WO2007022985A1 - System und verfahren zum erkennen von zeichen auf reflektierenden oberflächen - Google Patents

Abstract

Ein System (1) zum Erkennen von Zeichen, insbesondere auf Postsendungen, hat eine Beleuchtungseinheit (4) und eine Kameraeinheit (2). Die Beleuchtungseinheit (4) ist so angeordnet, um eine Oberfläche mit Zeichen zu beleuchten. Die Kameraeinheit (2) ist so angeordnet ist, um mindestens ein Bild der beleuchteten Zeichen aufzunehmen. Ein erstes Polarisationsfilter (6) ist so angeordnet, dass es sich in einem Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinheit (4) und den Zeichen befindet. Ein zweites Polarisationsfilter (8) ist so angeordnet, dass es sich in einem Strahlengang zwischen der Kameraeinheit (2) und den Zeichen befindet.

Description

System und Verfahren zum Erkennen von Zeichen auf reflektierenden Oberflächen

Die Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Erkennen von Zeichen, insbesondere von Zeichen auf Postsendungen.

Eine Vorrichtung zum Erkennen von Zeichen findet beispielsweise in einem System zum automatischen Lesen von Adressen auf Postsendung Anwendung. Der Begriff „Postsendung" umfasst hier Briefe, Magazine und Zeitschriften, Büchersendungen und andere flache Sendungen. Ein solches System ist auch als OCR System (OCR: Optical Character Recognition) bezeichnet und beispielsweise aus DE 195 31 392 oder EP 975 442 bekannt.

Mit modernen OCR Briefsortieranlagen sind hohe Bearbeitungsraten, beispielsweise von 10 Briefen pro Sekunde und mehr erreichbar. Die Erkennungszuverlässigkeit variiert jedoch stark mit der Schriftart und Gesamtqualität der auf die Oberfläche der Briefe aufgebrachten Adressinformation. Die Erkennungszuverlässigkeit variiert auch mit der Beschaffenheit der Oberfläche der Briefe, beispielsweise bei unebenen und spiegelnden Oberflächen.

US Patent Nr. 6,798,896 beschreibt beispielsweise ein OCR System mit einer Kameraeinheit und einer Beleuchtungseinheit. Die Beleuchtungseinheit enthält zwei leistungsstarke Hochdrucknatriumlampen, um einen Brief genügend zu beleuchten, der sich senkrecht zur optischen Achse der Kameraeinheit an dieser vorbei bewegt. Durch die Beleuchtungseinheit geführte Luft kühlt die Lampen, um Wärmestrahlung zu vermeiden, die einen Brief, der zu lange auf dem Transportband angehalten wird, beschädigen kann. Die Kameraeinheit hat ein Polarisationsfilter, das vor einer CCD Einheit angeordnet ist. Das Polarisationsfilter soll Spiegelungen von einem von Plastik umhüllten Brief entfernen, um dadurch die Erkennungszuverlässigkeit zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives System und Verfahren zum Erkennen von Zeichen zu schaffen, die mit geringem Aufwand eine hohe Erkennungszuverlässigkeit ermöglichen. Dies erfolgt u.a. dadurch, dass das System eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Polarisationsfilter und eine Kamera mit einem Polarisationsfilter aufweist. Das Verfahren und System ermöglichen das nahezu vollständige Unterdrücken von störenden Glanzeffekten, die von Oberflächen von beispielsweise mit Plastikfolie umhüllten Postsendungen ausgehen, um darunter befindliche Informationen des Inhaltes für die Erkennungsaufgabe lesbar zu halten.

Gemäß einem beispielhaften Aspekt betrifft die Erfindung ein System zum Erkennen von Zeichen, insbesondere auf Postsendungen. Das System hat eine Beleuchtungseinheit und eine

Kameraeinheit. Die Beleuchtungseinheit ist angeordnet, um eine Oberfläche mit Zeichen zu beleuchten. Die Kameraeinheit ist angeordnet ist, um mindestens ein Bild der beleuchteten

Zeichen aufzunehmen. Ein erstes Polarisationsfilter ist so angeordnet, dass es sich in einem

Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinheit und den Zeichen befindet. Ein zweites Polarisationsfilter ist so angeordnet, dass es sich in einem Strahlengang zwischen der

Kameraeinheit und den Zeichen befindet.

In einem Ausführungsbeispiel hat das System zum Erkennen von Zeichen eine Beleuchtungseinheit, die eine LED Beleuchtung enthält und beispielsweise eine balken- oder zellenförmige Lichtaustrittsfläche hat. Die Lichtaustrittsfläche ist dabei an eine spaltförmige Öffnung angepasst, hinter der die Postsendungen vorbei transportiert werden. Die Kameraeinheit enthält in diesem Ausführungsbeispiel eine so genannte TDI Kamera. Jedes Polarisationsfilter erzeugt in diesem Ausführungsbeispiel linear polarisiertes Licht, wobei deren Polarisationsebenen einen Winkel von etwa 90° einschließen.

Gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erkennen von Zeichen auf einer Oberfläche, insbesondere auf Postsendungen. Die Oberfläche wird mit Licht beleuchtet, das eine durch ein erstes Polarisationsfilter bestimmte erste Polarisation hat. Licht, das von der Oberfläche ausgeht und ein zweites Polarisationsfilter passiert hat, wird dann detektiert.

Anschließend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

FIG. 1 ein erstes schematisches Ausführungsbeispiel eines Systems zum Erfassen von

Zeichen,

FIG. 2 ein zweites schematisches Ausführungsbeispiel eines Systems zum Erfassen von Zeichen und FIG. 3 Illustrationen von beispielhaften Adressfeldern.

FIG. 1 zeigt ein erstes schematisches Ausfuhrungsbeispiel eines Systems 1 zum Erkennen von Zeichen. Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel und in der folgenden Beschreibung befinden sich die Zeichen auf Postsendungen und sind Teil von Adressangaben. Es versteht sich jedoch, dass das System 1 überall dort Anwendung finden kann, wo Zeichen erkannt werden sollen, vor allem, wenn dort ebenfalls unerwünschte Spiegelungen an Oberflächen auftreten können, die die Erkennungszuverlässigkeit beeinflussen.

In einem Ausführungsbeispiel ist das System 1 stationär angeordnet und ein Fördersystem (nicht gezeigt) transportiert eine Postsendung 14 an dem System 1 vorbei. Zwischen dem System 1 und der Postsendung 14 ist eine Blende 16 mit einer Öffnung 18 angeordnet. Die Öffnung 18 hat in einem Ausführungsbeispiel die Form eines im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Spaltes. Die Postsendung 14 ist dabei so ausgerichtet, dass sie im Wesentlichen horizontal daran vorbeitransportiert wird und ihre Adressangaben beim Transport durch die Öffnung 18 in Richtung des Systems 1 zeigen. Das System 1 ist allgemein auf die Öffnung 18 ausgerichtet.

Das System 1 hat eine Beleuchtungseinheit 4, die im Betrieb die Öffnung 18 und damit den dahinter liegenden Teil der Postsendung 14 beleuchtet, und eine Kameraeinheit 2, die ein Bild des beleuchteten Teils der Postsendung 14 durch ein auf die Kameraeinheit 2 abgestimmtes Objektiv 10 aufnimmt. Ein Polarisationsfilter 20 ist im Strahlengang zwischen der Blende 16 und der Beleuchtungseinheit 4 angeordnet. Ein weiteres Polarisationsfilter 8 ist im Strahlengang zwischen der Blende 16 und der Kameraeinheit 2 angeordnet.

Im in FIG. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Polarisationsfilter 6, 8 vor den entsprechenden Einheiten (4, 2) angeordnet. Die Polarisationsfilter 6, 8 können aber auch an anderen Stellen in den jeweiligen Strahlengang eingesetzt werden. Die Polarisationsfilter 6, 8 können zudem jeweils einzelne Elemente des Systems 1 sein. Das Polarisationsfilter 6 kann aber auch ein Teil der Beleuchtungseinheit 4 sein, und das Polarisationsfilter 6 ein Teil der Kameraeinheit 2. Zur Illustration ist in FIG. 1 eine Normale 22 zur Oberfläche der Postsendung 14 gestrichelt gezeigt. FIG. 1 zeigt außerdem eine optische Achse 20 der Beleuchtungseinheit 4 und eine optische Achse 12 der Kameraeinheit 2, die ebenfalls gestrichelt gezeigt sind. Die optische Achse 20 schließt mit der Normalen 22 einen Winkel α ein, und die optische Achse 12 schließt mit der Normalen 22 einen Winkel ß ein. Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel liegt die optische Achse 12 der Kameraeinheit 2 nicht auf der Normalen 22. Die Kameraeinheit 2 ist somit nicht im rechten Winkel zur Postsendung 14 angeordnet, sondern seitlich versetzt angeordnet.

Der Winkel α kann in einem Ausführungsbeispiel im Bereich zwischen etwa 0° und etwa 30° liegen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Winkel α auch größer als 30° sein. Der Winkel ß beträgt in einem Ausführungsbeispiel etwa 30°. Der Winkel ß kann auf beispielsweise bis auf etwa 0° reduziert werden und kann in einem Ausführungsbeispiel koaxial mit der optischen Achse 12 der Kameraeinheit 2 sein. Es versteht sich, dass die Kameraeinheit 2 und die Beleuchtungseinheit 4 so angeordnet und die Winkel α und ß so gewählt sind, dass die Kameraeinheit 2 noch ausreichend reflektiertes, d.h. nach der Beleuchtung durch die Beleuchtungseinheit 4 von der Postsendung 14 ausgehendes Licht bekommt. Es besteht somit eine große Flexibilität hinsichtlich der Winkel α und ß, was von Vorteil ist, wenn z.B. beschränkte Platzverhältnisse vorliegen.

hi der in FIG. 1 gezeigten Draufsicht des System 1 ist die Beleuchtungseinheit 4 relativ nah an der Öffnung 18 unter dem Winkel ß angeordnet. Somit fällt das von der Beleuchtungseinheit 4 emittierte Licht von links schräg auf die Oberfläche der Postsendung 14. Die Anordnung der Beleuchtungseinheit 4 nahe der Öffnung 18 unterstützt die optimierte Beleuchtung der Postsendung 14. Die Kameraeinheit 2 ist weiter als die Beleuchtungseinheit 4 von der Postsendung 14 entfernt angeordnet, und zwar so, dass die Kameraeinheit 2 von dem momentan beleuchteten Teil der Oberfläche der Postsendung 14 ein Abbild erzeugen kann. Es versteht sich, dass die Beleuchtungseinheit 4 und die Kameraeinheit 2 in entsprechender Weise auch in einer zur Normalen 22 gespiegelten Position angeordnet werden können.

Die Beleuchtungseinheit 4 enthält in einem Ausführungsbeispiel eine LED Beleuchtung, die weißes Licht emittiert. In einem anderen Ausfuhrungsbeispiel kann die LED Beleuchtung auch einfarbiges Licht (Grundfarbe oder Mischfarbe) emittieren. Die Beleuchtungsstärke ist so gewählt, dass die Postsendung 14 durch die Öffnung 18 hindurch ausreichend stark beleuchtet wird, so dass die Kamera eine nach festgelegten Kriterien geartete Bildqualität liefert, die für die weitere Erkennungsaufgabe geeignet ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die LED Beleuchtung so ausgestaltet, dass sie eine balken- oder zellenförmige Lichtaustrittsfläche hat. Die Lichtaustrittsfläche ist z.B. in vertikaler Richtung wesentlich länger als in horizontaler Richtung. Die Beleuchtungseinheit 4 kann mit einer Optik zur Strahlformung oder -bündelung ausgestattet sein. Diese Lichtaustrittsfläche leuchtet den Spalt der Öffnung 18 in optimierter Weise aus, wodurch beispielsweise eine gleichmäßige Verteilung der Beleuchtungsstärke im Spalt erzielt wird.

In einem anderen Ausführungsbeispiel hat die Beleuchtungseinheit 4 eine Halogenbeleuchtung. Eine LED Beleuchtung hat jedoch den Vorteil, dass sie kompakter ist und eine geringere Leistungsaufnahme als eine hinsichtlich Lichtstärke vergleichbare Halogenbeleuchtung hat. Eine aufwändige Kühlung der LED Beleuchtung ist daher nicht erforderlich. Eine LED Beleuchtung kann zudem relativ nah an der Öffnung 18 angeordnet werden, ohne dass es dadurch zu thermischen Schäden an der Postsendung 14 kommt. Es versteht sich, dass andere Beleuchtungen gewählt werden können.

Die Kameraeinheit 2 enthält in einem Ausführungsbeispiel eine Zeilenkamera, beispielsweise eine auf einer TDI Einrichtung (TDI: Time Delay and Integration) basierende Zeilenkamera. Bei einer solchen Kamera wird das gleiche Objekt mehrfach nacheinander auf einem TDI Sensor abgebildet. Eine solche Kamera kann beispielsweise von der Firma Dalsa, Inc. (Kanada) bezogen werden.

Die Polarisationsfilter 6, 8 haben in einem Ausführungsbeispiel lineare Polarisationsebenen und erzeugen linear polarisiertes Licht. Die Polarisationsebenen sind zueinander unter einem Winkel von etwa 90° angeordnet und sind bei weißem Licht weitgehend farbneutral. Die Polarisationsfilter 6, 8 können z.B. bei der Firma Schneider, Kreuznach, Deutschland, oder der Firma Edmund Optics, Deutschland, bezogen werden.

FIG. 2 zeigt ein zweites schematisches Ausfuhrungsbeispiel eines Systems 1 zum Erkennen von Zeichen. Zusätzlich zu den in FIG. 1 gezeigten Komponenten hat das System 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen Spiegel 24. Der Spiegel 24 ist in den Strahlengang entlang der optischen Achse 12 eingefügt und lenkt den Strahlengang in gewünschter Weise um. Dadurch lässt sich der Flächenbedarf des Systems 1 bei Bedarf verringern.

FIG. 3 zeigt Illustrationen von beispielhaften Adressfeldern auf einer Postsendung 14. Die rechte Illustration zeigt ein Adressfeld, in dem alle Zeichen der Adressangaben erkennbar sind. Im Adressfeld der linken Illustration, sind dagegen einige Zeichen wegen Spiegelungen 26 nicht erkennbar. Transparente Folien, mit denen die Postsendungen 14 z.B. zum Schutz vor Beschädigung umhüllt sind, können unter Umständen, z.B. wenn sie nicht plan aufliegen, gewellt oder verknittert sind, auftreffendes Licht direkt in die Kameraeinrichtung 2 reflektieren und dadurch die Spiegelungen 26 verursachen. Diese Spiegelungen 26 können dann dazu führen, dass die unter der Folie liegenden Zeichen nicht oder nicht richtig erkannt werden. Solche falschen oder nicht erkennbaren Zeichen beeinflussen die Erkennungszuverlässigkeit eines OCR Systems negativ.

Das System 1 gemäß den in FIG. 1 und 2 gezeigten Ausfuhrungsbeispielen verbessert die Erkennungszuverlässigkeit eines OCR Systems wesentlich, vor allem bei in Folien verpackten Postsendungen. Das System 1 vermeidet, dass wegen Spiegelungen Abbilder der Adressfelder erzeugt werden, die ähnlich der linken Illustration in FIG. 3 sind. Stattdessen erzeugt das System 1 Abbilder der Adressfelder, die ähnlich der rechten Illustration in FIG. 3 sind.

Die Öffnung 18, z.B. als Spalt ausgestaltet, der Blende 16 enthält kein Material, z.B. Glas oder ähnliches. Licht tritt daher direkt und ungehindert durch die Öffnung 18. Dadurch kann kein Material verschmutzt oder abgenutzt werden, das die optischen Eigenschaften des Lichts auf dem Weg durch die Öffnung 18 negativ beeinflusst.

Das System 1 ist zudem so ausgestaltet, dass trotz der Verwendung von zwei Polarisationsfiltern, die relativ viel Licht absorbieren, eine Bildqualität erzielt wird, die für die weitere Erkennungsaufgabe geeignet ist.

Claims

Patentansprüche

1. System (1) zum Erkennen von Zeichen, insbesondere auf Postsendungen (14), mit einer Beleuchtungseinheit (4) und einer Kameraeinheit (2), wobei die Beleuchtungseinheit (4) angeordnet ist, um eine Oberfläche mit Zeichen zu beleuchten, wobei die Kameraeinheit (2) angeordnet ist, um mindestens ein Bild der beleuchteten Zeichen aufzunehmen, wobei ein erstes Polarisationsfilter (6) vorhanden ist, das so angeordnet ist, dass es sich in einem Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinheit (4) und den Zeichen befindet, und wobei ein zweites Polarisationsfilter (8) vorhanden ist, das so angeordnet ist, dass es sich in einem Strahlengang zwischen der Kameraeinheit (2) und den Zeichen befindet.

2. System nach Anspruch 1, bei dem, bezogen auf eine Normale (22) zur

Oberfläche, eine optische Achse (20) der Beleuchtungseinheit (4) mit der Normalen (22) einen ersten Winkel (α) einschließt, und eine optische Achse (12) der Kameraeinheit (2) mit der Normalen (22) einen zweiten Winkel (ß) einschließt, wobei der erste Winkel (α) gleich 0° oder größer als 0° ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jedes Polarisationsfilter (6, 8) eine Polarisationsebene hat, wobei die Polarisationsebenen einen Winkel von etwa 90° einschließen.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die

Beleuchtungseinheit (4) eine LED Beleuchtung enthält.

5. System nach Anspruch 4, bei dem die Beleuchtungseinheit (4) eine zellenförmige Lichtaustrittsfläche hat.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kameraeinheit (2) eine TDI Kamera enthält.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Blende (16) mit einer Öffnung (18) vorhanden ist, wobei die Kameraeinheit (2) und die Beleuchtungseinheit (4) auf die Öffnung (18) ausgerichtet sind, um durch die Öffnung (18) die Oberfläche zu beleuchten und davon ein Abbild zu erhalten.

8. System nach Anspruch 7, bei dem die Öffnung (18) ein Spalt ist.

9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Spiegel (24) im Strahlengang zwischen der Kameraeinheit (2) und den Zeichen angeordnet ist.

10. Verfahren zum Erkennen von Zeichen auf einer Oberfläche, insbesondere auf Postsendungen (14), das folgende Schritte aufweist:

Beleuchten der Oberfläche mit Licht, das eine durch ein erstes Polarisationsfilter (6) bestimmte erste Polarisation hat, und

Detektieren von Licht, das von der Oberfläche ausgeht und ein zweites Polarisationsfilter (8) passiert hat.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Licht zum Beleuchten der Oberfläche von einer LED Beleuchtung emittiert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem das Licht von einer TDI Kamera detektiert wird.