专利名称：光学符号的特征识别法的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学符号识别方法与装置，属于计算机数据识别技术领域。
随着科学技术的不断发展，用计算机处理繁杂事务越来越普遍，如标准化考试阅卷，选票统计，干部考评等均可借助光电处理机迅速地完成。这类工作对象的共同特征是用涂黑的光学符号来区别选择。
在光学符号识别设备中，一般可使用与光学符号位置相对应的一排光电传感器组成光学符号阅读头〔1〕，随着载有光学符号信息的载体(一般为纸张)对应于阅读头的垂直运动，每一光电传感器可采集下对应光学符号位的信息〔2〕。光电传感器输出反应出光学符号位灰度信息的电信号，并可通过模拟/数字变换器把电信号转换成数字信号送至计算机进行判别处理〔3〕。
由于一般为纸的载体在光电传感器的扫描中会产生一定幅度的噪音电平，或称背景噪音信号，必须用光电传感器及相应硬件减法电路来减少纸张背景噪音信号对符号识别的影响〔4〕。也可以用一个光电传感器及相应电路来检测载体背景区域信号，用另一套电路来检测采集光学符号位的信号，并把所有点的信号记录下来，通过监测从背景区域到光学区域的信号有无变化来确定对应光学符号位的信息状态，并通过对光学符号位状态的判定来识别出光学符号位所表示的数据信息〔5〕。这样，至少要使用两套硬件电路，使得线路复杂，成本较高。
背景噪音信号的变化是没有规律的，现有技术只取信号一个沿的变化来判别符号位是否涂黑，这样，噪音的沿变化趋势有可能与涂黑信号沿的变化趋势一致，经常会将噪音信号错当成涂黑信号，识别准确性较差。
本发明旨在克服已有技术的缺点，提出了一种新的识别方法，使用简单的电路，提高光学符号识别的准确性。
本发明的中心在于光学符号位的双沿识别和区域典型值的得出，以及在此基础上对有关线路的简化。其详细内容如下载有光学符号数据信息的载体相对于光学符号阅读头做垂直运动，实现阅读头对光学符号位的光学扫描。光电传感器输出端连接于A/D转换器上，把光电信号转换成数字信号送至微处理器内进行处理及存贮。如图一所示。其中微处理机和存贮器部分，可以在光电信息处理机内配置，也可以借用计算机内的，以降低光电符号阅读器的生产成本。
信息的载体一般为纸张，载体又叫光学符号数据信息卡，两侧印有黑色块，组成两列同步框。如图2所示。同步框作用是把信息卡上的区域分为光学符号位区域和背景区域，与同步框平行的为光学符号位区域，光学符号信息位即印在这一区域内，同步框之间的区域为背景区域。光电传感器的响应频率使得它可以在每个上述的区域中采集多次，并把每次采集的数据送入微处理机处理存贮。
纸载体在光电传感器的扫描中会产生一定幅度变化无规律的噪音电平。图3所示。
为了有效的消除背景噪音电平的影响，使用简单的硬件电路，提高光学符号识别的可靠性，每一光电传感器均担负有采集背景信号与采集光学符号位信号的任务，对每一光学符号位识别之前，先分别采集光学符号位前区域(F)信号，光学符号区域(O)和光学符号位后区域(B)信号，并分别计算出各区域信号的典型值。
典型值的计算方法是在背景区中，将所有采集下的信号中找出最大的值作为背景区域典型值;在光学符号位区中，在所有的采集信号中找出最小值作为典型值。
三个区域典型值分别代表了背景信号与符号位信号的情况。通过这三个典型值可以得到该光学符号位信号二个边沿的变化情况。对已涂过黑(含有碳分量的铅笔涂黑)的光学符号位，由于碳分量对光有较强的吸收作用，使得光电传感器对这一区域扫描时输出信号有一定程度的下降，下降的幅度与碳分量的多少有关。
由于同步框的分隔作用，一个光学符号位完整信号区域包含在光学符号位前后区域之间，其中前区域(F)与光学符号位(O)之间对应了信号的前沿，涂黑时光电传感器输出信号前沿的变化呈下降趋势，斜率为负，如图4中a线所示;光学符号位区域(O)与后背景区域(B)之间对应了信号的后沿，涂黑时光电传感器输出信号后沿的变化呈上升趋势，斜率为正，如图4中b线所示;这就是涂黑光学符号位的信号特征，即双沿的变化方向一负一正。
对于未涂黑的光学符号位在上述三个区域内的信号变化只是对应了载体背景噪音的变化。噪音信号变化无规律，但其双沿的变化却是方向一致，如图4中线6的斜率线a′、b′均为负，图4中线7中斜率线a″，b″斜率为零，图4中线8中斜率线a′″、b′″，斜率均为负。
一般情况下对应于前沿或者后沿的区域中，噪音变化方向可能与涂黑信号变化趋势相同，但在二个边沿上都与涂黑信号变化趋势相同的几率极小，因此可以通过二个沿变化方向滤掉大部分噪音信号干扰，即使有极小的可能使噪音电平在上述区域内与涂黑信号两个沿的变化趋势却相同，由于光学符号位前后背景区域之间包含的面积很小，背景噪音信号在此区域内不可能有大的变化幅度。因而可以用一个反映背景噪音电平幅度的门限值M，去与两个沿变化的平均值相比，以实现把噪音电平与涂黑信号的最终区分开和对光学符号位的识别。对每一个光学符号位而言，其背景后区域即为下符号位的背景前区域。
应用本发明的特征识别法，可使电路简化成图6所示的情况，只需要使用n个光电传感器，n的数目与纸载体上符号位列的数目相同，传感器将采集下的信号送往模拟/数字变换器，最后再进行计算机处理与贮存。准确率很高。n＝20-32。
图1.本发明使用的硬件结构框图。其中，V是带有信息的载体，O/E是光电传感器，A/D是模拟/数字变换器，C是微处理机，S是贮存器。
图2.本发明所用载体部分图案。其中，1.同步框，2.涂黑符号位，3.未涂黑符号位，4.背景区。
图3.本发明所用载体的背景信号。
图4.本发明涂黑信号与未涂黑符号位信号的双沿变化示意图。其中，F是符号位前背景区，O是光学符号位区域，B是符号位后背景区域;5.涂黑信号，6-8.未涂黑符号位信号;a、a′、a″，a′″是前沿斜率线，b、b′、b″、b′″是后沿斜率线。
图5是本发明的实施例1识别程序示意。其中，9.采集信号值，计算典型值并存贮，10.后区值转为前区值，继续此过程;E1前沿变化，E2后沿变化，E0平均变化值，M门限值，“1”和“0”是一种计算机符号位状态。
图6.本方法所用的简化电路。+E电源，R.电阻，A/D模拟/数字转换器，1-n光电传感器。
下面是
具体实施例方式实施例1.
如图5所示。
第一步在同步框的导引下分别采集光学符号位的前背景区、光学符号位区及后背景区的信号值，计算出对应的典型值X、Y、Z，分别保存于内存之中。
第二步计算前后沿变化，E1＝X-Y，E2＝Z-Y。
第三步判断E1是否大于零，是，则继续判断E2是否大于零，否，则不是涂黑信号，状态记为“0”。
第四步判断E2是否大于零，是，则继续计算E0;否，则不是涂黑信号，状态记为“0”。
第五步计算双沿平均变化值E0，E0＝(E1+E2)/2。
第六步判断E0是否大于门限值，是，则为涂黑信号，状态记为“1”;否，则不是涂黑信号，状态记为“0”。
以上三次筛选，可准确地判断出哪些是涂黑信号。
第七步把本光学符号位的后区值转为一个光学符号位的前区值，继续进行上述程序，直到全部符号位都处理完。
实施例2.应用举例应用本发明设计光学符号阅读器EC-Ⅱ型，使用24对光电传感器做光电采集头，n＝24光电传感器的输出信号经A/D转换器，再送微处理器存贮和处理。光学符号识别方法以代码程序的形式固化于EPROM存贮器之中，光学符号阅读器中的微处理机，根据此程序来实现对光学符号的识别。光学符号阅读器内装有机械传动机构，把载有光学符号信息的数据卡传送至光电采集头，以实现光电扫描。
使用光学符号特征识别法，可使高考阅卷判分的准确率达99.9%。EC-Ⅱ型光学符号阅读器在山东省人民代表大会的选票处理中，准确率达100%。
本发明方法用于光电符号阅读器的设计中，可简化硬件电路。提高符号识别的准率性。这样，对于载体纸张的质量、印刷误差的要求可相应降低，对于答卷者的涂黑要求也可降低，从而使得光电信息处理机能更普遍更广泛地用于各项工作。
参考文献〔1〕J60214573〔2〕W08600159〔3〕US4219736〔4〕J57104362〔5〕FR256041权利要求
1.一种光学符号特征识别法，包括信息的送入，利用光电传感器组成光电符号阅读头，电信号转换为数字信号，由微处理机进行判别处理后送入存贮器，其特征在于，每一光电传感器同时担负有采集背景信号与采集光学符号位信号的任务；载体的同步框将光学符号位完整信号区包含在光学符号位前后两个区域，其中前区域与光学符号位之间对应了符号的前沿，后区域与光学符号位对应了符号的后沿，输出信号在前后沿的变化趋势，对于涂黑信号是不相同的，对于未涂黑信号和背景信号是相同的，以此区分涂黑信号与噪音信号；在背景区中，取所有采集下的信号中最大值作为背景区域的典型值，在光学符号位区中将所有采集信号中最小值做为符号区的典型值；本发明所用光电传感器的数目n与载体上符号位列的数目相同，n一般在20-32之间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，双沿变化方向一负一正的信号是涂黑的光学符号位，双沿变化方向均为正或负或零的信号是未涂黑信号和背景信号。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光电传感器的数目以n＝24为佳。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，双沿平均变化值E。大于门限值M的是涂黑信号，E小与M的是未涂黑信号和背景信号。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，微处理机和存贮器部分可以借用普通计算机内的，也可以在光电符号阅读器中单独设置。
全文摘要
一种光学符号特征识别法，属于计算机数据处理技术领域。使用n个光电传感器组成阅读头，对载有光学符号信息的载体扫描，通过模拟/数字变换器把电信号转换为数字信号，再送计算机处理，双沿变化方向不一致的是涂黑光学符号位，双沿变化方向一致的是未涂黑信号位。本发明简化了硬件电路，提高了识别准确率，高考阅卷判分准确率在99.9％以上，选票阅票处理准确率100％。
文档编号G06K7/10GK1046994SQ8910530
公开日1990年11月14日 申请日期1989年6月1日 优先权日1989年6月1日
发明者王建青 申请人:山东大学