(гдр)

 

О П И С А Н И Е 373976

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Сокналистических

Республик

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента №

М. Кл. G 06k 9/12

Заявлено 21 V.1971 (¹ 166 0101/18i24)

Приоритет 25.V.1970, № WP 42пте/147698, ГДР

Комитет ло делом изобретений и открытий лри Совета министров

СССР

УДК 621З91.19(088.8) Опубликовано 12.111.1973. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 26Х1.1973

Автор изобретения

Иностранец

Ханс — Эгон Штайнхаген (ГДР) Иностранное предприятие

«ФЕБ комбинат Роботрон» (Г,ДР) Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПОЗНАВАНИЯ ЗНАКОВ

Изобретение относится к устройству для опознавания знаков и структур, которое имеет цифровые и аналоговые средства для регистрации, снятия и вычисления комплексных геометрических признаков знаков и структур.

Известное устройство для автоматического опознавания отрезков кривых состоит из комбинированного аналого-цифрового вычислительного прибора, в котором аналоговая часть по снятым напряжениям вычисляет функцию длины дуги неизвестной кривой, причем вычисленные аналоговые напряжения преобразуются аналого-цифровым преобразователем в цифровые значения, а в цифровом блоке переводятся в большое количество групп напряжений, которые представляют инвариантные группы величин по отношению к преобразованиям подобия, параллельного переноса и вращения.

Недостатки устройства состоят в том, что знаки, имеющие сильные нелинейные искажения, например, знаки, написанные от руки, не могут быть опознаны, и что из-за разрывов в линии контура знака не создается цельной картины.

Кроме того, у известного устройства также велики и погрешности, поскольку признаки определяются путем дифференцирования.

Целью изобретения является обеспечение опознавания знаков или структур, имеющих значительные нелинейные искажения.

Предлагаемое устройство содержит после.

5 довательно соединенные блок памяти знаков, селектор координат и направления признаков, сегментный селектор, анализатор положения и векторный анализатор признаков, сегментный селектор, анализатор положения и век1р торный анализатор признаков. Вход блока памяти знаков соединен с рецепторным блоком, а выход векторного анализатора признаков — со входом классификатора. Один вход блока промежуточной памяти соединен с соответствующими выходами селектора координат и направления признаков и сегментного селектора. Соответствующие входы анализатора открытости соединены с выходом селектора координат и направления признаков и выхо2р дом блока промежуточной памяти, а выходы — с одним из входов векторного анализатора признаков и входом анализатора положения. Интегратор входом и выходом связан с сегментным селектором. Один вход блока управления подключен к соответствующему выходу интегратора, другой вход — к выходу селектора координат и направления признаков, а выходы блока управления соединены

8 73976 с управляющими входами блока промежуточной памяти, блока памяти знаков и векторного анализатора признаков, один из входов которого подключен к соответствующему выходу сегментного селектора.

Запоминающее устройство построено таким образом, что оно имеет девять одинаковых плоскостей памяти и что растровый оператор образуется линиями считывания, которые проложены через девять плоскостей памяти таким образом, что точка координат

Х,, У; первой плоскости памяти ЕО, точка координат, Х, ь У, > второй плоскости памяти Е1, точка координат, Х;, У; < третьей плоскости памяти Е2, точка координат, Х;» ь У; четвертой плоскости памяти Е3, точка координат, X; ь Y пятой плоскости памяти Е4, точка координат, Х;+ь У;+ шестой плоскости памяти Е5, точка координат, Х;, У; < седьмой плоскости памяти Еб, точка координат, Х,, Ун. восьмой плоскости памяти Е7, точка координат, Х; i, Y. девятой плоскости памяти Е8 соответственно соединены между собой линией считывания.

Селектор координат и направления признаков состоит из сети логических схем, причем для определения координат начальных и конечных точек знака, а также для определения контуров знака логические схемы через провода соединены с подключенными к растровому оператору элементами блока памяти.

Для получения координат и направления признаков с целью прослеживания контуров знака предусмотрены схемы, выполняющие логическую операцию «И», а для соединения между элементами растрового оператора и схемами, выполняющими логическую операцию «И», служит следующее правило:

Pl =rO r1 «2 «8

Р2= rO «1 «2 «8 r3 r4

P3= «О r2 «3 r4

Р4= «О «2 rÇ «4 r5 r6

Р5= «О r4 r5 r6

Р6= «О «4 r5 r6 «7 r8

Р7 = «О r6 «7 «8

Р8 = rO r6 r7 «8 «1 «2

Для нахождения начальных и конечных точек контура знака предусмотрены схемы, выполняющие логические операции «И» и

«ИЛИ», причем для соединения элементов растрового оператора с этих схем существует следующее правило:

А = rQ rl rÇ.r2-r8 (r5+ r6+ «7), а для конечной точки контура:

Е = rO r5. r6 r7 r8 (rl + r2+ «3).

З0

Выходы селектора координат и направления признаков через схемы для выполнения логической операции «ИЛИ» соединены со входами координатных счетчиков узла координатных счетчиков.

Для соединения координатного счетчика Х с выходами селектора координат и направления признаков действует следующее правило:

DÄ = РЗ + Р4+ P5 + Pl + Р7 + Р8 + ZE, причем для положительного направления отсчета действует следующее правило:

V» = P3 + P4 + P5 + ZA, а для отрицательного направления отсчета:

R =Pl + Р7+ Р8

Для соединения координатного счетчика У с выходами селектора координат и направлепия признаков служит следующее правило:

D, = Pl + Р2 + P3+ P5 + P6 + Р7 + ZE, причем для положительного направления отсчета действует правило:

V, = P5+ P6+ P7+ ZA, а для отрицательного направления отсчета имеет место

R, = Pl +P2+P3

В блоке управления предусмотрена схема для проведения логической операции «И», первый вход которой соединен со считываюшим генератором тактовых импульсов, а ее второй отрицательный вход через бистабильный узел — с выходом селектора координат и направления признаков.

Сегментный селектор содержит логический дешифратор для сравнимого запоминания двух признаков координат и направления из схемы сложения, в которой определяется разница обоих признаков координат и направления по величине и знаку, из счетчика изменения направления, в котором цифровые изменения направления запоминаются с соответствующим знаком и который соединен со схемой сложения, и из системы логических переключающих и пороговых схем, образующих логический узел, который для опознавания критериев образования сегментов соединен с выходами схемы сложения и счетчика изменения направления.

Анализатор открытости выполнен таким образом, что первые его входы соединены с выходами селектора определения координат и направления признаков. Предусмотрены счетчики, которые подсчитывают ортогональные и диагональные шаги при определении контуров знака, и их выходы соединены с аналого-цифровыми преобразователями, а последние — с суммирующим усилителем, в котором рассчитывается длина дуги открытости.

Вторые входы анализатора открытости соединены с выходами промежуточного блока запоминания конечных точек. Аналого-цифровые преобразователи преобразуют цифровые начальные и конечные значения точек и через

3i7i39T6 суммирующие усилители, квадраторы и через еще один суммирующий усилитель соединены с блоком извлечения корня, в котором вычисляется длина открытости структуры. Выходы блока извлечения корня и суммирующего усилителя, в котором происходит вычисление длины дуги, соединены с известной схемой деления для получения отношения длины раствора к длине дуги.

Предложенное устройство обеспечивает надежное опознавание знаков и структур, имеющих нелинейные искажения. Оно исполняет эту операцию с очень низкими экономическими затратами и с такими незначительными погрешностями, которые не могут быть достигнуты на известных устройствах.

На фиг. 1 показаны различные формы исполнения нуля, А и 3; на фиг. 2 — отрезок линии, на котором определены длина растра и длина дуги; на фиг. 3 — открытость некоторых простых геометрических фигур; на фиг.

4 — знак в бинарном растровом поле; на фиг. 5 — параметры направления, с помощью которых снимается знак; на фиг. 6 — блочная схема устройства для опознавания знаков; на фиг. 7 — пример исполнения селектора координат и направления признаков; на фиг. 8— взаимодействие рецепторного блока, блока памяти, а также соответствующего блока управления считыванием знаков и селектора координат и направления признаков; на фиг. 9— пример исполнения сегментного селектора и интегратора; на фиг. 10 — пример исполнения анализатора открытости; на фиг. 11— пример исполнения анализатора положения.

Для лучшего понимания принципа действия устройства вначале приводятся некоторые теоретические положения.

В психологии восприятия замкнутость известна как описывание любой геометрической линии без начала и конца. В противоположность замкнутости открытость является геометрической линией, имеющей начало и конец.

Если рассмотреть знаки письма большого числа различных видов почерков (шрифтов), то обнаружится, что специфика знаков (состоит именно в том, что хотя геометрическая форма знаков и очень различна, но как раз открытость (или замкнутость) представляет собой инвариантную меру по отношению ко всем линейным и нелинейным изменениям знаков.

Если рассматривать эти знаки независимо от их индивидуального исполнения как относящиеся к одному классу при опознавании знаков шрифта, то становится необходимым определение величины, которая отражает открытость или замкнутость геометрических линий независимо от их индивидуальной формы.

Поскольку замкнутость mg и открытость то должны представлять собой два дополняющих друг друга математических выражения:

mg+mo=1, то безразлично, какую величину рассматривать (по причинам большей простоты расчеты ведутся по открытости).

Определение величины фиг. 2) является простым. а

mo = —, S открытости (см. при этом то может принимать значения между «О» и «1».

Представление о величине mo в случае простых геометрических образований дает фиг. 3.

1р Прямая имеет максимальную, а окружность (или также любой многоугольник) минимальную степень открытости. Между ними располагаются всевозможные открытые конфигурации с различной степенью открытости. Как

15 уже видно из формулы открытость зависит от отношения величины раствора к длине дуги, откуда непосредственно результируется инвариантность ко всем линейным искажениям.

Инвариантность к нелинейным искажениям

2р вытекает из свойства открытости представлять различного вида геометрические фигуры с одинаковой степенью открытости.

В бинарном растровом поле выявляется особенно простая возможность расчета откры25 тости. Обозначив символами О„и О„разницу между концевыми точками замкнутости по осям координат х и у, получаем для величины растра

Зр

a = D,+Dy.

Если среднюю ширину растровой ячейки или среднее расстояние между двумя растровыми точками обозначить lm, а количество растровых ячеек или растровых точек для разЗ5 личения обеих концевых точек на осях координат х и у обозначить О„„и D„„„„, то

В.=l .D D 1. D„, 2 2 а =1 у 0„,.+О„

4р

Если для вычисления длины дуги S рассмотреть только два соседних растровых поля или растровых точки, то окажутся лишь две возможности:

45 зачерненные растровые ячейки ортогональны:

D,=1; D„=0 mrH D 0; D„ =1, отсюда для среднего самого малого участка дуги получается:

S =l и зачерненные растровые ячейки диагональны: ах 1 1 лу 1>

55 тогда для среднего самого малого диагонального участка дуги получается:

S. = )/2-l .

Если обозначить 00 и D,О возможные бр элементарные изменения по осям Х, У, которые равны L или 0 в зависимости от того, происходит или нет изменение координат, то для всей длины дуги $ получим сумму открытости B через все зачерненные растровые

65 поля.

373976

11

01

11

01

01

11

+0,95

+0,45 — 0,65 — 0,75

+0,65

+0,95

S =,, 1 (В О+ D„,Π— 0,586 0,0.0„уO)

И наоборот, если предположить, что минимальный отрезок дуги — все равно ортогонально или диагонально взаимно расположены растровые поля — имеет длину 5„=1, то для длины дуги получим:

$=, l (D 0+D„„O — D O D„O).

Точная величина S с помощью приведенных уравнений может быть определена лишь приближенно.

Для практических расчетов достаточно хорошее приближение дает соотношение:

5 = 1,2 1 (В„,О+ О„уΠ— Э„лО В„уО).

Из вышеприведенных уравнений получаем:

)/ . + >» то=

1З 2 Я «0 + 1 пу0 ах0 КЯ

Это отношение является основой для количественного определения величины открытости.

Любой знак в самом общем смысле состоит из большого числа открытых или замкнутых частичных образований, поэтому знак в системе опознавания «описывается» с помощью ряда измеряемых величин. Открытость согласно этой формуле представляет очень общее свойство знака. Приведенное отношение дает только лишь амплитуду открытости. Полное описание этого свойства получится, если к амплитуде добавить относительное положение открытости и направление, в котором образование является открытым.

Применительно к специальной проблеме опознавания знаков шрифтов оказывается, что знаки можно точно охарактеризовать с помощью четырех параметров направления Z1, Z2, 23, Z4 (фиг. 5), а также четырех отношений положения и амплитуды открытости даже при опознавании любых видов шрифта, а также знаков, написанных от руки. Таким образом, для описания знаков в технической системе опознавания выявляется группа векторов следующего вида: значение направления, значение положения, амплитуда открытости.

При решении специальной проблемы опознавания шрифтовых знаков для первых двух параметров достаточно указание соответственно двух бинарных точек.

При этом:

Z1 00

Z2 10

Z3 01

Z4 11 обозначают кодовые точки направления.

Если открытость занимает всю ширину или длину знака, то она обозначается с помощью информации положения 11. Если она меньше

65 общей длины знака, то необходимо определить, находится она справа или слева, или же вверху или внизу.

При этом 10 означает «слевая или «вверху», 01 — «справа» или «внизу».

Если четыре направления жестко заданы ьышеописанным образом и соответственно снимаются линии, то с самого начала неясно, вогнутая или выпуклая эта кривая, поэтому значение амплитуды открытости получает еще и данные о характере кривой, а именно положительный знак для вогнутой кривой и отрицательный знак для выпуклой кривой.

Например, для знака (см. фиг. 5) описание должно было бы быть следующим:

Направление Положение Амплитуда

Предлагаемое устройство содержит селектор координат и направления признаков 1, блок управления 2 считыванием знака, сегментный селектор 8 с интегратором 4, анализатор открытости б и анализатор положения б.

Все остальные узлы выполняются или уже известными техническими способами, как например, рецепторный блок 7, классификатор

8, или на обычных логических схемах, как например, блок промежуточной памяти 9 для концевых точек и векторный анализатор признаков 10.

На фиг. 6 элементы устройства представлены в виде блоков, которые соединены проводниками в рабочую схему. В принципе устройство работает следующим образом.

Подлежащий опознанию сигнал снимается известным образом рецептором 7 и записывается на блок памяти 11. Блок памяти, который выполнен обычным образом, в виде точечного или поверхностного растрового запоминающего устройства, опрашивается блоком управления 2. Содержимое блока памяти 11 обрабатывается селектором координат и направления признаков 1. Для ведения контура знака выход селектора координат и направления признаков соединен с блоком управления

2, Одновременно выход селектора координат и направления признаков 1 соединен с сегментным селектором 8, который сегментирует отдельные части считанного знака. Для перехода через разрывы контура знака предусмотрен интегратор 4, который соединен с блоком управления 2. Далее интегратор 4 соединен с сегментным селектором 8, чтобы в обнаруженных конечных точках определить, действительно ли это конечная точка или же речь идет о разрыве в контуре знака. Конечные точки запоминаются блоком промежуточной памяти 9. Блок управления 2 для выдачи ко373976 ою П

iРпг. 11

Составитель В. Кудрявцев

Техред Т. Курилко

Корректор Е. Талалаева

Редактор Е. Семанова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1730/9 Изд. № 1392 Тираж 647 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5