DE2349698A1

DE2349698A1 - Vorrichtung zur anwendung bei der optischen korrelation in verbindung mit der erkennung von mustern und mit einer derartigen vorrichtung zu verwendendes optisches filter

Info

Publication number: DE2349698A1
Application number: DE19732349698
Authority: DE
Inventors: Ebbe Dipl Ing Muenster; Per Dipl Ing Ponsaing
Original assignee: INST PRODUKTUDVIKLING
Current assignee: INST PRODUKTUDVIKLING
Priority date: 1973-06-25
Filing date: 1973-10-03
Publication date: 1975-01-23
Also published as: US3914742A; DK351073A; NO742189L; SE7408174L; SE402496B; FR2234609B1; DK134086C; DE2349698B2; DK134086B; FI191674A; GB1464016A; JPS5050829A; FR2234609A1

Description

44-21.4.92P(21.493H) 3. 10. 1973

INSTITUTTET FOR PRODUKTUDVIKLINC-, Danmarks Takniske HjJjskole, 28oo Lyngby, Dänemark 2349698

Vorrichtung zur Anwendung bei der optischen Korrelation in Verbindung mit der Erkennung von Mustern und mit einer derartigen Vorrichtung zu verwendendes optisches Filter

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anwendung bei der optischen Korrelation eines zweidimensionalen Linienmusters zwecks Einordnung des Musters in eine von einer Anzahl möglicher Musterklassen.

Die Entwicklung der modernen Gesellschaft hat ein ständiges Wachsen der Mepge schriftlicher Mitteilungen mit sich geführt. Deshalb ist auch ein erhebliches Interesse dafür entstanden, geeignete Verfahren für die maschinelle Verarbeitung derartiger Mitteilungen zu entwickeln. Dies macht sich insbesondere auf denjenigen Gebieten geltend, wo es sich um die Verarbeitung einer sehr grossen Anzahl bezüglich Form und Inhalt verhältnismässig gleichartiger Mitteilungsträger handelt. Als naheliegende Beispiele hierfür lassen sich unter anderem die maschinelle Verarbeitung von Postsendungen im Zusammenhang mit der Sortierung derselben nach Bestimmungsorten und Anschriften in der Form von Städte- und Strassennamen sowie die Verarbeitung in grosser Anzahl vorliegender, verhältnismässig einfacher Formulare anführen.

In diesem Zusammenhang sei auch bemerkt, dass die Entwicklung auf dem Gebiet der modernen Datenverarbeitung ebenfalls das Interesse an der Entwicklung optischer Leseverfahren gefördert hat, und zwar wegen der erheblichen manuellen Arbeit, die gewöhnlich mit der Erstellung von Eingangsdaten für einen EDV-Prozess in einer für die Verarbeitung in Datenmaschinen geeigneten Form auf der Grundlage eines vorliegenden, oft umfangreichen schriftlichen Materials verbunden ist. . -

Mit Bezug auf das erwähnte postale Anwendungsgebiet ist es bekannt, dass man in einer Reihe Länder im Hinblick"auf eine mechanische Sortierung von Briefen sogenannte Postleitzahlen als Codebezeichnungen für die Bestimmungsorte, wobei es sich entweder

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um Städte- oder Strassennamen handeln kann, eingeführt hat· Damit er sich mechanisch sortieren lässt, muss jeder einzelne Brief mit einem der betreffenden Postleitzahl entsprechenden Code versehen werden, der sich direkt von der Sortieranlage erkennen lässt. Im Zusammenhang mit bekannten Sortieranlagen wird diese Codierung der Briefe oft an Hand der auf den Briefen angegebenen Postleitzahlen mit Hilfe manuell betätigter Codierer vorgenommen. Es werden jedoch erhebliche Anstrengungen gemacht, geeignete optische Leseverfahren zu entwickeln, nach welchen die Postleitzahl-Codierung direkt und ohne manuelles Eingreifen erfolgen-kann, so dass ein grosser Teil der gesamten Anzahl von Briefen und entsprechenden Postsendungen ohne jegliches manuelles Eingreifen bei der- Sortierung erledigt werden kann.

Ein für den genannten Zweck anwendbares optisches Leseverfahren muss im Prinzip immer.auf einem Mustererkennungsprozess - auch unter der englischen Bezeichnung "Pattern recognition" bekannt beruhen, bei welchem ein einer von einer gegebenen Anzahl Musterklassen zugeordnetes Linienmuster erkannt und in eine solche Form transformiert wird, dass sich entscheiden lässt, welcher der Klassen das jeweils vorliegende Muster zugeordnet ist. Im Zusammenhang mit den angegebenen Anwendungsgebieten kann das Linienmuster in der Form einer Ziffer oder eines Buchstaben vorliegen, und die Anzahl der Musterklassen kann somit der Anzahl von Ziffern im benutzten Ziffernsystem oder der ,Anzahl von Buchstaben im benutzten Alphabet oder eventuell der Summe dieser entsprechen. Bei den heutzutage benutzten Mustererkennungsprozessen auf diesen Anwendungsgebieten wird auf der Grundlage eines Eingangsbildes des zu klassifizierenden Linienmusters ein für die weitere Signalverarbeitung geeignetes, elektronisches Rasterbild in der Form einer binären Matrix mit einer grossen Anzahl von Zeichenelementen erzeugt, indem als Grundlage für diese Darstellung in der binären Form mit Hilfe einer geeigneten optoelektronischen Ausrüstung eine Bewertung der einzelnen Elementarbereiche des Eingangsmusters in bezug auf einen Schwellwert vorgenommen werden muss.

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Als Beispiele for optoelektronische Ausrüstungen, die zwecks Erzeugung des genannten elektronischen Rasterbildes in heutzutage bekannten optischen Lesemaschinen Anwendung finden, können abtastende Kathodenstrahlröhren, die dazu gebracht werden, ein als Eingangsbild vorliegendes Linienmuster direkt abzutasten, Vidiconröhren, rotierende Spiegel in Kombination mit einer Nipkowscheibe, Photozellenmatrixen und integrierte Photodiodenstäbe genannt werden. Bezüglich der Anwendung abtastender Kathodenstrahlröhren kann z.B. auf zwei Artikel-von R.B. Hennis und M.R. Bartz "The IBM 1975 Optical Page Reader" im IBM Journal of Research of Development, Nr. 5, I960, Seite 346-363 verwiesen werden.

Bei den bekannten optischen Lesemaschinen hat es sich jedoch erwiesen, dass eine verhältnismässig umfassende Datenverarbeitungseinheit erforderlich ist, um ein ausreichend gutes Auflösungsvermögen für die binäre Matrix zu erreichen, die an Hand des Eingangsbildes mit den in der Praxis notwendigen Lesegeschwindigkeiten erzeugt wird, die von der Grössenordnung Io ooo Zeichen/s sind. Dieser Umstand trägt hochgradig zu einer Verteuerung derartiger Lesemaschinen bei.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass diese Probleme bei den bekannten Lesemaschinen hauptsächlich auf den eigentlichen Eingangsprozess, d.h. das optische Bild, welches die Grundlage für die in der optoelektronischen Ausrüstung erfolgende Bewertung in bezug auf einen Schwellwert bildet, zurückzuführen ist. Bei den bekannten Lesemaschinen wird dieses Eingangsbild, wie erwähnt, von dem zu untersuchenden Linienmuster, z.B. einem Buchstaben oder einer Ziffer, oder einer direkten Abbildung desselben gebildet. Als Lösung ist vorgeschlagen worden, eine optische Korrelation unter Anwendung von Hologrammtechnik auszuführen, unter anderem in der Form sogenannter "Kinoforms", die in einem Artikel von D.W. Baxter, M/J. Burke und D.H. Casler "Character Recognition Methods Using Kinoforms" im IBM Technical Disclosure Bulletin, Nr. 8, Januar 1972, Seite 25o3-25o4 beschrieben sind. Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit'der Herstellung der hierzu benutzten synthetischen Hologramme

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so grosse Schwierigkeiten verbunden sind, dass diese Versuche bisher noch nicht zu praktisch verwendbaren Ergebnissen geführt haben.

Die erwähnten Probleme lassen sich bei den bekannten Lesemaschinen hauptsächlich darauf zurückführen, dass nach den hierbei verwendeten Verfahren keine effektive Ausnutzung der Informationsredundanz erzielt wird, die bei Linienmustern derjenigen Art, um die es sich in der Praxis handelt, immer vorliegt, und, was noch schlimmer ist, dass durch die verhältnismässig grobe Rastereinteilung des Eingangsbildes, die zwecks Beschränkung der Grosse der Datenverarbeitungseinheit notwendig ist, Störungen in beträchtlichem Ausmass erzeugt werden.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zur Anwendung bei der optischen Korrelation eines zweidimensionalen Linienmusters zu schaffen, durch welche die genannten Probleme, die gewissermassen einen Flaschenhals in der Signalverarbeitung darstellen, eliminiert werden, so dass eine wesentliche Reduktion des Herstellungspreises für eine optische Lesemaschine ermöglicht wird.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist im Hinblick hierauf gekennzeichnet durch eine Anzahl räumlich voneinander getrennter Kanäle, die je ein optisches Filter mit eindimensionaler optischer Redundanz enthalten, das einen Punkt in einer Objektebene als gerades Liniensegment in einer Bildebene und umgekehrt abbildet, welche optischen Filter mit einer gemeinsamen Objektebene angeordnet sind; die Mittel zur Anbringung eines zweidimensionalen Linienmusters und mit derartigen Orientierungen enthält, dass ein und derselbe Punkt in der Objektebene durch die genannten Kanäle als eine Anzahl Liniensegmente mit verschiedenen Orientierungen in den Bildebenen der optischen Filter abgebildet wird, wobei in der Bildebene jedes optischen Filters wenigstens ein lichtempfindliches Organ zur Aufnahme von Lichtintensitätsänderungen und zur Abgabe elektrischer Informationssignale in Abhängigkeit von den aufgenommenen Lichtintensitätsänderungen angebracht ist·

Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung beruht die Bildung desje-

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nigen Bildes oder Musters, das als Grundlage für die Bewertung in "bezug auf einen Schwellwert und die Binärcodierung in der optoelektronischen Ausrüstung dient, somit darauf, dass das Linienmuster, das klassifiziert werden soll, einem optischen Korrelationsprozess unter Anwendung von Liniensegmentfiltration unterzogen wird. Die Anwendung der Hologrammtechnik repräsentiert, wie bereits erwähnt, eine andere Form der optischen Korrelation eines Linienmusters, und es sind ausserdem Vorschläge laut geworden, eine derartige Korrelation unter Anwendung eines Masken-Linsen-Systems durchzuführen. Systemtheoretisch unterscheidet sich das letztgenannte Verfahren dadurch von der Erfindung, dass es völlig ohne optische Redundanz ist, indem ein Punkt in der für die Korrelation charakteristischen Impulsantwort durch einen Punkt im Übertragungsmedium definiert ist, während bei der Hologrammtechnik, mag es sich um' allgemeine Holographie oder die Anwendung der erwähnten, sogenannten "Kinoforms" handeln, eine zweidimensionale Redundanz vorliegt, wobei ein Punkt in der Impulsantwort durch die gesamte Hologrammebene definiert ist. Die erfindungs- ■ gemässe' Vorrichtung stellt in dieser Hinsicht somit ein Zwischending zwischen den früher vorgeschlagenen Verfahren dar, bei welchem ein Punkt in der Impulsantwort durch eine gerade Linie in der Ebene des optischen Systems^ definiert wird und somit von eindimensionaler optischer Redundanz die Rede ist.

Unter dem Ausdruck optische Redundanz ist in diesem Zusammenhang der Umstand zu verstehen, dass ein optisches Obertragungsmedium in Teilelemente aufgeteilt werden kann, die jeweils dieselben optischen Eigenschaften wie das gesamte Obertragungsmedium haben. Gewöhnliche optische Linsen sind somit genau wie Hologramme Beispiele für optische Medien mit zweidimensionaler optischer Redundanz.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das genannte Element mit eindimensionaler optischer Redundanz in jedem optischen Filter von einer Kombination aus einer Sammellinse und einer Zylinderlinse gebildet, bei welcher die Erzeugenden der Zylinderlinsen für die verschiedenen Kanäle in rechtwinklig zu den optischen Achsen der Kanälen verlaufenden Ebenen verschieden

orientiert sind.

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Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung bedient man sich hochgradig der obengenannten Informationsredundanz, welche bei zweidimensionalen Linienmustern, die in eine gegebene Anzahl Mu.«äterklassen klassifiziert werden können, immer vorliegen wird. In jedem der Kanäle wird ein elektronisches Rasterbild aus geraden Linien oder".Tangentenneigungen mit einer bestimmten Orientierung erzeugt, und in der. nachfolgenden Datenverarbeitungseinheit erfolgt eine Kombination dieser kanalindividuellen Rasterbilder. Der gesamte Prozess entspricht kybernetisch demjenigen Prozess, der im visuellen System des Menschen in denjenigen Teilen der Hirnrinde vor sich geht, wo die Verarbeitung der Netzhauteindrücke erfolgt.

Praktische Untersuchungen haben vorläufig ergeben, dass es mit der erfindungsgemässen Vorrichtung möglich ist, Linien und Tangentenneigungen mit einem Auflösungsvermögen von ±lo-2o zu unterscheiden. Bei der praktischen Verwendung in optischen Lesemaschinen reicht dieses Auflösungsvermögen völlig dazu aus, eine zuverlässige Funktion sicherzustellen, doch liegt es innerhalb des Rahmens der technischen Möglichkeiten, durch eine Vergrösserung der Kanalanzahl und eine geeignete Dimensionierung der optischen Systeme eine zusätzliche Verbesserung' des Auflösungsvermögens zu erreichen.

Die Erfindung betrifft ferner ein optisches Filter zur Anwendung in einer Korrelationsvorrichtung mit einer Anzahl räumlich voneinander getrennter Kanäle, welches Filter dadurch gekennzeichnet ist, dass es ein Element mit eindimensionaler optischer Redundanz enthält, welches einen Punkt in einer Objektebene als gerades Liniensegment in einer Bildebene und umgekehrt abbildet.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erklärt. Es zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau und die prinzipielle Funktion einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen optischen Filters durch Filtration eines punktförmigen Bildes,

Fig. 2 dasselbe durch Filtration eines zweidimensionalen Eingangslinienmusters in Form einer Ziffer,

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Fig. 3a. und Fig. 3b zwei verschiedene Verfahren zur Erstellung einer Anzahl räumlich voneinander getrennter Kanäle in einer Ausftihrungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau und die prinzipielle Funktion einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mit vier räumlich voneinander getrennten Kanälen durch Filtration eines zweidimensionalen Eingangslinienmusters in der Form einer Ziffer und

Fig. 5a und Fig. 5b die resultierende Information über die Eingangslinienmuster, die man bei Anwendung der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung bzw. einer bekannten optischen Lesemaschine erhält.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung hat, wie bereits erklärt, eine Anzahl räumlich voneinander getrennter Kanäle, die jeweils ein optisches Filter mit eindimensionaler optischer Redundanz enthalten, welches einen Punkt in einer Objektebene als gerades Liniensegment in einer Bildebene und umgekehrt abbildet. Fig. 1 zeigt ein Beispiel des prinzipiellen Aufbaus und der prinzipiellen Funktion eines derartigen optischen Filters durch Filtration eines punktförmigen Bildes. Bei der dargestellten Ausführungsform wird das optische Filter von einer Kombination aus einer Sammellinse 1 und einer Zylinderlinse 2 gebildet. Ein Punkt 3 in einer Objektebene 4, die ausserhalb der Brennweite der Sammellinse 1 liegt, wird von diesem optischen Filter in einer Bildebene 5 als gerades Liniensegment 6 abgebildet, welches rechtwinklig zur Richtung der erzeugenden der Zylinderlinse 2 orientiert ist. Umgekehrt wird ein gerades Liniensegment mit dieser bestimmten Orientierung in der Bildebene 5 als Punkt in der Objektebene 4 wiedergegeben.

Bei einem zusammengesetzten Eingangsbild in der Objektebene 4, welches die Form eines zweidimensionalen Linienmusters besitzt, führt eine Filtration mit einem optischen Filter nach Fig. 1 zu ,dem Ergebnis, dass das in der Bildebene 5 wiedergegebene. Bild in der betreffenden, zur Richtung der Erzeugenden der Zylinderlinse 2 rechtwinklig verlaufenden Richtung verwischt ist. Gerade Liniensegmente im Eingangsbild, die parallel zu dieser Richtung verlaufen, werden hierdurch nicht wesentlich beeinflusst, während

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Linien mit abweichender Orientierung im Gleichtakt mit dieser Abweichung verwischt werden.

Dies wird durch Fig. 2 näher veranschaulicht, die die Anwendung desselben optischen Filters bei der Filtration eines zweidimensionalen Linienmusters 7 in der Objektebene 4 in der Form der Ziffer 2 darstellt. Wie aus der Figur ersichtlich, resultiert die Erzeugung des Bildes darin, dass in der Bildebene 5 eine Hervorhebung der geraden Linienstücke und Tangentenneigungen im Linienmuster 7 erfolgt, die rechtwinklig zu den Erzeugenden der Zylinderlinse 2 orientiert sind. Indem nur Punkte in diesen Linienstücken und Liniensegmente mit diesen Tangentenneigungen mit voller Stärke im Bild 8 in der Bildebene 5 wiedergegeben werden, während alle übrigen Punkte in der genannten Richtung verwischt, d.h. mit verminderter Stärke, wiedergegeben werden· Die Wirkung der optischen Filtration mit einem Filter nach Fig. 1 und 2 ist somit, dass eine Auflösung des Eingangsbildes nach der rechtwinklig zur Richtung der Erzeugenden der Zylinderlinse 2 verlaufenden Richtung erfolgt.

Wie im Folgenden näher erläutert werden wird, ist es auf Grund dieser richtungsbestimmten Auflösung für eine beliebige Anzahl voneinander verschiedener Auflösungsrichtungen möglich, eine optoelektronische Aufnahme der für jede dieser Auflösungsrichtungen hervorgehobenen Teile des Eingangslinienmusters durch Anbringung lichtempfindlicher Organe in der Bildebene vorzunehmen, so dass durch Kombination der einzelnen richtungsbestimmten Informationen über das Linienmuster eine für eine sichere Mustererkennung ausreichende Information über das gesamte Linienmuster erstellt werden kann.

Um dies zu erreichen, muss das Eingan gslinienmuster erfindungsgemäss durch eine Anzahl in räumlich voneinander getrennten Kanälen befindlicher optischer Filter mit verschiedenen Auflösungsrichtungen filtriert werden, wobei jedes dieser Filter z.B. so aufgebaut sein kann, wie es in den Fig. 1 und 2 wiedergegeben ist.

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In den Fig. 3a und 3b sind rein schematisch zwei.verschiedene Verfahren für die hierzu erforderliche Kanalaufteilung veranschaulicht. Das mit der Bezugsziffer 9 bezeichnete Symbol repräsentiert ein optisches Filter. Nach Fig.3a erfolgt die Kanalaufteilung durch einen optischen Bündelteiler Io von an sich bekannter Art, mit dessen'Hilfe die vom Eingangs linienmust er in der Objektebene 4 kommenden Bildstrahlen zwischen zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Kanälen 11 und 12 aufgeteilt werden, die je ein optisches Filter 9 enthalten. Die Bildebenen dieser beiden Kanäle sind mit 13 bzw. 14 bezeichnet.

Die Kanalaufteilung nach Fig. 3b beruht darauf, dass das Eingangslinienmuster in der Objektebene 4 unter verschiedenen Winkeln von zwei optischen Filtern 9 betrachtet wird, deren optische Achsen symmetrisch zu einer Senkrechten auf der Objektebene 4 verlaufen. Hierdurch entstehen zwei Kanäle 15 und 16, die jeweils ein optisches Filter 9 und eine Bildebene 17 bzw. Iß enthalten.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Anzahl räumlich voneinander getrennter Kanäle nach beiden Aufteilungsverfahren vergrössert werden kann. Erfolgt die Aufteilung nach der in Fig. 3a dargestellten Weise, kann beispielsweise in jedes vom Bundelteiler Io erzeugtes Teilbündel ein weiterer Bündelteiler eingeschaltet werden und so fort, so dass die gesamte Anzahl der Kanäle eine Potenz mit der Grundzahl 2 ist. Erfolgt die Kanalaufteilung so, wie es in Abb.3b veranschaulicht ist,, kann die Anzahl der Kanäle durch Einschalten mehrerer optischer Filter vergrössert werden, deren optische Achsen zwei und zwei symmetrisch zur selben Senkrechten auf der Objektebene 4 verlaufen, indem die optischen Filter z.B. auf einem mit der Objektebene 4 parallelen Kreis liegen.

Ferner ist ersichtlich, dass es möglich wäre, die beiden Aufteilungsverfahren miteinander zu kombinieren, indem z.B. in jedes vom Bundelteiler Io nach Fig. 3a erzeugte Teilbündel mehrere optische Filter eingeschaltet werden kennen, die so -angeordnet sind, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 3b beschrieben ist.

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- Io -

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mit vier räumlich voneinander getrennten Kanälen veranschaulicht. Die Kanalaufteilung erfolgt hierbei nach der in Fig. 3b gezeigten Weise, indem jeder Kanal ein optisches Filter enthält, welches so aufgebaut ist, wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, d.h. aus einer Kombination einer Sammellinse 19 und einer Zylinderlinse 2o besteht. Die vier Sammellinsen bilden zusammen eine sogenannte Sektorlinse, bei welcher die vier Einzellinsen dieselbe Stärke haben und mit ihren optischen Achsen symmetrisch um eine Senkrechte auf der Objektebene herum angeordnet sind. Die Erzeugenden der vier Zylinderlinsen haben, wie gezeigt, verschiedene Richtungen, so dass ein Eingangslinienmuster in der Objektebene nach vier verschiedenen Richtungen aufgelöst wird, z.B. lotrecht, waagerecht und zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Diagonalrichtungen.

Mit Hilfe der optischen Filter werden in den Bildebenen der Kanäle, die, wie gezeigt, eine zusammenhängende, gemeinsame Bildebene 21 bilden können, vier Wiedergaben des Eingangslinienmusters mit Hervorhebung derjenigen Liniensegmente und Tangentenneigungen erzeugt, die den genannten vier Auflösungsrichtungen entsprechen.

Die Aufnahme der auf diese Weise hervorgehobenen Teile des Eingangslinienmusters erfolgt in Übereinstimmung mit der Erfindung durch lichtempfindliche Organe, die im Anschluss an die Bildebene 21 angebracht sind. Da diese Aufnahme, um die Grundlage für eine Mustererkennung bilden zu können, gewöhnlich Auskunft über die geographische Lage der auf diese Weise hervorgehobenen Teile des Eingarigslinienmusters geben muss, liegt es auf der Hand, dass sie im Prinzip auf an sich bekannter Weise auf einer Rastereinteilung der Bildebene für jeden Kanal in eine Anzahl Elementarbereiche beruhen muss, für die jeweils eine Aufnahme des Auftretens von Lichtintensitätsänderungen.vorgenommen wird, die einen gegebenen Schwellwert überschreiten.

Es ist bekannt, dass sich eine derartige Rastereinteilung auf mehrere verschiedenen Weisen vornehmen lässt. Bei stationärem Festhalten des Eingangslinienmusters kann die Aufnahme beispielsweise

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mit Hilfe einer der gewünschten Rastereinteilung entsprechenden Matrixanordnung lichtempfindlicher Organe, d.h. Photodioden in der Bildebene jedes Kanals, erfolgen, d.h. mit einem lichtempfindlichen Organ in jedem einzelnen Elementarbereich, indem man durch Vergleichen der elektrischen Aus gangs signale dieser lichtempfindlichen Organe, die im voraus relativ zueinander justiert sein müssen, Information Über die Lichtintensitätsverteilung in der gesamten .Kanalbildebene, . d.h. über den Lichtintensitätspegel in den einzelnen Elementarbereichen in bezug auf die Nachbarbereiche,, erhält.

Als weitere Möglichkeit kann in Verbindung mit der Rastereinteilung ein linearer Vorschub des Eingangslinienmusters dadurch vorgenommen werden, dass im Anschluss an die Objektebene, wie schematisch in Fig. 4 angedeutet ist, ein geeigneter Vorschubmechanismus 22 vorgesehen ist, der dem Eingangslinienmuster, welches in der Figur schematisch durch einen ebenen Streifen 23 mit einer Ziffernreihe 2, 3> 4 ·.· angedeutet ist, eine lineare Bewegung mit geeigneter Geschwindigkeit beibringt. Die in der Bildebene jedes Kanals erzeugte Abbildung des Eingangslinienmusters bewegt sich dann in entgegengesetzter Richtung des Eingangslinienmusters, und es ist unmittelbar ersichtlich, dass hierdurch eine wesentliche Einsparung in der Anzahl lichtempfindlicher Organe erzielt werden kann, indem die Aufnahme in jeder Kanalbildebene mit Hilfe einer Anzahl lichtempfindlicher Organe geschehen kann, die längs einer rechtwinklig zur Vorschubrichtung verlaufenden Linie mit äquidistanten Zwischenräumen angeordnet sind, die der gewünschten Rastereinteilung in der betreffenden Richtung entsprechen. Die Rastereinteilung in der hierzu rechtwinklig verlaufenden Richtung wird durch linearen Vorschub des Eingangslinienmusters in Kombination mit elektronischer Abtastung der lichtempfindlichen Organe mit einer geeigneten Frequenz erzielt.

Ausser eine Ersparnis in der Anwendung lichtempfindlicher Organe zu bewirken, ist das oben genannte Aufnahmeprinzip äusserst zweckmässig für die in der Praxis vorkommenden Anwendungsbereiche der Erfindung, wo gewöhnlich eine grosse Anzahl sukzessiv vorgeschobener Linienmuster optisch gelesen werden soll, wie es

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z.B. beim Lesen von Giroanweisungen, Checks und ähnlichem der

Fall ist, da sich dann ein kontinuierliches Vorschieben der

Linienmuster ohne Aufenthalte in Verbindung mit dem optischen Lesen anwenden lässt.

Eine zusätzliche Reduktion der Anzahl lichtempfindlicher Organe kann dadurch erreicht werden, dass man den in Fig. 4 angedeuteten Vorschub mit einer hin- und hergehenden optischen Abtastung des Eingangslinienmusters in einer rechtwinklig zur Vorschubrichtung verlaufenden Richtung kombiniert, was auf bekannte Weise z.B. dadurch erreicht werden kann, dass ein um eine mit der Vorschubrichtung parallele Achse vibrierender Spiegel zwischen die Objektebene und die Sektorlinse 19 in Fig. 4 eingeschaltet wird. Hierdurch kann man sich im Prinzip in jeder Kanalbildebene mit einem einzigen lichtempfindlichen Organ begnügen, das elektronisch abgetastet . werden muss mit einer geeigneten Frequenz, die natürlich wesentlich höher sein wird als im vorher beschriebenen Fall, in welchem lediglich das Eingangslinienmuster vorgeschoben wurde.

In der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Anzahl der Auflösungsrichtungen gleich der Kanalanzahl, indem die Richtung der Erzeu- ■ genden jeder Zylinderlinse 2o von den Richtungen der Erzeugenden der übrigen drei Zylinderlinsen verschieden ist, und in den optischen Filtern haben sowohl die Sammellinsen 19 als auch die Zylinderlinsen 2o dieselbe Stärke. Durch Vergrösserung der Kanalanzahl, so wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 3a und 3b beschrieben ist, kann auf diese Weise eine entsprechende Vergrösserung der Anzahl der Auflösungsrichtungen erreicht werden. Praktische Versuche haben ergeben, dass bei Linienmustern in Form gedruckter oder maschinengeschriebener alphanumerischerZeichen vier Auflösungsrichtungen im allgemeinen eine Information ergeben, die für eine sichere Mustererkennung ausreicht.

Die Erfindung ist jedoch keineswegs darauf beschränkt, dass die Anzahl der Auflösungsrichtungen gleich der Kanalanzahl sein muss· Es wäre beispielsweise eine Ausführungsform denkbar, bei welcher die Kanäle in zwei Sätze aufgeteilt sind, so dass bezüglich der Auflösungsrichtung paarweise Identität zwischen einem Kanal des

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einen Satzes und einem Kanal des anderen Satzes besteht, indem die Erzeugenden der Zylinderlinsen in den optischen Filtern der beiden Kanäle dieselben Richtungen haben, während in den optischen Filtern sämtlicher Kanäle im einen Kanalsatz Zylinderlinsen mit einer anderen Stärke als in den optischen Filtern in den Kanälen des? anderen Kanalsatzes verwendet werden, so dass der eine Kanal in jedem der hierdurch entstehenden Kanalpaare eine kräftigere Verwischung als der andere Kanal zeigt. Hierdurch kann erreicht werden, dass, während jeder Kanal mit der kleinen Vergrösserung jedes gerade Linienstück und jede Tangentenneigung im Eingangslinienmuster mit einer der Auflösungsrichtung des betreffenden Kanals entsprechenden Richtung hervorhebt, der entsprechende Kanal mit grosser Vergrösserung im anderen Kanalsatz auf Grund der kräftigeren Verwischung des Eingangslinienmusters nur gerade Linienstücke über eine gewisse Minimallänge hervorhebt, so dass für jede Auflösungsrichtung eine Information darüber erzielt wird, in welchem Umfang die Aufnahme einer Lichtintensitätsänderung in der Bildebene auf ein gerades Linienstück mit'der genannte Minimallänge oder auf kürzere Linienstücke oder Tangentenneigungen zurückzuführen ist.

Bei der Mustererkennung, die auf Grundlage der mit der erfindungsgemässen Vorrichtung durch Filtration in einer Anzahl räumlich voneinander getrennter Kanäle ausgeführten, optischen Korrelation vorgenommen wird, werden die Signale von den lichtempfindlichen Organen durch einegeeignete elektronische Signalverarbeitung, die einen Vergleich, eine Binärcodierung und eine Abtastung umfasst, in einer solchen Weise miteinander kombiniert, dass eine Registrierung des Auftretens von Linienstücken und Tangentenneigungen mit den gewählten Auflösungsrichtungen in den der Rastereinteilung der Bildebenen entsprechenden Elementarbereichen des Eingangslinienmusters erreicht wird.

Diese Datenverarbeitung wird auf an sich bekannte Weise ausgeführt und bildet keineswegs den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, doch ist das Ergebnis der erreichten Registrierung andeutungsweise in Fig. 5 veranschaulicht. Es ist ersichtlich, dass bei der erfindungsgemässen Vorrichtung für jeden Elementarbereich im Ein-

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gangslinienmuster Information darüber erzielt wird, inwieweit der betreffende Bereich von einem Linienstück durchschnitten wird und welcher der vier Auflösungsrichtungen ein solches Linienstück gegebenenfalls am nächsten liegt.

Zu Vergleichszwecken ist in Fig.5b die Registrierung desselben Eingangslinienmusters durch eine bekannte optische Lesemaschine veranschaulicht, bei welcher für jeden Elementarbereich in der Objektebene abgetastet wird, ob der betreffende Bereich einen Teil des Eingangslinienmusters enthält oder nicht. Es ist unmittelbar einleuchtend, dass hierzu eine wesentlich feinere Rastereinteilung erforderlich ist, was unter anderem eine komplizierte nachfolgende Datenverarbeitung mit sich führt. In der Praxis hat es sich bei bekannten optischen Lesemaschinen erwiesen, dass, falls die Grosse der Datenverarbeitungseinheit innerhalb wirtschaftlich zu verantwortender Rahmen gehalten werden soll, die Rastereinteilung zu grob wird, so dass, wie bereits erwähnt, eine erhebliche Menge Störungen induziert wird.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung liegt somit darin, dass infolge der durch die vorgenommene optische Korrelation erzielten, zusätzlichen Information über die Richtungen Von Linienstücken und Tangentenneigungen im Eingangslinienmuster eine wesentliche gröbere Rastereinteilung als in bekannten optischen Lesemaschinen benutzt werden kann, ohne dass hierdurch das Ergebnis beeinträchtigt wird, so dass der für die weitere Signalverarbeitung erforderliche Datamat weniger kompliziert und damit preisbilliger gemacht werden kann.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zur Anwendung bei der optischen Korrelation eines zweidimensionalen Linienmusters zwecks Einordnung des Musters in eine von einer Anzahl möglicher Musterklassen, gekennzeichnet durch eine Anzahl räumlich voneinander getrennter Kanäle, die je ein optisches Filter mit eindimensionaler optischer Redundanz enthalten, das einen Punkt in einer Öbjektebene als gerades Liniensegment in einer Bildebene und umgekehrt abbildet, welche.optischen Filter mit einer-gemeinsamen Objektebene angeordret sind, die Mittel zur Anbringung eines zweidimensionalen Linienmusters und mit derartigen Orientierungen enthält, dass ein und derselbe Punkt in der Objektebene durch die genannten Kanäle als eine Anzahl Liniensegmente mit verschiedenen Orientierungen in den Bildebenen der optischen Filter abgebildet wird, wobei in der Bildebene jedes optischen Filters wenigstens ein lichtempfindliches Organ zur Aufnahme von Lichtintensitätsänderungen und zur Abgabe elektrischer Informationssignale in Abhängigkeit von den aufgenommenen Lichtintensitätsänderungen angebracht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Filter in jedem Kanal eine Kombination aus einer Sammellinse und einer Zylinderlinse enthält, und dass die Erzeugenden der Zylinderlinsen in den verschiedenen Kanälen in verschiedenen Richtungen in rechtwinklig zu den optischen Achsen der Kanäle verlaufenden Ebenen orientiert sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinsen in den optischen Filtern in wenigstens zwei Kanälen von einer Sektorlinse mit einer der Kanalanzahl entsprechenden Anzahl räumlich voneinander getrennter Linsen gebildet werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung in räumlich voneinander getrennte Kanäle mit Hilfe wenigstens eines Bündelteilers erfolgt.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlinsen in den optischen Filtern sämtlicher Kanäle dieselbe Stärke haben und dass die Erzeugende der Zylinderlinse in jedem Kanal eine andere Orientierung hat als die Erzeugenden der Zylinderlinsen in allen anderen Kanälen.

6, Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle zwei und zwei Kanalpaare bilden, wobei die Zylinderlinsen in den beiden Kanälen desselben Paars verschiedene Stärken, ihre Erzeugenden jedoch dieselbe Richtung haben, welche von den Richtungen der;Erzeugenden der Zylinderlinsen in allen übrigen Kanälen verschieden ist.

7· Optisches Filter zur Anwendung in einem Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Element mit eindimensionaler optischer Redundanz enthält, das einen Punkt in einer Objektebene als gerades Liniensegment in einer Bildebene und umgekehrt abbildet.

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