DE1549902B1

DE1549902B1 - Schaltungsanordnung zur maschinellen Zeichenerkennung

Info

Publication number: DE1549902B1
Application number: DE19671549902
Authority: DE
Inventors: Walter Dr-Ing Dietrich; Christian Dipl-Phys Ortmann; Rudolf Dipl-Ing Schlupp
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1967-07-07
Filing date: 1967-07-07
Publication date: 1970-07-23
Also published as: FR1574285A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für lorengeht, was man nur durch höhere Auflösung oder Verfahren zur maschinellen Zeichenerkennung, bei mehrstufige Quantisierung der Graustufen, in beiden denen das Zeichenfeld gerastert abgetastet wird und Fällen also nur mit erheblich größerem Aufwand, die dem Schwarzwert der einzelnen Rasterfelder ausgleichen kann. Da es außerdem ausgesprochen entsprechenden Abtastsignale in Analogspeichern 5 preisgünstige Analogwertspeicherelemente, wie z. B. gespeichert werden und bei denen je Zeichen ein den Kondensator, gibt, ist ein Analogwertspeicher-Widerstandsnetzwerk vorgesehen ist, dessen Wider- verfahren besonders bei umfangreichen Zeichensätzen stände einerseits je mit einem Analogspeicher und oder schlechter Druckqualität vorteilhaft, andererseits über einen gemeinsamen Knotenpunkt Auch in diesem Fall kann man zwar das oben

mit einer Extremwertbestimmungsschalrung verbunden io geschilderte zuverlässige und einfache Invertierversind. fahren für die Erkennung der Zeichen anwenden,

Zeichenleser mit einer Matrix von Speicherzellen indem man an den Analogwertverstärker einen bezur flächenhaften Speicherung des abgetasteten Zei- kannten linearen Inverter anschließt und damit am chens sind bekannt. Ebenso ist es bekannt, an die Ausgang des Verstärkers und Inverters wieder die Speichermatrix ein für jedes Zeichen charakteristisches 15 kontradiktorischen Spannungswerte für die Wider-Widerstandsnetzwerk anzuschließen, mit dessen Hilfe Standsnetzwerke zur Verfügung hat, jedoch arbeitet das Zeichen aus der eingespeicherten Information das Verfahren dann nur noch einwandfrei unter den erkannt wird. Zu diesem Zweck sind alle Widerstände wichtigen einschränkenden Voraussetzungen, daß eines solchen Netzwerkes mit ihrem einen Ende zu entweder die Anzahl der auf »Weiß« verdrahteten einem Knotenpunkt zusammengefaßt, während ihre ao Widerstände gleich oder angenähert gleich der Anzahl anderen Enden an je eine Speicherzelle führen. der auf »Schwarz« verdrahteten Widerstände ist oder

Wenn die Speicherzellen bistabile Stufen wie Flip- der Kontrast (bzw. Schwärzung der Zeichen) nicht Flops sind, wird je ein Widerstand an denjenigen in den den wirklichen Verhältnissen entsprechenden Ausgang des Flip-Flops angeschlossen, der bei dem Grenzen schwanken darf oder schließlich besonders im richtigen Zeichen mit »1« (was dem »schwarz« des 25 Falle von Störungen im Zeichenbild die Signal-Zeichens entsprechen möge) markiert ist. Bei allen unterschiede zwischen ähnlichen Zeichen unter Umanderen Flip-Flops, die bei diesem Zeichen dann »0« ständen kleiner werden als notwendig und dutch den (entsprechend »weiß«) eingespeichert haben, werden tatsächlichen Informationsinhalt der gedruckten Zeilen die Widerstände an den anderen Flip-Flop-Ausgang, bedingt,
der dann also ebenfalls auf »1« steht, angeschlossen. 30 Diese einschränkenden Voraussetzungen sollen

Ein solches Widerstandsnetzwerk wird dann bei durch die Erfindung vermieden werden, dem richtigen, einwandfrei gedruckten und einge- Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die

speicherten Zeichen an allen Widerstandsenden, die einzelnen Widerstandsnetzwerke jeweils in zwei Teilmit einem Flip-Flop verbunden sind, die dem binären netzwerke mit je einem eigenen Knotenpunkt in der Wert »1« entsprechende Spannung von z. B. 5 V 35 Weise aufgeteilt sind, daß die freien Enden der Wideraufweisen, die damit auch an dem Knotenpunkt er- stände des ersten Teilnetzwerkes mit den Analogscheint. An allen anderen Widerstandsnetzwerken speichern verbunden sind, die bei dem zugeordneten wird dasselbe Zeichen eine kleinere Ausgangsspannung ZeicheneinedenschwarzenRasterfeldernentsprechende hervorrufen. Mit Hilfe geeigneter bekannter Selek- Spannung führen, während die freien Enden der tionsschaltungen (Extremwertbestimmungsschaltungen 40 Widerstände des zweiten Teilnetzwerkes mit denjenigen tionsschaltungen (Extremwertbestimmungsschaltun- Analogspeichern verbunden sind, die eine den weißen gen) kann man die größte, dem eingespeicherten Rasterfeldern entsprechende Spannung führen> und Zeichen entsprechende- Spannung herausfinden und daß je Teilnetzwerkpaar ein Differenzverstärker vordamit das erkannte Zeichen ausgeben. gesehen ist, in welchem die Differenz der beiden

Sollen nun aber viele Zeichen, z. B. die Buchstaben 45 Knotenpunktspannungen gebildet wird, welche Diffedes Alphabetes sowie die Ziffern 0 ... 9, erkannt renzspannung sodann der Extremwertbestimmungswerden, dann liegen die Spannungswerte für die schaltung angeboten wird, deren Ausgangssignal das einzelnen Zeichen so dicht beieinander, daß bei abgetastte Zeichen kennzeichnet, geringfügigen Abweichungen schon eine sichere Er- Die Spannung an dem Ausgang des einzelnen

kennung ähnlicher Zeichen nicht mehr möglich ist. 50 Differenzverstärkers ist also gleich der Differenz der Zur Behebung dieser Schwierigkeit werden daher bei beiden an den Eingängen anliegenden Knotenpunkteinem bekannten Erkennungsverfähren jeweils ahn- spannungen, und zwar derart, daß bei positiver liehe Zeichen, z. B. die Buchstaben C, O, G und Q, Differenz eine Ausgangsspännung vorhanden und bei in Gruppen zusammengefaßt und zunächst mit den negativer Differenz die Ausgangsspannung Null ist. obigen Mitteln die Gruppe festgestellt; parallel dazu 55 Das neue Erkenfiungsverfahren kann demnach als wird mit Unternetzwerken, die weniger Widerstände Differenzverfahren bezeichnet werden, aufzuweisen brauchen, dann das abgetastete Zeichen Die kontradiktorische Erfassung und Auswertung

der ermittelten Gruppe festgestellt. Dieses Verfahren der schwarzen und weißen Rasterfelder ist bei digitalen hat jedoch den Nachteil, daß es gegen Änderungen Erkennungsverfahren schon beschrieben worden, wie der Schwarzverteilung empfindlich ist, insbesondere 60 aus der vorbekannten deutschen Patentschrift 1114 349 auch deswegen, weil die Abtastsignale digitalisiert, zu ersehen ist. Doch haften auch diesem Verfahren die d. h. Ja-Nein-Aussagen, gespeichert werden. Dieses obengenannten, allen digitalen Auswerteverfahren Erkennungs-Verfahren wird im folgenden Invertier- eigene Nachteile an.

^erfahren genannt. ^ Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

Der Digitalwertspeicher, der hier vorausgesetzt 65 F i g. 1 bis 3 beispielsweise näher erläutert. Es zeigt wurde, hat nämlich gegenüber einem Analogwert- F i g. 1 den vollständigen Zeichensatz OCR-A,

speicher den bekannten Nachteil, daß durch die F i g. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des

Schwarz-Weiß-Digitalisierung viel Information ver- Differenzverfahrens gemäß der Erfindung mit der

Verdrahtung der Erkennungsschaltungen für die Bei einem Druckkontrast von 0,5 gilt

Buchstaben B und L als Beispiel,

F i g. 3 einen bei der Erfindung verwendbaren Differenzverstärker.

Die Erfindung soll an dem Beispiel der Zeichen L und B näher erläutert werden. Bei dem an sich bekannten Invertierverfahren gilt für die am Knotenpunkt eines jeden einem Zeichen zugeordneten Widerstandsnetzwerkes beim Auswerten der in den Analogwertspeichern gespeicherten Signale erscheinende Span- ίο nung U

Ξ-^a-k + b, (I)

Kombination	UIU₁₁
B/B B/L L/L L/B	0,65 0,70 0,85 0,47

wobei U₀ die maximale in den Analogwertspeichern gespeicherte Spannung ist, die einem vollkommen geschwärzten Flächenelement entspricht, und wobei a die Gestalt des Zeichens einschließlich Strichstärke, Flecken und Fehlstellen, k den Druckkontrast des Zeichens und b das Verhältnis der weiß ausgewerteten Punkte zur Gesamtzahl der ausgewerteten Punkte kennzeichnet.

Die Differenz der Spannungen Ul für das Zeichen L und Ub für B nach Gleichung (1)

AU=Ub-Ul

(2)

wird einer Extremwertbestimmungsschaltung zugeführt, sie muß im gesamten Kontrastbereich von 0,4 ... 1,0 größer als Null sein, wenn B von L eindeutig unterschieden werden soll, wobei am Knotenpunkt des dem Zeichen B zugeordneten Widerstandsnetzwerkes eine größere Spannung erscheinen muß als am Knotenpunkt des dem Zeichen L oder einem beliebigen anderen Zeichen zugeordneten Widerstandsnetzwerkes. Für die Hälfte aller möglichen Kombinationen von je zwei Zeichen des Zeichenvorrats kann mit Gleichung (1) und der Bedingung A U = 0 nach Gleichung (2) ein Kontrast k₀ ermittelt werden, der sich aus der speziellen Konfiguration des gewählten Zeichenpaares einschließlich seiner Strichstärke ergibt und der weiterhin kritischer Kontrast genannt wird. Diesen Kontrast muß das Druckbild eines Zeichens mindestens aufweisen, damit es als solches erkannt wird. Hat das Druckbild einen geringeren Kontrast, dann wird es als ein anderes erkannt. Bei einer Anzahl von Zeichen liegt der kritische Kontrast über dem minimalen Druckkontrast von 0,4, der noch zulässig ist. Liegt dann der Druckkontrast eines dieser Zeichen unter Ar₀, aber über 0,4, dann tritt grundsätzlich Falscherkennung ein.

Als Zahlenbeispiel sollen die Buchstaben L und B betrachtet werden, wobei die Schreibweise B/L bedeutet, daß das Zeichen B eingespeichert ist und die am Knotenpunkt des dem Zeichen L entsprechenden Widerstandsnetzwerkes erscheinende Spannung, bezogen auf U₀, angegeben wird.

Bei hundertprozentigem Druckkontrast und einer Verdrahtung der Widerstandsnetzwerke gemäß der Darstellung in F i g. 2 gilt

Beim Lesen des Zeichens B mit einem Kontrast von 0,5 nach dem Invertierverfahren erscheint am Knotenpunkt des dem Zeichen B entsprechenden Widerstandsentzwerkes eine Spannung von 0,65 der maximal möglichen Spannung, an dem dem Zeichen L entsprechenden Widerstandsnetzwerk dagegen 0,70. Die nachfolgende extremwertbestimmende Schaltung gibt ein Signal an dem dem Zeichen L entsprechenden Ausgang ab, d. h. B wird als L erkannt.

Die aus der bestehenden Unmöglichkeit, nach dem Invertierverfahren Zeichen mit einem nach DIN 66008 festgelegten Druckkontrast von 0,4 ... 1,0 zu erkennen, sich ergebende Aufgabe wird durch die getrennte Auswertung schwarzer und weißer Flächenelemente eines jeden Zeichens mit zwei jeweils den schwarzen bzw. weißen Flächenelementen eines Zeichens zugeordneten Teilwiderstandsnetzwerken, die die ihnen zugeordneten Flächen direkt auswerten und einem jeden Zeichen zugeordneten Differenzverstärker, dessen Eingänge, deren Eingangswiderstände groß gegen den Gesamtwiderstand des die wenigsten Flächenelemente auswertenden Teilnetzwerkes ist, mit den Knotenpunkten der zwei Teilnetzwerke jedes Zeichens verbunden sind, gelöst. Bei dem Differenzverfahren ergibt sich am Ausgang eines jeden einem Zeichen zugeordneten Differenzverstärkers gegen Erde ein Signal nach

= ä'-k

O)

mit CZ₀ und k wie bei Gleichung (1). a' ist ein die Gestalt des Zeichens einschließlich Strichstärke kennzeichnender Faktor, der von α in Gleichung (1) verschieden ist. Die Gleichung (3) stellt Geraden dar, die aus dem Ursprung kommen, und sich deshalb bei keinem Kontrast k > 0 schneiden. Demnach ist eine grundsätzliche Falscherkennung in der beim Invertierverfahren aufgetretenen Art ausgeschlossen.

Das Beispiel der Zeichen L und B soll den gegenüber den bekannten Invertierverfahren erreichten Vorteil deutlich machen:

Bei 100% Druckkontrast gilt:

Kombination	u/u₀
B/B	1,0
B/L	0,537
L/L	1,0
L/B	0,5

Bei 50% Druckkontrast gilt:

Kombination	UIU₀
B/B B/L L/L L/B	1,00 0,70 1,00 0,65

Kombination

B/B
B/L
L/L
L/B

UIU₀

0,5
0,267
0,5
0,25

Das Signal der Kombination B/B ist gemäß der Gleichung (3) um 50% kleiner geworden, aber größer geblieben als das Signal der Kombination B/L, d. h. eine Falscherkennung ist vermieden worden.

Der Vorteil des vorgeschlagenen Differenzverfahrens besteht außerdem darin, daß der Signalunterschied zwischen dem Ausgang des dem zu lesenden Zeichen zugeordneten Differenzverstärkers und dem Ausgang eines einem ähnlichen Zeichen zugeordneten Differenzverstärkers größer ist als der Signalunterschied, der mit dem an sich bekannten Invertierverfahren erhalten wird. Wenn bei allen Zeichen die gleiche Anzahl schwarzer und weißer Flächenelemente ausgewertet werden, beträgt das Signal am Eingang der Extremwertbestimmungsschaltung nach dem Differenzverfahren das Doppalte des Signals nach dem Invertierverfahren.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Differenzverfahrens. Auf der linken Seite sind oben die Schwarzweißmarkierungen für den Buchstäben »B« in dem Rasterfeld 1 und unten für den Buchstaben »L« in dem Rasterfeld 2 dargestellt. Dabei bedeutet S — schwarz und W = weiß. Bei den einzelnen Buchstaben sind jeweils nur so viele Weißfelder berücksichtigt, wie zur eindeutigen Unterscheidung von den anderen Zeichen erforderlich sind.

Jedem Zeichen sind nun zwei Teilwiderstandsnetzwerke Wb₁ und Wbz bzw. Wn und Wl₂ zugeordnet. Die mit den einzelnen Widerständen verbundenen Rasterfelder A₁ ... A₉ ... E₁ ... E₉ sind bei den Widerständen angegeben. Die Knotenpunktspannungen der Widerstandsnetzwerkpaare steuern die Differenzverstärker 3 bzw. 4; die Ausgangssignale aller Differenzverstärker glangen zu der Extremwertbestimmungsschaltung 5. Für jedes zu erkennende Zeichen besitzt die Extremwertbestimmungsschaltung eine Ausgangsleitung, von denen immer nur die dem abgetasteten Zeichen zugeordnete Leitung markiert ist.

Fig. 3 zeigt einen Differenzverstärker, der zur Lösung der gestellten Aufgabe dienen kann. Die Knotenpunktspannungen U₁ und U_s werden den beiden Transistoren T₁ und !T₂ zugeführt, während die Ausgangs-Differenzspannung Ua an dem Transistor T₄ abgenommen wird. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 3 ohne weitere Erläuterung ersichtlich.

Die sichere Erkennung der Zeichen setzt eine sehr gute Übereinstimmung der Eigenschaften aller Differenzverstärker voraus. Die Schaltung gemäß F i g. 3 erfordert dazu lediglich eine genaue Einhaltung des Verhältnisses

R₅-R₃

In der vorgeschlagenen Anordnung bei der gezeigten Schaltung kann z. B. der Temperaturgang und die Abweichung von den Nennwerten sehr groß sein, muß aber bei allen vier Elementen des Quotienten denselben relativen Wert haben.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für Verfahren zur maschinellen Zeichenerkennung, bei denen das Zeichenfeld gerastert abgetastet wird und die dem Schwarzwert der einzelnen Rasterfelder entsprechenden Abtastsignale in Analogspeichern gespeichert werden und bei denen je Zeichen ein Widerstandsnetzwerk vorgesehen ist, dessen Widerstände einerseits je mit einem Analogspeicher und andererseits über einen gemeinsamen Knotenpunkt mit einer Extremwertbestimmungsschaltung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Widerstandsnetzwerke jeweils in zwei Teilnetzwerke (z. B. Wbi, Wb^) mit je einem eigenen Knotenpunkt in der Weise aufgeteilt sind, daß die freien Enden der Widerstände des ersten Teilnetzwerkes (z. B. Wb₁) mit den Analogspeichern verbunden sind, die bei dem zugeordneten Zeichen eine den schwarzen Rasterfeldern entsprechende Spannung führen, während die freien Enden der Widerstände des zweiten Teilnetzwerkes (z. B. J^b₂) mit denjenigen Analogspeichern verbunden sind, die eine den weißen Rasterfeldern entsprechende Spannung führen, und daß je Teilnetzwerkpaar ein Differenzverstärker (3,4) vorgesehen ist, in welchem die Differenz der beiden Knotenpunktspannungen gebildet wird, welche Differenzspannung sodann der Extremwertbestimmungsschaltung (5) angeboten wird, deren Ausgangssignal das abgetastete Zeichen kennzeichnet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzverstärker (3, 4) zwei Eingangswiderstände, deren Wert groß ist im Vergleich zu der Parallelschaltung der Teilnetzwerkwiderstände des Zeichens mit der kleinsten Anzahl von Widerständen im Teilnetzwerk, und einen einseitig geerdeten Ausgang aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen