DE2643334A1

DE2643334A1 - Optical filter for character recognition - with pattern based on weighted intensities of Fourier transformations to improve resolution

Info

Publication number: DE2643334A1
Application number: DE19762643334
Authority: DE
Inventors: Kurt Franke; Joachim Dr Gantz; Eckhard Dr Koch
Original assignee: Robotron VEB
Current assignee: Robotron VEB
Priority date: 1975-10-01
Filing date: 1976-09-25
Publication date: 1977-04-14
Also published as: DD122146A1

Abstract

An optical filter, for use in a character recognition system using Fourier transforms of the images of the objects, is based on the selection of two groups of possible patterns. The distribution of the transparent and opaque sections of the filter is determined by being transparent at points where the ratio of the sums of the weighted intensities of the Fourier transforms of the first group to the sum of the weighted intensities of the transforms of the second group is greater than unity. The result is to improve the resolution between possible patterns with similar transforms, and to simplify the equipment overall.

Description

Optisches Filter zur ObjekterkennungOptical filter for object recognition

Die Erfindung betrifft ein optisches Filter zur Objekterkennung.The invention relates to an optical filter for object recognition.

Bekannt sind binäre optische Filter, die in der Fourierebene optischer Objekterkennungseinrichtungen angeordnet sind und deren Rasterelemente mit den Transparenzen "Null" und "Eins" ausgestattet sind0 Bei vorgegebenem Objektvorrat werden die Objekte unter bestimmten Gesichtspunkten in zwei Mengen eingeteilt. Die transparenten Bereiche der optischen Filter sind so gestaltet, daß in ihnen die integrale durchgelassene Intensität jeder Fouriertransformierten eines zu erkennenden Objekts der ersten Menge entweder größer oder kleiner ist als die integrierte durchgelassene Intensität jeder Fouriertransformierten eines zu erkennenden Objektes der zweiten Menge.Binary optical filters that are optical in the Fourier plane are known Object recognition devices are arranged and their grid elements with the transparencies "Zero" and "One" are equipped 0 With a specified object pool, the objects divided into two quantities under certain aspects. The transparent areas the optical filters are designed so that in them the integral let through Intensity of each Fourier transform of an object to be recognized of the first Amount is either greater or lesser than the integrated transmitted intensity each Fourier transform of an object to be recognized of the second set.

Ein Nachteil dieser optischen Filter besteht darin, daß durch die Anordnung der Filter in der Fourierebene der Objekterkennungaeinrichtung und die Gestaltung der transparenten Bereiche der Filter nach dem angegebenen Intensitätskriterium bezüglich der Fouriertransformierten die Unterscheidbarkeit von Objekten, die in der Fourierebene gleich oder ähnlich sind, gering ist. Die Ziffern "Sechs" und "Neun" z. B. besitzen in der Fourierebene gleiche Fouriertransformierte, während zu den Objekten mit ähnlichen Fouriertransformierten die Zeichen "M" und "W" und die sich nur durch die unterschiedliche Position spnst gleicher Teile unterscheidenden Objekte, wie die Zeichen "L" und "X", gehören. Ein weiterer Nachteil ist der große Aufwand zur Konstruktion des Filters.A disadvantage of this optical filter is that by the Arrangement of the filters in the Fourier plane of the object recognition device and the Design of the transparent areas of the filters according to the specified intensity criterion with regard to the Fourier transform, the distinguishability of objects, which in the Fourier plane are the same or similar, is low. The digits "six" and "nine" z. B. have the same Fourier transform in the Fourier plane, while to the Objects with similar Fourier transforms have the characters "M" and "W" and the objects that differ only through the different position of the same parts, like the characters "L" and "X", belong. Another disadvantage is the great effort involved for the construction of the filter.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Unterscheidbarkeit von bisher schwer unterscheidbaren Objektmengen zu verbessern und/oder den Aufwand zur Konstruktion der Filter zu senken.The purpose of the invention is to ensure the distinctness of to improve previously difficult to distinguish object sets and / or the effort for Lower construction of the filter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Transparenzverteilung des optischen Filters durch ein verbesseres Kriterium festzulegen.The invention is based on the object of the transparency distribution of the optical filter by means of an improved criterion.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das optische Filter an Stellen transparent gestaltet wird, an denen das Verhältnis der Summe der mit den Gewichtsfaktoren gi versehenen Intensitätsverteilungen Fi der Transformierten der Objekte i der ersten Menge zur Summe der mit den Gewichtsfaktoren gk versehenen Intensitätsverteilung Fk der Transformierten der Objekte k der zweiten Menge größer als "Eins" ist, d. ho das Kriterium erfüllt ist.According to the invention, the object is achieved in that the optical filter is made transparent at points at which the ratio of the sum of the intensity distributions Fi provided with the weighting factors gi of the transforms of the objects i of the first set to the sum of the intensity distribution Fk provided with the weighting factors gk Transforming the objects k of the second set is greater than "one", i.e. ho the criterion is satisfied.

Die Größe des Quotienten des Kriteriums (I) läßt sich in einem Quotientenfeld darstellen. Die Gewichtsfaktoren g werden in einem Iterationsvorgang ermittelt, um ihre Funktion, eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Beträge der Intensitäten der Transformierten zu erhalten, wirksam werden zu lassen.The size of the quotient of criterion (I) can be found in a quotient field represent. The weight factors g are determined in an iteration process, about their function, an increase or decrease in the magnitudes of the intensities of the transformed to take effect.

Im Sinne der Erfindung werden als Transformation alle diejenigen bezeichnet, die das Objektwellenfeld verändern.For the purposes of the invention, transformations are all those which change the object wave field.

Sie können durch Verwendung von Linsen oder anderen einfachen optischen Mitteln, aber auch durch Verwendung von Strahlbeschneidungen, Hologrammen und Interferometern erzeugt werden. Die identische Transformation wird hier ausgeschlossen.You can by using lenses or other simple optical Means, but also through the use of beam clipping, holograms and interferometers be generated. The identical transformation is excluded here.

In einer speziellen Ausgestaltung des optischen Filters wird als Transformierte die Fresneltransformierte verwendet, durch die insbesondere die Unterscheidbarkeit von Objekten mit gleichen bzw. ähnlichen Fouriertransformierten verbessert wird.In a special embodiment of the optical filter is called a transform the Fresnel transform used, through which in particular the distinguishability of objects with the same or similar Fourier transform is improved.

Ebenso können Transformierte zur Anwendung kommen, die durch Int erf eromet eranordnungen erzeugt werden. Durch Uberlagerung der Objekte mit den um 1800 gedrehten Objekten werden Transformierte erzeugt, mit denen das optische Filter insbesondere das O/Q-Problem löst.Transforms can also be used, which are defined by Int req erometer arrangements can be generated. By overlaying the objects with the around 1800 rotated objects are transformed, with which the optical filter in particular solves the O / Q problem.

In einer weiteren Ausfühigsform des optischen Filters beruht die Transparenzverteilung auf der Summation von mit den Gewichtsfaktoren gm versehenen Transparenzverteilung Um wobei für die Intensitätsverteilungen Fi der Transformierten der Objekte i der ersten Menge das Kriterium und für die Intensitätsverteilungen Fk der Transformierten der Objekte k der zweiten Menge das Kriterium (III) Fk#gm Tm<0 gilt.In a further embodiment of the optical filter, the transparency distribution is based on the summation of the transparency distribution Um provided with the weighting factors gm, where the criterion for the intensity distributions Fi of the transforms of the objects i of the first set and the criterion (III) Fk # gm Tm <0 applies to the intensity distributions Fk of the transforms of the objects k of the second set.

Der Ausdruck "#gm Tm" stellt die Transparenzverteilung des optischen Filters dar, wobei "Tm" beliebig wählbare Transparenzverteilungen sind. Die Gewichtsfaktoren gm sind durch Lösen eines linearen Gleichungssystems zu bestimmend Dadurch wird ein zeitaufwendiger Iterationsprozeß zur Konstruktion der Transparenzverteilung eingespart. Die Gewichtsfaktoren gm können sowohl positiv als auch negativ sein.The expression "#gm Tm" represents the transparency distribution of the optical Filters, where "Tm" are arbitrarily selectable transparency distributions. The weight factors gm are to be determined by solving a system of linear equations a time consuming iteration process to construct the transparency distribution saved. The weight factors gm can be both positive and negative.

Erfindungsgemäß ist das optische Filter mit Echtablenkenden Elementen versehen, die das das optische Filter passierende Licht zu zugehörigen Fotoempfängern lenken. Diese licht ablenkenden Elemente sind z. B.According to the invention, the optical filter is with real deflecting elements provided that the light passing through the optical filter to associated photo receivers to steer. These light deflecting elements are, for. B.

Beugungsgitter, Spiegel und andere beugende und/oder brechende und/oder reflektierende Elemente.Diffraction gratings, mirrors and other diffractive and / or refractive and / or reflective elements.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die schwer unterscheidbsren Objektmengen verbessert unterschieden werden und/oder eine Senkung des Aufwandes zur Konstruktion der Filter erzielt wird.The advantages of the invention are that they are difficult to distinguish Object sets can be differentiated better and / or a reduction in effort for the construction of the filter is achieved.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1: Objekterkennungseinrichtung, Fig0 2s Quotientenfeld für die Intensitätsverteilungen der Fresneltransformierten der Ziffern "Sechs" und "Neun", Fig. 3t Binäres optisches Filter zur Unterscheidung der Ziffern "Sechs" und "Neun" auf der Basis der Fresneltransformierten, Fig. 4: Quotientenfeld für die intensitätsverteilungen der Fouriertransformation der Zeichen 0 und Q, Fig. 5: Transparenzverteilung für ein Filter auf der Basis der Fouriertransformierten zur Unterscheidung der Zeichen 0 und Q.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments will. The accompanying drawings show: FIG. 1: Object recognition device, Fig0 2s quotient field for the intensity distributions of the Fresnel transforms of the digits "six" and "nine", Fig. 3t binary optical filter for differentiation the digits "six" and "nine" based on the Fresnel transform, Fig. 4: Quotient field for the intensity distributions of the Fourier transform of the Characters 0 and Q, Fig. 5: Transparency distribution for a filter based on the Fourier transforms to distinguish between the characters 0 and Q.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Objekterkennungseinrichtung mit dem erfindungsgemäßen optischen Filter. Das zu erkennende Objekt 1 befindet sich im Objektfenster 2 und wird vom Lichtstrahlenbündel 3 beleuchtet. Eine Transformationseinrichtung 4 erzeugt am Ort des optischen Filters 5 die Transformierte des Objektes 1. Ein Fotoempfänger 6 registriert integral die durch die transparenten Teile 7 des Filters tretende Intensität.Fig. 1 shows schematically the structure of an object recognition device with the optical filter according to the invention. The object 1 to be recognized is located is in the object window 2 and is illuminated by the light beam 3. A transformation facility 4 generates the transform of the object 1 at the location of the optical filter 5 Photo receiver 6 integrally registers the through the transparent parts 7 of the filter stepping intensity.

In Fig. 2 ist das Quotientenfeld für die intensitätsverteilungen der Fresneltransformierten der Ziffern "Sechs" und "Neuen" dargestellt. Der Ausdruck # giFi des Kriteriums (I) reduziert sich auf die mit dem Faktor "0,97" multiplizierte Intensitätsverteilung der Fresneltransformierten der Ziffer "Sechs". Der Ausdruck #kgkFk des Kriteriums (I) reduziert sich auf die mit dem Faktor "Eins" multiplizierte Intensitätsverteilung der Fresneltransformierten der Ziffer "Neuen" (beide Ziffern besitzen eine Höhe von 1,7 mm, die Fresneltransformierten werden im Abstand von 2,4 m festgelegt und bei einer Wellenlänge von 633 nm berechnet). Die Größe des Quotienten des Kriteriums (I) wird durch die Buchstaben a;b;c;d;e; t;g;h;l dargestellt, die in dieser Reihenfolge die Zahlenwerte 3;2, 5; 2; 1, 5; 1; 0, 8; 0,6; 0, 4; 0, 2 repräsentieren.In Fig. 2, the quotient field for the intensity distributions is the Fresnel transforms of the digits "six" and "new" are shown. The expression # giFi of criterion (I) is reduced to that multiplied by the factor "0.97" Intensity distribution of the Fresnel transforms of the number "six". The expression #kgkFk of criterion (I) is reduced to that multiplied by the factor "one" Intensity distribution of the Fresnel transforms of the digit "New" (both digits have a height of 1.7 mm, the Fresnel transforms are spaced apart by 2.4 m and calculated at a wavelength of 633 nm). The size of the The quotient of criterion (I) is represented by the letters a; b; c; d; e; t; g; h; l shown, which in this order the numerical values 3; 2, 5; 2; 1, 5; 1; 0.8; 0.6; 0.4; 0, 2 represent.

Fig. 3 zeigt ein binäres optisches Filter zur Unterscheidung der Ziffern "Sechs" und "Neun" auf der Basis der Fresneltransformierten. In diesem Filter sind diejenigen Stellen des Quotientenfeldes in Fig. 2 mit der Transparenz "Eins" versehen, deren Quotient größer als "Eins" ist, d. h. in denen die Buchstaben a bis e angegeben sind. Das binäre Filter in Fig. 3 liefert für die Ziffer "Sechs" ein um dem Faktor "Zwei" größeres Signal als für die Ziffer Neun.Fig. 3 shows a binary optical filter for distinguishing the digits "Six" and "Nine" on the base the Fresnel transforms. In This filter is those places of the quotient field in Fig. 2 with the transparency "One" whose quotient is greater than "one"; H. in which the letters a to e are given. The binary filter in Fig. 3 provides for the number "six" a signal that is larger by a factor of "two" than for the number nine.

In Fig. 4 wird das Quotientenfeld für die Intensitätsverteilungen der Fouriertransformierten der Zeichen O und Q dargestellt. Der Ausdruck #igiFi des Kriteriums (I) reduziert sich auf die mit dem Faktor "0,86" multiplizierte Intensitätsverteilung der Fouriertransformierten des Zeichend O. Der Ausdruck #kgkFk des Kriteriums (I) reduziert sich auf die mit dem Faktor "Eins" multiplizierte intensitätsverteilung der Fouriertransformierten des Zeichens Q. Die Größe des quotienten des Kriteriums (I) ist in gleicher Weise wie in Fig. 2 durch Buchstaben dargestellt. Die nicht gekennzeichneten Stellen werden wegen der vorhandenen niedrigen Intensität nicht berücksichtigt. Die graustufenmäßige Transparenzverteilung des Filters wird durch das Einbeziehen der Kriterien (II) und (III) bestimmt. Die rechten Seiten werden z. 3. durch die Zahlen "100" und "-100" ersetzt. Für-die beliebig wählbaren Transparenzverteilungen Tm werden hier die beiden Intensitätsverteilungen FQ und FQ der Fouriertransformierten der beiden Zeichen 0 und Q verwendet.In Fig. 4, the quotient field for the intensity distributions the Fourier transform of the characters O and Q is shown. The expression #igiFi of criterion (I) is reduced to the intensity distribution multiplied by the factor "0.86" of the Fourier transform of the character O. The expression #kgkFk of criterion (I) is reduced to the intensity distribution multiplied by the factor "one" the Fourier transform of the character Q. The size of the quotient of the criterion (I) is represented by letters in the same way as in Fig. 2. They don't marked spots are not due to the existing low intensity considered. The grayscale transparency distribution of the filter is made possible by the inclusion of criteria (II) and (III) determines. The right sides will be z. 3. Replaced by the numbers "100" and "-100". For the freely selectable transparency distributions Here, Tm becomes the two intensity distributions FQ and FQ of the Fourier transform the two characters 0 and Q are used.

Die Gewichtsfaktoren g1 und g2 bestimmen sich aus (IV) FQg1FQ + FQg2FQ = 100 (V) FQ g1 F0 + R g2 FQ = -100 Die Transparenzverteilung (VI) #mgmTm = g1FQ + g2FQ ist in Fig. 5 durch die Buchstaben A; B; C; D; E; F; G; H; I; J; K dargestellt, die in dieser Reihenfolge die Zahlenwerte 10; 9; 8; 7; 6; 5; 4; 3; 2; 1; 0 repräsentieren.The weighting factors g1 and g2 are determined from (IV) FQg1FQ + FQg2FQ = 100 (V) FQ g1 F0 + R g2 FQ = -100 The transparency distribution (VI) #mgmTm = g1FQ + g2FQ is indicated in Figure 5 by the letters A; B; C; D; E; F; G; H; I; J; K, which in this order the numerical values 10; 9; 8th; 7; 6; 5; 4; 3; 2; 1; Represent 0.

Beim Vergleich von Fig. 4 mit Fig. 5 zeigt sich, daß alle Stellen von Fig. 4, in denen der Quotient des Kriteriums (I) größer als "Eins" ist (das sind die Stellen, an denen die Buchstaben a bis e vorliegen), auch im positiven Gebiet der Transparenzverteilung in Fig. 5 transparent sind.A comparison of FIG. 4 with FIG. 5 shows that all locations of Fig. 4, in which the quotient of criterion (I) is greater than "one" (that are the places where the letters a to e are present), also in the positive Area of the transparency distribution in Fig. 5 are transparent.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Objekt 2 Objektfenster 3 Lichtstrahlenbündel 4 Transformationseinrichtung 5 Filter 6 Fotoempfänger 7 transparente Teile i Objektindex k Objektindex g1 Gewichtsfaktor g2 Gewichtsfaktor Gewichtsfaktor Gewichtsfaktor gm Gewichtsfaktor Fi Intensitätsverteilung Fk Intensitätsverteilung Fg Intensitätsverteilung FQ Intensitätsverteilung Tm Transparenzverteilung O Zeichen Q Zeichen a Quotient b Quotient c Quotient d Quotient e Quotient f Quotient g Quotient h Quotient 1 Quotient A Quotient B Quotient C Quotient D Quotient E Quotient F Quotient G Quotient H Quotient I Quotient J Quotient K Quotient (IV) FQg1FQ + FQg2FQ = 100 (V) FQg1FQ + FQg2FQ = -100 Bericht über die Veröffentlichung zum Stand der Technik Patentschriften: 1. DDR-WP G02b/159 701, Patentnummer 97068, IPK; G02b/ 5/28 Anmeldetag: 160 12. 1971 Ausgabetag: 2. 11. 1972 2. DDR-WP G02b/161 563, Patentnummer: 95291, IPK; G02b/ 5/28 Anmeldetag: 16. 3. 1972 Ausgabetag: 18. 8. 1972List of the reference symbols used 1 object 2 object window 3 light beam 4 transformation device 5 filter 6 photo receiver 7 transparent parts i object index k object index g1 weighting factor g2 weighting factor weighting factor weighting factor gm weighting factor Fi intensity distribution Fk intensity distribution Fg intensity distribution FQ intensity distribution Tm transparency distribution O character Q character a quotient b quotient c Quotient d quotient e quotient f quotient g quotient h quotient 1 quotient A quotient B quotient C quotient D quotient E quotient F quotient G quotient H quotient I quotient J quotient K quotient (IV) FQg1FQ + FQg2FQ = 100 (V) FQg1FQ + FQg2FQ = -100 Report on the publication on the state of the art patents: 1. DDR-WP G02b / 159 701, patent number 97068, IPK; G02b / 5/28 Filing date: 160 December 1971 Issue date: November 2, 1972 2. DDR-WP G02b / 161 563, patent number: 95291, IPK; G02b / 5/28 Filing date: March 16, 1972 Date of issue: August 18, 1972

Claims

Optical filter for object recognition, arranged in the beam path of object recognition devices, produced using a predetermined object supply divided into two quantities and provided with a transparency distribution, characterized in that the optical filter is transparent at points where the ratio of the sum of the weighting factors (gi) provided intensity distributions (Fi) of the transforms of the objects (i) of the first set to the sum of the intensity distributions (Sk) provided with the weighting factors (gk) of the transforms of the objects (k) of the second set is greater than "one", ie the criterion is satisfied.

20 Optical filter according to claim 1, characterized in that the Transparency distribution of the filter using the intensity distributions of the Fresnel transforms or the intensity distributions by an interferometer arrangement generated transform is designed.

3. Optical filter according to claim 1 and 2, characterized in that that the transparency distribution of the filter is based on the summation of with weighting factors (gm) provided transparency distributions (Tm), where for the intensity distributions (Fi) the transforms of the objects (i) of the first set meet the criterion (II) Fi # gm Tm> 0 and for the intensity distributions (Fk) of the transforms of the objects (k) of the second set, the criterion (III) Fk # gm Tm <0 applies.

4. Optical filter according to claim 1 to 3, characterized in that that it is equipped with diffractive and / or refractive and / or reflective elements is.