DE2410306C3

DE2410306C3 - Anordnung zur Einstellung eines Abtastrasters oder einer Erkennungslogik auf die Schräglage von abzutastenden bzw. zu erkennenden Zeichen

Info

Publication number: DE2410306C3
Application number: DE2410306A
Authority: DE
Inventors: Alfred Thomas Endwell N.Y. Rundle
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-03-19
Filing date: 1974-03-05
Publication date: 1982-02-18
Also published as: GB1442269A; DE2410306B2; FR2222700B1; JPS5410217B2; US3831146A; CA1007374A; DE2410306A1; JPS49123524A; FR2222700A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Einstellung eines Abtastrasters oder einer Erkennungslogik auf die Schräglage von abzutastenden bzw. zu erkennenden, auf einem Aufzeichnungsträger befindlichen, insbesondere handschriftlichen Zeichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist nicht auf die maschinelle Erkennung von handschriftlichen Zeichen beschränkt, jedoch treten gerade bei der Erkennung handschriftlicher Zeichen die die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bildenden Probleme besonders zutage. Für die Erkennung von handschriftlichen Zeichen ist es nämlich unumgänglich, die Schräge des oder der Zeichen in irgend einer Weise in den Erkennungsprozeß einzubeziehen. Unter Schräge oder Schräglage soll hier die Winkelabweichung von der Senkrechten solcher Zeichenteile verstanden werden, die eigentlich senkrecht verlaufen sollten. Es handelt sich demnach nicht um eine insgesamt vorgenommene Rotation oder Drehung des Zeichens, sondern um eine Drehung von Zeichenteilen, sozusagen eine partielle Rotation.

Es ist bereits bekannt, die Erkennung derartiger, in unbekannter Schräglage verlaufender Zeichen durch mehrfache Erkennungsabtastung vorzunehmen. Eine solche Mehrfachabtastung erfordert ein entsprechendes Speichervolumen, um die unter verschiedenen Abtastwinkeln gewonnene Information für die spätere Auswertung zu speichern. Berücksichtigt man weiterhin, daß eine Erkennungsabtastung notwendigerweise ein relativ hohes Auflösungsvermögen aufweisen muß, so -. offenbart sich, daß ein solches Verfahren weder bezüglich des zeitlichen noch des materiellen Aufwandes als besonders wirtschaftlich angesehen werden kann.

In der FR-PS 14 49 639 (1^RE Addition) ist weiterhin

κ, eine analog arbeitende Logikschaltung beschrieben (vgL

Fig.6 und zugehöriger Text), die mittels eines Servomechanismus, der auf einen Abtaster einwirkt, die Schräglage von abzutastenden Zeichen kompensiert

Für rein digital arbeitende Zeichenlese- und/oder ii Erkennungseinrichtungen, die weitgehend wartungsfrei und schnell arbeiten müssen, ist eine analoge und elektromechanisch arbeitende Einrichtung nicht geeignet

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt eine Anordnung zur Schräglaufkompensation anzugeben, die ohne großen zusätzlichen Aufwand und möglichst unter Verwendung bereits in einem optischen Zeichenleser vorhandener Bauteile eine Anordnung zur Auswahl und Einstellung eines Abtasters oder einer ij Erkennungslogik anzugeben, die schnell und zuverlässig arbeitet

Gelöst wird diese Aufgabe der Erfindung durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.

Eine weitere Ausgestaltung des Gegenstandes der so Erfindung ist in einem Unteranspruch gekennzeichnet

Durch die Erfindung wird somit der Vorteil erzielt

daß eine Einrichtung zum Lesen und Erkennen von

Zeichen mit rein digital und elektronisch arbeitenden Mitteln aufgebaut und somit schnell und zuverlässig

arbeiten kann.

Die nachfolgende detaillierte Beschreibung erläutert im Zusammenhang mit den Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung.

Auf den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 das schematisierte Blockschaltbild einer Anordnung zur Zeichenerkennung unter Verwendung der Erfindung,

F i g. 2a und 2b eine Darstellung der Wirkungsweise der Anordnung

Fig.3a, 3b und 3c eine Auswahl der zur Schräglagebestimmung angewandten Verknüpfungen,

Fig.4 eine detaillierte Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 1.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung zur so optischen Zeichenerkennung werden Zeichen, die sich auf einem Aufzeichnungsträger 3 befinden, mittels einer einen Lichtfleck erzeugenden Kathodenstrahlröhre 5 und eines den remittierten Lichtstrom aufnehmenden Photoelektronenvervielfachers 9, also mittels eines bekannten Lichtpunktabtasters, abgetastet. Der Strahl der Kathodenstrahlröhre 5 wird durch die Ablenksteuerung 7 zur Bildung eines Abtastmusters oder -rasters entpsrechend abgelenkt. Das remittierte Lichtsignal wird von einem optoelektrischen Wandler, beispielsweise dem Photoelektronenvervielfacher 9 in elektrische Signale umgewandelt, die einer Video-Vorverarbeitungseinheit 11 zugeführt werden. Letztere verstärkt und digitalisiert die Analogsignale. Sie werden danach einem Speicher in Form einer Video-Datenmatrix 13 zugeführt, in den sie unter Steuerung einer Zeit- und Abtast-Steuereinheit 15 eingespeichert werden. Die Speicherung erfolgt in der Form, daß in der Matrix 13 eine zweidimensionale Darstellung des abgetasteten

Zeichens enthalten ist. Realisiert wird dies durch eine <?roße Anzahl von einzelnen Speicherelementen, in die die digitalisierten Videodaten selektiv so eingegeben werden, daß am Ende eines Abtastzyklus sich im Speicher quasi eine elektrische Darstellung der abgetasteten Aufzeichnungsträgerfläche befindet

Mit ausgewählten Elementen der Speichermatrix 13 sind die Eingänge von Verknüpfungsschaltungen 16 verbunden, die zur Zeichenerkennung dienen. Von dieser werden Ausgangssignale an einen Benutzer 17 abgegeben, der beispielsweise als Bildschirmeinheit oder Drucker ausgebildet sein kann.

Bis zu diesem Punkt handelt es sich bei der dargestellten Einrichtung um eine durchaus konventionelle Art; es konnte daher auf die Darstellung von r, Einzelheiten verzichtet werden, um so mehr, als diese keinen wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung bilden.

Handelt es sich bei den abzutastende" und zu erkennenden Zeichen um solche handschriftlicher Art, ;n also beispielsweise um handschriftliche Zahlen, so ist bekannt, daß diese normalerweise eine gewisse Schräglage gegenüber der Vertikalen aufweisen. Die Begründung liegt darin, daß es für den Menschen offensichtlich bequemer ist, leicht schräg zu schreiben. 3-, Dabei variiert allerdings der Schräglagewinkel von nahezu senkrechter Schrift (also 90° gegenüber der Zeilenebene als Referenzlinie) bis zu einer Schräglage von 45° oder 50° gegenüber der Horizontalen. Statistische Studien haben weiterhin gezeigt, daß ca. id 95% der handgeschriebenen Ziffern eine Neigung nach rechts haben.

Bisher ist es üblich gewesen, diese Zeichen durch vertikale Abtastlinien abzutasten. Eine einfache Überlegung zeigt nun — man vergleiche hierzu Fi g. 2a —,daß j3 die Benutzung vertikaler Abtastlinien für die Abtastung und Erkennung möglicherweise schrägliegender Zeichen zu einer Überlappung zwischen zwei Zeichen führen kann, die die Trennung und Erkennung der Zeichen erschwert oder gänzlich unmöglich macht. Außerdem bedingt bereits die Schräglage eines einzelnen Zeichens eine Erschwernis bei der Zeichenerkennung, da bei der Entwicklung der Erkennungslogik meist von der Erkennung senkrechter Zeichen ausgegangen wird.

Eine festeingestellte Neigung sowohl des Abtast- wie der Erkennungssystems vermag zwar die Abtastung und Erkennung von gleichmäßig geneigten Zeichen (beispielsweise DIN-Schrift) zu lösen, nicht jedoch die Verarbeitung handschriftlicher Zeichen, die ja zumindest von Schreiber zu Schreiber, wenn nicht gar von Zeichen zu Zeichen Unterschiede oder Schräglage aufweisen können.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel der Erfindung löst diese Aufgabe in der Weise, daß die in der Speichermatrix enthaltende Zeichendarstellung, die während einer vorher durchgeführten Abtastung gewonnen wurde, mittels logischer Vei knüpfungsschaltkreise untersucht wird. Diese Schaltkreise sind als Zeichenwinkellogik 19 in F i g. 1 schematisch dargestellt Ihre Eingangsleitungen sind mit spezifischen Speicherstellen der Matrix 13 verbunden. Die Anordnung der Schaltkreise wurde nun so gewählt, daß sie eine Untersuchung der Schräglage der im Speicher enthaltenen Zeichen erlaubt. Dabei kann die Schräglage in zwei oder mehrere Klassen eingeteilt werden; im vorliegenden Beispiel sind drei Schräglage-Klassen gewählt. Für jeden Fall, in dem die logischen Erfordernisse einer Schräglage-Klasse erfüllt sind, wird der entsprechende Zähler der Zahlergruppe 21 weitergeschaltet Diese Zähler sind von konventioneller Art und enthalten demnach nach Abtastung eines oder mehrerer Zeichen sich auf die Schräglage von Zeichen oder Zcichenteilen beziehende Zählsummen. Nach der Abtastung eines oder mehrerer Zeichen werden die Zählerstände von einem Vergleicher 23 abgetastet, der denjenigen Zähler bestimmt, der den höchsten Stand aufweist Dieser Zähler zeigt nun an, daß die meisten Zeichensegmente in dem ihm zugeordneten Winkelbereich gefunden wurden. Das Ausgangssignal des Vergleichers 23 wird auf eine entsprechende Steuerschaltung 25 gegeben, die von der Zeit- und Abtaststeuerung 15 überwacht wird

Die Steuerschaltung 25 beeinflußt die Ablenksteuerung 7, die daraufhin ein Abtastraster erzeugt welches die Schräglage aufweist, die als am häufigsten auftretende gefunden wurde.

Durch die Abtastung der auf dem Aufzeichnungsträger 3 befindlichen Zeichen mit einem Abtastraster, der der Schräglage des Zeichens angepaßt wird, wird das Auftreten von Überlappungen zwischen benachbarten Zeichen reduziert oder gänzlich eliminiert wodurch die Anzahl der Fehler ebenso wie die Komplexität der logischen Erkennungsschaltungen verringert werden.

Die F i g. 2a und 2b illustrieren diesen Sachverhalt In F i g. 2a ist das aus einem Strich bestehende Zeichen »1« in einem Winkel von ungefähr 50° geschrieben worden. Demgegenüber wurde das Zeichen »4« mit ungefähr 60° Schräglage geschrieben. Die beiden Zeichen liegen so eng beieinander, daß eine Überlappung, die in der Figur besonders bezeichnet ist, auftritt Dem Fachmann ist klar, daß diese Überlappung sowohl die Trennung als auch die Erkennung der Zeichen stört

Wendet man nun das beschriebene Verfahren auf die in Fig.2a dargestellten Zeichen an, so wird sich eine vorliegende Zeichenschräglage von 60° ergeben. Unter diesen Umständen werden die Zahlen, wie in Fig.2b dargestellt, erscheinen. Dabei besitzt die »1« eine Schräglage von 76°, während die Ziffer »4« als senkrecht geschrieben, d. h. im 90°-Winkel erscheint. Es sei darauf hingewiesen, daß die horizontalen Zeichenteile keiner Veränderung unterliegen.

Die verschiedenen Winkelbeziehungen können mathematisch durch die Gleichung

/? = cot-'(cot IV-cotS).

Darin bedeuten W: ursprünglicher Winkel des Liniensegments, 5: gewählter Abtastwinkel, R: resultierender Winkel des Liniensegments. Dabei sind alle Winkel, wie in den Figuren dargestellt entgegen dem Uhrzeigersinn von einer nach rechts verlaufenden Horizontalen aus gemessen worden. Unter Annahme der in Fig. 2a gezeigten Anordnung, bei der W= 50° und 5=60°, ergibt sich für R=cot-' (cot 50° - cot 60°) = 76°. Dies ist in F i g. 2b dargestellt.

Wie oben bereits erwähnt, wird die Verteilung der Liniensegmente bestimmt durch Analyse der Positionen schwarzer und weißer Flächenteile, die die Matrixpositionen des Speichers besetzen. In den F i g. 3a, 3b und 3c sind drei solcher möglichen Muster dargestellt. Diejenigen Bereiche, die durch eine »1« dargestellt sind, repräsentieren schwarze Flächen, während die mit einer »0« beschrifteten Teile weiße Flächenbereiche darstellen sollen. In Fig.3a sind beispielsweise 7 Spalten für die Untersuchung auf Schwarzinformation vorgesehen. In der rechten oberen Ecke sind die Ausgänge von vier

übereinanderliegenden Speicherstellen über eine ODER-Schaltung miteinander verbunden; die Anwesenheit eines schwarzen Flächenbereichs in einer der Speicherstellen ergibt demnach ein Ausgangssignal der ODER-Schaltung. In den nach links folgenden sieben Spalten sind jeweils drei Speicherstellen durch eine ODER-Schaltung zusammengefaßt. Die Ausgangssignale der ODER-Schaltungen, die jeder Spalte zugeordnet sind, werden auf eine UND-Schaltung gegeben und sollen noch mit einer Anzeige verknüpft werden, die besagt, daß die untere rechte Ecke nur aus weißen Flächenbereichen und die obere linke Ecke zumindest nicht nur aus schwarzen Bereichen besteht. Falls diese Bedingungen zutreffen, wird das Ausgangssignal der Schaltung anzeigen, daß die Schräglage des Liniensegments innerhalb eines Winkels von 50° bis 65° gegenüber der Horizontalen liegt.

Ähnliche Messungen werden für Liniensegmente durchgeführt, die zwischen 65° und 75° gegenüber der Horizontalen geneigt sind. Dies ist in Fig.3b dargestellt In F i g. 3c ist die Anordnung gezeigt, die für die Überprüfung eines 90°-Winkels benutzt wird.

Die genauen Schaltungen zur Durchführung solcher logischen Verknüpfungen sind nicht gezeigt, da es dem Fachmann keine Schwierigkeiten bereitet, sie auszulegen.

In F i g. 4 sind Details eines Teils der in F i g. 1 gezeigten Schaltung dargestellL Durch diese Schaltung wird die Bestimmung und Auswahl der für das Abtastraster zu verwendenden Schräglage durchgeführt. Dabei wird von vorhergehenden Abtastungen auf die erforderliche Schräglage des nachfolgend benutzten Abtastrasters geschlossen.

Die dafür benutzten Verknüpfungsschaltungen sind symbolisch als UND-Schaltungen 51, 53 und 55 dargestellt Sie dienen zur Durchführung der 60°-, 70°- und 90°-Messung. Die Ausgangssignale dieser UND-Schaltungen werden puffernden Verriegelungsschaltungen 61,63 und 65 zugeführt Diese werden jeweils dann zurückgestellt wenn eine neue Spur (»Spuranfang«) begonnen wird. Während des Durchfahrens einer Spur oder Abtastlinie wird die entsprechende Verrieglungsschaltung mit einem Eingangssignal beaufschlagt sobald eine der logischen Verknüpfungen erfüllt ist Ein solches Eingangssignal bewirkt eine Umschaltung des Puffers in die Ein-Stellung. Am Ende einer Abtastung wird über Leitung 67 ein Signal auf die UND-Schaltungen 71, 73 und 75 gegeben, deren zweite Eingänge mit den Ausgängen der drei Verriegelungsschaltungen 61, 63 und 65 verbunden sind. Das auf Leitung 67 gegebene Signal ist in der Figur mit »Spurende« bezeichnet.

Sobald demnach die Abtastung einer Spur beendet ist werden die Verrieglungsschaltungen abgetastet und ihre möglicherweise vorhandenen Inhalte bringen die zugeordneten Zähler 81, 83 und 85 ggf. zum Weiterschalten. Diese Zähler — sie sind in der Figur als 60°-, 70°- und 90°-Zähler bezeichnet - besitzen eine vorgegebene Zählkapazität. In der Figur sind sie als sechsstellige binäre Zähler dargestellt. Bei der Abtastung eines neuen Aufzeichnungsträgers wird auf Leitung 88 ein Signal »neuer Aufzeichnungsträger« gegeben, das zu einer Rückstellung der Zählerinhalte führt.

Betrachtet man die Gesamtfunktion der in Fig.4 dargestellten Schaltung, so ergibt sich, daß während der Vorabtastung über die den Schräglagen zugeordneten Verriegelungsschaltungen 61,63 und 65 die Zählerinhalte jeweils beim Auftreten von Liniensegmenten in der entsprechenden Schräglage aufgefüllt werden. Die Zählerstände zeigen demnach die Häufigkeit des Auftretens einer Schräglage an. Die Ausgangssignale der drei Zähler werden einem Vergleicher 91 zugeführt, der die Zähler beim Auftreten eines Signals »Aufzeichnungsträger-Ende« auf Leitung 93 abtastet Diese Abtastung erfolgt demnach, sobald ein Aufzeichnungsträger oder ein Aufzeichnungsträgerbereich vollständig abgetastet wurde. Auf einer der Ausgangsleitungen 101, 103 oder 105 erscheint dann ein entsprechendes Ausgangssignal des Vergleichers 91. Dieses Ausgangssignal wird der in F i g. 1 dargestellten Steuerschaltung 25 zugeführt wodurch die Ablenksteuerung 7 so auf das Abtastraster einwirkt daß dessen Schräglage entsprechend der ermittelten Schräglage des Zeichens eingestellt wird.

Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es demnach möglich, auch solche Zeichen abzutasten, die untereinander verschiedene Schräglagen aufweisen, wie dies allgemein bei handschriftlichen Zeichen der Fall zu sein pflegt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Einstellung eines Abtastrasters oder einer Erkennungslogik auf die Schräglage von abzutastenden bzw. erkennenden, auf einem Aufzeichnungsträger befindlichen, insbesondere handschriftlichen Zeichen, wobei ein vorgegebener Bereich des Aufzeichnungsträgers abgetastet und gespeichert wird, die gespeicherten Abtastsignale mit logischen Verknüpfungsschaltungen auf die Lage eines Linienzuges untersucht und daraufhin Einstellsignale erzeugt werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Abtastsignale werden digitalisiert und einem Matrixspeicher (13) zugeleitet, der an Stellen, die bestimmten Schräglagen (?. B. 60°, 70°, 90°) entsprechen, Ausgänge für je eine Verknüpfungsschaltung (51,53,55) aufweist,

b) jede Verknüpfungsschaltung (51, 53, 55) liefert beim Vorliegen der entsprechenden Schräglage ein Signal an je einen Zähler (81, 83, 85) zur Ermittlung der Häufigkeit des Auftretens der Schräglagen auf einem Aufzeichnungsträger,

c) die Zählerausgänge führen an einem Vergleicher (23, 91) zur Ermittlung des höchsten Zählerslaiides und zur Erzeugung eines Einstellsignals entsprechend der am häufigsten aufgetretenen Schräglage zur Einstellung des Abtasters oder der Erkennungslogik auf dieser Schräglage.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellsignal zur Einstellung des Abtasters oder der Erkennungslogik für ein oder mehrere der nachfolgend abzutastenden Zeichen beibehalten wird.