DE2349698B2 - Transformationsvorrichtung für optische Lesemaschinen - Google Patents

Description

55

3ie Erfindung betrifft eine in optischen Lesemaschii für zweidimensional Linienmuster einsetzbare insformationsvorrichtung zum optischen Transformer! eines solchen Linienmusters in eine Mehrzahl ι optoelektronisch abtastbaren Bildern, die mit dem lienmuster korreliert sind, bestimmte Linienorientieigen darin hervorheben und alle gemeinsam die undlage für eine anschließende Datenverarbeitung . dem Ziel einer Einordnung des jew:iligen Liniensters in eine aus einer Anzahl möglicher Musterkiasabgeben, mit mehreren getrennten Kanälen für die ie eines dieser Bilder.

Die Entwicklung der modernen Gesellschaft hat ein ständiges Wachsen der Menge an schriftlichen Mitteilungen mit sich gebracht. Deshalb ist auch ein erhebliches Interesse daran entstanden, geeignete Verfahren für die maschinelle Verarbeitung derartiger Mitteilungen zu entwickeln. Dies macht sich insbesondere auf denjenigen Gebieten geltend, wo es sich um die Verarbeitung einer sehr großen Anzahl von in Form und Inhalt verhältnismäßig gleichartigen Mitteilungsträgern handelt. Als naheliegende Beispiele hierfür lassen sich unter anderem die maschinelle Verarbeitung von Postsendungen in Zusammenhang mit der Sortierung derselben nach Bestimmungsorten und Anschriften in der Form von Städte- und Straßennamen sowie die Verarbeitung in großer Anzahl vorliegender, verhältnismäßig einfacher Formulare anführen.

In diesem Zusammenhang sei auch bemerkt, daß die Entwicklung auf dem Gebiet der modernen Datenverarbeitung ebenfalls das Interesse an der Entwicklung optischer Leseverfahren gefördert hat, und zwar wegen der erheblichen manuellen Arbeit, die gewöhnlich mit der Erstellung von Eingangsdaten für einen EDV-Prozeß in einer für die Verarbeitung in Datenmaschinen geeigneten Form auf der Grundlage eines vorliegenden, oft umfangreichen schriftlichen Materials verbunden ist.

Mit Bezug auf das erwähnte postale Anwendungsgebiet ist es bekannt, daß man in einer Reihe Länder im Hinblick auf eine mechanische Sortierung von Briefen sogenannte Postleitzahlen als Codebezeichnungen für die Bestimmungsorte, wobei es sich entweder um Städte- oder Straßennamen handeln kann, eingeführt hat. Damit er sich mechanisch sortieren läßt, muß jeder einzelne Brief mit einem der betreffenden Postleitzahl entsprechenden Code versehen werden, der sich direkt von der Sortieranlage erkennen läßt. Im Zusammenhang mit bekannten Sortieranlagen wird diese Codierung der Briefe oft an Hand der auf den Briefen angegebenen Postleitzahlen mit Hilfe manuell betätigter Codierer vorgenommen. Es werden jedoch erhebliche Anstrengungen gemacht, geeignete optische Leseverfahren zu entwickeln, nach welchen die Postleitzahl-Codierung direkt und ohne manueller Eingreifen erfolgen kann, so daß ein großer Teil der gesamten Anzahl von Briefen und entsprechenden Postsendungen ohne jegliches manuelles Eingreifen bei der Sortierung erledigt werden kann.

Ein (ür den genannten Zweck anwendbares optisches Leseverfahren muß im Prinzip immer auf einem Mustererkennungsprozeß — auch unier der englischen Bezeichnung »Pattern recognition« bekannt — beruhen, bei dem ein einer von einer gegebenen Anzahl Musterklassen zugeordnetes Linienmuster erkannt und in eine solche Form transformiert wird, daß sich entscheiden läßt, welcher der Klassen das jeweils vorliegende Muster zugeordnet ist. Im Zusammenhang mit den angegebenen Anwendungsgebieten kann das Linienmuster in der Form einer Ziffer oder eines Buchstaben vorliegen, und die Anzahl der Musterklassen kann somit der Anzahl von Ziffern im benutzten Ziffernsystem oder der Anzahl von Buchstaben im benutzten Alphabet oder eventuell der Summe daraus entsprechen. Bei den bisher bekannten Mustererkennungsprozessen auf diesen Anwendungsgebieten wird auf der Grundlage eines Eingangsbildes des zu klassifizierenden Linienmusters oder eines oder mehrerer bei einer optischen Transformation erzeugten und mit dem Linienmuster korrelieren Bilder ein für die weitere Si-

jnalverarbeitung geeignetes, elektronisches Rasterbild in der Form einer binären Matrix mit einer großen Anzahl von Zeichenelementen erzeugt, indem als Grundlage für diese Darstellung in der binäre:· Form mit Hilfe einer geeigneten optoelektronischen Ausrüstung eine Bewertung der einzelnen Elementarbereiche des Eingangsmusters oder des korrelierten Bildes in bezug auf einen Schwellwert vorgenommen werden muß.

Als Beispiele für optoelektronische Ausrüstungen, die zwecks Erzeugung des genannten elektronischen Rasterbildes in den bisher benutzten optischen Lesemaschinen Anwendung finden, können abtastende Kathodenstrahlröhren, die dazu gebracht werden, ein als Eingangsbild vorliegendes Linienmuster direkt abzutasten, Vidiconröhren, rotierende Spiegel in Kombination mit einer Nipkow-Scheibe, PhotozellenmatrL:en und integrierte Photodiodenstäbe genannt werden. Bezüglich der Anwendung abtastender Kathodenstrahlröhren kann z. B. auf zwei Artikel von R. B. H e η η i s und M. R- B a r t ζ »The IBM 1975 Optical Page Reader« im IBM Journal of Research of Development, Nr. 5, 1968, S. 346 bis 363, verwiesen werden.

Bei den bisher benutzten optischen Lesemaschinen hat es sich jedoch erwiesen, daß eine verhältnismäßig umfassende Datenverarbeitungseinheit erforderlich ist, um ein ausreichend gutes Auflösungsvermögen für die binäre Matrix zu erreichen, die an Hand des Eingarsjsbildes mit den in der Praxis notwendigen Lesegeschwindigkeiten erzeugt sind, die von der Größenordnung 10 000 Zeichen/s sind. Dieser Umstand trägt hochgradig zu einer Verteuerung derartiger Lesemaschinen bei.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß diese Probleme bei den bekannten Lesemaschinen hauptsächlich au! den eigentlichen Eingangsprozeß, d. h. das Erzeugen des oder der opiielektronisch abtastbaren Bilder, die die Grundlage für die in der optoelektronischen Ausrüstung erfolgende Bewertung in bezug auf einen Schwellwert bilden, zurückzuführen ist. Bei den bekannten Lesemaschinen wird dieses Eingangsbild, wie erwähnt, von dem zu untersuchenden ünienmuster, z. B. einem Buchstaben oder einer Ziffer, oder einer direkten Abbildung desselben gebildet.

Um ein ausreichendes Auflösungsvermögen zu erreichen, ist bei solchen bekannten Vorrichtungen grundsätzlich eine verhältnismäßig feine Rastereinteilung des Bildes in Elementarbereichen erforderlich, andererseits aber setzt die Rücksicht in bezug auf die Größe und die Kompliziertheit der nachfolgenden Datenverarbeitungseinheit der Rastereinteilung eine Grenze, was dazu führt, daß bei der optoelektronischen Abtastung in der Praxis Störungen in unangenehmem Ausmaß auftreten. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde vorgeschlagen, das Eingangsbild des Linienmusters einer optischen Transformation in einer Anzahl räumlieh voneinander getrennter Kanäle zur Erzeugung einer Anzahl optoelektronisch abtastbarer und mit dem Linienmuster korrelierter Bilder auszusetzen, die je eine bestimmte Eigenschaft des Musters wiedergeben, worauf jedes dieser kanalindividuellen Bilder in Verbindung mit einer RastereinteMung optoelektronisch detektiert grober wird, welche Rastereinteilung in diesem Fall erheblich gemacht werden kann, und die erzeugten kanalindividuellen elektrischen Signalbilder werden zu einem gesamten elektronischen Rasterbild in der Datenverarbeitungseinheit kombiniert.

Beispiele für eine derartige optische Transformalion cinrl unter anderem aus der US-PS 32 55 436 und dci DT-OS 14 49 612 bekannt. Bei den hier angegebenen Verfahren wird die Transformation in jedem Kanal durch Filterung mit einem Linsen-Maschensystein durchgeführt, so daß das kanalindividuelle, optoelektronisch abtastbare Bild in bestimmtes Teilelement eines üu denjenigen Musterklassen gehörenden Linienmusters darstellt, die gerade in Frage kommen, z. B. ein gerades Linienstück mit einer gegebenen Orientierung oder ein gekrümmtes Liniensegment. Es ist unmittelbar einzusehen, daß der optische Wirkungsgrad in diesem Fall sehr niedrig ist, weil ein sehr großer Teil der zur Verfügung stehenden Lichlmenge bei der Entmaschung abgeschnitten wird, so daß das Signal/Stör-Verhältnis klein wird.

Bei einer zweiten vorgeschlagenen Lösung der genannten Art wird vorausgesetzt, daß die optische Transformation durch Hologrammlechnik unter Verwendung von Filtern in Form von speziell hergestellten, synthetischen Phasenhologrammen, den sogenannten »Kinoformw-Filtern, durchgeführt wird, die unter anderem in einem Artikel von D. W. Baxter, M. ]. B u r k e und D. H. C a s I e r »Character Recognition Methods Using Kinoforms« im IBM Technical Disclosure Bulletin, Nr. 8, Januar 1972, S. 2503 und 2504, erwähnt sind. Dieses Verfahren beruht, insofern es sich um die Auflösung des Bildes in Teilelemente handelt, auf dem gleichen Prinzip wie der Linsen-Maschenfiltrierung, es wird aber ein erheblich höherer optischer Wirkungsgrad erreicht. Die praktische Ausnutzung dieses Verfahrens scheiterte jedoch an außerordentlich großen Schwierigkeiten und hohen Kosten bei der Herstellung der sehr komplizierten synthetischen Phasenhologramme.

Mit diesem bekannten Stand der Technik als Grundlage liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber den vorgeschlagenen Lösungen wesentlich einfachere und preiswertere Ausrüstung zur Erzeugung einer Anzahl kanalindividueller, optoelektronisch abtastbarer Bilder zu schaffen, die mit einem gegebenen vorliegenden zweidimensionalen Linienmuster korrelierl sind und verschiedene Linienorientierungen in diesem hervorheben, wodurch die oben genannten Probleme, die sozusagen einen Flaschenhals in der Signalverarbeitung darstellen, beseitigt werden, so daß eine erhebliche Herabsetzung des Herstellungspreises für eine optische Lesemaschine ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß jeder der Kanäle als Transformationselement eine Optik mit richtungsbestimmtem Aufiösungsvermöger und eindimensionaler optischer Redundanz enthält, daf diese Optiken in verschiedenen Kanälen mit unterein ander verschiedenen Auflösungsrichtungen, aber ge 11 einsamer, das jeweilige Linienmuster aufnehmende Objektebene angeordnet sind, und daß die in der Bild ebene jedes Kanals erzeugton Bilder in Elementarbe reiche aufteilbar sind, die jeweils mittels eines in de Bildebene des jeweiligen Kanals angeordneten licht empflindlichen Bauelement abiaslbar sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht di Bildung von kanalindividuellen Bildern, die mit dei Eingangslinienmuster korreliert sind, somit auf eine Liniensegmemfilterung, bei der in jedem Kanal ein Hervorhebung von geraden Linienstücken oder Tat gentenneigungen mit einer der Auflösungsrichtung dt Kanals entsprechenden Orientierung nrfolgt, indem L nienstücke mit dieser Orientierung mit voller Stärke der Bildebene wiedergegeben werden, während für I. nienstücke mit abweichender Orientierung von e

Verwischen in der Auflösungsrichtung auftritt, d. h. eine Wiedergabe verminderter Stärke. In der Bildebene jedes Kanals kann jetzt in Verbindung mit einer in an sich bekannter Weise erzeugten Rastereinteilung des betreffenden Bildes eine Schwellwertbewertung von jedem der einzelnen Elementarbereiche des Bildes durch das lichtempfindliche Bauelement durchgeführt werden, das dazu gebracht ist, nur auf Lichteindrücke über einer gewissen Stärke zu reagieren, so daß für jeden Kanal Information darüber erreicht wird, inwiefern die einzelnen Elementarbereiche des Eingangslinienmusters gerade Linienstücke oder Tangentenneigungen mit einer der Auflösungsrichtung des Kanals entsprechenden Orientierung enthalten. Diese Information kann in an sich bekannter Weise in der nachfolgenden Datenverarbeitungseinheit zur Klassifikation des Musters ausgenutzt werden.

Wie bei Linsen-Masken-Filterung und der vorstehend erwähnten Kinoform-Filterung führt dies dazu, daß mit einer erheblich gröberen Rastereinteilung als bei Skandierung eines Totalbildes des Linienmusters gearbeitet werden kann, weil gerade bei Linienseg mentfilterung eine ausgedehnte Ausnutzung derjenigen Informationsredundanz stattfinden kann, die immer bei zweidimensionalen Linienmustern vorliegt, entsprechend der Ausnutzung der Informationsredundanz, die auch im visuellen System des Menschen in denjenigen Teilen der Hirnrinde stattfindet, wo die Verarbeitung der Netzhautinformation stattfindet.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß gerade durch die Durchführung der Filterung in den räumlich voneinander getrennten Kanälen durch Optik mit eindimensionaler Redundanz gleichzeitig eine erhebliche Vereinfachung und Verbilligung gegenüber der beschriebenen »Kinoform«-Filterung und ein wesentlich verbesserter optischer Wirkungsgrad gegenüber der Linsen-Masken-Filterung erreicht werden.

Unter einem Filter mit eindimensionaler Redundanz ist hier ein in einem optischen System angebrachtes Transformations- oder Übertragungsmedium zu verstehen, das in der Ebene des Übertragungsmediums nur nach einer bestimmten Richtung in Teilelemente oder -bereiche aufgeteilt werden kann, die je für sich die gleichen optischen Eigenschaften wie das gesamte Übertragungsmedium besitzen. Diesem gegenüber stellen Linsen-Masken-Filter Übertragungsmedien dar, die völlig ohne optische Redundanz sind, indem eine Aufteilung in Teilelemente, die je für sich die gleichen optischen Eigenschaften wie das gesamte Übertragungsmedium haben, hier nicht stattfinden kann, weil man dadurch die Maske und auch die Bilderzeugung selbst ändern wird. Diese fehlende Redundanz bringt große Ansprüche an die Präzision des optischen Systems in jedem Kanal und Risiken für unangenehme Störungen im elektronischen Signalbild durch das Vorhandensein von nur einzelnen Staubkörnern im optischen System mit sich. Andererseits stellen synthetische Hologrammfilter Übertragungsmedien mit zweidimensionaler Redundanz dar, indem ein Hologramm mit einem gegebenen Gebiet in der Hologrammebene ganz beliebig in Elementarbereiche aufgeteilt werden kann, die je für sich die gleichen Auflösungseigenschaften wie das gesamte Hologramm haben, aber natürlich einen herabgesetzten optischen Wirkungsgrad. Zweidimensionale Redundanz wird folglich daher auch bei konventionellen sphärischen Linsen vorliegen.

Betrachtet man die durch die Korrelierung erreichte optische Impulsantwort, ist zu ersehen, daß bei Filtern ohne optische Redundanz, wie z. B. Linsen-Masken-Fil tern, ein Punkt in dieser Impulsantwort einem ganz be stimmten Punkt im Übertragungsmedium entsprechen beispielsweise einer ganz bestimmten Maske, währenc ein Punkt in der Impulsantwort bei Filtern mit zweidi mensionaler Redundanz durch die ganze Ebene de! Übertragungsmediums und bei Systemen mit eindimen sionaler Redundanz durch eine gerade Linie in der Ebe ne des Übertragungsmediums definiert ist.

ίο Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erklärt. Es zeigt F i g. 1 den prinzipiellen Aufbau und die prinzipielle Funktion einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Filters durch Filtration eines punktförmigen Bildes,

F i g. 2 dasselbe durch Filtration eines zweidimensionalen Eingangslinienmusters in Form einer Ziffer,

F i g. 3a und F i g. 3b zwei verschiedene Verfahren zur Erstellung einer Anzahl räumlich voneinander getrennter Kanäle in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 4 den prinzipiellen Aufbau und die prinzipielle Funktion einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit vier räumlich voneinander getrennten Kanälen durch Filtration eines zweidimensionalen Eingangslinienmusters in der Form einer Ziffer und

F i g. 5a und F i g. 5b die resultierende Information über die Eingangslinienmuster, die man bei Anwendung der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. einer bekannten optischen Lesemaschine erhält.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat, wie bereits erklärt, eine Anzahl räumlich voneinander getrennter Kanäle, die jeweils ein optisches Filter mit eindimensionaler optischer Redundanz enthalten, weiches einen Punkt in einer Objektebene als gerades Liniensegment in einer Bildebene und umgekehrt abbildet F i g. 1 zeigt ein Beispiel des prinzipiellen Aufbaus und der prinzipiellen Funktion eines derartigen optischen Filters durch Filtration eines punktförmigen Bildes. Bei der dargestellten Ausführungsform wird das optische Filter von einer Kombination aus einer Sammellinse 1 und einer Zylinderlinse 2 gebildet. Ein Punkt 3 in einer Objektebene 4, die außerhalb der Brennweite der Sammellinse 1 liegt, wird von diesem optischen Filter in einer Bildebene 5 als gerades Liniensegment 6 abgebildet, welches rechtwinklig zur Richtung der erzeugenden der Zylinderlinse 2 orientiert ist Umgekehrt wird ein gerades Liniensegment mit dieser bestimmten Orientierung in der Bildebene 5 als Punkt in der Objektebene 4 wiedergegeben.

Bei einem zusammengesetzten Eingangsbild in der Objektebene 4, welches die Form eines zweidimensionalen Linienmusters besitzt, führt eine Filtration mit einem optischen Filter nach F i g. 1 zu dem Ergebnis, daß das in der Bildebene 5 wiedergegebene Bild in der betreffenden, zur Richtung der Erzeugenden der Zylinderlinse 2 rechtwinklig verlaufenden Richtung ver-

(o wischt ist. Gerade Liniensegmente im Eingangsbild, die parallel zu dieser Richtung verlaufen, werden hierdurch nicht wesentlich beeinflußt, während Linien mit abweichender Orientierung im Gleichtakt mit dieser Abweichung verwischt werden.

Dies wird durch F i g. 2 näher veranschaulicht, die die Anwendung desselben optischen Filters bei der Filtration eines zweidimensionalen Linienmusters 7 in der Objektebene 4 in der Form der Ziffer 2 darstellt Wie

aus der Figur ersichtlich, resultiert die Erzeugung des Bildes darin, daß in der Bildebene 5 eine Hervorhebung der geraden Linienstücke und Tangentenneigungen im Linienmuster 7 erfolgt, die rechtwinklig zu den Erzeugenden der Zylinderlinse 2 orientiert sind. Indem nur Punkte in diesen Linienstücken und Liniensegmente mit diesen Tangentenneigungen mit voller Stärke im Bild 8 in der Bildebene 5 wiedergegeben werden, während alle übrigen Punkte in der genannten Richtung verwischt, d. h. mit verminderter Stärke, wiedergegeben werden. Die Wirkung der optischen Filtration mit einem Filter nach F i g. 1 und 2 ist somit, daß eine Auflösung des Eingangsbildes nach der rechtwinklig zur Richtung der Erzeugenden der Zylinderlinse 2 verlaufenden Richtung erfolgt.

Wie im folgenden näher erläutert werden wird, ist es auf Grund dieser richtungsbestimmten Auflösung für eine beliebige Anzahl voneinander verschiedener Auflösungsrichtungen möglich, eine optoelektronische Aufnahme der für jede dieser Auflösungsrichtungen hervorgehobenen Teile des Eingangslinienmusters durch Anbringung lichtempfindlicher Organe in der Bildebene vorzunehmen, so daß durch Kombination der einzelnen richtungsbestimmten Informationen über das Linienmuster eine für eine sichere Mustererkennung ausreichende Information über das gesamte Linienmuster erstellt werden kann.

Um dies zu erreichen, muß das Eingangslinienmuster durch eine Anzahl in räumlich voneinander getrennten Kanälen befindlicher optischer Filter mit verschiedenen Auflösungsrichtungen filtriert werfen, wobei jedes dieser Filter z. B. so aufgebaut sein kann, wie es in den F i g. 1 und 2 wiedergegeben ist.

In den F i g. 3a und 3b sind rein schematisch zwei verschiedene Verfahren für die hierzu erforderliche Kanalaufteilung veranschaulicht. Das mit der Bezugsziffer 9 bezeichnete Symbol repräsentiert ein optisches Filter. Nach F i g. 3a erfolgt die Kanalaufteilung durch einen optischen Bündelteiler 10 von an sich bekannter Art, mit dessen Hilfe die vom Eingangslinienmuster in der Objektebene 4 kommenden Bildstrahlen zwischen zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Kanälen 11 und 12 aufgeteilt werden, die je ein optisches Filter 9 enthalten. Die Bildebenen dieser beiden Kanäle sind mit 13 bzw. 14 bezeichnet.

Die Kanalaufteilung nach F i g. 3b beruhi darauf, daß das Eingangslinienmuster in der Objektebene 4 unter verschiedenen Winkeln von zwei optischen Filtern 9 betrachtet wird, deren optische Achsen symmetrisch zu einer Senkrechten auf der Objektebene 4 verlaufen. Hierdurch entstehen zwei Kanäle 15 und 16, die jeweils ein optisches Filter 9 und eine Bildebene 17 bzw. 18 enthalten.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Anzahl räumlich voneinander getrennter Kanäle nach beiden Aufteilungsverfahren vergrößert werden kann. Erfolgt die Aufteilung nach der in Fig.3a dargestellten Weise, kann beispielsweise in jedes vom Bündelteiler 10 erzeugtes Teilbündel ein weiterer Bündelteiler eingeschaltet werden und so fort, so daß die gesamte Anzahl der Kanäle eine Potenz mit der Grundzahl 2 ist. Erfolgt die Kanalaufteilung so, wie es in F i g. 3b veranschaulicht ist, kann die Anzahl der Kanäle durch Einschalten mehrerer optischer Filter vergrößert werden, deren optische Achsen zwei und zwei symmetrisch zur selben Senkrechten auf der Objektebene 4 verlaufen, indem die optischen Filter z. B. auf einem mit der Objektebene 4 parallelen Kreis liegen.

Ferner ist ersichtlich, daß es möglich wäre, die beiden Aufteilungsverfahren miteinander zu kombinieren, indem z. B. in jedes vom Bündelteiler 10 nach F i g. 3a erzeugte Teilbündel mehrere optische Filter eingeschaltet werden können, die so angeordnet sind, wie es unter Bezugnahme auf F ι g. 3b beschrieben ist.

In F i g. 4 ist eine Ausführungsiorm der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit vier räumlich voneinander getrennten Kanälen veranschaulicht. Die Kanalaufteilung erfolgt hierbei nach der in Fig. 3b gezeigten Weise, indem jeder Kanal ein optisches Filter enthält, welches so aufgebaut ist, wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, d. h. aus einer Kombination einer Sammellinse 19 und einer Zylinderlinse 20 besteht. Die vier Sammellinsen bilden zusammen eine sogenannte Sektorlinse, bei welcher die vier Einzellinsen dieselbe Stärke haben und mit ihren optischen Achsen symmetrisch um eine Senkrechte auf der Objektebene herum angeordnet sind. Die Erzeugenden der vier Zylinderlinsen haben, wie gezeigt, verschiedene Richtungen, so daß ein Eingangslinienmuster in der Objektebene nach vier verschiedenen Richtungen aufgelöst wird, z. B. lotrecht, waagerecht und zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Diagonalrichtungen.

Mit Hilfe der optischen Filter werden in den Bildebenen der Kanäle, die, wie gezeigt, eine zusammenhängende, gemeinsame Bildebene 21 bilden können, vier Wiedergaben des Eingangslinienmusters mit Hervorhebung derjenigen Liniensegmente und Tangentenneigungen erzeugt, die den genannten vier Aufiösungsrichtungen entsprechen.

Die Aufnahme der auf diese Weise hervorgehobenen Teile des Eingangslinienmusters erfolgt in Übereinstimmung mit der Erfindung durch lichtempfindliche Organe, die im Anschluß an die Bildebene 21 angebracht sind. Da diese Aufnahme, um die Grundlage für eine Mustererkennung bilder, zu können, gewöhnlich Auskunft über die geographische Lage der auf diese Weise hervorgehobenen Teile des Eingangslinienmusters geben muß, liegt es auf der Hand, daß sie im Prinzip auf an sich bekannter Weise auf einer Rastereinteilung der Bildebene für jeden Kanal in eine Anzahl Elementarbereiche beruhen muß, für die jeweils eine Aufnahme des Auftretens von Lichtintensitätsänderungen vorgenommen wird, die einen gegebenen Schwellwert überschreiten.

Es ist bekannt, daß sich eine derartige Rastereinteilung auf mehrere verschiedenen Weisen vornehmen !-äß*. Bs; stationärem Festhalten des Eineaneslinienmusters kann die Aufnahme beispielsweise mit Hilfe einei der gewünschten Rastereinteilung entsprechenden Matrixanordnung lichtempfindlicher Organe, d.h. Photodioden in der Bildebene jedes Kanals, erfolgen, d. h. mi einem lichtempfindlichen Organ in jedem einzelner Elementarbereich, indem man durch Vergleichen dei elektrischen Ausgangssignale dieser lichtempfindlicher Organe, die im voraus relativ zueinander justiert seil müssen, Information über die Lichtintensitätsverteiluni in der gesamten Kanalbildebene, d. h. über den Lichtin tensitätspegel in den einzelnen Elementarbereichen ii bezug auf die Nachbarbereiche, erhält.

Als weitere Möglichkeit kann in Verbindung mit de Rastereinteilung ein linearer Vorschub des Eingangsli nienmusters dadurch vorgenommen werden, daß in Anschluß an die Objektebene, wie schematisch i F i g. 4 angedeutet ist, ein geeigneter Vorschubmecha nismus 22 vorgesehen ist, der dem Eingangslinienmu ster, welches in der Figur schematisch durch einen ebc

509548/25

nen Streifen 23 mit einer Ziffernreihe 2, 3, 4... angedeutet ist, eine lineare Bewegung mit geeigneter Geschwindigkeit beibringt. Die in der Bildebene jedes Kanals erzeugte Abbildung des Eingangslinienmusters bewegt sich dann in entgegengesetzter Richtung des Eingangslinienmusters, und es ist unmittelbar ersichtlich, daß hierdurch eine wesentliche Einsparung in der Anzahl lichtempfindlicher Organe erzielt werden kann, indem die Aufnahme in jeder Kanalbildebene mit Hilfe einer Anzahl lichtempfindlicher Organe geschehen kann, die längs einer rechtwinklig zur Vorschubrichtung verlaufenden Linie mit äquidistanten Zwischenräumen angeordnet sind, die der gewünschten Rastereinteilung in der betreffenden Richtung entsprechen. Die Rastereinteilung in der hierzu rechtwinklig verlaufenden Richtung wird durch linearen Vorschub des Eingangslinienmusters in Kombination mit elektronischer Abtastung der lichtempfindlichen Organe mit einer geeigneten Frequenz erzielt.

Außer eine Ersparnis in der Anwendung lichtempfindlicher Organe zu bewirken, ist das oben genannte Aufnahmeprinzip äußerst zweckmäßig für die in der Praxis vorkommenden Anwendungsbereiche der Erfindung, wo gewöhnlich eine große Anzahl sukzessiv vorgeschobener Linienmuster optisch gelesen werden soll, wie es z. B. beim Lesen von Giroanweisungen, Schecks und ähnlichem der Fall ist, da sich dann ein kontinuierliches Vorschieben der Linienmuster ohne Aufenthalte in Verbindung mit dem optischen Lesen anwenden läßt.

Eine zusätzliche Reduktion der Anzahl lichtempfindlicher Organe kann dadurch erreicht werden, daß man den in F i g. 4 angedeuteten Vorschub mit einer hin- und hergehenden optischen Abtastung des Eingangslinienmusters in einer rechtwinklig zur Vorschubrichtung verlaufenden Richtung kombiniert, was auf bekannte Weise z. B. dadurch erreicht werden kann, daß ein um eine mit der Vorschubrichtung parallele Achse vibrierender Spiegel zwischen die Objektebene und die Sektorlinse 19 in Fig.4 eingeschaltet wird. Hierdurch kann man sich im Prinzip in jeder Kanalbildebene mit einem einzigen lichtempfindlichen Organ begnügen, das elektronisch abgetastet werden muß mit einer geeigneten Frequenz, die natürlich wesentlich höher sein wird als im vorher beschriebenen Fall, in welchem lediglich das Eingangslinienmuster vorgeschoben wurde.

In der Ausführungsform nach Fig.4 ist die Anzahl der Auflösungsrichtungen gleich der Kanaianzahl, indem die Richtung der Erzeugenden jeder Zylinderlinse 20 von den Richtungen der Erzeugenden der übrigen drei Zylinderlinsen verschieden ist, und in den optischen Filtern haben sowohl die Sammellinsen 19 als auch die Zylinderlinsen 20 dieselbe Stärke. Durch Vergrößerung der Kanalanzahl, so wie es unter Bezugnahme auf die F i g. 3a und 3b beschrieben ist. kann auf diese Weise eine entsprechende Vergrößerung der An-. zahl der Auflösungsrichtungen erreicht werden. Praktische Versuche haben ergeben, daß bei Linienmustern in Form gedruckter oder maschinengeschriebener alphanumerischer Zeichen vier Auflösungsrichtungen im allgemeinen eine Information ergeben, die für eine siche-• re Mustererkennung ausreicht

Die Erfindung ist jedoch keineswegs darauf beschränkt, daß die Anzahl der Auflösungsrichtungen gleich der Kanalanzahl sein muß. Es wäre beispielsweise eine Ausführungsform denkbar, bei welcher die Kanäle in zwei Sätze aufgeteilt sind, so daß bezüglich der Auflösungsrichtung paarweise Identität zwischen einem Kanal des einen Satzes und einem Kanal des anderen Satzes besteht, indem die Erzeugenden de Zylinderlinsen in den optischen Filtern der beiden Ka näle dieselben Richtungen haben, während in den opti sehen Filtern sämtlicher Kanäle im einen K.analsatz Zy linderlinsen mit einer anderen Stärke als in den opti sehen Filtern in den Kanälen des anderen Kanalsatze verwendet werden, so daß der eine Kanal in jedem de hierdurch entstehenden Kanalpaare eine kräftigen Verwischung als der andere Kanal zeigt. Hierdurcl

kann erreicht werden, daß, während jeder Kanal mi der kleinen Vergrößerung jedes gerade Linienstücl und jede Tangentenneigung im Eingangslinienmustei mit einer der Auflösungsrichtung des betreffenden Ka nals entsprechenden Richtung hervorhebt, der entspre

chende Kanal mit großer Vergrößerung im anderer Kanalsatz auf Grund der kräftigeren Verwischung de; Eingangslinienmusters nur gerade Linienstücke übei eine gewisse Minimallänge hervorhebt, so daß für jede Auflösungsrichtung eine Information darüber erziel

wird, in welchem Umfang die Aufnahme einer Lichtin tensitätsänderung in der Bildebene auf ein gerades Li menstück mit der genannte Minimallänge oder auf kür zere Linienstücke oder Tangentenneigungen zurückzu führen ist.

Bei der Mustererkennung, die auf Grundlage der mil der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Filtration ir einer Anzahl räumlich voneinander getrennter Kanäle ausgeführten, optischen Korrelation vorgenommer wird, werden die Signale von den lichtempfindlicher

Organen durch eine geeignete elektronische Signalverarbeitung, die einen Vergleich, eine Binärcodierung unc eine Abtastung umfaßt, in einer solchen Weise miteinander kombiniert, daß eine Registrierung des Auftretens von Linienstücken und Tangentenneigungen mil

den gewählten Auflösungsrichtungen in den der Rastereinteilung der Bildebenen entsprechenden Elementarbereichen des Eingangslinienmusters erreicht wird.

Diese Datenverarbeitung wird auf an sich bekannte Weise ausgeführt und bildet keineswegs den Gegen-

stand der vorliegenden Erfindung, doch ist das Ergebnis der erreichten Registrierung andeutungsweise in t- ig. 5 veranschaulicht. Es ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung für jeden Elementarbereich im Eingangslinienmuster Information darüber

erzielt wird, inwieweit der betreffende Bereich von

einem Linienstück durchschnitten wird und welcher der

vier Auflösungsrichtungen ein solches Linienstück ge-

gebenenfalk ₃-r, nächsten liegt.

Zu Vergleichszwecken ist in Fig.5b die Registrie-

rung desselben Eingangslinienmusters durch eine bekannte optische Lesemaschine veranschaulicht, bei welcher für jeden Elementarbereich in r¹ r Objektebene abgetastet wird, ob der betreffende Bereich einen Teil des Eingangshnienmusters enthält oder nicht. Es ist un-

mittelbar einleuchtend, daß hierzu eine wesentlich feinere Rastereinteilung erforderlich ist, was unter anderem eine komplizierte nachfolgende Datenverarbeitung mit sich führt. In der Praxis hat es sich bei bekannte ^ⁿ.£^pll,^{SChen Lesem}aschinen erwiesen, daß, falls die kr r I⁶*" ^Datenverarbeitungseinheit innerhalb wirtschaftlich zu verantwortender Rahmen gehalten werden soll, die Rastereinteilung zu grob wird so daß, wie bereits erwähnt, eine erhebliche Menge Störungen induziert wird. '

ν ^Ein . ^wesentlicl«r Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt somit darin, daß infolge der durch die vorgenommene optische Korrelation erzielten, zusätzlichen Information über die Richtungen von Unienstük-

ken und Tangentenneigungen im Eingangslinienmuster eine wesentliche gröbere Rastereinteilung als in bekannten optischen Lesemaschinen benutzt werden kann, ohne daß hierdurch das Ergebnis beeinträchtigt wird, so daß der für die weitere Signalverarbeitung erforderliche Datamat weniger kompliziert und damit preisbilliger gemacht werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. In optischen Lesemaschinen für zweidimensionale Linienmuster einsetzbare Transformationsvorrichtung zum optischen Transformieren eines solchen Linienmusters in eine Mehrzahl von optoelektronisch abtastbaren Bildern, die mit dem Linienmuster korreliert sind, bestimmte Linienorientierungen darin hervorheben und alle gemeinsam die Grundlage für eine anschließende Datenverarbeitung mit dem Ziel einer Einordnung des jeweiligen Linienmusters in eine aus einer Anzahl möglicher Musterklassen abgeben, mit mehreren getrennten Kanälen für die Erzeugung je eines dieser Bilder, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kanäle als Transformationselement eine Optik mit richtungsbestimmtem Auflösungsvermögen und eindimensionaler optischer Redundanz enthält, daß diese Optiken in verschiedenen Kanälen mit untereinander *> verschiedenen Auflösungsrichtungen, aber gemeinsamer, das jeweilige Linienmuster aufnehmender Objektebene angeordnet sind, und daß die in der Bildebene jedes Kanals erzeugten Bilder in Elementarbereiche aufteilbar sind, die jeweils mittels eines *5 in der Bildebene des jeweiligen Kanals angeordneten lichtempfindlichen Bauelements abtastbar sind.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik in jedem Kanal eine Kombination aus einer Sammellinse und einer Zylinderlinse enthält, und daß die Erzeugenden der Zylinderlinsen in den verschiedenen Kanälen in verschiedenen Richtungen in rechtwinklig zu den optischen Achsen der Kanäle verlaufenden Ebenen orientiert sind.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinsen in wenigstens zwei Kanälen von einer Sektorlinse mit einer der Kanalanzahl entsprechenden Anzahl räumlich voneinander getrennter Linsen gebildet werden.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlinsen in sämtlichen Kanälen dieselbe Stärke haben und daß die Erzeugende der Zylinderlinse in jedem Kanal eine andere Orientierung hat als die Erzeugenden der Zylinderlinsen in allen anderen Kanälen.

   7 Optik zur Anwendung in einer Transformationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Element mit eindimensionaler optischer Redundanz enthält, das einen Punkt in 5<> einer Objektebene als gerades Liniensegment in einer Bildebene und umgekehrt abbildet.