DE1294074B

DE1294074B - Zeichenerkennungsvorrichtung mit spaltenweiser Abtastung

Info

Publication number: DE1294074B
Application number: DET25819A
Authority: DE
Inventors: Kubo Moritada; Watanabe Sadakazu
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1963-03-18
Filing date: 1964-03-13
Publication date: 1969-04-30
Also published as: GB1062940A; US3268864A

Description

Rechenspeichers die Formelemente eines gedruckten 50 bezeichnet, während in Fig. 1 (Π) der Teil 8 der oder handschriftlichen Zeichens, wie Verzweigung Kurve 7 als Diskontinuitätsstelle bezeichnet ist und und Konvergenz, rechnerisch bestimmt werden, wobei die gespeicherte Anzahl der Anfänge und Enden und die Zahl der bei jeder Abtastung erhaltenen Impulse verwendet werden. Dadurch wird die tech- 55 nisch schwierige Bestimmung von Zeichen, insbesondere handschriftlicher Art, auf eine Bestimmung der Formelemente zurückgeführt. Auf diese Weise kann die Bestimmung derartiger Zeichen einfach und zuverlässig vorgenommen werden. 60

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Zeichenerkennungsvorrichtung mit spaltenweiser Abtastung erreicht, bei der ein Zeichen aus der Reihenfolge des Auftretens von Formelementen, wie Strichanfang, -ende, -verzweigung und -konvergenz, erkannt wird und die gekennzeichnet ist durch eine Zähleinrichtung für die Gesamtzahl der bei der m-ten Abtastung erhaltenen Impulse, durch einen ersten Speicher für die Kurven 9 und 10 als konvex (negative Krümmung) und konkav (positive Krümmung) bezeichnet werden. In Fi g. 1 (ΠΙ) ist mit dem Teil 12 der Kurve 11 die Verzweigung und mit dem Teil 14 der Kurve 13 die Konvergenz bezeichnet.

In F i g. 2 sind einige Beispiele der Formelemente a, b und c dargestellt. Teile 15, 16, 17 der Zahl 3, gezeigt in F i g. 2 (I), entsprechen jeweils dem Anfang, während Teile 18 und 19 die Enden bilden. Die Teile 20 und 21 der Zahl 5, gezeigt in Fig. 2 (Π), entsprechen den Sprungstellen (Knick) bzw. der Verzweigung, ein Teil 22 der konvexen (negativen) Krümmung und ein Teil 23 der konkaven (positiven) Krümmung. In Fig. 2(111) stellt ein Teil 24 eines Buchstabens A die Verzweigung dar, der Teil 25 die Konvergenz.

Fig. 3 dient dazu, die Folge zu erläutern, in der

die drei Formelemente α, b und c auftreten. Wird der Buchstabe A in Richtung von t abgetastet, die rechtwinklig zur Richtung von s steht, d. h. der vorbestimmten Richtung, so treten diese Elemente in der Folge von Anfang 26, Verzweigung 27, Knick 28, Konvergenz 29 und Ende 30 auf. Ist der Buchstabe A dagegen geneigt und hat Linienelemente, die parallel zur Richtung der Abtastung liegen, wie in F i g. 3 (II) gezeigt, so treten diese drei Elemente in der Folge auf: Anfang 31, Verzweigung 33, einem Paar von Ende und Verzweigung 34, Konvergenz 35 und Ende 36. Betrachtet man einen anderen geneigten Buchstaben A, gezeigt in F i g. 3 (III), so treten diese drei Elemente in der Folge von dem Anfang 37, der Verzweigung 38, der Verzweigung 39, der Konvergenz 40, dem Ende 41 und dem Ende 42 auf.

Variable Quantitäten (quantitative Charakteristiken) sollen nun entsprechend der beabsichtigten Anwendung betrachtet werden. Im allgemeinen können dieser variablen Quantitäten in die folgenden drei Gruppen klassifiziert werden:
(x) Relative Größe des Zeichens in bezug auf das

Betrachtungsfeld und Auflösung,
(y) Ausmaß der Neigung der das Zeichen aufbauenden Linienelemente, (z) relative Verteilung von Länge, Fettdruck und Lage der das Zeichen ausmachenden Linienelemente.

Die quantitativen Charakteristiken der Gruppen x, y und ζ sind nicht die wesentlichen der geometrischen Charakteristiken des Zeichens, können aber zur besonderen Verwendung erforderlich werden.

Zunächst soll das Verfahren zur Ermittlung von Formelementen a, b und c genauer betrachtet werden.

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a) Verfahren zur Ermittlung von Anfang und Ende

Zur Ermittlung des Vorhandenseins von ein Zeichen aufbauenden Linienelementen kann irgendeines der bekannten Verfahren verwendet werden. So kann z. B. ein optisches Verfahren benutzt werden, um die Differenz in der Lichtreflexion zwischen dem Zeichen und seiner Umgebung zu ermitteln, während in einem anderen Fall ein elektrisches Verfahren verwandt wird, um die Differenz der elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem Zeichen und seiner Umgebung zu erfassen.

F i g. 4 ist zur Erläuterung der Ermittlung von Anfang und Ende unter Verwendung eines Abtastsystems gedacht. Der Umfang eines Linienelements 43 ist im allgemeinen als eine geschlossene Kurve zu betrachten. Es wird eine beliebige Richtung s gewählt, die als kartesische Koordinate der Ermittlungseinrichtung zusammen mit einer hierzu senkrecht stehenden Achse t angesehen wird. Im allgemeinen wird eine in Richtung von s gezogene gerade Linie mit gerader Anzahl von Schnitten den Umfang schneiden, ausgenommen den Fall, in dem eine solche Linie die Tangente bildet. Zwei Paar Kreuzungspunkte treten also paarweise auf, und zwei Kreuzungspunkte bei jedem Paar werden entsprechend der Richtung s unterschieden. In ähnlicher Weise wird eine Gerade in Richtung von t, die normal zur Richtung von s steht, in gerader Anzahl von Schnitten den Umfang des Linienelements kreuzen. Führt man eine Folgeabtastung für das Linienelement 43 in Richtung von s durch unter der Annahme, daß der Teil, in dem die Signale in y-Richtung ansteigen, mit (+) bezeichnet sind, daß der Teil, in dem die Signale abnehmen, als (—) bezeichnet wird und daß der Teil der Kontur, in dem die Signale gleichbleiben und entsprechend die Abtastlinie die Kontur tangiert, mit (©) bezeichnet wird, so kann man alle Teile der Kontur in drei Teile klassifizieren (+), (—) und (©). Die Gerade in Richtung von t kreuzt die Kontur an einem ihrer Teile (+), (—) oder (©), und die möglichen Arten von Kreuzungspaaren sind (+,+), (+,—), (—, + ), (—,—) usw. Wo die Abtastlinie in Richtung t die Kontur tangiert, ist die Kreuzungsart (+...+) oder (—...—). Die Arten (+,+) und (+...+) können als Anfänge, bezogen auf die Richtung von s, behandelt werden, während (—, —) und ( — ...—) als Ende angesehen werden können. Um jedoch Anfang und Ende identifizieren zu können, muß das Vorhandensein des Linienelements gleichzeitig ermittelt werden.

b) Verfahren zur Ermittlung von Biegung und Knick

Sind nur begrenzte Arten von Zeichen zu identifizieren, z. B. nur Zahlen, wie aus Fig. 4 hervorgeht, dann bildet der Übergang von (+,—) auf (—,+) den Wendepunkt oder den Scheitelpunkt einer konvexen Kurve. Ist es jedoch notwendig, zwischen scharfer Umlenkung und Bogen zu unterscheiden (z. B. V und U), so ist ein solches Verfahren zur Ermittlung ungenügend, so daß ein zweifacher Differenziervorgang notwendig wird. Das Linienelement wird durch die Funktion t = f(s) in den Koordinaten der Ermittlungsvorrichtung bestimmt. Durch Berechnung des Wertes von

^d2f(-^Sl

l oder

As²

wird dann die Gestalt als konkav, konvex oder Knick bestimmt, abhängig davon, ob der errechnete Wert + , — oder +00 ist.

F i g. 5 dient zur Erläuterung eines Verfahrens zur Ermittlung von Bogen und Knick mittels eines Abtastsystems, das bei der Bildtelegraphieübertragung, bei Fernsehen u. ä., verwendet wird. Das in F i g. 5 (I) dargestellte Zeichen 44 ist durch eine Funktion y = / (x) unter Verwendung von kartesischen Koordinaten χ und y bestimmt. F i g. 5 (II) dient zur Erklärung der Ermittlung des Erscheinungsbildes der Funktion y = / (x), die zunächst nur in Richtung von t, senkrecht zu s, abgetastet wird. Dabei wird ein Signal, das entsprechend dem Kreuzungspunkt zwischen jeder Abtastlinie und den Linienelementen erzeugt wird, zur Bestimmung des Erscheinungsbildes des Zeichens verwendet. F i g. 5 (III), bei der

die Abszisse s und die Ordinate -=— dargestellt sind,

zeigt, daß eine Sprungstelle S₁ durch Differenzieren der Funktion t — f{s) ermittelt werden kann. Weiterhin wird gemäß F i g. 5 (IV), bei der auf der Abszisses, auf der Ordinate -— aufgetragen ist, die

Kurve als konkav identifiziert, wenn der zweite Differentialkoeffizient der Funktion t = f(s) positiv ist, und als konvex, wenn dieser Differentialkoeffizient negativ ist.

c) Verfahren zur Ermittlung von Verzweigung
und Konvergenz

In F i g. 7 ist ein Zeichen dargestellt, das zeilenweise abgetastet wird. Es sind vier Zeilen a, b, c

und d dargestellt, die nacheinander von oben nach unten in Richtung der Pfeile abgetastet werden, wobei die Richtung, in der die Zeilen aufeinander folgen, als Richtung s bezeichnet ist. Die Ergebnisse der einzelnen Zeilenabtastungen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. In der mit N bezeichneten Spalte ist jeweils die Gesamtzahl der Impulse angegeben, die bei einer Zeilenabtastung erhalten werden. Ein solcher Impuls wird erhalten, wenn die Abtastzeile eine Linie überschreitet. In der Spalte M ist die Summe der festgestellten und gespeicherten Anfänge und Enden angegeben, in der Spalte P ist die Anzahl der Verzweigungen und Konvergenzen angegeben, die jedoch nicht durch Abtastung festgestellt wurden, sondern als Rechenergebnis aus der letzten Spalte der vorherigen Abtastung übernommen wurden. Die letzte Spalte gibt die Zahl Q (m) an, die sich aus der Gleichung

Q(m) = N-M-P

ergibt.

	N	M	P	N-M-P
a	+2	+2	0	0
b	+3	+2	0	+ 1
C	+2	+2	+ 1	-1
d	+ 1	+ 1	0	0

Bei der ersten Abtastung α waren bereits zwei Anfänge gespeichert, die in der Spalte M erscheinen. Bei der Abtastung werden insgesamt zwei Impulse gezählt, die in der Spalte N angegeben sind. Nach der angegebenen Formel ergibt sich für die letzte Spalte der Wert 0, d. h., bei der α-ten Abtastung wurde weder eine Verzweigung noch eine Konvergenz festgestellt.

Bei der &-ten Abtastung erhält man drei Impulse und hat im Speicher die Zahl + 2 für die Anfänge, so daß man bei der errechneten letzten Spalte den Wert +1 erhält, ein Zeichen für die Feststellung einer Verzweigung bzw. Divergenz. Diese festgestellte Verzweigung wird bei der Abtastung c aufgegriffen und ist deshalb in der Spalte P angegeben.

Bei der Abtastung c errechnet sich dann unter Berücksichtigung des bei der zweiten Abtastung errechneten Wertes von + 1 ein Wert für die letzte Spalte von — 1. Dies ist das Zeichen für eine Konvergenz und wird für die Berechnung des Ergebnisses für die Abtastung d mit berücksichtigt.

Die in den Spalten M und P erscheinenden Werte werden gespeichert, so daß in der letzten Zeile jeweils die Summe aller eingegebenen Werte erscheint.

F i g. 6 zeigt ein Schaltbild, in dem eine Ausführungsform dargestellt ist. In der Figur ist ein Abtastelement 51 verbunden mit einem Speicherkreis 52, einem Zustandsbestimmungskreis 53, einem Impulszählkreis 54 und einem schaltenden Integrierkreis 55, in den ein Schaltsignal m gegeben wird. Der Ausgang aus dem Speicherkreis 52 ist an einen Zuwachskreis 56 gelegt, der mit einem Abtastkreis 57 verbunden ist. Die Ausgänge aus diesem Abtastkreis 57 und dem Speicherkreis 52 werden einem logischen Kreis 58 zugeführt, durch den Anfang und Ende ermittelt und in einem Matrixspeicherkreis 59 für Formelemente gespeichert werden. Der Ausgang aus diesem Zustandsbestimmungskreis 53 ist mit einem Digital-Analog-Umformer 60 verbunden, der an DiSerenzierkreis 6I₁, 6I₂ ... geschaltet wird. Die Ausgänge aus diesen Differenzierkreisen werden in Vergleicherkreise 63_} und 63₂ über andere Differenzierkreise 62₁₅ 62₂ jeweils eingeführt. Wie durch Pfeile gezeigt, werden vorgegebene Werte g an jeden Vergleicherkreis 63₁₃ 63₂ ... angelegt, die Ausgänge hiervon werden diesem Matrixspeicherkreis 59 eingegeben.

ίο Der Ausgang aus diesem Impulszähler 54 wird in einen Subtraktionskreis 64 eingeführt, in den auch die Ausgänge aus einem Gesamtsummierkreis 65 für den Anfang und das Ende von Zahlen und von einem Gesamtsummierkreis 66 für Verzweigungen und Konvergenzen gegeben werden. Der Ausgang aus diesem Subtraktionskreis 64 wird an diese Matrixspeichervorrichtung 59 geführt. Ausgänge von diesem Matrixspeicher 59 und einem Vorgabespeichergerät des gleichen Typs 67, der vorher eingestellt worden war, werden mit einem Vergleicherkreis 68 verbunden. Der Ausgang aus diesem Schalt- und Integrationskreis 55 sowie ein Bezugswert h, der durch die Länge des entsprechenden Linienelements aus 72 bestimmt ist, werden in einen Vergleicherkreis 69 geführt, dessen Ausgang an einen Matrixspeicher 70 für variable Quantitäten geliefert wird. Ein Teil des Ausgangs von diesem Abtastkreis 57 wird an einen Schaltkreis 71 gegeben, der Ausgang davon wird zu Integrationskreisen 72_X 72₂... ge-

führt, die ihrerseits mit einem Integrationskreis 73 verbunden sind. Der Ausgang aus diesem Integrationskreis und ein vorher festgelegter Vorgabewert i werden in einen Vergleicherkreis 74 eingegeben, der Ausgang hiervon wird in der Speichereinrichtung für variable Quantitäten gespeichert. Teil der Ausgänge aus diesen Differenzierkreisen 6I₁, 62₂... werden an einen Vergleicherkreis 75 zusammen mit einem festgelegten, vorgegebenen Wert j gegeben. Der Ausgang aus diesem Vergleicherkreis 75 wird an die Integrationskreise 72₁₅ 72₂... gegeben und an diesen Matrixspeicher 70 für variable Quantitäten. Die Ausgänge aus diesem Matrixspeicher 70 und ein Vorgabespeicherkreis des gleichen Typs 76, der vorher eingestellt worden war, werden an einen Vergleicherkreis 77 zusammen mit dem Ausgang aus diesem Vergleicherkreis 78 gegeben. Der Ausgang aus dem Vergleicherkreis 77 wird zum Vergleicherkreis 68 zurückgeführt. Die Arbeitsweise des Systems ist folgende:

Die Ausgangsimpulse, die man durch Abtasten eines Zeichens durch den Abtastkreis 51 erhält, werden entsprechend der Lage in den Speicherkreis 52 gegeben, dessen Ausgangssignale werden durch den Zuwachskreis 56 differenziert. Die differenzierten Signale läßt man dann den Coden ©, + und — entsprechen. Die Werte der Coden ©, + und — werden mit dem Abtastkreis 57 in Richtung von t abgetastet, wodurch man Codesätze (+,+), (—,—), (®j@)j (+>—) °der (—,+) usw. erhält. Von diesen

werden nur die Codesätze (+,+), (+...+) und (—,—), (—...—) durch den logischen Kreis 58 ermittelt und im Matrixspeicherkreis 59 für die Fonnelemente gespeichert. Wie durch F i g. 7 gezeigt, nimmt der logische Kreis auch den Ausgang aus dem Speicherkreis 52 auf.

Die Ausgangsimpulse aus 51 werden dann durch den Phasenklassifizierkreis 53 klassifiziert, und jedes der klassifizierten Signale wird in eine anlöge Span-

nung durch die Wirkung des Digital-Analog-Umformers 60 umgewandelt. Nachdem diese Analogspannungen zweimal der Differenzierwirkung der Differenzierkreise 6I₁, 6I₂ und 62_X, 62₂... unterworfen worden sind, werden sie an die Vergleicherkreise 63_X, 63₂ ... gegeben, in denen sie mit dem vorgegebenen Wert g verglichen werden. Diese Vergleicherkreise arbeiten so, daß sie feststellen, ob der

Differentialquotient zweiter Ordnung ^₂ positiv, negativ oder Null ist, um zu ermitteln, ob Konkavität, Konvexität und Knick vorhanden sind und um diese voneinander zu trennen. Die Informationen hiervon werden an die Matrixspeicher 59 für die Formelemente gegeben.

Die Gesamtzahl der Impulse N, die man durch »i-tes Abtasten mit den Abtastkreisen 51 erhält, wird durch den Zählkreis 54 gezählt. Die integrierte Zahl M der Anfänge und Enden bis zur (m— l)-ten Abtastung (Anfänge werden durch positive Signale ao und Enden durch negative Signale dargestellt) und die integrierte Zahl P von Verzweigung und Konvergenzen, (wobei Verzweigungen durch positive Signale und Konvergenzen durch negative Signale dargestellt sind), werden jeweils durch die Zählkreise 65 und 66 gezählt und die integrierten Zahlen M und P werden von der Gesamtzahl der Ausgangsimpulse N durch Wirkung des Subtraktionskreises 64 abgezogen. Bei einem positiven Ergebnis der Gleichung N—M—P werden Verzweigungen, bei negativem Ergebnis Konvergenzen festgestellt, und Informationen hinsichtlich dieser Ergebnisse werden in diesem Matrixspeicherkreis 59 für die Formelemente gespeichert. Die Ausgangsimpulse 51 werden durch Wirkung des Schalt- und Integrationskreises 55 integriert, wodurch man jede Fläche des Linienelements erhält. Der Ausgang aus dem Schalt- und Integrationskreis 55 wird an den Vergleicherkreis 69 zum Vergleich mit einem Bezugswert h gegeben, der durch die Länge des entsprechenden Linienelements festgelegt ist, damit die relative Größe (der Fettdruck) des Zeichens ermittelt wird, so daß diese Information im Matrixspeicher 70 für die variablen Quantitäten gespeichert wird. Die Ausgänge aus den Differenzierkreisen 6I₁, 62₂... werden an den Vergleicherkreis 75 geführt und hierin mit einem vorgegebenen Wert / verglichen, wodurch der Neigungsgrad ermittelt wird. Diese Information wird an einen Matrixspeicher 70 für variable Quantitäten gegeben. Der Ausgang des Abtastkreises 57 wird auch an den Schaltkreis 71 gelegt, durch den jedesmal geschaltet wird, wenn das Formelement auftritt. Der Impulssatz (+,+), (—,—), (+,—) oder (—,+) usw. wird als ein Punkt gezählt. Diese Punkte werden hinsichtlich des /-ten Linienelements integriert, und die Länge I₁ des /-ten Linienelements erhält man durch Verwendung des

Integrationsergebnisses und von -j . Letzterer Wert

wurde zur Zeit der Ermittlung der Neigung erhalten. Solche Messungen werden für jedes Linienelement durchgeführt, um die Gesamtlänge durch die Wirkung des Integrationskreises 73 zu ermitteln. Die Werte

— und

S₁

erhält man unter Verwendung der Auflösung S₀ und unter Verwendung des Sehfeldes S₁, die beide der Vorrichtung eigen sind. Diese Werte werden mit dem vorgegebenen Wert i mittels des Vergleicherkreises 74 verglichen, so daß das Lesesystem zum Lesen veranlaßt wird, wenn

έ R und

S₁

< R

ist, jedoch nicht anspricht wenn

—
S₀

-¹- oder ---. δ R

S₁

ist. Die zustande kommenden Informationen werden in der Matrixspeichereinrichtung 70 für variable Quantitäten gespeichert.

Jedes der Formelemente α, b, c und der variablen Quantitäten x, y, z, die, wie oben beschrieben, erhalten werden, werden mit dem vorbestimmten Ausgang des Vorgabespeicherkreises vom gleichen Typ verglichen, um eine Identifizierung der Zeichen, zusammen mit ihrer beabsichtigten Verwendung, zu erreichen.

Claims

Patentanspruch:

Zeichenerkennungsvorrichtung mit spaltenweiser Abtastung, bei der ein Zeichen aus der Reihenfolge des Auftretens von Formelementen, wie Strichanfang, -ende, -verzweigung und -konvergenz erkannt wird, gekennzeichnet durch eine Zähleinrichtung (54) für die Gesamtzahl (N) der bei der nj-ten Abtastung erhaltenen Impulse, durch einen ersten Speicher (65) für die integrierte Anzahl (M) der Strichanfänge und Strichenden, die man bis zur (m—l)-ten Abtastung erhalten hat, wobei ein Strichanfang positiv oder negativ und ein Strichende negativ oder positiv gezählt wird, durch einen zweiten Speicher (66) zur Speicherung der integrierten Anzahl (F) von Strichverzweigungen und Strichkonvergenzen, die man bis zur (in— l)-ten Abtastung erhalten hat, wobei eine Strichverzweigung positiv oder negativ und eine Strichkonvergenz negativ oder positiv gezählt wird, und durch eine Subtraktionseinrichtung (64), durch die die Zahl der integrierten Anzahl der Strichanfänge und -enden und die integrierte Zahl der Strichverzweigungen und -konvergenzen von der Gesamtzahl der Ausgangsimpulse abgezogen wird, wobei am Ausgang der Subtraktionseinrichtung das Ergebnis (N—M—P) nach Vorzeichen und Zahl abgegeben wird und die Anzahl der in der Spalte m aufgetretenen Strichverzweigungen bzw. -konvergenzen je nach Vorzeichen beinhaltet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 909 518/491