungen hergestellt. Eine Ausnahme von der vorgenannten Umwandlungsvorschrift betrifft die in F i g. 2 a gezeigte Schaltung zum Erzeugen des Signals V (0, 0). Da die mit »1«— und »5«— bezeichneten Anschlüsse zum Integrator über Widerstände mit relativen ohmschen Werten 2 (anstatt 4, wie in den übrigen Integrator-Eingangsschaltungen als Ausgleich für die entsprechenden Signale, die dem Integrator jeweils einmal anstatt jeweils zweimal zugeführt werden) geführt sind, müssen diese Signale jeweils auf mit» — « bezeichneten Leitungen (F i g. 3) zugeführt werden.

Die fünf vom Kabel 229 (F i g. 3) ausgehenden Leitungen werden nacheinander durch die UND-Schaltungen 301 unter der Steuerung von Taktimpulsen auf Leitungen ΦΙ, Φ 2, Φ3, ΦΑ und Φ5 abgetastet. Die Impulse auf diesen Leitungen treten mit derselben Wiederholungsfrequenz auf, wie der Eingangstaktimpuls der Schaltung. Sie sind jedoch infolge der Wirkung der Verzögerungsschaltungen 303 gegeneinander phasenverschoben. Die den mit » —« bezeichneten Leitungen entsprechenden Ausgangssignale der UND-Schaltungen 301 werden in einer ODER-Schaltung 305 zusammengefaßt und als Eingangssignal der 2°-SteIle des von einem Mittelwert ab vorwärts und rückwärts zählenden Zählers 307 des in F i g. 4 gezeigten Typs zugeführt. Das der mit » + « bezeichneten Leitung entsprechende Ausgangssignal der UND-Schaltung 301 wird der 2²-Stelle des Zählers zugeführt und wird deshalb automatisch mit 2² = 4 bewertet. Infolge der verwendeten phasenverschobenen Taktimpulse wird jeweils nur ein Eingangssignal an den Zähler gelegt, so daß seine Rechenoperationen in der Zeit zwischen der Anlegung der Eingangssignale stattfinden können. Die Zählrichtung wird so gesteuert, daß der Zähler durch die Φ 5-Taktimpulse vorwärts zählt, indem ein Signal auf der mit » +« bezeichneten Leitung (aus Kabel 299) angelegt wird; über einen Inverter 309 geleitete Taktimpulse Φ 5 bewirken eine Rückwärtszählung, wenn Signale auf den mit » —« bezeichneten Leitungen auftreten. Auf diese Weise wird aus den Größen D_s (x', y') die erste Modifikation V_s (x', y') gebildet, was einer Multiplikation der Autokorrelationsmatrix mit einer Operatormatrix entspricht und auch als Bildung der sogenannten »zweite Differenz-Funktion« bezeichnet wird. Diese Funktion ist in der deutschen Patentschrift 1184533 näher charakterisiert. Dort wurde auch ein Verfahren zur manuellen Erzeugung dieser Modifikation angegeben. Die nichtlinearen Informationswandler 13 (Fig. 2) werden in dem Ausführungsbeispiel der logischen Schaltung nach Fig. 3 nicht benötigt, weil diese nichtlineare Bewertung schon dadurch entsteht, daß nur das Ausgangssignal der höchsten Stelle 2⁷ des Zählers 307 dem Eingang der Vergleicherschaltung zugeführt wird. Dieses Signal stellt somit die binäre Funktion V_s* (x', y') dar.

Eine binäre Speicherschaltung311 (Fig. 3) speichert die Bezugsfunktion F^* (x^r, y) darstellende Signale. Diese Signale und diejenigen der modifizierten Zeichenfunktion V_s* (x', y') werden in binären Vergleichen 313 verglichen, so daß bei Übereinstimmung der Signale eine positive Spannung erzeugt wird, eine negative Spannung im entgegengesetzten Fall. Diese Spannungen werden den horizontalen Ausgangsleitungen, die den in F i g. 2 gezeigten entsprechen, und weiterhin einer Extremwertbestimmungsschaltung zugeführt. Die das größte Signal enthaltende horizontale Ausgangsleitung stellt dann die Identität des Zeichens dar.

Im folgenden seien noch der binäre Speicher 311 für den Musterzeichensatz V_R* (x^r, y') sowie die Binärkomparatoren 313 im einzelnen beschrieben. Die F i g. 5 stellt einen einzelnen derartigen binären Speicher dar. Dieser besteht aus einer Gruppe von Schaltern, bei deren Betätigung ein binäres Signal

an jede Ausgangsleitung gelegt wird. Diese Schaltung dient zum Speichern der nichtlinearen Bezugszeichenfunktionen V_R* (pt?, y'), die die binären Werte » + 1« und » — 1« annehmen. Fig. 6 zeigt einen der in den F i g. 1 und 3 in größerer Zahl auftretenden binären Vergleicher. Diese Schaltung erzeugt ein binäres Ausgangssignal, wenn beide Eingangssignale denselben Wert besitzen, und das entgegengesetzte Ausgangssignal, wenn die Eingangssignale verschieden sind. Dieses ist die sogenannte »Äquivalenz«-Funktion und entspricht der invertierten »ODER-ABER«- Funktion. Entsprechen beide Eingangssignale dem binären Wert 1, liefert eine UND-Schaltung 151 ein »1 «-Signal das durch eine ODER-Schaltung 153 zur Ausgangsleitung weitergegeben wird. Wenn beide Eingangssignale den Wert Null besitzen, erzeugt eine ODER-Schaltung 152 über eine Umkehrstuf e 155 ein »1 «-Signal das durch die ODER-Schaltung 153 zur Ausgangsleitung weitergeleitet wird. Besitzen die Eingangssignale verschiedene Werte, wird der ODER-Schaltung 153 kein Signal zugeführt, und die Ausgangsschaltung enthält ein den Wert Null darstellendes Signal. Das Ausgangssignal der Schaltung besitzt einen positiven Spannungspegel, wenn eine eins dargestellt wird, und einen negativen, wenn eine Null dargestellt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum maschinellen Erkennen von Zeichen mit einem Autokorrelationsfunktionsgenerator, der die beim Abtasten der Zeichen abgeleitete binäre Information in diskrete, in Matrixform angeordnete Werte von Autokorrelationsfunktionen der abgetasteten Zeichen umwandelt, mit einer Vergleichsvorrichtung zum Vergleich der gebildeten Autokorrelationsfunktionen mit gespeicherten Autokorrelationsfunktionen eines Satzes von Musterzeichen und mit einer Vorrichtung zum Anzeigen desjenigen Zeichenkanals, der die die beste Überemstimmung mit seinem zugeordneten Musterzeichen nachweisende Korrelationsspannung führt, nach Patent 1184533, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Zusammenwirken des Schieberegisters (207) mit den UND-Schaltungen

(223) zustande kommenden und dem Kabel (229) zu entnehmenden Elemente der Autokorrelationsmatrizes D_s (pt?, y') über weitere, gleichzeitig von durch die Verzögerungseinheiten (303) verzögerten Taktgeberimpulsen gespeiste UND-Schaltungen und gegebenenfalls eine ODER-Schaltung (305) einem als Bewertungsschaltung und Informationswandler wirkenden, von einem Mittelwert aus vor- und rückwärts binärem Zähler zugeführt werden, daß die Ausgangsleitungen der höchsten Stelle dieses Zählers mit mehreren binären Komparatoren (313) verbunden sind, deren andere Eingänge an einen binären Speicher (311) für die Autokorrelationsfunktion V_R* (x', y') der Bezugszeichen angeschlossen sind, und daß die Ausgangsimpulse der Komparatoren (313) an Sammelleitungen abgegeben werden, die mit der Extremwertbestimmungsschaltung (17) zur Feststellung des jeweils größten auftretenden Ausgangsimpulses verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der binäre Zähler (307) nach Rückstellung einen bestimmten Wert anzeigt und abhängig von Steuersignalen wahlweise eine Rückwärtszählung oder Vorwärtszählung ausführt und bei einem Zählerstand, der größer als der Mittelwert ist oder diesem gleicht, ein Ausgangssignal für die binäre Ziffer »1« und bei einem Zählerstand kleiner als der Mittelwert ein Ausgangssignal für die binäre Ziffer »0« liefert, daß für die Zählimpulse teils der Eingang der ersten Stufe (2°) und teils für eine Höherbewertung der Eingang einer höheren Stufe (2²) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die binären Komparatoren (313) aus je einer mit ihren Eingangsleitungen parallelgeschalteten UND- und ODER-Schaltung (151, 152) sowie einem Inverter (155) und einer ODER-Schaltung (153) für den Ausgang bestehen, wobei die Ausgangsleitung der UND-Schaltung (151) direkt mit dem einen Eingang der ODER-Schaltung (153J und die Ausgangsleitung der ODER-Schaltung (152) über den Inverter (155) mit dem anderen Eingang der ODER-Schaltung (153) verbunden sind.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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