DE2648641B2

DE2648641B2 - Elektronische Anordnung zum Lesen von Zeichen

Info

Publication number: DE2648641B2
Application number: DE2648641A
Authority: DE
Inventors: Ercole Genua Giuliano; Orazio La Spezia Paita; Luigi Arenzano Genua Stringa
Original assignee: ELETTRONICA SAN GIORGIO - ELSAG SpA GENUA-SESTRI (ITALIEN)
Current assignee: ELETTRONICA SAN GIORGIO - ELSAG SpA GENUA-SESTRI (ITALIEN)
Priority date: 1975-11-03
Filing date: 1976-10-27
Publication date: 1979-09-20
Also published as: AU1887976A; NO149903B; NL166564C; DK478476A; NO763635L; SE7610785L; CA1066806A; SE434441B; GB1520368A; NO149903C; US4047152A; JPS5286734A; IT1055651B; BE847800A; DK147837C; DK147837B; NL166564B; FR2330084B1; DE2648641A1; NL7612165A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,

Die Anforderungen an Zeichen und Auswertung bei der automatischen Zeichenerkennung sind teilweise genormt (ISO Recommandation R 1831, Nov. 1971).

Jedoch ergeben sich bei derartigen Anordnungen, bei denen der Aufzeichnungsträger rasterförmig, und zwar flächenweise oder strichweise, abgetastet und von Rasterpunkt zu Rasterpunkt ein Ausgangssignal »weiß« oder »schwarz« abgegeben werden soll, erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich der Kontrastempfindlichkeit, insbesondere bei einer gewissen Fleckigkeit des Hintergrunds oder bei grauem Hintergrund. Dies gilt sowohl bei dunkler Schrift auf hellem Hintergrund als auch bei heller Schrift auf dunklem Hintergrund.

Das Auge von Säugetieren weist eine erhebliche Kontrastempfindlichkeit auf, die, wie sich herausgestellt hat, darauf beruht, daß die Sehzellen, auf die die den betrachteten Punkt umgebenden Punkte projiziert werden, die Reizwirkung umkehren und somit unter Erzielung eines »hervorgehobenen Kontrasts« seitliche Hemmfelder bilden, welche eventuelle nicht zum betrachteten Zeichen gehörende Schatten und Grautöne abschwächen.

Bei elektronischen Leseanordnungen bereitet, wie gesagt, die Erzielung einer hohen Kontrastempfindlichkeit bei Vorhandensein eines Hintergrundrauschens und insbesondere das Vorsehen eines hervorgehobenen Kontrasts erhebliche Schwierigkeiten.

Es ist eine Leseanordnung bekannt (DE-OS 24 52 949), deren aus strichweiser Abtastung entstandenen jeweiligen örtlichen Lesesignale mit drei Bits digitalisiert und dann in Speicher eingespeichert werden, aus denen jeweils ein Betrachtungsfeld von 5 ■ 5 zusammenhängenden Rasterpunkten ausgelesen wird, von denen der Helligkeitswert eines ersten Teilbildfelds der 3 · 3 zentralen Rasterpunkte, deren wiederum zentraler Rasterpunkt ein mit dem Faktor 4 gewichtetes Signal abgibt, mit dem höchsten derjenigen Signale verglichen wird, die von jeweils einem von — den zentralen 3 ■ 3-Bereich überlappenden — peripheren zweiten Teilbildfeldern von jeweils 2 · 2 Rasterpunkten abgegeben werden. Die Entscheidung, ob »schwarz« oder »weiß«, wird in Abhängigkeit davon gefällt, ob das Ausgangssignal des zentralen ersten Teübildfelds höher oder niedriger ist als das höchste der von einem der zweiten Teilbildfelder des betrachteten Felds abgegebenen Signale.

Es hängt von der Vorverarbeitung der Signale ab, ob auf höheres Weiß-Signal oder auf höheres Schwarz-Signal abgestellt wird.

Die bekannte Leseanordnung bietet allein schon durch die Anordnung der Flächen der verglichenen Signale keine optimierbare rauschunempfindliche Auswertung. Für den Vergleich mit dem Signal des zentralen ersten Teilbildfeldes wird nur ein einziges zweites Teilbildfeld aus einer kleinen Zahl von zweiten Teilbildfeldern ausgewählt, und dieses zweite Teilbildfeld überlappt sich wiederum teilweise mit dem ersten Teilbildfeld, so daß die miteinander verglichenen Signale unter Umständen im wesentlichen den Helligkeitswert eines gemeinsamen Rasterpunkts zum Inhalt haben und andere umgebende Grauwerte nicht berücksichtigt werden. Dies ist insbesondere nachteilig, wenn die Leseanordnung zum Lesen von Zeichen mit unterschiedlichen Strichstärken, unterschiedlicher Druckart und von unterschiedlichen Aufzeichnungsträgern verwendet werden soll, wie es beispielsweise bei einer Adresseniesemaschine im Rahmen der automatischen Postsortierung der Fall ist

Es ist auch eine analoge Verarbeitung der Lesesignale zum schließlichen Erhalten der den einzelnen Rasterpunkten zugeordneten Binärwerte »schwarz« oder »weiß« bei einer Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt (DE-OS 15 24 494). Hierbei wird nicht strichweise, sondern flächenweise abgetastet, so daß sich eine Zwischenspeicherung der erhaltenen Werte erübrigt Bei dieser bekannten Schaltung wird das Helligkeitssignal eines aus einem einzigen Rasterpunkt bestehenden ersten Teübildfelds mit dem mittleren Helligkeitswert eines es umgebenden zweiten Teübildfelds in Form eines dickbalkigen Kreuzes mit

κι Hilfe eines Differenzverstärkers verglichen, der dann das binäre Ausgangssignal abgibt. Auch bei dieser bekannten Leseanordnung können Rauschsignale, die von Flecken usw. herrühren können, zu einer falschen Auswertung einzelner Rasterpunkte führen. Beispiels-

is weise kann ein am Ende eines Strichs auf diesem liegender Rasterpunkt oder ein nahe neben einem Strich liegender, einen Schmutzuntergrund aufweisender Rasterpunkt aufgrund des Mittelwerts sämtlicher Punkte des zweiten Teübildfelds, die zur Hälfte im Schwarzen und zur Hälfte im Weißen liegen, zu falschen Vergleichsergebnissen und damit zu einer falschen Auswertung führen.

Weiterhin ist es bekannt (DE-OS 22 15 088), einen momentan betrachteten Rasterpunkt als zum schwar-

2s zen Zeichen gehörend anzusehen, wenn sein Helligkeitswert sowohl unter einer gegebenen Schwelle liegt als auch unter dem Helligkeitswert des Feldes von Rasterpunkten liegt, innerhalb dessen er sich befindet Auch hierbei verursachen Grauwerte und Rasterpunkte

jo in Übergangsbereichen sowie auch Punkte hoher Helligkeit, die beiderseits des Vergleichs erscheinen, unter Umständen Fehlauswertungen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei der Auswertung der Helligkeitssignale der einzelnen Rasterpunkte im Vergleich zu den Helligkeitssignalen ausgewählter umgebender Rasterpunkte Fehlauswertungen insbesondere bei flauem, kontrastarmem Bild mit viel Signalrauschen zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete

-to Erfindung gelöst

Durch die Vorschriften, daß — im Fall eines dunklen Signals auf hellem Grund — sowohl die Helligkeit des jeweiligen Rasterpunkts einen Höchstwert nicht überschreitet, um als zum Zeichen gehörend betrachtet zu werden, als auch nur diejenigen Rasterpunkte der zweiten Teilbildfelder, die einen Helligkeitshöchstwert nicht überschreiten, bei der Mittelwertbildung der Helligkeitswerte der zweiten Teilbildfelder herangezogen werden, wobei also diese zweiten Teilbildfelder ein zusammengewürfeltes Muster verschiedener Rasterpunkte aus der Umgebung des ersten Teilbildfelds, ganz in Abhängigkeit von den jeweiligen Helligkeitswerten, sein können, kann kein Vergleich von Grau-Hintergrundwerten zum Signal »schwarz« führen, auch nicht

wenn die potentiellen zweiten Teilbildfelder großenteils außerhalb der Zeichen liegen und im Mittel einen relath hohen Helligkeitswert signalisieren, der an sich leicht zu »unterbieten« wäre. Hierbei ist es möglich, die potentiellen zweiten Teilbildfelder, also die Rasterpunkte, deren Helligkeitswert für den Vergleich mit dei Schwelle und gegebenenfalls für die Mittelwertbildung herangezogen wird, von vornherein zu beschränken beispielsweise indem man bei einer Schrift mit in wesentlichen vertikalen und horizontalen Linien die ir der vertikalen und horizontalen Verlängerung des ersten Teilbildfelds liegenden Rasterpunkte wegläßt, se daß die Zahl derjenigen Rasterpunkte der zweiter Teilbildfelder, die die gleiche Schwärzung aufweisen wie

der jeweilige momentan betrachtete Rasterpunkt, geringer ist.

Die Größe des ersten Teilbildfelds ist durch die Schaltung festgelegt, ihre Wahl wird nach der durchschnittlichen zu entziffernden Strichdicke im Vergleich zum Rasterkorn festgelegt. Dieses erste Teilb'ldfeld kann beispielsweise aus dem jeweils momentan betrachteten Rasterpunkt allein bestehen, es kann aus diesem Rasterpunkt und den ihn im Rechteckgitter umgebenden acht Rasterpunkten, also ι ο einem Dreierquadrat, oder es kann auch aus einem Fünferquadrat bestehen. Als Rasterung kommen z. B. acht Rasterpunkte je mm des Aufzeichnungsträgers in Frage.

Die Ansprüche 2 und 3 zeigen Maßnahmen zur strichweiseu Abtastung und Speicherung der Meßwerte, insbesondere in digitaler Form, auf, die zu einer Vereinfachung der Schaltung und im Fall der digitalen Verarbeitung zu einer erheblichen Erhöhung der Auswertungsgenauigkeit führen. Anspruch 4 gibt funktionell die Schaltungen zur Mittelwertbildung an, Anspruch 5 betrifft eine Verfeinerung des durch die Schaltungsanordnung durchgeführten Algorithmus. Anspruch 6 betrifft einen modulareri Aufbau der Anordnung, gemäß dem deren Anpassungsfähigkeit noch weiter erhöht ist, da auch sehr große Lesehöhen schnell bewältigt werden können und durch Hinzunahme bzw. Wegnahme von Einheiten eine jeweilige Anpassung leicht durchführbar ist

Anspruch 7 betrifft eine Integration für eine Vorwegbeseitigung von Stör- und Rauschsignalen. Der Integrator mittelt höherfrequente Störsignale aus, da der eigentliche Abtastimpuls deir Fotodiode im allgemeinen in der ersten Hälfte der Integrationszeit eintrifft, gefolgt von Schwingungen. Durch die Integration werden Zufallsfehler, die sich aus dem Abfragezeitpunkt in Bezug zu den Schwingungen ergeben, erheblich vermindert

Anspruch 8 betrifft die Maßnahme, daß als Helligkeitssignal für die Auswertung zum automatischen Lesen das Kontrastsignal verwendet wird. Der Kontrast zwischen dem einzelnen Rasterpunkt und dem Aufzeichnungsträger ist eine genormte Größe (DIN 66 223, Standard ECMA-15), die für automatische Bilderfassungen im allgemeinen zweckmäßiger als der Absolutwert herangezogen wird, da der Schriuhintergrund und die Strichstärke bei verschiedenen Vorbildern sehr unterschiedlich sein können. Die Verwendung des Kontrastsignals als Helligkeitssignal ist an sich bekannt (z.B. DE-OS 24 52 949). Anspruch 9 gibt eine zweckmäßige analoge Kontrastberechnung an. Eiie weiteren Ansprüche betreffen zweckmäßige Schalitungsausführungen.

Gemäß der Erfindung werden Eigenschaften des Säugetierauges in vorteilhafter Weise dadurch nachgebildet, daß aufgrund des dargestellten Algorithmus den jeweiligen Hell-Dunkel-Verhältnissen automatisch angepaßte seitliche Hemmfelder um den betrachteten Punkt auftreten und somit ein hervorgehobener Kontrast erzielt wird, der das Lesen selbst noch bei sehr niedrigem tatsächlichem Kontrast in der Größenordnung von 0,2 ermöglicht Hierbei ist die gesamte Schaltung einfach und somit billig herstellbar und weist einen hohen Zuverlässigkeitsgrad und eine geringe Eicherfordernis auf, was teilweise auf der Eigenschaft beruht, daß Festkörper-Fotosensoren verwendet werden können und die Signale hauptsächlich digital verarbeitet werden. Die Erfindung ermöglicht auch das Lesen von stetig bewegten Vorlagen.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 schematisch die Unterteilung des Vorlage-Felds in Bereiche der Feststellung von Leuchtdichtekontrast;

Fig.2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Prinzips des Kontrasthervorhebungsverfahrens mit seitlichen Hemmfeldern;

F i g. 3 einen Blockschaltplan des erfindungsgemäßen elektronischen Systems;

F i g. 4 den Blockschaltplan eines Analogrechners EA in F i g. 3;

Fig.5 den Blockschaiipian eines Analog/Digiiai-Wandlers CAD in F i g. 3;

Fig.6 den Blockschaltplan eines Digitalprozessors £DinFig.3;

F i g. 7 den Blockschaltplan einer Zwischenschaltung ITFmV ig. Z.

Wie erwähnt, sind beim automatischen Lesevorgang geschriebener Zeichen die Grundvorgänge die fotoelektrische Umsetzung der geschriebenen Zeichen und ihre anschließende Umformung von analogen elektrischen Signalen in eine Gruppe digitaler Informationen. Die zweite Operation kann in verschiedener Weise entsprechend der als Träger für die Durchführung der Umformung gewählten Theorie, also entsprechend dem gewählten und in den Geräteaufbau umgesetzten Algorithmus durchgeführt werden.

Der in dem hier beschriebenen System gerätetechnisch verwirklichte Algorithmus umfaßt die folgenden Operationen:

— Bildkontrast-Funktionsrechnung;

— Funktionsrechnung »hervorgehobener Kontrast«, die auf der Basis von Werten durchgeführt wird, die von einer »Feldfunktion« um die Lesefläche abgeleitet werden; das Ergebnis dieser Rechnung wird kurz als »Feldantwort« bezeichnet;

— zweipegelige Digitalisierung der Feldantwort

Die theoretischen Prinzipien, die im folgenden kurz beschrieben werden, werden durch die Bezugnahme auf Fig. 1 klarer. In Fig. 1 bezeichnet (P(x,y) den gelesenen Punkt, der im folgenden als zentraler Punkt einer Lesefläche A 1 bezeichnet wird. In der Nachbarschaft von P befindet sich ein beliebiger Punkt P'(x + λ, y + h). Die Lesefläche A 1 wird von Bereichen A 2 umgeben, die an den vier Ecken der viereckigen Lesefläche A1 vor einem Gesamthintergrund A 3 liegen. Den Ausdruck des Bildkontrasts 5 bezeichnet die bekannte Funktion:

S(x,y) =

wobei I(x, y) die spezifische Lichtausstrahlung der Lesefläche Al mit dem Punkt P(x,y) und I₈ die spezifische Lichtausstrahlung der umgebenden Bereiche ist

Man kann den Kontrast mit Hilfe einer mathematischen Konvention des Multiplizierens fiber ein Faltungsintegral (convolution integration) der Kontrastfunktion mit einer geeignet gewählten Funktion, die sich für die vorgegebenen Ziele eignet, hervorheben. Eine solche Funktion wird als »Feldfunktion« bezeichnet

ίο

Die Feldfunktion φ(λ, Λ) am Punkt P'(χ + λ, y + h) Zeichen. Theoretische Studien und praktische Versuche kann in verschiedener Weise definiert werden, auch haben zu der im folgenden angegebenen bevorzugten, entsprechend den Charakteristiken der zu lesenden jedoch nicht einzig möglichen Funktion geführt:

K 1

(/., h) = ν.- wenn P' (x + I, ν + h) /■■ A

mes A 1

für S (x

K h) < —-

(;., /,) = —^% Tür S (.v + /., ν + Λ) έ mes A 2 ■

wenn P' (x + '/., y + h) < A 2 ,

wobei:

= ein Zeichen der Bedeutung »ein Teil (von)« gemäß der Verwendung in der Mengenlehre,

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mesA'2

geeignete Normalisationskonstante,
Maß der Lesefläche A 1,
ein Parameter in Abhängigkeit vom Hintergrundrauschen,

eine Konstante das Maß der Fläche, die die Punkte der umgebenden Bereiche Λ 2 mit einem Kontrast 5> K 2IK1 umfaßt

In Fig.2 ist der Verlauf der oben angegebenen Funktionen qualitativ dargestellt Im einzelnen zeigt das Diagramm a) einen hypothetischen Verlauf der Kontrastfunktion S(x,y)'m einer bestimmten Fläche, die die Lesefläche A 1, zwei umgebende Bereiche A 2 und zwei Hintergrundbereiche Λ 3 umfaßt; Diagramm b) zeigt für die selben Bereiche einen der möglichen Verläufe der Feldfunktion <ρ(λ, AJi die im erfindungsgemäßen System verwendet und auf der Basis der Beziehung (1) berechnet ist

Aus der Beziehung (1) ergibt sich, daß die Feldfunktion am Punkt P' umgekehrt proportional der Größe der Lesefläche A 1 ist die als zentraler Bereich betrachtet wird, sofern P'zxxr Lesefläche A 1 gehört Sie ist eine diskontinuierliche Funktion der Verteilung des Kontraste S(x + λ, y + h), sofern P' zum Bereich A 2 gehört Und sie ist Null, sofern P'zum Hintergrund A 3 gehört

Die Feldantwort R(x, y) am Punkt P(x, y), also der hervorgehobene Kontrast ist berechnet als das Faltungsintegral, bezogen auf die Bereiche A 1, A 2, A 3, der Kontrast- und Feldfunktionen, also:

R (.x, y)=f]S (x + λ, y + h) 7 (x + ;., y + h) άλ d/i + K4,

M VAlVM

wobei:

des Kontrasts durch seitliche Hemmfelder« klar wird: tatsächlich stellen die Bereiche A 2, in denen die

U = das Symbol von »Union« gemäß seinem Feldfunktion negativ ist eine negative Feldantwort dar. Gebrauch in der Mengenlehre, Das Hervorheben des Kontrasts erreicht also einen

K 4 = eine Integrationskonstante. Maximalwert

Der letzte Schritt des Algorithmus, nämlich die

Der Verlauf der Funktion der Feldantwort R(x, y) ist 45 zweipegelige Digitalisierung der Feldantwort, wird qualitativ im Diagramm c) der F i g. 2 dargestellt, aus dadurch erzielt, daß die binäre Beschreibungsfur.ktion dem die Verwirklichung des Prinzips »Hervorhebung a(x,y)folgendermaßen definiert wird:

a(x,y) = 1 wenn R (x, y) >

und wenn S (x,y) ^ KS/K

σ (.γ, y) = 0 wenn R (x, y) < 0 . (3)

und wenn S(x,y) £ /C5/KI

σ (x,y) = 0 wenn S (x,y) < K5IKI,

wobei:

K5 = ein vom Hintergrundrauschen abhängiger Parameter, der mit K2 zusammenfallen kann.

Die durch die Beziehung (2) definierte Feldantwort kann auch unter Verwendung der durch die Beziehung (1) definierten Feldfunktionen für die Bereiche Ai, /42, /43 folgendermaßen geschrieben werden:

mes Al

- ff mes S 2 JJ

K4.

Eine Untersuchung der Beziehungen (1), (2), (3), (4) und des Diagramms c) der F i g. 2 ergibt einen grundsätzlichen und bestimmenden Gesichtspunkt: die Arbeitsweise der »Kontrasthervorhebung« umfaßt nicht nur einfach das Überschreiten oder Nichtüberschreiten einer gegebenen Schwelle, sondern einen adaptiven Filterungsvorgang, da sie an jedem Punkt des Felds nicht nur vom Kontrast und so von der Helligkeit des betrachteten Punkts P abhängt, sondern auch vom Kontrast und der Helligkeit der umgebenden Fläche. Dies stellt ein besonderes Charakteristikum der beschriebenen Vorrichtung dar, das den Aufbau der im folgenden beschriebenen Verarbeitungsschaltungen beeinflußt

Die Anordnung nach F i g. 3 schließt an ein optisches System OTT-von an sich bekannter Art an, das das Bild der Vorlage auf einen Fotosensor FS projiziert Der Fotosensor FS setzt die Lichtstärke der verschiedenen Punkte des Bilds in hierzu proportionale elektrische Ströme um. Die Zahl der ausgehenden Leitungen ist, wie noch veranschaulicht wird, ein Kompromiß zwischen der Lesegeschwindigkeit und den Kosten. Als Beispiel sind in Fig.3 acht Ausgangsleitungen 1000, 2000, ... 8000 dargestellt, wodurch festgelegt ist daß acht identische Gruppen der nachfolgenden Schaltungsteile zu verwenden sind.

Beim beschriebenen Beispiel ist der Fotosensor FS aus einer monolithischen Gruppe von Z Fotodioden zusammengesetzt, deren Schritt, also deren Abstand zwischen zwei benachbarten Elementen, π beträgt Die Werte Z und η sind mit der Größe L der zu lesenden Vorlage und der vom optischen System OTTbewirkten Vergrößerung /durch die Beziehung verknüpft:

/ · L = τι ■ Z.

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Zwecks einfacherem Schaltungsaufbau der nachfolgenden digitalen Schaltungsteile sollte die Anzahl Zder Fotodioden eine Potenz von 2 sein, z. B. 128, 256, 512 usw. In der folgenden Beschreibung wird beispielhaft ein Fotosensor mit 512 Fotodioden angenommen.

im Fotosensor FS werden die Fotodioden aufeinanderfolgend über ein 64-Stellen-Schieberegister abgetastet, das durch geeignete über eine Verbindung 910 kommende Zeitsignale gesteuert wird. Jeder Abtastvorgang wird durch ein Signal »Abtastanfang« begonnen, das über einen der Leiter der Verbindung 910 eintrifft Sofern das Signal »Abtastanfang« jedesmal wiederholt wird, wenn das Abtasten der 512 Fotodioden vorüber ist, werden die acht Ausgangsleitungen 1000, 20O0,... SOOG niemals gleichzeitig gespeist sondern ihre Ausgangssignale treten seriell auf. In diesem Fall genügt ersichtlich eine einzige Datenverarbeitungsstrecke, also eine einzige Gruppe der nachfolgenden Schaltungsteile.

Unter der Definition, daß:

f = Zeit zwischen den Abtastungen zweier aufeinanderfolgender Fotodioden,

T = Zeit, die zum Abtasten der 512 Fotodioden erforderlich ist, ergibt sich:

T= 512/.

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Wird andererseits das Signal »Abtastanfang« jedes Mal gegeben, wenn jedes von mehreren Schieberegistern das Abtasten von 64 Fotodioden durchgeführt hat, mit denen es verbunden ist, so liefern die acht Ausgangsleitungen 1000, 2000,... 8090 die Information parallel und speisen somit gleichzeitig die acht Datenverarbeitungsstrecken. In diesem Fall ist, wenn

Γ'= Zeit, die zum Abtasten aller 512 Fotodioden erforderlich ist

T = 64 ί,

T = T/8 .

Die Wahl der Zahl der parallelen Leitungen wird beeinflußt durch das Verhältnis der Lesegeschwindigkeit zu den Kosten der Vorrichtung.

Die Betriebsweise der den Fotosensor FS zusammensetzenden Fotodioden ist in der Technik an sich bekannt und braucht deshalb nicht näher beschrieben zu werden.

Die vom Fotosensor FS kommenden Signale werden von einem Analogrechner EA verarbeitet, an den sich ein Analog/Digital-Wandler CAD anschließt Die vom Wandler CAD kommende Information mit mehr als einem Bit wird in einem Digitalrechner oder Prozessor ED gespeichert und über eine geeignete mathematische Operation, die später im einzelnen beschrieben wird, in eine Zweipegelinformation »0« oder »1« umgewandelt, die somit nur durch ein einziges Bit definiert ist Diese vom Prozessor ED ausgehende 1-Bit-Information wird einer üblichen Bitstellen- oder Zwischenschaltung ITF eingespeist die diese Information in Wörter mit einer Anzahl von Bits zusammenfaßt die aufgrund des Wortrahmens der nachfolgenden Verarbeitungsvorrichtungen, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, und die vom beschriebenen System gelieferte Informationen empfangen, zulässig ist Beim hier beschriebenen Beispiel werden 16-Bit-Wörter zusammengesetzt Die Zwischenschaltung JTF sendet diese Wörter auf eine über eine Verbindung 970 kommende Anforderung hin an die nachfolgenden Vorrichtungen.

Ein Zeitgeber TMP beliefert sämtliche Schaltungsbestandteile mit Zeitsignalen, und zwar den Fotosensor FS über die Verbindung 910, die Analogrechner EA über eine Verbindung 920, die Analog/Digital-Wandler CAD über eine Verbindung 930, die Digitalprozessoren ED über eine Verbindung 940 und die Zwischenschaltungen /TFüber eine Verbindung 950.

Eine Vorwählschaltung PSL liefert an die Digitalprozessoren £Ddie bereits beschriebenen Parameter K 3, KA, die für die von diesen Prozessoren durchzuführende Verarbeitungsoperation notwendig sind und in der Vorwählschaltung PSL gemäß den Betriebserfordernissen von Hand gewählt werden.

F i g. 4 zeigt einen der Analogrechner EA, und zwar als Beispiel den an die Ausgangsleitung 2000, die aus den acht Ausgangsleitungen 1000,... 8000 herausgegriffen ist anschließenden. Das aus einer Serie von Ladungsimpulsen, die der Beleuchtungsstärke der entsprechenden Fotodioden proportional sind, zusammengesetzte Signal läuft über die Ausgangsleitung 2000. Der Analogrechner EA hat die Aufgabe, von diesen Signalen Stromwerte zu erhalten, die der Beleuchtungsstärke der verschiedenen Fotodioden proportional sind, sowie Werte zu erhalten, die der in einem gewissen Umgebungsbereich erreichten maximalen Leuchtdichte proportional sind. Diese Werte werden durch die folgende Verarbeitungskette erhalten.

Ein üblicher Verstärker PAMhebt den ausgangsseitigen Signalspannungspegel und gibt das verstärkte Signal an einen Impedanzadapter ADT ab. Das von ADT abgegebene Ausgangssignal i(t) wird einem Integrator INT eingespeist, der daran folgende Umwandlung vornimmt:

Q=JiU) dt.

Das Ausgangssignal ist sorbit linear mit der Beleuchtung der zur betrachteten Zeit abgetasteten Fotodiode verknüpft Dir Integrator wird von einem über den Leiter der Verbindung 920 vom Zeitgeber TMP (Fig.3) kommendes Signal zeitgesteuert, das bewirkt, daß der Integrator INT nach der Ablesung jeder Fotodiode auf Null zurückgestellt wird.

Das integrierte Signal wird in einem üblichen Verstärker AMPverstärkt und weiter einem Scheiteldetektor R VP eingespeist, der den Maximalwert des vom Verstärker AMP kommenden Signals innerhalb einer gegebenen Zeitspanne speichert Das Ausgangssignal wird dann einem ImpedanzseparatorAadapter SPA eingespeist

Die Ausgangssignale des Verstärkers AMP aiii einem Ausgangsleiter 2040 und des Impedanzseparators/-adapters SPA auf einem Leiter 2060, die zu einer gemeinsamen Ausgangsverbindung 2100 zusammengefaßt sind, stellen die Ausgangssignale des Analogrechners EA zum Analog/Digital-Wandler CAD (Fig.3) dar.

Der in Fig.5 als Blockschaltplan dargestellte Analog/Digital-Wandler CAD wandelt die Eingangsspannung in Wörter aus //binären Eleinentarinformationen, sogenannten Bits, um. Die Zahl der Quantisierungen 2^N hängt von der Genauigkeit, der Umwandlungsgeschwindigkeit und dem Kostenerfordernis ab. Beim beschriebenen Beispiel ist N = 4 vorgesehen. Die Bezugsspannung des Wandlers besteht aus dem Scheitelwert der abgetasteten Fotodiode, der vom ImpedanzseparatorAadapter SPA (F i g. 4) kommt Das zu 1 komplementierte Ausgangssignal des Wandlers CAD ist proportional zu:

I -

wobei:

/ = Leuchtdichte am Punkt P(x, y), Ib = Leuchtdichte des Hintergrunds.

Der Digitalwert ist damit proportional dem Bildkontrast

Gemäß Fig.5 umfaßt der Wandler CAD einen üblichen Analog/Digital-Umsetzer CVC in den Gray-Kode. Dieser Kode wird verwendet um jede mögliche Mehrdeutigkeit während der Umwandlung zu vermeiden. Die vom ImpedanzseparatorAadapter SPA (F i g. 4) kommende Bezugsspannung wird vom Leiter 2060 geführt und das umzusetzende Signal wird vom vom Verstärker AMP ausgehenden Leiter 2040 geführt

Das Ausgangssignal des Umsetzers CVG (Fig.5) läuft auf einer vieradrigen Verbindung 2110 zu einem Puffer BUF, der an den vier Leitern seiner Ausgangsverbindung 2120 die eingangsseitig bei 2110 an ihn angelegten Daten unter Zeitsteuerung durch ein über den Leiter der Verbindung 930 vom Zeitgeber TMP (Fig.3) kommendes Zeitsignal speichert Das gespeicherte Signal wird an einen Wandler TGB vom Gray-Kode in reinen Binärkode angelegt, dessen Ausgangssignal auf den vier Leitern einer Verbindung 2200 zum Digitalprozessor ED weitergegeben wird.

Der Digitalprozessor ED empfängt also vom Analog/Digital-Wandler CAD über die vieradrige Verbindung 2200 die jeden Bildpunkt betreffende Vierbitinformation über den Helligkeitskontrast zwischen dem betrachteten Punkt und dem Hintergrund. Diese Information wird vom Prozessor ED

chend dem im theoretischen Abschnitt besprochenen Algorihtmus der Kontrasthervorhebung in eine 1-Bit-Information umgewandelt, die als »weiß« oder »schwarz« wirkt

Der Digitalprozessor ED umfaßt gemäß Fig.6 eine logische Steuerschaltung CTL, die auf der Basis der vom Zeitgeber TMP über die Verbindung 940 kommenden Zeitsignale an Ausgangsverbindungen 941,942 und 943 Steuer- und Zeitsignale erzeugt, durch die verschiedene

ίο Einzelschaltungen des Prozessors ED in noch beschriebener Weise gesteuert werden.

Das auf der Verbindung 2200 vom Analog/Digital-Wandler CAD(F i g. 3) empfangene 4-Bit-Signal wird in einem Speicher MEM gespeichert, so daß am Signal die

is durch die Beziehungen (1), (2), (3) geforderten Operationen durchgeführt werden können. Die Anzahl der zu speichernden Vier-Bit-Informationen hängt von den gewählten Größen der Fläche ab, die den zentralen Punkt P(x, y) umgibt (Fig. 1). Beispielhaft wird diese Fläche als Quadrat von 9x9 Punkten angesehen, in deren Mittelbereich ein weiteres Quadrat von 3x3 Punkten die Lesefläche A 1 bildet Ersichtlich können für diesen Bereich auch andere Werte gewählt werden, beispielsweise 5x5 Punkte, 7x7 Punkte, 11x11 Punkte usw. Analog kann die zentrale Lesefläche A 1 auf einen Punkt P reduziert oder auf 5 χ 5 Punkte vergrößert werden. Die Wahl der Größe von A 1 und A 2 hängt wesentlich von den Charakteristiken der zu lesenden Zeichen und von Kostenbeschränkungen ab, die für die Vorrichtung eingehalten werden müssen.

Beim betrachteten Beispiel hat der Speicher MEM (Fig.6) eine Kapazität von (64 · 9) 4-Bit-Wörtern. Er kann mit Hilfe von Schieberegistern oder zugriffsfreien Speichern aufgebaut sein. Jedenfalls muß er ausgangs-

v-, seitig die auf die letzte Zeile bezogenen Daten stets in der gleichen Spaltenreihenfolge abgeben. Die Verbindung 941 führt deshalb außer den Synchronisiersignalen und den Lese/Schreib-Signalen auch noch die erforderlichen Befehle, um an Ausgangsverbindungen 2250,2251 und 2252 die Daten der letzten Zeile der Lesefläche A 1 verfügbar zu machen und an Ausgangsverbindungen 2210 bis 2215 die Daten der letzten Zeile des Bereichs A 2 in der Reihenfolge verfügbar zu machen.

Ein üblicher boolescher Komparator CMP prüft, ob die Daten der letzten Zeile des Bereichs A 2 höher oder gleich in Bezug zum gegebenen Parameterwert Kl sind, der in die Beziehung (1) eingeht und auf einer Verbindung 2201 liegt, wie oben noch gezeigt wird.

Ein Zähler MIS addiert die Zahl der Punkte, für die der vom Komparator CMPdurchgeführte Vergleich ein positives Ergebnis erbracht hat Das Ergebnis stellt die Menge (mesA'2) dar, die in die Definition der Feldfunktion nach der Beziehung (1) eingeht

Ein Selektor SLT besteht beispielsweise aus einer Gruppe von UND-Gliedern, die vom Speicher MEAd auf den Verbindungen 2210 bis 2215 die auf die Punkte des Bereichs A 2 bezogenen Daten und vom Komparator CMP über Verbindungen 2220 bis 2225 die das Ausgangssignal des Vergleichs darstellenden Daten empfangen. Ausgangsseitig treten an Verbindungen 2230 bis 2235 die eingangsseitigen booleschen Werte vom Speicher MEM auf, wenn der Vergleich im Komparator CMP zu einem positiven Ergebnis geführl hat. War das Ergebnis negativ, so tritt eine boolesche

b5 »0« an den Ausgangs-Verbindungen 2230 bis 2235 auf.

Ein Integrator CVA integriert die Werte aller zui Gruppe A '2 gehörenden Punkte und multipliziert das Ergebnis mit der über eine Verbindung 2227 eintreffen-

den Menge -KMmesA'2 gemäß Beziehung (4). Da diskrete Punkte betroffen sind, wird ein etwaiger Integrationsvorgang angenäh :rt mit Hilfe von Additionen und praktisch durchgeführt durch Addieren aller der Summen der betreffenden Zeilen.

Der Integrator CVA führt also folgende Operationen aus:

— er summiert die auf den Verbindungen 2230 bis 2235 liegenden Signale;

— er addiert dieses Ergebnis mit den Ergebnissen der in ' Übereinstimmung mit den acht vorhergehenden Zeilen durchgeführten Additionen, wobei die drei im Bereich Λ 2 (F i g. 1) nicht enthaltenen Zeilen ausgenommen sind;

— er multipliziert das Ergebnis dieser Operationen mit '⁵ dem Wert -KSImesA'2, der über die Verbindung 2227 ankommt

Damit Information zwischen den parallelen Verarbeitungsstrecken EA—CAD—ED (Fig.3) ausgetauscht werden kann, kann der Integrator CVA (Fig.6) von einer Verbindung 1301, die einen Teil einer Verbindung 1300 (F i g. 3) darstellt, Daten empfangen, die sich auf die ersten acht Zeilen beziehen. Weiterhin kann der Integrator CVA seinerseits Daten, die sich auf die letzten acht Zeilen beziehen, über eine Verbindung 2301, die einen Teil der Verbindung 2300 (F i g. 3) darstellt, abgeben.

Der von der Steuerschaltung CTL über die Verbindung 943 zeitgesteuerte Integrator CVA kann in m verschiedener an sich bekannter Technik dargestellt werden, beispielsweise als Festwertspeicher oder als programmierte oder verdrahtete Rechenschaltungen.

Ein weiterer Integrator CVB ist analog dem Integrator CVA aufgebaut, er hat jedoch nur drei anstatt sechs Eingänge. Er berechnet durch Additionen angenähert das Integral der Werte aller Punkte, die zur Lesefläche A 1 gehören. Das Ergebnis wird dann rait der über Kabel gesendeten Konstanten MmesA 1 gemäß Beziehung (4) multipliziert Auch in diesem Fall können die sich auf die fünf vorhergehenden Zeilen beziehenden Daten parallel über eine Verbindung 1313 gespeichert werden, die einen Teil der Verbindung 1300 darstellt, und können die auf die letzten fünf Zeilen bezogenen Daten ausgangsseitig auf einer Verbindung 2313 gesendet werden, die einen Teil der Verbindung 2300 darstellt Der Integrator CVB wird durch von der Steuerschaltung CTL auf der Verbindung 943 eintreffende Signale zeitgesteuert

Ein üblicher Addierer SUM summiert die Ausgangssignale der Integratoren CVA und CVB und gibt ausgangsseitig die Summe auf einer Verbindung 2270 ab.

Ein Dividierer AfTPdividiert die Konstante K 3 durch die Menge (mesA'2). Die Konstante K3 kommt in vier Bits auf einer Verbindung 962, die einen Teil der Verbindung 960 darstellt, von der Vorwählschaltung PSL(F i g. 3), und die Menge (mesA'2) kommt von einer Ausgangsverbindung 2226 des Zählers MIS(F i g. 6). Die resultierende Menge —K3/mesA'2 wird zum Integra- wi tor CVA über die Verbindung 2227 geleitet.

Das den mittleren Punkt der letzten Zeile betreffende Signal wird über die Verbindung 2251 einem 5-Bit-Schieberegister RSA eingespeist, dessen Ausgangsverbindung 2255 den Wert des zentralen Punkts der b^r> Lesefläche wiedergibt. In das Schieberegister wird ^aräüs! in das ersten visr Positionen mit Euf einer Verbindung 1309, die einen Teil der Verbindung 1300 darstellt, eintreffenden Daten eingespeist und es sendet auf die letzten vier Positionen bezogene Daten auf einer Verbindung 2309, die einen Teil der Verbindung 2300 darstellt Das Register RSA wird durch von der Steuerschaltung CTL über die Verbindung 942 kommende Signale zeitgesteuert

Eine Schaltung CCR empfängt vom Analog/Digital-Wandler CAD(F i g. 3,5) über die Verbindung 2200 die Digitalsignale, die dem Kontrast proportional sind, und erzeugt die Parameter K 2 und K 5, die an den Komparator CAiP bzw. einen Komparator C-⁷A abgegeben werden. Der Parameter K 2 dient der Berechnung der Feldfunktion φ (Beziehung (I)) und der Parameter K 5 dient der Berechnung der Funktion der binären Beschreibung σ (Beziehung (3)). Bei einer einfacheren als der beschriebenen Ausführungsform wird die Wahl der Parameter K 2 und K 5 mit Hilfe üblicher handbetätigter Schalter durchgeführt

Der Komparator CFR wird beispielsweise durch eine boolesche Verknüpfungsschaltung dargestellt Er gibt ausgangsseitig auf einer einadrigen Verbindung 2400 eine »1« ab, wenn gleichzeitig:

— der Wert auf der Verbindung 2270 im Vergleich zur von der Vorwählschaltung PSL (F i g. 3) über eine Verbindung 961 (Fig.6), die einen Teil der Verbindung 960 darstellt, gelieferten Konstante — K 4 höher oder gleich ist;

— wenn der auf der Eingangsverbindung 2255 liegende Wert des zentralen Punkts im Vergleich zum von der Schaltung CCR über eine Verbindung 2202 kommenden Parameter K 5 höher oder gleich ist.

In allen anderen Fällen ist das Ausgangssignal des Komparator CFR »0«.

Die in ihrem Aufbau in Fig.7 veranschaulichte Zwischenschaltung /TFsammelt die vom Digitalprozessor ED (F i g. 7) kommende Information in Wörter von beispielsweise 16 Bits. Sie kann auch über die Verbindung 970 von den nicht dargestellten nachfolgenden Verarbeitungseinheiten zyklisch abgetastet werden und informiert diese, ob für die Übertragung bereits Daten verfügbar sind oder nicht

Die Information von der Ausgangsverbindung 2400 des Digitalprozessors ED trifft an einem 16stelligen Schieberegister RPS ein, dessen Schiebeoperationen durch vom Zeitgeber TMP (F i g. 3) über eine Verbindung 952, die einen Teil der Verbindung 950 darstellt, kommende Signale überprüft und zeitgesteuert werden.

Ein zeitgesteuertes Register REG dient als Pufferspeicher für die vom Schieberegister RPS kommenden Signale. Die Signale werden ausgangsseitig abgegeben, wenn das Schieberegister RPS vollständig beladen ist, und zwar auf ein auf einer Verbindung 951, die ebenfalls einen Teil der Verbindung 950 darstellt, eintreffendes Signal hin.

Ein 16-Zellen-Sender TXR empfängt die Daten vom Register REG und sendet sie parallel auf die Ansteuerung durch ein auf einer Verbindung 971 eintreffendes Signal hin zu den nachfolgenden Verarbeitungsvorrichtungen. Vor dem Senden der Daten wird ein Signal »Daten bereit« auf einen Leiter 972 gegeben. Eine Ausgangsverbindung 2500 umfaßt die zusammengefaßten Datenausgangsleiter und den Leiter 972.

Die Zwischenschaltung ITF wird durch eine Steuerschaltung SNC gesteuert. Diese empfängt über die Verbindung 970 von den nachfolgenden Verarbeitungsvorrichtungen die Zeitsignale, das datenanfordernde Signal und das den Sender TXR ansteuernde Signal.

Außerdem empfängt sie über die Verbindung 951 die Information, daß Daten in das Register REG eingespeichert worden sind. Die Folge des Empfangs und der Erzeugung der Signale ist folgende: wenn diese Information auf der Verbindung 951 empfangen worden ist, erzeugt bei der nächsten auf der Verbindung 970 eintreffenden Anforderung nach Daten die Steuerschaltung SNC auf dem Leiter 972 das Signal »Daten bereit«. Anschließend erzeugt sie auf der Verbindung 971 ein das Senden ansteuerndes Signal

Hinsichtlich der Zusammenschaltung der verschiedenen beschriebenen Komponenten wird auf die Zeichnung verwiesen. Im folgenden wird der Betrieb des hinsichtlich seiner Bestandteile beschriebenen Systems im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschriebea

Da zur Untersuchung einer Ebene ein Abtasien in einer Richtung χ (Fig. 1) und ein Abtasten in einer hierzu senkrechten Richtung y erforderlich sind, so daß also eine sich auf der Ebene entsprechend der konstanten Richtung χ bewegende Fläche abgetastet werden muß, wird das Abtasten in der Richtung y elektronisch durch den Fotosensor (Fig.3) durchgeführt, der entlang der Richtung y angeordnet ist, so daß zu jedem Zeitpunkt der Fotosensor FS durch die spezifische Lichtausstrahlung von Punkten einer Spalte des abgetasteten Bereichs erregt wird.

Das optische System OTT erzeugt in seiner Fokalebene, in der der Fotosensor FS angeordnet ist, das Bild dieses Bereichs. Die Geometrie und Parameter dieses optischen Systems sind ersichtlich so, daß eine Vergrößerung realisiert wird, die es ermöglicht, daß der Fotosensor die gesamte Höhe des abgetasteten Bereichs deckt.

Wie gesagt, besteht der Fotosensor FS aus 512 Fotodioden, die in acht Abschnitte zu je 64 Fotodioden eingeteilt sind, und wird durch acht parallel arbeitende Schieberegister abgefragt, von deren jedes sequentiell die 64 Positionen, also Fotodioden, des hiermit verbundenen Abschnitts abfragt. Ersichtlich sind auch andere Lösungen möglich, wie beispielsweise die Serienabtastung sämtlicher Fotodioden, oder dazwischenliegende Lösungen mit Gruppen von Abschnittserien, die untereinander parallel verbunden sind.

Jedes Videoausgangssignal des Fotosensors FS wird über eine der Verbindungen 1000, 2000,... 8000 dem zugehörigen Analogrechner EA (F i g. 4) zugeleitet Für die Beschreibung des Systems wird im folgenden der Betrieb der an die Verbindung 2000 anschließenden Verarbeitungsstrecke betrachtet

Das über die Verbindung 2000 laufende Signal besteht aus einer Gruppe von Spannungsimpulsen, von denen jeder proportional der Beleuchtung der entsprechenden Fotodiode ist. Das Signal läuft über den Vorverstärker PAM und den Impedanzadapter ADT, wird dann im Integrator INT, wie beschrieben, integriert und wird im Verstärker AMP erneut verstärkt und dann sowohl dem Scheiteldetektor RVP als auch über den Leiter 2040 dem Analog/Digital-Wandler CAD(F i g. 5) eingespeist

Das vom Scheiteldetektor AVP(Fig.4) kommende

Signal, das dem Maximalwert des in AAiP verstärkten

Signals entspricht, wird nach dem Durchgang durch den

ImpedanzseparatorAadapter SPA über die Verbindung

ίο 2060 zum Wandler CAD (Fig. 5) geleitet Im Wandler CAD wird das auf 2060 eintreffende Signal als Bezugsspannung des Wandlers verwendet, der das Signal in der beschriebenen Weise umsetzt Da diese Spannung proportional der maximalen spezifischen

is Lichtausstrahlung in der Nachbarschaft des abgetasteten Punkts P(x, y) ist, gibt das vom Wandler CAD auf der Verbindung 2200 abgegebene Signal den Kontrast am Punkt P(Ky) an.
In Zusammenfassung des soweit beschriebenen Vorgangs wird darauf hingewiesen, daß das Aufteilen der gesamten zu lesenden Fläche in die Bereiche A 1, A 2 und A 3 sich auf das Signal jeder einzelnen der 512 den Fotosensor FS bildenden Fotodioden bezieht Jede dieser Fotodioden erzeugt ein Signal (F i g. 2a), das in die drei Bereiche geteilt ist (Fig.2b, c) und vom Analogrechner EA (F i g. 3,4) und dem Analog/Digital-Wandler CAD (F i g. 3, 5) verarbeitet wird. Jedes der neun vcn jeder Fotodiode erzeugten Signale, die sich je auf einen der Punkte des Gesamtbereichs, drei davon auf die Lesefläche A 1 beziehen, wird in ein 4-Bit-Wort umgewandelt

Das digitalisierte Signal wird nun über die Verbindung 2200 zum Digitalprozessor ED (F i g. 6) geleitet, wo die zur Kontrasthervorhebung führenden Operationen stattfinden. Diese Operationen bewirken das Weglassen von Graupegeln, so daß die Helligkeitsmöglichkeiten des Bilds auf zwei reduziert werden: weiß oder schwarz.
Im Prozessor ED findet die Kontrasthervorhebung gemäß dem in der theoretischen Beschreibung angegebenen Algorithmus statt, auf den für die weitere Abhandlung Bezug genommen wird.

Es wurde soeben angegeben, daß das Ausgangssignal des Wandlers CAD(F i g. 5) proportional dem Kontrast S(x, y) des Bildpunkts ist, so daß, wenn das Ausgangssignal mit v(x, y) bezeichnet wird, die Beziehung gilt:

o(x,y) = Kl SUj)· (5)

so Wird berücksichtigt, daß das eine Fläche der Ebene deckende Oberflächenintegral durch die Summationen um χ und y angenähert werden kann, so kann die die Feldantwort wiedergebende Beziehung (4) folgendermaßen umgeschrieben werden:

R (v,y) =

i
nies A I

ΣΣ

-^i ^i Σ Σ ι*»

K4

Der Digitalprozessor ED(F i g. 6) verarbeitet das auf der Verbindung 2200 eintreffende Signal, indem er die durch die Beziehung (6) angegebenen Operationen durchführt. Die Digitalsignale werden im Speicher MEM gespeichert. Wie erläutert, hat ja der Speicher MEM eine Kapazität von (64 · 9) 4-Bit-Wörtern, entsprechend 512:8 = 64 Fotodioden, die je 9 Signale für die einzelnen Punkte des gesamten Lesebereichs abgeben. Die auf die sechs Punkte der Zeile des Bereichs A 2 (F i g. 1) bezogenen Signale, die im Speicher MEM (F i g. 6) gespeichert werden und auf den Verbindungen 2210 bis 2215 herausgeführt sind, werden im Komparator CMP mit dem Parameter K 2 verglichen, der, wie gesagt wurde, von der Schaltung CCR berechnet worden ist und über die Verbindung 2201 eintrifft. Nur solche Signale, für die die Beziehung
v(x) Z K 2

gilt, werden unverändert über den Selektor SLT zum Integrator CVA übertragen, da nur diese Signale dem

früher definierten Bereich A '2 angehören. Der diese Signale zählende Zähler MlS gibt ausgangsseitig auf der Verbindung 2226 die Abmessung des Flächenbereichs .4'2 an. Diese Abmessung erreicht den Dividierer MTP, der außerdem den Wert der Konstanten K 3 über die von der Vorwählschaltung PSL (F:g.3) kommende Verbindung 960 empfängt Der Dividierer MTP berechnet das Verhältnis

K3

mes A'2

und der resultierende Wert wird auf der Verbindung 2227 zum Integrator CVA geleitet, der den zweiten Summanden der Beziehung (5) berechnet, nämlich ι s

y χ

ines A' 2

Die den Speicher MEM über die Verbindungen 2250, 2251 und 2252 verlassenden Signale entsprechen den drei Punkten der zur Lesefläche A 1 (Fig. 1) gehörenden Zeile und werden zum Integrator CVB (F i g. 6) gegeben, der analog dem Integrator CVA arbeitet, jedoch auf die Lesefläche A 1 beschränkt ist Auf einer Verbindung 2260 wird folgender Wert abgegeben:

20

ines A 1

Σ Σ

Al A\

Der Wert MmesA 1 ist eine Konstante, die durch Verdrahtung in der Schaltung selbst festgelegt ist.

Die von den in den Integratoren CVA und CVB durchgeführten Operationen resultierende Signale werden im Addierer SUM addiert, an dessen Ausgangsverbindung 2270 ein Signal auftritt, dessen Wert die durch die Beziehung (6) definierte Feldantwort, vermindert um die Konstante K 4, ist nämlich

R(x,y) - K4.

Im Komparator CFR wird dieser Wert mit der Konstanten — K 4 verglichen, die über die Verbindung 960 von der Vorwählschaltung PSL (Fig.3) geliefert wird Ergibt der Vergleich, daß R{x, y) >0, so ist die erste der Bedingungen der Beziehung (3), die notwendig ist um a(x,y) = 1 zu erhalten, verwirklicht

Die Erfüllung der zweiten dieser Bedingungen, nämlich S(x, y)> KSIKX, also v(x, y)±K5 (Beziehung (5)), wird ebenfalls im Komparator CFR verwirklicht, indem das vom Register RSÄ über die Verbindung 2255 eintreffende Signal mit den von der Schaltung CCR über die Verbindung 2202 eintreffenden Parametern K 5 verglichen wird.

Das Register RSA hat die Aufgabe, das auf den zentralen Punkt der Lesefläche Al (Fig. 1) bezogene Signal um fünf Abtastzeiten zu verzögern. Diese Verzögerung entspricht dem Abstand zwischen dem zentralen Punkt Ffc y) und der letzten Zeile des Bereichs A 2 und realisiert so die Gleichzeitigkeit der am Komparator CFR eintreffenden Signale.

Die Verbindung 1300, die die Informationen zu den Schaltungen RSA, CVB und CVA liefert und die Verbindung 2300, die von diesen Schaltungen kommende Signale sammelt tauschen Informationen der Werte der Gesamtheiten der Zeilen A'2 und A 1 der zentralen Punkte aus, um eine Unstetigkeit zwischen aufeinanderfolgenden abgetasteten Abschnitten zu vermeiden.

Ersichtlich brauchen diese Verbindungen, wenn die Fotodioden im Fotosensor FS (Fig.3) vollständig seriell abgetastet werden, nicht vorhanden zu sein.

Die vom Komparator CFR (F i g. 6) auf der Verbindung 2400 ausgehenden Daten werden in der Zwischenschaltung ITF(Fig.7) weiterverarbeitet. Im Schieberegister RPS werden 16-Bit-Wörter gebildet und beim Eintreffen des Zeitsignals auf der Leitung 951 wird das Wort in das Register REG umgeladen. Ein von der Steuerschaltung SNC auf der Verbindung 971 kommendes Ansteuersignal bewirkt, daß das oben beschriebene Wort im Sender TXR eingespeichert wird, der es seinerseits zusammen mit dem von SNC auf der Verbindung 972 kommenden Signal »Datum bereit« an die nachfolgenden Verarbeitungsvorrichtungen abgibt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronische Anordnung zum automatischen Lesen von auf einen Untergrund geschriebenen oder gedruckten Zeichen von einem Aufzeichnungsträger durch rasterförmige Abtastung unter Abgabe einer das Leseergebnis darstellenden binären Signalfolge der jeweiligen Bitbedeutung »schwarz« oder »weiß«, mit einem optischen System, das einen Flicfaenbereich des Aufzeichnungsträgers auf einen aus Elementen aufgebauten Fotosensor projiziert, dessen die Helligkeit des Aufzeichnungsträgers von Rasterpunkt zu Rasterpunkt wiedergebende elektrische Ausgangssignale im Hinblick darauf, ob der jeweilige Lese-Rasterpunkt zum Zeichen gehört oder nicht, ausgewertet werden, indem die Ausgangssignale für das den jeweiligen Rasterpunkt umgebende Bildfeld mit herangezogen werden und einerseits das dem mittleren Helligkeitswert eines in diesem Bildfeld zentralen ersten Teilbüdfelds entsprechende Signal und andererseits das dem mittleren Helligkeitswert von in diesem Bildfeld dezentral liegenden, das erste Teilbildfeld nicht überlappenden zweiten Teilbildfeldern entsprechende Signal einem Vergleich unter Erzeugung eines Vergleichssignals unterworfen werden, das zur Erzeugung des jeweiligen Bits der Helligkeitscharakteristik »schwarz« oder »weiß« der Zeichen im Vergleich zum Untergrund so ausgewertet wird, daß der jeweilige Lese-Rasterpunkt als zum Zeichen gehörend betrachtet wird, wenn das dem mittleren Helligkeitswert der zweiten Teilbildfelder entsprechende Signal in der Richtung entgegengesetzt zur auf den Untergrund bezogenen Helligkeitscharakteristik der Zeichen um einen gegebenen Mindestwert unterschiedlich ist von dem dem mittleren Helligkeitswert des ersten Teilbildfelds entsprechenden Signal, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der im möglichen Bereich der zweiten Teilbildfelder (A 2) liegenden Rasterpunkte (P'(x + λ, y+h) über eine Schwelle (K 2; CMP, SLT) laufen und als die die zweiten Teilbildfelder bildenden Rasterpunkte nur diejenigen herangezogen werden, deren Ausgangssignale auf derjenigen Seite der Schwelle liegen, die der Helligkeitscharakteristik der Zeichen im Vergleich zum Untergrund entspricht, und daß das Ausgangs-Bit für den jeweiligen Lese-Rasterpunkt (P(x, y)) nur dann die Helligkeitscharakteristik der Zeichen anzeigt, wenn der Helligkeitswert (v(x, y)) dieses Lese-Rasterpunkts eine Schwelle (K 5; CRF) in Richtung der Helligkeitscharakteristik der Zeichen im Vergleich zum Untergrund überschreitet

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotosensor (FS) jeweils eine lineare Reihe von Rasterpunkten erfaßt und ein Speicher (MEM) die den Helligkeitswerten der einzelnen Rasterpunkte entsprechenden Signalwerte zum Zugriff der Werte der Teilbildfelder(A\,A2) eo zwischenspeichert

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die elektrischen Ausgangssignale der Elemente des Fotosensors (FS) jeweils über einen Analog-Digital-Wandler (CAD) einem Digitalpro- es zessor (ET) eingespeist sind, der den Speicher (MEM) enthält der die einer Mehrzahl miteinander benachbarter Rasterpunkte entsprechenden digitalisierten Signale speichert

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Signale des ersten Teilbiklfelds (A 1) durch Summierung und Division durch die konstante Zahl (mesA 1) der beteiligten Rasterpunkte gemittelt werden (in CVB) und die Signale der zweiten Teilbildfelder durch Summierung und Division durch die jeweilige Zahl (mesA'2) der beteiligten Rasterpunkte (Pfx+X, y+h)) gemittelt werden.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß bei der Erzeugung des Vergleichssignals (R(x,y)) eine Konstante (K 4, auf 961) in den Vergleich einbezogen wird.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß sowohl der Fotosensor (FS)ate auch die weitere elektronische Anordnung in eine Anzahl identischer parallel arbeitender Einheiten unterteilt sind, die jeweils unabhängige elektrische Signale abgeben und die zur Übermittlung der Signale der Helligkeitswerte von vom Randbereich der jeweiligen Fotosensoreinheit erfaßten Rasterpunkte an die Nachbareinheiten Verbindungen (1300,1200} zu diesen aufweisen.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die den Helligkeitswerten entsprechenden Signale jeweils einem Integrator ('NT) eingespeist werden, der das Signal jedes Rasterpunkts vor der weiteren Verarbeitung über der Dauer einer Rasterpunktabfragung integriert

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß eine Kontrastrechenschaltung (EA) den Wert des (Contrasts des einzelnen Rasterpunkts bestimmt und ein den Kontrast angebendes Ausgangssignal als das den Helligkeitswert angebende Signal den jeweiligen Schwellen zuleitet bzw. zur Bildung des dem mittleren Helligkeitswert entsprechenden Signals abgibt

9. Anordnung nach Anspruch 3 und 8, dadurch gekennzeichnet daß die Kontrastrcchenschaltung ein Analogrechner (EA) ist den die Signale vor der Einspeisung in den Analog-Digital-Wandler (CAD) durchlaufen und der für jeden Rasterpunkt (P, P') das Signal (S) des Kontrastes erzeugt indem das Ausgangssignal des jeweiligen Elements des Fotosensors (FS) gegebenenfalls verstärkt einerseits direkt und andererseits als Maximumsignal über einen Scheiteldetektor (RVP), der das Maximumsignal innerhalb einer gegebenen Zeitspanne speichert und als Bezugswert für die Digitalisierung abgibt an den Analog-Digital-Wandler geliefert wird.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß die den mittleren Helligkeitswerten der Teilbildfelder bzw. des Lese-Rasterpunkts entsprechenden Signale unterschiedlich gewichtet werden (in CVA mit K 3).

11. Anordnung nach den Ansprüchen 2,3,9 und 10, dadurch gekennzeichnet daß der Signalverarbeitungsvorgang zum Erhalten einer adaptiven Gewichtungsfunktion (φ) für die zweiten Teilbildfelder (Teil von A 2) durch die Kombination der folgenden Vorrichtungen durchgeführt ist:

— des Speichers (MEM), der in Serie die den Kontrast (S) angebenden digitalen Signale, die vom Analog-Digital-Wandler (CAD) ausgehen,

empfängt und die die zweiten Teilbildfelder (Teil von A 2) betreffenden Signale ausgangsseitig in einer vorgegebenen Reihenfolge abgibt;

— einer Schaltung (CCRX die ebenfalls die den Kontrast (S) angebenden Signale empfängt und ausgangsseitig einen ersten Parameter (K 2% der eine Funktion hiervon ist, abgibt;

— eines ersten !Comparators (CMP), der sowohl die den Kontrast (S) in den zweiten Teilbildfeldern angebenden Ausgangssignale des Speichers (MEM) als auch den ersten Parameter (K 2) empfängt, diese beiden Signale vergleicht und ausgangsseitig ein Signal des booleschen Werts 1 abgibt, wenn das Signal des Kontraste fiber dem Parameter liegt;

— eines Selektors (SLJX der die den Kontrast (S) in den zweiten Teilbildfeklern angebenden Ausgangssignale des Speichers (MEM) und die vom Komparator (CMP) ausgehenden darauf bezogenen booleschen Pegel empfangt und rusgangsseitig diejenigen Ausgangssignale des Speichers weitergibt, für die der boolesche Pegel den Wert lhat;

— eines Zählers (MIS) der die vom Komparator (CMP) ausgehenden Signale mit dem booleschen Pegel 1 zählt; und

— eines Dividierers (MTPX der den Wert eines voreingestellten zweiten Parameters (K 3) durch das vom Zähler (MIS) abgegebene Ergebnis teilt

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch jo gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungsvorgang zum Erhalten des Vergleichssignals (R) durch die Kombination der folgenden Vorrichtungen durchgeführt ist:

— eines ersten Integrators (CVA) der die vom Selektor (SLT) ausgehenden Signale miteinander und mit den Ergebnissen der Additionen der vorhergehenden sich auf die das erste Teilbildfeld (A 1) umgebenden Bereiche (A 2) beziehenden Zeilen addiert und das Ergebnis dieser Addition mit dem vom Dividierer (MTP) ausgehenden Signal multipliziert;

— eines zweiten Integrators (CVBJl der die die Werte des Kontrasts (S) des ersten Teilbildfelds (A 1) angebenden Signale empfängt, sie miteinander und mit den Ergebnissen der Additionen der sich auf die selbe Fläche beziehenden vorhergehenden Zeilen addiert und das Ergebnis dieser Addition mit einem festen Koeffizienten (K 1 ImesA 1) multipliziert; und

— eines Addierers (SUMX der die Ergebnisse des ersten (CVA) und des zweiten Integrators (CVB) miteinander addiert

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweipegelige Digitalisierung (σ) durch die Kombination der folgenden Vorrichtungen durchgeführt ist:

— der die Signale des Kontrasts (S) empfangenden Schaltung (CCRX die ausgangsseitig noch einen dritten Parameter (KS), der eine Funktion des t>o Kontrasts ist, abgibt;

— eines zweiten Komparators (CFRX der einen vierten voreingestellten Parameter (KA), den von jener Schaltung (CCR) kommenden dritten Parameter (KS), das vom Speicher (MEM) über ein geeignetes Register (RSA) kommende den Kontrast (S(x,y)) im jeweiligen Lese-Rasterpunkt angebende Signa! und das vom Addierer (SUM) kommende Signal empfängt und ausgangsseitig ein Signal abgibt, das nur dann den booleschen Wert 1 hat, wenn er festgestellt hat, daß gleichzeitig der Wert dieses vom Addierer (SUM) kommenden Signals in bezug zum vierten Parameter (K 4) mit entgegengesetzten Vorzeichen größer oder gleich ist und der Kontrast im jeweiligen Lese-Rasterpunkt höher ist, als der dritte Parameter (KS), multipliziert mit einem Proportionalitätsfaktor (MK 1), und das in allen anderen Fällen den booleschen WertO hat

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenschaltung (ITF) die vom zweiten Komparator (CFR) ausgehende Information (auf 2400) im Rahmen sammelt und diese Rahmen den verarbeitenden Vorrichtungen zur Verfügung stellt

15. Anordnung nach den Ansprüchen 6 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Integrator (CVA) zum Verarbeiten der gewichteten Signale des Kontrasts in den zweiten Teilbildfeldern (Teil von A 2) vom ihm entsprechenden ersten Integrator, der zu der benachbarten Einheit gehört, die bewerteten Signale des Kontrasts derjenigen dieser Einheit zugeordneten Rasterpunkte empfängt, die zu den zweiten Teilbildfeldern gehören.

16. Anordnung nach den Ansprüchen 6 und 12 und gegebenenfalls noch nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Integrator (CVB) zum Verarbeiten der Signale des Kontrasts des ersten Teilbildfelds (A 1) vom ihm entsprechenden zweiten Integrator, der zu der benachbarten Einheit gehört, die Signale des Kontrasts derjenigen dieser Einheit zugeordneten Rasterpunkte empfängt, die zum ersten Teilbildfeld (A 1) gehören.

17. Anordnung nach den Ansprüchen 6 und 12 und gegebenenfalls noch nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Register (RSA) zum Übertragen des Signals des Kontrasts des jeweiligen Lese-Rasterpunkts (P(x,y)) zum zweiten Komparator (CFR) von dem zur benachbarten Einheit gehörenden entsprechenden Register das Signal des Kontrasts des Lese-Rasterpunkts des nächstbenachbarten ersten Teilbildfelds empfängt.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Lesen der Zeichen auf sich kontinuierlich bewegenden Aufzeichnungsträgern durchgeführt wird.

19. Anordnung nach Anspruch 1 bzw. 11, dadurch gekennzeichnet daß die Schwelle (KS) für den Helligkeitswert des jeweiligen Lese-Rasterpunkts (P(x,y)) und/oder der erste Parameter (K 2) von Hand einstellbar sind.