Шрифт Брайля
Шрифт Брайля — рельефно-точечный шрифт, предназначенный для письма и чтения незрячими людьми. Он был разработан в 1821 году французом Луи Брайлем (фр. Louis Braille), сыном сапожника. Луи в возрасте трёх лет потерял зрение, в результате воспаления глаз, начавшегося от того, что мальчик поранился шорным ножом (подобие шила) в мастерской отца. В возрасте 15 лет он создал свой рельефно-точечный шрифт (в противоположность рельефно-линейному шрифту Валентина Гаюи), вдохновившись простотой «ночного шрифта» капитана артиллерии Шарля Барбье (фр. Charles Barbier), который использовался военными того времени для чтения донесений в темноте. Луи учел такой недостаток «ночного шрифта», как большие размеры знаков, ограничивающий количество знаков на страницу.
Написание
Для изображения букв в шрифте Брайля используются 6 точек, расположенных в два столбца, по 3 в каждом. Одной из особенностей шрифта Брайля является то, что пишется текст справа налево, затем страница переворачивается, и текст читается слева направо. При письме прокалываются точки, и поскольку читать можно только по выпуклым точкам, «писать» текст приходится с обратной стороны листа. В этом заключается одна из сложностей при обучении этому шрифту.
Нумерация точек идёт сверху вниз по столбцам. Нумерация точек при записи идёт в обратном порядке — сначала по правому столбцу, затем по левому: точка 1 находится в верхнем правом углу, под ней — точка 2, в нижнем правом углу — точка 3. В левом верхнем углу находится точка 4, под ней — точка 5, в левом нижнем — точка 6.
Наличие или отсутствие точек (проколов) в ячейке дает определенный символ. Высоты точки в 0,5 мм достаточно для ее распознавания на ощупь. Расстояние между точками занимает около 2,5 мм, расстояние между ячейками — 3,75 мм по горизонтали и 5 мм по вертикали. Стандартная страница с текстом Брайля вмещает до 25 строк по 40—43 ячейки.
Существует всего 63 различных символа. Вследствие такой ограниченности общего числа различных комбинаций точек, часто используются двуклеточные знаки (состоящие из двух знаков, по отдельности имеющих свои функции), дополнительные знаки (большие и малые буквы разных алфавитов, цифровой знак и т. д.). Каждая комбинация имеет несколько значений, порой доходящих почти до десятка.
Поскольку для письма шрифтом Брайля используются особые письменные принадлежности — прибор и грифель, брайлевские буквы невозможно изменить в размерах или подчеркнуть, как-либо изменить их конфигурацию. Поэтому для выделения букв и слов используются специальные знаки: заглавных и малых букв (ставятся перед нужными буквами), курсива, жирного и полужирного шрифтов (знаки ставятся до и после выделяемых символов), верхнего и нижнего индекса, математического корня (один символ ставится в начале, другой — в конце) и так далее.
Инспекция шрифта Брайля
При анализе теней непрерывной поверхности с гладким контуром возможно получить трехмерное изображение объекта. Используя алгоритмы обработки и анализа при специальном освещении позволяют проводить проверку геометрии точек Брайля или схожих структур.
В настоящее время очень часто на упаковке для фармацевтических препаратов применяется нанесение шрифта Брайля для удобства слепых людей. Пропуск одной единственной точки на них может изменить содержащуюся на упаковке информацию в потенциально опасную сторону, и трехмерный анализ качества нанесения точек Брайля жизненно необходим.
В дополнение, тесты должны происходить таким же образом, каким обычно происходит чтение с упаковки медикаментов слепыми людьми: начиная сверху, абсолютно не обращая внимания на цветную печать. Только бесконтактные техники измерения могут быть применены, так как контактные или слишком медленные могут повредить нанесение шрифта Брайля. Были проверены различные 3D техники измерения шрифта Брайля, среди них триангуляция лазерным лучом, угловой сдвиг и форма-из-тени. Последний метод не требует сканирующих датчиков или специального линейного проектора, что дает ему право являться наиболее применимым в промышленных масштабах.
Форма из тени
Художники, такие как Леонардо да Винчи и Рембрант создавали илюзию глубины при помощи виртуозной игры освещением и тенями и добивались превосходного результата. Оптический метод измерения «форма из тени» (англ. shape-from-shading, SFS) обращает эту игру для определения глубины.
Как простой пример, тупой белый предмет, который освещён только с одной стороны. Освещение создает тень, то есть зависимую от формы интенсивность передачи трехмерности объекта. Если эту интенсивность записать на камеру, можно получить информацию о форме объекта.
На рисунке иллюстрация вариаций теней белого куба, освещенного с двух разных точек с фиксацией позиции куба и камеры. Очевидно, два профайла[неизвестный термин] интенсивности вдоль горизонтальной линии, проходящей через рисунки (указана красным цветом на обоих рисунках) удивительно различны для обоих случаев и предлагается использовать такого рода характеристики распределения для анализа тени.
Принцип работы
Процедура реконструкции формы объекта или карты высот Z(x,y) работает в два этапа. На первом этапе градиенты p и q в x- и[уточнить] направлениях рассчитываются, исходя из полученного чёрно-белого изображения. На второй стадии создаётся карта высот путем интеграции градиентов.
Без потерь всеобщности выбирается ось z мировой системы координат для совпадения с осью камеры.
s освещения и нормали n исследуемой поверхностиПлан изображения (то есть датчик-чип камеры) в таком случае параллелен плоскости xy системы координат. Интенсивность I(x, y) регистрируется камерой в зависимости только от следующих параметров: чувствительности c датчика, направляющего вектора s и интенсивности Q поступающего телецентрического (то есть параллельного) освещения, и фракции R (n, s) от света, отражающегося назад от камеры: I(x, y)= c*Q(x, y,z)*R(n, s).
Карта отражения R(n, s) описывает все детали, относящиеся к отражению света. R зависит от коэффициента r, который в свою очередь зависит от материала и позиции для диффузионного и спекулярного отражения, угла между направляющим вектором s поступающего освещения и неизвестной нормали n исследуемой поверхности. В отношении только диффузионного отражения зависимость будет следующая (закон Ламберта): R(n, s)=r*cos(Teta), где cos(Teta)=n*s.
Следует учесть, что данный результат не включает зависимость от направления камеры. Для подавления зеркального отражения камера и освещение должны быть расположены таким образом, чтобы соблюдалось правило «случайный угол=угол отражения», для того чтобы отраженный свет дефлектировался[неизвестный термин] с линз камеры наиболее эффективно.
В дополнение, наиболее эффективно использование голубого освещения, так как зеркальное отражение уменьшается с длиной волны, в зависимости от шероховатости поверхности.
Интенсивность, записанная камерой в каждую ячейку матрицы, отвечает за отдельный объемный элемент на поверхности, что описывается как I(x, y)= c*Q*r*n*s = ro*n*s, где ro=c*Q*r.
В соответствии с этим уравнением, влияние c, Q и r невозможно разделить. Для этого они объединены в одну переменную.
Вектора нормалей n поверхностных элементов определяются через градиент поверхности Z(x, y) в X- и Y-направлениях, то есть частичными производными функции Z(x, y) по x и по Y.
Очевидно, что в конце мы имеем три независимых уравнения и три картины для различных форм освещения для определения показателя ro и расчета значений градиентов p и q. Достичь стабильного результата и отсутствия ошибок измерения можно путем получения более чем трех изображений, а также одновременно отсечь большую часть множественных решений линейных уравнений.
После решения системы линейных уравнений используются стандартные методы построения топографических карт путем интеграции p и q.
Применение к инспекции Брайля
Для разработки системы инспекции шрифта Брайля метод «форма из тени» был оптимизирован для такого рода применения совместно с 3D-Shape GmbH, являющейся частью Университета Эрлангена — Нюрнберга.
В соответствии с большим полем деятельности и некоторыми геометрическими ограничениями было принято еще несколько критических параметров: коррекция отклонения сферической линзы камеры, компенсация малого отклонения от телецентричности и гомогенности источника света, пропускание через фильтр низких частот для подавления эффекта деформации или вздутия упаковки и оптимизации расчета градиента в местах, где нанесены маркировка, изображения или логотипы (то есть любая цветная печать на упаковке).
Из предварительной карты градиентов формируется окончательная 3D-карта, с учётом описанных выше уточнений. Последующий анализ облака точек происходит по их x и y координатам, также как по координате z (высоте).
При работе по методике сравнения с образцом каждая точка сравнивается со стандартом на шрифт Брайля, например, Марбург-Медиум, который регламентирует расстояние между точками, символами и линиями. Данное сравнение должно проводиться наиболее строгим методом, отклонения стандартных расстояний, высоты и форма точек общие. Точки могут представлять собой пирамиды, полусферы и с плоским верхом с варьированным диаметром. После распознавания точки должны совпасть со стандартным растром для группировки точек по строчкам текста и символам в строках.
Данная процедура нечувствительна к углам поворота, как к малым, так и к большим (в 90 и 180 градусов).
Ограничения
SfS показывает форму объекта, но не абсолютные расстояния, как делает триангулярная система. Форма может быть получена из тени непрерывного гладкого объекта. Градиенты должны существовать для всех точек на поверхности и все точки должны быть видимы с точки зрения камеры и освещения. Не должно быть острых граней и структур, скрывающихся в тени. Шрифт Брайля вполне вписывается в ограничения данного метода и метод может быть прекрасно применен.
В дополнение, как и всем остальным оптическим методам, SfS необходимы подходящие поверхности. Прозрачные или полупрозрачные материалы и материалы с зеркальным отражением плохо применимы, поскольку можно принять во вниманием только диффузное отражение. Благодаря большому расстоянию между камерой и образцом, а также короткой длине волны голубого света, зеркальное отражение приглушается и символы Брайля могут быть проинспектированы на металлических матрицах печатных прессов.
Инспекционная система
Была разработана система, базирующаяся на методе SfS — DotScan. Специальное средство было снабжено понятным интерфейсом, легкой интеграцией в промышленность и хорошим соотношением цена-качество. Это было достигнуто благодаря сотрудничеству с партнерами в упаковочной промышленности. DotScan использует только стандартное аппаратное обеспечение, которым является 19"-корпус.
В верхней части корпуса расположен промышленный ПК, в нижней лоток, в который помещается образец. В измерительной камере между лотком и ПК симметрично установлены 4 телецентрических источника света с голубым высокомощным LED, а в центре расположена цифровая камера высокого разрешения, над образцом (рис.7). Для каждого измерения делается серия из 4 кадров для каждого из четырех источников света. Время записи 160 мс, значительно меньше времени сканирования, которое в такого рода системах может зависеть от размеров интересующей области и занимать около 300 мс. Разрешение около 100 мкмв в x- и y-направлениях и 20 мкм в направлении z.
Резюме и перспективы
3D инспекционные системы, базирующиеся на принципе алгоритма SfS, очень хорошо зарекомендовали себя для анализа непрерывных, в основном диффузно прозрачных поверхностей, содержащих шрифт Брайля. Используемая адаптация алгоритма в DotScan очень надежна, быстродейственна, проста в работе, доступна для проведения инспекции шрифта Брайля, включая полное соответствие требованиям упаковочной промышленности. В дальнейшем поле применения может включить в себя чтение и тестирование печати теснением и гравировки, поверхностные текстуры, различные маркировки, складчатые текстуры, узоры, наличие царапин, пузырей, вздутий, отверстий и дыр.
Дальнейшие разработки будут вестись в направлении работы с зеркальным отражением, увеличением разрешения в z-направлении и увеличении скорости проведения процедуры.
Латинские буквы и цифры
Другие символы
Юникод
По стандарту Юникода глифы шрифта Брайля сортируются согласно бинарному инкременту, а не алфавитному порядку (так как глифы могут принимать разное значение в зависимости от конкретного языка). В актуальной версии Unicode 6.0 для отображения символов шрифта Брайля используется 8-точечное представление[1], шрифт расположен в кодовом пространстве под названием «Braille Patterns» в диапазоне от U+2800 до U+28FF, и таким образом набор состоит из 256 символов.
| Braille | Буква | Braille | Буква |
|---|---|---|---|
| ⠁ | A 1 | ⠗ | R |
| ⠃ | B 2 | ⠎ | S |
| ⠉ | C 3 | ⠞ | T |
| ⠙ | D 4 | ⠥ | U |
| ⠑ | E 5 | ⠧ | V |
| ⠋ | F 6 | ⠺ | W |
| ⠛ | G 7 | ⠭ | X |
| ⠓ | H 8 | ⠽ | Y |
| ⠊ | I 9 | ⠵ | Z |
| ⠚ | J 0 | ⠠ | Знак заглавной буквы |
| ⠅ | K | ⠼ | Знак номера |
| ⠇ | L | ⠲ | Точка |
| ⠍ | M | ⠂ | Запятая |
| ⠝ | N | ⠢ | Вопросительный знак |
| ⠕ | O | ⠆ | Точка с запятой |
| ⠏ | P | ⠤ | Дефис |
| ⠟ | Q | Пробел |
|
Эта страница или раздел содержит специальные символы Unicode. Если у вас отсутствуют необходимые шрифты, некоторые символы могут отображаться неправильно. |
Кириллица
Существуют версии шрифта Брайля для разных языков, в том числе, основанных не на латинском алфавите. В частности, русский язык использует следующее представление:
Литература
- Y. Shirai, Three-dimensiomal Computer Vision, Springer, 1987
- B. Horn, M. Brooks, (eds.), Shape from Shading, MIT Press 1989
- Ch. Wagner, Informationstheoretische Grenzen optischer 3D-Sensoren, PhD thesis at the University Erlangen-Nurnberg, 2003
Примечания
Ссылки
- Чарт Unicode с глифами для шрифта Брайля (англ.)
- История возникновения шрифта Брайля
- Система Брайля — русскоязычный сайт[мертвая ссылка]
- Конвертер текста с русского и английского в азбуку Брайля — поддерживается весь русский и английский алфавиты, цифры и некоторые символы.
- Декодер шрифта Брайля
См. также
 | Для улучшения этой статьи желательно:
|