DE1549902C - Schaltungsanordnung zur maschinellen Zeichenerkennung - Google Patents
Schaltungsanordnung zur maschinellen ZeichenerkennungInfo
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Description
1 . 2 -
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 Extremwertbestimmungsschaltung verbunden io geschilderte zuverlässige und einfache Invertierver-'
sind. fahren für die Erkennung der Zeichen anwenden,
Zeichenleser mit einer Matrix von Speicherzellen indem man an den Analogwertverstärker einen be-.
zur 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 20 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 durch 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
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 Zeichen eine den schwarzen Rasterfeldern entsprechende
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 Erkennungsverfahren jeweils ahn- spannungen, und zwar derart, daß bei positiver
liehe Zeichen, z. B. die Buchstaben C, O, G und Q, Differenz eine Ausgangsspannung 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 Erkennungsverfahren 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 Auswerte verfahren
firkennungs-Verfahrcn wird im folgenden Invertier- eicene Nachteile an.
verfahren genannt. Die Erfindung wird im folgenden an Hand der
Der Digitalwert.spcicher, der hier vorausgesetzt 65 Fig. 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-Weil.i-Digitalisierung viel Information ver- Differenzverfahrens gemäß der Erfindung mit der
Verdrahtung der Erkennungsschaltungen für die 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 Spannung
U
Bei einem Druckkontrast von 0,5 gilt
Kombination | ■ . ' UIV0 . |
B/B : B/L ' . L/L L/B |
, 0,65 ' 0,70 . . 0,85 0,47 |
U0
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 Ut für das Zeichen L
und Ub für B nach Gleichung (1)
AU=Ub- U L· (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 Ά U = O 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 k0, 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 ig.-2 gilt
ίο 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
so 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
U0
mit U0 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 Ic > 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 | UIU0 |
B/B B/L L/L L/B |
1,00 0,70 1,00 0,65 |
Kombination | UIU0 |
B/B | 1,0 |
B/L | 0,537 |
L/L | 1,0 |
L/B | 0,5 |
UIU0 | |
0,5 | |
0,267 | |
0,5 | |
0°/0 Druckkontrast gilt: | 0,25 |
Kombination | |
B/B | |
B/L | |
L/L | |
L/B | |
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 besteilt 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 Extremwertbcslimmungsschaltung
nach dem Differenzverfahren das Doppsite des Signals nach dem Invertierverfahren.
F i g. 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 Teilwiderstandsnetzwerkc
IVb1 und IVbx bzw. Wi1 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.
F i g. 3 zeigt einen Differenzverstärker, der zur Lösung der gestellten Aufgabe dienen kann. Die
Knotenpunktspannungen U1 und Ut werden den
beiden Transistoren T1 und 7". zugeführt, während die
Ausgangs-Differenzspannung Ua an dem Transistor
T4 abgenommen wird. Im übrigen ist die Wirkungsweise
der Schaltung nach F i g. 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
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 (2)
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. Wbu ^2)
mit je einem eigenen Knotenpunkt in der Weise aufgeteilt sind, daß die freien Enden der Widerstände
des ersten Teilnetzwerkes (z. B. Wb^) 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. IVb2) 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
Teilnetzwerk widerstände des Zeichens mit der kleinsten Anzahl von Widerständen im Teilnetzwerk,
und einen einseitig geerdeten Ausgang aufweisen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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