Устройство для считывания символов Советский патент 1985 года по МПК G06K9/00 

о

N

со

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что анализатор гармоник содержит блок фильтров, вход которого является входом анализатора гармоник, блок нормализации и блок выделения максимальной амплитуды гармоник, входы которого подключены к

одним из выходов блока фильтров, другие выходы которого и выход блока выделения максимальной амплитуды гармоники подключены к соответствующим входам блока нормализации, выход которого является выходом анализатора гармоник.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ СИМВОЛОВ, содержащее оптически связанные осветитель, узел формирования плоского сканирующего луча и фотопри- емник, выход последнего подключен к входам анализатора гармоник, выходы которого соединены с входами блока распознавания, и блок синхронизации, один из выходов которого подключен к управляющим входам блока распознавания, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности распознавания за счет обеспечения независимости результата распознавания от афинных преобразований изображений символов, оно содержит блок поворота плоскости сканирующего луча и генератор функциональных сигналов, а узел формирования плоского сканирующего луча содержит магнитооптический кристалл, связанный с генераторо.м функциональных сигналов и закрепленный внутри поворотного кольца, и электропривод, механически связанный с поворотным кольцом и подключенный к выходу-блока поворота плоскости сканирующего & луча, управляющий вход которого соединен (Л с другим выходом блока синхронизации, а выходы подключены к соответствующим входам блока распознавания.

1

Изобретение относится к автоматике, и вычислительной технике и может быть использовано при автоматическом считывании и распознавании изображений символов.

Известны устройства для считывания символов, содержащие источник излучения и фотоприемник, между которыми размещен носитель информации, блок распознавания, соединенный с фотоприемником, блоком кодирования и блоком управления 1.

Однако известное устройство обладает недостаточной достоверностью распознавания символов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для считывания символов, содержащее оптически связанные источник излучения, узел формирования плоского сканирующего луча и фотоприемник, выход которого подключен к входам блока фильтров анализатора гармоник, выходы которого соединены с входами блока распознавания, и блок синхронизации, один из выходов которого подключен к управляющим входам блока распознавания 2.

Недостатками этого устройства являются ограничение класса распознаваемых символов, необходимость однозначной ориентации символов на кадре-носителе информации т.е. данное устройство не обеспечивает независимость результата распознавания от поворота изображения символов в пределах некоторого угла, а также не обеспечивает надежного распознавания таких символов, чьи электрические аналоги являются зеркально отраженными, например b и d, или при случаях, когда символы имеют одинаковые электрические аналоги, например Н, П, Ь, Р и др.

Цель изобретения - повыщение достоверности распознавания за счет обеспечения независимости результата распознавания от афинных преобразований изображений символов.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для считывания символов, содержащее оптически связанные осветитель, узел формирования плоского сканирующего луча и фотоцриемник, выход последнего подключен ко входам анализатора гармоник.

выходы которого соединены с входами блока распознавания, и блок синхронизации, один из выходов которого подключен к управляющим входам блока распознавания,

5 введены блок поворота плоскости сканирующего луча и генератор функциональных сигналов, а узел формирования плоского сканирующего луча содержит магнитооптический кристалл, связанный с генератором

0 функциональных сигналов и закрепленный внутри поворотного кольца, и электропривод, механически связанный с поворотным кольцом и подключенный к выходу блока поворота плоскости сканирующего луча, управляющий вход которого соединен с другим

5 выходом блока синхронизации, а выходы подключены к соответствующим входам блока распознавания.

Причем анализатор гармоник содержит 0 блок фильтров, вход которого является входом анализатора гармоник, блок нормализации и блок выделения максимальной амплитуды гармоник, входы которого подключены к одним из выходов блока фильтров, другие выходы которого и выход блока выделения максимальной амплитуды гармоники подключены к соответствующим входам блока нормализации, выход которого является выходом анализатора гармоник.

Q На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - диаграмма работы устройства; на фиг.3 - электрические аналоги символов; на фиг. 4 - функциональная схема блока формирования плоского сканирующего луча.

Устройство считывания и распознавания символов (фиг. 1) содержит осветитель U .узел 2 формирования плоского сканирующего луча, носитель 3 информации, фотоприемник 4, анализатор 5 гармоник, в который входят блок 6 фильтров, блок 7 выделения максимальной амплитуды гармоник и блок 8 нормализации; блок 9 распознавания, блок 10 синхронизации, блок 11 поворота плоскости сканирующего луча и генератор 12 функциональных сигналов, управ5 ляющих движением сканирующего луча 13 по определенному закону.

В блок 9 распознавания входят ключи 14, 15 и 16, узлы 17, 18 и 19 памяти значений гармоник для трех фиксированных углов поворота и узел 20 принятия решений, а в блок 11 поворота плоскости сканирующего луча входят счетчик 21 тактовых импульсов, счетчик 22 и узел 23 управления поворотом плоскости сканирующего луча при изменении ориентации магнитооптического кристалла в блоке 9.

Узел 2 формирования плоского сканирующего луча содержит активный элемент 24, выполненный из магнитооптически активного кристалла с плоскопараллельными рабочими поверхностями, и расположенные на противоположных поверхностях активного элемента подмагничивающие катушки 25 с сердечником из магнитомягкого материала и навитой на него обмоткой, соединенные с выходом блока 12 формирования сигналов, управляющих движением сканирующего луча по определенному закону. Активный элемент 24 крепится внутри поворотного кольца 26, поворот которого осуществляется с помощью электропривода 27, управляемого сигналами поворота плоскости сканирующего луча из блока 11.

Устройство работает следующим образом.

Оптически связанные осветитель 1 и узел 2 формируют плоский сканирующий световой луч, который, проходя через прозрачный носитель 3 информации, модулируется затемненной частью кадра и поступает на фотопри емник 4, на выходе которого формируется периодическая последовательность электрических аналогов изображения. Эта периодическая последовательность поступает в анализатор 5 на вход блока 6 фильтров, настроенных на частоты, кратные частоте колебания сканирующего луча, выходы которого подключены к блоку 7, в котором путем поочередного сравнения значений амплитуд гармоник производится определение максимального значения, которое с выхода блока 7 подается на вход блока 8 нормализации, на который также подаются сигналы с выходов блока 6 фильтров. Блок 8 нормализации содержит схемы деления значений каждой гармоники на значение, полученное на выходе блока 7 (не показаны).

С выхода блока 8 нормализации относительные значения амплитуд гармоник дискретного спектра поступают в блок 9 распознавания. Алгоритм работы блока 9 распознавания основан на сравнении эталонных напряжений, соответствующих символам или группам символов, с напряжением соответствующих нормализованных амплитуд гарМОНИК дискретного спектра, при этом в нем происходит предварительная запись в узлах 17, 18 и 19 памяти нормализованных значений гармоник при трех фиксированных углах поворота магнитооптического сканирующего элемента.

Запись в память относительных спектров при каждом фиксированном угле поворота 5 плоскости сканирующего луча производится за три такта ввиду того, что количество информативных гармоник равно трем. Ритм работы задается тактовым генератором (не показан) блока 10 синхронизации.

Временная диаграмма работы блока 9 распознавания показана на фиг. 2. При начальном угле ориентации плоскости сканирующего лучас( (исходное состояние предлагаемого устройства) запись значений трех гармоник в узле 17 осуществляется через 5 ключ 14 за три такта, фиг. 2а. Затем в блоке 11 вырабатывается импульс поворота, равный по длительности периоду тактовых импульсов, который снимается с выхода счетчика 21 и подается на вход узла 23 управления поворотом сканирующего луча и на 0 ключ 14, отключая выход блока 5 от узла 17, и на узел 18 памяти, переводя его в режим записи. С выхода узла 23 подается управляющее напряжение на механизм поворота магнитооптического кристалла в узел 2. 5 В результате этого плоскость сканирующего луча ориентируется под углом с( и происходит запись в узле 18 значения гармоник за время трех тактовых импульсов (фиг. 26, в). По окончании записи в узел 18 вырабатывается второй импульс поворота (фиг. 2г), 0 переводящий плоскость сканирующего луча в положение, соответствующее углу(;(. Второй импульс поворота, снимаемый с первого выхода счетчика 22, поступает на ключ 15, отключая вход узла 18 от выхода анализатора 5 и переводя узел 19 в режим записи,

5 и одновременно на один из входов узла 20 принятия рещений для включения режима считывания значений гармоник, записанных в узлах 17, 18 и 19. Таким образом, считывание значений гармоник и ввод их в узел 0 20 осуществляется за время трех тактовых импульсов (фиг. 2д). После считывания гармоник в блоке 11 вырабатывается импульс возврата магнитооптического кристалла в исходное состояние (график 2е). Этот импульс снимается с выхода счетчика 22 и подается на узел 23 и второй управляющий вход узла 20, переводя его в режим сравнения измеренной совокупности гармоник распознаваемого символа с эталонными значениями и принятия решения. Длительность импульса возврата равна 9 периодам повторения тактовых импульсов (график 2е). Передний фронт этого импульса включает в работу узел 20 принятия решений, задний фронт приводит схемы блока 9 в исходное состояние. За период действия импульса возврата происходит сравнение измеренной совокупности гармоник по трем фиксированным углам поворота сканирующего луча с эталонными совокупностями и последующая классификация - принятие решения о принадлежности распознаваемого символа к одному из классов.

На этом процесс считывания и распознавания одного символа прекращается. Генератором 12 функциональных сигналов формируются сигналы, управляющие движением сканирующего луча по определенному закону, которые подаются в узел 2 формирования плоского сканирующего луча. Управляющие сигналы генератора 12 представляют собой периодическую последовательность импульсов различной формы (например пилообразной, трапецеидальной или синусоидальной), частота следования которых менее, чем на порядок выще частоты следования тактовых импульсов блока 10. При этом эта периодическая последовательность импульсов считывания не синхронизируется с тактовыми импульсами и генератор 12 по сути спектрального метода распознавания работает обособленно, так как он определяет лишь закон движения сканирующего плоского луча по кадру-носителю информации и определяет форму периодизированных электрических аналогов считываемых символов, поступающих на вход анализатора 5 гармоник. В качестве активного элемента используется магнитооптический кристалл с плоскопараллельными рабочими поверхностями, расположенными на противоположных поверхностях активного элемента, подмагничивающими катушками с сердечником из магнитомягкого материала и навитой на него обмоткой. На катушки с генератора 12 подаются сигналы сканирования противоположной один относительно другого полярноси, например напряжение экспоненциальной формы. За счет изменения тока в подмагничивающих катущках по определенному закону по магнитооптическому кристаллу перемещается узкая сканирующая зона, что обеспечивает сканирование изображения на кадре-носителе информации, а поворот плоскости сканирующего луча осуществляется за счет поворота самого магнитооптического кристалла.

Скорость перемещения сканирующей зоны по активному элементу в различных сечениях различна, что достигается использованием управляющих сигналов определенной формы. При использовании управляющих сигналов экспоненциальной формы развертка изображения символа получается несимметричной и нелинейной, что позволяет различать символы или фигуры, являющиеся зеркальными изображениями друг друга, например, таких как b и d, 6 и 9, Р и Ь и другие. .

На фиг. 3 показаны электрические аналоги символов при линейном и нелинейном законах движения сканирующего луча.

Линейный закон сканирования - сканирующий луч при этом движется с одинаковой скоростью на всех участках кадра и может быть получен в том случае, когда в Ka4ect5 ве управляющих используются импульсы, например, трапецеидальной или пилообразной формы.

При использовании в качестве управляющих импульсов экспоненциальной формы скорость движения сканирующего луча на различных участках кадра будет различной, а потому и электрические аналоги зеркальноотраженных или осесимметричных символов будут различными по форме.

На фиг. 3 показаны три символа, электрические аналоги которых или одинаковы по форме для символов Р и Ь или являются зеркальным отображением друг друга Ь и d, а поэтому имеют одинаковые спек; тральные хара(теристики при линейном сканировании (фиг. 3,1).

При нелинейном сканировании электрические аналоги символов Ь и d становятся различными (фиг. 3,2).

Электрические аналоги символов Р и Ь будут различными при изменении ориентации плоскости сканирующего луча (фиг. 3,3) и при нелинейном сканировании (фиг. 3,4).

Таким образом, сочетание операции поворота и нелинейного хода развертки позволяет различать зеркально-отраженные и осе0 симметричные символы.

Предлагаемое устройство считывания и распознавания символов при использовании в качестве информативных признаков всего лищь трех гармоник дискретного спектра и двух различных уровней гармоник

5 теоретически позволяет увеличить объем класса распознаваемых символов до величины порядка 2, что уже может соответствовать множеству примерно 15 типов шрифтов для полиграфической промышленности.

При увеличении числа градаций информативных признаков до четырех, что может быть легко осуществлено простыми измерительными средствами, объем распознаваемых символов увеличивается до величины 2 . В этом случае устройство позволяет считы5 вать и распознавать печатные символы нескольких десятков алфавитов различных языков и типов шрифтов.

Предлагаемое устройство эффективно в том случае, когда используется для ввода информации в ЦВМ. При этом вся тексто° вая информация может быть отражена несколькими десятками символов, а это позволяет считывать и распознавать символы различных щрифтов и рукописных символов независимо к афинным преобразованиям

изображений символов. Возможность считывания и распознавания большого объема символов при использовании минимального количества информативных признаков

позволяет на основе данного устройства создать автоматическую систему считывания и распознавания такого класса символов,

а

как китайские и японские иероглифы при организации машинного перевода технической и художественной литературы.

i

Пт1 . Illrh

3/

О 1 2 } 5 t 5/2345 f 01 t

ITm... irU. итД

32

0 1 2 д 4 5 i /7/ 2345 t 01 2 3 4 5 f

trtw,.

3;

01 2 } 4 5 S t 01 2 Ъ if. 5 Bi 0 i 2 З 5 6

/trtm.

34

012-3 456t a 1 Z } 56i 0 7 г 3 5 6 t

-rVMx

Pua.J

Фиг.