Оптические системы распознавания знаков
Наиболее простой технической идеей реализации устройства, распознающего знаки, является метод поочередного сравнения каждого знака алфавита с шаблоном. Указанное сравнение можно проводить путем проектирования изображения знака на прозрачный шаблон к измерения проходящего света. Очевидно, что максимальное количествосвета пройдет в случае полного совпадения знака и шаблона. Такое устройство представляет собой не что иное, как оптический коррелятор. Для большей надежности оказывается целесообразным сравнивать, позитивные и негативные изображения с соответствующими шаблонами.
Однако рассмотренная система громоздка, требует сложных механических устройств смены шаблонов и является в связи с этим медленно действующей.
Развитием этой идеи является создание электрических шаблонов. Как видно, сущность метода состоит в следующем. Распознаваемые изображения поочередно проектируются на матрицу фотоэлементов. Количество света определяется путем сложения токов отдельных фотоэлементов. Для каждой буквы складываются токи только тех фотоэлементов, которые должны быть затенены, пусть это будут например буквы Л и У. При проектировании на матрицу буквы Л напряжение на выходе Л будет пропорционально сумме напряжений на всех Rw, напряжение на выходе У будет заведомо меньшим, так как здесь суммируются лишь напряжения выходов, общих для Л и У. Для большей надежности и в электрическом шаблоне можно создать негативное изображение, снимая напряжение с инвертированных выходов каждого фотоэлемента. Тогда каждому изображению будут соответствовать два выхода. Следует принять решение о наличии той буквы, при которой оба выходных сигнала будут наибольшими. При реализации такой схемы увеличение числа фотоэлементов позволит различить большие тонкости в изображениях. Число фотоэлементов можно увеличить, применив вместо матрицы фотоэлементов телевизионную трубку, например, трубку типа «видикон». Считывание с фотоэлементов осуществляется в этом случае путем последовательного обегания их электронным лучом.
Спроектировав изображение на телевизионную трубку и осуществив развертку, можно полученную последовательность импульсов подать на сдвиговый регистр. К концу развертки такой регистр будет заполнен последовательностью нулей и единиц, образующей код данного образа. Напряжения выходов соответствующих разрядов регистра суммируются с помощью набора сопротивлений. Каждому знаку соответствует определенный набор сопротивлений, подключенных к определенным разрядам регистра. В этом методе, так же как и в предыдущем, каждому образу соответствует свой выход, являющийся результатом суммирования со своим весом напряжений соответствующих разрядов. Вес определяется величиной сопротивлений. Такое устройство также является коррелятором, потому что осуществляет все операции необходимые для нахождения корреляционной функции: умножение каждого слагаемого на свой вес и суммирование. Преимущества устройства с телевизионной трубкой состоит в том, что в нем значительно больше число знаков кода ввиду гораздо большей, чем у матрицы фотоэлементов, разрешающей способности телевизионной трубки.
Код с большим числом знаков позволяет использовать не все разряды, а только наиболее информативные. Какие разряды информативны, какие величины сопротивлений Ri (веса) для каждого разряда наиболее целесообразно выбрать? Эти вопросы, оказывается, можно решить только экспериментально, путем подбора, если неизвестны статистические свойства образов.
Очевидно, что указанный подбор сопротивлений, являющийся настройкой распознающего автомата, можно рассматривать как обучение автомата; желательно трудоемкий процесс подбора места и величины подключаемого сопротивления автоматизировать. Как будет показано ниже, устройство, называемое перцептроном, осуществляет такую автоматическую перестройку.
Рассмотрим еще несколько характерных схем распознающих устройств. Были предложены системы разверток, «осматривающие» матрицу фотоэлементов хаотически (что эквивалентно случайным связям входных элементов) и дающие на выходе код, по своим свойствам приближающийся к случайному. Это обеспечивает лучшие условия для распознавания.
В некоторых системах распознавания печатных знаков шли на специализацию знаков. Например, каждая буква печаталась не сплошными линиями, а тонкими штриховыми. Густота линий для разных букв была различна. Во время развертки луч оказывался модулированным разными частотами в зависимости от осматриваемой буквы. В такой системе очень жесткие требования предъявляются к качеству печати каждой буквы, т. е. система мало помехоустойчива.