DE3623519A1 - Verfahren zum automatischen erkennen von zeichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automati­ schen Erkennen von Zeichen.

Zum automatischen Erkennen von Zeichen sind viele verschiedene Verfahren bekannt geworden. Bei den bekannten Verfahren werden Merkmale der zu erkennen­ den Zeichen mit Merkmalen bekannter Zeichen vergli­ chen. Bei Übereinstimmung von Merkmalen wird der Schluß gezogen, daß das zu erkennende Zeichen dem bekannten Zeichen entspricht.

Im Normalfall liegen jedoch die zu erkennenden Zeichen nicht in einer idealen Form vor. So kann beispielsweise die Lage oder Drehlage eines Zeichens von der Soll-Lage abweichen; es können Abweichungen bezüglich der Geometrie des Zeichens vorliegen und es sind örtliche Defekte möglich. Letztere können beispielsweise darin bestehen, daß die das Zeichen bildenden Linien bzw. Farbflächen teilweise unterbro­ chen sind oder daß auf der das Zeichen umgebenden Fläche Flecke vorhanden sind, welche etwa der Hellig­ keit des Zeichens entsprechen, und somit nur durch Selektion des Videosignalpegels nicht von den Zei­ chenbestandteilen zu trennen sind.

Bei bekannten Verfahren werden nach einer Aufnahme des Zeichens mit Hilfe eines opto-elektronischen Sen­ sors daher Signalverarbeitungsschritte angewendet, welche die wesentlichen Merkmale aus den durch die Aufnahme gewonnenen Signalen ableiten. Dabei werden oft recht komplizierte Methoden angewendet, welche eine nicht unerhebliche Rechenzeit zur Folge haben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ver­ fahren zum automatischen Erkennen von Zeichen mit kürzerer Rechenzeit anzugeben. Dabei soll trotzdem eine hohe Zuverlässigkeit gegeben sein, selbst wenn die zu erkennenden Zeichen nicht in idealer Weise vorliegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die erforderliche Rechenzeit sehr kurz ist, so daß das Lesen und Erkennen eines Zeichens nur kurze Zeit benötigt. Außerdem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Erkennen von Zeichen ermöglicht, welche auch von Personen gelesen werden können.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsge­ mäßen Verfahrens ist das Identifizieren von Fässern in Betrieben der Getränke-Industrie. Die Fässer kön­ nen dabei mit einer Plakette versehen sein, welche die Zeichen trägt, die auch menschenlesbar sind. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren in erster Linie auf die Darstellung und Erkennung von Ziffern gerichtet, ein Erkennen einer Anzahl anderer Zeichen ist jedoch ebenfalls möglich.

Die Lage des Schwerpunktes kann bei dem erfindungsge­ mäßen Verfahren in verschiedenen Richtungen ermit­ telt werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht jedoch darin, daß die Lage des Schwerpunktes in horizontaler und vertikaler Richtung ermittelt wird. Gemäß einer anderen Weiterbildung sind die Zeichen aus einzelnen Segmenten gebildet.

Durch die in den weiteren Unteransprüchen aufgeführ­ ten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Er­ findung möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung die Ziffern 1 bis 0 in segmentierter Form sowie eine Tabel­ le der Schwerpunkt-Lagen sowie der Fläche der einzelnen Zeichen,

Fig. 2 ein weiteres Beispiel für die Ziffern 1 bis 0, welche nicht aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt sind,

Fig. 3 eine Anordnung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 die Oberseite eines Fasses, auf welches eine Plakette mit Zeichen aufgebracht ist, und

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die in Fig. 1 dargestellten Schriftzeichen bestehen aus einzelnen Segmenten. Außer den dargestellten Ziffern können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch noch andere Zeichen erkannt werden.

Unter den Zeichen ist in der mit H bezeichneten Zeile jeweils die horizontale Lage des Flächen- Schwerpunktes des jeweiligen Zeichens, bezogen auf den Mittelpunkt M, angegeben. Dabei wird als Einheit die Breite eines Zeichens (ausgenommen einer 1) angenommem. In der Zeile V ist die vertikale Lage des Flächen-Schwerpunktes angegeben, ebenfalls als Abweichung vom Mittelpunkt M, wobei der Wert 1 der halben Zeichenhöhe entspricht.

In der Zeile F ist die von dem jeweiligen Zeichen eingenommene Fläche dargestellt, wobei als Einheit die Fläche eines Segmentes angesetzt ist.

Wie man leicht erkennen kann, sind alle aufgeführten Werte-Trippel voneinander verschieden, so daß ein automatisches Erkennen der dargestellten menschenles­ baren Zeichen möglich ist. Zur Unterscheidung der Ziffern 2 und 5 wurde jedoch jeweils ein horizontal verlaufendes Segment fortgelassen.

Fig. 2 zeigt eine andere Schriftart sowie eine Ta­ belle der Schwerpunktlagen V und H sowie der Fläche F des jeweiligen Zeichens. Auch diese Zeichen sind menschenlesbar und unterscheiden sich ausreichend für eine automatische Erkennung, wie die in der Ta­ belle wiedergegebenen Werte zeigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl mit fest verdrahteten Schaltungen als auch mit Hilfe eines entsprechenden Computerprogramms durchgeführt wer­ den.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine Schaltungsanord­ nung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens. Eine elektronische Kamera 1 nimmt die zu erken­ nenden Zeichen auf. Die von der elektronischen Kamera 1 erzeugten Videosignale werden mit Hilfe einer Schwellwertschaltung 2 binärisiert. Die Aus­ gangssignale der Schwellwertschaltung 2 weisen dem­ nach nur zwei Amplitudenwerte auf, und zwar jeweils einen Wert für Helligkeit des Zeichens und einen Wert für die Helligkeit des Zeichenhintergrundes.

Mit Hilfe einer UND-Schaltung, welcher außer den binärisierten Videosignalen auch ein Taktsignal zuge­ führt wird, werden die binärisierten Videosignale zeitlich quantisiert, d. h. in einzelne Bildpunkte aufgeteilt. Im Anschluß an die UND-Schaltung 3 ist eine weitere UND-Schaltung 4 vorgesehen, welcher von einer Steuerschaltung 5 Maskensignale zugeführt werden. Die Maskensignale nehmen nur dann den Wert 1 an, wenn der Bereich des jeweils zu erkennenden Zei­ chens abgetastet wird. Sie stellen dementsprechend eine Maske dar, durch welche nur der Bereich des jeweils zu erkennenden Zeichens, nicht jedoch die anderen Zeichen und deren Umgebung hindurchgelassen wird.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel für ein abzutastendes Zeichen werden von der UND-Schaltung 4 während elf aufeinander folgender Zeilen jeweils sieben Bildpunkte hindurchgelassen.

Die Anzahl der Bildpunkte wird in einem Zähler 6 gezählt, an dessen Ausgang 7 die Anzahl der auf ein Zeichen fallenden Bildpunkte, also der Flächeninhalt F (gemessen in Bildpunkten) zur Verfügung steht. Mit Hilfe der Steuerschaltung 5 wird nach dem Erkennen jeweils eines Zeichens der Zähler 6 zurückgesetzt. Danach werden der UND-Schaltung 4 andere Maskenimpul­ se zur Abtastung des folgenden Zeichens zugeführt.

Zur Ermittlung der horizontalen Schwerpunktlage H werden die Ausgangssignale der UND-Schaltung 4 einem Schieberegister 8 zugeführt, welches bei dem erläu­ terten Beispiel sieben Speicherplätze aufweist. Nach dem Einlesen jeweils einer Zeile des Zeichenbereichs 9 werden die Bildpunkte in Abhängigkeit von ihrer horizontalen Lage bewertet. Dieses geschieht in Mul­ tiplizier-Schaltungen 10 bis 15 durch Multiplikation mit den Faktoren -3 bis +3. Dabei wird der jeweils mittlere Bildpunkt einer Zeile nicht berücksichtigt, also mit "0" bewertet. Die Ausgangssignale der Multi­ plizier-Schaltungen 10 bis 15 werden einem Addierer 19 zugeführt, von dem die bewertete Summe aller Bild­ punkte jeweils einer Zeile des Zeichens einem Akku­ mulator 20 zugeleitet wird. Dieser Akkumulator 20 besteht aus einer Addierschaltung, wobei dem einen Eingang das zu akkumulierende Signal und dem anderen Eingang das Ausgangssignal zugeführt wird. Die somit entstehende bewertete Summe aller zu einem Zeichen gehörenden Bildpunkte wird in einer Dividierschal­ tung 21 durch die Summe aller Bildpunkte, welche im Zähler 6 gebildet wurde, dividiert. Am Ausgang 22 der Dividierschaltung 21 steht somit ein Wert für die horizontale Schwerpunktlage an.

Die vertikale Schwerpunktlage wird von einem Zähler 23 gebildet, der zeilenweise die Anzahl der Bild­ punkte eines Zeichens bestimmt und entsprechend zeilenweise rückgesetzt wird. Die Summe wird in einer anschließenden Multiplizierschaltung mit einer von der jeweiligen Zeile abhängigen Größe, welche im vorliegenden Beispiel von -5 bis +5 verläuft, multi­ pliziert. Das Ergebnis wird einem weiteren Akkumula­ tor 25 zugeführt und in einer weiteren Dividierschal­ tung 26 durch die Anzahl der Bildpunkte dividiert. Am Ausgang 27 der Dividierschaltung stehen dann Signale an, welche der vertikalen Schwerpunktlage V entsprechen.

Die Werte H, V und F werden dann einer Vergleichs­ schaltung 28 zugeführt, welcher ferner aus einem Speicher entsprechende Werte von Vergleichszeichen, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, zugeleitet werden. Am Ausgang 29 der Vergleichsschal­ tung 28 stehen dann in entsprechend codierter Form, beispielsweise im ASCII-Code, Signale, welche den zu erkennenden Zeichen entsprechen, zur Verfügung.

Fig. 4 stellt die Oberseite eines Kegs 31 dar, auf welchem eine Plakette 32 angebracht ist. Die Plaket­ te 32 kontrastiert in ihrer Grundfarbe zur Ober­ fläche des Kegs und trägt mehrere der in den Fig. 1 bis 2 dargestellten Zeichen. Zur Identifizierung des Kegs 31 wird das Keg mit Hilfe einer elektroni­ schen Kamera zeilenweise abgetastet. Die gewonnenen Signale werden mit einer kreisringförmigen Maske 33 getort, so daß nur die in der kreisringförmigen Maske 33 liegende Bildpunkte ausgewertet werden. Durch Schwerpunktbildung des Maskeninhalts wird die ungefähre Lage der Plakette 32 gebildet. Daraufhin werden kleinere Masken 34, 35, 36, 37 angewendet, um die genaue Lage der Plakette zu ermitteln. Aus diesen Ergebnissen kann dann schließlich die Lage der einzelnen Zeichen abgeleitet werden, wonach wiederum Masken für die einzelnen Zeichen gebildet werden können. In den einzelnen Masken kann dann in ähnlicher Weise, wie im Zusammenhang mit Fig. 3 er­ läutert, eine bildpunktweise Ermittlung der horizon­ talen und der vertikalen Schwerpunktlage sowie der Fläche der einzelnen Zeichen erfolgen.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Weiterbildung der Erfindung wird ein Zeichen jeweils zu einem Teil von kleineren Masken 41, 42, 43, 44 erfaßt. Im Falle der Ziffern 5 und 2 kann dann - anders als bei den in Fig. 1 dargestellten Ziffern - je ein weiteres waagerechtes Segment vorgesehen sein. Die Ziffern können dann voneinander dadurch unterschieden wer­ den, daß die horizontalen Schwerpunktlagen in den oberen Masken 41, 42 und/oder in den unteren Masken 43, 44 gebildet werden. Trotz der Erfassung der Zeichen innerhalb der kleineren Masken 41 bis 44 kann im Einzelfall eine zusätzliche Erfassung mit einer das gesamte Zeichen umfassenden Maske 45, 46 vorteilhaft sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist keinesfalls auf die Erkennung von segmentierten Zeichen beschränkt. Es können auch andere Zeichen verwendet werden, welche nach ästhetischen Gesichtspunkten oder im Hinblick auf eine leichte Lesbarkeit geformt sind.

Claims (7)

1. Verfahren zum automatischen Erkennen von Zeichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Schwerpunktes in zwei Richtungen und die Fläche jeweil eines Zeichens ermittelt werden und daß ein Vergleich der ermittelten Werte mit vorgegebenen, jeweils bekannten Zeichen entsprechenden Werten, durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lage des Schwerpunktes in horizon­ taler und vertikaler Richtung ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zeichen aus einzelnen Segmenten gebildet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch Abtastung einer das Zeichen um­ fassenden Fläche Videosignale abgeleitet werden, wel­ che die Helligkeit einzelner Bildpunkte der Fläche wiedergeben, daß diejenigen Videosignale denen die das Zeichen bildenden Bildpunkte entsprechen, in horizontaler Richtung bewertet und integriert wer­ den, in vertikaler Richtung bewertet und integriert werden und über die gesamte Fläche gleichbewertet integriert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch Abtastung von mehreren das Zeichen jeweils teilweise umfassenden Flächen Video­ signale abgeleitet werden, welche die Helligkeit einzelner Bildpunkte der Flächen wiedergeben, daß innerhalb der Flächen diejenigen Videosignale, die den das Zeichen bildenden Bildpunkten entsprechen in horizontaler Richtung bewertet und integriert wer­ den, in vertikaler Richtung bewertet und integriert werden und ortsunabhängig integriert werden, und daß die somit erhaltenen Ergebnisse für die einzelnen Flächen miteinander verknüpft werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß je Zeichen zwei Flächen abgetastet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem mehrere Zeichen auf einem Codierfeld und das Codier­ feld auf einem zu identifizierenden Gegenstand ange­ ordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die ungefähre Lage des Codierfeldes ermittelt wird, daß danach der Schwerpunkt des Codierfeldes und die Lage der einzelnen Zeichen errechnet wird und daß nacheinander Abtastmasken für die einzelnen Zeichen erzeugt werden.