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Verfahren zur Erkennung von linienförmigen Mustern Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung von linienförmigen Mustern, bei dem
dem Linienverlauf durch eine Schwarz/Weiß-Abtasteinrichtung selbsttätig nachgefahren
wird.
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Durch die deutsche Patentschrift 953 474 ist ein Verfahren bekannt
geworden, bei dem der Elektronenstrahl eines Ikonoskops automatisch den Konturen
des zu identifizierenden Zeichens nder Musters nachgeführt wird und dabei gleichzeitig
aus der Regelgröße für die automatische Nachführung Ströme oder Spannungen abgeleitet
werden, deren zeitlicher Verlauf den Konturen des zu identifizierenden Zeichens
entspricht.
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Es ist ferner das Verfahren bekannte die Nachführungsgrößen eines
z.B. fotoelektrischen Abtastkopfes, der einem Linienzug
automatisch
nachgeführt wird, in Form von Koordinatenwerten der Punkte des Linienzuges entsprechenden
Analogsignalen einem Rechengerät zuzuführen, um gegenüber Drehungen, Verschiebungen
sowie Ähnlichkeitstransformationen des Linienzuges invariante. Kenngrößen des Linienzuges
zu gewinnen <DBP 1 129 333).
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, bei einem Zeichenerkennungsverfahren,
das das Prinzip des Nachfahrens von Linienzügen sowie zur Auswertung einen Rechner
benutzt, eine Aufwand sparende Methode des Nachfahrens und Auswertens anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß das Muster in einer
Matrix abgebildet wird, deren Matrixelemente einzeln durch Digitalansteuerung ihrer
Koordinaten (x-Register, y-Register) nach ihrem Schwarz- oder Weiß-Zustand abfragbar
sind, daß ein Rechner schrittweise ein jeweils anderes, mehrere Matrixelemente enthaltendes
Fenster zur Abfrage adressiert, wobei das neue Fenster sich aus einer Drehung oder
Verschiebung des alten Fensters ergibt und diese Verlagerungen anhand des jeweiligen
Schwarz/Weiß-Gehalts des Fensters von dem Rechner so gesteuert werden, daß das Fenster
entsprechend dem Linienverlauf des Musters fortlaufend verlagert wird, und daß der
Verlauf dieser Verlagerungen in einem Digitalspeicher festgehalten wird, um ihn
mit vorgegebenen Digitalmustern zu vergleichen.
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Weiterhin ist vorgesehen, daß in dem Fenster eine Längsachse und ein
Drehpunkt definiert sind, daß die Drehungen jeweils um einen gleichen Winkel, beispielsweise
um 450 erfolgen und daß die Koordinaten des Drehpunktes zwecks Identifizierung des
abgetasteten Linienverlaufs in dem Digitalspeicher gespeichert werden.
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Außerdem ist vorgesehen, daß eine Drehung des Fensters so lange erfolgt,
bis vom Fenster eine größte Menge "Schwarz" enthaltender Matrixelemente erfaßt wird,
und dann eine Verschiebung des Fensters in Längs- oder Querrichtung erfolgt und
weitere Drehungen und Verschiebungen einander abwechseln, bis ein Kurvenzug abgetastet
ist.
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Schließlich ist vorgesehen, daß nach Einspeicherung der Koordinaten
jeweils einer Teillänge des Linienverlaufs z.B. vom Rechner der zugehörige Differentialquotient
gebildet und als digitales Wort eingespeichert wird. und daß diese Wort oder aus
ihnen zusammenfassend errechnete, Richtungen zugeordnete W8rtermit Kennworten bekannter
Linienzüge verglichen werden.
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Anhand der Figuren 1 bis 4 wird ein erfindungsgemäßes Beispiel eines
Verfahrens zur Erkennung von linienförmigen Mustern näher beschrieben. Es zeigen
Fig.1 das Grundprinzip des Verfahrens im Blocksehema, Fig.2 bis 4 Darstellungen
verendeter Fenaerverlagr'.ungen.
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In Fig.1 ist eine Zeichenmatrix 1 dargestellt, deren Matrixelemente
Mi,j in z.B. 20 Zeilen und 20 Spalten angeordnet sind. Ein zu erkennendes Muster
wird gemäß einer der bekannten Methoden unter Auflösung in Bildelemente,die schwarzen
und weißen Punkten des Musters entsprechen, in der Matrix 1 abgebildet. Die Matrixelemente
Mi,j können insbesondere bistabile Flipflops sein, wobei ein Linienzug wie bekannt
in der Matrix in der Weise abgebildet wird, daß gesetzte Flipflops Punkten des Linienzuges
(Schwarzpunkten) entsprechen. Jedes Matrixelement Mi,j ist durch Ansteuerung entsprechend
seinen Koordinaten über ein x- und ein y-Register nach seinem Schwarz- oder Weiß-Inhalt
abfragbar.
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Durch einen Rechner 2 werden jeweils 8 Matrixelemente, die in der
Zeichenmatrix ein Fenster 3 von der Form eines Rechtecks bilden, abgefragt. Derartige
Abfragen erfolgen schrittweise nacheinander und werden von dem Rechner 2 per Programm
durch Ausgabe eines für jede Schrittart charakteristischen Steuerwortes bewirkt.
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Der Rechner 2 verfügt in seinem Programmspeicherteil 4 über Steuerworte,
die Koordinaten-Drehtransformationen im Sinne einer Drehung der Achse A des Fensters
3 um jeweils 450 um den Punkt P als Drehpunkt herbeiführen. Figur 2 zeigt die mit
a bis h bezeichneten möglichen Richtungen des Fensters 3 bei einer solchen drehenden
Suchbewegung, wenn a die Ausgangsrichtung
ist. Weitere Steuerworte
bewirken Koordinaten-Transilationen im Sinne einer Verschiebung des Fensters 3 um
eine Rasterteilung, wobei ein Steuerwort eine Längsverschiebung, wie in Figur 3
dargestellt, ein anderes eine Querverschiebung, wie in Figur 4 dargestellt, veranlaßt.
Die Längsverschiebungen erfolgen in der Richtung, in der der "Kopf" K des Fensters
voranläuft. Die Richtung von Querverschiebungen wird von dem Rechner auf Grund der
Verteilung der abgefragten Schwarzpunkte innerhalb des Fensters bestimmt, so, daß
die Verschiebung in Richtung zu der im Fenster festgestellten größeren Schwärzungsdichte
hin erfolgt. Nach jeder Fensterverschiebung werden die Koordinatenwerte des Punktes
P indem Speicherteil 5 des Rechners 2 abgespeichert. Der Rechner führt nach jeder
Fenster-Verschiebung ein Fensterdreh-Programm durch1 wobei -Fensterdrehungen in
dem Suchsektor solange durchgeführt werden, bis ein maximaler Inhalt von S.chwarzpunkten
in dem Fenster festgestellt ist. Anschließend findet dann wieder ein Längsverschiebungsschritt
in der gefundenen Richtung statt, dem evtl. ein Querverschiebungsschritt folgen
kann.
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Es ist vorgesehen, daß die beim Nachfahren des Linienzuges unmittelbar
in digitaler Form im Rechner gewonnenen Koordinaten der Linienzugpunkte in der Weise
im Rechner ausgewertet werden, daß im Zuge des Nachfahrens
zu aufeinander
folgenden Koordinatenwerten im Rechenwerk des Rechners ein zugehöriger Differentialquotient
errechnet und als Digitalwort in dem Speicher 5 abgespeichert wird. Die Folge dieser
Digitalwörter beinhaltet dann eine abgeleitete (differenzierte) Darstellung des
Linienzugverlaufes, die gegebenenfalls, je nach Art der zu erkennenden Muster, durch
Rechenvorgänge im Rechner, z.B.
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Differenzbildungen, noch weiter komprimiert werden kann, beispielsweise
durch Bildung von Digitalwörtern wie OOLL für stark steigend OOOL steigend LLLL
" gleichbleibend LOOO " fallend LLOO 1 stark fallend Es läßt sich auf diese Weise
eine typisierte Darstellung des Linienverlaufes gewinnen, die bei Verwendung der
drei mittleren Digitalwörter gegenüber geometrischen Formänderungen invariant ist,
oder bei Verwendung aller fünf oder noch weiterer das Verhalten des Linienverlaufs
charakterisierender Digitalwörter den Linienverlauf geometrisch genauer wiedergibt.
In dem Digitalspeicher 5 des Rechners sind derartige typische Darstellungen als
Muster vorgespeichert, so daß ein spätestens am Ende des Abfahrens des Linienzugs
vom Rechner durchgeführter Vergleich der beim Abfahren gewonnenen Darstellung mit
diesen Mustern den Bedeuttungsinhalt des abgetasteten Linienzuges erkennen läßt.
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Nach dem beschriebenen Verfahren ist unter Verwendung eines Digital-Rechners
eine sehr wenig aufwendige Linienzugerkennung möglich, bei der in dem Digital-Rechner,
der das Nachfahren des Linienzuges selbst steuert, auch die zur Erkennung benötigten
Daten in digitaler Form sofort zur Verfügung stehen.