DE1077464B

DE1077464B - Verfahren und Anordnung zum automatischen Erkennen von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen

Info

Publication number: DE1077464B
Application number: DEST13211A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Steinbuch; Dr Rer Nat Ulrich Zorll
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1957-04-17
Filing date: 1957-11-27
Publication date: 1960-03-10
Also published as: FR1205483A; NL232548A; US3069079A; GB852665A; GB825597A; DE1076984B; DE1075354B; NL229663A; GB830028A; NL226945A; DE1121864B; DE1077904B; NL235003A; BE569507A; CH365568A; GB858374A; NL229873A; NL228298A; BE566888A; DE1198599B

Description

Die Hauptpatentanmeldung betrifft ein Verfahren :um automatischen Erkennen von Zeichen, insbesonlere Schriftzeichen, bei dem die Zeichen in einem lächenhaftenStrömungs- bzw. Potentialfeld elektrisch lachgebildet werden. Die Nachbildung der Zeichen •cann z. B. dadurch erfolgen, daß sie rasterförmig mit nehreren Fotozellen abgetastet werden und jeder Rasterteilfläche ein Punkt des Feldes zugeordnet und ui denjenigen Punkten eine feste Spannung eingeprägt wird, dessen zugehörige Teilfläche eine bestimmte Schwärzung über- oder unterschreitet.

Für die Nachbildung kann man eine Widerstandsmatrix verwenden, deren Rand auf dem Potential Null gehalten wird. Die Kreuzuiigspunkte zwischen den Widerständen sind den Rasterteilflächen zugeordnet. Allen den vom Zeichen bedeckten Rasterflächen entsprechenden Kreuzungspunkten wird eine feste Spannung eingeprägt, so daß sich in der Widerstandsmatrix ein Strömungsfeld ausbildet, welches von der Form des abgebildeten Zeichens abhängt.

Liegt z. B. ein vom Zeichen bedeckter Punkt weitgehend isoliert, d. h. hat er in seiner nächsten Umgebung viele Kreuzungspunkte, die nicht mit der Festspannung beaufschlagt werden, so fließt von diesem Punkt ein relativ großer Strom in die Umgebung und weiter zum Rand hin. Diese Verhältnisse treffen für alle Zeichenenden zu. Hat dagegen ein vom Zeichen bedeckter Punkt mehrere ebensolche Nachbarpunkte, so fließt von diesem Knotenpunkt nur ein relativ geringer Strom ab. Der Punkt liegt dann innerhalb einer Strichführung des. Zeichens.

Wenn andererseits ein nicht vom Zeichen bedeckter Punkt in seiner Umgebung mehrere vom Zeichen bedeckte Punkte hat, so nimmt auch dieser Punkt ein relativ hohes Potential an, obwohl ihm keine Spannung von außen zugeführt wird. Der betrachtete Punkt ist in diesem Fall von dem Zeichen ganz oder teilweise umgeben.

Der Zustand des Strömungsfeldes hängt also von der Form des Zeichens ab. Von dieser Erkenntnis ausgehend ist in der Hauptpatentanmeldung vorgeschlagen worden, Formelemente zu suchen, aus denen die Zeichen zusammengesetzt sind und die irgendeinen charakteristischen Zustand in dem Strömungsfeld hervorrufen. Ferner müssen die Formelemente auch dem Zeichen eindeutig zugeordnet werden können. Für Ziffern ergab sich, daß die drei Formelemente L (links offen), R (rechts offen) und G (geschlossen) für eine eindeutige Erkennung hinreichend sind, allerdings noch keine Sicherheit in ungünstigen Fällen ergeben.

Zur Erkennung dieser Formelemente wird die elektrische Nachbildung auf drei horizontalen Bezugslinien abgetastet und die räumlichen Ableitungen erster und zweiter Ordnung der längs dieser Abtast-Verfahren und Anordnung

zum automatischen Erkennen von Zeichen,

insbesondere Schriftzeichen

Zusatz zur Patentanmeldung St 12466IX/43 a (Auslegeschlift 1 069 917)

Anmelder: Standard Elektrik Lorenz

Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhaus en,

Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dr.-Ing. Karl Steinbuch, Fellbach. (Württ),

und Dr. rer. nat. Ulrich Zorll, Stuttgart-Zuffenhausen,

sind als Erfinder genannt worden.

linien gewonnenen Potentialwerte gebildet. Aus diesen Differentialquotienten lassen sich die Formelemente und damit die Zeichen bestimmen.

Manchmal genügen aber diese drei Formelemente nicht zur Erfassung beliebiger Zeichen. Man ist daher gezwungen, noch andere Formelemente in Betracht zu ziehen, die jedoch nicht mehr allein durch Bildung der Differentialquotienten aus dem Strömungs- bzw. Potentialfeld zu bestimmen sind.

Der allgemeine Lösungsgedanke besteht nun darin, die Abtastsignale Übertragerschaltungen mit Übertragern zuzuführen, deren Kerne zweier diskreter magnetischer Zustände fähig sind und die für die Formelemente digitalisierte Aussagen liefern, indem die Übertrager so geschaltet sind, daß sie entweder zum Auswerten des Potentialzustandes oder der räumlichen Potentialänderungen geeignet sind. -

Für die Erkennung genügt, wenn man die Formelemente S (Spitze), W (weiterlaufende Strichführung) und G (geschlossene Strichführung) und die zweite Gruppe die Formelemente L (links offener Bogen), R (rechts offener Bogen), O (oben offener Bogen) und U (unten offener Bogen) festlegt.

Die Formelemente S, W und G können durch Auswerten des Potentialzustandes an den einzelnen Matrixknotenpunkten mittels einer Übertragerschaltung, welche für die Formelemente digitalisierte Aussagen liefert, bestimmt werden. Zu diesem Zweck werden zwischen dem jeweiligen Fotozellenausgang und Matrixknotenpunkt zwei Übertrager mit Kernen,

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die zweier konkreter magnetischer Zustände fähig sind, derart geschaltet, daß für die Formelemente gilt:

5 = Spannungsstoß in U₁ und nicht in U₂, W = Spannungsstoß in U₂ und nicht in U₁.

Die Auswertung der Aussagen der Übertrager erfolgt durch entsprechende logische Schaltungen.

Die Bestimmung der Formelemente kann vereinfacht werden, indem man die für die Zentrierung der Zeichen erforderlichen Matrixknotenpunkte bei der eigentlichen Auswertung außer Betracht läßt. Man kann ferner das verbleibende Matrixfeld in Gruppen einteilen und die Aussagen der Formelemente in diesen Gruppen zusammenfassen und einer gemeinsamen Auswertschaltung zuführen. Bei Ziffern genügt z. B. die Einteilung in vier Quadranten; jedem Quadranten ist eine logische Schaltung zugeordnet.

Die Formelemente L, R, O und U (Bögen) können durch Bestimmung der räumlichen Potentialänderungen erfaßt werden. Dabei ergibt sich noch eine bedeutende Vereinfachung, indem es nämlich zur eindeutigen Erkennung des Bogencharakters hinreichend ist, die Vorzeichen des zweiten Differentialquotienten längs der Zeilen bzw. Spalten der Matrix zu bestimmen. Die Unterscheidung links oder rechts bzw. oben oder unten offener Bogen kann dadurch vorgenommen werden, daß man den zweiten Differentialquotienten von links und rechts bzw. von oben und unten vom Matrixrand zum Zeichen hin untersucht.

Für die Bildung des zweiten Differentialquotienten kann jeweils ein jedem Matrixpunkt zugeordneter Differentialübertrager dienen. Das Vorzeichen läßt sich dann bestimmen, indem die Differentialwicklungen einerseits mit dem betreffenden Matrixpunkt und andererseits mit den beiden unmittelbar benachbarten Matrixpunkten der gleichen Zeile bzw. Spalte verbunden sind. Alle Übertrager einer Zeile bzw. Spalte sind zu einer Kette hintereinandergeschaltet und liefern ein entsprechendes digitalisiertes Aussagesignal für das Vorzeichen. Es ist zweckmäßig, die von Zeichen bedeckten Punkte bei der Vorzeichenbestimmung auszuschließen, da hier der zweite Differentialquotient nicht definiert ist. Das läßt sich in einfacher Weise durchführen, indem vor jedem Übertrager ein steuerbarer Kurzschluß weg vorgesehen ist. Die Kurzschlußwege werden von den jeweiligen Begrenzerausgängen derart gesteuert, daß sie geöffnet sind, wenn der Begrenzerausgang die feste Spannung U₀ führt, d. h. wenn ein vom Zeichen bedeckter Punkt vorliegt. Der Kurzschlußweg überbrückt dann alle folgenden Übertrager der Kette, da die Auswertung jeweils nur bis zum Zeichen hin zu erfolgen braucht und dann in der entgegengesetzten Richtung ausgewertet wird.

Als steuerbare Kurzschlußwege können Transistoren dienen, die über die Basis von dem Begrenzerausgang gesteuert werden. Diese Steuerung ist sehr einfach, da die Begrenzerausgänge nur zwei diskrete Zustände, nämlich Null oder U₀, haben können.

Die Zuordnung der Übertrageraussagen kann auch hier zweckmäßigerweise mit logischen Schaltungen vorgenommen werden.

Im folgenden werden beispielsweise Schaltungsanordnungen beschrieben, die zur Bestimmung der Formelemente beider Gruppen verwendet werden können. Es zeigt

Fig. 1 eine Zusammenstellung der Formelemente,

Fig. 2 eine Widerstandsmatrix zur elektrischen Nachbildung des Zeichens,

Fig. 3 und 4 Schaltungsanordnungen zur Bestimmung der Formelemente S, W und G, Fig. 5 eine Zuordnerschaltung für die Zuordnung dieser Formelemente zu den Ziffern 0 ... 9,

Fig. 6 das Potentialfeld der Ziffer 2 bei der elektrischen Nachbildung,

Fig. 7 Diagramme der Potentialverhältnisse sowie der ersten und zweiten räumlichen Ableitung,

Fig. 8 eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Vorzeichen des zweiten Differentialquotienten,

Fig. 9 eine Schaltungsanordnung zur Ausschaltung ίο der vom Zeichen bedeckten Punkte, bei denen der zweite Differentialquotient nicht definiert ist,

Fig. 10 eine Zuordnerschaltung zur Zuordnung der Formelemente L und R zu den Zeichen.

Auf Grund der charakteristischen Zustände, die sich durch die Formgebung der Zeichen in dem Strömungs- bzw. Potentialfeld ergeben, kann man die Formelemente in zwei Gruppen einteilen. Für jede Gruppe ist eine einzige Schaltungsart zum Erkennen erforderlich, die eine Unterscheidung der Formelemente innerhalb dieser Gruppe gestattet. Es handelt sich bei den beiden Gruppen erstens um die Formelemente S, W und G und zweitens um die Formelemente L, R, O und U. Die erste Gruppe läßt sich durch die Erfassung der Potentiale und die zweite Gruppe durch die Erfassung der räumlichen Potentialänderungen bestimmen.

Die folgende Beschreibung der Schaltungen dient zur Erläuterung der Ermittlung der Formelemente und ist an sich unabhängig davon, für welche Zeichen sie jeweils in Frage kommen. Doch ist an den entsprechenden Stellen in einer Tabelle festgehalten, bei welchen Zeichen die betreffenden Formelemente vorkommen.

Fig. 1 zeigt die für Schriftzeichen verwendbaren Formelemente. Die in den gestrichelten Kreisen enthaltenen Teile sind dabei für die Bezeichnung des Formelementes wesentlich. Das zu erkennende Zeichen wird, wie in der Hauptpatentanmeldung beschrieben, auf die Widerstandsmatrix M der Fig. 2 abgebildet. Es ist angenommen, daß gerade die Ziffer 2 gelesen werden soll. Die Kreuzungspunkte der Widerstandsmatrix, die von der Ziffer bedeckt werden, sind durch die dicken Punkte K' gekennzeichnet. Nur diesen Punkten wird das feste Potential CZ₀ zugeführt, während der Rand der Matrix auf dem Potential Null gehalten wird. Man erkennt, daß es für die Ziffer 2 eine Stelle (/Q gibt, bei der ein vom Zeichen bedeckter Knotenpunkt in seiner nächsten Umgebung viele Knotenpunkte besitzt, deren zugeordnete Fotozelle den Zustand »weiß« zeigt, so daß man diesem Teil der Ziffer das Formelement S zuordnen kann. Demgegenüber ist der Punkt K_w in seiner Nachbarschaft von ebensolchen Punkten umgeben, so daß diesem Teil der Ziffer 2 das Formelement W zugeordnet werden kann. Schließlich hat z. B. der nicht vom Zeichen bedeckte Punkt K_A in seiner Umgebung mehrere vom Zeichen bedeckte Punkte K', so daß er ein hohes Potential annehmen kann, obwohl sein zugehöriger Begrenzerausgang auf Potential Null liegt. Für diesen Teil der Ziffer 2 kann man also das Formelement G ansetzen.

Diese drei Formelemente können mittels der in Fig. 3 wiedergegebenen Schaltungsanordnung bestimmt werden, die jedem Matrixpunkt zugeordnet ist. Der vom Begrenzerausgang der Fotozelle kommende Strom I₁ fließt nacheinander durch die Wicklungen W₁₁ und W₂₁ der Übertrager U₁ und U₂, die beide so niederohmig sind, daß der Matrixknotenpunkt K_n, wie gefordert, das Potential + U₀ behält. Die Übertragungskerne haben nichtlineare Kennlinien, insbesondere recht-

eckige Hysteresisschleifen, und befinden sich im Ausgangszustand in der negativen Induktion -BR.

Ein Strom I₁, welcher den Kern von U₁ in den Zustand -\-BR bringen kann, fließt nur dann, wenn der betreffende Matrixpunkt einem vom Zeichen bedeckten Punkt zugeordnet ist. Das Umkippen des Kerns U₁ bedeutet also, daß entweder das Formelement S oder das Formelement W vorliegen muß. Die weitere Unterscheidung der Formelemente 6* und W erfolgt nun mittels des Übertragers U₂. Dieser Kern besitzt eine Wicklung Ot₂₄, die gegensinnig zur Wicklung W₂₁ aufgebracht ist. Über diese Wicklung fließt vom Matrixknotenpunkt Kn ein Strom I₂ über den Widerstand .R₁ und erzeugt ein magnetisches Feld, das mehr oder weniger stark von dem durch den Strom I₁ erzeugten Magnetfeld kompensiert wird. Damit kann ein Umkippen des Kernes U₂ nur dann stattfinden, wenn die Kompensation durch I₁ gering oder ganz Null ist, d. h. wenn ein geringer Strom I₁ fließt. Dies ist aber dann der Fall, wenn die Matrixpunkte der unmittelbaren Nachbarschaft ebenfalls hohes Potential besitzen. Der Kern U₂ kippt also um, wenn das Formelement W vorliegt.

Liegt dagegen das Formelement 6" vor, dann fließt über den gerade betrachteten Matrixknotenpunkt ein starker Strom in dessen Umgebung hinein, so daß eine weitgehende Kompensation beider Felder eintritt und damit der Kern in dem Zustand -BR bleibt.

Die Schaltung kann auch zum Erkennen des Formelementes G dienen. In diesem Fall muß der Kern O₁ in seinem Ausgangszustand -BR verbleiben, da der betrachtete Matrixpunkt einem »weißen« Abtastpunkt zugeordnet ist und daher kein Strom I₁ fließt. Dagegen kann der Strom I₂ so hoch sein, daß der Kern U₂ in seinen Zustand -{-BR übergeht. Ein von vielen »dunklen« Punkten umgebener »weißer« Punkt nimmt nämlich etwa das Potential der »dunklen« Punkte an.

Es ergibt sich also folgendes Schema zur Erkennung der Formelemente S, W und G:

Tabelle 1

Auftreten eines Spannungsstoßes	nein	Am Ort des Punktes
in der Anzeigewicklung	ja	liegt vor
beim Übertrager	ja
Üi	nein	Formelement 5
ja		Formelement W
ja	Formelement G
nein	kein Zeichen
nein

Der jeweilige Zustand der Kerne kann mittels der Abfragewicklung W₁₂ und W₂₂ festgestellt werden, indem beiden Wicklungen gleichzeitig ein Abfrageimpuls zugeführt wird, der die negative Koerzitivkraft —H^ im Kern überwinden kann und somit in den Anzeigewicklungen w_1% bzw. W₂₃ des betreffenden Übertragers dann einen Spannungsstoß erzeugt, wenn der Kern sioh im Zustand +Bi? befunden hatte.

Die Aussagen der beiden Übertrager U₁ und U₂ können mittels der in Fig. 4 dargestellten Koinzidenzschaltung zur Bestimmung der drei Formelemente S, W und G verwendet werden. Die Aussage erfolgt über das Tor T₅, wenn ein ^-Signal und kein ^-Signal vorhanden ist, die Aussage W über das Tor T_w dann, wenn ein U₁- und ein t7₂-Siignal vorhanden, und schließlich die Aussage G über das Tor T₀, wenn ein U₂-S ignal und kein ü^-Sdgnal vorhanden ist.

Um alle Formelemente eines Zeichens mit Sicherheit erfassen zu können, müßte nun jeder Knotenpunkt der Matrix daraufhin abgefragt werden, ob eines der drei Formelemente S, W oder G in seiner Umgebung vorhanden ist, d. h., für jeden Matrixpunkt müssen die beschriebenen Schaltungen vorgesehen sein oder alle Matrixpunkte bzw. Gruppen davon nacheinander mittels einer entsprechenden Wähleranordnung an diese Schaltungen angeschlossen werden. Es lassen sich jedoch in vielen Fällen Vereinfachungen einführen, welche die Eindeutigkeit der Zuordnung nicht gefährden. Eine Vereinfachung besteht darin, nicht alle Matrixpunkte abzufragen; dies setzt jedoch im allgemeinen voraus, daß das Zeichen richtig zentriert ist, d. h. daß der Zeichenfeldmittelpunkt mit dem Matrixmittelpunkt etwa übereinstimmt. Eine geringe Verdrehung um den Mittelpunkt ist meist ohne Bedeutung. Die Justierung dieser Art läßt sich mit bereits vorgeschlagenen Mitteln einfach und sicher durchführen. Wenn das Zeichen richtig zentriert ist, kann man die für die Zentrierung erforderlichen Matrixpunkte am Rand der Matrix bei der weiteren Formelementbestimmung ausschließen. Weiterhin lassen sich, wie bereits angeführt, durch Gruppenbildung Vereinfachungen erzielen. Für die Erkennung von Ziffern wird dies beispielsweise beschrieben.

Für die Einteilung in die vier Quadranten I ... IV, wie es Fig. 2 zeigt, ist maßgebend, daß bei Ziffern — mit Ausnahme der Null — die Formelemente W und G nicht erforderlich sind. Ferner zeigt eine Betrachtung der Ziffern 1 ... 9, daß es genügt, festzustellen, ob in dem gerade untersuchten Quadranten auch nur ein Matrixknotenpunkt das Formelement 6" anzeigt, um bereits die in Tabelle II dargestellten Unterscheidungen zu erreichen.

Tabelle 2

Ziffer	Auftreten	ja	des Formelementes S in Quadranten	ΠΙ	IV
	I	ja		möglich	möglich
1	ja	ja	ja	ja
2	möglich	nein	ja	nein
3	ja	nein	ja	ja
4	nein	möglich	ja_	nein
5	ja_	ja	nein	nein
6	nein	ja	ja	nein .
7	nein	ja	nein	nein
8	nein	nein	ja_	nein
9	nein	nein	nein
0	nein

Wie die Tabelle II zeigt, ist bei manchen Ziffern das Auftreten des Formelementes 5" fraglich, so daß sich hierdurch außer den ersichtlichen Zweideutigkeiten noch andere Zweideutigkeiten ergeben können. Diese Zweideutigkeiten werden jedoch unter Hinzunahme der Formelemente L und R beseitigt, wie weiter unten ausgeführt wird.

Die Formelemente W und G sind also für die Ziffern 1 bis 9 nicht erforderlich und können daher zu Kontrollzwecken benutzt werden. Zum Beispiel muß das Formelement W mindestens in drei Quadranten nachweisbar sein.

Die Ziffer »0«, die sich auch mit den Formelementen L, R, O und U allein nicht eindeutig bestimmen läßt, kann aber auch bei der Quadranteneinteilung erkannt werden, wenn die folgenden Aussagen berücksichtigt werden:

1. Formelement W in allen vier Quadranten,

2. Formelement G in allen vier Quadranten vorhanden.

Es genügt also für die Ziffernerkennung, lediglich die in den vier Quadranten liegenden Matrixknoten-

punkte mit den Übertragerschaltungen der Fig. 3 und 4 zu versehen und für jeden Quadranten eine einzige Auswerteschaltung anzuordnen. Bei der Quadranteneinteilung kann es mitunter auch vorteilhaft sein, eine Wähleranordnung zu verwenden, die bewirkt, daß die Matrixpunkte der einzelnen Quadranten nacheinander abgefragt und die Abfragesignale der einzigen Auswerteschaltung zugeleitet werden. Da eine einzige positive Aussage in einem Quadranten genügt, kann man also die Abfrage in dem betreffenden Quadranten abbrechen, wenn die erste Aussage vorliegt. Neben einer wesentlich vereinfachten Auswerteschaltung hat man daher auch noch günstige Zeitverhältnisse. Die auf den Trennungsgeraden XX' und YY' liegenden Matrixpunkte können ebenfalls bei der Auswertung unberücksichtigt bleiben. Hierdurch bleiben dann kleinere Zeichenverschiebungen in Richtung der Trenngeraden ohne Einfluß auf die Erkennung.

Fig. 5 zeigt eine geeignete Auswerteschaltung. Jeder ao Quadrant enthält eine Oder-Torschaltung OS, deren Eingänge mit allen Jv-Ausgängen der zugehörigen Matrixgruppe verbunden sind. Eine Aussage an der Oderschaltung erfolgt, wenn auf einer der Leitungen ein Signal ankommt. Durch diese Aussage wird der der Oderschaltung nachgeschaltete Flip-Flop-Speicher FF markiert. Die Ausgangsleitungen aller Flip-Flop-Speicher führen zu neun den Ziffern zugeordneten Koinzidenztoren KT₁... KT₉, die entsprechend der Tabelle II miteinander verschaltet sind. Das Eintreten einer Koinzidenz wird zur Zeichenanzeigeschaltung weitergemeldet. Für die Ziffer »2« ist dies dargestellt.

Die Schaltungen für die Formelemente W und G sind einerseits mit einer Kontrolleinrichtung, die schematisch mit KO bezeichnet ist und in welcher die entsprechenden Kontrollen durchgeführt werden, und andererseits mit der Auswerteschaltung Oi für die Null verbunden.

Die Formelemente S, W und G genügen nicht zur eindeutigen Erkennung allgemeiner Zeichen. Es müssen daher noch die Formelemente L, R, O und U bzw. einige davon herangezogen werden.

Zur Bestimmung der Formelemente L, R, O und U können die Potentialänderungen des Strömungsfeldes verwendet werden, d. h., man muß die räumlichen Ableitungen bilden.

In Fig. 6 ist der charakteristische Verlauf beliebig herausgegriffener Äquipotentialkurven P₁... P₁ für die Nachbildung der Ziffer 2 dargestellt. Man erkennt auf der linken Seite einen sich praktisch über die ganze Längsausdehnung erstreckenden links offenen Bogen und auf der rechten Seite in der unteren Hälfte einen im weiteren Sinne nach rechts offenen Bogen. Es handelt sich hierbei also um die Formelemente L bzw. R. Zwar ist in beiden Fällen der entsprechende Verlauf des Zeichens selbst nicht genau als »Bogen« anzusprechen, doch die sich diesem Verlauf glättend anschmiegenden Äquipotentialkurven lassen den Bogencharakter deutlich hervortreten und zeigen damit, wie weitgehend unabhängig ein Verfahren, das diesen Bogencharakter und seine ungefähre Lage festzustellen vermag, von der eigentlichen Form des Bogens im Zeichen selbst und damit von Underungen der Schriftform ist.

Für die Erkennung der Ziffern genügt eine Beschränkung auf die Formelemente L und R. Die Beschreibung wird daher auf die Bestimmung dieser Formelemente abgestellt, da andererseits die Bestimmung der Formelemente O und U nach dem gleichen Prinzip durchgeführt werden kann.

Es sei angenommen, daß die Matrix im betrachteten Zeitpunkt auf der Geraden G (Fig. 6) abgefragt wird. Für die entsprechenden Matrixpunkte K₁ ... Zi₉ ergeben sich die in Fig. 7 a dargestellten Potentialverhältnisse in Abhängigkeit von der Ortskoordinate x. Die Art des Anstieges des Potentials bis zu seinem Maximalwert + CZ₀ im Punkt K₁ ist durch den Verlauf der Aquipotentialkurven bestimmt. Dort, wo sich diese Kurven dem links offenen Bogen (Formelement L) des Zeichens von innen anschmiegen, wie es für die Punkte K₃... K₆ der Fall ist, wird der Potentialzuwachs von Punkt zu Punkt zum Zeichen hin immer kleiner. Andererseits ist an der Außenseite eines solchen Bogens wie bei den Punkten K₈ und K₉ der Potentialzuwachs von Punkt zu Punkt zum Zeichen hin in der Nähe des Zeichens immer größer oder wenigstens gleich dem am Rand. Dieser Sachverhalt ist schematisch in Fig. 7 b in der Darstellung

des ersten Differentialquotienten -— als Funktion von χ

d χ

dargestellt.

An den Stellen, an denen der erste Differentialquotient mit größer werdendem χ kleiner wird, d. h. an den Stellen, an denen ein links offener Bogen vorliegt, ist das Vorzeichen des zweiten Differentialquotienten -τ-ζ negativ, wie aus Fig. 7 c zu ersehen ist.

Wird mit dem wachsendem χ ein Punkt maximalen Potentials + U₀, d. h. ein vom Zeichen bedeckter Punkt, erreicht, so hat der Potentialverlauf eine Unstetigkeitsstelle, und die beiden Differentialquotienten sind nicht definiert. Deswegen müssen diese Punkte bei der Feststellung des Vorzeichens ausgelassen werden. Eine solche Unstetigkeitsstelle ist z. B. in Fig. 7 der Punkt K₇.

Die Feststellung des Vorzeichens von

dx*

mittels der in der Fig. 8 gezeigten Schaltung vorgenommen werden. Je drei benachbarte Punkte K_n __v K_n und K_n+1 auf einer Geraden, längs der die Vorzeichenbestimmung erfolgen soll, sind in der dargestellten Weise mit einem Differentialübertrager Ü_kn verbunden, der jeweils dem mittleren Punkt K_n zugeordnet ist und einen Kern mit nichtlinearer Kennlinie besitzt.

Um die Widerstandsmatrix, deren Widerstände in diesem Fall durch die Wicklungswiderstände der Übertrager dargestellt sein können, möglichst hochohmig zu halten, ist es eventuell notwendig, den Wicklungen noch zusätzliche Widerstände R_M in Reihe zu schalten. Das Feld des Übertragers ist nun proportional der Differenz der in den gegensinnigen Wicklungen W₁ und W₂ fließenden Ströme Z_n-1 und Z_n+1, die ihrerseits wiederum den Potentialdifferenzen der Punkte K_n-1 und K_n bzw. K_n und K_n+1 proportional sind. Man kann also aus dem Vorzeichen dieses Feldes

auf das Vorzeichen von

dx²

schließen.

Es sei angenommen, daß der normale Zustand des Kernes -BR ist. Wenn nun — wie bei den Punkten K^, K₅ und K₆ — K_n__t der dem Matrixrand und K_{n + 1} der dem Zeichen zugewandte Nachbarpunkt ist, so übertrifft beim Vorliegen eines Potentialkurvenverlaufs entsprechend dem eines Zeichenbogens nach Fig. 7a der Strom Z_n-1 den Strom J_n+1. Wenn /_n_j —Z_{n + 1}X) ist, bildet sich im Übertrager ein Feld +ZZ aus, das zum Umwerfen des Kerns in den Zustand +57? genügt.

Das mittels einer Abfragewicklung W₃ anschließend erzeugte Feld —H ausreichender Größe kippt den

IUII

Kern wieder in den Zustand -BR zurück, wobei in der Anzeigewicklung W₄ ein dem Induktionshub 2 BR entsprechender Spannungsstoß auftritt. Übertrager einer Abtastgeraden, die bei der Abfrage einen derartigen Spannungsstoß liefern, zeigen damit an, daß

an der betreffenden Stelle -j-ς- das für diesen Bogen charakteristische negative Vorzeichen hat.

Wie oben bereits gesagt, müssen die vom Zeichen bedeckten Punkte bei der Bestimmung des Vorzeichens ausgeschlossen werden, da bei ihnen das Vorzeichen

für -j-ς- nicht definiert ist. Fig. 9 zeigt eine Schaltungsanordnung für eine Matrixzeile, die zur Ausscheidung der vom Zeichen bedeckten Punkte dient. Gemäß dieser Schaltung sind die Abfragewicklungen w_s der Übertrager U^₁. . . Uf_1n in Reihe geschaltet. Die Übertrager Ü _Kl. . . ü\_n sind den einzelnen Matrixpunkten K₁. . . K_n einer Zeile zugeordnet. Die bei jedem Übertrager vorgesehenen Transistoren T₁.. .T_n sind so geschaltet, daß sie nur bei den vom Zeichen bedeckten Punkten stromdurchlässig sind. Dies läßt sich leicht verwirklichen, da diese Punkte durch ihr konstantes Potential + JJ₀ am Begrenzerausgang vor allen anderen Punkten ausgezeichnet sind. Beim Anlegen eines Abfrageimpulses an die Eingangsklemmen F der Abfrageleitung fließt nur dann ein Strom, wenn einer der Transistoren stromdurchlässig ist. Dieser Strom ist in seiner Größe hauptsächlich durch den Widerstand Rg bestimmt. Der durchgeschaltete Transistor schließt die beiden Leitungen kurz, so daß alle folgenden Übertrager nicht mehr berücksichtigt werden.

Die Schaltung hat zur Voraussetzung, daß der Transistorsperrwiderstand ^ R_Sn ^ Transistorleitwiderstand ist, und es wird mit ihr erreicht, daß der Strom nur die Übertrager vom Rand bis zum Zeichen durchfließt und in ihnen ein genügend großes Feld —H erzeugt. War in einem dieser Übertrager die Induktion -{-BR vorhanden, so gibt die Anzeigeleitung einen Impuls ab und zeigt das Vorhandensein eines vom Zeichen bedeckten Punktes an.

Die Abfrage wird also abgebrochen, wenn der erste vom Zeichen bedeckte Matrixpunkt erreicht ist. Sodann beginnt die Abfrage in der anderen Richtung. Die Schaltung der Fig. 9 stellt gleichzeitig sicher, daß bei der Abfrage längs einer Zeile, auf der keine Zeichenpunkte liegen, überhaupt keine Aussage erfolgt.

Um nun nach links bzw. nach rechts offene Bögen auf diese Art unterscheiden zu können, muß die Abfrage jeder Abfragezeile von beiden Rändern aus durchgeführt werden, d. h. die gemäß Fig. 9 beschriebene Übertragerkette muß jeweils doppelt vorgesehen werden.

Für die Erkennung der Ziffern ist es ausreichend, wenige, unter Umständen nur je eine Abtastgerade in der oberen und unteren Matrixhälfte, die in Fig. 6 mit G₀ und Gu bezeichnet sind, und eine in der Mitte liegende Gerade G^ zu berücksichtigen. Wird bei der Abfrage einer der Geraden G₀ von links zur Mitte hin in den Anzeigeleitungen ein Impuls festgestellt, so liegt dort das Formelement L vor, das wegen seiner Lage im oberen Bereich als L₀ bezeichnet ist. Die Abfrage der Geraden G₀ von rechts her liefert gegebenenfalls Aussagen für ein Formelement R₀. Entsprechendes gilt für die Formelemente L_v und R_u im unteren Bereich. Um nicht weitere räumliche Formelementunterteilungen vornehmen zu müssen, soll das Auftreten eines Impulses bei der Abfrage der Geraden Gm von links bzw. rechts her zum Formelement L₀ bzw. Rq gerechnet werden, wenn auch auf der Geraden G₀ ein entsprechender Impuls erzeugt wurde bzw. zum Formelement Ly bzw. Ry gerechnet werden, wenn auch die Abfrage der Geraden Gy zu einem Anzeigeimpuls führt. Tritt dagegen nur bei der Abfrage der Geraden G_M ein Impuls auf, so soll dies das gleichzeitige Vorkommen der Formelemente L₀ und Lu bzw. Rq und Ru bedeuten.

Diese Zuordnung läßt sich mittels der in Fig. 10 gezeigten Koinzidenzschaltung erreichen, von der es für die Abfrage von der linken und rechten Seite der Matrix her je eine gibt. Jede Ziffer ist nun durch eine charakteristische Kombination der Formelemente L₀, Lu, Rq, Ru gekennzeichnet, aus der sich, wie in Fig. 10 für die Ziffer 2 gezeigt, die Ziffernzuordnung vornehmen läßt.

Die Odertore OJv₁ und OS₂ sind entsprechend mit den Anzeigeausgängen der Übertrager Ü% der in Fig. 9 dargestellten Übertragerketten verbunden. Der Ausgang von O S₁ führt zu dem Odertor O S₃, welches ein Ausgangssignal an den Speicher Sp₁ liefert, wenn ein Signal von einer Abtastgeraden G₀ vorliegt. Der Speicher Sp₁, der z. B. aus einem Flip-Flop bestehen kann, geht dann in seinen anderen Zustand über, so daß seine Ausgangsleitung L₀ markiert ist, was das Vorliegen des Formelementes L₀ bedeutet. Entsprechendes gilt für die Abtastung auf der Geraden Gy für die Erkennung des Formelementes L_u.

Wie bereits gesagt, soll ein xA.btastsignal auf der Abtastgeraden G^ ein Signal L₀ liefern, wenn auch auf der Geraden G₀ und nicht auf Gu Abtastsignale vorliegen, und umgekehrt ein Signal Ly liefern, wenn von Gu und nicht von G₀ Abtastsignale kommen. Hierzu dienen die beiden Tore US₁ und US₂ mit den beiden Sperrleitungen. Kommt dagegen nur von der mittleren Abtastgeraden ein Signal, dann werden beide Erkennungssignale L₀ und L_v angezeigt, was z. B. für die Ziffer 8 zutrifft.

Die Auswerteschaltung für die Abfrage von der rechten Matrixseite aus ist schematisch durch das Rechteck R_M angedeutet, welches die Signale R₀ und Ru liefert. Das Tor US dient zur Auswertung der Signale L₀, Lu, R₀ und i?y und liefert ein Ausgangssignal für das ihm zugeordnete Zeichen.

+5 Die Tabelle III gibt eine Aufstellung der bei den Ziffern auftretenden Formelementkombinationen.

Tabelle 3

	Bei der Abfrage der Geraden G₀, G^	^LU	j und Gy	Ru
		nein		nein
Ziffer	ist festzustellen	ja	Abfrage von der rechten	ja
	Abfrage von der linken	ja	Matrixseite her	ja
	Matrixseite her	nein	Formelement	ja
	Formelement	ja		nein
1	^L0	nein	nein	nein
2	ja	ja	nein	nein
3	ja	ja	ja	ja_
4	ja_	ja	ja	nein
5	nein	nein	ja	nein
6	nein	ja_
7	nein	nein
8	ja	ja
9	ja	nein
0	nein	nein
nein

Bis auf die Ziffern 3 und 8 sind alle Ziffern eindeutig durch diese Kombinationen gekennzeichnet. Diese beiden lassen sich jedoch bereits durch die Prüfung auf das Auftreten des Formelementes S in den Quadranten unterscheiden.

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Bei Berücksichtigung aller Formelemente S, W, G, L und R sind manche der Ziffern überbestimmt, d. h., es treten mehr Aussagen auf, als zur eindeutigen Erkennung notwendig sind. Die überzähligen Aussagen lassen sich zur Selbstprüfung auf die richtige Ziffernerkennung benutzen.

Claims

Patentansprüche:

L Verfahren zum automatischen Erkennen von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen, bei dem die Zeichen in einem flächenhaften Strömungs- bzw. Potentialfeld elektrisch nachgebildet werden und bei dem das entstehende Strömungs- bzw. Potentialfeld ausgewertet wird, indem die Zeichen in Formelemente eingeteilt werden, durch die der Zustand in der unmittelbaren Umgebung eines oder mehrerer diskreter Punkte des Feldes eindeutig gegenüber den anderen Punkten bestimmt wird, nach Patentanmeldung St 12466 IX/43 a, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastsignale Übertragerschaltungen mit Übertragern zugeführt werden, deren Kerne zweier diskreter magnetischer Zustände fähig sind und die für die Formelemente digitalisierte Aussagen liefern, indem die Übertrager so geschaltet sind, daß sie entweder zum Auswerten des Potentialzustandes oder der räumlichen Potentialänderungen geeignet sind.
2. Verfahren zum automatischen Erkennen von Zeichen, insbesondere Schriftzeichen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, soweit erforderlich, die Zeichen auf die Formelemente S (Spitze), ^(weiterlaufende Strichführung), G (geschlossene Strichführung), L (links offener Bogen), R (rechts offener Bogen), O (oben offener Bogen) und U (unten offener Bogen) untersucht werden.
3. Anordnung zur Erkennung von Zeichen gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Formelemente S, W und G für einen oder mehrere Matrixknotenpunkte eine Auswerteschaltung mit zwei Übertragern (U₁, U₂) mit zweier diskreter Zustände fähigen Kernen vorgesehen ist, deren Wicklungen (w_n, W₂₁) zwischen Matrixknotenpunkt und Fotozellenausgang hintereinandergeschaltet sind, daß ferner der Übertrager (U₂) eine gegensinnig der Wicklung (w₂₁) gerichtete Wicklung (w_2l) besitzt, die einerseits mit dem Matrixknotenpunkt und andererseits mit Erdpotential verbunden ist, und daß schließlich hintereinandergeschaltete Abfragewicklungen (w₁₂ und W₂₂) vorgesehen sind, die zur Feststellung des jeweiligen Zustandes der Übertragerkerne über die Anzeigewicklungen (w₁₃, w_2S) dienen, indem dort eventuell Spannungsstöße entstehen, je nachdem in welchem der beiden Zustände die Kerne durch das Fotozellensignal gebracht sind, derart, daß für die Formelemente gilt:

S = Spannungsstoß in U₁ und nicht in U₂,

W = Spannungsstoß in U₁ und in U₂,

G = Spannungsstoß in U₂ und nicht in U₁.

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4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der Bedingungen für die Formelemente S, W und G logische Schaltungen (T_s, T_w, T₀) vorgesehen sind.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung der Formelemente 6", W, G mehrere Matrixpunkte zu Gruppen zusammengefaßt sind) die als Ganzes gemeinsam auf das Vorhandensein dieser Formelemente geprüft werden.
6. Anordnung zur Erkennung von Ziffern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeichenfeld in vier Quadranten eingeteilt ist und jedem Quadranten eine logische Zuordnerschaltung zugeordnet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Matrixpunkte einer Gruppe eine einzige Auswerteschaltung vorgesehen ist, welche mittels eines Wählers nacheinander an alle Matrixpunkte anschaltbar ist und die bewirkt, daß die Abfrage in dem betreffenden Quadranten abgebrochen wird, wenn die erste positive Aussage über ein erkanntes Formelement vorliegt.
8. Anordnung zur Erkennung von Zeichen gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Formelemente L₁ R, O und U das Vorzeichen des zweiten räumlichen Differentialquotienten längs den Zeilen oder Spalten der Matrix des Potentialfeldes festgestellt wird, indem jedem Matrixknotenpunkt ein Differentialübertrager (Ü_K) zugeordnet ist und die Übertrager einer Zeile oder Spalte zu einer Kette in Reihe hintereinandergeschaltet sind, derart, daß jeder Übertrager zwei gegensinnige Wicklungen besitzt, deren eine Enden mit dem betreffenden Matrixpunkt und deren andere Enden mit den unmittelbar benachbarten Matrixpunkten der Kette verbunden sind, so daß der Übertragerkern bei negativem Vorzeichen in den anderen Zustand übergeht und damit das Vorhandensein eines Bogens an dieser Stelle mittels der Abfragewicklung (zu_s) über die Anzeigewicklung (ϊ£/₄) anzeigt.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von Zeichen bedeckten Punkte bei der Vorzeichenbestimmung ausgeschlossen sind, indem jeder Übertragungswicklung (w_k) der Übertrager (Ü_K) ein Transistor (T₁... T_n) parallel geschaltet ist, der über seine Basis von dem Begrenzerausgang gesteuert wird, derart, daß er beim Vorliegen des Potentials U₀ am Begrenzerausgang geöffnet wird und damit alle folgenden Übertragerwicklungen (w^) kurzschließt.
10. Anordnung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung der Übertragerketten auf einige Zeilen bzw. Spalten beschränkt ist, die symmetrisch zur mittleren Zeile liegen, und daß mehrere Abtastgeraden zu symmetrischen Gruppen zusammengefaßt sind, die gemeinsam ausgewertet werden.
11. Anordnung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterscheidung der Formelemente L und R bzw. O und U die Übertragerkettenabfrage von den beiden jeweils gegenüberliegenden Matrixrändern aus erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht zur Erkennung der Zeichen benötigten Formelemente zur Kontrolle auf die eindeutige Erkennung verwendet werden.

In· Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 104 482.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

i 909 759/223 3.60