DE3850066T2 - Dokumenten-Bildverarbeitungssystem. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft die Verarbeitung von Dokumenten wie Bankschecks mit hoher Geschwindigkeit und insbesondere ein System und ein Verfahren für die Aufnahme, Verarbeitung und Speicherung von Videobilddaten aus Dokumenten mit hoher Geschwindigkeit.
• Aus EP-A-0 113 410 kennt man einen Bildprozessor mit einer Abtasteinrichtung, die zum Abtasten eines Zielbereichs und zur Erzeugung einer Signalsequenz aus Graustufenwerten aus dem Abtastmuster ausgelegt ist. Darüber hinaus wird ein System beschrieben, das den Bildprozessor sowie ein Dokumenten-Bildverarbeitungsgerät wie beispielsweise ein Hochgeschwindigkeits- Lese/Sortiergerät enthält, das vom Typ her dem IBM Modell 3890 ähnlich ist.
• Dokumente wie Bankschecks werden gewöhnlich mit einem Hochgeschwindigkeits-Lese/Sortiergerät verarbeitet, das mit einer relativ hohen Geschwindigkeit in der Größenordnung von etwa 2400 Dokumenten pro Minute arbeitet. Bei der Bearbeitung der Dokumente durch das Lese/Sortiergerät werden sie an einem Magnetschrifterkennungs-Lesegerät vorbeigeführt, das die Magnetschriftzeichen auf den Dokumenten liest. Die Dokumente können auch an einer Mikrofilmstation vorbei geführt werden, die die Vorderseite und die Rückseite des Dokuments auf Mikrofilm aufnimmt. Anschließend wird das Dokument in eines von mehreren Ausgabefächern einsortiert. Um sicherzugehen, daß ein lesbares Abbild des Dokuments auf Mikrofilm aufgenommen worden ist, müssen die Dokumente so lange aufbewahrt werden, bis der Mikrofilm dem Gerät entnommen und entwickelt worden ist, was mehrere Tage dauern kann. Im Falle von Bankschecks möchten die Bankinstitute jedoch die Schecks so schnell wie möglich verarbeiten und weiterleiten, um die "Laufzeit" zu reduzieren. Dementsprechend stehen die Institutionen dem Problem gegenüber, entweder die Dokumente freizugeben und weiterzuleiten, bevor sie die Bestätigung erhalten, daß die Aufnahme auf Mikrofilm gelungen ist, oder die Dokumente aufzubewahren, bis der Mikrofilm entwickelt worden ist, und die mit dieser Verzögerung verbundenen zusätzlichen Kosten in Kauf zu nehmen.
• Um dieses Problem zu bewältigen, wurde vorgeschlagen, die Abbilder der Dokumente mittels Videobildtechnik elektronisch statt auf Mikrofilm aufzunehmen. Aufgrund der großen Menge der zu verarbeitenden Dokumente und der zur Wiedergabe der Bilder auf den Dokumenten erforderlichen großen Menge von Videobilddaten ist dieser Ansatz bis heute technisch nicht durchführbar. Eine kürzliche Studie der Federal Reserve Bank kam sogar zu dem Ergebnis, daß die Hochgeschwindigkeits-Aufnahme und -Speicherung von Videobilddaten von Bankschecks mit der heutigen Videoverarbeitungstechnologie nicht durchführbar ist.
• Um eine gute Bildqualität zu erhalten, ist es anzustreben, eine relativ hohe Auflösung, z. B. 240 Bildpunkte pro Zoll, zu verwenden. Um Informationen mit hohem Kontrast wie Zahlen und Unterschriften ebenso wie Informationen mit geringerem Kontrast wie Aufprägungen und Vermerke befriedigend wiedergeben zu können, müssen die Bilder bei hoher Auflösung mit mehreren Graustufen aufgenommen werden. Zur Aufnahme von Graustufendaten von beiden Seiten eines Bankschecks bei einer Auflösung von 240 Bildpunkten pro Zoll und mit 256 Graustufen wären 1,48 Megabyte Videobilddaten erforderlich. Damit die Schecks mit einer Geschwindigkeit von 40 Dokumenten pro Sekunde zugeführt werden können, müßten daher etwa 118 Megabyte Videobilddaten pro Sekunde verarbeitet werden.
• Es ist daher leicht einzusehen, daß die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung von Videobilddaten von Schecks eine extrem große Menge von Videobilddaten erzeugt. Die Möglichkeit, Daten in diesen großen Mengen über eine längere Zeitspanne verarbeiten zu können, stellt eine ernste technologische Herausforderung dar. Da ein diese Technologie verwendendes Dokumenten-Verarbeitungssystem außerdem während längerer Zeitspannen zwischen Tagen und Monaten oder gar Jahren Speicherplatz für die Abbilder der Schecks zur Verfügung stellen müßte, ergeben sich auch bei der Bereitstellung eines gangbaren Wegs für die Speicherung von und für den Zugriff auf riesige Mengen von Videobilddaten bedeutende Probleme. Die Bilddaten könnten zwar theoretisch auf sehr schnellen Datenmassenspeichern wie magnetischen Direktzugriffspeichereinheiten gespeichert werden, wenn man jedoch die für mehrere Monate oder auch nur für mehrere Tage erforderliche Speicherplatzmenge für die Videobilddaten berücksichtigt, ist diese Speicherart aus Kostengründen auszuschließen. Es stehen zwar optische Speichervorrichtungen zur Verfügung, die eine kostengünstigere Alternative für die Datenmassenspeicherung bieten, aber die Datenübertragungsgeschwindigkeiten der gegenwärtig verfügbaren optischen Datenspeichervorrichtungen sind erheblich niedriger als die Datenübertragungsgeschwindigkeiten von magnetischen Direktzugriffspeichereinheiten, und die gegenwärtig verfügbaren optischen Datenspeichervorrichtungen sind auch nicht in der Lage, die Videobilddaten mit der Geschwindigkeit, mit der sie erzeugt werden, aufzunehmen, selbst wenn man ausgeklügelte und mächtige Datenkompressionsverfahren einsetzen würde.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und Verfahren bereitzustellen, das die Hochgeschwindigkeits-Aufnahme, -Verarbeitung und -Speicherung von Videobilddaten von Dokumenten wie Bankschecks, insbesondere unter dem Gesichtspunkt wirtschaftlich vertretbarer Kosten, mit einer Qualität erlaubt, die für die Wiedergabe eines Abbilds des Dokuments in befriedigender Qualität genügt.
• Die Erfindung ist insbesondere darauf ausgerichtet, die Bildqualität auf Echtzeitbasis zu überwachen, so daß sofort korrigierend eingegriffen werden kann, wenn die von den Dokumenten aufgenommenen Bilder qualitativ ungenügend sind, sowie unverzüglich angemessene Korrekturen vorzunehmen, falls die Qualität der Abbilder von den Dokumenten nicht mehr akzeptabel ist.
• Diese Aufgaben der Erfindung werden durch die Merkmale der Hauptansprüche bewerkstelligt. Weitere Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
• Der Aufbau des Bildverarbeitungssystem und das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren werden nun ausführlicher beschrieben.
• Gemäß einem Aspekt enthält das erfindungsgemäße Bildverarbeitungssystem eine Dokumenttransportvorrichtung zur Beförderung einer Reihe von aufeinanderfolgenden Dokumenten auf einem festgelegten Weg und eine mit der Transportvorrichtung zusammenarbeitende Abtasteinrichtung zum optischen Abtasten der aufeinanderfolgenden Dokumente und zur Umwandlung optisch wahrnehmbarer Bilder auf Dokumenten in Videobilddaten. Die Videobilddaten von der Abtastvorrichtung werden durch Datenkompressionsverfahren komprimiert, und die komprimierten Daten werden über einen Hochgeschwindigkeits-Datenkanal an eine Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung geschickt, die die komprimierten Videobilddaten empfängt und vorübergehend speichert. Die Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung kann beispielsweise eine Direktzugriffsmagnetspeichervorrichtung einschließen. Es ist eine vergleichsweise langsamere Datenmassenspeichervorrichtung wie eine optische Platte angeschlossen, um die komprimierten Videobilddaten mit einer geringeren Datenübertragungsgeschwindigkeit von der Hochgeschwindigkeits- Datenmassenspeichervorrichtung aufzunehmen und die Videobilddaten für den anschließenden Zugriff zu speichern. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Dokumenttransportvorrichtung ein Hochgeschwindigkeits-Lese/Sortiergerät, das in der Lage ist, Dokumente mit einer relativ hohen Geschwindigkeit von über 1.000 Dokumenten pro Minute weiterzuleiten.
• Das System enthält vorzugsweise ferner einen dem Kanal vorgeschalteten Datenpuffer, der zwischen der Datenkompressionsvorrichtung und dem Hochgeschwindigkeits-Datenkanal angeschlossen ist, um den Datenstrom zum Hochgeschwindigkeitskanal hin zu empfangen und zwischenzuspeichern. Der Puffer dient dazu, Datenverluste zu vermeiden, falls die Datenübertragung von der Datenkompressionsvorrichtung vorübergehend schneller erfolgt, als der Hochgeschwindigkeits-Datenkanal Daten aufnehmen kann. Außerdem ist es wünschenswert, daß das System auch einen dem Kanal nachgeschalteten Datenpuffer enthält, der zwischen dem Hochgeschwindigkeits-Datenkanal und der Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung angeschlossen ist. Der dem Kanal nachgeschaltete Datenpuffer dient dazu, den Datenstrom zur Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung zu empfangen und zwischenzuspeichern, um Datenverlust zu vermeiden, falls die Datenübertragung vom Hochgeschwindigkeits-Datenkanal vorübergehend schneller erfolgt, als die Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung Daten empfangen kann.
• Zum Abtasten von Bankschecks ist die Abtastvorrichtung so ausgelegt, daß sie sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite des jeweiligen Dokuments abtasten kann. Die Hochgeschwindigkeits-Speichervorrichtung und auch die langsamere Speichervorrichtung speichern Videobilddaten sowohl von der Vorderseite als auch der Rückseite des jeweiligen Dokuments. Die von der Dokumentenabtastvorrichtung aufgenommenen Videobilddaten werden einem Bildprozessor zugeführt, der die Daten der Abtastvorrichtung in digitale, hochaufgelöste Graustufen-Videobilddaten umwandelt. Um die Menge der Bilddaten weiter zu verringern, enthält der Bildprozessor Kompressionsmittel zur Reduzierung der digitalen, hochaufgelösten Graustufen-Videobilddaten (z. B. 240 Bildpunkte pro Zoll) auf digitale, niedriger aufgelöste Graustufen-Videobilddaten (z. B. 80 Bildpunkte pro Zoll) sowie eine Vorrichtung, in der ein Schwellenwertverfahren die digitalen, hochaufgelösten Graustufen-Videobilddaten in digitale, hochaufgelöste Schwarzweiß-Videobilddaten umwandelt. Sowohl die niedriger aufgelösten Graustufen-Videobilddaten als auch die hochaufgelösten Schwarzweiß-Videobilddaten werden dann jeweils durch Datenkompressionsverfahren komprimiert.
• Die vorliegende Erfindung bietet auch die Möglichkeit, bei der Verarbeitung der Dokumente die Qualität der von den Dokumenten aufgenommenen Abbilder in Echtzeit zu überwachen. Eines der Verfahren zur Qualitätskontrolle von Abbildern in Echtzeit beinhaltet das Überwachen des Kompressionsgrads der Bilddaten durch die Datenkompressionseinheit. Liegt der Kompressionsgrad der Daten außerhalb der festgelegten Parameter - die eine akzeptable Bildqualität bedeuten - , dann wird ein Fehlersignal erzeugt. Falls die Videobilddaten zum Beispiel zu stark komprimiert werden, was ein Zeichen dafür ist, daß es zu wenig oder überhaupt keine Videobilddaten gibt, dann wird ein Fehlersignal erzeugt. Das Fehlersignal kann dazu dienen, die Dokumenttransportvorrichtung sofort anzuhalten, um dadurch die Erzeugung von Bilddaten mit ungenügender Qualität aus den Dokumenten anzuhalten.
• Ein weiteres Verfahren zur Qualitätskontrolle von Abbildern in Echtzeit beinhaltet das Überwachen der charakteristischen Merkmale von Videobilddaten und die Erzeugung eines Fehlersignals, falls die charakteristischen Merkmale der Videobilddaten außerhalb eines festgelegten Wertebereichs liegen, der eine akzeptable Bildqualität bedeutet. Das System kann beispielsweise die Verteilung der Graustufenwerte in den digitalen, hochaufgelösten Graustufen-Videobilddaten überwachen. Die Graustufenverteilung bzw. das "Histogramm" von Abbildern mit akzeptabler Qualität müßte innerhalb bestimmter, festgelegter Grenzen liegen. Liegen die Graustufenwerte außerhalb dieser Grenzen, wäre dies ein Anzeichen für eine schlechte Bildqualität, und es würde ein Fehlersignal erzeugt werden. Das Fehlersignal kann wiederum dazu dienen, die Dokumenttransportvorrichtung sofort anzuhalten und dadurch die Erzeugung von Bilddaten mit ungenügender Qualität aus den Dokumenten anzuhalten.
• Damit die erforderliche Datendurchsatzrate erzielt wird, werden mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig (Verarbeiten der Abbilder von Vorder- und Rückseite der Dokumente) und parallel (Verarbeitung der Abbilder aller Dokumenten-Vorderseiten oder Verarbeitung der Abbilder aller Dokumenten-Rückseiten) durchgeführt. Die Zahl der zur Verarbeitung erforderlichen parallelen Pfade ist eine Funktion der Transportdurchsatzrate. Daher erfordert die Beförderung von Dokumenten mit hoher Durchsatzrate mehr parallele Verarbeitungspfade als die Beförderung von Dokumenten mit einer niedrigeren Durchsatzrate. Dieser Aufbau gestattet es, daß für Dokumenttransportvorrichtungen mit sehr unterschiedlichen Verarbeitungsgeschwindigkeiten das gleiche Bildabtastungs- Grundsystem installiert werden kann.
• Die Verarbeitung der Daten auf den Pfaden erfolgt unter Kontrolle einer programmierbaren Logikeinheit. Der Kontrollogik wird der Status der Datenverarbeitung von jedem Pfad übermittelt. Anhand dieses Status entscheidet die Kontrollogik, welcher Pfad das nächste zu verarbeitende Dokumentenabbild erhält. Falls das Abbild in einem bestimmten Pfad noch nicht vollständig verarbeitet ist, kann dieser Pfad daher übersprungen und der nächste verfügbare Pfad zur Verarbeitung des Bilds verwendet werden. Auch wenn in einem bestimmten Verarbeitungspfad ein Gerätefehler entdeckt wird, kann dieser Pfad durch die Kontrollogik so lange übersprungen werden, bis er repariert worden ist (der Durchsatz der Dokumenttransportvorrichtung wird zwar aufgrund des Verlusts des Verarbeitungspfads vermindert, aber das System kann weiterhin verwendet werden: der Benutzer kann weiterhin Dokumente mit einer geringeren Geschwindigkeit verarbeiten und muß nicht völlig auf die Verwendung des Bildverarbeitungssystems verzichten).
• Das System setzt zur Verarbeitung der Bilder auf den Vorderseiten der Dokumente eine Reihe paralleler Verarbeitungspfade ein; zur Verarbeitung der Bilder auf den Rückseiten der Dokumente setzt es eine weitere Reihe paralleler Verarbeitungspfade ein. Somit kann das System beispielsweise zur gleichzeitigen Verarbeitung der Bilddaten von der Vorderseite und der Rückseite der Dokumente eine Vielzahl parallel arbeitender Bildverarbeitungseinheiten einsetzen.
• Einige Merkmale und Vorteile der Erfindung wurden bereits genannt, andere gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen hervor, wobei:
• Fig. 1 ein schematisches Funktionsdiagramm des erfindungsgemäßen Videobildverarbeitungssystems ist,
• Fig. 2 ein schematisches Systemdiagramm ist, das das Abtast- und Kompressions-Subsystem detaillierter zeigt, und
• Fig. 3 ein schematisches Systemdiagramm der Bildverarbeitungs- und Bildkompressionseinheit ist.
• Das Dokumenten-Bildverarbeitungssystem der vorliegenden Erfindung kann eine handelsübliche Hochgeschwindigkeits-Lese/Sortiervorrichtung für Dokumente wie das Lese/Sortiergerät IBM 3890 zur Verarbeitung von Dokumenten mit hoher Geschwindigkeit in der Größenordnung von etwa 2400 Dokumenten pro Minute einsetzen. Eine Dokumenten-Lese/Sortiervorrichtung dieser Art wird in Fig. 1 schematisch durch die Bezugsnummer 10 bezeichnet und enthält eine Steuereinheit 11, die auf bekannte Weise funktional an andere Baugruppen 12 eines Verarbeitungssystems für Schecks angeschlossen ist. Die Lese/Sortiervorrichtung enthält eine Zufuhrvorrichtung 13 für Dokumente, die üblicherweise ein Magazin zur Aufnahme eines Dokumentenvorrats und einen Zufuhrmechanismus enthält, der die Dokumente nacheinander aus dem Magazin der Dokumenttransportvorrichtung 14 zuführt. Beim Transport der Dokumente durch die Lese/Sortiervorrichtung durch die Transportvorrichtung 14 können sie an einem Magnetschrifterkennungsmodul 15 vorbeigeführt werden, das in Magnetschriftzeichen auf dem Dokument codierte Informationen liest. Die Dokumente können auch an einem optionalen Mikrofilm-Modul 16 vorbeigeführt werden, das die Vorder- und Rückseite des jeweiligen Dokuments auf Mikrofilm aufnimmt. Schließlich werden die Dokumente zu einer Ablage 17 transportiert, die eine Reihe von Ausgabefächern enthalten kann, in welche die Dokumente einsortiert werden. Alle vorgenannten Baugruppen sind normalerweise in einem Hochgeschwindigkeits- Lese/Sortiergerät für Dokumente vorgesehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Bildabtastvorrichtung 20 anstelle oder zusätzlich zum Mikrofilm-Modul in die Lese/Sortiervorrichtung eingebaut, so daß die Vorder- und Rückseite der Dokumente beim Transport durch die Lesevorrichtung abgetastet und optisch wahrnehmbare Informationen auf den Dokumenten in Videobilddaten umgeformt werden. Die Bildabtastungsvorrichtung 20 kann beispielsweise ein Abtastfeld aus ladungsgekoppelten Bausteinen (charge coupled devices, CCD) enthalten, das eine Abfolge analoger Werte erzeugt, die die hellen und dunklen Bildflächen darstellen, aus denen das Bild auf dem Dokument besteht. Wie Fig. 2 zeigt, enthält die Bildabtastvorrichtung 20 eine Abtastvorrichtung 20a für die Vorderseite und eine Abtastvorrichtung 20b für die Rückseite, die so angeordnet sind, daß gleichzeitig sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite der Dokumente abgetastet werden kann. Die Abtastfelder 20a bzw. 20b sind mit Analog/Digitalwandlern 20a bzw. 20b verbunden, welche die analogen Werte in diskrete binäre Graustufenwerte mit 256 Graustufen umwandeln.
• Gemäß der Darstellung in Fig. 1 unter Bezugsnummer 23 werden die hochaufgelösten Graustufen-Bilddaten aus der Abtastvorrichtung einem Bilddatenpräprozessor zugeführt, in welchem die Bilddaten ergänzt und/oder geglättet werden können und der gleichzeitig dazu dient, die Kanten aufeinanderfolgender Dokumente zu erfassen und unwichtige Daten zwischen den Dokumenten zu verwerfen. Falls die Dokumente leicht schräg liegen, kann der Bildpräprozessor die Bilddaten drehen, um die anschließende Verarbeitung zu vereinfachen.
• Die charakteristischen Merkmale der Videobilddaten werden auf ungenügende Bildqualität gemäß Bezugsnummer 24 überwacht, und, falls nötig, kann der Betrieb der Dokumenttransportvorrichtung verändert oder angehalten werden, um zu vermeiden, daß schlechte Bilddaten aufgenommen werden. Beispielsweise kann die Einheit 24, die die Bildqualität überwacht, die Verteilung der Graustufenwerte in den Bilddaten überwachen und ein "Histogramm" erstellen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Verteilung von Graustufenwerten bei Bildern mit akzeptabler Qualität normalerweise innerhalb bestimmter, vorgegebener Grenzen liegt. Falls die Graustufenverteilung des Histogramms außerhalb dieser vorgegebenen Grenzen läge, dann zeigte dies eine schlechte Bildqualität an, und ein Fehlersignal würde erzeugt werden. Das Fehlersignal kann wiederum dazu dienen, die Dokumenttransportvorrichtung anzuhalten, was durch die Steuersignalleitung 24a in Fig. 1 dargestellt ist. Nach der Überprüfung der Bildqualität werden die Bilddaten gemäß Bezugsnummer 26 Verfahren zur Reduktion und Kompression von Bilddaten unterzogen, um so die Bandbreite und den Speicherbedarf der Bilddaten zu reduzieren. Die komprimierten Bilddaten werden danach über einen Hochgeschwindigkeits- Datenkanal 30 in einem Bildpuffer 40 vorübergehend zwischengespeichert. Der Bildpuffer 40 kann eine Hochgeschwindigkeits- Magnetplattenspeichereinheit enthalten.
• Die Menge der Videobilddaten kann je nach Größe und Art des Dokuments und je nach Leistungsfähigkeit der Datenkompression und -reduktion beim jeweiligen Dokument unterschiedlich sein. Um sicherzugehen, daß keine Daten verloren gehen, falls die Menge der Bilddaten zeitweilig über der Übertragungskapazität des Hochgeschwindigkeits-Datenkanals 30 liegt, befindet sich vor dem Datenkanal 30 ein Puffer 28 in einem vorgelagerten Kanal. Die Kapazität des Puffers im vorgelagerten Kanal wird laufend überwacht, und es werden, wie dies Bezugsnummer 29 andeutet, Informationen hinsichtlich der Kapazität des Puffers im vorgelagerten Kanal zur Zufuhrvorrichtung 13 für Dokumente und zur Dokumenttransportvorrichtung 14 zurückgeleitet, damit nötigenfalls angemessene Maßnahmen ergriffen werden können, um ein Überfüllen des Puffers im vorgelagerten Kanal und den Verlust von Videobilddaten zu vermeiden.
• Die Bilddaten aus dem Hochgeschwindigkeits-Datenkanal 30 werden in einen dem Kanal nachgeschalteten Puffer 32 eingelesen. Die Bilddaten aus dem dem Kanal nachgeschalteten Puffer 32 werden schließlich von der Zentraleinheit eines Zentralrechners empfangen, der in Fig. 1 durch die Bezugsnummer 50 dargestellt ist. Die zu dem Prozessor 50 gehörenden Eingabe- und Ausgabedatenkanäle sind allgemein mit 52 bezeichnet.
• Die komprimierten Videobilddaten, die über den Hochgeschwindigkeits-Datenkanal 30 empfangen werden, werden zunächst über einen Bildpuffer-Datenkanal 52a zur zeitweiligen Speicherung dem Bildpuffer 40 zugeführt. Der Bildpuffer 40 ist vorzugsweise so groß, daß er die Bilddaten von wenigstens mehreren Sätzen oder Durchgängen von Schecks speichern kann, und am bevorzugtesten könnte er die Bilddaten von mehreren Tagen aufnehmen und speichern. Der dem Kanal nachgeschaltete Puffer 32 dient dazu, eventuellen Datenverlust zu vermeiden, falls die Datenübertragung über den Hochgeschwindigkeits-Datenkanal 30 zeitweilig schneller erfolgt, als der Bildpuffer 40 oder der Bildpuffer- Datenkanal 52 Daten empfangen und verarbeiten können.
• Zu einem günstigen Zeitpunkt, z. B. während Zeiten geringer Verarbeitungsanforderungen, werden die Datensätze aus dem Bildpuffer 40 zu einer langsameren Langzeit-Bildspeichervorrichtung 54, z. B. einer optischen Platte, übertragen. Gemäß Fig. 1 wird die Übertragung von Bilddaten durch das Einlesen von Datensätzen aus dem Bildpuffer 40 über den Bildpuffer-Datenkanal 52a zum Hauptprozessor 50 bewirkt, der die Daten wiederum über den Bildspeicher-Datenkanal 52c zur Bildspeichereinheit 54 lenkt.
• Das Videoverarbeitungssystem setzt ferner eine Anzahl von Bilddatenstationen zum Zugriff auf die aufgenommenen Videobilddaten ein. Eine dieser Bilddatenstationen ist in Fig. 1 durch die Bezugsnummer 60 dargestellt und enthält eine Anzeigevorrichtung 61 für Abbilder, z. B. einen Kathodenstrahlröhren-Bildschirm, sowie einen Abbilddrucker 62. Von einer Bilddatenstation 60 aus kann über einen Bildzugriff-Datenkanal 52d auf Datensätze entweder aus dem Bildpuffer 40 oder aus der Bildspeichereinheit 54 zugegriffen werden. Zum leichteren Zugriff auf die Abbilder können der Bildpuffer 40 und die Bildspeichereinheit 54 geeignete Kennungen aufweisen. Beispielsweise können die Abbilder durch die den Dokumenten beim Abtasten zugeordnete Folgenummer indiziert werden.
• Zur Bewältigung der großen, ununterbrochenen Datenmengen, die im Dokumentenverarbeitungssystem erzeugt werden, setzt das System mehrere identische parallele Pfade für den Bilddatenstrom ein. Wie am besten Fig. 2 zu entnehmen ist, fließen Bilddaten von der Abtastvorrichtung 20a für die Vorderseite und von der Abtastvorrichtung 20b für die Rückseite auf parallelen Datenpfaden, um gleichzeitig verarbeitet zu werden. Eine jedem Datenpfad zugehörige Bildanalyseeinheit 70 prüft die digitalisierten Videodaten bei deren Übertragung in die jeweiligen Bildvorbearbeitungs- und Bildkompressionseinheiten 74. Durch Vergleich der Werte der einzelnen Bildpunkte mit einem festgelegten Schwellenwert können die zum Abbild des Dokuments gehörigen Bildpunkte von denjenigen aus dem überflüssigen Videobereich um und zwischen den Dokumenten unterschieden werden. Die Randpositionen der Dokumente werden ermittelt und an die Bildvorbearbeitungs- und Bildkompressionseinheiten weitergeleitet. Die Bildanalyseeinheit überwacht auch die charakteristischen Merkmale des Videobilds durch Erzeugung eines Histogramms aus den Werten der Bildpunkte. Das Histogramm wird dann mit den Histogrammen bekannter Fehlerarten wie bei einem zu dunklen Bild, einem zu hellen Bild und fehlerhafter Ausgabe der Abtastvorrichtung verglichen. Die Ergebnisse dieses Vergleichs können zur Erzeugung eines Fehlersignals an das Bedienungspersonal verwendet werden, damit dieses entsprechende Reparaturmaßnahmen ergreifen kann.
• Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, werden die Daten von den Abtastvorrichtungen für die Vorder- bzw. Rückseite im wesentlichen gleich behandelt. Für jeden Datenpfad ist eine Reihe von Bildverarbeitungs- und Bildkompressionseinheiten 74 vorgesehen. Die programmierbare Prozeßkontrollogik 71 stellt fest, in welche Einheit 74 das Abbild eines Dokuments geladen werden soll und überwacht die Verarbeitung der Bilddaten in allen Bildverarbeitungs- und Bildkompressionseinheiten. Ist eine bestimmte Einheit belegt oder nicht funktionstüchtig, dann kann diese Einheit übersprungen werden, und die nächste verfügbare Einheit wird mit dem Abbild des Dokuments geladen. Die Zahl der zum Erreichen der nötigen Bildverarbeitungsdurchsatzrate erforderlichen Bildverarbeitungs- und Bildkompressionseinheiten wird durch die Durchsatzrate der Dokumenttransportvorrichtung bestimmt - je größer die Durchsatzrate der Dokumenttransportvorrichtung, desto mehr Bildverarbeitungs- und Bildkompressionseinheiten werden benötigt. Die verarbeiteten und komprimierten Bilddaten der jeweiligen Bildverarbeitungs- und Bildkompressionseinheiten werden dann zu dem dem Kanal vorgeschalteten Puffer 28 und anschließend zum Hochgeschwindigkeits-Datenkanal 30 geführt.
• Fig. 3 zeigt die Betriebsweise der Bildverarbeitungs- und Bildkompressionseinheiten im einzelnen. Jede dieser Einheiten 74 enthält einen Puffer 75 für die Rohdaten des Bilds, in welchen die Bilddaten anfänglich hineingeschrieben werden. Ein Modul 76, das unnötige Informationen an den Rändern ausschließt und das Abbild, falls nötig, dreht, ist mit dem Puffer für die Rohdaten des Bilds verbunden. Die von der Bildanalyseeinheit 70 ermittelten Positionsparameter des Dokuments werden zum Modul 76 geleitet, das unnötige Informationen an den Rändern ausschließt und das Abbild, falls nötig, dreht. Die Parameter werden zur Erzeugung der Adresse jedes Bildpunkts im Dokument, so wie es im Puffer 75 für die Rohdaten des Bilds gespeichert ist, verwendet. Die Kanten des Abbilds um das Dokument herum werden verworfen, indem diese Bildpunkte nicht adressiert werden, so daß nur Bildpunkte adressiert werden, die Teil des Abbilds des Dokuments sein sollen. Jeder adressierte Bildpunkt wird aus dem Puffer 75 für die Rohdaten des Bilds weitergeleitet, um das Schwarzweiß- Schwellenwertverfahren 77 und die Reduzierung 78 der Graustufenauflösung durchzuführen. Beim Zugriff auf die Bildpunkte werden sie in einer Art und Weise adressiert, die den Kanten des Abbilds im Speicher folgt. Dies bewirkt eine Drehung des Abbilds, so daß es, wenn es später angezeigt wird, auf dem gewünschten Anzeigebildschirm oder Ausdruck gerade ausgerichtet erscheint.
• An dieser Stelle wird eine weitere Reduzierung der Bilddatenmenge erreicht, indem zur Speicherung zwei separate Versionen der Bilddaten erzeugt werden, nämlich ein Schwarzweißbild mit der vollen Auflösung und ein Graustufenbild mit geringerer Auflösung. Dieser Ansatz erzielt eine wesentliche Datenreduzierung und erhält sowohl hohen Kontrast für scharfe Linien und Druckzeichen als auch eine qualitativ hohe Darstellung heller Bereiche mit fließenden Übergängen für aufgestempelte Vermerke, handschriftliche Anmerkungen und dergleichen. Die beiden separaten Abbilder könnten später durch einen geeigneten Mischungsalgorithmus vereint werden, um ein hochaufgelöstes Graustufen- Videobild zu rekonstruieren.
• Um wieder auf Fig. 3 zurückzukommen, werden die Daten des hochaufgelösten Graustufenbilds durch eine Einheit 77 für Schwarzweiß-Schwellenwertverfahren in die binären Daten eines Schwarzweißbilds mit der Auflösung der Aufnahme umgeformt. Dadurch können die Daten jeweils eines Bildpunkts in einem Bit gespeichert werden, während für die Darstellung mit 256 Graustufen ein Byte gebraucht wird. Das Schwarzweiß-Schwellenwertverfahren verwendet ein dynamisches oder adaptives Schwellenwertverfahren, das Hintergrundschatten feststellt und diese korrigiert und das feststellt, ob ein Bildpunkt schwarz oder weiß sein sollte. Dieses adaptive Schwellenwertverfahren bietet einen Vergleich des Graustufenwerts eines Bildpunkts mit denen seiner Nachbarn und geht von einem Ansatz über einen Laplace-Operator für verbesserte Kanten aus. Ein nichtlinearer, adaptiver Geschwindigkeitsfaktor sorgt für eine zusätzliche Abschwächung des Rauschens.
• Die Ermittlung der binären Ausgabeentscheidung beruht darauf, ob der aktuell betrachtete Bildpunkt wesentlich schwärzer als die ihn umgebenden Bildpunkte ist. Die Fläche der zu betrachtenden Umgebung ist mindestens so groß wie ein gedrucktes oder aufgestempeltes Zeichen, das sich von seinem Hintergrund abhebt. Zur Erzeugung des Hintergrundwerts wird ein Ansatz zur laufenden Mittelwertbildung mit einem Durchlauf bevorzugt. Ist der Kontrast des Zeichens im Verhältnis zum Untergrund groß, dann wird der Schwellenwert zusätzlich erhöht, um das "Rauschen" durch Schmutz, Kleckse, aufgedruckte Anmerkungen usw. zu reduzieren. Der Mittelwert muß sich nach einem sehr dunklen Zeichen rasch anpassen, damit ein nachfolgendes helleres Zeichen berücksichtigt wird. Durch ein nichtlineares Aktualisierungsverhältnis (oder einen Wichtungswert für den Mittelwert) kann der Mittelwert rasch an Signale mit hohem Kontrast angepaßt werden, und er neigt eher dazu, den schwärzeren Signalspitzen der Bildpunkte von Druckzeichen zu folgen.
• Die Daten des hochaufgelösten Graustufenbilds aus dem Puffer mit den Rohdaten des Bilds werden ebenfalls einer die Graustufenauflösung reduzierenden Einheit 78 zugeführt. Durch Mittelwertbildung über fortlaufende Gruppen von Bildpunkten mit höherer Auflösung erzeugt die die Auflösung reduzierende Einheit ein Graustufenbild mit geringerer Auflösung. Die Auflösung kann beispielsweise um ein Drittel von 240 Bildpunkten pro Zoll auf 80 Bildpunkte pro Zoll reduziert werden. In diesem Fall nimmt jeder niedrig aufgelöste Bildpunkt die Fläche von 3 · 3 Bildpunkten ein, und daher wird sein Graustufenwert durch Mittelwertbildung über die Graustufenwerte der 9 entsprechenden hochaufgelösten Bildpunkte berechnet.
• Die ursprünglich aufgenommenen Graustufenwerte wurden durch Werte aus jeweils einem Byte dargestellt, um 256 verschiedene Graustufen darstellen zu können. Verwendet man nur ein halbes Byte pro Bildpunkt (4 Bit) statt eines ganzen Bytes, kann die Datenmenge weiter verringert werden, da dadurch nur noch die Werte von 16 verschiedenen Graustufen gespeichert werden können. Diese verschiedenen Werte werden gleichmäßig auf die ursprünglichen Graustufenwerte zwischen 0 und 255 verteilt.
• Die Daten des geringer aufgelösten Graustufenbilds und die über das Schwellenwertverfahren ermittelten Daten des Schwarzweißbilds werden jeweils entsprechenden Bildkompressionseinheiten 80, 81 zugeführt. Es wurden geeignete Datenkompressionseinheiten mit relativ hohen Datenkompressionsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von etwa 5 Megabyte pro Sekunde entwickelt, die bekannte Kompressionsverfahren wie die eindimensionale, modifizierte Huffman-Codierung, zweidimensionales, modifiziertes Lesecodieren mit programmierbarem K-Parameter und die adaptive, arithmetische Codierung einsetzen. Die auf diese Weise komprimierten Daten des niedrig aufgelösten Graustufenbilds und des hochaufgelösten Schwarzweißbilds werden für einen anschließenden separaten Speichervorgang bzw. Zugriff über den Datenkanal 30 in den dem Kanal vorgelagerten Puffer 28 geleitet.

Claims (23)

1. System zur Aufnahme, Verarbeitung und Speicherung von Videobilddaten von Dokumenten wie Bankschecks mit hoher Geschwindigkeit mit

Dokumenttransportmitteln (14) zum Transport einer Reihe aufeinanderfolgender Dokumente auf einem festgelegten Verkehrsweg,

mit den Dokumenttransportmitteln zusammenarbeitende Dokumentenabtastmittel (20), die die aufeinanderfolgenden Dokumente optisch abtasten und darauf befindliche optisch wahrnehmbare Bilder in Videobilddaten umwandeln,

mit den Abtastmitteln zusammenarbeitende Bildprozessormittel (23), die die Videobilddaten, welche die optisch wahrnehmbaren Bilder auf den Dokumenten darstellen, empfangen, wobei die Bildprozessormittel Mittel zur Umwandlung der von den Abtastmitteln erzeugten Videobilddaten in digitale Graustufen-Videobilddaten mit einer festgelegten ersten Auflösung, die Auflösung reduzierende Mittel zur Reduzierung der Graustufen-Videobilddaten auf digitale Graustufen- Videobilddaten mit einer zweiten Auflösung, die kleiner als die erste Auflösung ist, und schwellenwertbildende Mittel zur Umwandlung der digitalen Graustufen-Videobilddaten mit der ersten Auflösung in Schwarzweiß-Videobilddaten mit der ersten Auflösung einschließen,

Bilddatenkompressionsmitteln zum Empfangen und Komprimieren der von den Bildprozessormitteln erzeugten Videobilddaten, wobei die Bilddatenkompressionsmittel Mittel zum Empfangen und Komprimieren der Graustufen-Videobilddaten mit niedriger Auflösung von den Bildprozessormitteln und Mittel zum Empfangen und Komprimieren der Schwarzweiß-Videobilddaten mit höherer Auflösung von den Bildprozessormitteln einschließen,

einem Hochgeschwindigkeits-Datenkanal (30) zum Empfangen der komprimierten Graustufen-Videobilddaten mit niedrigerer Auflösung und der komprimierten Schwarzweiß-Videobilddaten mit höherer Auflösung von den Kompressionsmitteln mit einer relativ hohen Datenübertragungsgeschwindigkeit, und

einer an den Hochgeschwindigkeits-Datenkanal angeschlossenen Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung (40) zum Empfangen und Speichern sowohl der komprimierten Graustufen- Videobilddaten mit niedrigerer Auflösung als auch der komprimierten Schwarzweiß-Videobilddaten mit höherer Auflösung.

2. System gemäß Anspruch 1, wobei die Bildprozessormittel eine Vielzahl von Bildprozessoreinheiten, von denen jede die Auflösung reduzierenden Mittel und die schwellenwertbildenden Mittel einschließt, und Mittel einschließen, welche die Bildprozessoreinheiten so verbinden, daß sie im Parallelbetrieb Videobilddaten von entsprechenden Dokumenten empfangen und gleichzeitig die Graustufen-Videobilddaten mit niedrigerer Auflösung und die Schwarzweiß-Videobilddaten mit höherer Auflösung für die entsprechenden Dokumente erzeugen.

3. System gemäß Anspruch 2 mit Logikmitteln für die Prozeßsteuerung, die mit den entsprechenden Bildprozessoreinheiten zusammenarbeiten, um den Strom von Dokumentenbildern zu einer verfügbaren Bildprozessoreinheit zu steuern, während die Verarbeitung von anderen Dokumentenbildern von anderen Einheiten ausgeführt wird.

4. System gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Dokumentenabtastmittel Mittel zum optischen Abtasten sowohl der Vorderseite als auch der Rückseite von jedem der aufeinanderfolgenden Dokumente einschließen, und wobei die Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung Mittel zum Speichern der komprimierten Graustufen-Videobilddaten mit niedrigerer Auflösung und der komprimierten Schwarzweiß- Videobilddaten mit höherer Auflösung sowohl für die Vorderseite als auch für die Rückseite jedes der Dokumente einschließen.

5. System gemäß Anspruch 4, wobei die Bildprozessormittel und die Bilddatenkompressionsmittel jeweils Mittel einschließen, die parallele Datenpfade zur gleichzeitigen Bildverarbeitung und Komprimierung von Videobilddaten der Vorderseite und der Rückseite des Dokuments definieren.

6. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dokumenttransportmittel Mittel zum Transport einer Reihe aufeinanderfolgender Dokumentengruppen auf einem festgelegten Verkehrsweg einschließen und die Dokumentenabtastmittel Mittel einschließen, die jedes der Dokumente in der Gruppe nacheinander optisch abtasten, und wobei die Bildprozessormittel entsprechende Dokumentpuffer zur Aufnahme von Bilddaten von jedem der Dokumente in der Gruppe einschließen.

7. System gemäß Anspruch 6, wobei die Datenkompressionsmittel eine Vielzahl von entsprechenden Datenkompressionseinheiten einschließen, die jeweils der Vielzahl von Dokumentpuffern zugeordnet sind, wobei die Kompressionseinheiten im Parallelbetrieb gleichzeitig die Videobilddaten der entsprechenden Dokumente in jeder Gruppe komprimieren.

8. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Hochgeschwindigkeits-Dokumentensortiervorrichtung mit einem Magazin zur Aufnahme von einem Dokumentenvorrat zur Verarbeitung und einer Vielzahl von Ausgabefächern, in welche die Dokumente einsortiert werden.

9. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verhältnismäßig langsamere Datenmassenspeichervorrichtung optische Plattenmittel umfaßt.

10. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung eine Direktzugriffsmagnetspeichervorrichtung umfaßt.

11. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem Kanal vorgeschalteten Datenpuffermitteln (28), die mit den Datenkompressionsmitteln und dem Hochgeschwindigkeits-Datenkanal (30) zur Aufnahme und zur Pufferung des Datenstroms zum Hochgeschwindigkeits-Datenkanal verbunden sind, um Datenverluste zu vermeiden, falls die Datenübertragungsgeschwindigkeit der Datenkompressionsmittel zeitweilig größer als die Datenübertragungsgeschwindigkeit des Hochgeschwindigkeits-Datenkanals ist.

12. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem Kanal nachgeschalteten Datenpuffermitteln (32), die mit dem Hochgeschwindigkeits-Datenkanal (30) und der Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung (40) zur Aufnahme und zur Pufferung des Datenstroms zur Hochgeschwindigkeits- Datenmassenspeichervorrichtung verbunden sind, um Datenverluste zu vermeiden, falls die Datenübertragungsgeschwindigkeit des Datenkanals zeitweilig größer als die Geschwindigkeit ist, mit der die Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung Daten aufnehmen kann.

13. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit Mitteln für die Echtzeit-Qualitätskontrolle der Bilder, die mit den Bildprozessormitteln zusammenarbeiten, um die charakteristischen Merkmale der Videobilddaten zu überwachen und um ein Signal zu erzeugen, falls die charakteristischen Merkmale der Videobilddaten außerhalb eines festgelegten Wertebereichs liegen, der ein Anzeichen für akzeptable Bildqualität ist.

14. System gemäß Anspruch 13, wobei die Mittel für die Echtzeit- Qualitätskontrolle der Bilder Mittel zur Überwachung der Verteilung der Graustufenwerte in den digitalen Graustufen- Videobilddaten und zur Erzeugung des Signals, falls die Verteilung der Graustufenwerte außerhalb einer festgelegten akzeptablen Verteilung liegt, einschließen.

15. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit Mitteln (24) zur Echtzeit-Qualitätskontrolle der Bilder, die mit den Datenkompressionsmitteln zusammenarbeiten, um den Kompressionsgrad der durch die Datenkompressionsmittel erzeugten Bilddaten zu überwachen und um ein Signal zu erzeugen, falls der Datenkompressionsgrad außerhalb eines festgelegten Parameters liegt, der ein Anzeichen für akzeptable Bildqualität ist.

16. System gemäß Anspruch 13, 14 oder 15 mit Mitteln, die auf das erwähnte Signal reagieren, um die Dokumenttransportmittel (14) sofort anzuhalten, damit die Erzeugung qualitativ inakzeptabler Bilddaten von den Dokumenten sofort gestoppt wird.

17. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit Bilddatenstationsmitteln (60), die mit der langsameren Datenmassenspeichervorrichtung (54) verbunden sind, um auf die Videobilddaten eines ausgesuchten, in der Datenmassenspeichervorrichtung gespeicherten Dokuments zuzugreifen und diese abzurufen und um daraus eine sichtbare Darstellung des gespeicherten Bilds zu erzeugen.

18. System gemäß Anspruch 17, wobei die Bilddatenstationsmittel auch mit den Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichermitteln (40) verbunden sind, um auf die in diesen Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichermitteln gespeicherten Videobilddaten zuzugreifen und diese abzurufen.

19. Verfahren zum Aufnehmen, Verarbeiten und Speichern von Videobilddaten von Dokumenten wie Bankschecks mit hoher Geschwindigkeit, das folgendes umfaßt:

Transportieren einer Reihe von aufeinanderfolgenden Dokumenten auf einem festgelegten Verkehrsweg und optisches Abtasten der Dokumente, um Videobilddaten zu erhalten, welche die optisch wahrnehmbaren Bilder auf den Dokumenten darstellen,

Umwandeln der aus den Dokumenten erhaltenen Videobilddaten in digitale Graustufen-Videobilddaten mit einer festgelegten ersten Auflösung, Reduzieren der digitalen Graustufen-Videobilddaten mit der ersten Auflösung auf digitale Graustufen- Videobilddaten mit einer zweiten Auflösung, die kleiner als die erste Auflösung ist, Umwandeln der digitalen Graustufen- Videobilddaten mit der ersten Auflösung in Schwarzweiß- Videobilddaten mit der ersten Auflösung mittels eines Schwellenwertverfahrens,

Komprimieren der Schwarzweiß-Videobilddaten mit der ersten Auflösung und der Graustufen-Videobilddaten mit der zweiten, kleineren Auflösung und Übertragen der komprimierten Videobilddaten mit einer relativ hohen Datenübertragungsgeschwindigkeit über einen Hochgeschwindigkeits-Datenkanal zu einer Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung,

vorübergehendes Speichern der komprimierten Videobilddaten in der Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung, und

Übertragen der komprimierten Videobilddaten aus der Hochgeschwindigkeits-Datenmassenspeichervorrichtung in eine langsamere Datenmassenspeichervorrichtung mit einer verhältnismäßig kleineren Datenübertragungsgeschwindigkeit und Speichern der komprimierten Videobilddaten darin für ein anschließendes Abrufen.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei der Schritt des optischen Abtastens der aufeinanderfolgenden Dokumente das optische Abtasten sowohl der Vorderseite als auch der Rückseite jedes der aufeinanderfolgenden Dokumente umfaßt, und wobei der Schritt des Speicherns der Videobilddaten das Speichern der Videobilddaten sowohl der Vorderseite als auch der Rückseite jedes der Dokumente einschließt.

21. Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20, welches das Überwachen der charakteristischen Merkmale der Videobildaten und die Erzeugung eines Signals, falls die charakteristischen Merkmale der Videobilddaten außerhalb eines festgelegten, vorgeschrieben Wertebereichs liegen, der ein Anzeichen für akzeptable Bildqualität ist, einschließt.

22. Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei der Schritt der Überwachung der charakteristischen Merkmale der Videobilddaten das Überwachen der Verteilung der Graustufenwerte in den digitalen Graustufen-Videobilddaten und das Erzeugen des Signals, falls die Verteilung der Graustufenwerte außerhalb einer festgelegten akzeptablen Verteilung liegt, umfaßt.

23. Verfahren gemäß Anspruch 21 oder 22 mit dem Schritt, daß der Transport und das Abtasten der Dokumente als Reaktion auf die Erzeugung des Signals sofort angehalten werden, um dadurch die Erzeugung qualitativ ungenügender Bilddaten aus den Dokumenten sofort zu stoppen.