Устройство для распознавания изображений символов

 

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, в частности к автоматическому чтению печатных текстов и вводу текстовой информации, и позволяет повысить быстродействие. Устройство содержит телевизионный датчик 1, блок 2 памяти эталонов, блок 3 памяти весовых коэффициентов, блок 4 управления, блок 5 сравнения, накапливающий сумматор 6 и блок 9 принятия решения. Технический результат достигается за счет того, что в устройство введены блок 7 памяти количества элементов шаблона и блок 8 деления. 4 ил.

Изобретение относится к автоматике и цифровой вычислительной технике и может найти применение при построении устройств автоматического чтения печатных текстов и ввода текстовой информации с бумажных носителей в ЭВМ.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство для идентификации текстовых изображений, содержащее телевизионный датчик, блок сравнения, блок управления, блок памяти эталонов, блок памяти весовых коэффициентов, умножитель, накапливающий сумматор, блок принятия решения (а. с. 1543431 СССР, кл. G 06 К 9/00, опубл. 15.02.90, БИ 6).

Недостатком указанного устройства является низкое быстродействие, обусловленное неоднократным выполнением операции умножения в процессе работы.

Технической задачей изобретения является увеличение быстродействия устройства.

Техническая задача решается тем, что в устройство для идентификации текстовых изображений, содержащее блок сравнения, блок памяти эталонов, блок принятия решения, блок памяти весовых коэффициентов, накапливающий сумматор, блок управления и телевизионный датчик, информационный вход которого является входом устройства, а выход подключен к информационному входу блока сравнения, другой вход которого подключен к выходу блока памяти эталонов, выход блока принятия решения является выходом устройства, вход блока управления является входом начальной установки устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены блок памяти количества элементов шаблона и блок деления, причем выход блока памяти весовых коэффициентов соединен с третьим входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен со входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с первым входом блока деления, второй вход блока деления соединен с выходом блока памяти количества элементов шаблона, выход блока деления соединен со входом блока принятия решения, первый выход блока управления соединен с адресным входом телевизионного датчика, первым адресным входом блока памяти эталонов и первым адресным входом блока памяти весовых коэффициентов, второй выход блока управления соединен со вторым адресным входом блока памяти эталонов, вторым адресным входом блока памяти весовых коэффициентов, адресным входом блока памяти количества элементов шаблона и вторым информационным входом блока принятия решения, третий выход блока управления соединен с управляющим сложением входом накапливающего сумматора, четвертый выход блока управления соединен со входом обнуления накапливающего сумматора, пятый выход блока управления соединен с управляющим входом блока деления, шестой выход блока управления соединен с управляющим входом блока принятия решения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлены примеры символов и их шаблоны, на фиг. 2 - блок-схема устройства, на фиг. 3 - схема блока управления, на фиг. 4 - схема блока принятия решения. Устройство для распознавания изображений символов содержит телевизионный датчик 1, блок памяти эталонов 2, блок памяти весовых коэффициентов 3, блок управления 4, блок сравнения 5, накапливающий сумматор 6, блок памяти количества элементов шаблона 7, блок деления 8, блок принятия решения 9. Блок управления содержит генератор импульсов 10, элемент И 11, счетный триггер 12, счетчик элементов 13, элемент ИЛИ 14, элемент ИЛИ 15, блок задержки 16, счетчик эталонов 17, причем информационный вход 18 телевизионного датчика 1 является входом устройства, выход телевизионного датчика 1 подключен к информационному входу блока сравнения 5, второй вход которого подключен к выходу блока памяти эталонов 2, третий вход блока сравнения 5 подключен к выходу блока памяти весовых коэффициентов 3, выход блока сравнения 5 подключен к информационному входу накапливающего сумматора 6, выход которого соединен с первым информационным входом блока деления 8, второй информационный вход блока деления 8 соединен с выходом блока памяти количества элементов шаблона 7, выход блока деления 8 соединен с первым информационным входом блока принятия решения 9, выход 20 которого является выходом устройства 2, первый выход блока управления 4 соединен с адресным входом телевизионного датчика 1, первым адресным входом блока памяти эталонов 2 и первым адресным входом блока памяти весовых коэффициентов 3, второй выход блока управления 4 соединен со вторым адресным входом блока памяти эталонов 2, вторым адресным входом блока памяти весовых коэффициентов 3, адресным входом блока памяти количества элементов шаблона 7 и вторым информационным входом блока принятия решения 9, третий выход блока управления 4 соединен с управляющим сложением входом накапливающего сумматора 6, четвертый выход блока управления 4 соединен со входом обнуления накапливающего сумматора 6, пятый выход блока управления 4 соединен с управляющим входом блока деления 8, шестой выход блока управления соединен с управляющим входом блока принятия решения 9, вход 19 блока управления 4 является входом начальной установки устройства.

Устройство в работе использует ноль-единичные коэффициенты семантической значимости отдельных зон изображения. Участкам изображения с высокой семантической значимостью присваивается коэффициент семантической значимости, равный единице. Остальным участкам изображения присваивается коэффициент семантической значимости, равный нулю. Коэффициенты семантической значимости для каждого эталонного изображения символа выбираются следующим образом.

Эталонное черно-белое изображение разворачивается по строкам и интерпретируется как одномерный массив данных. Причем для черных участков изображения значение соответствующего элемента массива равно плюс единица, для белых участков изображения - минус единица.

В качестве значимых элементов графических изображений выбираются элементы, для которых выполняется следующее условие где S_i ^m - i-й элемент эталонного изображения m; i= 1,2, . . . , N; S_i ^m= { -1, +1} S_i ⁰ - i-й элемент рассматриваемого эталона; N - число элементов массива; М - количество эталонов; q(S^mS⁰)- перекрытие между эталонами S^m, S⁰
Полученные коэффициенты семантической значимости записываются в блок памяти весовых коэффициентов. Элементы эталона, для которых соответствующие коэффициенты семантической значимости равны единице, называются шаблонными и составляют шаблон эталонного изображения. На фиг. 1а показан пример изображений символов и на фиг. 1б шаблоны этих символов. В блок памяти записывается количество элементов шаблона. Во время работы сравниваются шаблонные элементы каждого эталона с рассматриваемым изображением. Для каждого эталона определяется среднее количество совпадений. Результатом является номер эталона, для которого среднее количество совпадений является максимальным. Увеличение производительности достигается заменой операции умножения на операцию сравнения. Операция деления для каждого эталона выполняется однократно.

Назначение блоков устройства для распознавания изображений символов состоит в следующем (фиг. 2).

Телевизионный датчик 1 предназначен для преобразования оптического изображения символов в электрический сигнал, соответствующий значениям яркости отдельных точек изображения.

Блок памяти эталонов 2 служит для хранения эталонных изображений символов.

Блок памяти весовых коэффициентов 3 предназначен для хранения весовых коэффициентов эталонных изображений символов.

Блок сравнения 5 выполняет сравнение на совпадение поступающих на его вход значений.

Накапливающий сумматор 6 служит для определения общего количества совпадений шаблонных элементов одного эталона с соответствующими элементами рассматриваемого изображения символа.

Блок памяти количества элементов шаблона 7 введен для хранения количества шаблонных элементов каждого эталонного изображения.

Блок деления 8 предназначен для определения среднего количества совпадений для одного эталонного изображения.

Блок управления 4 (фиг. 3) управляет работой устройства. В его состав входят генератор импульсов 10, элемент И 11, счетный триггер 12, счетчик элементов 13, элемент ИЛИ 14, элемент ИЛИ 15, блок задержки 16, счетчик эталонов 17.

Генератор импульсов 10 генерирует тактовые импульсы.

Счетчик элементов 13 предназначен для определения номера текущего элемента изображения и эталона. Разрядность счетчика определяется количеством элементов эталона. Выход счетчика элементов 13 является первым выходом устройства управления. Выход переноса счетчика элементов 13 является четвертым выходом блока управления.

Блок задержки 16 обеспечивает задержку прохождения импульса на время, необходимое для выполнения деления. Выход блока задержки 16 является шестым выходом блока управления.

Счетчик эталонов 17 предназначен для определения номера текущего эталона. Разрядность счетчика определяется количеством эталонов. Выход счетчика эталонов 17 является вторым выходом блока управления.

Элемент И 11, счетный триггер 12, элемент ИЛИ 14 управляют прохождением тактовых импульсов на счетчик элементов 13 и счетчик эталонов 17. Выход элемента И 11 является третьим выходом блока управления.

Элемент ИЛИ 15 предназначен для выдачи сигнала установки в ноль накапливающего сумматора 6. Выход элемента ИЛИ 15 является пятым выходом блока управления.

Блок принятия решения 9 (фиг. 4) определяет номер эталонного изображения символа, для которого среднее количество совпадений максимальное. В его состав входят регистр хранения результата деления 21, регистр хранения номера эталона 22, блок сравнения 23, элемент И 24. Вход регистра хранения номера эталона является вторым входом блока принятия решения. Выход регистра хранения номера эталона 22 является выходом 20 устройства.

Устройство работает следующим образом.

На вход 19 подается импульс, устанавливающий устройство в начальное состояние. При этом накапливающий сумматор 6 устанавливается в нулевое состояние, в блоке управления 4 устанавливаются в ноль счетчик элементов 13, счетчик эталонов 17 и счетный триггер 12. Нулевое значение счетного триггера 12 разрешает прохождение импульсов на счетный вход счетчика элементов 13. Телевизионный датчик 1 преобразует оптическое изображение символа, считанное со входа 1, в электрический сигнал. На выходе телевизионного датчика 1 формируется двоичный сигнал, соответствующий значениям яркости в точках исследуемого изображения. Темным участкам изображения в соответствие ставится единица, светлым - ноль. Телевизионный датчик 1 считывает одну точку оптического изображения символа по адресу, установленному счетчиком элементов 13 блока управления. Сигнал с выхода телевизионного датчика 1 поступает на первый информационный вход блока сравнения 5. На второй информационный вход блока сравнения 5 поступает значение элемента эталона, считанное из блока памяти эталонов 2 по адресу, установленному счетчиком элементов 13 и счетчиком эталонов 17 блока управления 4. На третий информационный вход блока сравнения 5 поступает значение соответствующего весового коэффициента, считанное из блока памяти весовых коэффициентов 3 по адресу, установленному счетчиком элементов 13 и счетчиком эталонов 17 блока управления. Если значения, поступившие от телевизионного датчика 1 и блока памяти эталонов 2, равны, а значение соответствующего весового коэффициента равно единице, на выходе блока сравнения 5 формируется единица, иначе - ноль. Накапливающий сумматор 6 определяет количество единиц для каждого эталона, поступающих с блока сравнения 5. После просмотра всех точек текущего эталона и сравнения их с соответствующими точками оптического изображения символа и весовыми коэффициентами определяется среднее количество совпадений шаблонных элементов. Сигнал переноса со счетчика элементов 13 блока управления 4 поступает на вход блока задержки 16 и через элемент ИЛИ 14 переключает счетный триггер 12 в единицу. Сигнал с инверсного выхода счетного триггера 12 через элемент И 11 блокирует прохождение импульсов на вход счетчика элементов 13. Блок деления 8 выполняет деление результата, считанного с накапливающего сумматора 6, на количество элементов шаблона текущего эталона, считанного из блока памяти количества элементов шаблона 7 по адресу, установленному счетчиком эталонов 13 блока управления 4. Результат деления через первый вход блока принятия решения 9 поступает на блок сравнения 23 и регистр хранения результата деления 21. Через необходимое для выполнения деления время блок задержки 16 блока управления 4 выдает импульс, поступающий на счетный вход счетчика эталонов 13 блока управления 4, через элемент ИЛИ 14 переключает счетный триггер в нулевое состояние и через элемент ИЛИ 15 устанавливает в ноль накапливающий сумматор 6. Этот управляющий импульс через шестой выход блока управления 4 поступает на элемент И 24 блока принятия решения. Если результат деления, поступивший на первый вход блока принятия решения 9, больше значения, хранящегося в регистре хранения результата деления 21, на выходе блока сравнения 23 появляется логическая единица и на выходе элемента И 24 появляется логическая единица, которая является управляющим сигналом записи, поступающим на вход управления записью регистра хранения результата деления 21 и регистра хранения номера эталона 22. В регистр хранения результата деления 21 записывается текущий результат деления, а в регистр хранения номера эталона 22 записывается текущий номер эталона.

Счетный триггер 12 через элемент И 11 разрешает прохождение импульсов от генератора импульсов 10 на счетный вход счетчика элементов 13 и процесс повторяется для следующего эталона.

Оценим преимущества предлагаемого технического решения перед прототипом.

Время Т_n, необходимое прототипу для сравнения одного эталона с изображением символа, определяется следующим образом
T_n= N(t_у+t_сл)
где t_y - время, необходимое для выполнения операции умножения,
t_сл - время, необходимое для выполнения операции сложения,
N - количество элементов эталона.

В предлагаемом устройстве время Т, необходимое для сравнения одного эталона с изображением символа определяется как
T= t_д+Nt_сл,
где t_д - время, необходимое для выполнения операции деления.

T_n-T= Nt_у-t_д.

Предполагая, что на выполнения умножения и деления требуется одинаковое время
T_n-T= t_у(N-1)
Выигрыш во времени по сравнению с прототипом увеличивается пропорционально числу элементов символа. Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает возможность повышения производительности устройства.

Формула изобретения

Устройство для распознавания изображений символов, содержащее блок сравнения, блок памяти эталонов, блок принятия решения, блок памяти весовых коэффициентов, накапливающий сумматор, блок управления и телевизионный датчик, информационный вход которого является входом устройства, а выход подключен к информационному входу блока сравнения, другой вход которого подключен к выходу блока памяти эталонов, выход блока принятия решения является выходом устройства, вход блока управления является входом начальной установки устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены блок памяти количества элементов шаблона и блок деления, причем выход блока памяти весовых коэффициентов соединен с третьим входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен со входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с первым входом блока деления, второй вход блока деления соединен с выходом блока памяти количества элементов шаблона, выход блока деления соединен со входом блока принятия решения, первый выход блока управления соединен с адресным входом телевизионного датчика, первым адресным входом блока памяти эталонов и первым адресным входом блока памяти весовых коэффициентов, второй выход блока управления соединен со вторым адресным входом блока памяти эталонов, вторым адресным входом блока памяти весовых коэффициентов, адресным входом блока памяти количества элементов шаблона и вторым информационным входом блока принятия решения, третий выход блока управления соединен с управляющим сложением входом накапливающего сумматора, четвертый выход блока управления соединен со входом обнуления накапливающего сумматора, пятый выход блока управления соединен с управляющим входом блока деления, шестой выход блока управления соединен с управляющим входом блока принятия решения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4