DE3825582A1 - Verfahren und anordnung zum erkennen von zeichen und/oder objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Zeichen und/oder Objekten gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Es sind eine Reihe von Verfahren und Einrichtungen zum Lesen von Textvorlagen bekannt. Ein optischer Abtaster (Scan­ ner) tastet die Vorlage zeilenweise ab und löst die Vorlage in Bildpunkte auf, die in Pixel aufgelöst an Halbleiterbau­ steine übermittelt werden. In den Halbleiterbausteinen werden die gelesenen, in Punktrasterbilder aufgelösten Zeichen mit Referenzzeichen verglichen, wobei zur Feststellung des Über­ einstimmungsgrades Vergleichs- und Klassifikationsalgorythmen verwendet werden. Es gibt eine ganze Reihe von Störfaktoren, die die Zeichenerkennung negativ beeinflussen: So kann bei­ spielsweise bedrucktes Papier in seiner Stärke und Reinheit Abweichungen aufweisen. Dann kommt es durch Fasern und Verun­ reinigungen zu Zeichenverformungen in Form von Auswüchsen und Rissen. Dünnes Papier läßt während des Abtastvorganges rück­ wärtigen Aufdruck als Störungen an oder um die zu lesenden Zeichen hindurchscheinen. Bei mechanischem Druck, z.B. Blei­ satz, kommen Verformungen der Zeichen vor. Jede mechanische Beschädigung des Druckstempels findet sich in Form von Rissen und Beulen wieder. Dies führt zu einer großen Formenvielfalt der zu identifizierenden Zeichen. Weiterhin ist die Viskosi­ tät der Drucktinte von Einfluß. Dünne Tinte führt zu Verläu­ fen, während dicke Tinte rauhe Außenkanten und Löcher verur­ sacht. Auch die eingesetzten Abtastsysteme können Ursache für Fehler sein. Abtastsysteme mit geringerer Kontrastvielfalt ergeben einen scharfen Kontrastsprung, und dies führt zu gro­ ben Zeichenausprägungen. Das gleiche gilt bei geringerer Ab­ tastauflösung. Des weiteren kann sporadisch während des Ab­ tastvorganges ein Aussetzen oder Hinzufügen von Punkten auf­ treten. Rückwärtige Aufdrucke können zu Zeichenveränderungen führen. Schließlich kann auch die Lage des Zeichens bei Dre­ hung oder Schieflage zu Störungen in der Punktabbildung des Rasters führen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Erkennen von Zeichen und/oder Objekten anzugeben, das mit höherer Genauigkeit arbeitet und beliebige Zeichen und Objekte - auch von minderer Druck- oder Wiedergabequalität - und von durch äußere Einflüsse verän­ derte Zeichen und Objekte, verarbeiten kann. Außerdem soll eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Das Wesentliche der Erfindung sind die Vergleiche in verschiedenen zueinander verschobenen Lagen unter Zugrundele­ gung einer Zählfläche bzw. eines Zählfensters. Das Verschie­ ben erfolgt dabei vorzugsweise in Nachbarschaftslagen gemäß Anspruch 4. Hierdurch können z.B. Zeichenausbeulungen und Zeichenauswüchse eliminiert werden, die sonst leicht zu Feh­ lern bei der Zeichen- oder Objekterkennung führen könnten.

Um eindeutige und reproduzierbare Lagebeziehungen für die Vergleiche zu schaffen, werden die binären Abbildungen der zu identifizierenden Zeichen und/oder Objekte und die binären Referenzrasterbilder auf einen Bezugspunkt ausgerich­ tet, wie dies im Anspruch 3 angegeben ist. Dieser Bezugspunkt kann beispielsweise die linke untere Ecke des Umhüllungs­ rechtecks sein.

Zur Anpassung an verschiedene Nachbarschaftslagen wird die Zählfläche bzw. das Zählfenster wie im Anspruch 6 angege­ ben gebildet.

Zur sicheren Identifizierung des Objektes oder Zeichens wird für den Übereinstimmungsgrad oder Abweichungsgrad bzw. die Korrelation ein zu überschreitender Schwellwert vorgege­ ben, wie das im Anspruch 8 angegeben ist.

Die Zeichen- oder Objekterkennung kann noch sicherer ge­ macht werden, wenn ein vorgebbarer Distanzwert zum nächstbe­ sten und/oder zweitbesten Referenzzeichen, oder Referenzobjekt überschritten wird, wie dies im Anspruch 10 angegeben ist.

Um unnötige Vergleichsoperationen zu vermeiden, wird der Vergleich mit den Referenzrasterbildern beendet, wenn ein vorgebbarer Übereinstimmungsgrad erreicht wird, durch den das betreffende Ist-Zeichen oder Ist-Objekt erkannt ist, gemäß Anspruch 14. Hierdurch kann die Bearbeitungszeit minimiert werden.

Um die Bearbeitungszeit weiter zu minimieren und insbe­ sondere die Gefahr von Verwechslungen zu minimieren, wird ge­ mäß Anspruch 15 vor dem Prüfen des Übereinstimmungsgrades die Höhe und Breite des gelesenen und binär abgebildeten zu iden­ tifizierenden Zeichens oder Objektes bestimmt und mit der Höhe und Breite der binären Referenzrasterbilder verglichen, wobei die Prüfung nur mit den Referenzrasterbildern erfolgt, für die das Vergleichsergebnis in einen vorgebbaren Toleranz­ bereich fällt.

Eine weitere Minimierung der Verwechslungsgefahr ist er­ reichbar, wenn, wie im Anspruch 16 angegeben, jeweils die kleinste durch die Breite und Höhe bestimmte Fläche der mit­ einander verglichenen Ist-Zeichen und Soll-Zeichen (bzw. Ist- Objekte bzw. Soll-Objekte) die Bewertungsfläche gemäß An­ spruch 6 bestimmt.

Um bei der Zeichenerkennung, beispielsweise bei gekern­ ten Schriftarten, bei denen Unterschneidungen der Zeichen auftreten (beispielsweise auch bei Verwendung von Schrägbuch­ staben) die einzelnen Zeichen sicher segmentieren bzw. iso­ lieren zu können, damit nicht irrtümlich ein weiteres Zeichen gleichzeitig mit abgetastet wird, ist die Weiterbildung gemäß Anspruch 17 vorgesehen.

Um die Abtastung der Außenkontur schnell und eindeutig durchführen zu können, erfolgt die Abtastung gemäß Anspruch 20 von einem Außenkonturpixel aus nur in einer Richtung, ent­ weder rechtsdrehend oder linksdrehend.

Ein anderes Segmentierungsverfahren ist im Anspruch 22 angegeben.

Bei den Segmentierungsverfahren nach Anspruch 17 ist es weiterhin vorteilhaft, wenn, wie im Anspruch 22 angegeben, das gelesene und binär abgebildete Zeichen oder Objekt nach dem Kopiervorgang gelöscht wird.

Wenn durch Nachbearbeitung bei einem schwierig zu iden­ tifizierenden Zeichen und/oder Objekt ein akzeptierbares und schlüssiges Ergebnis nicht erreichbar ist, sind die weiteren Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 24 und 25 vorgesehen, um eine Identifizierung durch die Bedienungsperson zu ermögli­ chen.

Um eine vernünftige Ausgangssituation zu schaffen, ist die Weiterbildung nach Anspruch 26 vorgesehen.

Zur Erleichterung der Identifizierung dient die im An­ spruch 28 angegebene Größennormierung.

Die weitere Ausgestaltung gemäß Anspruch 29 erleichtert die Identifizierung von Zeichen, die nur durch ihre Lage zur Zeilenunterkante unterscheidbar sind, wie die Zahl neun und der Kleinbuchstabe g, Apostroph und Komma, Bindestrich und Unterstreichung usw.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Iden­ tifizierung von Zeichen und/oder Objekten ist im Anspruch 30 angegeben, wobei weitere Ausgestaltungen dieser Anordnung in den weiteren Unteransprüchen beansprucht sind.

Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erkannten Zeichen werden zur Weiterverarbeitung in Zeichenkodierungen umgewandelt, beispielsweise ASCII, EBCDIC u. a.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Flußdiagramm der Verfahrensschritte zum Erkennen eines gelesenen, unbekannten Zeichens oder Objektes,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Abtast­ vorlaufs beim zeilenweisen Abtasten bis zur Ertastung eines ersten Zeichens,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläute­ rung der Ermittlung einer Zählfläche und einer Bewertungszählfläche für den Erken­ nungsvorgang,

Fig. 4 eine grafische Darstellung zur Erläuterung eines Vergleichs binärer Zeichenbilder in mehreren Nachbarschaftslagen,

Fig. 5 schematisch ein erstes Verfahren zur Seg­ mentierung eines gelesenen und binär abge­ bildeten Zeichens,

Fig. 6 schematisch ein zweites Verfahren zur Seg­ mentierung eines gelesenen und binär abge­ bildeten Zeichens,

Fig. 7 ein Blockschaltbild (Prinzipschaltbild),

Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung der Schiebe- und Vergleichsfunktion der Anordnung nach Fig. 7,

Fig. 9 und 10 Darstellungen zur Erläuterung einer bei der Erfindung vorgesehenen Größennor­ mierung.

Das Prinzip der Zeichen- und/oder Objekterkennung ist vorliegend wie folgt: Mit einem Lesegerät, einem sogenannten Scanner, wird eine gerasterte, binäre Abbildung einer Vorlage erzeugt und zur Weiterverarbeitung an einen Rechner übertra­ gen. Der Rechner isoliert einzelne Objekte innerhalb des ge­ samten Bildes voneinander, normiert sie auf eine geeignete Größe und positioniert sie an eine definierte Stelle inner­ halb einer Zählfläche bzw. eines Vergleichsfeldes. Als aus­ reichende Größe einer solchen Zählfläche hat sich eine Matrix von 32 x 32 Bit erwiesen (1420 Bildpunkte für ein Zeichen).

Die eigentliche Identifikation erfolgt dann durch bit­ weisen Vergleich des aus der Vorlage extrahierten Zeichens mit einer Reihe von Referenz- bzw. Vergleichszeichen, die im Rechner als Datenbasis vorhanden sind. Eine logische bitweise Verknüpfung des unbekannten Zeichens mit dem Vergleichszei­ chen liefert dabei die Stellen, an denen die Bilder überein­ stimmen oder nicht übereinstimmen. Beim Vergleich hat sich die logische bitweise EXOR-Verknüpfung als gut geeignet her­ ausgestellt. Diese Verknüpfung liefert die Stellen, an denen die Bilder nicht übereinstimmen. Die Zahl der so ermittelten Fehlstellen, bezogen auf die Fläche des unbekannten Zeichens, ist dabei ein Erkennungskriterium. Für die Zuverlässigkeit der Erkennung ist dabei von Vorteil, eine obere Grenze für den Fehlstellenanteil zu setzen; wird diese Grenze bei keinem Vergleichszeichen unterschritten, so gilt das Zeichen als un­ bekannt und wird weiteren Prüfungen unterzogen.

Das Verfahren zur Zeichen- und/oder Objekterkennung soll nachfolgend genauer beschrieben werden.

Zum Lesen beispielsweise eines Textes erfolgt zunächst in einem Abtastvorlauf das zeilenweise Abtasten einer Vorlage bis zur ersten Berührung bzw. Ertastung eines Zeichens, vgl. Fig. 2. Die Abtastung erfolgt dabei auf der gesamten Breite der X-Achse, bis eine Berührung mit dem am höchsten aufragen­ den Zeichen (oder Objekt) stattfindet, vgl. die Abtastpfeile oberhalb des Namens "Gustav Meier". Dieses Zeichen, hier das "M" , wird dann der Bearbeitung zugeführt. Nach erfolgter Er­ kennung werden die links und/oder rechts von dem ersten er­ kannten Zeichen befindlichen Zeichen bearbeitet.

Das gelesene und binär gespeicherte Zeichen wird dann segmentiert bzw. isoliert. Hierdurch können auch sogenannte gekernte Schriftarten oder auch Schriftarten mit Schrägbuch­ staben automatisch gelesen werden, bei denen Unterschneidun­ gen der Zeichen auftreten, so daß die Gefahr besteht, daß beispielsweise zwei Zeichen normalerweise nicht getrennt er­ kannt werden können. Ferner können neben den Zeichen Flecken oder dgl. vorhanden sein, die mitgelesen werden und das Er­ kennen des eigentlichen Zeichens erschweren. Durch das Seg­ mentieren können solche Flecken ebenfalls eliminiert werden. Durch das Segmentieren werden die gelesenen und binär abge­ bildeten Zeichen zunächst aus dem Gesamtrasterbild isoliert, also sozusagen vereinzelt. Zwei verschiedene Segmentierungs­ verfahren sollen nachfolgend anhand der Fig. 5 und 6 näher erläutert werden.

Das Segmentierungsverfahren gemäß Fig. 5 umfaßt grund­ sätzlich drei Verfahrensschritte:

I: Pixelweises Abtasten der Außenkontur der binären Abbildung eines gelesenen zu erken­ nenden IST-Zeichens zum Ermitteln der Außen­ kontur,

II: Einschreiben des Tastergebnisses in eine Tabelle und

III: Kopieren der binären Abbildung des IST- Zeichens in einen Zielbereich entsprechend den Werten der Tabelle.

Zusätzlich kann das gelesene und binär abgebildete Zei­ chen in einem vierten Schritt IV nach dem Kopiervorgang noch gelöscht werden.

Die Ermittlung der Außenkontur erfolgt aufeinanderfol­ gend durch Abtasten der bis zu acht Nachbarpixel jedes Außen­ konturpixels. Hierbei wird der Störfleck nicht mit erfaßt.

In die Tabelle werden über die Höhe (Y-Achse) des Zei­ chens, die vorliegend in elf Zeilen unterteilt ist, die Links- und Rechtswerte der X-Achse (Breite des Zeichens) und über die Breite (X-Achse) des Zeichens, die vorliegend in zehn Spalten unterteilt ist, die oberen und unteren Werte der Y-Achse (Höhe des Zeichens) eingetragen. Der Rechtswert der X-Achse gibt die Länge des Zeilenbalkens über die jeweilige Zeichenbreite an und der Linkswert den linksseitigen Beginn dieses Zeilenbalkens. Der untere Wert der Y-Achse gibt die Höhe des Spaltenbalkens über die jeweilige Zeichenhöhe an und der obere Wert der Y-Achse den obigen Beginn dieses Spaltenbalkens.

Beim Segmentierungsverfahren nach Fig. 6 werden nicht nur die Pixel der Außenkontur erfaßt, sondern sämtliche Zei­ chenpixel, wobei die Abtastung mit einer variablen Maske durchgeführt wird, die durch ein oder mehrere unmittelbar aufeinanderfolgende abgetastete Zeichenpixel der jeweils be­ arbeiteten Nachbarzeile oder -spalte. Das Abtastergebnis wird in eine Tabelle geschrieben, kopiert und gelöscht.

Durch das Segmentieren wird erreicht, daß Einzelzeichen aus einem Zeichenverband isoliert werden können und Flecken, beispielsweise Tintenspritzer, eliminiert werden und den Zei­ chenerkennungsvorgang nicht negativ beeinflussen können.

Wenn das gelesene und binär abgebildete IST-Zeichen seg­ mentiert, also isoliert worden ist, wird es dem eigentlichen Identifizierungsvorgang zugeführt. Das Identifizieren wird nachfolgend anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert, wobei ergänzend auf das Flußdiagramm gemäß Fig. 1 Bezug genommen wird.

Es werden zunächst Höhe und Breite der binären Abbildung des gelesenen IST-Zeichens bestimmt und mit den bekannten Hö­ hen- und Breitenwerten der binären Referenzrasterbilder ver­ glichen. Zum weiteren Vergleich werden nur die binären Refe­ renzrasterbilder herangezogen, für die das Vergleichsergebnis in einen vorgebbaren Toleranzbereich fällt.

Zunächst werden aus den gemessenen und bekannten ge­ speicherten Werten für Höhe und Breite der binären Abbildung des IST-Zeichens und der Referenzrasterbilder die Maximal­ werte für Höhe und Breite ausgewählt. Aus diesen Maximalwer­ ten wird eine Zählfläche (ein Vergleichsfeld) gebildet, in­ nerhalb der die zu vergleichenden binären Bilder pixelweise auf Übereinstimmung und/oder Abweichung geprüft werden.

Ergibt der Vergleich einen Korrelationswert, der über einem vorgegebenen relativ hohen Schwellwert liegt, so kann der Erkennungsvorgang abgebrochen und das Ist-Zeichen als er­ kannt betrachtet werden.

Wenn dieser hohe Schwellwert nicht überschritten wird, wird das größere binäre Bild der beiden zu vergleichenden binären Bilder des Ist-Zeichens und des Referenzzeichens aus der Normallage relativ zum kleineren binären Bild und der Zählfläche verschoben, und zwar vorzugsweise in acht Nachbar­ schaftslagen, wie dies in der Fig. 4 näher dargestellt ist. Eine Bewertungszählfläche wird gebildet durch die rechteck­ förmige Umhüllende des kleineren binären Bildes. Die Ver­ schiebung erfolgt, wie oben schon erwähnt, aus der Normal­ lage, in der die binäre Abbildung innerhalb der Zählfläche angeordnet ist.

Für die verschiedenen Nachbarschaftslagen wird dann die Übereinstimmung und/oder Abweichung der Pixel in der Zählflä­ che und der höchste Übereinstimmungsgrad oder der niedrigste Abweichungsgrad (Korrelationswert) ermittelt. Das kleinere binäre Bild oder auch das größere binäre Bild kann dabei das binäre Referenzrasterbild oder die binäre Abbildung des zu erkennenden Ist-Zeichens sein. Durch das Verschieben kann u. a. das Abschneiden von zu Fehlern bei der Zeichenerkennung führenden fehlerhaften "Zeichenverdickungen" oder "Zeichenauswüchsen" erreicht werden, was beispielsweise in der Fig. 4 gezeigt ist, vgl. beispielsweise die untere Reihe der Nachbarschaftslagen, in der die linksseitigen und unteren Auswüchse durch das Verschieben eliminiert sind.

Um eindeutige Lagebeziehungen zu schaffen, werden die binären Abbildungen der zu identifizierenden Zeichen und der bekannten gespeicherten Referenzrasterbilder auf einen ge­ meinsamen Bezugspunkt ausgerichtet, der die Lage der Zählflä­ che, der Bewertungszählfläche und die Normallage der zu ver­ gleichenden binären Abbildungen bestimmt. So ist beispiels­ weise als gemeinsamer Bezugspunkt beim Beispiel nach Fig. 4 der linke untere Eckpunkt der rechteckförmigen Zählflächen der zu vergleichenden binären Abbildungen (IST-B und Refe­ renz-B) gewählt worden. Ebenso können die anderen Eckpunkte, Seitenmitten oder das Rechteckzentrum als Bezugspunkte ge­ wählt werden.

Wenn die Vergleiche mit sämtlichen ausgewählten Refe­ renzrasterbildern durchgeführt worden sind, wird durch Ver­ gleich der höchste Übereinstimmungsgrad oder der geringste Abweichungsgrad (Korrelationswert) ermittelt und mit einem Schwellwert verglichen. Bei Überschreitung des Schwellwertes wird noch geprüft, ob ein vorgebbarer Distanzwert zum nächst­ besten und/oder zweitbesten Referenzzeichen eingehalten wird. Wenn dies der Fall ist, wird das dem maximalen Übereinstim­ mungsgrad oder minimalen Abweichungsgrad (bzw. größten Korre­ lationswert) zugeordnete Referenzrasterbild als das die binäre Abbildung des Ist-Zeichens identifizierende binäre Bild bewertet.

Überschreitet der Distanzwert nicht einen vorgebbaren Distanzschwellwert oder wird der vorgegebene Schwellwert für den Korrelationswert nicht erreicht, so wird das dem größten Übereinstimmungsgrad zugeordnete Referenzrasterbild als das der binären Abbildung des Ist-Zeichens am nächsten kommende binäre Bild bewertet und einer Nachbearbeitung unterzogen. Wird durch die Nachbearbeitung ein akzeptierbares und schlüs­ siges Ergebnis nicht erzielt, wird der Lesevorgang unterbro­ chen und wird das zu identifizierende Zeichen mit dem um das Zeichen herumliegenden Bildbereich zusammen mit dem am näch­ sten kommenden Vergleichsergebnis angezeigt zur Entscheidung durch die Bedienungsperson.

Wie oben schon erwähnt, wird für den Vergleich die logi­ sche bitweise EXOR-Verknüpfung des unbekannten Zeichens mit den Referenz- bzw. Vergleichszeichen gewählt, was in der Fig. 8 näher dargestellt ist. Andere logische Verknüpfungen, bei­ spielsweise EXNOR oder AND, sind einsetzbar.

Die EXOR-Verknüpfung liefert die Stellen, an denen die Bilder nicht übereinstimmen. Die Zahl der so ermittelten Fehlstellen, bezogen auf die Fläche des unbekannten Zeichens, ist dabei ein Erkennungskriterium. Für die Zuverlässigkeit der Erkennung ist dabei von Vorteil, eine obere Grenze für den Fehlstellenanteil zu setzen. Wird diese Grenze bei keinem Vergleichszeichen unterschritten, so gilt das Zeichen als un­ bekannt und wird weiteren Prüfungen unterzogen.

Die Fig. 7 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Anordnung zum Verschieben und Vergleichen von Zeichen. Die Anordnung enthält vier Register, deren Inhalte zu einem bitweisen Ver­ gleich herangezogen werden: Ein erstes Datenregister B-REG, ein zweites Datenregister A-REG sowie zwei Maskierungsregi­ ster A-Mask und B-Mask. Die Maskierungsregister sind für die vorliegende Erfindung nicht von besonderer Bedeutung.

Jedes dieser Register ist 32 Bit breit. Dadurch ist die Breite der Zählfläche bzw. des Vergleichsfeldes auf 32 Bit beschränkt.

Das Datenregister B-REG weist ein erstes Register B 3 und ein zweites und ein drittes Register B 2 und B 1 auf, die dem ersten Register B 3 nachgeschaltet sind und jeweils den vor­ vorletzten und den vorletzten Wert enthalten, der in das er­ ste Register B 3 geschrieben wurde.

Die unbekannten Daten und die Vergleichsdaten werden zeilenweise als Paar in das Datenregister A-REG und das Regi­ ster B 3 geladen, wobei die in das Register B 3 geladenen Daten gegenüber den in das Datenregister A-REG geladenen Daten ho­ rizontal und vertikal um ein Pixel verschoben werden können.

Für die vertikale Verschiebung gehören zum Register B 3 das zweite und das dritte Register B 1 und B 2, die ebenfalls 32 Bit breit sind. Die Register B 1, B 2 und B 3 bilden somit ein 32-faches drei Bit langes Schieberegister, das seriell über das Register B 3 geladen wird. Bei vertikalem Schieben wird der Ausgang des Registers B 1 auf den Eingang des Regi­ sters B 3 geschaltet, so daß die Daten innerhalb der drei Re­ gister B 3, B 2 und B 1 rotieren können. Es wird stets der mo­ mentane Inhalt des Registers B 3 zum Bit-Vergleich in der Ver­ gleichseinrichtung EXOR herangezogen.

Schiebeoperationen in horizontaler Richtung werden in einem Schiebemultiplexer Shift-Mux durchgeführt. Die Aus­ gangsdaten des Datenregisters B-REG werden dabei um ein Bit nach links oder rechts verschoben. Das hinausgeschobene Bit wird im Vergleich nicht berücksichtigt, während am anderen Ende eine logische Null eingefügt wird.

Die beiden Maskenregister A-Mask und B-Mask dienen dazu, die Breite der Zählfläche bzw. des Vergleichsfeldes ggf. auf weniger als 32 Bit zu beschränken. Ihr Inhalt wird mit dem Inhalt des zugeordneten Datenregisters (A-REG bzw. B 3 hinter Shift-Mux) bitweise AND-verknüpft.

Die Anzahl der Fehlstellen bei einem Zeilenvergleich wird dann durch eine bitweise EXOR-Verknüpfung der Daten aus dem Datenregister A-REG (bzw. dem A-Kanal) mit denen aus dem Datenregister B-REG (bzw. dem B-Kanal) ermittelt. Eine alter­ native Betriebsart ist als AND-Verknüpfung in der Fig. 7 mit eingezeichnet.

Die Zahl der nach dieser Verknüpfung gesetzten Bits wird in einem Ergebniszähler (Bit-Counter) ermittelt. Diese Zahl kann entweder direkt ausgelesen werden oder dem eigentlichen Zweck entsprechend, auf ein bereits vorhandenes Zwischener­ gebnis aufaddiert werden.

Zur Ergebnisspeicherung dient ein Verschiebelage-Regi­ ster (Sum-Register). Dieses Verschiebelage-Register besteht aus neun Registern, da sich bei den Schiebeoperationen mit dem Datenregister B-REG aus den neun Vergleichslagen neun Er­ gebnisse ergeben, die getrennt aufsummiert werden müssen. Die Register haben eine Breite von zwölf Bit. Der größte speicherbare Wert ist daher die Zahl 4095.

Wenn alle Zeilen einer Zählfläche bzw. eines Vergleichs­ feldes miteinander verglichen sind, können die neun Summen sequentiell ausgelesen werden. Eine andere Möglichkeit be­ steht darin, daß aus den neun Werten automatisch das Minimum herausgesucht und im Ergebnisregister (Result-REG) bereitge­ stellt wird. Die höchstwertigen vier Bits enthalten dabei einen Code, der angibt, in welcher Verschiebeposition das Er­ gebnis entstanden ist. Die niederwertigen zwölf Bits enthal­ ten stets eine Zahl. Die Minimalwerte werden einem Rechner zugeführt, der zur Identifizierung des Zeichens den Extrem­ wert dieser Minimalwerte ermittelt und mit einem vorgegebenen Schwellwert und einem vorgegebenen Distanzwert zum nächstbe­ sten Vergleichswert vergleicht.

Zweckmäßigerweise werden die gelesenen Zeichen auf eine geeignete Größe normiert, wie dies oben schon erwähnt worden ist. Hierzu ist eine Einrichtung NORM zur Größennormierung vorgesehen, vergleiche Fig. 7, die logisch unabhängig von den übrigen Schaltungsteilen der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 arbeitet. Das Prinzip der Größennormierung ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Die Funktion der Normierungseinrichtung kann gemäß Fig. 9 und 10 als diskrete Verkleinerung einer einzelnen Zeile eines Bildes veranschaulicht werden, wie sie zur Größennormierung von Zeichen benötigt wird. Dabei können verschiedene Verkleinerungsfaktoren gewählt werden. Eine dis­ krete Vergrößerung ist entsprechend durchführbar, siehe gestrichelte Pfeile der Fig. 9.

Die Normierungseinrichtung besteht aus einem eigenen 32 Bit breiten Ergebnisregister, das rechtsbündig (LSB) mit Da­ ten beschrieben werden kann. Aus den 16 Bit breiten Eingangs­ daten werden dabei in regelmäßigen Abständen ein oder mehrere Bits entnommen, und alle links von der Entnahmestelle stehen­ den Bits werden um die Zahl der entnommenen Bits nach rechts geschoben. Daher werden pro Schreibzyklus weniger als 16 Bit in das Register übernommen. Beim nächsten Schreibzyklus wer­ den die neuen Daten bündig links an die schon vorhandenen an­ gesetzt. Die Normierungseinrichtung kann beliebig lange gela­ den werden; allerdings werden keine neuen Daten übernommen, wenn alle 32 Register bereits gültige Daten enthalten. Beim Lesen wird der Inhalt aller 32 Register gelöscht, d. h. auf logisch Null gesetzt.

Für die Erkennung von Zeichen, die nur durch ihre Lage zur Zeilenunterkante unterscheidbar sind, wie die Zahl neun und der Kleinbuchstabe g, Apostroph und Komma u. ä., ist vor­ gesehen, die lokale Zeichenunterkante des gelesenen unbekann­ ten Zeichens zu ermitteln. Dies erfolgt dadurch, daß nach er­ folgter Identifikation eines Zeichens der Zeichenunterkanten­ wert des zugeordneten Referenzzeichens bzw. Vergleichszei­ chens als die jeweilige lokale Zeichenunterkante genommen wird. Hierdurch wird auch die Identifikation von Zeichen in einem schräggeschriebenen Wort erleichtert.

Claims (33)

1. Verfahren zum Erkennen von Zeichen und/oder Objekten, bei dem die Zeichen und/oder Objekte opto-elektronisch gelesen und die Lesesignale digitalisiert werden zur Erzeugung einer gerasterten binären ein- oder zweidimensionalen Abbildung der Zeichen und/oder Objekte (Vorlage), die mit in Referenzspei­ chern abgespeicherten binären Referenzrasterbildern von be­ kannten Referenzzeichen und/oder Referenz-Objekten pixelweise auf Übereinstimmung und/oder Abweichung verglichen wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Außenabmessungen der binären Abbildung des zu erkennenden Zeichens und/oder Objektes er­ mittelt werden, daß für die jeweils zu vergleichenden binären Bilder eine Zählfläche (Vergleichsfeld) bestimmt wird, deren Größe von den jeweils größten Werten der Außenabmessungen des binären Abbildes des zu erkennenden Zeichens und/oder Objek­ tes und der Referenzrasterbilder der bekannten Referenzzei­ chen und/oder -objekte abhängig ist, daß das größere binäre Bild relativ zum kleineren binären Bild und relativ zur Zähl­ fläche verschoben wird, daß die pixelweise Übereinstimmung und/oder Abweichung (Korrelation) der binären Bilder in der jeweiligen Ausgangslage und in den relativ zueinander ver­ schobenen Lagen innerhalb der Zählfläche ermittelt und der höchste Übereinstimmungsgrad festgestellt wird, und daß die höchsten Übereinstimmungsgrade aus den Vergleichen des binären Abbildes des zu erkennenden Zeichens und/oder Objek­ tes mit den Referenzrasterbildern miteinander verglichen wer­ den zur Ermittlung des größten dieser höchsten Übereinstim­ mungsgrade, dessen zugeordnetes Referenzrasterbild das dem zu erkennenden Zeichen und/oder Objekt am nächsten kommende Re­ ferenzzeichen und/oder -objekt bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Korrelationswerte in bezug zur Zählfläche und/oder zu einer Bewertungsfläche gesetzt werden, die durch die Abmessungen des jeweils kleineren oder größeren binären Bildes der Zeichen und/oder Objekte bestimmt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die binären Abbildungen der gelesenen, zu erkennenden Zeichen und/oder Objekte und die binären Referenzrasterbilder auf einen gemeinsamen Bezugspunkt ausgerichtet werden, der die Lage der Zählfläche, der Bewertungsfläche und die Normallagen der zu vergleichenden binären Abbildungen bestimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils größere oder kleinere binäre Abbildung der Zeichen und/oder Objekte in wenigstens eine Nachbarschaftslage ver­ schoben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung in 4, 8, 12, 16, 20 oder 24 Nachbarschaftslagen erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 in Verbindung mit An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählfläche zusätz­ lich von der Zahl der Nachbarschaftslagen abhängig ist, der­ art, daß die Zählfläche für den ersten Nachbarschaftsring um eine Einheit und für jeden weiteren Nachbarschaftsring um eine weitere Einheit hinsichtlich Breite und Höhe vergrößert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den binären Abbildungen der bekannten Referenzzeichen und/oder Referenzobjekte sowie der charakteristischen Merkmale oder Teile der Zeichen und/oder Objekte Bewertungsflächen mit vor­ gegebener Bit-Zahl (Pixelzahl) sowie Zeichenhöhe, Zeichen­ breite, Anzahl der Zeichenpixel, Anzahl der Zeicheneinzel­ teile, Position der Zeichenunterkante relativ zur Zeilenun­ terkante, Alternativkennzeichen und Kode der Zeichen oder Ob­ jekte zugeordnet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifizierung ein vom Übereinstimmungsgrad und/oder Abwei­ chungsgrad (Korrelation) zu über- bzw. unterschreitender Schwellwert vorgeschaltet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwellwert ein Übereinstimmungsgrad von 55% bis 100% bzw. eine Abweichung zur Identität zwischen 45% und 0% gewählt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ferner zur Erhöhung der Erkennungssicherheit ein zu über­ schreitender, minimaler Distanzwert zu einem oder mehreren nächstbesten und/oder zweitbesten Referenzzeichen oder Referenzobjekten vorgesehen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Distanzwert ein Wert zwischen 30% und 100% der Abwei­ chung (siehe Anspruch 8) gewählt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Ermittlung der Übereinstimmungsgrade oder Abwei­ chungsgrade die Kreuzkorrelationswerte ermittelt werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die in Pixel abgebildeten Referenz­ zeichen und/oder Referenzobjekte und die zu identifizierenden in Pixel abgebildeten Zeichen und/oder Objekte durch logische Vergleiche pixelweise auf Übereinstimmung geprüft werden und daß die logischen Vergleichsergebnisse (Zahl der Übereinstimmungen oder Abweichungen der verglichenen Pixel) gezählt werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vergleich mit den Referenzrasterbildern beendet wird, wenn ein vorgebbarer Übereinstimmungsgrad erreicht wird, durch den das betreffende Zeichen oder Objekt erkannt ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß vor dem Prüfen des Übereinstim­ mungsgrades die Höhe und Breite des gelesenen, binär abgebil­ deten Zeichens oder Objektes bestimmt wird und mit der Höhe und der Breite der binären Referenzrasterbilder verglichen wird und daß die Prüfung nur mit den Referenzrasterbildern erfolgt, für die das Vergleichsergebnis in einen vorgebbaren Toleranzbereich fällt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinste oder größte durch die Breite und Höhe bestimmte Fläche der miteinander verglichenen Zeichen und Referenzzei­ chen (bzw. Objekte und Referenzobjekte) die Bewertungsfläche (siehe Anspruch 7) bestimmt.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die gelesenen und binär abgebilde­ ten Zeichen oder Objekte zunächst aus dem Gesamtrasterbild segmentiert (isoliert) werden, indem die Außenkontur jedes einzelnen Zeichens oder Objektes pixelweise abgetastet wird und die Tastergebnisse (Außenabmessungen) in eine Tabelle ge­ schrieben werden, deren Zeilenzahl von der Höhe der Zeichen oder Objekte abhängig ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeichen oder Objekte entsprechend den Tabellenwerten in einen ein- oder zweidimensionalen Zielbereich für die weitere Bearbeitung zur Zeichenerkennung kopiert werden.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die gelesenen und binär abgebildeten Zeichen oder Objekte nach dem Kopiervorgang entsprechend den Tabellenwerten ge­ löscht werden.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung von einem Außenkonturpixel aus nur in einer Richtung entweder rechtsdrehend oder linksdrehend erfolgt.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Außenkontur die Länge und der Anfang von Zeilenbalken und Spaltenbalken, bezogen auf die jeweilige zeilen- und spaltenweise Ausdehnung der binären Bilder, abgetastet wird.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die gelesenen und binär abgebilde­ ten Zeichen oder Objekte zunächst aus dem Gesamtrasterbild segmentiert (isoliert) werden, indem die gesamte abgebildete Fläche des Zeichens oder Objektes mit einer variablen Maske abgetastet wird, die Tastergebnisse in eine Tabelle geschrie­ ben werden, die binären Zeichen- oder Objektabbildungen ent­ sprechend den Tabellenwerten in einen Zielbereich für die weitere Bearbeitung zur Zeichenerkennung kopiert und nach dem Kopieren entsprechend den Tabellenwerten gelöscht werden.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmaske gebildet wird durch ein oder mehrere unmit­ telbar aufeinanderfolgende abgetastete Zeichenpixel der je­ weils bearbeiteten Nachbarzeile oder -spalte.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß bei Unterschreitung der Schwell­ werte für den Korrelationswert (größter Übereinstimmungsgrad bzw. kleinster Abweichungsgrad) und/oder des Distanzschwell­ wertes der Erkennungsvorgang unterbrochen wird und die binäre Abbildung des zu identifizierenden Zeichens und/oder Objektes auf einer Anzeigeeinrichtung besonders gekennzeichnet wieder­ gegeben wird zusammen mit dem das Zeichen und/oder Objekt um­ gebenden binären Bildbereich.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich das oder mehrere dem binären Abbild des zu identi­ fizierenden Zeichens und/oder Objektes am nächsten kommende kodierte Referenzrasterzeichen und/oder Referenzrasterobjekte oder binäre Referenzrasterbilder der Referenzrasterzeichen und/oder -objekte wiedergegeben werden.

26. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtastvorlauf vorgeschaltet wird, bei dem eine zeilen­ weise Abtastung des binären Abbildes einer Vorlage über die gesamte Breite der X-Achse durchgeführt wird, bis ein am höchsten aufragendes Zeichen oder Objekt ertastet wird, das dann als erstes dem Erkennungsverfahren unterworfen wird, wo­ bei nach erfolgter Erkennung die links und/oder rechts von diesem Zeichen oder Objekt befindlichen weiteren Zeichen ab­ getastet und bearbeitet werden.

27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Außenabmessungen der binären Abbildungen der Zeichen und/oder Objekte die Breite und Höhe des diese binären Abbildungen umhüllenden Rechtecks ermittelt wird.

28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die gelesenen, unbekannten Zeichen und/oder Objekte größennormiert werden,
indem aus den binären Abbildungen dieser Zeichen und/oder Ob­ jekte zeilen- und spaltenweise in regelmäßigen, vorgebbaren Abständen ein oder mehrere Bits entnommen und aneinanderge­ reiht werden, oder
indem in die binären Abbildungen zeilen- und spaltenweise in regelmäßigen, vorgebbaren Abständen ein oder mehrere den entnommenen Bits entsprechende Bits eingefügt werden.

29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der lokalen Zeichenunterkante eines gelesenen, unbekannten Zeichens nach erfolgter Identifikation des Zeichens der Zeichenunterkantenwert des zugeordneten Referenzzeichens als die jeweilige lokale Zeichenunterkante genommen wird.

30. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Datenregister (A-REG und B-REG) vorgesehen sind, in die die gelesenen, unbekannten Daten des zu identifizierenden Zei­ chens und/oder Objektes und die Vergleichsdaten der Referenz­ zeichen und/oder -objekte zeilenweise geladen werden,
daß das eine Datenregister (B-REG) eine Einrichtung zum Ver­ schieben der in dieses Datenregister geladenen Daten relativ zu den in das andere Datenregister (A-REG) geladenen Daten aufweist,
daß eine logische Vergleichseinrichtung (EXOR) die Daten des Datenregisters (A-REG) mit den Ausgangsdaten der Einrichtung zum Verschieben vergleicht,
daß der Vergleichseinrichtung (EXOR) ein Ergebniszähler (Bit- Counter) nachgeschaltet ist, dessen Zählergebnisse in mehrere Verschiebelage-Register (sum-registers) geladen werden,
daß ein Addierer (adder) die aufeinanderfolgenden, den jewei­ ligen Verschiebelage-Registern zugeordneten Zählergebnisse aufaddiert,
daß eine Sucheinrichtung zum Auffinden der Maximal- oder Mi­ nimalwerte der Verschiebelage-Register vorgesehen ist,
und daß die Maximal- oder Minimalwerte einem Rechner zuge­ führt werden, der zur Identifizierung des Zeichens und/oder Objektes den Extremwert ermittelt und mit einem vorgegebenen Schwellwert und einem vorgegebenen Distanzwert zum nächstbe­ sten Vergleichswert vergleicht.

31. Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verschieben (B 3, B 2, B 1, Shift-Mux) ein erstes Register (B 3) und ein zweites und ein drittes Register (B 2, B 1) aufweist, die dem ersten Register (B 3) nachgeschal­ tet sind und jeweils den vorvorletzten und den vorletzten Wert enthalten, der in das erste Register (B 3) geschrieben wurde,
daß zur vertikalen Verschiebung der Ausgang des dritten Regi­ sters (B 1) auf den Eingang des ersten Registers (B 3) schalt­ bar ist, so daß die Daten innerhalb der drei Register (B 3, B 2, B 1) rotieren können,
und daß zur horizontalen Verschiebung ein Schiebe-Multiplexer (Shift-Mux) vorgesehen ist, der dem ersten Register (B 3) nachgeschaltet ist und die Ausgangsdaten dieses Registers un­ verschoben sowie um ein Bit nach links und um ein Bit nach rechts verschoben an die logische Vergleichseinrichtung (EXOR) abgibt.

32. Anordnung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeich­ net, daß die logische Vergleichseinrichtung eine EXOR-, oder EXNOR- oder AND-Einrichtung ist.

33. Einrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß für die gelesenen, unbekannten Zeichen und/oder Objekte eine Einrichtung (Norm) zur Größennormierung vorgesehen ist, die ein Ergebnisregister aufweist, das rechts- oder linksbündig mit Daten beschreibbar ist, die Bits enthalten, welche aus in regelmäßigen, vorgebbaren Abständen aus den Eingangsdaten entnommenen, aneinandergereihten Bits bestehen.