DE1774409C3 - Verfahren zur automatischen Steuerung eines Schwellenwertes bei der maschinellen Zeichenerkennung und Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

iuf der anderen sehr hell und dünn sind.

Bei schreibmaschinengeschriebenen Unterlagen sind die Qualitätsunterschiede hauptsächlich auf Hinter- »iundstörungen in der Nähe der gedruckten Zeichen Zurückzuführen. Diese Störungen weiden hervorgeruf_eJV durch Farbspritzer, durch Schmutzstellen oder Schmierstellen, die von der Handhabung des Farbbandes herrühren. Außerdem prellen gelegentlich einige typen, so daß auf dem Hintergrund während der Bewegung des Wagens ein zweites Bild gedruckt wird.

Die bisner bekannten Systeme sind nicht in der Lage, (Jiese zahlreichen Probleme der Druckqualität zu lösen. jn den meisten Fällen sind die Zeichenerkennungssyiteme mit eine-n Schwellenwertsystem ausgerüstet, das (jje Anzahl der verwendbaren Unterlagen, die von der Erkennungseinheit bearbeitet werden können, sehr stark eingeschränkt. Keine der bisherigen Anlagen ist in der Lage, es mit all diesen vielfältigen Problemen der Druckqualität bei Verwendung des Reichen Analog-Digital-Wandlers aufzunehmen.

Aufgabe der Erfindung ist die automatische Angleichung des Schwellenwertes eines Analog-Digital-Wandlers in einem Zeichenerkennungssystem an die Qualität des analogen Videosignals, um so eine optimale Trennung von Information und Störung im analogen Videosignal zu erreichen. Dabei soll der Schwellenwert des Analog-Digital-Wandlers an Veränderungen im analogen Videosignal, die durch Kontrastunterschiede itn abgetasteten Zeichen hervorgerufen werden, an Veränderungen im Hintergrund, der das abgetastete Zeichen umgibt, und an andere Signalveränderungen so angepaßt werden, daß eine Zeichenerkennung mit minimaler Fehlerrate ermöglicht wird.

Die Aufgaben der Erfindung werden von einem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß entweder der um "line erste Konstante verminderte größte der benachbarten Abtastwerte des in einem zeitlichen Intervall um die jeweilige Abtaststelle auftretenden Analogsignals oder innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums nach Abfühlung eines Schwarz-Weiß-Übergangs in dem Intervall gemäß einer analogen Oder-Bedingung entweder der um eine zweite Konstante vergrößerte Mittelwert der benachbarten Abtastwerte oder der um die erste Konstante verminderte größte Abtastwert, je nachdem, welcher größer ist, al j erster Schwellenwert benutzt wird, daß als zweiter Schwellenwert entweder die niederfrequenten Komponenten des Analogsignals verwendet werden, wenn das Analogsignal an der Abtaststelle größer ist als ein Bezugssignal, oder der zeitlich zuletzt abgegebene zweite Schwellenwert beibehalten wird, wenn das Analogsignal an der Abtaststelle kleiner als das Bezugssignal wird, und daß als dritter Schwellenwert das Bezugssignal vorgegeben ist.

Die obengenannten Ziele werden durch die Erfindung also dadurch erreicht, daß ein Wert erzeugt wird, der sich direkt ändert: Mit dem Kontrast, mit der größten Schwärze des Videosignals innerhalb eines vorgegebenen Bereichs des Videosignals in bezug auf den momentan digitalisierten Punkt und mit dem Durchschnittswert des Analogsignais in demselben vorgegebenen Bereich.

Aus diesen drei Werten kann der unter den momentanen Abtastbedingungen zur Digitalisierung des analogen Videosignals optimale als Schwellenwert ausgewählt werden.

Der auf Kontrastveränderungen oder Veränderungen in der Helligkeit des abgetasteten Zeichens basierende Schwellenwert ist der Grundschwellenwert. Wenn der Abtaster über ein Zeichen läuft, wird der Schwellenwert für die größte Schwärze dazu benutzt, den auf den Analog-Digital-Wandler gegebenen Schwellenwert außerhalb des das schwarze Zeichen umgebenden Störbereichs anzuheben. Außerdem kann ein verschmutztes oder verschmiertes Zeichen eine ungewöhnlich hohe Hintergrundstörung in den nicht bedruckten Bereichen aufweisen (z. B. ein verschmierter Buchstabe O mit einem hochgradig grauen Hintergrund in der Mitte des O). In diesem Fall hebt der mittlere Schwellenwert den auf den Analog-Digital-Wandler gegebenen Schwellenwert über diesen Hintergrund-Störbereich an.

Der große Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Angleichung des Analog-Digital-Wandlers an die Verarbeitung verschiedener maschinengeschriebener oder gedruckter Unterlagen, da der Schwellenwert an die unterschiedlichen Druckqualitäten dieser Unterlagen angepaßt werden kann. Außerdem spricht das System mit der Anpassung des Schwellenwertes schnell genug auf eine unterschiedliche Druckqualität sowohl von einem Zeichen zum anderen als auch innerhalb desselben Zeichens an. Da das System außerdem sowohl mit Kontrastvariationen als auch mit der Spitzenabtastung arbeitet, wird der Schwellenwert an extreme Veränderungen in der Druckqualität auf demselben Dokument oder in demselben Zeichenfeld angepaßt.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen näher erklärt. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgeniäßen Anordnung,

F i g. 2 das analoge Videosignal einer typischen Abtastung eines Zeichenelements und die bei der Analyse des Analogsignals verwendeten Schwellenwert-Bereiche,

F i g. 3 ein genaues Blockschaltbild einer Ausführung der Erfindung,

F i g. 4 ein verschmiertes »O« und das zugehörige Analogsignal mit verschiedenen Schwellenwertsignalen,

F i g. 5 ein genaues Blockschaltbild des in F i g. 3 gezeigten Kontrastdetektors,

F i g. 6 ein genaues Blockschaltbild des in F i g. 3 gezeigten Mittelwertrechners und

F i g. 7 das Schaltbild des in F i g. 3 gezeigten Kondensatorspeichers.

In F i g. 2 ist ein typischer Weg des Abtasters durch ein Zeichenelement und das zugehörige Videosignal dargestellt. Der Abtaster läuft nicht nur über das Element 10 des Zeichens, sondern auch über die Schmutzstellen 12,14 und 16. Der große Impuls 20 im analogen Videosignal entsteht dadurch, daß der Abtaster das Zeichenelement 10 abfühlt. Die Störimpulse 22, 24 und 26 sind mit der Abtastung der Schmutzstellen 12, 14 und 16 durch den Abtaster verbunden.

Auf der linken Seite der F i g. 2 ist das Analogsignal in die drei Variationsbereiche Störbereich Bstör, zulässiger Schweüenwertbereich Bschwclle und Kontrastbereich Bkontrast aufgeteilt. Außerdem ist die Verteilungskurvc für die Weißstörungen Vstörweiß in der Nähe des Mittelwertes 7 mit Weiß aufgezeichnet. Der Störbereich Bstör liegt im Bereich oberhalb des durchschnittlichen Weißwertes Tmilweiß und unterhalb des obersten Grenzwertes der Verieilungskurve Vstör weiß. Die Störungsimpulse 22, 24 und 26 fallen in den Störbereich Bstör und sind relativ extreme Beispiele.

wie aus ihrer Größe bezüglich der Verteilungskurve für die Weißstörungen Vstörweiß hervorgeht.

Im oberen Bereich des analogen Videosignals, dem Kontrastbereich Bkontrast sind Änderungen in der Höhe des Analogsignals auf Änderungen in der Schwärze des Zeichenelements zurückzuführen, über welches der Abtaster gerade läuft. In dem Bereich zwischen der Untergrenze des Kontrastbereichs Bkontrasi und der Obergrenze des Störbereichs Bstör sollte der Schwellenwert für den Analog-Digital-Wandler liegen. Die Untergrenze dieses Schwellenwertbereichs Bsehwelle ist durch einen erfahrungsgemäß festgelegten Mindestwert Tmin für den Schwellenwert bestimmt. 77n/7; sollte etwas oberhalb der Obergrenze der Verteilungskurve für die Weißstörungen Vstörweiß liegen.

Bei dem vorgezogenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein durchschnittlicher Weißwert Tmit- weiß festgehalten, und das System arbeitet relativ zu diesem Durchschnittswert. Dieser Mittelwert wird durch eine nicht dargestellte automatische Verstärkersteuerung gehalten, die zwischen den Übertrager des Abtasters und die Verzögerungsleitung 30 in F i g. 1 gelegt wird. Vor dieser Verstärkungssteuerung liegt ein Tiefpaßfilter (0 bis 200 Hz). Diese automatische Verstärkungssteuerung soll die niederfrequenten Änderungen im Analogsignal ausschalten, die auf eine unterschiedliche Grautönung der verschiedenen verwendeten Unterlagen zurückzuführen ist. Durch diese Verstärkungssteuerung ist es belanglos, ob das System weißes, gelbes, braunes oder anderes Papier abtastet. Der Einfachheit halber wird in dieser Beschreibung angenommen, daß schwarze Zeichen auf weißen Untergrund gedruckt werden. Das System kann natürlich auch mit weißen Zeichen auf schwarzem Untergrund oder mit jeder anderen Farbkombination arbeiten, bei der Zeichen und Untergrund ein unterschiedliches Reflexionsvermögen aufweisen.

F i g. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Verzögerungsleitung 30 empfängt das analoge Videosignal von der automatischen Verstärkersteuerung. Die Verzögerungsleitung 30 hat fünf Ausgänge. Der mittlere Ausgang führt einmal zum Analog-Digital-Wandler 32 und zum anderen zu einem Schwellenwertgenerator 34, dessen Ausgangssignal abhängig ist sowohl vom Spitzenwert des Videosignals bei Erfassung eines Zeichens als auch vom Durchschnittswert des Videosignals bei Erfassung des Hintergrundes und der im folgenden Kontrast-Schwellenwertgenerator 34 genannt werden soll. Außerdem führen alle Ausgänge der Verzögerungsleitung 30 zu einem zweiten Schwellenwertgenerator 36, dessen Ausgangssignal von den niederfrequenten Änderungen des bei der Abtastung erzeugten Videosignals abhängig ist und der Folge-Schwellenwertgenerator 36 genannt werden soll. Die fünf Ausgänge der Verzögerungsleitung ermöglichen dem Folge-Schwellenwertgenerator 36 sowohl eine Vorschau als auch eine Rückschau, bezogen auf den Digitalisierungspunkt, worin der Digitalisierungspunkt der Punkt des analogen Signals ist, der gerade durch den Analog-Digital-Wandler 32 digitalisiert wird.

Das Oder-Glied 38 ist ein analoges Oder-Glied und leitet den höchsten Schwellenwert, den es empfängt, auf den Analog-Digital-Wandler 32 Das digitalisierte Videosignal wird auf eine Erkennungsschaltung 40 sowie einen Servomechanismus für die Zeichenstärke 42 geleitet und auf den Folge-Schwellenwertgenerator 36 zurückgekoppelt. Die Erkennungsschaltung 40 sowie der Servomechanismus 42 bilden keine Teile der Erfindung und sind daher nicht genauer beschrieben.

Im Betrieb kommt das analoge Videosignal auf die Verzögerungsleitung 30, deren Mittelanzapfung es auf den Kontrast-Schwellenwer'generator 34 weiterleitet. Der Kontrast-Schwellenwertgenerator 34 wirkt als ein- und ausschaltbares Niederfrequenzfilter. Wenn das Analogsignal über den Schwellenwert Tmin steigt, lei-

tet das Filter nur die niederfrequenten Änderungen in dem erhaltenen Analogsignal weiter. Wenn das Analogsignal unter dem Wert Tmin liegt, hält das Filter die letzte Spannungshöhe, die es hatte, als es abgeschaltet wurde. Praktisch steigt das Ausgangssignal des ein-

geschalteten Filters, wenn große Informationsimpulse 20 (Fig.2) empfangen werden und fällt, wenn kleine Informationsimpulse 20 empfangen werden. Dementsprechend folgt das Ausgangssignal des eingeschalteten Filters den niederfrequenten Änderungen der

Schwärze des abgetasteten Zeichens. Diese durch das eingeschaltete Filter abgefühlten Änderungen v. erden verstärkt, in den Schwellenwertbereich Bsehwelle (F i g. 2) verschoben und auf das Oder-Glied 38 weitergeleitet.

Der Folge-Schwellenwertgenerator 36 soll auf schnelle Änderungen des analogen Videosignals ansprechen. In dem Ausführungsbeispiel gibt es zwei ziemlich schnelle Änderungen, auf die dieser Generator anspricht. Die erste Änderung ist der Spitzenwert der

Schwärze des Analogsignals in einem um den Digitalisierungspunkt liegenden vorgegebenen Bereich. Die zweite Veränderung ist die mittlere Größe des analogen Videosignals im gleichen Bereich. Praktisch steigt das Ausgangssignal für den schwarzen Spitzenwert, be-

vor das Analogsignal ansteigt, und es fällt, nachdem das Analogsignal abfällt. Die mittlere Signalgröße andererseits neigt dazu, dem analogen Videosignal zu folgen.

Das schwarze Spitzen-Ausgangssignal wird verstärkt, um die Fluktuationen zu betonen und dann nach unten in den gewünschten Schwellenwertbereich Bsehwelle verschoben. Andererseits wird die mittlere Signalgröße nach oben verschoben, so daß sie in den kurzen Zeiträumen, wo sich das Videosignal nicht schnell ändert, in einen Bereich oberhalb des Videosignals steigt.

Der schwarze-Spitzen-Schwellenwert soll einen Schwellenwert darstellen, der dem analogen Videosignal nach oben folgt, wenn große schwarze Spitzensignale abgefühlt werden. Auf diese Weise ist das digita-

lisierte Ausgangssignal genauer, und es wird ein kleinerer grauer Bereich als schwarz interpretiert. Das mittlere Schwellensignal soll ein Schwellensigna! oberhalb des Videosignals darstellen, sobald der Abtaster einen bestimmten schwarzen Bereich verläßt und über einen

verschmutzten Untergrund läuft, wie z. B. die verschmutzte oder verschmierte Mitte eines »O«, das einen stark grauen Untergrund hat. Der schwarze Spitzen-Schwellenwert wird durch den Foige-Schwellenwertgenerator jederzeit erzeugt, mit Ausnahme eines

kurzen Zeitraums nach Erkennung eines Schwarz-Weiß-Übergangs durch den Analog-Digital-Wandler 32. Während dieses kurzen Zeitraums nach dem Schwarz-Weiß-Übergang arbeitet der Folge-Schwellenwertgenerator 36 mit einem mittleren Schwellen-

wert, wenn dieser über den schwarzen Spitzen-Schwellenwert ansteigt.

Vom Folge-Schwellenwertgeneralor 36 wird entweder das Signal für den schwarzen Süitzen-Schwellen-

wert oder für den mittleren Schwellenwert auf das Oder-Glied 38 gegeben, das gleichzeitig auch die niederfrequenten Änderungen vom Kontrast-Schwellenwertgenerator 34 empfängt. Das analoge Oder-Glied 38 wählt dann fortlaufend den höchsten Schwellenwert aus und leitet ihn auf den Analog-Digital-Wandler 32. Das Signal für den Mindestschwellenwert Tmin dient auch als Eingangssignal für das Oder-Glied 38, um auf diese Weise sicherzustellen, daß das an den Wandler 32 weitergeleitete Schwellenwertsignal nicht nach unten aus dem zulässigen Schwellenwertbereich Bschwelle heraus in den Störbereich Bstör abfällt.

Das digitalisierte Videosignal wird auf die Erkennungsschaltung 40 und den Servomechanismus für die Zeichenstärke 42 geleitet. Der Servomechanismus errechnet die Breite des abgefühlten Zeichens durch Zählen der konzentrierten »schwarzen« Digitalsignale und der »schwarzen« Signale im ganzen Zeichen. Aus diesen beiden Zahlen erzeugt der Servomechanismus eine Spannung, die die Stärke des abgefühlten Zeichens anzeigt. Diese Spannung wird auf die Schwellenwertgeneratoren 34 und 36 zurückgekoppelt und zur Verschiebung der durch sie erzeugten Schwellenwertsignale nach oben oder unten benutzt, je nachdem, ob die digitalisierten Zeichen zu dünn oder zu dick erscheinen.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel die Fähigkeit hat, das auf den Analog-Digital-Wandler 32 gegebene Schwellenwertsignal einzustellen und so die folgenden Punkte zu korrigieren: Gesamtänderungen in der Schwärze mehrerer abgetasteter Zeichen, kurzzeitige Änderungen in der Schwärze eines gegebenen Zeichens, Ansteigen der Hintergrundstörung eines Zeichens oder Änderungen in der Breite eines Zeichenelements, die dazu neigen, digitalisierte Darstellungen von Zeichen zu erzeugen, die zu dick oder zu dünn sind. Durch Anpassung des Schwellenwertes kann das Zeichenerkennungssystem maschinenbedruckte oder maschinenbeschriebene Unterlagen mit unterschiedlicher Druckqualität abtasten und doch hochwertig digitalisierte Daten erzeugen, die von der Erkennungsschaltung 40 verarbeitet werden können.

In F i g. 3 ist die in F i g. 1 gezeigte Ausführung der Erfindung in einem detaillierten Blockschaltbild gezeigt. Der in F i g. 1 dargestellte Kontrast-Schwellenwertgenerator 34 enthält gemäß der Darstellung in F i g. 3 den Spannungsdiskrimmator 44, den Kontrastdetektor 46, einen Verstärker 48, zwei Addierschaltungen 50 und 52 und einen Schalter 54. Der Spannungsdiskriminator 44 überwacht das analoge Videosignal und fühlt einen Anstieg dieses Signals über den Schwellenwert Tmin ab. Wenn das Eingangssignal oberhalb von Tmin liegt, schaltet der Spannungsdiskriminator 44 den Kontrastdetektor 46 ein. Der Kontrastdetektor 46 dient als umschaltbares Filter und erzeugt ein Ausgangssignal, das den niederfrequenten Änderungen in der Schwärze des abgefühlten Zeichens folgt.

Das Ausgangssignal des Kontrastdetektors 46 wird durch den Verstärker 48 verstärkt. Um das verstärkte Kontrast-Ausgangssignal wieder nach unten in den Schwellenwertbereich Bschwelle zu verschieben, addiert die Addierschaltung 50 eine über den Schalter 54 gegebene negative Konstante. Der Schalter 54 wird von Hand in eine von zwei Stellungen geschaltet, je nachdem, ob das System maschinengedruckte Unterlagen oder schreibmaschinenbeschriebene Unterlagen abfühlt. Für schreibmaschinenbeschriebene Unterlagen wird eine feste Konstante K\ über den Schalter 54 auf die Addierschaltung 50 gegeben. Die Konstante K\ verschiebt das verstärkte Kontrast-Ausgangssignal nach unten in den Schwellenwertbereich (F i g. 2). Bei der Abfühlung von maschinengedruckten Unterlagen können sich große Kontraständerungen durch Änderungen in der Zeichenstärke ergeben. In diesem Fall ist die in der Addierschaltung 50 zum Kontrast-Ausgangssignal zu addierende Größe K\ zuzüglich der Änderungen in der Zeichenstärke, die von dem Servomechanismus für

ω die Zeichenstärke 42 abgefühlt werden. Der Verstärker 56 reduziert die Größe des vom Servomechanismus erzeugten Korrektursignals für die Zeichenstärke so weit, daß der Korrekturfaktor nach unten auf eine für den Schwellenwertbereich Bschwelle geeignete Größe verschoben wird. Das reduzierte Korrektursignal für die Zeichenstärke wird dann in der Addierschaltung 52 zur Konstanten ACi addiert und über den Schalter 54 auf die Addierschaltung 50 gegeben.

Der Kontrastdetektor folgt also der mittleren Schwärze von abgetasteten Zeichenelementen. Diese mittlere Schwärze wird Kontrast-Ausgangssignal genannt und zur Hervorhebung der abgefühlten Kontraständerungen verstärkt. Die Addierschaltung 50 addiert dann eine Größe, durch die das verstärkte Kontrast-Ausgangssignal nach unten in den Schwellenwertbereich Bschwelle gebracht wird. Die zu addierende Größe hängt davon ab, ob das System maschinenbedrucktp oder schreibmaschinenbeschriebene Unterlagen abfühlt. Beim Abtasten von Schreibmaschinenschrift wird eine empirisch festgelegte Konstante K\ über den Schalter 54 in der Addierschaltung 50 addiert. Wenn maschinenbedruckte Unterlagen abgefühlt werden, leitet der Schalter 54 eine veränderliche Größe auf die Addierschaltung 50. Diese veränderliche Größe ist die Konstante K\ zuzüglich einem Signal vom Servomechanismus für die Zeichenstärke, das sich, abhängig vom Servomechanismus, von einem Zeichen zum anderen ändern kann. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die vom Kontrast bestimmte Schwelle normalerweise in der Mitte des Schwellenwertbereichs liegt, wobei sich die Abweichungen davon aus der unterschiedlichen Schwärze des vom Kontrastdetektor 46 abgetasteten Zeichens ergeben. Bei maschinenbedruckten Unterlagen ergeben sich außerdem noch Änderungen durch die vom Servomechanismus 42 abgefühlten unterschiedlichen Zeichenstärken des abgetasteten Zeichens.

In F i g. 5 ist der Kontrastdetektor 46 (F i g. 3) ge nauer dargestellt, der aus einer Torschaltung 58, einen· Integrator 60 und einer Emitterfolgeschaltung 62 be steht. Die Schaltung 58 wird durch das Ausgangssigna des Spannungsdiskriminators 44 so gesteuert, daß sie entweder das Videosignal auf den Integrator 60 gib oder dieses an Masse kurzschließt. Wenn der Span nungsdiskriminator 44 anzeigt, daß das Videosigna oberhalb des Schwellenwertes Tmin liegt, wird diese Signal auf den Integrator 60 gegeben. Wenn der Span nungsdiskriminator anzeigt, daß das Videosignal unter halb des Schwellenwertes Tmin liegt, wird es an Mass kurzgeschlossen. Der Integrator 60 folgt den niederfre quenten Änderungen des empfangenen Videosignal! Diese Änderungen entsprechen den Änderungen in de Schwärze des abgetasteten Zeichens. Um einen Ar stieg des Ausgangssignals des Integrators 60 zu errei

chen, müssen die nacheinander abgetasteten Zeiche zunehmende Schwärze aufweisen. Bei abnehmende Schwärze der abgetasteten Zeichen ergibt sich ein At fall des Ausgangssignals. Der Ausgang des Integratoi

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60 mit der Emitterfolgeschaltung 62 verbunden, die den Integrator abtrennt. Wenn die Torschaltung 58 das Videosignal an Masse kurzschließt, kann sich der Integrator weder über diese Schaltung noch über die Emitterfolgeschaltung entladen und behält infolgedessen den letzten Spannungspegel, den er hatte, bevor die Schaltung 58 das Videosignal an Masse kurzschloß.

In der F i g. 3 wird der in F i g. 1 dargestellte Folge-Schwellenwertgenerator 36 genauer gezeigt. Dieser Generator kann in die folgenden drei Hauptabschnitte unterteilt werden: Generator für den schwarzen Spitzen-Schwellenwert, Generator für den mittleren Schwellenwert und Wählschalter für den schwarzen Spitzen-Schwellenwert oder den mittleren Schwellenwert.

Der Generator für den schwarzen Spitzen-Schwellenwert besteht aus dem analogen Oder-Glied 64, dem Verstärker 66, den Addierschaltungen 68 und 70 und dem Schalter 72. Das analoge Oder-Glied 64 empfängt die fünf Ausgangssignale von der Verzögerungsleitung 30 und wählt in jedem zeitlichen Intervall das größte bzw. schwärzeste Signal aus, welches es auf den Verstärker 66 weiterleitet. Der Verstärker 66 verstärkt das Signal und leitet es auf die Addierschaltung 68 weiter. Die Addierschaltung 68 addiert dann eine Größe, um dieses schwarze Spitzensignal nach unten in den Schwellenwertbereich Bschwelle zu verschieben, so daß es als schwarzer Spitzen-Schwellenwert verwendet werden kann. Die zu dem Ausgangssignal in der Addierschaltung G8 addierte Größe hängt von der Stellung des Schalters 72 ab. Für gedruckte Unterlagen leitet der Schalter 72 eine konstante Größe K2 auf die Addierschaltung 68. Für maschinenbeschriebene Unterlagen leitet der Schalter 72 eine veränderliche Größe auf die Addierschaltung 68, die er von der Addierschaltung 70 empfängt. Diese veränderliche Größe ist die Summe von K3 zuzüglich des Ausgangssignals aus dem Verstärker 56, das bei schreibmaschinenbeschriebenen Unterlagen normalerweise eine Konstante ist. Die Differenz zwischen Ki und K2 ist normalerweise gleich dem konstanten Ausgang des Verstärkers 56 bei schreibmaschinenbeschriebenen Unterlagen. Daraus folgt, daß der Schalter 72 normalerweise den konstanten Faktor K2 auf die Addierschaltung 68 gibt, auch wenn der Schalter an den Addierer 70 angeschlossen ist. Wenn der Servomechanismus für die Zeichenstärke jedoch ein dünnes Zeichen abfühlt, fällt das Ausgangssignai des Verstärkers 56 ab, wodurch das Ausgangssignal der Addierschaltung 70 ebenfalls abfällt und dadurch wiederum die negative Größe sinkt, die in der Addierschaltung 68 zum schwarzen

Spitzen-Ausgangssignal addiert wird, so daß der schwarze Spitzen-Schwellenwert nach unten verschoben wird. In diesem Fall kann jedoch das System das mit der Schreibmaschine dünn geschriebene Zeichen besser digitalisieren.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß das schwarze Spitzen-Schwellenwertsignal durch das analoge Oder-Glied 64 erzeugt wird, das einen vorbestimmten Bereich überwacht, dessen Mittelpunkt der Digitalisierungspunkt auf dem Videosignal ist. Dieses schwarze Spitzen-Ausgangssignal wird durch einen Verstärker 66 verstärkt und dann dadurch nach unten in das Schwellenwertband verschoben, daß ein Addierer 68 eine negative Größe addiert. Die Größe des addienen Faktors ist für maschinenbedruckte Unterlagen konstant, für schreibmaschinenbeschriebene Unterlagen gelegentlich veränderlich, wenn der Servomecha-

nismus für die Zeichenstärke ein maschinengeschriebenes dünnes Zeichen abfühlt.

Der Generator für den minieren Schwellenwert besteht aus dem Mittelwertrechner 74 und der Addierschaltung 76. Der Miuelwertrechner 74 empfängt fünf analoge Signale von der Verzögerungsleitung 30 und errechnet dauernd den Mittelwert des Analogsignals.

Der Aufbau des Mittelwertrechners 74 ist in Fig.6 genauer gezeigt. Der Mittelwertrechner ist ein« Stromsummierungsschaltung, die aus den Emitterfolge schaltungen 81 bis 86 besteht. Der Zweck diesel Emitterfolgeschaltungen ist die Isolierung der Summie rungsschaltung von den angeschlossenen Eingangs und Ausgangsschaltungen. Das Ausgangssignal dei Emitterfolgeschaltung 86 wird auf einen Spannungstei ler 88 geleitet, der das summierte Signal durch fünf teilt so daß sich der Mittelwert für die von der Verzöge rungsleitung 30 empfangenen fünf analogen Signale er gibt. Das Ausgangssignal des Spannungsteilers 88 wire dann auf die Addierschaltung 76 gegeben, die eine posi tive konstante Größe addiert, um den Mittelwert übei das analoge Videosignal anzuheben, wenn dieses sici nur langsam während einer vorgegebenen, durch die lünf Prüfpunkte festgelegten Zeit ändert. Dai Ausgangssignal der Addierschaltung 76 legt den minie ren Schwellenwert fest.

Der letzte Teil des Folge-Schwellenwertgeneralon 36 ist der Umschalter zur Auswahl entweder dei schwarzen Spitzen-Schwellenwertes oder des mittlerer Schwellenwertes. Der Schalter besteht aus dem Kon densatorspeicher 90, der bistabilen Kippschaltung 92 dem Oder-Glied 94 und dem Zeitgeber 96. Der Kon densatorspeicher 90 speichert entweder den schwarzer Spitzen-Schwellenwert von der Addierschaltung 6ί oder den mittleren Schwellenwert von der Addierschal lung 76 und folgt diesen. Die vom Kondensatorspeichel 90 getroffene Wahl wird durch die Stellung der Kipp schaltung 92 gesteuert. Wenn die bistabile Kippschal tung 92 in der Aus-Stellung ist, folgt der Kondensator speicher 90 dem schwarzen Spitzen-Schwellenwert wenn die K.ppschaltung 92 eingeschaltet ist. folgt dei kondensatorspeicher 90 dem höheren der beider Schwellenwerte, entweder dem Spitzen-Schwellenwer oder dem mittleren Schwellenwert.

Die bistabile Kippschaltung 92 spricht so an. daß sit ¹W μ ^emgeschaItet »'«Ι wenn der Analog-Digital wandler 32 bei einem Schwarz-Weiß-Übergang um schaltet. Die Kippschaltung 92 wird durch ein Signa vom Oder-Glied 94 zurückgeschaltet. Das Oder-Gliec 7>-t k £?^s8^anI»'gnal. wenn es einen Impuls vorr zeitgeber 96 empfängt oder einen Wiederholungs impuls vom Abtaster. Der Wiederholungsimpuls voir Abtaster zeigt an, daß dieser zurückläuft, um das Zei chen noch einmal abzutasten.

Em Ausgangssignal vom Zeitgeber % bedeutet. daC der Analog-Digital-Wandler für einen vorgegebener Zeitraum schwarz angezeigt hat. Der Zeitgeber bestehl L^ "^{aUptSache aus} einer integrierenden ÄC-Schallung und einem Spannungsdiskriminator. Die Zeitkon «. M ^^Schalt"ng ist so gewählt, daß eine gewis se Menge Schwarz erforderlich ist. um die Ladung im rS Τ' c^{Uf die Höhe zu} bringen, die zum Ein· Spannungsdiskriminators ausreicht. De₁ ??* ^deS Spannungsdiskriminators im Zeit fun92 ,1 ^{daS Oder}-^GIi<* Μ auf die Kippschaltung 92 geleitet und schaltet diese aus.

DiA.nf ν o^{er Konde}nsatorspeicher 90 dargestellt D.e kapazmve Speicherung erfolgt im Kondensator 98

Der schwarze Spitzen-Schwellenwert aus der Addierschallung 68 wird auf die Basis des Transistors 100 gegeben. Das Signal für den mittleren Schwellenwert von der Addierschaltung 76 wird auf die Basis des Transistors 102 gegeben. Das der Stellung der Kippschaltung 92 entsprechende Signal wird über die Diode 106 und den Widerstand 108 auf die Basis des Transistors 104 gegeben. Der Kondensatorspeicher ist für ein Videosignal ausgelegt, in dem Informationsspitzen negativer sind als der Hintergrund und der höchste Schwellenwert daher der negativste Schwellenwert ist.

Am Anfang befindet sich die bistabile Kippschaltung 92 (F i g. 3) in der Ausgangsstellung und ihr Ausgangssignal hat eine niedrige Spannung, wodurch der Transistor 104 leitend ist. In diesem Fall folgt die im Kondensator 98 gespeicherte Spannung der von der Addierschaltung 68 an, die Basis des Transistors 100 gelegten Spannung. Während der negativen Schwingungen des schwarzen Spitzen-Schwellenwertsignals wird der Kondensator entladen. Während der positiven Schwingungen dieses Signals wird der Kondensator 98 durch einen Strom vom Transistor 104 über den Widerstand 110 geladen. Wenn die bistabile Kippschaltung 92 eingeschaltet wird, steigt ihre Ausgangsspannung an und schaltet den Transistor 104 ab. In diesem Fall folgt der Kondensator 98 dem schwarzen Spitzen-Schwelienwertsignal, wenn es negativer ist als die im Kondensator 98 gespeicherte Spannung. Wenn außerdem während der Abschaltzeit des Transistors 104 das mittlere Schwellenwertsignal vom Addierer 76 positiver ist als die im Kondensator 98 gespeicherte Spannung, wird der Transistor 102 eingeschaltet und lädt den Kondensator 98 auf eine Spannung, die negativer ist entweder als die schwarze Spitzen-Sehwellenwertspannung oder die mittlere Schwellenwertspannung. Jedenfalls folgt die Spannung des Kondensators 98 den negativen Schwingungen in der schwarzen Spitzen-Schwellenwertspannung unterhalb der Spannung im Kondensator und den positiven Schwingungen vom mittleren Schwellenwert oberhalb der Spannung im Kondensator bis zu einer Spannung, die negativer ist entweder als die schwarze Spitzen-Schwellenwertspannung oder die mittlere Schwellenwertspannung.

Zusammenfassend sei gesagt, daß der Kondensatorspeicher 90 entweder das Signal für die schwarze Spitzen-Schwellenwertspannung oder für die mittlere Schwellenwertspannung auswählt und auf das analoge Oder-Glied 38 gibt. Die Wahl hängt einmal davon ab, ob der Spannungsteiler einen Schwarz-Weiß-Übergang abgefühlt hat und zum anderen von der Höhe der beiden Schwellenwerte. Normalerweise folgt der Kondensatorspeicher 90 dem schwarzen Spitzen-Schwellenwert. Nach einem Schwarz-Weiß-Übergang jedoch folgt er dem höheren Schwellenwert, entweder dem schwarzen Spitzen-Schwellenwert oder dem mittleren Schwellenwert. Nach einer Schwarz-Abtastung oder dem Beginn einer neuen Abtastung folgt der Kondensator dem schwarzen Spitzen-Schwellenwert und kehrt in den Normalbetrieb zurück.

Das analoge Oder-Glied 38 wählt den höchsten Schwellenwert aus, entweder Tmin oder den Kontrastschwellenwert oder den vom Kondensatorspeicher 90 gewählten Schwellenwert. Dieser höchste Schwellenwert wird im Analog-Digital-Wandler 32 zur Digitalisierung des analogen Videosignals verwendet.

Um das Ausgangssignal vom Analog-Digital-Wandler 32 zeitlich zu digitalisieren, wird die bistabile Kippschaltung 33 von einem Taktgeber getrieben. Das binäre Ausgangssignal vom Wandler 32 gibt eine Gleichstromvorspannung auf die Ein- und Ausschaltanschlüsse der bistabilen Kippschaltung 33. Der Inverter 35 stellt sicher, daß für eine gegebene binäre Höhe nur einer der beiden Eingänge vorgespannt wird und den Zustand der Kippschaltung 33 ändert. Die Zustandsänderung wird durch einen vom Taktgeber erzeugten Impuls vorgenommen, der über einen der beiden Kondensatoren 37 oder 39 eingegeben wird. Die digitalisierten »schwarzen« und »weißen« Bits werden vorübergehend zur Analyse durch die Erkennungsschaltung 40 und den Servomechanismus 42 im Schieberegister 41 gespeichert.

In Zusammenhang mit den F i g. 3 und 4 wird ein Beispiel für die Arbeitsweise gegeben. In Fig.4 ist ein verschmutztes »O« gezeigt, durch welches der Abtastweg verläuft. Die durchgezogenen Linien in den Darstellungen A, B und C in F i g. 4 zeigen das Videosignal des Abtasters. Die gestrichelten Linien steilen die verschiedenen möglichen Schwellenwerte dar. In der Darstellung A wird nur der Kontrastschwellenwert verwendet und das ganze O dementsprechend schwarz digitalisiert. Im Beispiel B werden der Kontrastschwellenwert und der schwarze Spitzen-Schwellenwert verwendet, was zu einer Erkennung von drei schwarzen Teilen führt, zwei für die tatsächlich vorhandenen Elemente des O und ein Teil für den verschmutzten Untergrund in der Mitte des O. Im Beispiel C schließlich wird das Videosignal richtig digitalisiert durch Verwendung des Kontrast-Schwellenwertes zusammen mit dem schwarzen Spitzen-Schwellenwert und dem mittleren Schwellenwert. Wie im Beispie! C gezeigt, erscheinen nur das obere und das untere Element des O schwarz digitalisiert für den durch die Mitte des Zeichens laufenden Abtaster.

Das in F i g. 3 gezeigte Gerät gleicht den Schwellenwert gemäß dem Beispiel C in F i g. 4 an. Während sich der Abtaster von oben nach unten über das O bewegt, ist der höchste Schwellenwert der Kontrastschwellenwert. Dieser Schwellenwert wird durch den Kontrastdetektor 46 gemäß der Schwärze des vorher abgefühlten Zeichens oder der Elemente desselben Zeichens festgelegt. Wenn sich der Abtaster in den oberen Teil des O zu bewegen beginnt, steigt das analoge Videosignal an Vor dem Videosignal steigt jedoch auf Grund der von der Verzögerungseinheit 30 erhaltenen Vorschau der schwarze Spitzen-Schwellenwert an. Bevor nun der Kontrast-Schwellenwert das Videosignal kreuzt, übersteigt der schwarze Spitzen-Schwellenwerl den Kontrast-Schwellenwert und zieht den auf der Analog-Digital-Wandler 32 gegebenen Schwellenwen (stärker negativ) nach oben. Der Schwellenwert de: Wandlers 32 folgt dann dem schwarzen Spitzen Schwellenwert nach oben, und dieser schwarze Spit zen-Schwellenwert flacht sich kurz unterhalb der Spit ze des Videosignals ab. Der schwarze Spitzen-Schwel lenwert bleibt wegen der durch die Addierschaltung 6J addierten Größe unter dem Spitzenwert des Videosi gnals.

Wenn das Videosignal jetzt über den Schweilenwer hinausgeht, zeigt der Analog-Digital-Wandler 3: schwarz an. Diese Schwarzanzeige dauert an, bis da Videosignal unter den schwarzen Spitzen-Schwellen wert zurückfällt. Der Schwarz-Weiß-Übergang bein Abfall des Videosignals (da die Spitzenwerte negatr sind, wird das Videosignal in Wirklichkeit positiver schaltet die bistabile Kippschaltung 92 ein. Durch die ses Einschalten folgt dann der Kondensatorspeicher 9

den konkurrierenden positiven Schwingungen des mittleren Schwellenwertes und des schwarzen Spitzen-Schwellenwertes und den negativen Schwingungen des schwarzen Spitzen-Schwellenwertes. Beim Schwarz-Weiß-Übergang wird die Durchschnittshöhe positiver. Da jedoch der schwarze Spitzen-Schwellenwert negativer ist als der mittlere Schwellenwert, hält der schwarze Spitzen-Schwellenwert die Spannung des Kondensators 98 (F i g. 7) auf der Höhe des Spitzen-Schwellenwertes. Wenn schließlich der schwarze Spitzen-Schwellenwert auch anfängt, positiver zu werden, wird der Wert des Kondensators 98 ebenfalls positiver. Die positive Schwingung des Kondensators 98 reicht jedoch nur bis zu der vom mittleren Schwellenwert angelegten Höhe (der negativere Wert von schwarzem Spitzen-Schwellenwert und mittlerem Schwellenwert). Somit steigt der im Kondensator 98 gespeicherte Schwellenwert auf den mittleren Schwellenwert und bleibt dort stehen, während der Abtaster über die Mitte des O läuft. Dieser mittlere Schwellenwert wird auf Grund der durch die Addierschaltung 76 addierten Konstanten K4 oberhalb des Videosignals gehalten und infolgedessen die Mitte des O richtig als weiß digitalisiert.

Während der Abtaster über die untere Hälfte des O läuft, wird der schwarze Spitzen-Schwellenwert wieder negativer und zieht die Spannung am Kondensator 98 (F i g. 7) mit nach unten. Der schwarze Spitzen-Schwellenwert wird geringer, sobald das Videosignal abnimmt und dann übersteigt das Videosigna! den Schwellenwert und zeigt Schwarm im unteren Teil des O an. Nach 3 Mikrosekunden schaltet der Zeitgeber 96 die bistabile Kippschaltung 92 wieder aus. Diese wird jedoch fast augenblicklich wieder durch den Schwarz-Weiß-Übergang eingeschaltet, während das Videosignal wieder den schwarzen Spitzen-Schwellenwert durchläuft. Wiederum folgt hier der Kondensatorspeicher dem positiv werdenden schwarzen Spitzen-Schwellenwert und dem mittleren Schwellenwert. In diesem Fall folgt der Speicher bis hinter die Kontrastschwelle. Die analoge Oder-Schaltung 38 wählt dann die Kontrastschwelle als den höchsten Schwellenwert und leitet diesen auf den Analog-Digital-Wandler 32 Auf diese Weise kann durch Anwendung aller drei Schwellenwerte das sehr minderwertig gedruckte O richtig in Schwarz und Weiß digitalisiert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur automatischen Steuerung eines Schwellenwertes für die Digitalisierung eines zeitabhängigen Analogsignals bei der maschinellen Zeichenkennung, wobei von mehreren laufend ermittelten oder vorgegebenen Schwellenwerten der jeweils höchste benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß entweder der um eine erste Konstante (K2) verminderte größte der benachbarten Abtastwerte des in einem zeitlichen Intervall um die jeweilige Abtaststelle auftretenden Analogsignals oder innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums nach Abfühlung eines Schwarz-Weiß-Übergangs in dem Intervall gemäß einer analogen Oder-Bedingung entweder der um eine zweite Konstante (Ka) vergrößerte Mittelwert der benachbarten Abtastwerte oder der um die erste Konstante (Ki) verminderte größte Abtastwert, je nachdem, welcher größer ist, als erster Schwellenwert benutzt wird, daß als zweiter Schwellenwert entweder die niederfrequenten Komponenten des Analogsignals verwendet werden, wenn das Analogsignal an der Abtaststelle größer ist als ein Bezugssignal (Tmin), oder der zeitlich zuletzt abgegebene zweite Schwellenwert beibehalten wird, wenn das Analogsignal an der Abtaststelle kleiner als das Bezugssignal (Tmin) wird, und daß als dritter Schwellenwert das Bezugssignal (Tmin) vorgegeben ist.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Generator (Folge-Schwellenwertgenerator 36) vorgesehen ist, der zur Erzeugung des ersten Schwellenwertes zumindest einen Mittelwertrechner (74) und eine analoge Oder-Schaltung (64) aufweist, und daß ein zweiter Generator (Kontrast-Schwellenwertgenerator 34) mit einem umschaltbaren Tiefpaßfilter (Kontrastdetektor 46) zur Erzeugung des zweiten Schwellenwertes vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden von den Generatoren (34, 36) abgegebenen Schwellenwerte und das Bezugssignal (Tmin) auf eine analoge Oder-Schaltung (38) gegeben werden, deren Ausgang mit einem Analog-Digital-Wandler (32) verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Bereitstellung mehrerer des innerhalb des betrachteten zeitlichen Intervalls auftretenden Abtastwerte eine Verzögerungsleitung (30) mit mehreren Anzapfungen vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwertrechner (74) aus einer durch Emitterfolgeschaltungen (81 bis 86) entkoppelten Addierscha'tung und einem Spannungsteiler (88) besteht.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (90) vorgesehen ist, der einen Speicherkondensator (98) in Serie zu einem über die Basis durch die analoge Oderschaltung (64) gesteuerten Transistor (100) enthält, und daß die Ladung des Speicherkondensators (9iB) über einen zweiten Transistor (102) durch den Mittelwertrechner (74) und über einen dritten Transistor (104) durch eine bistabile Kippschaltung (92), die vom Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers (32) gesteuert wird, verändert werden kann.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines Schwellenwertes bei der Digitalisierung eines zeitabhängigen Analogsignals bei der maschinellen Zeichenerkennung, wobei von mehreren laufend ermittelten oder vorgegebenen Schwellenwerten der jeweils höchste benutzt wird, und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der bisherigen Technik basieren die Schwellenwerte für den Analog-Digital-Wandler des Videosignals zum größten Teil auf einem vom Abtaster abgefühlten größten schwarzen und größten weißen Signal. Es wird ein Schwellenwert festgelegt, der zwischen dem größten schwarzen und dem größten weißen Analog-Videosignal liegt (USA.-Patentschrift 31 59 815). Dieses System weist die Schwierigkeit auf, daß der große Unterschied in den Signalamplituden zu einem zu hohen Schwellenwert führen kann, wodurch bedeutsame Informationen nicht digitalisiert werden können. Ebenso kann es auftreten, daß der Schwellenwert für den Analog-Digital-Wandler zu niedrig liegt. wodurch besonders bei mangelhafter Drtickqualität oder schlechter Druckunterlage eine richtige Erkennung nicht möglich ist, da inhaltslose Fehl- und Störstfciien mit digitalisiert werden.

In einer anderen Anordnung zur Zeichenerkennung OJSV-Patentschrift 32 67 293) wird einer von drei möglichen Schwellenwerten in den Analog-Digital-Wandler eingegeben. Ein Schwellenwert wird etwas oberhalb der normalerweise auftretenden Hintergrundstörung festgelegt. Ein zweiter Schwellenwert basiert auf der mittleren Höhe des analogen Videosignals, das in einem kapazitiven Speicher mit sehr kurzer EmIadungs-Zeitkonstante gespeichert ist. Ein dritter Schwellenwert basiert auf der mittleren Höhe desVideosignals, das in einem Speicher mit großer Zeitkonstante enthal ten ist. Der jeweils höchste der Schwellenwerte wird über eine analoge Oder-Schaltung auf den Analog-Digital-Wandler gegeben. Hierbei ergibt sich als schwerwiegender Nachteil, daß ein sehr hohes (schwarzes) Videosignal über den Speicher mit großer Zeitkonstante auch dann noch einen Einfluß auf die Digitalisierung durch den Wandler ausübt, wenn der Abtaster bereits weit weniger schwarze Zeichen erreicht hat. D?durch ist die Erkennung bedeutsame- Zeichen, denen ein beispielsweise durch besonders kräftigen Farbauftrag sehr dunkel aussehendes Zeichen vorausgeht, nahezu unmöglich.

Unterlagen verschiedenen Ursprungs weisen die verschiedensten Probleme bezüglich der Druckqualität auf. Bei gedruckten Unterlagen besteht das Problem größtenteils in Änderungen des Kontrastes oder der Schwärze des gedruckten Zeichens von einem Dokument zum anderen. Diese Unterschiede im Kontrast sind auf die Lebensdauer der verwendeten Farbbänder zurückzuführen. Ein altes Farbband liefert natürlich ein wesentlich helleres Druckbild als ein neues. Außerdem können Kontraständerungen in einem Zeichenfeld oder auch in einem einzelnen Zeichen auftreten. Die Kontraständerungen in einem Feld werden dadurch verursacht, daß der Druckmechanismus nicht plan zum Papier läuft, während Kontraständerungen in einem einzelnen Zeichen dadurch verursacht werden, daß eine Type nicht plan zum Papier liegt. Ein anderes Problem beim Maschinendruck ist die Stärke der Linien oder Elemente in einem gedruckten Zeichen. Diese Zeichenstärken können sich von einer Unterlage zur anderen ändern. Die auf der einen Unterlage gedruckten Zeichen können sehr schwarz und dick sein, während sie