DE2044177A1

DE2044177A1 - Verfahren und Vorrichtung zur maschinellen Zeichenerkennung

Info

Publication number: DE2044177A1
Application number: DE19702044177
Authority: DE
Inventors: Robert Vestal N Y Ordower (V St A)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-09-09
Filing date: 1970-09-05
Publication date: 1971-03-11
Also published as: GB1303093A; CH510917A; JPS4812648B1; US3629829A; FR2109076A5; BE755936A

Description

20A4177

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 3. September 1970 bt/du

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin:

Docket EN 967 065

Verfahren und Vorrichtung zur maschinellen Zeichenerkennung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur maschinellen Zeichenerkennung, bei dem ein für das abgetastete Zeichen signifikantes, zeitabhängiges elektrisches Signal erzeugt und mit Kriterien verglichen wird, die bei der Untersuchung von Musterzeichen gewonnen wurden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Derartige Verfahren sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren sind bekannt. So ist beispielsweise in der US-Patentschrift 2 924 812 eine Anordnung beschrieben, die unter Verwendung eines magnetischen Abtastkopfes magnetisierbare Zeichen abtastet, so daß ein zeitabhängiges elektrisches Signal gewonnen wird, welches auf eine Verzögerungsleitung mit einer Reihe von Abgriffen gegeben wird. Die Abgriffe sind mit Widerstandsnetzwerken, die zur Korrelation von Teilen des Eingangssignals mit eingespeicherten

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MusterSignalen dienen, verbunden. Eine sehr ähnliche Vorrichtung zur Erkennung magnetisierbarer Schriftzeichen ist in der US-Patentschrift 3 000 000 gezeigt. Auch hier dient eine Verzögerungsleitung zur Aufspaltung des Abtastsignals, die eigentliche Erkennung erfolgt jedoch nicht auf analogem Wege sondern nach Umformung der analogen Abtastsignale in digitale Signale. Beiden Vorrichtungen haftet jedoch als Nachteil der ungewöhnlich große Aufwand an, der zur Unterscheidung von nur beispielsweise 10 Zeichen notwendig ist. Gerade für einfache Lesegeräte, bei denen beim heutigen Stand der Technik die Wirtschaftlichkeit eine hervorragende Rolle spielt, sind diese Lösungen daher nicht brauchbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zeichenerkennung und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, die die beschriebenen und andere Nachtelle der bekannten Anordnungen vermeiden, und eine einfache, betriebssichere und wirtschaftliche maschinelle Zeichenerkennung gestatten.

Diese Aufgabe wird dadurch geilst, daß das Abtastsignal, wie an sich bekannt, mittels eines gesteuerten Taktgebers in ein· Anzahl von Abschnitten zerlegt wird und innerhalb eines jeden Abschnitts durch Integratoren das Zeitintegral des Abtastsignals gebildet wird, daß für jeden Abschnitt und jedes Musterzeichen ein Vergleichsintegral gespeichert ist und die Zeitintegrale des Abtastsignals abschnittsweise mit den gespeicherten Vergleichsintegralen korreliert und die erhaltenen Korrelationsergebnisse getrennt nach Musterzeichen in einer Summierschaltung addiert werden und daß mittels einer Maximum-Schaltung das abgetastete Zeichen demjenigen Musterzeichen zugeordnet wird, dessen zugehörige Summe den größten Wert aufweist.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß ein Abtaster über mindestens einen Verstärker mit einer der Anzahl der Abschnitte, in die das Ab-

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tastsignal zerlegt wird, entsprechenden Anzahl von durch einen Taktgeber gesteuerten Integrierschaltungen verbunden ist, daß an die Integrierschaltungen eine der Anzahl der im Zeichensatz enthaltenen Zeichen entsprechende Anzahl von Korrelationsnetzwerken angeschlossen ist, deren Ausgänge mit einem Maximum-Detektor und mehreren Verriegelungsschaltungen verbunden sind, die das erkannte Zeichen definierende digitale Ausgangssignale abgeben.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Patentansprüchen, Einzelheiten der nachfolgenden Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen zu entnehmen.

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- 4 Auf den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 in schematischer Form die Bewegung eines Zeichenelements relativ zur Abtasteinrichtung,

Fig. 2 das an den Klemmen der Abtasteinrichtung nach Fig.

1 auftretende Signal, sowohl in idealisierter als auch in der tatsächlich auftretenden Form,

Fig. 3 die Aufteilung eines Zeichens in gleichlange Zeitzonen,

Fig. 4 eine Anzahl stilisierter Zeichen mit den zugehörigen AusgangsSignalen der Abtastvorrichtung,

Fign. 5-8, eine Anzahl von Kurvendarstellungen, die zur ^un ' Verdeutlichung des Erkennungsvorganges dienen sollen,

Fig. 9 eine Tabelle zur Erläuterung des Erkennungsvorgänge,

Fig. 12 ein schematisches Diagramm einer Einrichtung zur

Zeichenerkennung, die die Erfindung verwendet,

Fig. 13 eine Schaltung zur Regelung der Verstärkung,

Fig. 14 eine detaillierte Darstellung einer unter Verwendung der Erfindung aufgebauten Einrichtung sur Zeichenerkennung.

Wie in der nachfolgenden detallierteren Beschreibung erläutert, werden Zeichen durch das vorliegende Erkennungesystem mittels der Technik der Autokorrelation erkannt. Die zu lesenden Zeichen werden durch einen zweckentsprechend ausgebildeten Magnetkopf

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(Schreibkopf) magnetisiert und durch einen Abtastkopf mit nur einem Luftspalt abgetastet. Es handelt sich in erster Linie um ein analoges System; eine Digitalisierung wird erst nach erfolgter Erkennung durchgeführt.

Man kann die Operation des Systems bei der Erkennung eines Zeichens in mehrere Abschnitte unterteilen. Hier ist an erster Stelle die Signalaufnahme zu nennen» die üblicherweise mittels eines Vorverstärkers, eines Filters, einer automatischen Verstärkerregelung und eines Endverstärkers durchgeführt wird.

Daran schließt sich eine Informationsspeicher-Einrichtung an. Durch diese Komponente wird bei der hier verwendeten Erkennungstechnik das elektrische Ausgangssignal der Abtasteinrichtung in sieben zeitlich gleichlange Zonen unterteilt, wobei der Beginn der ersten Zone auf einen Zeitpunkt eine halbe Zonenbreite nach dem ersten Maximum gelegt wird. Die Erkennung einer Kurvenform erfordert nun sowohl die Amplitude als auch die Polarität der Kurve betreffende Information für jede Zeitzone. Diese Information wird durch Integration der Kurve innerhalb jeder Zeitzone ermittelt.

Der Lesezyklus beginnt mit der Feststellung des ersten Maximums durch einen Spitzenwert-Detektor. Nach einer Verzögerung, die einer halben Zonenbreite entspricht, wird ein Taktgeber gestartet, der die Aufteilung der das Zeichen wiedergebenden Kurve in eine festgelegte Anzahl von Zeitzonen - im vorliegenden Beispiel sieben - steuert. Der erste Integrator integriert nun über alle sieben Zeitzonen, der zweite Integrator über die letzten sechs Zeltzonen, der dritte über die letzten fünf usw. Der Wert des Integrals für die erste Zeitzone wird durch Subtraktion des im zweiten Integrator gespeicherten Wertes von dem im ersten Integrator gespeicherten ermittelt. Der achte Integrator ist zur Bestimmung de· Integralwert·· der siebenten Zeitzone erforderlich.

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— O —

Daran angeschlossen 1st eine Vorrichtung zur Signalerkennung, die nach dem Ende des siebten Integratlonslntervalles, wenn also alle zur Erkennung notwendige Information In den Kondensatoren der Integratoren gespeichert 1st, eingeschaltet wird. Die gespeicherte Information wird durch Korrelationsnetzwerke und Maximum-Detektoren zur Ermittlung des durch das abgetastete Signal dargestellten Zeichens analysiert.

Da hler eine digitale Nachrichtenübertragung stattfinden soll, ist ein Baustein erforderlich, der die höchste in einer Gruppe von beispielsweise 14 Spannungen feststellen und digital das Zeichen anzeigen kann, zu dem diese Spannung gehört. Dieser spezielle Schaltkreis kann auf verschiedene bekannte Arten verwirklicht werden und soll hier als Maximum-Detektor bezeichnet werden.

Natürlich erfordert die Praxis der Durchführung einer Erkennung zur Absicherung der Resultate einiger Prüfungen. Su dieses Zweck besitzt der Maximum-Detektor zwei eingebaute Prüfroutinen, es muß nämlich die höchste ermittelte Spannung jedenfalls oberhalb einer festgelegten Spannung liegen und gleichzeitig vom nächstniedrigeren Spannungswert um mindestens 10 % des Maximalwertes entfernt sein.

Die eigentliche Erkennung basiert auf Methoden der statistischen Mathematik. Beispielsweise wird jede Kurve der ausgewählten 14 Zeichen in sieben gleiche Zeitzonen aufgeteilt, so daß jedes Zeichen mathematisch als Vektor mit einer der Anzahl der Zeitzonen entsprechenden Zahl von Komponenten definiert werden kann. Die einzelnen Koeffizienten werden durch die in den Zeitzonen enthaltenen Signale bestimmt.

Wenn a., a~ ... a die Meßwerte einer Meßreihe und b., b₉ ... b ι ι η χ « η

die Meßwerte einer zweiten Meßreihe sind, so ist der Korrelationefaktor zwischen beiden Reihen definitionsgemäß

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(1)

Mathematisch kann Q als Richtungskosinus des Winkels zwischen

den beiden n-dimensionalen Meßvektoren Ä und B mit den Komponenten a., a» ... a und b., b_o ... b interpretiert werden. Der Zähler der Gleichung (1) entspricht dem Skalarprodukt der Vektoren Ά und B, während der Nenner das Produkt der Längen der beiden

Vektoren darstellt. Demnach kann Gleichung (1) geschrieben werden

(2) ^A ' B . AB cos θ _θ (2) AB * AB « t3OS θ

worin θ der Winkel zwischen den beiden Vektoren ist. Eine Untersuchung der Gleichung (2) zeigt, daß Q ein Maximum erreicht, wenn die Vektoren λ und B identisch sind, da dann θ « O und demnach cos θ « 1 ist. Dies ist die mathematische Darstellung der durch das hier beschriebene System durchgeführten Methode zur Erkennung der Zeichen.

Die Eingangskurve (Abtastsignal) kann durch einen Vektor X dargestellt werden

x « x, S₁ + X₂ I₂ + ... + X₇ Z₇

darin bedeuten X., X₂ ... X₇ die innerhalb der Zeitzonen Z-, Z₂ ... Z₇ befindlichen durch die Integratoren gespeicherten Flächen unterhalb der Kurve. Die Ausgangssignale der acht Integratoren, die die Werte X enthalten werden in 14 verschiedene Korrelationsnetzwerke Obertragen, die den 14 Zeichen entsprechende Kurvenformen gespeichert haben. Die gespeicherten Vektoren besitzen die gleiche Form wie X, sind jedoch von bekannten Kurven-

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formen abgeleitet und enthalten einen Gewichtsfaktor, der der Größe des zugehörigen Vektors entspricht. Die Netzwerkfunktion kann ausgedrückt werden als Ä /A für das n-te Zeichen; demnach wird X, welches einem der 14 Zeichen entspricht, bewirken, daß das Ausgangssignal gerade dieses Netzwerks den größen Wert besitzt. Zum Beweis sollen die folgenden Ausführungen dienen: V. und V- seien die Ausgangssignale von für die Vektoren Ä. und Α. bestimmten Netzwerken. Weiterhin sei vorausgesetzt, daß der unbekannte Vektor X identisch Ä ist. Dann gilt:

^vi - T? - -τς¹ ■ ^Ai ^{cos θ}η ■ ^Äi <^θη - ° >

X*Ä_ Ä. »Ä- A. A- COS Θ.,

^V ■ f ' ² - Μ' h

Da A. und A nicht identisch sind, kann der Winkel zwischen beiden, Θ.-, nicht null sein, demnach cos θ ₂ < 1 und V > V«.

Im folgenden sollen nun die einzelnen zum Betrieb des Zeichenerkennungssystems notwendigen Teile betrachtet werden. Nachdem das Eingangssignal beispielsweise durch Abtastung eines magnetisieren Zeichens mittels eines Magnetkopfes mit einem Luftspalt erzeugt wurde, wird es üblicherweise einem Vorverstärker mit einem nachgeschalteten Begrenzer zugeführt. Der Vorverstärker.kann beispielsweise einen Differentialverstärker mit einstellbarer Verstärkung zum Ausgleich von Parameteränderungen sein. Durch einen nachgeschalteten Begrenzer wird beispielsweise durch eine Gegeneinanderschaltung von Dioden das vom Vorverstärker abgegebene Signal begrenzt. Oftmals wird dieses Signal dann noch durch einen zweckentsprechend ausgebildeten Tiefpaßfilter geschickt.

Nach Verlassen des Tiefpaßfilters wird das Signal einem Regelverstärker zugeführt, der vorzugsweise zusätzlich einen Spitzenwert-Detektor enthält.

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Weiterhin 1st ein Spitzen-Abstand-Detektor angeordnet, der einen Maximum-Detektor enthält. Das digitale Ausgangssignal dieses Maximum-Detektors wird einem Verzögerungskreis zugeleitet, dessen Ausgangssignal wiederum nur dann auftritt, wenn die Basisweite des Signals länger als die Zeitkonstante des Verzögerungskreises ist. Das Ausgangssignal des Verzögerungskreises stellt eine Verriegelungsschaltung ein, die eine Spitzenwertmessung möglich macht. Diese gesamte Schaltung bewirkt, daß nur solche Signalspitzen beachtet werden, die - zeitlich gesehen - einen gewissen Abstand überschreiten.

Daran anschließend kann sich ein Endverstärker, dessen Ausgangsspannung an die zu versorgenden Integratoren angepaßt ist, anschließen.

Bei der Erläuterung der in den Figuren dargestellten Ausführungsform soll vorausgesetzt werden, daß die das Zeichen darstellenden Kurven durch Abtastung eines magnetisierbaren Zeichen erzeugt wurden. In Fig. la ist das Zeichen "O" gezeigt. Die Strichbreite beträgt ungefähr 0,325 mm, die gesamte Zeichenbreite ist ungefähr 2,28 mm. In den Figuren Ib bis Ij sind die'verschiedenen Phasen beim Vorbeilauf eines magnetlsierten Zeichens vor dem Luftspalt eines Magnetkopfes gezeigt. Dieser Magnetkopf besteht aus den Polstücken 11 und 13 mit den Wicklungen 15 und 17, die hintereinander geschaltet sind und in den Klemmen 19 und 20 enden. An diesen Klemmen tritt das weiter zu verarbeitende Ausgangssignal auf.

Der Luftspalt 21 zwischen den beiden unteren Enden der Polstücke 11 und 13 ist sehr klein gehalten, ungefähr 0,075 mm breit. Rechte unterhalb des Luftspalts 21 ist ein Zeichenteil 23 zu erkennen, welch·· beispielsweise einer der senkrechten Balken des Zeichens "0" in Fig. la sein kann. Dieses Zeichenteil soll ■ich wie durch den Pfeil angezeigt von rechts nach links bewegen. Der in Fig. Ib dargestellten Lage sei der Zeitpunkt t_Q zuge-

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ordnet. Während der weiteren Bewegung des Zeichens 23 erreicht zum Zeitpunkt t_x die Zeichenkante den Luftspalt 21 (Fig. ic), befindet sich zum Zeitpunkt t_, der in Fig. Id dargestellt ist, genau in der Mitte des Luftspalts 21, erreicht dann zum Zeitpunkt t₃ mit seiner Vorderkante das Ende des Luftspalts (Fig. Ie), befindet sich zum Zeitpunkt t₄ genau in der Mitte des Luftspalts (Fig. If); sodann verläßt das Zeichen 23 mit seiner hinteren Kante zum in Fig. Ig dargestellten Zeitpunkt t₅ die rechte Kante des Luftspaltes 21, befindet sich mit der hinteren Kante zum in Fig. lh dargestellten Zeitpunkt t_g unterhalb des Luftspalts und verläßt zum Zeitpunkt t. (Fig. Ii) mit der hinteren Kante den Luftspalt nach links und hat zum in Fig. Ij dargestellten Zeitpunkt t_ß den Luftspalt 21 bereite verlassen.

Bei Außerachtlassung der durch den Magnetkopf selbst bereits durchgeführten Filterung ergeben sich die in Fig. 2a dargestellten Spannungsverläufe. In beiden Figuren 2 ist der Verlauf der Spannung über der Zeit aufgetragen. Die tatsächliche an den Klemmen 19 und 20 der auf den Abtastkopf gewickelten Spulen 15 und 17 abnehmbare Spannung 1st in Fig. 2b zu sehen.

In den Figuren 4a und 4b sind die Zeichen O bis 13 zusammen mit dem bei ihrer Abtastung gewonnenen Spannungsverlaufen dargestellt.

Ein Beispiel für die Aufteilung der bei der Abtastung gewonnenen Funktionen in verschiedene Zeitzonen ist in Fig. 3 gezeigt. Die Zeitzonen sind durch senkrecht verlaufene unterbrochene Linien sichtbar gemacht. Als Beispiel wurde das Zeichen "O", das bereits in Fig. la gezeigt wurde, gewählt. Es ist deutlich zu sehen, daß die positiven Spitzen 25 und 27 des Abtastsignals jeweils um ganzzahlige Vielfache einer Zeitzone - im vorliegenden Fall um sechs Zeitzonen - voneinander entfernt sind. Sobald die Strichbreite eines Zeichens der nominellen Breit· einer Zeition· entspricht, werden auch die negativen Spitzen 31 und 33 um ganzzahlig· Vielfache einer Zeitzonenbreit· von den positiven Spitzen

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- 11 -25 und 27 entfernt sein.

Auch die Nulldurchgänge des Abtastsignals werden üblicherweise um ein Vielfaches einer Zeitzonenbreite voneinander entfernt sein. Wenn also die Spannungszeitfläche - d.h. im vorliegenden Fall das Flächenintegral über die abgetastete Kurve - bekannt 1st, so erlaubt ein Vergleich dieser Spannungszeitflächen mit berechneten Spannungszeitflächen der 14 Zeichen eine einfache Bestimmung des abgelesenen Zeichens.

Dieser Vergleich kann auf zwei Wegen durchgeführt werden. Die eine Möglichkeit - die hier als Subtraktionsmethode bezeichnet wird - besteht darin, daß die Spannungszeitflächen des Abtastr signals Zeitzone für Zeitzonen von den berechneten Spannungszeitflächen für jedes Zeichen subtrahiert werden und die absoluten Werte der Differenzen für jedes Zeichen getrennt summiert werden. Bei Befolgung dieses Schemas wird ein unbekanntes Zeichen dem Zeichen zugeordnet, dessen Summe ein Minimum ist. Die zweite Möglichkeit - sie sei als Multiplikationsmethode bezeichnet -besteht darin, die Spannungszeitfläche des Eingangssignals Zeitzone für Zeitzone alt den berechneten Spannungszeitflächen der Vergleichszeichen zu multiplizieren und diese Produkte für jedes Zeichen getrennt zu addieren. Hier wird das unbekannte Zeichen dem zugeordnet, dessen Summe ein Maximum erreicht.

Bei jedem praktisch ausgeführten System besteht natürlich immer noch die Notwendigkeit, einige zur praktischen Brauchbarkeit beitragende Verbesserungen, die jedoch das Prinzip nach dem die Anordnung arbeitet, nicht verändern, einzuführen. Im vorliegenden soll jedoch in erster Linie die prinzipielle Arbeitsweise betrachtet werden.

Dazu seien die in Fig. 5 dargestellten Kurven betrachtet. An die einzelnen Spannungsseitflächen sind jeweils ihre Größen eingetragen. In Fig. 5a sei ein Abtastsignal, in Fig. 5b die Normal-

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kurve für das Zeichen "O" und In Flg. 5c die Normalkurve für das Zeichen "1" dargestellt. Bei Vernachlässigung des jeweils ersten Spitzenwertes sind in der folgenden Rechnung die beiden Methoden einander gegenübergestellt.

Subtraktive Methode

Vergleich Abtastsignal - "0":

I187-161I + |187-168| + |194-175| ■ 64

Vergleich Abtastsignal - "1":

J65-161I + I245-0I + |90-0| + |252-O| = 683

Minimum: Abtastsignal stellt "0" dar.
Multiplikative Methode

Vergleich Abtastsignal - "0":

((-187) · (-161)) + (187 · 168) + ((-194) · (-175)) - 95473

Vergleich Abtastsignal - "1":

(65 · (-161)) + (245 · θ) + ((-90) · θ) + ((-252) · θ) « - 10465

Maximum: Abtastsignal stellt "O" dar.

Wie aus den Ergebnissen zu ersehen ist, kann sowohl die subtraktive als auch die multiplikative Methode Verwendung finden. Im Zuge der vorliegenden Beschreibung soll jedoch in erster Linie auf die multiplikative Methode eingegangen werden, da es «Ich erwiesen hat, daB die Verwirklichung einer nach der multiplikativen Methode arbeitenden Vorrichtung mit geringeren Kosten verbunden ist und mit größerer Sicherheit arbeitet.

In Fig. 6a ist ein weiteres Eingangssignal (Abtastsignal) dargestellt. Vergleicht man dieses Signal mit der in Fig. 6b darge-

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stellten Punktion, so ist erkennbar, daß die Abtastfunktion gegenüber der nominellen Funktion für das Zeichen "1" zu langsam verläuft. Die Durchführung des zur Erkennung notwendigen Vergleichs erfordert eine Dehnung der in Fig. 6b dargestellten Kurve. Die gedehnte nominelle Kurve ist in Fig. 6c dargestellt.

Bei der Zeichenerkennung auftretende Fehler können auch daraus resultieren, daß die Strichstärke der zu erkennenden Zeichen nicht konstant ist. Es wurde festgestellt, daß die dadurch hervorgerufenen Fehler durch die Aufteilungen in Zeitzonen merkbar verringert wurden.

Die durchgezogene Kurve in Fig. 7 stellt ein Abtastsignal des Zeichens "6" dar. Die nominelle Kurve für das gleiche Zeichen ist durch die unterbrochene Linie dargestellt. Der Vergleich der beiden zeigt, daß die Maximalwerte des Abtastsignals gegenüber dem nominellen Signal nach rechts verschoben sind. Diese Verschiebung rührt von einer Variation der Strichbreite des zu erkennenden Zeichens her.

Bei Verwendung der subtraktiven Methode zur Erkennung würden die absoluten Werte der Differenzen der Spannungszeitflächen in den Zeitzonen summiert. Dies bedeutet aber, daß der letzte negative Spitzenwert das Ergebnis absolut vergrößert, obwohl doch bei der subtraktiven Methode zur Erkennung der Minimalwert dient. Zur weiteren Erklärung sei noch auf Fig. 8 verwiesen, in der das gleiche Abtastsignal (durchgezogene Linie) wie in Fig. 7 dargestellt ist. Die unterbrochene Linie stellt hier jedoch den Verlauf einer nominellen "9" dar. Die bei Berechnung mittels der aubtraktiven Methode ermittelte Summe der Flächendifferenzen ist in diesem Fall eindeutig kleiner als bei dem in Fig. 7 darge stellten Beispiel, so daß hier das abgetastete Zeichen als "9" erkannt würde, obwohl es sich um eine "6" handelt. Die in Fig. 9 dargestellt« Tabelle enthält die Werte eines Abtastsignals (Eingang) , der nominellen Vergleichswerte der Zeichen "6" und "9",

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sowie die daraus mittels der multiplikativen Methode berechneten Werte. Eine Gegenüberstellung der mittels der subtraktiven und der multiplikativen Methode erzielten Ergebnisse ist im folgenden gegeben:

Multiplicative Methode

Σ ((Eingang "6"). x(Nominelle "6").) = + 8,22

i * ^x

I ((Eingang "6"J₁ χ(Nominelle "9")_±> - + 0,82

Einwandfreie Erkennung bei Anwendung der multiplikativen Methode (Maximum).

Subtraktive Methode I I(Eingang "6"), - (Nominell "6"), | - 8,70

I(Eingang "6"). - (Nominell '9"), |. - 7,20 i ^x

Fehlerkennung bei Anwendung der subtraktiven Methode (Minimum).

In den Figuren 10 und 11 ist nochmals anhand eines Beispiels die Möglichkeit der Fehlerkennung gezeigt. Die durchgezogene Linie, die von einer abgetasteten "5" stammt, im Vergleich zur Kurve einer nominellen "5" (unterbrochene Linie in Fig. 10) und im Vergleich zur nominellen Kurve einer "7" (unterbrochene Linie in Fig. 11).

In Fig. 12 ist schematisch die gesamte Anordnung zur Zeichenerkennung dargestellt. Das Eingangssignal (Abtastsignal) wird in die Schaltung 51 eingegeben und von dort aus über Leitungen 52 auf einen Vorverstärker 53 übertragen. Zwischen dem Vorverstärker 53 und den nachfolgenden Begrenzer 57 kann - wie in Fig.

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14a gezeigt - ein Filter zwischengeschaltet sein, über Leitung 59 wird nun das Signal einem Abstands-Detektor 61 und über Leitung 56 einer Verstärker-Regelschaltung 62 zugeführt.

Durch die Regelschaltung 62 wird ein Endverstärker 63 und über Leitung 64 ein Spitzenwert-Detektor 65, der ein Teil der Regelschaltung enthält, gespeist. Der Spitzenwert-Detektor gibt über Leitung 66 ein Spitzenwert-Signal an den Taktgeber 69 ab, der über Leitung 7O vom Abstands-Detektor 61 weitere Eingangssignale empfängt. Der Taktgeber 69 hat eine Anzahl von Ausgängen, von denen die Leitungen 71 und 72 als Halte- bzw. Ruckstell-Leitungen zu der im Spitzenwert-Detektor 65 angeordneten Regelschaltung führen. Der Spitzenwert-Detektor 65 wiederum gibt über leitung eine Steuerspannung zur Verstärkerregel-Schaltung 62 ab.

Der Verstärker 63 beaufschlagt über Leitung 85 die acht Integrierschaltungen, die int Block 75 zusammengefaßt sind. Weiterhin speist der Verstärker 63 über Leitung 78 einen Detektor 77. Jeder der acht Integratoren 75 wird durch den Taktgeber über Leitung 80 getriggert; ebenso wird der Detektor 77 über Leitung 82 vom Taktgeber 69 beeinflußt.

Die acht Integratoren 75 übertragen ihre Ausgangssignale in die 14 Korrelationsnetzwerke 87, die mit einem Maximum-Detektor eine Einheit bilden. Ober die Leitungen 90 werden Signale, die signifikant für die erkannten Zeichen sind, in die 14 Verriegelungsschaltungen 92 übertragen, die außerdem über Leitung 93 vom Taktgeber 69 angesteuert werden.

Die Ausgangseignale der Verriegelungsschaltungen 92 werden über Leitung 94 den Ausgangspunkt 95, über eine separate Leitung den Korrelationenetzwerken 87 und über Leitungen 97 einem Detektor zugeführt, der fiber Leitung 99 vom Taktgeber 69 angesteuert wird.

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Die beiden Detektoren 77 und 98 sind über die Leitung 101 bzw. 102 an eine Oder-Schaltung 105 angeschlossen, die wiederum über Leitung 108 mit einer Verriegelungsschaltung 107 verbunden ist.

Die Schaltung für die automatische Regelung der Verstärkung ist detailliert in Fig. 13 dargestellt, über Klemme 111 und Leitung 112 wird der Differential-Steuerschaltung 113 ein Haltesignal zugeführt, welches bewirkt, daß ein Kondensator aufgeladen wird. Sobald dieser eine bestimmte Spannung erreicht, wird über Leitung 117 der Spitzenwert-Detektor 116 und über die Diode 120 und Leitung 121 der Steuerspannungs-Generator 119 mit einem Signal beaufschlagt. Ein weiterer Eingang des Spitzenwert-Detektors 116 wird auf dem gleichen Potential gehalten, welches über Leitung 121 den Steuerspannungs-Generator 119 erreicht.

Das Ausgangssignal des Spitzenwert-Detektor 116 wird über Leitung 124 der Ausgangsklemme 123 zugeführt. Das Ausgangssignal des Steuerspannungs-Generators 119 wird über Leitung 127 einem Feldeffekt-Transistor (FET) 130 und über diesen einem Verstärker 129 zugeführt.

Die gleiche Steuerspannung vom Generator 119 wird über Leitung 127 einem Eingang der RucksteIlstromquelle 132 zugeführt, die ein weiteres Eingangssignal von der Klemme 133 empfängt und ihr Ausgangssignal über Leitung 134 an den Steuerspannungs-Generator 119 abgibt. Die zweite Ausgangsklemme der Schaltung 132 ist über Leitung 135 geerdet.

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Der Verstärker 129 empfängt über Klemme 139 ein Eingangssignal, welches üblicherweise im Bereich zwischen 3 und 150 mV liegt. Sobald sich das über den Verstärker 129 verstärkte Signal erhöht, erhöht sich auch die am Tor des Feldeffekt-Transistor· 130 anliegende Spannung, so daß das Ausgangssignal konstant bleibt. An den Verstärker 129 ist ein weiterer Verstärker 138 angeschlos sen, dessen Ausgangsklemme 139 über Leitung 140 mit der Differen-

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- 17 -tialsteuerschaltung 113 verbünden ist.

Nachfolgend soll die in den Figuren 14a und 14b dargestellte Schaltung beschrieben werden. Dabei wird davon ausgegangen, daß die der Klemme 51 zugeführten Signale von der magnetischen Abtastung eines Zeichens entstammen. Hierzu sei auf den in den Figuren Ib bis Ij dargestellten Abtastkopf mit den Ausgangsklemmen 19 und 20 verwiesen.

Die in Klemme 51 auftretenden Signale werden über Leitung 52 dem Vorverstärker 53 zugeführt. An diesen ist Über Leitung 160 ein Filter 161 angeschlossen, der unerwünschte Harmonische, die bei der Abtastung auftreten, eliminiert, über die Leitung 56 ist dieser Filter 161 mit einer durch den Block 62 schematische wiedergegebenen Verstärkerregelung verbunden.

Weiterhin wird das Ausgangssignal des Filter 161 über Leitung 59 dem Abstands-Detektor zugeführt, dessen Ausgangssignal wiederum über Leitung 70 dem Taktgeber 69 und über Leitung 72 der Verstärkerregelung 62 zugefügt wird. Der Taktgeber beaufschlagt über Leitung 76 ebenfalls die Verstärkerregel-Schaltung 62 und gleichzeitig eine Gruppe von Integratorrückstell-Schaltungen 164, 165 bis 169.

Die Integratoren 173, 174 bis 179 können sowohl die Fläche innerhalb jeder Zeitzone als auch die bis zur Erreichung einer beetle« ten Zeitzone gesamte Fläche aufnehmen. Die Auswahl, welche der beiden Methoden gewählt wurde, wird durch die nachgeschalteten Korrelationsnetzwerke 181, 182 bis 184 berücksichtigt. Jedes der 14 Korrelationsnetzwerke ist für ein Zeichen des Zeichensatzes vorgesehen.

An dieser Stelle soll noch darauf hingewiesen werden, daß die unterbrochen gezeichneten Linien die beispielsweise das Korrelationsnetzwerk 3 (183) welches für das Zeichen "3" vorgesehen sein

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soll, mit dem Korrelationsnetzwerk 14 (184) verbinden, andeuten sollen, daß es sich hier um eine Mehrzahl von Verbindungen handelt, die zur Vereinfachung und besseren Übersichtlichkeit nicht sämtlich eingezeichnet sind. An jedes der Korrelationsnetzwerke 181 bis 184 ist ein Verstärker 191 bis 194 angeschlossen, die gleichen Aufbau haben und deren Ausgänge die Eingänge einer Maximum-Detektorschaltung 201 bilden. Ein weiteres Steuersignal empfängt diese Schaltung 201 über die Leitung 201 vom Taktgeber 69.

Die Maximum-Detektorschaltung 201 besitzt einen Satz von Ausgangsleitungen 210, 211 bis 224, die jeweils dann ein Ausgangssignal führen, wenn das der jeweiligen Leitung zugeordnete Zeichen erkannt wurde.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1* Verfahren zur maschinellen Zeichenerkennung, bei dem ein für das abgetastete Zeichen signifikantes, zeltababhängiges elektrisches Signal (Abtastsignal) erzeugt und mit Kriterien verglichen wird, die bei der Untersuchung von Husterzeichen gewonnen wurden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastsignal, wie an sich bekannt, mittels eines gesteuerten Taktgebers in eine Anzahl von Abschnitten zerlegt wird und innerhalb eines jeden Abschnitts durch Integratoren das Zeitintegral des Abtastsignals gebildet wird, daß für jeden Abschnitt und jedes Husterzeichen ein Vergleichsintegral gespeichert ist und die Zeitintegrale des Abtastsignals abschnittweise mit den gespeicherten Vergleichsintegralen korreliert und die erhaltenen Korrelationsergebnisse getrennt nach Husterzeichen in einer Summierschaltung addiert werden und daß mittels einer Maximum-Schaltung das abgetastete Zeichen demjenigen Husterzeichen zugeordnet wird, dessen zugehörige Summe den größten Wert aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitabhängigkeit des Abtastsignals durch Relativbewegung zwischen einem Abtaster und einem das abzutastende Zeichen tragenden Aufzeichnungsträger erzielt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung magnetisch erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Abtaster ein schmaler Streifen abgetastet wird, dessen Länge größer als die parallel dazu verlaufende Ausdehnung des Zeichens ist.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastsignal vor der Integration normiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastsignal In Abschnitte gleicher Länge aufgeteilt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge eines Abschnitts gleich der nominellen Strichbreite der abzutastenden Zeichen 1st.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastsignal das zeitliche Differential des Verhältnisses zwischen zeichenbedeckter und zeichenfreier Fläche innerhalb des abgetasteten schmalen Streifens darstellt.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtaster über mindestens einen Verstärker (53, 63) mit einer der Anzahl der Abschnitte, in die das Abtastsignal zerlegt wird, entsprechenden Anzahl von durch einen Taktgeber (69) gesteuerten Integrierschaltungen (75) verbunden ist, daß «η die Integrierschaltungen (75) eine der Anzahl der im Zeichensatz enthaltenen Zeichen entsprechende Anzahl von Korrelationsnetzwerken (87) angeschlossen ist, deren Ausgänge mit einem Maximum-Detektor und mehreren Verriegelungsschaltungen (92) verbunden sind, die das erkannte Zeichen definierende digitale Ausgangssignale abgeben.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen als magnetischen Abtastkopf (11, 13, 15, 17) mit einem Luftspalt (21) ausgebildeten Abtaster.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der zwischen Abtaster und Integrierschaltungen (87) angeordneten Verstärker (53, 63) als regelbarer Verstärker ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsnetzwerke (87) als Widerstandsnetzwerke ausgebildet sind.

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