DE2227016B2 - Bildklassifikationseinrichtung zur wiedererkennung geometrischer zeichen, insbesondere schriftzeichen - Google Patents
Bildklassifikationseinrichtung zur wiedererkennung geometrischer zeichen, insbesondere schriftzeichenInfo
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Description
Die Erlinduii!· bezieht sich auf cmc Bildklassiiikationseinrichlung
zur Wiedererkennung isometrischer Zeichen, insbesondere Schnitzeichen, bei dei
ein Bildfeld rasterförmig abgetastet wird, bei der ein
den Bildpunkten bzw. IJntergrundpunktcn /uivordnetes
digitales Ausgangszeilfolgesignal (z. B. .Y1 - -1-:
.x- = »0«) mit Gewichtungsfakioren multiphzicri
w'ird und das Produkt zur Bestimmung bzw. Wiedererkenn ung des Ähnlichkeitsgrades zwischen den /11
erkennenden Zeichen und Vergleichszeichen in einei
Zahleinrichtunu aufsummiert wird.
Schriftzeichen. Symbole, Figuren, menschliche Stimmen
stellen Kennzeichniingsmerkmale dar. Hierlüi
ist ohne eine Beschränkung nachfolgend der kürzere Ausdruck »Bild« gewählt. Die Lesbarkeit von Schriftzeichen
zum Beispiel entspricht der Wiedererkennungsfähigkcit
einer Kategorie zu welcher cm besonderes Bild (Muster) gehört.
Die hierbei erforderliche Klassinzicrungsarbeit is
fur einen Menschen leicht auszuführen. Sie ist abei sehr schwierig und aufwendig von Rechenmaschiner
durchzuführen.
Es sind bereits optische Bildwiedcrerkennungsan
lauen für besondere Zwecke bereits entwickelt um unter der Abkürzung OCR-Anlagen (Optical Cha
racier Recognition) bekanntgeworden. Bei diesel OCR-Anlagen ist die Anzahl der Klassen oder Kate
gorien. die klassifiziert werden können jedoch au etwa ein Dutzend begrenzt. Die Erweiterung solche
OCR-Anlagen. mit denen einige tausend Schuft zeichen wiedererkennbar wären, würde zu einen
außerordentlich großen, nicht mehr \erlretbaren Aul
wand führen. Die Lösung der hiermit zusammen hängenden Probleme ist von großer Bedeutung Ui
OCR-Aiilagen. die in naher Zukunft für die Wieder
erkennung von chinesischen Schrift/eichen zu ent wickeln sind.
Aus der US-PS 32 75 986 ist zwar eine beliebig ;rweiterbare Bildwiedererkennungsanlage vorgeschlagen
worden, bei der ein Bild rasierförmig abgefragt wird. Für jede Klasse, der ein Bild angehören
kar.ii, ist eine Gruppe von Bauelementen vorgesehen.
Jede dieser Gruppen enthält wiederum für jedes Bildraster einen Speicher, in dem ein gewichietes Vergleichszeichen
des in dem Rasier erwarteten Merkmals bei Vorliegen der entsprechenden Gruppe gespeichert
!St.
Hat z. B. ein Bildfeld 7 Raster (z. B. zur Erkennung der im 7-Segment-Code dargestellten Ziffern O bis 9)
und sollen 10 Klassen erkannt werden, so sind bereits 7 . 10 = 70 Speicher vorgesehen. Jeweils die einer
Klasse zugehörigen Speicher sind über logische Gat- i<
ter mit jeweils einer Zähleinrichtung pro Klasse verbunden. Ein Zeichen gilt als zu der Klasse zugehörig,
dessen Zähler den höchsten Betrag aufsummiert enthalt. Da diese Bilderkennungsanlage im »Parallelbetrieb«
arbeitet ist zwar die Arbeitsgeschwindigkeit sehr hoch, jedoch der Aufwand steigt in unvertretbarem
Maße (so sind bei einem Rasterfeld mit 32 Rastern und einem alphanumerischem Code mit
25 Buchstaben, 10 Ziffern und 10 Sonderzeichen bereits 1440 Speicher und 32 Zähler erforderlich).
Allgemein lassen sich OCR-Anlagcn in folgende
vier Hauptbestandteile zergliedern
1. Dokument-Eingabe.
2. optische Beobachtungseinrichtung.
3. Wiedererkennungseinrichtung.
4. Steuereinrichtung.
Die Dokumenteingabe bringt jedes Dokumeni- oder Schriftblatt in eine bestimmte Pos mn innerhalb
der Reichweite der Beobachiungseinrichtung. Die Schriftzeichen, die an bezeichneten Stellen auf dem
Dokument gedruckt sind, werden eines nach dem anderen durch die Beobachtungseinrichtung optisch
abgetastet. Die abgetasteten Schriftzeichen werden in betreffende Bilder auf Netzwerken umgewandelt.
Die Wiedererkennungseinrichtung vergleicht die Bilder auf dem Netzwerk mil einem Vergleichsbild und
gibt einen Ausgang entsprechend der Klassenbezeichnung des Verglcichsbildes ab. welches zu dem wirkliehen
Bild paßt. Die Steuereinrichtung steuert dabei die Eingabe, die optische Beobachtungseinrichtung
und die Wiedererkennungseinrichtung.
In den derzeitigen OCR-Anlagen sind die Dokumenteingabe
(1). die optischen Beobiichtungscinrichtungen
(2). die Wicdererkennungseinricntungen (3) und die Steuereinrichtungen (4) in ihren Herstellungskosten
zueinander gut ausgewogen. Mit der Zunahme der Anzahl der Eingangsmerkma'e mit der Anzahl
der Venmischungen entfällt jedoch auf die Einrichtungen (2) und (3) der weitaus größere Anteil der
Kosten. Die Erfindung befaßt sich daher vor allem mit der Einrichtung (3). Bevor auf Einzelheiten der
Erfindung näher eingegangen wird, werden zum besseren Verständnis einige Grundlagen von Bildklassifikationscinrichtungcn
an Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert und Nachteile bekannter Technologien zur Verdeutlichung der Erlindungsaufgabe
herausgestellt. In den Zeichnungen zeigt
Fig. I eine weitgehend vereinfachte schematische
Darstellung einer Beobachtungseinrichtung.
Fig. 2 einen Schaltplan einer Wiedcrerkennungscinrichtung
und
F1 g. 3 ein Blockschaltbild einer Bildklassiiizierungsanlage.
Fig. ] zeigt eine stark vereinfachte schematische
Darstellung einer optischen Beobachtungs- oder Wahrnehmunuseinrichtung. Ein Teil 2. mit einem
Eingangsbild (Muster), ist in neun Raster (Heiden aufgeteilt. Die Helligkeit jedes Rasters wird eines
nach dem anderen mittels der optischen Einrichtung 1 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das elektrische
Signal wird in ein binäres elektrisches Signa! U1, .V-, ... und X9) überführt, das davon abhängig
ist, ob die Helligkeit die durchschnittliche Helligkeit übersteigt oder nicht. Die binären elektrischen Signale
werden an ein Schieberegister 3 weitergegeben. Eine Folge von elektrischen Signalen X1. x2 ■ ■ ■ und
X9 als Ausgang der optischen Einrichtung 1 mit aufeinanderfolgenden
vorbestimmten Zeitintervallen bildet ein 9dimensionales Zeitfolgebild, das an die Flip-Flops
4 des Registers 3 gelangt. Auf diese Weise ist ein Eingangsbild A' = ',.Y1. .\s . . . x,,1, an das Register 3
gelegt. Das einfachste Wiedererkennungs\ erfahren für das Eingangsbild A' besteht darin, als erstes eine
Anzahl von Rasterbildern zu bilden, die Bildsorlen
oder -klassen darstellen, und dann /u bestimmen,
welche der Rasterbilder mit dem Eingangsbild .V übereinstimmen. Die Rasterbilder entsprechen schwarzen
Teilen, und solche, die weißen Teilen entsprechen,
werden separat gebildet. Außerdem wird der Grad der Übereinstimmung der schwarzen und weißen
Teile separat vorgenommen. Die Ergebnisse dieser Ermittlung werden zusammengefaßt. Die /usiandsabhängige
Variable oder der Bewerlungskocfli/.ieni
für jede Komponente des Rasterbildes ist ein binärer Wert 1 oder 0. oder in anderen Wollen ein
durch die Zustandsabhängigkeil erhaltener Wert, der variabel für jede Komponente des Eingangsbildes A' ist. Im Ergebnis kann die Ermittlung der
Übereinstimmung erhalten werden bei Verwendimg einfacher logischer Schaltungen, wie UND- oder
ODER-Schaltungen usw.
In jüngsten weitcrentwickelten Wiedcrerkcnnungsverfahren
auf der Basis der vorstehenden Grundlagen wird die statistische Verarbeilungsmethode wegen der
IJnvollsländigkeit der Eingangsbildcr und der Lichtflecken
und Leerstellen der Zeichen gewählt. Mit anderen Worten wird in dem Erkennungsverfahren
die Ähnlichkeit an Stelle der Gleichheit bestimmt. Da die Zustandsabhängigkeit. variabel für jede Komponente
des Raslerbildes, einen Wert zwischen »(.·<
und »1« aufweist, wird das resultierende Rasterbild auf den »Bewertungsvektor« (Gewichts\ektor| zurückbezogen.
Im allgemeinen sollte der Bewcrlungskoeflizient
u(J für die /-te Komponente des Bewertungsvektors H . der /-ten Klasse derart gesetzt sein, daß
die Anlreffwahrseheinlichkeii für den lall angezeigt
wird, wo die Zuslanusabhängigkeit bei \ariablen A1
für die /-te Komponente des Eingangsbildes A'. das zur /-ten Klasse gehört »I« ist. Für den Fall, daß die
/iistandsübh.mgigkeil bei variablen \\ für die /-te
Komponente des Eingangsbildes .V. das zu der /-ten
Klasse gehön. »0« ist. beträgt die Antreffwahrscheinlichkeil
dabei 11 n\,l.
Der Beweriungs\ekior. ier zur /-ten Klasse gehört,
kann in einen »positiven- Bewei Umgsvektor H1. der
die Komponenten w,f aufweist, und in einen »negatnen-Bewcrtungsvek'lor
il it.) geteilt werden, der
tue Komponenten (1 »>,i auiweisi. wobei 1 eine
uanze Zahl von 1 bis 11 und / eine uanze Zahl von 1 bis
m bedeutet, während alle Komponenten des Vektors 1
gleich »1« sind. Weiterhin bezeichnet η die Zahl der Komponenten für das Eingangsbild Λ' (Maßzahll
und m die Zahl der Bewertungsvektoren oder Klassen.
Um die Klasse zu bestimmen, zu welcher das Eingangsbild
X gehört, wird der Grad der Ähnlichkeit, der beim Berechnen des Innenproduktes des Eingangsbildes
X und des Bewertungsvektors erhalten wird, von den Bewertungsvektoren und der Klassenbezeichnung
für den Bewerlungsveklor des größten erhaltenen Ähnlichkeilsgrades hergeleitet. Außerdem
ist festzustellen, daß die Ähnlichkeit nicht allein von dem Innenprodukt des Eingangsbildes X und des
Bewertungsvektors Wj hergeleitet werden kann.
Angenommen, daß der positive Vektor Wj bestimmt ist durch
Entsprechend ist das inverse zweite Eingangsbild
W1 =
0.8
0.1
0.9
,0,2,
und ein erstes Eingangsbild X1 bestimmt ist durch
V
ι
X1 = 0
dann ergibt sich das Innen produkt von IVj. und .V1
aus
0.03 · 0 + 0.8 · 1 + 0.1 · 0 + 0.9 · 1 + 0.2 · 0 = 1.7
Andererseits, wenn ein zweites Eingangsbild λ':
bestimmt ist durch
A\ -
ist das Innenprodukt von Hj und X2 bei entsprechender
Berechnung 2.3. Nach dieser Berechnung ist 2.3 größer als 1.7. Daher ergibt sich, daß das Eingangsbild
X2 das ähnlichste der charakteristischen Eingangsbücher der j-tcn Klasse ist. Aus diesem
Grunde ist einzusehen, daß der negative Bewertungsvektor (Ά- Wj) berücksichtigt werden sollte. Der
negative Bcvvertungsvcktor ist bestimmt durch
" IV/ ■---
Bei entsprechender Berechnung muß der <nverse Bewertungsvektor X1 eingeführt werden, der ausgedrückt
wird durch
Λ\ -
einzuführen. _
Das Innenprodukt von X1 und (IL- Hj-) ergibt sich
aus
0.7 · I +0.2 -0+0.9 ■ 1 +0.1 -0 + 0.8
und das
sich aus
sich aus
= 2.4.
Innenprodukt von X, und (1- MjI ergibt
Innenprodukt von X, und (1- MjI ergibt
0.7 ■ 0 + 0.2 · 0 + 0.9 -0+0.1 · 0 + 0.8 · 0 = 0.
In diesem Falle ist 2.4 offensichtlich größer als 0.
Hieraus folgt, daß das Bild A', näher an dem charakteristischen
Eingangsbild der /-ten Klasse ist als das Bild X2.
Die Rechenergebnisse für die positiven und negativen Bewertungsvektoren werden zusammengefaßt.
Im einzelnen ist die Summe der ersten Eingangsbildcr 1.7 und 2.4 gleich 4.1. Die Summe der beiden lnnenproduktc
der zweiten Eingangsbilder 2,3 und 0 ist gleich 2.3. Bei Vergleich der beiden Summen 4.1 und
2.3 ergibt sich, daß das erste Eingangsbild ähnlicher dem /-ten Rasterbild ist als das zweite Eingangsbild.
Diese Entscheidung ist ohne Widerspruch mil einer visuellen Prüfung.
Im Ergebnis ergibt sich die Ähnlichkeit zwischen dem Eingangsbild X und dem charakteristischen Bild
der /-ten Klasse aus der Gleichung
35
35
(X * Hj) + [X* H- H./)].
(\.o) | — | (03) | = | (0.7\ |
1,0 | 0.8 | 0.2 | ||
1.0 | 0.1 | 0.9 | ||
1.0 | 0.9 | 0.1 | ||
11.0, | 10.2 J | ^ 0.8 j | ||
-V1 =
wobei der Stern * das Operaiions/eichen für das
Innenprodukt darstellt.
Es wurden bereits die verschiedensten Methoden vorgeschlagen, den Wcrligkeitskocffizientcn für jede
Komponente des positiven oder negativen Vektors von jeder Klasse zu bestimmen. Zum Beispiel ist eine
Methode zum Bestimmen der Bcwertungskocffizienten
durch Lernvorgänge von einer Anzahl von Übungsbildern (Trainingsbildcm) in dem Buch
»Learning Machines« von Nilcs j. Nilson.
McGraw-Hill Book Comp. 1965. weitcrentwickeh. Ferner ist in dem Artikel von George N agv
>*State of the Art in Pattern Recognition«, veröffentlicht in
Proceedings of the JEEE. Vol. 56. Nr. 5. 1968. S. S36 bis 862 diskutiert, wie die Bewertungsfaktoren für
den günstigsten Bildklassifikationsbetrieb bewertet werden können.
In jedem Fall können die Bewertungskoeffizienten von einem Rechner unter Verwendung der Formeln
leicht ermittelt werden, selbst wenn nur ein Teil der statistischen Besonderheilen der Bilder bekannt sind.
die der OCR-Anlage aufgegeben sind.
F i g. 2 zeigt ein Schaltdiagramm in einer herkömmlichen
OCR-Anlage. Die Schaltung selbst kann als Bildklassifizicrungsanlasc anders als die OCR-Anlagc
verwendet werden.
In Fig. 2 wird ein zeitlich aufeinanderfolgendes
f'5 Eingangsbild X von der Beobachtungseinrichtung 1
an ein Schieberegister 3 gelegt, wobei die i-tc Komponente ν, des Eingangsbildes X entweder »1« oder
»0« ist. Die Fhp-llops4 des Registers 3 speichern
die zustandsabhängigen Variablen für die Komponenten
der Bilder X.
Die Widerstünde 5 in Verbindung mil den Flip-Flops 4 besitzen Widerstandswerte einsprechend den
Bcwcrtungskocffizicnlcn. Ein Funklionsverstärker 7
und ein Widersland 6 sind vorgesehen, um die Betriebsfunktion
derart zu erhöhen, daß das Signal
am Ausgang 8 des Verstärkers erscheint.
Wenn n· dem Wert „''- entspricht, kann das
' "Oj
innenprodukl von X und Uj errechnel werden. Dabei
kann das Innenprodukt eines inversen Eingangsbildes X und ein negativer Bewertungsveklor (H— Uj)
in demselben Kreis nach F i g. 2 ermittelt werden.
Ein solcher Kreis ist in der herkömmlichen OCR-Anlage verwendet, da der Kreis eine einfache Struktur
aufweist und als integrierter Kreis aufgebaut werden kann. In einem solchen Kreis sind die folgenden
Schwierigkeiten jedoch nicht zu umgehen: Erstens ist es unmöglich, den Bewertungsveklor zu ändern.
Weiterhin ist die Arbeitsweise des Kreises ungenau und die Verdrahtung des Kreises wird komplizierter
mit dem Anwachsen der Zahl der Komponenten des Eingangsbildes.
Um dieses Problem zu lösen, isl vorgeschlagen
worden, an Stelle des Widerstandskreises ein Digital- ,o
speicher zu verwenden, der das Gelesene nur speichert. Hierbei wird jede Komponente \ν,;· des Bewertungsvektors
diskret gespeichert. Daher wird ein ganzzahliger Wert u\ größer als 1 an Stelle von 1
verwendet, d. h.. ws wird als Vektor l verwendet.
Hierdurch kann die Berechnungsgenauigkeit wesentlich verbessert werden.
In Füllen, in denen eine große Anzahl von Bildern
oder Klassen, wie die chinesischen Schriftzeichen, klassifiziert werden sollen, sind zusatzlich zu dem
digiialen Speicher die verschiedensten Speicher erforderlich.
Einige Probleme beim Wiedererkennen von chinesischen
Zeichen sind in dem Artikel »Recognition of Printed Chinese Characters« in der Zeitschrift 4s
IEEE Transactions on Electronic Computers. Vol. 15. Nr. 1. Februar 1966. aufgezeigt.
Fig. 3 zeigt einen Schaltkreis einer vorgeschlagenen
Bildklassiii/ieranlagc. Hierbei handelt es sich um klcinmaßstübige Anlagen, die sich in Wiedererkennungseinrichtungcn
einsetzen lassen.
In Fig. 3 werden alle Bcwertungsveklorcn in
einem digitalen Speicher 9 mit beliebigem oder wahlweisem Zugriff gespeichert. Fine oder zwei Bcwerlungskocffizientcn
pro Wort werden in dem Speieher 9 gespeichert. Auf Grund eines Steuersignals
vom Slcucrkrcis 13 werden Komponenten positiver und negativer Bewertungsvektoren von jeder Klasse
an ein Schieberegister 10 Tür den positiven Bewertunusfiiktor
und an ein Schieberegister 11 für den f>o negativen Bcwertungsfaklor nacheinander gegeben.
Sohald die Eingangsbilder in das Schieberegister 3 uelangen. wird der Grad der Ähnlichkeil für jede
Komponente bestimmt. Dabei werden die Werte .ν, ■ κ,, und χ, · (u\ Wn) bezüglich der /'-ten Kornponente
.*, (I oder Oi des Fingangsbildes Λ" bestimmt
und die Summe dieser Produkte wird in dem Register 12 für iedc Komponente gespeichert. Das Ergebnis
an allen Komponenten wird auf das Register 12 gegeben und in einem Addierer 16 aufsunimicrl. Die
Summe entspricht dem Rechenergebnis
(A'* HjH f.v*(Hs- H.)]
und wird normalerweise als Bewertungssumme bezeichnet.
Die Bewertungssummc wird durch einen Umwandler 17 in ein binäres Signal übergeführt,
das dem Steuerkreis 13 aufgegeben wird.
Wenn der Grad der Ähnlichkeit größer und die Bewertungssumme einen gewissen Sch well wert übersteigt,
ist der Ausgang des Umwandlers 17 gleich »1«. wohingegen der Ausgang »0« ist. wenn die Bewertungssumme
unterhalb des Schwcllwertes bleibt.
Der Steuerkreis 13 speichert den Ausgang des Umwandlers 17. und die Adresse wird in dem Speicher 9
in eindeutiger Übereinstimmung ausgewählt.
Bewertungsfaktoren W] und U[ — Hj für jedes Eingangsbild
entsprechend verschiedenen Klassen werden aufeinanderfolgend von dem Speicher 9 ausgelesen.
Die Bewertungssumme wird berechnet und in »1« oder »0« durch den Umformer 17 umgewandelt.
Der Ausgang des Umformers wird in dem Steuerkreis 13 gespeichert. Die Benennung einer Klasse
oder Kategorie, zu der das Eingangsbild gehört, kann abhängig von einer Folge »1« und »0« am
Ausgang des Umformers 17 entschieden werden. Die Entscheidung der Klassenzuordnung Pur das Eingangsbild
wird an den Ausgang 14 abgegeben. Sofort nach der Entscheidung bewirkt der Steuerkreis 13.
daß der Lesekreis 1 und der digitale Speicher 9 in die Ausgangsstellung zurückgesetzt werden und gibl
ein Steuersignal ab. das die Annahme eines neuen Eingangsbildes erlaubt Die Schieberegister 10. 11
und 12 werden jedesmal zurückgesetzt, wenn die Bildung
des Bewertungsveklois VV/ vom Speicher 9 abgeschlossen
ist. Anschließend werden die Schieberegister bei Eintreffen eines neuen Bewertungsvektors
Uj gestellt.
Eine derartige bekannte OCR-Anlage weist folgende Nachteile auf: (1) Wenn die Zahl der Bewertungsvektoren
Uj oder die Dimensionen η des Eingangsbildcs
erhöht sind, wird sowohl die Speieherkapazität des Kernspeichers 9 als auch das Zeitintervall,
das zum Abtasten sämtlicher Adressen erforderlich ist. außerordentlich groß, ..Ii Mit dem Anwachsen
der Anzahl der Bits jedes Bewcrtungskoefnzicnten w,
wird eine entsprechend vergrößerte Speicherkapa: zitat der Schieberegister 10. 11 und 12 erforderlich
Zum Beispiel in einer OCR-Anlage. die in der Lagt ist 3000 geordnete chinesische Schriftzeichen zu lesen
müßte der digitale Speicher sogar, wenn verschieden!
Vorkehrungen zur Begrenzung der Anzahl der Be Wertungsvektoren U;; (Rasterbilder) auf K)4. der An
zahl der Dimensionen auf K)3 und der Anzahl de Bits jedes Bewertungskoeffizienten weniger als 4 gc
troffen worden sind, eine Speicherkapazität voi 8 · Hf Bits aufweisen. Außerdem sind drei Satz
von 4 · K)3 Schieberegistern und ein weiterer Sat von 10Λ Schiebercgistern erforderlich. Angenomme:
der Zeitzyklus beträgt 1 Millisekunde, so betrag! da
Zeitintervall, das zum Lesen sämtlicher Wörter i dem Speicher 9 erforderlich isl. 10 Sekunden. D
auch die Herstellungskosten pro Bil der Schicht register 10. 11 und 12 und des Speichers 9 gegei
w-'rtig sehr hoch sind, ist eine Anlage nach F i g.
sehr aufwendig, kostspielig in der Herstellung.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, weist eine
OCR-Anlagc mit der vorgeschlagenen Biidklassifikationsanlage
zur Wiedererkennung von chinesischen Zeichen erhebliche Nachteile bezüglich der notwendig hohen Kosten und der relativ langen
Lesezeit auf.
Aufgabe der Erfindung ist es daher bei einer Bildklassifikationseinrichtung
der eingangs genannten Art sowohl die vom Zeichen selbst als auch die vom Untergrund
stammenden Informationen mit gcwichtetcn Werten von Vergleichszeichen zu korrelieren und in
schaltungstechnisch einfacher Weise das abgetastete Zeichen zu erkennen: Insbesondere soll auch eine
Zwischenspeicherung des Zeichens entbehrlich sein.
Eine erste erfindungsgemäßc Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs
1.
Eine weitere erfindungsgemäßc Lösung der Aufgabe folgt aus dem Kennzeichen des Anspruchs 2.
Vorteilhafte Ausführungen der ersten und zweiten Lösung sind den Merkmalen des Anspruchs 3 zu
entnehmen.
Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:
1. Es sind keine Schieberegister für die zeitweise Speicherung des Eingangsbildes erforderlich. Außerdem
kann die Bewerlungssummc für das Eingangsbild innerhalb des Zeitintervalls kleiner als die Speicherzeit
erhalten werden.
2. Da ein geringe Kosten verursachender Speicher mit aufeinanderfolgendem Zugang verwendet wird,
ist eine OCR-Anlage mit einer Bildklassifikationseinrichlung
nach der Erfindung mit geringeren Kosten herzustellen als bekannte vergleichbare OCR-Anlagen.
die Speicher vom Magnetkerntyp mit beliebigen oder wahlweisen Zugriff aufweisen müssen.
3. Weil die Bewertungskoeffizienten als ein Verhältnis der Ziffern »1« und »0« gespeichert werden,
kann ein Ein-Bit-Speichcrfchlcr fast nicht bewirkt
werden.
Außerdem werden die positiven und negativen Bewertungsvektoren in Paaren gespeichert, und Fchleranzeigcn
lassen sich dadurch ausfuhren, daß die Summe der Gewichtskoeffizienten von jeder Komponente
stets konstant ist. Die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Anlage kann dadurch wesentlich
verbessert werden.
4. Bei Verwendung von blasenförmigen Magnet bezirken
als Speicher mit aufeinanderfolgendem Zugang lassen sich die parallele Berechnung der Bewertungssummen
leicht bewerkstelligen. Hieraus resultiert eine große Kostenersparnis bei der Herstellung
von OCR-Anlagen. und gleichzeitig wird eine Erhöhung der Verarbeitungszeit erreicht.
5. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Innenprodukt aus dem positiven
und negativen Bewertungsvektor, die in dem Speicher 20 (mit aufeinanderfolgendem Zugriff) gespeichert
sind, erhalten werden kann, ohne das Eingangsbild X (Zeitfolgebild) selbst einmal zu speichern,
welches über die Beobachtungseinheit vom Abtasttyp in das Schieberegister gegeben wird. Hierdurch
wird die Schwierigkeit vermieden, daß die Herstellungskosten als auch die Verarbeitungszeil
mit dem Anwachsen der Zahl der Dimensionen oder Rasterbilder des Eingangsbildes stark ansteigen.
!n den weiteren Zeichnungen Fig. 4 bis 6 sind
Ausführungsbeispiele nach der Erfindung schemalisch dargestellt. Hierin zeigt
F i g. 4 cm Blockschaltbild für ein erstes Ausführungsbcispiel
nach der Erfindung.
F i g. 5 ein Blockschaltbild für ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.
F ι g. 6 wie ein Eingangsbild A' durch die Anlage nach K i g. 5 verarbeitet wird.
F ι g. 6 wie ein Eingangsbild A' durch die Anlage nach K i g. 5 verarbeitet wird.
In F i g. 4, in der ein Blockschaltbild eines ersten
Ausführungsbeispicles nach der Erfindung dargestellt ist. umfaßt die Bildklassifizierungsanlage einen
ίο Speicher 20 mit aufeinanderfolgendem Zugang zur Speicherung der Bewerlungsvektoren
Hi =
ί»'π·
und \\- } untl
(VV, — W1) = \ws — W11, ws — W21 . . . und \\\ — w„,!
in analoger Form jeweils in einem der zwei Speicherabschnitte 27« und 27/?. Außerdem sind Schalter
21 α und 21 b vorgesehen, die jeweils mit einem
der Leseanschlüsse 29« und 29b der entsprechenden
Speichcrabschnitte 27a und 27h in Verbindung stehen.
Weiterhin ist eine Zähleinrichtung 22 vorgesehen, die an die Verbindung der Ausgänge der
Schalter 21 « und 21 b angeschlossen ist. Der Zähler 22 ist mit einem Komparator 23 verbunden. Ferner ist
ein Polaritätsdctektor 24. ein logischer Verarbeitungskreis 25. eine Bildabtastvorrichtung 1 und ein Zeitstcucrkreis
26 vorhanden. Der Zeitstcuerkreis 26 liefert Zeitsteuersignalc zur Synchronisierung, die an
die Abtastvorrichtung 1 abgegeben werden. Der Spei-
k> eher 20. der Zähler 22 und der Polaritätsdetektor 24
sind durch Signalleitungen 26«. 26d. 26b und 26c mit
dem Zeitsteuerkreis 26 verbunden.
In Fällen, in denen der Speicher 20 Informationen
nur digital speichern kann (/.. B. Magnettrommeln oder Einrichtungen mit blasenförmigen Magnetbezirken),
werden binäre Speicherbits den Komponenten W11 und ws - w.j {i - I. 2 ... und /7) der Bcweruingsvektorcn
H1 und IV; - H1 in den Speicherabschnitten
27« und 27b zugeteilt, und analoge Werte cnt-
40. sprechend diesen Komponenten werden in dem Speicher 20 als die Summe der Ziffern »1« gespeichert.
Die Summe der Ziffern »1« der /-ten Komponente des positiven Bewertungsvektors und die Summe der
./-ten Komponente des negativen Bewertungsvektors wird jeweils ws. was in der einfachen Verrichtung der
Speicherfehler-Kontrolle begründet ist.
Die Schalter 21 « und 21 b werden in F1 g. 4
nach unten geschaltet, wenn jede Komponente (.ν,, i = 1. 2 ... und 17) des Eingangsbildes »1« ist
und werden nach oben geschaltet, wenn sie »0« ist. Wenn daher die Komponente des Eingangsbildes »1«
ist. wird die /-te Komponente w,, des Bewertungsvektors H1 = Jw11. w;i .. . und wnl J in dem Spciehcrabschnitt
27« an den Zähler 22 abgegeben, und wenn
die Komponente des Eingangsbildes »0« ist. wird die i-te Komponente des Bewertungsvektors \\\ - H1
= i1*', — «Ή· »\ — w;i ... und ws — wnl! in dem
Spcichcrabschnitt 21b an den Zähler 22 weitergegeben. Der Ausgang des Zählers 22 wird gleich dem
Innenprodukt
[.Y* H1] -i. [.T*(n;-u;i]
das die Ähnlichkeit angibt /u der Zeil, bei der die
fts Endkomponente .v„ des Eingangshildes A" -■- Lv1. .\s . ■ ·
und Yn! in den Schaltkreis 21« oder 21 b gelangt ist.
Oh die Ähnlichkeit einen bes'mimlen Wert übersteigt
oder nicht, kann durch den Komparator 23
bestimmt werden, der den Ausgang des Zählers 22 mit einem bestimmten Schwcllwert vergleicht, der
am Eingang 28 angelegt ist. Wenn das Ergebnis des Vergleichs am Komparator 23 positiv ist. nimmt der
Ausgang des Detektors 24 den Wert »1« an. Nach- >
dem das Eingangsbild verarbeitet ist. gibt der Stcuer-Ireis
ein Signal ab. um über die Signallcitung 26/) den Zähler 22 zurückzustellen.
Es ist besonders zweckdienlich, den SehwelKvert
am Eingang 28 gleich der Hälfte ( -, η ■ w\ | des
maximalen Betrages zu wählen, welcher das Innenprodukt
bilden kann, das ist der Wert /i der Anzahl der Komponenten des Eingangsbildes multipliziert
mit dem Sättigungswert w\. Der Wechsel der Bewer- is
tungsvektoren
W{ — \wn. w21 . . . und w„ι j und
(Wx — H1) = \ws — W11. wx — W2, . . . und \\\ — n„,!
wird in der Praxis selten vorliegen. Es ist daher kein schwieriges Problem, wenn die Einschreibpenode
mehrere H) Minuten erfordert. Sogar wenn der Wechsel der Bewertungsvektoren W1 oder Hj — H1 mehrfach
erscheint, ist es nicht schw; rig derart zu verfahren,
weil großzähligc Rechner zur Zeit auf Zcitanteilbasis benutzt werden können.
Wenn einige Einheiten aus den Elementen 27 t/,
27/). 21a. 21h. 22. 23 und 24 parallel geschaltet sind,
kann ein kompliziertes Eingangsbild X in mehrere Klassen klassifiziert werden. In solch einem Falle
werden die lewertungsvektoren. mehreren Klassen entsprechend, in dem Speicher 20 gespeichert, und
Ausgänge von mehreren Polungsdetektoren 24 werden in dem Kreis 25 zusammengefaßt, wobei die
Klassifikation in die gewünschte Klasse erreicht ist.
In F i g. 5, die ein Blockdiagramm eines zweiten
Ausführungsbeispicles nach der Erfindung darstellt,
sind Elemente, die Elementen in F i g. 4 entsprechen,
mit den gleichen Bczugszciehcn versehen. Der einzige Unterschied gegenüber der Ausführung nach
F i g. 4 besteht in der Verwendung von zwei Zählern 22 α und 22 h an Stelle eines einzigen Zählers 22
nach F i g. 4.
Die Funktionsweise der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sei im folgenden
beschrieben.
Im Speicher 27υ sind gewiehicte Werte von Bildpunkten
der Vergleichszeichen Iu-,) gespeichert, im Speicher 27/i demgegenüber gedichtete Werte von
Uniergrundpunkten (u\ — w,) bei den genannten Vergleichszeichen.
Die beiden Schalter 21 ei, 21 b werden
von den Abtastsignalen der Abtastvorrichtung 1 wie folgt gesteuert: Bei Auftreten eines vom Zeichen
stammenden Signals (.v,) liegt der Ausgang des Speichers
27« über den Schalter 21 ο am Eingang des Zählers 22 u. der Ausgang des Speichers 27 b über
den Schalter 21/) am Eingang des Zählers 22h.
Beim Auftreten eines vom Untergrund stammenden Signals vertauscht sich die Zuordnung vom Speicher
zum Zähler. Damit werden im Zähler 22 υ die gewichtetcn
Werte von Abtastpunkten summiert, wenn gleiche Bereiche (also Zeichenbereich oder Untergrundbcrcich)
vom abgetasteten Zeichen und von Vergleichszeichen korreliert werden. Im Zähler 22/)
hingegen werden die gevvichteten Werte von Abtastpunkten aufsummierl. wenn ungleiche Bereiche, also
Bildnunkt des abgetasteten Zeichens mit Untennundpunkt
des Vergleichszeichens und umgekehrt korreiicrl werden. Am Ausgang des Zählers 22t/ erscheint
also die Summe
[A'* H1] t IX* (Hj-U1)]
sobald das Eingangsbild A" aufgegeben worden ist. wohingegen am Ausgang des Zählers 22/) die Summe
[X* H1] t [.V *(Hj- W1)-]
L 1 J I. J 1 -I
erscheint. Daher ist der Ausdruck am Komparator 23
In Fi g. 6. in der die Verarbeitungsoperation des
Eingangsbildes mit fünf Komponenten durch die Anlage nach F i g. 5 verdeutlicht ist. ist angenommen,
daß der positive Bewertungsvektor H1 und der
negative Bewertungsvektor (Hj - Hj) jeweils von den
Speicherabschnitten 27« und 27h des Speichers 20 in Form von Impulsketten 31. 32 abgegeben werden.
Jede dieser Impiilsketten wird mit Zeitimpulsen 30 synchronisiert. Angenommen, daß das Eingangsbild/(a
mal Folgebild), welches an den Schaltkreisen 21 α und 21 />
synchron mit den Zeitimpulsen 30 ist.
eine Impulskette 33 annimmt, ergeben sich an den Ausgängen der Schaltkreise 21t/ und 21/) Impulsketten
34. 35. 36 und 37. wie in F i g. 6 gezeigt ist. Die lmpriskette 34 ist das Ergebnis der UND-Operation
der Impulsketten 31 und 33. Die lmpulskette 35 ist das Ergebnis der UND-Operation der Impulskcttc3I
und der invcrsen lmpulskette 33. Die lmpulskette 36 ist das Ergebnis der UND-Operation
der Impulsketten 32 und 33. Die lmpulskette 37 ist das Ergebnis der UND-Operation der lmpulskette 32
und der inversen lmpulskette 33. Die lmpulskette 38 ist das Ergebnis der verdrahteten OR-Opcration der
Impulsketten 34 und 37. welche an einen Eingang des Zählers 22α gelangt, während die lmpulskette 37 das
Ergebnis der verdrahteten OR-Operation der Impulsketten 35 und 36 ist. welche an den Eingang des
Zählers 22/) gelangt.
Unter diesen Umständen enthält der Ausgang des ersten Zählers 22 t; im vorliegenden Falle 15 Impulse,
und der Ausgang des zweiten Zählers 22/) enthält 10 Impulse. Am Ausgang des Komparaiors 23 befinden
sich dann 5 Impulse, und der Ausgang des Polungsdetektors 24 ist »1«.
Wenn der Eingang des Komparators 23. der nach Fig. 5 mit dem Zähler 22b verbunden ist. entsprechend
F i g. 4 zur Entgegennahme eines Schwell-
wcrtes τ · M-s (0.5 -5-5 = 12.5) dient, ergibt sich am
Ausgang des Komparators 23 der Wert + 2.5. Obgleich dieser Wert die Hälfte desjenigen ist. bei dem
f>o der Ausgang des zweiten Zählers 22/) benutzt wurde,
ist der Ausgang identisch mit dem Wert soweit es den Ausgang des Detektors 24 betrifft.
Jede der Ziffern, die durch die Impulse der Impulskctten
angegeben sind, stellt die Summe der Im-
f>5 pulse für »1« in jeder Zeitperiode dar. Jede Ziffer
entspricht dem analogen Wert für jede Komponente der positiven und negativen Bewcrtungsvcklorcn H1
und (IVj - H1).
r- „-,!ο,-. i^Msnetbezirl-e als Speicher aufweisen. Wenn
Jede Ziffer, die t'.arch die Impulskette 33 ange- formige * efg^l rk% verwendet sind, ist die Bildklassia^hpn
k. zeipt den Zustand jeder Komoonenle des die MagnetDezuKc ^ ,,.. . iio(icv,^, und ,ηβ, ,,,.J1
Ein^nisbildes, das mit der Zeitimpulskette 30 syn- iikation-n,^e uuu, «..κ-..^.-.-
chronisiert ist. noch
Der Speicher 20 in F i g. 4 und 5 kann blasen- 5
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Bildklassifikationseinrichtung zur Wiedererkennung
geometrischer Zeichen, insbesondere s Schriftzeichen, bei der ein Bildfeld rasterförmig
abgetastet wird, bei der ein den Bildpunktcn bzw. Untergrundpunkten zugeordnetes digitales Ausgangszeitfolgesignal
(z.B. .Y1 = >>1«: .V1= »0«)
mit Gewichtungsfaktoren multipliziert wird und das Produkt zur Bestimmung bzw. Wiedereerkenriung
des Ähnlichkeitsgrades zwischen den zu erkennenden Zeichen und Vergleichszeichen in
einer Zähleinrichtung aufsummiert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereingänge
zweier Schalter (21 «, 2Ib) mit einer Abtastvorrichtung (1) verbunden sind, zur Steuerung
der Schalter in Abhängigkeit von den Ausgangszeitfolgesignalen, daß jeweils einer von zwei
Leseanschlüssen (29«. 29b) eines die Gewichtungsfaktoren enthaltenden Speichers (20) über jeweils
einen von zwei Schaltern (21«, 21/)) alternativ mit einer Zähleinrichtung (22) verbunden ist. wodurch
das Produkt aus Bildpunkten (.v,) und gewichteten Bildpunkten eines Vergleichszeichens
bzw. aus Uniergrundpunkten [X1) und gewichteten
Untergrundpunkten eines Vergleichszeichens (W4 — Wj) gebildet wird und in der Zähleinrichtung
aufsummiert wird, daß die Zähleinrichtung (22), die die Summe der einzelnen Produkte enthält, nut
dem einen Eingang eines !Comparators (23) verbunden ist. der die Produktsumme mit einem
vorgegebenen, an seinem anderen Eingang (28) angelegten Wert vergleicht, wobei ein Zeichen als
erkannt gilt, wenn die Produklsumme größer als der vorgegebene Wert ist, und daß nach Durchführung
dieser Klassifikation ein neuer Abtastzyklus für ein abgetastetes Zeichen eingeleitet
wird.
2. Bildklassilikationseinrichtung zur Wiedererkennung geometrischer Zeichen, insbesondere
Schriftzeichen, bei der ein Bildfeld rasterförmig abgetastet wird, bei der ein den Bildpunkten bzw.
Untergrundpunklen zugeordnetes digitales Ausgangszeitfolgesignal (z. B. -V1 = »1«: .ν, = »0«)
mit Gewichtungsfaktoren multipliziert wird und das Produkt zur Bestimmung bzw. Wiedererkennung
des Ähnlichkeitsgrades zwischen den zu erkennenden Zeichen und Vergleichszeichen in
einer Zähleinrichtung aufsummiert wird, dadurch y>
gekennzeichnet, daß die Sleueremgänge zweier
Schalter (21 a. 2\b) mit einer Abtastvorrichtung verbunden sind, zur Steuerung der Schalter in
Abhängigkeil von den Ausgangszeitfolgesignalen, daß ein erster und ein zweiter Leseanschluß (29ti.
29/;) eines die GewiehUingsfaktorcn enthaltenden
Speichers (20) über zwei umschaltbare Schalter (21 ίί, 21/)) mit einer ersten und einer zweiten
Zähleinrichtung (22<λ 22/') b/w. im umgeschalteten
Zustand tier Schalter mit der /weiten und («
eisten Zähleinrichtung (22/>. 22n) verbunden ist. wodurch bei Vorliegen eines \on den Bildpunkten
stammenden Ausgangs/.eitfolgesignais (\i das
Produkt aus Bildpunkt und gewiclitetem BiIdpunkl
eines Vergleichszeichens gebildet und der 6s ersten Zähleinrichtung (22,/) zugeführt als auch
das Produkt aus Bildpunkt und gedichtetem I'ntcrgrundpunkl des Vergleichszeichens gebildet
und der zweiten Zähleinrichtung (22/.) zugeiuhrt
wird und wodurch bei Vorliegen eines von den Untergrundpunklen stammenden Ausgangszeitfolpcsiunals
das Produkt aus Uniergrundpunki .,„,) ,„Whf.etem Untergrundpunkt des \ ergieichszeichens
gebildet und der ersten Zähle.nrichiuny
(22«) zugeführt wird als auch das Produkt aus Unterprundpunki ui.d gewichtetem B.ldpunki des
Verdelchszeichens gebildet und der zweiten Zähleinrichtung^)
zugeführt wird, daß die erste und die zweite Zähleinrichtung (22 «. 22/Hm denen
die einzelnen Produkte aufsummien werden, mit
je einem Eingang eines !Comparators (23) verbunden sind de"r die von beiden Zahleinrichlungen
stammenden Produktsummen miteinander vergleicht wobei ein Zeichen dann als erkannt gilt.
wenn der Zählersland der ersten Zähleinrichtung (22«) nrößer ist als der Zählerstand der zweiten
Zähleinrichtung (22/)). und daß nach Durchführun»
dieser Klassifikation für ein abgetastetes Zeichen ein neuer Abtastzyklus eingeleitet wird.
3 Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch -ekennzeichnetrdaß die Abtastvorrichtung (1). der
Speicher (20) und die Zähleinrichtung (22 b/w. 22ti. 22/)) von einem Zcitsteuerkrcis (26) gesteuert
werden.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP46038802A JPS5114409B1 (de) | 1971-06-02 | 1971-06-02 | |
JP3880271 | 1971-06-02 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2227016A1 DE2227016A1 (de) | 1973-01-04 |
DE2227016B2 true DE2227016B2 (de) | 1976-02-19 |
DE2227016C3 DE2227016C3 (de) | 1976-10-14 |
Family
ID=
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2746969A1 (de) * | 1976-10-19 | 1978-04-20 | Hajime Industries | Verfahren und einrichtung zum vergleich von mustern |
DE2823679A1 (de) * | 1977-07-20 | 1979-02-01 | Ibm | Schaltungsanordnung zum optischen lesen von zeichen |
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---|---|---|---|---|
DE2746969A1 (de) * | 1976-10-19 | 1978-04-20 | Hajime Industries | Verfahren und einrichtung zum vergleich von mustern |
DE2823679A1 (de) * | 1977-07-20 | 1979-02-01 | Ibm | Schaltungsanordnung zum optischen lesen von zeichen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5114409B1 (de) | 1976-05-10 |
US3786428A (en) | 1974-01-15 |
DE2227016A1 (de) | 1973-01-04 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |