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Schaltungsanordnung in Einrichtungen zur maschinellen Zeichenerkennung
aus kontinuierlichen Wellenformen Es sind Verfahren zur maschinellen Erkennunvon
lesbaren Zeichen bekannt, bei denen voii den Zeichen bei Abtastung durch einen Spalt
z. B. eines Magnetkopfes erzeugte, für die einzelnen Zeichen charakteristische Spannungs-Wellenformen
in der Weise ausgewertet werden, daß aus dem Verlauf dieser Wellenformen mehrere
einzelne Spannungen herausgegriffen werden, die sich an bestimmten, in
Ab-
ständen aufeinanderfolgenden Prüfstellen der Wellenformen ergeben. Die
Spannungen oder proportionale Spannungen werden Korrelationsnetzwerken zugeführt,
die, jeweils einem vorgegebenen Zeichen entsprechend, Widerstände enthalten, unter
Umständen auch Vergleichsspannungen bereitstellen, und eine Erkennung der korrespondierenden
Wellenform ermöglichen. Die Korrelationsnetzwerke sind dabei parallel an eine Anzahl
von Eingängen angeschlossen, die der Zahl der auszuwertenden Spannungen entspricht.
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Um die einzelnen Spannungen aus der jeweiligen Wellenforin zu erhalten,
wird diese bei den bekannten Einrichtungen in eine Verzögerungsleitung eingespeist
die die Wellenforin in räumlicher Verteilung bereitstellt und nach Maßgabe der Prüfstellen
verteilte Anzapfungen hat. Die Abtastung der Spannungen mit gleichzeitiger Einspeisung
in die Eingänge der Korrelationsnetzwerke geschieht zu einem Zeitpunkt, in dem die
Wellenform in der- Verzögerungsleitung in einer bestimmten Referenzlage ist, in
der charakteristische Punkte der Wellenform, insbesondere Amplitudenspitzen# aber
gegebenenfalls auch Wendepunkte, an den Anzapfstellen anstehen. Es muß daher dafür
gesorgt werden, daß der Zeitpunkt, in dem die Spannungen an den Anzapfpunkten gleichzeitig
abgegriffen werden, sehr genau in Relation zum Durchlauf der Wellenform innegehalten
wird. Der Zeitpunkt wird abgeleitet vom Moment des Eintreffens der ersten Stirnkante
des Zeichens ab, und es ist für dieses Verfahren erforderlich, daß die Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Zeichenträger und dem Abtastspalt innerhalb sehr enger Toleranzen konstant
gehalten wird.
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Es ist auch bekannt, nur einen durch die Stirnflanke der Wellenform
erzeugten Impuls in eine Verzögerungsleitung einzuspeisen, in der der Impuls sich
dann fortpflanzt, wobei er beim Vorbeilaufen an Anzapfstellen jeweils einen Probenentnahmeimptils
erzeugt. Mit Hilfe dieser Impulse werden aus der zu-
geführten Wellenform
Proben an den Referenzstellen, diesmal jedoch nacheinander, entnommen. Auch bei
dieser Anwendungsweise einer Verzögerungsstrecke bleibt der Nachteil, daß eine der
Fortpflanzungsgeschwindigkeit in dieser Verzögerungsstrecke angepaßte Abtastgeschwindigkeit
der Zeichen innegehalten werden muß. Zwar werden zur zusammenfassenden Auswertung
der nacheinander entnommenen Proben Speichermittel erforderlich, die bei der bekannten
Einrichtunc, als akkuraulierende Speicher hinter den Vergleichskanälen angeordnet
sind, und das Vorhandensein speichernder Elemente kann für eine gewisse Entschärfung
der Zeitbedingungen ausgenutzt werden. Es ist zu diesem Zweck insbesondere bereits
vorgeschlagen worden, vor die Eingänge der Vergleichsnetzwerke Spitzenwertspeicher
zu schalten, welche die Proben vor ihrer auswertenden Weitergabe speichern. Grundsätzlich
bleiben aber die Laufzeitabhängigkeiten bestehen, und außerdem bedingen elektrische
Verzögerungsstrecken einen nicht unerheblichen Aufwand.
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Die Erfindung will bei der Verarbeitung kontinuierlicher Wellenformen
zwecks Erkennung der in ihnen enthaltenen Zeicheninformation in Korrelationsnetzwerken
die vorgenannten Nachteile verineiden. Sie arbeitet ebenfalls mit einer nach dem
Erscheinen einer ersten Stirnflanke der Wellenforin Probeentnahmeimpulse nacheinander
liefernden Impulsgebereinrichtung, welche Tore, steuert, über die die Spannungsproben
herausgegriffen und auf die verschiedenen Eingangskanäle der mit Speichermitteln
verbundenen Korrelationsnetzwerke verteilt werden. Gemäß der Erfindung ist die Impulsgebereinrichtung
als getaktetes Schieberegister ausgebildet, und es sind Arbeitstakte für das Schieberegister
liefernde Diskriininatormittel, die Probeentnahme>--takte aus inneren, ausgezeichneten
Stellen der Wellenform (z. B. Maxima, Minima) selbst ableiten, in Verbindung mit
Zeitgliedern zur Bildung zusätzlicher Entnahmetakte vorgesehen.
Es
ist an dieser Stelle noch anzumerken, daß zum bekannten Stand der Technik auch Zeichenerkennungsverfahren
gehören, die nicht kontinuierliche Wellenformen auswerten, sondern die Zeichen so
abtasten, daß von vornherein eine für jedes Zeichen charakteristische binärkodierte
Impulsreihe entsteht. Hierbei ist es naheliegend und bekannt, jede solche Impulsreihe
zwecks vergleichender Gesamtauswertung in ein Schieberegister einzuspeisen, das
dann die auszuwertende, in Gestalt eines Binärmusters vorlie-Gende Information selbst
enthält. Ferner ist es bei Informationen, die in Form einer Impulsreihe erscheinen,
auch bekannt, die Informationen selbsttaktend zu lesen, indem aus den Informationsimpulsen
Taktimpulse abgeleitet werden.
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Es werden nachfolgend mehrere Ausführungsmöglichkeiten für
- die Erfindung beschrieben. Eine spezielle Ausführungsforin zur Gewinnung
von Probeentnahmetakten an Stellen, wo kein Diskriminatorimpuls erscheint, besteht
dabei darin, daß eine Vorstufe des Schieberegisters oder-die Stufen des Schieberegisters
selbst als (jeweils) eine durch einen Entnahme-Taktimpuls in die instabile Lage
umschaltbare monostabile Kippschaltung ausgebildet ist (sind), die bei ihrem entweder
selbsttätigen oder durch einen Diskriminatorimpuls erzwungenen Rückkippen in die
stabile La-e einen -.Entnahme- und Verschiebeimpuls bildet.
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- Die beispielsweisen Ausführungsmöglichkeiten seien nun an
Hand der Zeichnuno, erläutert.
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In F i g. 1 ist mit 1 der mit den automatisch zu lesenden
Zeichen bedruckte Träger bezeichnet, der sich in Pfeilrichtung bewegen möge, so
daß beispielsweise jeweils eine Zeile der Zeichen unter einem Magnetkopf 2 hinweggeführt
wird, dessen Spalt senkrecht zur Zeilenrichtung liegt und länger ist als die größte
vorkommende Höhe der Zeichen. Die Zeichen, die mit magnetisierbarer Druckfarbe gedruckt
sind und vor dem Durchlauf unter dem Kopf 2 vermagnetisiert werden, s ind so stilisiert,
daß jedes Zeichen eine ihm eigentümliche Wellenforin in dem Magnetkopf 2 induziert,
wobei die Wellenformen an bestimmten, insbesondere für die verschiedenen Zeichen
übereinstimmenden Stellen charakteristische Punkte wie z. B. Spannungsspitzen oder
Wendepunkte haben. Die an diesen Prüfstellen sich ergebenden Spannungen sollen herausgegriffen
und Korrelationsnetzwerken zugeführt werden. Die in dem Kopf 2 induzierten Spannungen
werden hierzu zunächst in einem Verstärker V verstärkt und sodann einem Eingang
E zugeführt.
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In F i (y. 1 a ist ein Beispiel einer derartigen, für ein bestimmtes
Zeichen charakteristischen Wellenform in räumlicher Verteilung dargestellt, wie
sie der Verteilun- in einer an E angeschlossenen Verzögerungsleitung in einem
bestimmten Referenzaugenblick entsprechen würde. Bei diesem Beispiel liegen die
charakteristischen Punkte, nämlich Spannungsspitzen und ein Wendepunkt, auf Ordinaten,
die äquidistanten Abszissenabschnitten entsprechen. Beim Einlauf der Wellenforin
in den Eingang E entsprechen diese Abschnitte äquidistanten Zeitabschnitten,
nach deren Ablauf jeweils ein neuer charakteristischer Punkt der Wellenform erscheint.
Es sind dies die Prüfstellen, an denen die jeweilige Spannung zwecks Verarbeitung
in den Korrelationsnetzwerken abgegriffen werden soll.
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Die Wellenformen gelangen von dem Eingang E
auf eine Leitung
3, die mit jeweils einem Eingang von Toren T 1, T 2
... T8 verbunden ist. Vor der Leitung 3 kann gegebenenfalls eine Phasenumkehrstufe
Ph liegen, in der die Spannungen einer Polarität invertiert werden, so daß nur Spannungshübe
gleicher Polarität in der Leitung 3 entstehen.
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Wie bei bekannten Einrichtungen ist ein Diskriminator DA vorgesehen,
der beim Auftreten eines durch die einlaufende Stirnkante jedes Zeichens erzeugten
Spannungsanstieges einen Impuls ausgibt. Dieser Impuls wird dem ersten Element einer
Schiebekette 4 zugeführt, das wie alle anderen vorher auf »0« stand, und
setzt dieses Element auf »L«. Durch Schiebeimpulse auf eine Leitung 5 kann
dieses »L« in bekannter Weise von Element zu Element der Schiebekette 4 weitergeschoben
werden. Es sind so viel Elemente vorhanden, wie maximal Prüfstellen der Wellenforinen
vor-esehen sind. Die Schiebeimpulse in der Leitung 5 werden durch einen Diskriminator
D erzeugt, dem die Wellenformen ebenfalls zugeführt werden, und der in ihnen
das zeitliche Auftreten der charakteristischen Punkte feststellt. Der Diskriminator
D kann insbesondere eine differenzierende Schaltung sein, die den Differentialquotienten
aus der Wellenform bildet, wobei die 0-Durchgänge der differenzierten Spannung angeben,
daß eine Spitze oder ein Wendepunkt der zeichencharakteristisehen Spannung durchläuft.
In diesem Augenblick wird ein Schiebeimpuls auf die Schiebekette 4 gegeben und das
»L« auf die nächste Stufe verschoben.
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Jedes Element der Schiebekette ist mit einem zweiten Eingang eines
der Tore Tl, T2, T3 ... T8 verbunden und öffnet dieses Tor
kurzzeitig in dem Augenblick, wo die Spannung des charakteristischen Punktes in
der Leitung 3 vorhanden ist. Das kurzzeitige öffnungspotential für das jeweilige
Tor kann durch das ihm zugeordnete bistabile Element der Schiebekette z. B. dadurch
erzeugt werden, daß der beim Umkippen des Elementes in den Zustand »L« entstehende
Spannungssprung differenziert und als schmaler Durchlaßimpuls auf das zugehörige
Tor gegeben wird. Vor der Leitung 3 liegt erforderlichenfalls ein Verzögerungselement
Vz, welches das Auftreten der Prüfstellenspannung in der Leitung 3 um diejenige
Zeit verzögert, die von der Erkennung eines charakteristischen Punktes in dem Diskriminator
D
bis zur Ausgabe des Toröffnungsimpulses durch das jeweils auf »L« geschaltete
Element der Schiebekette 4 vergeht.
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Es werden also, angestoßen von dem ersten Spannungsanstieg, dem stets
ein Maximum folgt, sowie dann von den weiteren charakteristischen Punkten der Wellenform,
nacheinander die Tore Tl, T2,
T3 ... kurzzeitig geöffnet und
lassen die Spannungen, die zu den diesen charakteristischen Stellen entsprechenden
Zeitpunkten auftreten, auf den jedem dieser Tore zugeordneten Ausgang
A 1, A 2 ... A 8
durch. An diese Ausgänge sind die verschiedenen
Korrelationsnetzwerke parallel angeschlossen, eines dieser Netzwerke ist in der
mit K bezeichneten gestrichelten Umrahmung als Beispiel dargestellt. In diesem Beispiel
ist an jeden Punkt An ein Widerstand Wn angeschlossen, und die Ausgänge aller Widerstände
sind gemeinsam mit einem Summierverstärker S verbunden. Im Ausgang des Sunimierverstärkers
S liegt ein Speicherkondensator Cs. Die nacheinander über die Widerstände
Wl, W2 ... eingegebenen und durch den Summierverstärker
S verstärkten Spannungen werden in dem Kondensator Cs aufsummiert
und
können nach dem Durchlauf eines jeden Zeichens an dem AusgangZ abgefragt werden.
Die Widerstände Wn sind so gewählt daß dasjenige Korrelationsnetzwerk, welches einem
gerade gelesenen Zeichen zugpordnet ist, an seinem Ausgang Z die höchste Spannung
ergibt.
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Das soeben beschriebene Beispiel einer Verteilerschaltung nach der
Erfindung setzt voraus, daß an den charakteristischen Punkten der Wellenformen Wellenspitzen
oder Wendepunkte vorhanden sind. Gegebenenfalls können die Zeichen so stilisiert
werden, daß dies immer der Fall ist. Bekanntgewordene, zeichencharakteristische
Wellenformen erzeugende Schriftarten erzeugen jedoch auch Wellenformen, bei denen
über mehrere hintereinanderliegende Prüfstellen hinweg die induzierte Spannung gleich
Null bleibt. Es wäre an sich möglich, derartige Stellen, die bei einzelnen Zeichen
keinen Schiebeimpuls liefern, tatsächlich unberücksichtigt zu lassen, so daß für
diese Zeichen nur eine geringere Anzahl von Prüfspannungen ausgegeben würde. Jedoch
wird hierdurch die Unterscheidung von anderen Zeichen erschwert. Man kann aber die
Anordnung so treffen, daß das geschilderte Verfahren der Selbsttaktung über einen
die charakteristischen Punkte erkennenden Diskriminator D im Prinzip beibehalten
wird, wobei dann Einrichtungen vorgesehen werden, die zu solchen Zeitpunkten während
des Durchlaufes einer Wellenform, wo eine Prüfspannung abgegriffen werden soll,
aber von dem Diskriminator D kein Schiebeimpuls geliefert wird, einen solchen
Schiebeimpuls oder mehrere zu den Sollzeiten entsprechende Schiebeimpulse selbsttätig
liefern und so die Lücken ausfüllen. Hierfür werden zweckmäßig monostabile Flip-Flops
herangezogen. Beispielsweise kann der Schiebekette 4 ein monostabiles Flip-Flop
vorgeschaltet werden, das jeweils beim Zurückkippen in den stabilen Zustand einen
Schiebeimpuls in die Leitung 5 liefert und außerdem mit diesem Ausgangsimpuls,
der zu diesem Zweck über ein Verzögerungsglied geleitet wird, sich selbst erneut
anstößt. Die Ab-
stände der Rückkippaugenblicke werden so gewählt, daß sie
etwas größer sind als die Zeitabstände zwischen den Durchläufen der Prüfstellen.
Der Diskriminator DA stößt das monostabile Flip-Flop erstmalig an, und der
Diskriminator D wird so angeschaltet, daß er das monostabile Flip-Flop mit
seinen Impulsen immer in den stabilen Zustand zurückwirft, wenn es im instabilen
Zustand von diesen angetroffen wird. Es kann aber auch die Schiebekette 4 als eine
Kette von monostabilen Flip-Flops ausgebildet werden, von denen jedes beim Zurückkippen
nach Ab-
lauf seiner Eigenzeit das folgende Flip-Flop anstößt. Auch in diesem
Fall kann die Eigenzeit der Flip-Flops etwas länger gemacht werden als der zeitliche
Abstand der Prüfstellen, und jedes im instabilen Zustand befindliche Flip-Flop kann
durch einen Impuls des Diskriminators D in den stabilen Zustand zurückgeworfen
werden. Eine solche Kette schaltet sich zu Zeitpunkten, wo Diskriminatorimpulse
nicht auftreten, dann selbst weiter.
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Vor allem bei Ausbildung der Erfindung nach dem Schaltungsbeispiel
der F i g. 2 kann aber auch auf Selbsttaktung innerhalb der einzelnen Wellenformen
ganz verzichtet werden. Bei diesem Beispiel werden die Wellenformen wiederum bei
E eingespeist und gelangen, gegebenenfalls über die Phasenumkehrstufe Ph
und die Verzögerungsstufe Vz, in die Sammelleitung 3, die wiederum hi der
bereits geschilderten Weise an Tore T1, T2, T3 ... T8 angeschlossen
ist. Die anderen Eingänge der Tore sind wiederum mit den Elementen einer Schiebekette4
verbunden. Am Ausgang An jedes Tores liegt bei dieser Ausführung ein Kondensator
C 1 bzw. C 2, C 3 ... C 8. Entsprechend
dem Durchlauf der einzelnen Prüfstellen werden die Tore T 1, T
2, T 3 ... wiederum durch die Schiebekette4 nacheinander geöffnet,
die öffnungszeit ist jedoch jetzt länger. Sie beginnt ein gewisses Zeitintervall,
bevor der Durchlauf eines charakteristischen Punktes zu erwarten ist, und endet
zu einer gewissen Zeit danach, in der der Durchlauf mit Sicherheit stattgefunden
hat. Die während dieses Zeitraumes in Leitung3 aufgetretene Maximalspannung wird
auf dem jeweiligen KondensatorCii gespeichert. Wenn alle Kondensatoren
C 1, C 2, C 3 .
C8 nacheinander aufgeladen
worden sind, wird über eine Leitung P Durchlaßpotential gleichzeitig auf Tore TI',
T2', TY...T8' gegeben. Jedes dieser Tore hat einen zweiten Eingang, an dem die Entladeleitung
eines zugeordneten Kondensators C 1, C 2, C 3 ...
C 8 liegt. Bei Öffnung der Tore Tn' über die Leitung P werden die in
den Kondensatoren Cn gespeicherten Spannungsbeträge gleichzeitig auf die Ausgänge
A l', A 2' . . . A 8' gegeben, die wiederum mit den
Korrelationsnetzwerken verbunden sind. Eines davon ist wiederum mit K bezeichnet,
die Widerstände W1, W2 ... W8 erhalten nunmehr die Prüfspannungen
alle gleichzeitig, und der Summmierverstärker S bildet unmittelbar die Summe
aller Spannungen, die bei Z abgegriffen werden kann.
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Durch die Speicherung in den Kondensatoren Cn werden die Genauigkeitsanforderungen
an die zeitliche Steuerung der Tore Tn verringert. Bei dem Beispiel nach F i
g. 2 ist wiederum angenommen, daß der Diskriminator DA das erste Element
der Schiebekette 4 auf »L« setzt, zugleich gibt er einen Startimpuls auf einen Taktgeber
T, der nunmehr in gleichen, der Aufeinanderfolge der Prüfstellen angepaßten Zeitabständen
Taktimpulse zur Weiterschaltung der Schiebekette 4 auf die Schiebeimpulsleitung
5
,gibt. Der Taktgeber T kann auch wegfallen und statt dessen die Schiebekette
4 als eine Kette monostabiler Flip-Flops ausgebildet werden, von denen jedes beim
Zurückkippen das nachfolgende anstößt. In diesem Fall, wie übrigens auch bei Einsatz
einer Kette von monostabilen Flip-Flops in der in Verbindung mit F i g. 1
geschilderten Art, besteht auch die Möglichkeit, Prüfstellen zu nichtäquidistanten
Zeitabschnitten aus den Wellenformen herauszugreifen, indem die Eigenzeiten der
einzelnen Flip-Flops der Kette entsprechend gewählt werden.