專利名稱：光學符號的特征識別法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學符號識別方法與裝置，屬于計算機數(shù)據(jù)識別技術(shù)領(lǐng)域。
隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，用計算機處理繁雜事務越來越普遍，如標準化考試閱卷，選票統(tǒng)計，干部考評等均可借助光電處理機迅速地完成。這類工作對象的共同特征是用涂黑的光學符號來區(qū)別選擇。
在光學符號識別設(shè)備中，一般可使用與光學符號位置相對應的一排光電傳感器組成光學符號閱讀頭〔1〕，隨著載有光學符號信息的載體(一般為紙張)對應于閱讀頭的垂直運動，每一光電傳感器可采集下對應光學符號位的信息〔2〕。光電傳感器輸出反應出光學符號位灰度信息的電信號，并可通過模擬/數(shù)字變換器把電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送至計算機進行判別處理〔3〕。
由于一般為紙的載體在光電傳感器的掃描中會產(chǎn)生一定幅度的噪音電平，或稱背景噪音信號，必須用光電傳感器及相應硬件減法電路來減少紙張背景噪音信號對符號識別的影響〔4〕。也可以用一個光電傳感器及相應電路來檢測載體背景區(qū)域信號，用另一套電路來檢測采集光學符號位的信號，并把所有點的信號記錄下來，通過監(jiān)測從背景區(qū)域到光學區(qū)域的信號有無變化來確定對應光學符號位的信息狀態(tài)，并通過對光學符號位狀態(tài)的判定來識別出光學符號位所表示的數(shù)據(jù)信息〔5〕。這樣，至少要使用兩套硬件電路，使得線路復雜，成本較高。
背景噪音信號的變化是沒有規(guī)律的，現(xiàn)有技術(shù)只取信號一個沿的變化來判別符號位是否涂黑，這樣，噪音的沿變化趨勢有可能與涂黑信號沿的變化趨勢一致，經(jīng)常會將噪音信號錯當成涂黑信號，識別準確性較差。
本發(fā)明旨在克服已有技術(shù)的缺點，提出了一種新的識別方法，使用簡單的電路，提高光學符號識別的準確性。
本發(fā)明的中心在于光學符號位的雙沿識別和區(qū)域典型值的得出，以及在此基礎(chǔ)上對有關(guān)線路的簡化。其詳細內(nèi)容如下載有光學符號數(shù)據(jù)信息的載體相對于光學符號閱讀頭做垂直運動，實現(xiàn)閱讀頭對光學符號位的光學掃描。光電傳感器輸出端連接于A/D轉(zhuǎn)換器上，把光電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送至微處理器內(nèi)進行處理及存貯。如圖一所示。其中微處理機和存貯器部分，可以在光電信息處理機內(nèi)配置，也可以借用計算機內(nèi)的，以降低光電符號閱讀器的生產(chǎn)成本。
信息的載體一般為紙張，載體又叫光學符號數(shù)據(jù)信息卡，兩側(cè)印有黑色塊，組成兩列同步框。如圖2所示。同步框作用是把信息卡上的區(qū)域分為光學符號位區(qū)域和背景區(qū)域，與同步框平行的為光學符號位區(qū)域，光學符號信息位即印在這一區(qū)域內(nèi)，同步框之間的區(qū)域為背景區(qū)域。光電傳感器的響應頻率使得它可以在每個上述的區(qū)域中采集多次，并把每次采集的數(shù)據(jù)送入微處理機處理存貯。
紙載體在光電傳感器的掃描中會產(chǎn)生一定幅度變化無規(guī)律的噪音電平。圖3所示。
為了有效的消除背景噪音電平的影響，使用簡單的硬件電路，提高光學符號識別的可靠性，每一光電傳感器均擔負有采集背景信號與采集光學符號位信號的任務，對每一光學符號位識別之前，先分別采集光學符號位前區(qū)域(F)信號，光學符號區(qū)域(O)和光學符號位后區(qū)域(B)信號，并分別計算出各區(qū)域信號的典型值。
典型值的計算方法是在背景區(qū)中，將所有采集下的信號中找出最大的值作為背景區(qū)域典型值;在光學符號位區(qū)中，在所有的采集信號中找出最小值作為典型值。
三個區(qū)域典型值分別代表了背景信號與符號位信號的情況。通過這三個典型值可以得到該光學符號位信號二個邊沿的變化情況。對已涂過黑(含有碳分量的鉛筆涂黑)的光學符號位，由于碳分量對光有較強的吸收作用，使得光電傳感器對這一區(qū)域掃描時輸出信號有一定程度的下降，下降的幅度與碳分量的多少有關(guān)。
由于同步框的分隔作用，一個光學符號位完整信號區(qū)域包含在光學符號位前后區(qū)域之間，其中前區(qū)域(F)與光學符號位(O)之間對應了信號的前沿，涂黑時光電傳感器輸出信號前沿的變化呈下降趨勢，斜率為負，如圖4中a線所示;光學符號位區(qū)域(O)與后背景區(qū)域(B)之間對應了信號的后沿，涂黑時光電傳感器輸出信號后沿的變化呈上升趨勢，斜率為正，如圖4中b線所示;這就是涂黑光學符號位的信號特征，即雙沿的變化方向一負一正。
對于未涂黑的光學符號位在上述三個區(qū)域內(nèi)的信號變化只是對應了載體背景噪音的變化。噪音信號變化無規(guī)律，但其雙沿的變化卻是方向一致，如圖4中線6的斜率線a′、b′均為負，圖4中線7中斜率線a″，b″斜率為零，圖4中線8中斜率線a′″、b′″，斜率均為負。
一般情況下對應于前沿或者后沿的區(qū)域中，噪音變化方向可能與涂黑信號變化趨勢相同，但在二個邊沿上都與涂黑信號變化趨勢相同的幾率極小，因此可以通過二個沿變化方向濾掉大部分噪音信號干擾，即使有極小的可能使噪音電平在上述區(qū)域內(nèi)與涂黑信號兩個沿的變化趨勢卻相同，由于光學符號位前后背景區(qū)域之間包含的面積很小，背景噪音信號在此區(qū)域內(nèi)不可能有大的變化幅度。因而可以用一個反映背景噪音電平幅度的門限值M，去與兩個沿變化的平均值相比，以實現(xiàn)把噪音電平與涂黑信號的最終區(qū)分開和對光學符號位的識別。對每一個光學符號位而言，其背景后區(qū)域即為下符號位的背景前區(qū)域。
應用本發(fā)明的特征識別法，可使電路簡化成圖6所示的情況，只需要使用n個光電傳感器，n的數(shù)目與紙載體上符號位列的數(shù)目相同，傳感器將采集下的信號送往模擬/數(shù)字變換器，最后再進行計算機處理與貯存。準確率很高。n＝20-32。


圖1.本發(fā)明使用的硬件結(jié)構(gòu)框圖。其中，V是帶有信息的載體，O/E是光電傳感器，A/D是模擬/數(shù)字變換器，C是微處理機，S是貯存器。
圖2.本發(fā)明所用載體部分圖案。其中，1.同步框，2.涂黑符號位，3.未涂黑符號位，4.背景區(qū)。
圖3.本發(fā)明所用載體的背景信號。
圖4.本發(fā)明涂黑信號與未涂黑符號位信號的雙沿變化示意圖。其中，F(xiàn)是符號位前背景區(qū)，O是光學符號位區(qū)域，B是符號位后背景區(qū)域;5.涂黑信號，6-8.未涂黑符號位信號;a、a′、a″，a′″是前沿斜率線，b、b′、b″、b′″是后沿斜率線。
圖5是本發(fā)明的實施例1識別程序示意。其中，9.采集信號值，計算典型值并存貯，10.后區(qū)值轉(zhuǎn)為前區(qū)值，繼續(xù)此過程;E1前沿變化，E2后沿變化，E0平均變化值，M門限值，“1”和“0”是一種計算機符號位狀態(tài)。
圖6.本方法所用的簡化電路。+E電源，R.電阻，A/D模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，1-n光電傳感器。
下面是
具體實施例方式實施例1.
如圖5所示。
第一步在同步框的導引下分別采集光學符號位的前背景區(qū)、光學符號位區(qū)及后背景區(qū)的信號值，計算出對應的典型值X、Y、Z，分別保存于內(nèi)存之中。
第二步計算前后沿變化，E1＝X-Y，E2＝Z-Y。
第三步判斷E1是否大于零，是，則繼續(xù)判斷E2是否大于零，否，則不是涂黑信號，狀態(tài)記為“0”。
第四步判斷E2是否大于零，是，則繼續(xù)計算E0;否，則不是涂黑信號，狀態(tài)記為“0”。
第五步計算雙沿平均變化值E0，E0＝(E1+E2)/2。
第六步判斷E0是否大于門限值，是，則為涂黑信號，狀態(tài)記為“1”;否，則不是涂黑信號，狀態(tài)記為“0”。
以上三次篩選，可準確地判斷出哪些是涂黑信號。
第七步把本光學符號位的后區(qū)值轉(zhuǎn)為一個光學符號位的前區(qū)值，繼續(xù)進行上述程序，直到全部符號位都處理完。
實施例2.應用舉例應用本發(fā)明設(shè)計光學符號閱讀器EC-Ⅱ型，使用24對光電傳感器做光電采集頭，n＝24光電傳感器的輸出信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器，再送微處理器存貯和處理。光學符號識別方法以代碼程序的形式固化于EPROM存貯器之中，光學符號閱讀器中的微處理機，根據(jù)此程序來實現(xiàn)對光學符號的識別。光學符號閱讀器內(nèi)裝有機械傳動機構(gòu)，把載有光學符號信息的數(shù)據(jù)卡傳送至光電采集頭，以實現(xiàn)光電掃描。
使用光學符號特征識別法，可使高考閱卷判分的準確率達99.9%。EC-Ⅱ型光學符號閱讀器在山東省人民代表大會的選票處理中，準確率達100%。
本發(fā)明方法用于光電符號閱讀器的設(shè)計中，可簡化硬件電路。提高符號識別的準率性。這樣，對于載體紙張的質(zhì)量、印刷誤差的要求可相應降低，對于答卷者的涂黑要求也可降低，從而使得光電信息處理機能更普遍更廣泛地用于各項工作。
參考文獻〔1〕J60214573〔2〕W08600159〔3〕US4219736〔4〕J57104362〔5〕FR256041權(quán)利要求
1.一種光學符號特征識別法，包括信息的送入，利用光電傳感器組成光電符號閱讀頭，電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由微處理機進行判別處理后送入存貯器，其特征在于，每一光電傳感器同時擔負有采集背景信號與采集光學符號位信號的任務；載體的同步框?qū)⒐鈱W符號位完整信號區(qū)包含在光學符號位前后兩個區(qū)域，其中前區(qū)域與光學符號位之間對應了符號的前沿，后區(qū)域與光學符號位對應了符號的后沿，輸出信號在前后沿的變化趨勢，對于涂黑信號是不相同的，對于未涂黑信號和背景信號是相同的，以此區(qū)分涂黑信號與噪音信號；在背景區(qū)中，取所有采集下的信號中最大值作為背景區(qū)域的典型值，在光學符號位區(qū)中將所有采集信號中最小值做為符號區(qū)的典型值；本發(fā)明所用光電傳感器的數(shù)目n與載體上符號位列的數(shù)目相同，n一般在20-32之間。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，雙沿變化方向一負一正的信號是涂黑的光學符號位，雙沿變化方向均為正或負或零的信號是未涂黑信號和背景信號。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，光電傳感器的數(shù)目以n＝24為佳。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，雙沿平均變化值E。大于門限值M的是涂黑信號，E小與M的是未涂黑信號和背景信號。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，微處理機和存貯器部分可以借用普通計算機內(nèi)的，也可以在光電符號閱讀器中單獨設(shè)置。
全文摘要
一種光學符號特征識別法，屬于計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域。使用n個光電傳感器組成閱讀頭，對載有光學符號信息的載體掃描，通過模擬/數(shù)字變換器把電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再送計算機處理，雙沿變化方向不一致的是涂黑光學符號位，雙沿變化方向一致的是未涂黑信號位。本發(fā)明簡化了硬件電路，提高了識別準確率，高考閱卷判分準確率在99.9％以上，選票閱票處理準確率100％。
文檔編號G06K7/10GK1046994SQ8910530
公開日1990年11月14日 申請日期1989年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月1日
發(fā)明者王建青 申請人:山東大學