DE1524407C3 - Verfahren zur maschinellen Zeichenerkennung mittels Lichtpunktabtastung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur maschinellen Zeichenerkennung mittels Lichtpunktabtastung, wobei entsprechend dem Sondenverfahren Überschneidungen zwischen wenigen, geometrisch festlegbaren Sonden-Abtastlinien und dem zu erkennenden Zeichen festgestellt werden und ein Vergleich der festgestellten Überschneidungen mit einer von Vergleichszeichen abgeleiteten Code-Tabelle vorgenommen wird.

Verfahren zur maschinellen Zeichenerkennung dienen in erster Linie dazu, die Einschaltung des Menschen zum Zwecke des Erkennens von inSchriftform vorliegenden Informationen und zum Zwecke des Umwandeins dieser Informationen in maschinell verwertbare Form zu vermeiden. Die maschinelle Zeichenerkennung bildet demnach das notwendige Zwischenglied zwischen schriftlicher Information und entsprechender Eingangsinformation eines datenverarbeitenden Systems.

Es ist eine große Anzahl verschiedenartiger Verfahren bekannt. Die Erfindung befaßt sich speziell mit einem dieser bekannten Verfahren. Dieses Verfahren verwendet ein an Vergleichszeichen angepaßtes Abtastprogramm. Dabei wird auf als Abtastlinien verwendeten, vorausbestimmten Bahnen oder entsprechenden. festliegenden Sonden geprüft, ob sich der Linienzug des Schriftzeichens und die Abtastlinien überschneiden oder nicht. Die Abtastlinien sind für die zu erkennende Auswahl von Zeichen so gewählt, daß aus der Aussage, welche Abtastlinien den Linienzug des Zeichens schneiden und welche nicht, durch unmittelbaren Vergleich mit einer von den Vergleichszeichen abgeleiteten Code-Tabelle auf die Bedeutung des Linienzuges geschlossen werden kann. Eines der bekannten Verfahren besteht darin, daß das zu erkennende Zeichen über eine Abbildungsoptik auf eine Platte mit Prüfsonden projiziert wird. Die Prüfsonden bestehen beispielsweise aus dünnen, streifenförmigen Fotowiderständen, deren elektrischer Leitwert sich bei Beleuchtung vergrößert. Zur eindeutigen Erkennung sind die Prüfsonden in geeigneter Form und Anordnung auf der Platte und damit im Abbildungsfeld untergebracht. Auf diese Weise werden dann immer einige Prüfsonden vom Linienzug des Zeichens bedeckt bzw. durchschnitten, während andere vom Zeichen völlig unbedeckt bleiben. Ist eine Prüfsonde in ihrer ganzen Länge beleuchtet, so hat sie einen großen elektrischen Leitwert. Durchschneidet jedoch ein Linienzug eines Zeichens eine der Prüfsonden, so sinkt deren elektriscfieVLeitwert. In einer angeschlossenen Zuordnerschaltung kann damit das Zeichen identifiziert werden. Die Anordnung der Prüfsonden richtet sich im wesentlichen nach der Schriftart. Beispielsweise können sie so angeordnet sein, daß jedes Zeichen sich von jedem anderen in mindestens zwei Sondenaussagen unterscheidet (DT-AS 1 065 198). Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Herstellung der Platten mit den Prüfsonden sehr schwierig ist. Da außerdem die Länge der Prüfsonden unveränderbar festgelegt ist, dürfen die zu erkennenden Zeichen nur sehr geringen linearen oder nichtlinearen geometrischen Veränderungen unterliegen. Lineare geometrische Veränderungen ergeben sich beispielsweise aus Verschiebungen nach Höhe und Breite, Verdrehungen und Maßstabsänderungen der Schriftzeichen. Nichtlineare geometrische Veränderungen ergeben -sich insbesondere durch die Abweichungen individueller Handschriften von der Idealform der Schriftzeichen. Zwar können nach dem genannten Verfahren die Zeichen durch eine in dersel-

■ ben Technik wie die Platte mit den Prüfsonden aufgebaute Zentrierplatte zeatriert, also Verschiebungen der Schriftzeichen ausgeglichen werden, aber alle anderen geometrischen Veränderungen der Schriftzeichen sind unzulässig.

In einem anderen bereits bekannten Verfahren wird die Funktion der Platte mit den Prüfsonden durch eine Punktlichtabtastung ersetzt (DT-AS 1 076 984). Dabei wird der Lichtpunkt mittels einer Programmsteuerung auf charakteristischen, den Zeichen in Zahl, Lage und Form innerhalb des Abtastfeldes angepaßten Abtastlinien geführt. Es ergibt sich für jedes Zeichen eine kennzeichnende Kombination der von Linienzügen bedeckten bzw. nichtbedeckten Abtastlinien. Von jeder Abtastlinie wird höchstens ein Ausgangssignal unabhängig von der jeweiligen Lage auf der Abtastlinie erzeugt, indem die Lichtremissionsmöglichkeit an der betrachteten Abtaststelle ermittelt wird. Zur Erzeugung des Lichtpunktes wird eine Kathodenstrahlröhre verwendet. Auch diesem Verfahren haftet der Mangel an, daß geometrischen Veränderungen unterliegende Zeichen,

also insbesondere handschriftliche Zeichen, nicht mit der erforderlichen Sicherheit identifiziert werden können. Außerdem erfordert die Steuerung des Lichtpunktes entlang der festgelegten Abtastlinien einen erheblichen technischen Aufwand. Wenn die Lage des zu erkennenden Schriftzeichens nicht genau bekannt ist, so schafft eine dem eigentlichen Erkennungsprozeß vor-' hergehende automatische Justierung der Abtastlinien Abhilfe. Sind die zu erkennender) Schriftzeichen von unterschiedlicher Größe, so kann eine automatische Justierung der Länge der Abtastlinien und ebenso eine Justierung des Abstandes der Abtastlinien voneinander angezeigt sein. Dabei werden zeitlich vor der erkennenden Abtastung, nämlich während einer Vorabtastung, Lage und Größe des abzutastenden Zeichens festgestellt und dann die eigentliche Abtastung mit einem durch diese Messung richtig justierten Abtastprogramm durchgeführt. Der Weg des Lichtpunktes bei der Abtastung ist dabei im allgemeinen bei aufeinanderfolgenden Zeichen unterschiedlich, er ist eine Funktion von Größe, Gestalt, Lage und Abstand der Zeichen. Bei den üblicherweise geforderten Geschwindigkeiten sind solche raschen unregelmäßigen Bewegungen des Lichtpunktes nur mit elektronischen Mitteln erzielbar; man arbeitet deshalb mit einer Kathodenstrahlröhre. Es dürfte aber kein Zweifel bestehen, daß die Steuerung des Abtastprogramms unter diesen Umständen sehr schwierig ist und einen erheblichen.— Aufwand bedeutet. *^

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Zeichenerkennung durch Lichtpunktabtastung anzugeben, das die Nachteile der genannten Verfahren vermeidet und bei verhältnismäßig geringem Aufwand sowohl gedruckte bzw. maschinengeschriebene als auch handschriftliche Zeichen sicher zu erkennen gestattet. Weiterhin soll die Erzeugung der festgelegten Abtastlinien bzw. Abtastbewegungen und die infolge der möglichen linearen und nichtlinearen geometrischen Veränderungen der Schriftzeichen erforderliche Beeinflussung des Abtastprogramms mit möglichst wenig Aufwand an Steuerungsmitteln erreicht werden. Insbesondere soll durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Möglichkeit auch die Verwendung einer Kathodenstrahlröhre zur Erzeugung des Lichtpunktes vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, das sich die Lichtpunktabtastung unter,.Anwendung des Sondenverfahrens in besonderer Art zunutze macht. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtpunktabtastung entlang eines einfachen, regelmäßigen Linienmusters erfolgt, das dichter liegt als die Sonden-Abtastlinien, daß eine Vorabtastung zur Justierung der geometrischen Lage und Länge der Sonden-Abtastlinien stattfindet und daß eine Hauptabta.stung zur Feststellung der Tatsache und der Anzahl von Überschneidungen zwischen Sonden-Abtastlinien und zu erkennendem Zeichen erfolgt, bei der nur die den Sonden-Abtastlinien zuzuordnende Information ausgewertet und die übrige, von zu erkennendem Zeichen und Hintergrund abgeleitete Information ausgetastet wird.

In Weiterführung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, daß die Vorabtastung und die Hauptabtastung mit einem aus parallelen Abtastlinien bestehenden Linienmuster erfolgt.

Insbesondere soll für Vor- und Hauptabtastung eine synchrone Abtastbewegung, aber zwei getrennte Signalwege benutzt werden. Insbesondere soll für Vor- und Hauptabtastung nur ein Lichtpunkt bzw. nur eine Apertur verwendet und durch eine an sich bekannte , optische Einrichtung getrennte Signalwege erzeugt werden.

Ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel ergibt sich dadurch, daß zur Erzeugung der Abtastlinien eine rotierende Schlitzscheibe in Verbindung mit einer feststehenden Schlitzblende verwendet wird und über die getrennten Signalwege gleichzeitig mit der Hauptabtastung eines Zeichens die Vorabtastung des nächsten Zeichens erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren vereinigt die durch parallele Abtastbewegungen des Lichtpunktes gegebenen Vorteile hinsichtlich der einfachen Erzeugung und Steuerung mit der durch die Abtastung nach einem festgelegten Abtastprogramm gegebenen Sicherheit des Erkennungsprozesses und vermeidet gleichzeitig die Nachteile, nämlich die Unsicherheit des Erkennungsprozesses bei einem und die komplizierte Steuerung der Abtastbewegung beim anderen Abtastvorgang. Es bietet die Möglichkeit der Anwendung eines mechanischen Bildzerlegers und die damit verbundene größere Freizügigkeit in der Wahl der Lichtwellenlänge und Beleuchtungsstärke und der Anwendung von Lichterzeugern größerer Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Außerdem kann in einfacher Weise die Bewegung des Aufzeichnungsträgers bei den Abtastbewegungen berücksichtigt werden. Lineare und nichtlineare geometrische Veränderungen der Zeichen haben in einem gewissen Rahmen keinen Einfluß auf die Sicherheit des Erkennungsprozesses, obwohl der hierzu erforderliche Aufwand verhältnismäßig gering ist.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der F i g. 1 bis 5 näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein regelmäßiges, aus parallelen Linien bestehendes Linienmuster, nach dem die Vor- und Hauptabtastung beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt und in das die durch Austastung hergestellten tatsächlichen, das beispielsweise gewählte Abtastprogramm bildenden Abtastlinien eingezeichnet sind,

F i g. 2 eine prinzipielle Anordnung zur Erzeugung des regelmäßigen Linienmusters nach F i g. 1 und die Bildung zweier Signalwege,

F i g. 3 das Zusammenwirken einer rotierenden Schlitzscheibe und einer feststehenden Schlitzblende, wie sie in F i g. 2 verwendet sind,
■ F i g. 4 die tatsächlich wirksamen Abtastlinien bei Vor- und Hauptabtastung und

F i g. 5 ein Blockschaltbild eines elektronischen Steuerteils zur erfindungsgemäßen Austastung der zur eigentlichen Zeichenerkennung nicht benötigten Abtastlinien entsprechend F i g. 1.

Das in F i g. 1 gezeichnete Linienmuster aus parallelen, senkrecht zu den abzutastenden Zeichen verlaufenden Linien h wird sowohl für die zur Zentrierung und Justierung notwendige Vorabtastung als auch für die Hauptabtastung verwendet. Bei der Hauptabtastung. sollen die Linien beispielsweise nur an den Stellen der als Johnsonsche Prüflinien bekannten Linien a bis g empfindlich sein. Die Erzeugung anderer Abtastlinien ist natürlich ebenfalls möglich. Es sei ferner angenommen, daß lediglich die Tatsache einer Überschneidung von Abtastlinie und Zeichen festgestellt werden soll. Die Bestimmung des Ortes einer Überschneidung ist beim erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls möglich. Die F i g. 2 zeigt eine Anordnung, mit der die parallelen Abtastlinien h gleichzeitig für die Hauptabtastung eines Zeichens und die Vorabtastung des folgenden Zeichens erzeugt werden. Der Aufzeichnungsträger 5 wird an

den Stellen für die Haupt- und Vorabtastung von jeweils einer Lichtquelle 11 und 12 beleuchtet. Das regelmäßige Linienmuster, in der Zeichenebene beobachtet, entstehe durch vertikale Bewegung von Lichtpunkt oder Apertur, wobei jeweils nach Beendigung einer vertikalen Bewegung eine kleine seitliche Versetzung der Apertur erfolgt. Die seitliche Versetzung kann aber auch durch die seitliche Bewegung des Aufzeichnungsträgers erfolgen. Der Lichtpunkt oder die Apertur bewegen sich damit nur noch in vertikaler Richtung. In der Zeichenebene bewegen sich je ein Lichtpunkt bzw. je eine Apertur für die Hauptabtastung und für die Vorabtastung. Die sich vertikal bewegende Apertur kann durch eine rotierende Schlitzscheibe 3 und eine Schlitzblende 4 erzeugt werden. Zur Verdeutlichung des Vorganges der Linienerzeugung ist die rotierende Schlitzscheibe 3 und die Schlitzblende 4 in F i g. 3 in Draufsicht herausgezeichnet. Die Zeichenebene wird durch die Linsensysteme 8, 9 und 10 in der Ebene der Schlitzscheibe 3 und der Schlitzblende 4 abgebildet. Das von der resultierenden Apertur durchgelassene Licht gelangt, durch die Anordnung der Linsen und der Blenden bedingt, in die lichtempfindlichen Zellen 13 und 14. Die Signalwege von Haupt- und Vorabtastung sind somit getrennt nach dem Ort ihres Ursprungs. Die F i g. 4 zeigt den Aufzeichnungsträger in der Zeichenebene. Es ist die Vorabtastung eines Zeichens B mittels. der Abtastlinien h eingezeichnet. Gleichzeitigst die Hauptabtastung eines Zeichens A gezeigt, die zwar nach demselben Linienmuster wie die Vorabtastung erfolgt, bei der aber die Abtastlinien, abhängig vom Ergebnis der Vorabtastung, durch eine im folgenden zu beschreibende elektronische Steuerung so ausgetastet werden, daß nur noch die Abtastlinien a bis g wirksam sind. Die Abtastlinien b, c, e und /sind übertrieben lange gezeichnet, um zu zeigen, wie die Nachbildung der entsprechenden, in F i g. 1 schematisch dargestellten Abtastlinien erfolgt. Die Anzahl der Abtastlinien h pro Zeichen wird von der Schriftdicke bestimmt und kann durch die Anzahl der Schlitze in der Schlitzscheibe 3, deren Rotationsgeschwindigkeit und durch die seitliche Versetzung der Apertur bzw. die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers reguliert werden.

Das in F i g. 5 dargestellte Blockschaltbild eines elek- ', tronischen Steuerteils zur Austastung der nicht bejiötigten Abtastlinien funktioniert in folgender Weise. Das von der Hauptabtastung, d. h. von der lichtempfindlichen Zelle 13 herrührende Signal wird der Klemme 20 zugeführt, in einer Verstärkerschaltung 21 verstärkt und begrenzt und den UND-Schaltern 22 bis 28 zügeführt. Die UND-Schalter 22 bis 28 sind jeweils den Abtastlinien a bis g zugeordnet und geben an ihrem Ausgang nur dann ein Signal ab, wenn auch ihre anderen Eingänge erregt werden. Die Schaltung 30 stellt fest, wann ein Zeichen erstmals in den Bereich der Hauptabtastung gerät. Handelt es sich um das Erkennen stilisierter Zeichen mit einer ausgeprägten Startkante, so besteht diese Schaltung aus einem Integrator zur Sicherstellung einer Mindestlänge der Startkante mit nachgeschaltetem schwellwertabhängigem Impulsgeber. Die Schaltungen 31 und 32 sind Zeitgeber, die in Abhängigkeit vom Beginn des Zeichens (Schaltung 30) und der Breite des Zeichens (Signal von Klemme 40) während der horizontalen Ausdehnung der Abtastlinien b und c (Schaltung 31) oder der Abtastlinien e und /"(Schaltung 32) entsprechenden Abtastzeit einen Impuls abgeben. Die Schaltungen 33 und 34 sind Zeitgeber, die in Abhängigkeit vom Beginn einer vertikalen Abtastung (Klemme 50), der Oberkante des Zeichens (Klemme 51) und der Unterkante des Zeichens (Klemme 52) einen der vertikalen Ausdehnung der Abtastlinien b, c, e und /"entsprechenden Abtastzeit einen Impuls abgeben, und zwar jeweils zu einem Zeitpunkt, der der vertikalen Lage von b und /"(Schaltung 33) und c und e (Schaltung 34) entspricht. Die Schaltungen 35, 36 und 37 sind Zeitgeber, die in Abhängigkeit vom Beginn einer vertikaler. Abtastung (Klemme 50), der Oberkante des Zeichens (Klemme'^l) und der Unterkante des Zeichens (Klemme 52) die der vertikalen Lage und Ausdehnung der Abtastlinien a, g und d entsprechenden Impulse abgeben. Die Schaltung 38 erzeugt auf ähnliche Weise wie die Schaltungen 31 und 32 Impulse, und zwar entsprechend der horizontalen Lage und Ausdehnung der Abtastlinien a, ^und d Die Ausgangssignale der UND-Schalter 22 bis 28 werden zur Klassifizierung der Zeichen benutzt. Die Ausgangssignale werden zunächst in einem Register 60 zwischengespeichert, um dann in einer nicht dargestellten Schaltung mit aus einer Code-Tabelle stammenden Signalen verglichen zu werden.

Die Signale für die Breite (Klemme 40), Oberkante (Klemme 51) und Unterkante des Zeichens (Klemme 52) werden über die lichtempfindliche Zelle 14 bei der Vorabtastung abgeleitet und in einer nicht dargestellten Anordnung bis zum Zeitpunkt der Hauptabtastung ■gespeichert.

Besondere Maßnahmen, die im Bedarfsfalle zur Störverminderung und zur Verhütung des fehlerhaften Ansprechens der Schaltung 30 während der Abtastung erforderlich sind, sind ans Vefeinfachungsgründen nicht näher erläutert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur maschinellen Zeichenerkennung mittels Lichtpunktabtastung, wobei entsprechend dem Sondenverfahren Überschneidungen zwischen wenigen, geometrisch festlegbaren Sonden-Abtastlinien und dem zu erkennenden Zeichen festgestellt werden und ein Vergleich der festgestellten Überschneidungen mit einer von Vergleichszeichen abgeleiteten Code-Tabelle vorgenommen wird, d a durch gekennzeichnet, daß die Lichtpunktabtastung entlang eines einfachen und regelmäßigen Linienmusters erfolgt, das dichter liegt als die Sonden-Abtastlinien, daß eine Vorabtastung zur Justierung der geometrischen Lage und Länge der Sonden-Abtastlinien stattfindet und daß eine Hauptabtastung zur Feststellung der Tatsache und der Anzahl von Überschneidungen zwischen Sonden-Abtastlinien und zu erkennendem Zeichen erfolgt, bei der nur die den Sonden-Abtastlinien zuzuordnende Information ausgewertet und die übrige, von zu erkennendem Zeichen und Hintergrund abgeleitete Information ausgetastet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorabtastung und die Hauptabtastung mit einem aus parallelen Abtastlinien bestehenden Linienmuster erfolgt. -— -

3. Verfahren nach den Ansprüchen T^und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für Vor- und Hauptabtastung eine synchrone Abtastbewegung, aber zwei getrennte Signalwege benutzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für Vor- und Hauptabtastung nur ein Lichtpunkt bzw. nur eine Apertur verwendet wird und durch eine an sich bekannte optische Einrichtung getrennte Signalwege erzeugt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Abtastlinien eine rotierende Schlitzscheibe in Verbindung mit einer feststehenden Schlitzblende verwendet wird und über die getrennten Signalwege gleichzeitig mit der Hauptabtastung eines Zeichens die Vorabtastung des nächsten Zeichens erfolgt.