DE1104241B - Verfahren zur Abtastung von Zeichen u. dgl. zwecks automatischer Erkennung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtastung von Zeichen u. dgl. zwecks automatischer Erkennung.

Zur Automatisierung von Rechen- oder dergleichen Vorgängen ist es oft erwünscht, lesbare Zeichen auch automatisch zu erkennen, um danach datenverarbeitende Anlagen zu steuern. Dieser Wunsch hat zu vielen Vorschlägen zum automatischen Lesen von Buchstaben und Ziffern geführt.

Die folgende Beschreibung ist der Einfachheit wegen auf die Verwendung fotoelektrischer Abtastung abgestellt, obwohl alle bekannten anderen Abtastarten wie galvanische, magnetische, elektronenoptische und dergleichen Abtastungen im Rahmen der Erfindung angewendet werden können. Die aus der Optik stammenden Ausdrücke sind dann sinngemäß zu übertragen.

Bei einigen bekannten Verfahren werden die Zeichen längs bestimmter horizontaler und/oder vertikaler Bezugslinien abgestastet und die schwarzen Stellen innerhalb des Abtastfeldes festgestellt. Bei geeigneter Wahl der Abtastlinien ergeben sich so Kombinationen von schwarzen Stellen für die einzelnen Zeichen, die für die betreffenden Zeichen charakteristisch sind.

Es ist ferner möglich, das Abtastfeld rasterartig in kleine Bereiche einzuteilen und die Verteilung der schwarzen Stellen in diesem Rasterfeld zu untersuchen, so daß man also die Linienführung bzw. die Konturen der Zeichen erfassen kann.

Um den Schwärzungsgrad eines abgetasteten Rasterpunktes mit größerer Sicherheit feststellen zu können, ist auch schon vorgeschlagen worden, den gerade im Augenblick abgetasteten Rasterpunkt auf seinen Schwarzgehalt in Abhängigkeit vom Schwarzgehalt der Nachbar-Rasterpunkte zu untersuchen. Hierbei dient die Tendenz der Schwärzungszunahme oder-abnähme längs der Abtastbahnen zur Erkennung der schwarzen oder weißen Rasterpunkte.

Bei beiden Verfahrensarten kann die Abtastung mittels einer oder mehrerer Abtasteinrichtungen vorgenommen werden. Bei der ersten Abtastart ist es zweckmäßig, je Bezugslinie eine Fotozelle vorzusehen, während man bei dem zweiten Verfahren je Zeile oder Spalte eine Fotozelle oder aber für alle Rasterbereiche je eine Fotozelle vorsehen kann. Im letzteren Falle findet bei der Abtastung keine Relativbewegung zwischen Zeichenträger und Abtasteinrichtung statt.

Bei beiden Verfahren ist es erforderlich, die bei der Abtastung erhaltenen elektrischen Signale für die Zuordnung zu den Zeichen zu speichern. Die Signale werden zu diesem Zwecke meist digitalisiert, d. h., es werden für einen Flächenpunkt nur zwei diskrete Werte verwendet. Zum Beispiel ordnet man einen bestimmten Schwärzungsgehalt eines Rasterfeldes die Verfahren

zur Abtastung von Zeichen u. dgl.
zwecks automatischer Erkennung

Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz

Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dr.-Ing. Karl Steinbuch, Fellbach (Württ),
ist als Erfinder genannt worden

Spannung U₀ und sonst die Spannung U=O zu. Diese Verfahren arbeiten daher nur bei bestimmten, fest-

a5 gelegten Kontrastverhältnissen, z. B. muß das Zeichen schwarz auf weißem Grund vorliegen.

Wenn jedoch Kontraständerungen auftreten, wenn z. B. ein weißer Linienzug auf dunklem Grund oder ein schwarzer Linienzug auf grauem Grund oder schließlich ein Linienzug mit innerer Struktur vorliegt, dann versagen diese bekannten Verfahren der Zeichenerkennung.

Gegenstand der' Erfindung ist ein Verfahren zur Abtastung von Zeichen u. dgl., die zur Erkennung von Zeichen verwendet werden und die bei der Abtastung der innerhalb eines Abtastfeldes angeordneten Zeichen mittels fotoelektrischer, galvanischer, magnetischer oder dergleichen Abtastung gewonnen werden. Der allgemeine Lösungsgedanke der Erfindung besteht darin, die Abtastung jeden Abtastpunktes auf zwei oder mehr unmittelbar benachbarte Abtastpunkte zu erstrecken, so daß die Konturen der Zeichen erfaßt werden können.

Man bekommt nämlich Vergleichswerte für die Erzeugung der Abtastsignale, bei denen es nur auf den relativen Helligkeitsunterschied, nicht aber auf die Art des Unterschiedes benachbarter Abtastpunkte ankommt.

Ein einfacher Weg zur Lösung besteht darin, dem abtastenden Element (Lichtstrahl, Fühler) eine relative Bewegung zu dem Zeichenträger zu geben, welche das Element in der erforderlichen Weise über die Ränder des gerade betrachteten Abtastpunktes in die benachbarten Abtastpunkte bringt. Bei fotoelektrischer

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oder elektronenoptischer Abtastung kann man z. B. dem Abtaststrahl eine kreisförmige Bewegung erteilen. Hierdurch werden dann die Kontrastsprünge an den Rändern erfaßt und zur Erzeugung der digitalisierten Abtastsignale verwendet.

Eine andere Möglichkeit, insbesondere bei mosaikartig angeordneten Abtastelementen, besteht darin, bei jedem betrachteten Abtastpunkt die benachbarten Abtastelemente nacheinander abzufragen, also z. B. je Abtastpunkt zwei oder vier benachbarte Fotozellen nacheinander anzuschalten, so daß die kreisförmige Bewegung angenähert wird und man auch hierdurch die Konturen erfassen kann.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 7 beispielsweise näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 die Ziffer 4 für einige Kontrastfälle,

Fig. 2 die Ziffer 2 in einem Abtastraster,

Fig. 3 eine Abtastanordnung mit Fotowandlermosaik,

Fig. 4 eine prinzipielle Anordnung für die Durchführung des neuen Abtastverfahrens,

Fig. 5 die Verstärkerschaltung für die Fotowandler der Anordnung nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Abtastbahn des abtastenden Elektronenstrahles für die Durchführung des neuen Verfahrens, Fig. 7 eine weitere Anordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt die Ziffer 4 für einige Kontrastfälle, die in der Praxis vorkommen können. Die Ziffer kann dunkel auf weißem Grund (Fig. la), weiß auf dunklem Grund (Fig. Ib), dunkel auf grauem Grund (Fig. 1 c) oder mit innerer Struktur (Fig. 1 d) erscheinen. Die meisten Abtastverfahren für die Erkennung von Zeichen sind jedoch darauf abgestellt, daß sie nur bei bestimmten Kontrastverhältnissen arbeiten.

Fig. 2 zeigt die Ziffer 2 in einem grobgerasterten Abtastfeld 1 mit den Rasterbereichen b_xy. Den hellen Rechtecken wird die Spannung O und den schraffierten Rechtecken die Spannung U₀ zugeordnet. Damit ergeben sich bei der Abtastung digitale Signale, die zur Erkennung der Zeichen verwendet werden können.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Abtastanordnung zur Erzeugung der betreffenden Abtastsignale. Das Zeichen wird mittels der optischen Einrichtung 2, die schematisch als Linse dargestellt ist, und den Fotowandlern 3 abgetastet. Dabei ist jedem Rasterbereich b_xy des Abtastfeldes 1 ein eigener Fotowandler zugeordnet. Jedem Fotowandler ist ein Verstärker nachgeschaltet, der stark übersteuert entweder die Spannung O oder die Spannung U₀ liefert, je nach der Schwärzung des Abtastfeldes. Der weiteren Auswertung zwecks Erkennung der Zeichen steht also eine flächenhafte Verteilung der Spannungen O und LO zur Verfugung, so wie es der Darstellung der Fig. 2 entspricht. Wie man ohne weiteres ersieht, wird dieses Spannungsfeld durch die in den Fig. 1 b bis 1 d dargestellten Kontraständerungen so verändert, daß eine sichere Auswertung im allgemeinen nicht mehr möglich ist.

Fig. 4 zeigt prinzipiell und schematisch eine Anordnung, die auf dem Gedanken gemäß der Erfindung beruht und zur Überwindung dieser Schwierigkeit führt. In dem optischen Strahlengang 4 zwischen dem zu erkennenden Zeichen und dem Mosaik von Fotowandlern ist außer der Abbildungslinse ein mechanisch rotierendes flaches Prisma 5 eingefügt. Durch die Rotation dieses Prismas beschreibt jeder einem Fotowandler zugeordnete Abtaststrahl einen kleinen Kreis 6 auf dem Abtastfeld. Damit erhält man für jeden Fotowandler an den Konturen der Zeichen Hell-Dunkel-Sprünge, die bei entsprechender Auslegung der Verstärkeranordnung für die Erzeugung der Spannung O oder U₀ herangezogen werden können.

Um dies zu erreichen, besitzt der hinter dem Fotowandler angeordnete Verstärker 7 (Fig. 5) Hochpaßcharakter. Ferner ist eine Gleichrichterstufe 8 sowie ein Gleichstromverstärker 9 in dem Stromweg eingefügt. Ein Begrenzer 10 ist auch in diesem Falle vorgesehen, so daß sich eine digitalisierte Aussage der

ίο Abtastung ergibt. Diejenigen Fotowandler, welche auf der Peripherie ihres Abtastkreises immer etwa dieselbe Schwärzung finden, ergeben in der Verstärkerschaltung der Fig. 5 die Ausgangs spannung U^ = 0. Nur solche, welche Schwärzungsunterschiede finden,

iS erzeugen am Ausgang der Verstärkerschaltung eine Spannung U'_XIJ = U₀. Damit hat man also die Konturen der zu erkennenden Formen elektrisch dargestellt und ist invariant gegen Kontraständerungen. Aus der flächenhaften Verteilung der Spannungen t/,'_y kann

auf das vorliegende Zeichen mit irgendeiner bekannten Auswerteschaltung geschlossen werden, da die Konturen der Zeichen eine eindeutige Aussage gestatten, so daß man außerdem auch von der Strichdicke der Zeichen ziemlich unabhängig ist.

Die Anordnung der Fig. 4 ist nur beispielsweise gewählt, um das Prinzip der Erfindung zu beschreiben. An Stelle des Mosaiks von Fotowandlern kann man natürlich auch eine eindimensionale Reihe von Fotowandlern oder auch eine einzige Fotozelle vorsehen, die eine Relativbewegung über das Abtastfeld ausführen.

Bei der praktischen Ausführung des Erfmdungsgedankens ist es natürlich erwünscht, das rotierende flache Prisma, das hauptsächlich zur Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung gewählt wurde, zu vermeiden. Dies läßt sich bei elektronenoptischer Abtastung sehr einfach realisieren, indem man der Bewegung des abtastenden Elektronenstrahls 11 eine z. B. kreisförmige Bewegung überlagert. Damit erhält die Abtastbahn die in Fig. 6 gezeigte Form. Eine solche Bewegungsform kann in bekannter Weise dadurch erzeugt werden, daß auf die beiden Ablenkplattenpaare außer den sägezahnförmigen Kippspannungen hochfrequente Wechselspannungen gegeben werden, und zwar für die beiden Ablenkrichtungen um 90° in der Phase verschoben.

Fig. 7 zeigt eine Schaltung, um bei Anordnung der Fotozellen in Zeilen oder Spalten die Kontrastinvarianz zu erzielen. Bei jedem Abtastpunkt werden die unmittelbar benachbarten Abtastpunkte nacheinander abgefragt, so daß man ebenfalls Hell-Dunkel-Sprünge und damit die Konturen der Zeichen erfassen kann. Die Zuordnung der Fotozellen zu den Schaltungen zur Erzeugung der Ausgangssignale geschieht mittels z. B. elektronischer Schalter S. In der Fig. 7 ist nur eine Umschaltung" in einer Ebene vorgesehen; dies ist bei zeilenweiser Abtastung ausreichend. Bei vollparalleler Abtastung muß sie jedoch im allgemeinen zweidimensional sein.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abtastung von Zeichen u. dgl., die zur Erkennung von Zeichen verwendet werden und die bei der Abtastung der innerhalb eines Abtastfeldes angeordneten Zeichen mittels fotoelektrischer, galvanischer, magnetischer oder elektronenoptischer Abtastung gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Abtastbereich {b_Xy) in an sich bekannter Weise jeweils zwei oder

mehr unmittelbar benachbarte Abtastbereiche (b_xy) nacheinander ebenfalls abgetastet und die Helligkeitsunterschiede zwischen den Nachbarbereichen und dem betrachteten Bereich als Kriterien zur Erkennung ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem abtastenden Element (Lichtstrahl, Wandler usw.) eine relative Bewegung zu dem Zeichenträger erteilt wird, wodurch das Element in der erforderlichen Weise über die Ränder des gerade betrachteten Abtastbereiches in die benachbarten Abtastbereiche gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei fotoelektrischer oder elektronenoptischer Abtastung dem Abtaststrahl eine kreisförmige Bewegung mit entsprechendem Radius erteilt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektronenstrahl eine Kreis-

bewegung überlagert wird, indem den beiden Ablenkplattenpaaren außer den sägezahnförmigen Kippspannungen hochfrequente Wechselspannungen, und zwar für die beiden Ablenkrichtungen um 90° in der Phase verschoben, aufgedrückt werden. S. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abtastung mit in Zeilen und/oder Spalten angeordneten Abtastelementen in jedem Abtastbereich jeweils die benachbarten Abtastelemente nacheinander mit abgefragt werden, indem die Anordnungen zur Erzeugung der Ausgangssignale nacheinander an die betreffenden Abtastelemente angeschlossen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 889 658;

Proceedings of the 1955 Western Joint Computer Conference, published by the Institute of Radio Engineers, 1955, S. 94 bis 100.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen