12.1. ПРОСТЫЕ СПОСОБЫ РАСПОЗНАВАНИЯ СИМВОЛОВ

Часто можно видеть очень сложное оборудование, сконструи­рованное для распознавания печатных или письменных символов и преобразования их в код, удобный для использования в вычисли­тельной машине. Роботы такого рода совершенно справедливо относятся к кибернетической технике. Интересно попытаться упростить это чрезвычайно сложное оборудование до необходимого минимума. Большая часть сложностей приходится на основные механические манипуляционные системы, необходимые для по­дачи документов, которые должна читать машина. Однако сама читающая часть оборудования зачастую тоже достаточно сложна.

Сотрудник Астонской кибернетической лаборатории Д. Г. Хоп­кинс сделал попытку найти способы сужения задачи распознава­ния символов до минимально необходимой [35 1. Обычно принято заранее жестко определять внешний вид символа, подлежащего распознаванию какой-либо системой для распознавания символов. После того как это сделано, возникает вопрос, каков минимальный объем оборудования, которое может использоваться для распозна­вания и различения заданного числа различных символов. Как и в большинстве оригинальных работ, ответ Хопкинса на этот вопрос, после того как он получен, кажется настолько очевидным, что интересно кратко проследить процесс продвижения от слож­ного к простому в этом случае.

Хопкинс начал с допущения о том, что он будет использовать множество из 25 фотоэлементов, в то же время ясно сознавая, что глаз человека содержит намного больше чувствительных эле­ментов. Затем он видоизменил конфигурацию 10 своих цифро­вых символов таким образом, чтобы они состояли из прямых ли­ний, а кривые линии были почти полностью исключены. Благо­даря этому обеспечивалось адекватное «покрытие» используемых фотоэлементов и уменьшалась неопределенность. Преобразован­ные символы приобрели квадратную форму, но не в очень сильной степени.

Затем фотоэлементы были обозначены по рядам: ряд 1, ряд 2, …, ряд 5 —■ и по столбцам: столбец А, столбец В, . . ., столбец Е. Теперь любой фотоэлемент мог быть определен, например, как СЗ. Информация об освещенности фотоэлементов, связанная с ка­ждым из символов, подлежащих распознаванию, сводилась в та­блицы. Эти таблицы тщательно проверялись на избыточность, например на наличие элементов, которые никогда не освещаются, или повторяющихся образцов.

В результате проверки обнаруживаются элементы, которые покрываются всеми символами, кроме одного, или же не покры­ваются никакими символами, кроме одного. Девять таких эле­ментов могут использоваться для индикации всех 10 символов (10-й делается избыточным применением метода исключения). Однако, даже если и находятся девять таких элементов, это число все еще превышает абсолютный минимум, равный четырем элементам. Минимальное число элементов, необходимых для обнаружения 10 различных символов, которые можно разделить, располагая тремя элементами, равно 8 = 23. Если теперь найдены элементы, которые покрываются (или ие покрываются) двумя из символов, то потребуется минимальное число элементов, рав­ное шести. В том случае, когда число символов, позволяющих покрыть или не покрыть любой отдельный элемент, равно трем, теоретически требуется только пять различных элементов. При­веденные рассуждения позволяют сделать вывод, что интерес должны представлять такие системы, в которых четыре или пять из 10 цифровых символов могут покрывать (или не покрывать) любой отдельный фотоэлемент.

Работая с уменьшенной таблицей, о которой упоминалось выше, мы обнаружили в результате проверки, что в полной матрице, состоящей из 25 элементов, есть три элемента, а именно элементы под номерами А4, ВЗ, Е2, которые удовлетворяют указанным требованиям. Однако они не позволяют различить цифры 2 и 8, а также цифры 3 и 9. Этого и следовало ожидать, поскольку ис­пользуются только три фотоэлемента. Добавление еще одного фотоэлемента должно позволить разделять 2 и 8, а также 3 и 9. Это оказалось именно так, и проверка матрицы показала, что но­мер этого дополнительного элемента—■ А2. Таким образом, рас­полагая четырьмя элементами—А2, А4, ВЗ, Е2,— можно раз­личать все 10 различных символов.

Теперь важно отметить, что полученная конфигурация эле­ментов не обязательно единственная, в частности потому, что кон­кретное множество символов выбиралось до нахождения требуе­мого расположения фотоэлементов. Как бы то ни было, наиболее важно то, что Хопкинск показал осуществимость этого метода, которая, в свою очередь, демонстрирует целесообразность фор­мального инженерного подхода к конструированию символов и их распознованию. Экспериментальное оборудование, созданное в Астоне Хопкинсом, очень простое и весьма удачное.