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Verfahren zum Erkennen von auf diffus streuenden Träger angebrachten
Zeichen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von auf diffus streuenden
Träger angebrachten Zeichen, deren larstellungselemente nach dem prinzip der Richtungsfilterung
über wenigstens eine, die Darstellungselemente einer bestimmten Richtung gegenüber
anderen Richtungen bevorzugende optische Anordnung auf einem Suffangschirm abgebildet
und über Fotodetektoren einer Brkennungslogik zugefuhrt werden.
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Mit derartigen Verfahren lassen sich in alphanumerischen Zeichen,
deren Darstellungselemente Gerade, Bögen, Kreise usw. sind, Linien bestimmter Winkellage
herausfiltern, bzw. deren Vorhandensein feststellen. Da für jede der möglichen Linienrichtungen
eine gesonderte Richtungsfilterung durchgefiihrt werden muß, können diese Richtungafilterungen
entweder zeitlich hintereinander oder gleichzeitig parallel durchgeführt werden.
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Verfahren zur ichtungsfilterung haben gegenüber den gleichfalls mit
Blenden arbeitenden Verfahren, z.B.,der Strichelementanalyse, den grundsätzlichen
Vorteil, daß die Erkennungssicherheit in weiten Grenzen von der Zeichengröße und
Zeichengestalt unabhängig ist («teinbuch, Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung,
Jpringer-Verlag 1967 Berlin, Göttingen, Heidelberg, j. 779 Abb. 6.1/24). Die Verfahren
zur Richtungsfilterung eignen sich daher insbesondere zur erkennung handgeschriebener
Zeichen.
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bs ist bekannt, zur Durchführung der Pichtungsfilterung Wethoden der
kohärenten Optik anzuwenden (electronice and communications in japan, 54, 2, K 97,
1971).
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dabei ist es allerdings nötig, daß die zu filternden Zeichen entweder
transparent auf lichtundurchlässigem Grunde oder lichtundurchl>ssig auf transparentem
Grunde vorliegen. Zeichen, die auf diffus streuendem Schriftträger, wie z.B. lapier,
aufgetragen sind, können mit kohärentem Licht nicht direkt verarbeitet werden. Die
Oberflachenstruktur des diffus streuenden Jchriftträgers verursacht ein starkes
Rauschen, welches die in dem diffus rückgestreuten kohärenten Licht enthaltenen
Amplitudeninformationen über das zu verarbeitende Zeichen vollständig überdeckt.
Eine ilbertragung der Zeichen auf photographischen Schichten, Entwicklung derselben
und anschließende kohärent-optische Verarbeitung ist prinzipiell möglich aber zeitraubend.
Allgemein erfordern kohärent-optische Methoden eine teure kohärente Lichtquelle
(Laser), schwere, stabile Aufbauten und eine sehr exakte Justierung. Die Störanfälligkeit
bleibt groß.
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Weiterhin ist es bekannt, Zeichen zwar mit inkohärentem Licht auszuleuchten,
aber zur Verarbeitung Hologramme zu benutzen, die vorher jedoch sorgfältig mit Methoden
der kohärenten Optik hergestellt werden müssen. (Applied Optics, 10, 3, S. 670 und
IITB-Mitteilungen 1970, S. 8).
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Diese holographischen Filter müssen sorgfältig dem Aussehen der zu
filternden Zeichen angepaßt sein und versagen bei Schwankungen von Größe und Strichdicke
derselben.
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Die Störanfälligkeit auch dieser Verfahren ist groß.
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Die Technik der Richtungsfilterung war bisher beschränkt auf a) transparente
Zeichen und kohärente Beleuchtung b) bezüglich der Größe und Jtrichdicke genormte
Zeichen und diesen sorgfältig angepaßte holographische Filter.
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Der Brfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Richtungsfilterung
bei beliebigen Zeichen beliebiger Größe und Strichdicke auf beliebigem ochriftträger
papier usw.) und unter Verwendung von normalem weitet Licht durchführen zu können,
wobei die Störanfälligkeit möglichst gering sein soll.
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Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Erkennen von auf diffus
streuendem Träger angebrachten Zeichen aus, deren Darstellungselemente nach dem
Prinzip der Richtungsfilterung über wenigstens eine, die Darstellungselemente einer
bestimmten Richtung gegenüber anderen Richtungen bevorzugend. optische Anordnung
auf einem Aüffangschirm
abgebildet und über Fotodetektoren einer
Erkennung logik zugeführt werden.
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bie oben dargestellte rufgabe der Erfindung wird nun dadurch gelöst,
daß die durch die optische Anordnung herauegefilterte Darstellungselemente des Zeichens
infolge Vergrößerung der Bildweite defokussiert auf dem Auffangschirm abgebildet
werden.
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Für die die Darstellungselemente einer wichtung gegenüber anderen
richtungen bevorzugende optische Anordnung ergeben eich zwei gleichwertige Ausführungsformen.
Im ersten Falle wird die optische Anordnung durch die Kombination einer Sammellinse
mit einer spaltförmigen Blende, im zweiten Fall durch die Kombination einer sammellinse
mit einer Zylinderlinse dargestellt.
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Die wirkung der unschirfen Abbildung leitet eich aue folgenden physikalischen
Gegebenheiten her.
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Schon .. lohl erkannte den Einfluß der Belendenform einer Abbildungslinse
auf die Gestalt der erzeugten Abbildung. Er behandelte Jedoch etets den Fall kohärenter,
zumindest jedoch den Fall monochromatiecher Beleuchtung unter exakter d.
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Erfüllung der Abbildungsgleichung fokussierter Abbildung (R. W. Hohl,
Optik und Atomphysik). 11. Auflage, Springer-Verlag, berlin, Göttingen, Heidelberg,
. 24 - 26.
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Verwendet man zur Abbildung von Zeichen eine Sammellinse in Verbindung
mit einer spaltförmigen Blende, so ergibt sich
bei Verwendung von
normalem weißen Licht und bei erfüllung der Abbildungsgleichung kein Einfluß der
Blende auf die Gestalt der zur Abbildung gelangenden Zeichen. Verwendet man statt
der Sammellinse mit dpaltblende eine Linenkombination, bestehend aus einer Sammellinse
und einer Zylinderlinse, so wird das Abbild der Zeichen bei erfüllung der Abbildungsgleichung
nicht entstellt. Bei einer Defokussion sowohl der ersten als auch der zweiten Anordnung
in wichtung auf eine größere Bildweite ergibt sich überraschenderweise der Effekt
einer Richtungsfilterung. Dabei treten diejenigen Anteile in den zu filternden Zeichen
stark hervor, die parallel zu der spaltförmigen Blende, bzw. parallel zur Längsachse
der Zylinderlinse verlaufen.
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Der Effekt läßt sich im Fall der abbildung durch eine oammellinse
mit bpaltblende erklären durch die erzeugung eines richtungsabhängigen Tiefenscharfeverlaufes
durch die Dpaltblende.
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Bei Verwendung der Zylinderlinse werden die sich zum Abbild formierenden
Strahlenbüschel so beeinflußt, daß der Tiefenschärfeverlauf ebenfalls richtungsabhängig
ist.
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Im folgenden wird das Verfahren nach der Erfindung anhand dreier Figuren
näher erläutert. Es zeigen: die Fig. 1 die Ausführungsform mit einer sammellinse
und einer spaltförmigen Blende, die Fig. 2 die Ausführungsform mit der Kombination
einer ammellinse und einer Zylinderlitse und die Fig. 3 eine Ausführungsform für
parallele Hichtungsfilterung mit drei Sammellinsen mit spaltförmiger Blende.
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In der Polig. 1 wird der Zeichentrager 1 mit dem zu erkennenden Zeichen
2, einem , der Beleuchtung 7 einer Lichtquelle ausgesetzt. Zwischen dem Zeichen
2 und dem Auffangechlrm 6 ist als die Darstellungselemente der waagrechten Richtung
gegenüber anderen 1tichtungen bevorzugende optische Anordnung 5 die Kombination
einer sammellinse 3 mit einer spalförmigen Blende 4 derart eingefügt, daß die Abbildungaglei
chung nicht erfüllt ist, sondern eine Defokussion durch Vergrößern der Bildweite
eintritt, d.h. der Auffangschirm ist weiter als zur scharfen Abbildung erforderlich,
von der optischen Anordnung entfernt angeordnet. Die auf dem Auffangschirm 6 in
waagrechter Richtung hervortretenden Darstellungselemente des Zeichens E werden
herausefiltert, Im Ausführungebeispiel ist die spaltförmige Blende 4 durch einen
lichtundurchlässigen Belag unmittelbar auf der Linse ausgeführt. delbstverständlich
sind auch andere Ausbildungen möglich.
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Die Fig. 2 zeigt die Ausführungsform mit der Kombination einer Sammellinse
8 mit einer Zylinderlinse 10 als die Darstellungselemente der waagrechten Richtung
gegenüber den anderen Richtungen hervorhebenden optische Anordnung. Wie man erkennt,
ist die wirkung auf dem Auffangschirm 6 die gleiche, die waagrechten Darstellungselemente
werden herausgefiltert, wenn die Abbildung defokussiert dadurch Vergrößern der Bildweite
erfolgt.
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Die Anordnung des Zeichenträgera 1 mit dem Zeichen 2, der Beleuchtun
Fund dem AuffangBchir telnd die gleichen wie in Fig. 1.
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Die Fig. 3 zeigt oben den Zeichenträger 1 mit der Beleuchtung 7, darunter
im Strahlengang die beiden Strahlteilerplatten 9,-die
den strahl
einmal nach links und einmal nach rechts ablenken, während ein Teilstrahl senkrecht
weiter verläuft.
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In jedem dieser drei Strahlengänge ist eine Kombination 5 einer Sammellinse
mit spaltförmiger Blende angeordnet, die auf dem dahinter angeordneten Auffangschirm
6 je nach der Stellung des Spaltes verschiedene Darstellungselemente des Zeichens
hervortreten läßt.
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Der mit der Erfindung erzielte Vorteile besteht insbesondere darin,
daß auch und gerade Zeichen auf lichtundurchlässigem und diffus streuendem ochriftträger
(papier usw.) richtungsgefiltert werden können. Damit erweitert sich der Anwendungsbereich
von Zeichenerkennungsanlagen, die nach der Methode der Richtungsfilterung arbeiten,
entscheidend.
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Gegenüber kohärent-optischen Anlagen, die mit Laser-Licht arbeiten
müssen, erlaubt die Erfindung die Verwendung von normalem weißen Licht. ,tuBerdem
ist die hier beschriebene Erfindung wegen ihres einfachen aufbaus störsicher;