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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung von Zeichen auf Objekten, insbesondere von Buchstaben und Ziffern auf Nummernschildern von Kraftfahr-
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enthaltenden Grauwertbildes, wobei die Aufzeichnungseinrichtung zumindest eine Videokamera aufweist, die an eine automatische Bildauswertschaltung angeschlossen ist, und mit einer Steuereinrichtung, die die Aufnahme bei den bewegten Objekten mit den zu erfassenden Zeichen steuert.
Es ist bereits bekannt, zur Erfassung von Zeichen, insbesondere von Buchstaben und Ziffern, Folgen auf Nummernschildern von Kraftfahrzeugen diese zu fotografieren und die Bilder dann händisch auszuwerten. Damit ist jedoch ein grosser Personalaufwand und Zeitaufwand verbunden, welcher in der Praxis dazu geführt hat, dass beispielsweise bei Radaranlagen oder bei Rotlichtüberwachungen aufgenommene Bilder gar nicht ausgewertet werden. Damit geht natürlich der angestrebte Überwachungseffekt verloren.
In der US-A 5 034 739 ist ein computergesteuertes Kontrollsystem für Parkhäuser beschrieben. Dabei ist bei der Ein- und Ausfahrt je eine Videokamera installiert, von denen jede ein Bild von der Fahrzeugvorderseite mit dem Kennzeichen aufnimmt.
Mit Hilfe einer Bildauswertschaltung für jede Kamera wird das Kennzeichen jedes Fahrzeuges registriert. Die beiden Bildauswertschaltungen sind an einen Computer angeschlossen der die Parkgebührenverwaltung durchführt. Soferne der Benützer eines im Parkhaus abgestellten Fahrzeuges die entsprechende Gebühr entrichtet hat, wird das Kfz-Kennzeichen seines Fahrzeuges im Computer freigegeben und soferne mit der Videokamera bei der Ausfahrt dieses Kennzeichen erkannt wird der
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ausfahrenden PKWs eignet sich sicher ausgezeichnet für Parkhäuser mit Dauerpark- platzbenützern, da diese keine Identifikationskarte benötigen. Im Computer wird nur das erfasste Kennzeichen mit allen Dauerparkplatzbenützern verglichen und sofeme dieses dort registriert ist, kann der Parkplatzbenützer jederzeit ein- und ausfahren.
Bei diesem Kontrollsystem wäre es auch möglich, dass ein bestimmter Geldbetrag eingezahlt und im Computer als Kredit registriert wird, wodurch eine Parkplatz-
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benützung bargeldlos und auch ohne Registrierbestätigung möglich wäre. Ein Hauptproblem bei diesem automatischen Kontrollsystem ist das sichere Auswerten des Kennzeichens, da immer nur das vordere Kennzeichen aufgenommen und ausgewertet wird. Sollte dieses bei der Einfahrt falsch und bei der Ausfahrt richtig ausgewertet werden, so kann die Ausfahrt nur mit Hilfe von Personal erfolgen.
Der EP-AI 0 298 343 ist eine Anordnung zur automatischen Identifikation von KfzKennzeichen zu entnehmen. Diese weist zwar nur eine Videokamera auf, jedoch ist bei jedem Kennzeichen noch ein Barcode vorgesehen, wodurch die Sicherheit der Auswertung erhöht wird. Es wäre jedoch erforderlich alle Kennzeichentafeln entsprechend umzurüsten. Die Bildauswertschaltung selbst ist hier nur schematisch als Block dargestellt und nicht näher beschrieben. Der Speicher und die Vergleichsschaltung in dieser Druckschrift sind nach der Bildauswertschaltung, die bereits das erfasste Kennzeichen in digitaler Form ausgibt, vorgesehen. Der Speicher 7 ist hier ein Digitalspeicher.
Der in der DE-OS 3 001 588 dargestellte digitale Videokorrelator dient zum Vergleichen eines wirklichen Bildes mit einem Bezugsbild.
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Zeichen erlaubt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeich-
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wertschaltungen vorzugsweise korreliert auswertbar sind, und dass die Steuereinrichtung die Aufnahme bei bewegten Objekten mit den zu erfassenden Zeichen an zwei verschiedenen Stellen des Objektes steuert, und dass jede Bildauswertschaltung einen Speicher zum Zwischenspeichern des von der Videokamera aufgenommenen
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Grauwertbildes, einen Videoprozessor zum Analysieren des gespeicherten Grauwertbildes und zum Isolieren von Bildern der Zeichen aus dem Grauwertbild und eine Zeichenerkennungseinrichtung zum Umsetzen der vom Videoprozessor isolierten Zeichen in digital, vorzugsweise im ASCII-Code, kodierten Zeichen bzw. Zeichenfolgen.
Bei dieser Kennzeichenerfassung erfolgt eine korreliert, also in Wechselbeziehung stehende, Bildauswertung der vorderen und hintern Kennzeichentafel, wodurch die Wahrscheinlichkeit der richtigen Erkennung des Kennzeichens wesentlich erhöht wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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von den Zahlen- und Buchstabenfolgen auf Nummernschildern von Kraftfahrzeugen ein digital, vorzugsweise im allgemeinen üblichen ASCII-Code innercodiertes Zeichen bzw. eine Zeichenfolge ausgegeben, wobei beispielsweise pro Zeichen ein Byte mit 8 Bit ausreicht. Diese digital bzw. binärcodierten Zeichen können leicht auf die verschiedensten Arten und Weisen in üblichen Datenverarbeitungsanlagen weiterverarbeitet werden.
Verfahren zur Zeichenerkennung (OCR=optical character recognition) sind an sich bereits bekannt. Es geht dabei darum, anhand von typischen Merkmalen der Zeichen diese zu klassifizieren und einem bestimmten Zeichen aus einem Zeichenvorrat zuzuordnen. Bisher wurden solche Schrifterkennungsverfahren hauptsächlich zur reinen Zeichenerkennung auf einem Blatt Papier eingesetzt, auf diesem Blatt Papier liegen die Schriftzeichen bereits in idealer Form in schwarz auf weissem Hintergrund vor. Mit der erfindungsgemässen Einrichtung kann nunmehr auch eine Erfassung von Zeichen auf einige Distanz und trotz anderer Objekte in der Umgebung der Zeichen erfolgen. Dazu werden die in einem Videospeicher zwischengespeicherten Grau-
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daraus Bilder der Zeichen isoliert.
Anschliessend erfolgt eine Digitalisierung der isolierten Zeichen, wobei alle von der Videokamera aufgenommenen Bildpunkte, die
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heller bzw. dunkler als eine bestimmte Digitalisierungsschwelle sind, mit logisch l" bzw. logisch,, 0" codiert werden. Diese digitalisierten und isolierten Bilder der Zeichen können nun von der Zeichenerkennungseinrichtung weiterverarbeitet werden
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Zum Isolieren der Bilder der zu erfassenden Zeichen aus dem gesamten Grauwertbild ist es günstig, wenn das Grauwertbild zunächst, vorzugsweise zeilenweise, auf vorbestimmte, für Zeichen relativ zum Hintergrund typische Helligkeitsverteilungen untersucht wird und damit ein Ausschnitt des Gesamtbildes festgelegt wird, in welchem Ausschnitt die zu erfassenden Zeichen vorkommen.
Beim Erfassen von Nummernschildern von Kraftfahrzeugen sind beispielsweise typische Zeichengrössen und Zeichenbreiten, sowie relative Helligkeiten der Zeichen zum Tafelhintergrund bekannt. Diese Informationen können verwendet werden, um einen groben Ausschnitt zu definieren, in dem die Zeichen vorkommen. Als nächster Schritt kann dann bevorzugt die Helligkeitsverteilung im Ausschnitt ermittelt werden (Erstellung eines Helligkeitshistogramms über beispielsweise 256 Arbeitsstufen). Aus dieser Hellig-
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zeichen und vom Hintergrund aufweist, lässt sich eine zwischen diesen beiden Maxima liegende Digitalisierungsschwelle ermitteln, mit der später die Digitalisierung der Zeichen zur Übergabe an die Zeichenerkennungseinrichtung erfolgt.
Bei Nummemtafeln von Kraftfahrzeugen stellt sich zunächst das Problem, dass es helle Nummemtafeln mit dunkler Schrift und dunkle Nummemtafeln mit heller Schrift gibt. Um damit Probleme bei der späteren Auswertung zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass die Art des Hintergrundes ermittelt wird, und dass bei gegenüber dem Hintergrund helleren Zeichen und bei gegenüber dem Hintergrund dunkleren Zeichen, eines der beiden digitalisierten Bilder der Zeichen samt Hintergrund invertiert wird, sodass immer helle Zeichen auf dunklem Hintergrund oder alternativ immer dunkle Zeichen auf hellem Hintergrund verarbeitet werden.
Damit kann die Zeichenerkennung immer dieselbe Art von Zeichen, beispielsweise dunkle Zeichen auf hellem Hintergrund verarbeiten, auch wenn das ursprüngliche Kennzeichen des Kraftfahrzeuges helle Zeichen auf dunklem Hintergrund aufgewiesen hat.
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Vor der Übergabe der Zeichen an die Zeichenerkennung ist es günstig, wenn die Zeichenfolge noch weiter eingegrenzt wird, um beispielsweise Störeffekte von den Rändern der Nummernschilder von Kraftfahrzeugen eliminieren zu können.
Die erfindungsgemässe Einrichtung hat zahlreiche Einsatzgebiete. Beispielsweise ist es möglich, eine Datenbank vorzusehen, in der bestimmte Zeichenfolgen abgespeichert sind. Eine Vergleichseinrichtung kann dann festellen, ob die jeweils erfasste und in binär codierter Form vorliegende Zeichenfolge mit einer abgespeicherten Zeichenfolge übereinstimmt. Ist dies der Fall, so kann eine Freigabeoperation, zum Beispiel die Öffnung eines Schrankens zur Zu- bzw. Durchfahrtsberechtigung erfolgen. Damit lässt sich beispielsweise der Schranken einer Mautstelle für Jahreskartenbesitzer automatisch öffnen. Auch die Zufahrt in Parkhäuser für Dauerabonnenten, deren Autonummer abgespeichert sind, kann automatisch und ohne das bisher übliche Einstecken von Magnetkarten erfolgen.
Weitere Anwendungen sind
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und Rotlichtüberwachungen,Diebstahlvorbeugung, indem an den Grenzen die Nummern der durchfahrenden Autos auf gestohlen gemeldete Kennzeichen überprüft werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 ein schematisches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen
Einrichtung in einem Blockschaltbild, Fig. 2 eine Darstellung der Verfahrensschritte bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem schematischen Flussdiagramm, Fig. 3 eine Datenbank mit Vergleichseinrichtung zur Öffnung eines Schrankens,
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Fig. 5 zwei Videokameras, die dasselbe Nummernschild eines Fahrzeuges aufnehmen,
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Fig. 6 eine einzige Videokamera, die hintereinander zwei Bilder des
Nummernschildes eines Fahrzeuges aufnimmt, Fig. 7 eine Anordnung mit vier Videokameras, Fig. 8 die Überlappung der Bilder, der von den in Fig. 7 mit vier Videokameras aufgenommenen Bilder, Fig. 9 schematisch eine Einrichtung zur Belichtungssteuerung.
In Fig. 1 ist eine Schwarz-weiss-Videokamera 1 (beispielsweise eine CCD-Kamera der Firma Grundig F 85-1 oder Pulnix 6 EX) gezeigt, deren Femsehsignal über einen Analog-Digitalwandler 2 einem Speicher 3, der ein VRAM (Video-RAM) ist, zur Abspeicherung von 512x512 Bildpunkten in 256 Grauwertstufen zugeführt wird.
Über einen Kontrollbildschirm 4 und einen Digital-Analogwandler 5 ist der Inhalt des Speichers 3 am Bildschirm 4 anzeigbar. Der Speicher 3 wird von einem speziellen Graphikprozessor 6 (Texas-Instruments 34010) adressiert und das darin gespeicherte Grauwertbild gemäss einem im Programmspeicher 23 abgelegten Programm analysiert. Über einen Sensor S kann das Festhalten einer Momentaufnahme im Speicher 3 und der anschliessende Start des Programms zur Abarbeitung des gespeicherten Grauwertbildes festgelegt werden. Der Sensor S kann beispielsweise eine Lichtschranke oder eine Induktionsschleife sein, der bei einem bewegten Objekt, beispielsweise bei einem Fahrzeug feststellt, wann sich dieses an einer bestimmten zur Aufnahme von der Videokamera geeigneten Stelle befindet.
Die Abarbeitung des Grauwertbildes durch den Videoprozessor 6 und der Steuerung gemäss dem Programm im Speicher 23 kann beispielsweise die in Fig. 2 dargestellten Verfahrensschritte umfassen.
Nach einem Start des Programms erfolgt zunächst die Groblokalisierung des die zu erfassenden Schriftzeichen enthaltenden Bereiches des gesamten Arbeitsbildes, im vorliegenden Fall des Bereiches der Nummerntafel eines Fahrzeuges. Dazu kann der Videoprozessor 6 das gespeicherte Grauwertbild zeilenweise auf vorbestimmte und für die Zeichen auf Nummernschildern typische Helligkeitsverteilungen untersuchen.
Die Einrichtung erkennt damit jenen Bereich, in dem die zu erfassenden Zeichen
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vorkommen und legt Grenzen XI, X2 bzw. in vertikaler Richtung Yl und Y2 fest. Anschliessend erfolgt im wesentlichen eine weitere Bearbeitung dieses nunmehr grob festgelegten Bereiches. Zunächst wird ein Helligkeitshistogramm aufgenommen, das zwei von den Schriftzeichen bzw. vom Nummemschildhintergrund herrührende Maxima aufweist. Zwischen den beiden Maxima kann dann eine für die spätere Digitalisierung benötigte Digitalisierungsschwelle festgelegt werden. Anschliessend erfolgt eine Feinlokalisierung der Zeichen, wobei beispielsweise von der Mitte des grob lokalisierten Ausschnittes aus nach rechts und links, sowie nach oben und unten die äussersten Zeichenbegrenzungen ermittelt werden.
Damit kann vermieden werden, dass beispielsweise die Ränder der Nummernschilder zu Störeffekten führen und insbesondere nicht als der Grossbuchstabe I"interpretiert werden. Der Ausschluss der Ränder ergibt sich beispielsweise daraus, dass diese eine grössere Höhe aufweisen als der übrige Schriftzug.
Im nächsten Schritt werden alle Grauwerte oberhalb der Digitalisierungsschwelle S beispielsweise auf logisch" 1" und alle Grauwerte unterhalb dieser Digitalisierungsschwelle auf logisch "0" gesetzt. Das nunmehr digitalisierte Bild der isolierten Zeichen wird nunmehr an die Zeichenerkennungseinrichtung (OCR) 7 übergeben, die beim vorliegenden Ausftihrungsbeispiel einen im ASCII-Code codierten String der Buchstaben und Ziffemfolge des Nummernschildes ausgibt. Ist eine Identifizierung
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bzw. nur mit geringer Wahrscheinlichkeit möglich, so kann wie durch die strichlierte Linie 8 angedeutet, eine erneute Groblokalisierung im gesamten Grauwertbild erfolgen.
Der Speicher 3 und der Videoprozessor 6 können auf einer Steckkarte angeordnet sein, die in einen Aufnahmeschlitz eines Computers einsteckbar ist. Der Computer kann vorzugsweise eine industriecompatible Zentraleinheit (CPU) beispielsweise einen 80 386 SX Prozessor aufweisen. Die Zeichenerkennung kann gemäss einem im Programmspeicher 23 gespeicherten Programm auf diesem Computer ablaufen,
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vorgesehen sein können, um die vom Videoprozessor 6 isolierten Zeichen zu übernehmen und anschliessend die binär codierten Zeichen auszugeben.
In Figur 3 ist eine Vergleichseinrichtung 9 gezeigt, die an die Bildauswerteinrichtung 2,3, 6,7, 23 der Fig. 1 anschliessbar ist. Die Vergleichseinrichtung 9 vergleicht den im ASCII-Code gelieferten Zeichenstring mit in einer Datenbank 10 abgespeicherten
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weise einen Schranken 11 öffnet.
Alternativ oder zusätzlich kann der jeweils ausgegebene Zeichenstring auf einer
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lichen, ist eine Einrichtung, beispielsweise eine Lichtschranke oder eine Induktionsschleife zur Erfassung der Lage des Objektes und zur Auslösung einer Momentbildaufnahme bei Erreichen einer vorbestimmten Lage vorgesehen. Eine derartige Einrichtung kann beispielsweise eine Induktionsschleife 12 bzw. 12'unterhalb der Fahrbahn 13 sein, auf der Kraftfahrzeuge 14 fahren, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Da sich bei der Anwendung im Freien, wofür sich die erfindungsgemässe Einrichtung besonders gut eignet, immer wieder Störeffekte durch Schattenbildungen oder Verschmutzungen der zu erfassenden Zeichen auftreten, ist es günstig, wenn zwei Bilder aufgenommen werden und dann eine korrigierte Auswertung der beiden Bilder erfolgt.
In Sonderfällen können auch mehr als zwei Bilder sinnvoll sein. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind dazu zwei Videokameras 1 ; l'vorgesehen, die das vordere und hintere Kennzeichen 15, 16 des Fahrzeuges 14 aufnehmen, wobei die Induktionsschleife 12 die Videokamera 1 und die Induktionsschleife 12'die Videokamera l'steuert. Wenn eines der beiden Kennzeichen durch Verschmutzung oder Schattenbildung eine Auswertung erschwert, so kann immer noch über das andere Zeichen eine zuverlässige Ermittlung des tatsächlichen Zeicheninhaltes erfolgen.
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l seitlich der Fahrbahn 13 angeordnet und auf das vordere Kennzeichen 15 des Kraftfahrzeuges 14 gerichtet. Eine Lichtschranke 12'löst die Momentaufnahme durch die beiden Kameras aus.
Auch mit dieser Anordnung lässt sich die Erkennungsrate weiter steigern. Bei der erfindungsgemässen Einrichtung lässt sich eine hohe Erkennungsrate im Bereich von ca. 90% bereits mit einer Kamera, beispielsweise bei der Erfassung von Nummernschildern von Fahrzeugen erzielen.
Mit mehreren Kameras kann diese Erkennungsrate noch weiter gesteigert werden.
Die Aufnahme zweier Bilder kann auch mittels einer einzigen Kamera l'erfolgen.
Wenn sich das Kraftfahrzeug über den Sensor 12" bewegt, erfolgt die erste Momentbildaufnahme, beim Sensor 12'"erfolgt die zweite Momentaufnahme.
Schliesslich wäre auch denkbar, eine Farbvideokamera einzusetzen und die drei Einzelbilder der Grundfarben als gesonderte Bilder weiterzuverarbeiten. Diese Art und Form geht von der Überlegung aus, dass sich Störungen unter Umständen nicht in allen Farben gleich auswirken, sodass zumindest in einer Farbe eine sichere Erkennung der Zeichen möglich ist.
Um einen grösseren Bildbereich erfassen zu können, wäre es theoretisch denkbar, bestimmte Objektive und speziell hochauflösende Kameras einzusetzen. Diese sind jedoch teuer und im allgemeinen nicht über einen elektronischen Shutter belichtungssteuerbar. Will man die relativ kostengünstigen und shutterfähigen Schwarzweiss-Kameras einsetzen, so besteht zur Erweiterung des Bildbereiches die Möglichkeit, dass zumindest zwei Videokameras nebeneinander angeordnet und derart ausgerichtet sind, dass sie teilweise überlappende Bilder aufnehmen. Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Videokameras l vorgesehen, die vier überlappende Bilder 1/2/3/4 gemäss Fig. 8 aufnehmen.
Damit die zu erfassende Zeichenfolge sicher zumindest in einem der vier Bildbereiche l/bis/4 zur Gänze enthalten ist, ist vorgesehen, dass der Überlappungsbereich der Bilder grösser gewählt ist, als die
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platte 16 mit allen Kameras l verstellt werden.
Bei der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsform ist es günstig, wenn die
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sondere von den Tageszeiten und Wetterbedingungen abhängt. Dabei kommt es nicht auf die gesamte Helligkeit des erfassten Bildabschnittes an, sondern vielmehr auf die Helligkeit jener Bereiche, in denen die zu erfassenden Schriftzeichen auftreten. Diese Erkenntnis kann man sich zunutze machen und gemäss einer bevorzugten Aus-
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von der Helligkeit des die zu erfassenden Zeichen enthaltenden Ausschnittes des Grauwertbildes steuern. Es erfolgt also eine dynamische Festlegung jenes Bereiches im Grauwertbild, der dann die Belichtungssteuerung vornimmt.
In Fig. 9 sind beispielsweise drei verschiedene Lagen von Nummernschildern gezeigt. Es wird jeweils unabhängig von der Gesamthelligkeit des Bildes die Helligkeit des Ausschnittes erfasst, in dem sich das Nummernschild befindet. Kurzzeitige Helligkeitsschwankungen sollen nicht in die Belichtungssteuerung eingehen, deshalb ist vorgesehen, über einen bestimmten Zeitraum einen Mittelwert zu bilden und die Belichtungssteuerung in Abhängigkeit von diesem Mittelwert vorzunehmen. Beim Einsatz im Freien kann der Zeitraum relativ gross, beispielsweise eine Minute, vorzugsweise sogar mehr als zehn Minuten betragen. Man hat daher eine sehr träge Belichtungssteuerung, die dem Umstand Rechnung trägt, dass sich die Belichtungsverhältnisse auf Grund der Wetter- und Tageszeitbedingungen auch nur relativ lang-
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mieden.
Die erfindungsgemässe Einrichtung 17 ermittelt also zunächst grob jenen Bereich, in dem die zu erfassenden Schriftzeichen vorkommen und dann die Helligkeit dieses Bereiches. Diese Helligkeit wird an eine Belichtungssteuerung 18 gegeben, die dann den Mittelwert bildet und in Abhängigkeit vom Mittelwert über
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einen Motor 19 und ein Ritzel 20 den Blendenring 21 über einen Zahnkranz 22 verstellt. Gegenüber der elektronischen Shuttersteuerung hat die Blendenregelung den Vorteil, dass auch bei hohen Lichtmengen keine Störeffekte in den Grauwertbildem auftreten, weil die auf den CCD-Chip gelangende Lichtmenge immer im wesentlichen konstant und beschränkt ist.