專利名稱：帶有速度補償單元的圖像掃描裝置和補償方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種圖像掃描裝置和方法，特別是在掃描運動方向上進行失真補償?shù)难b置和方法，通過記錄高速掃描過程中速度變化曲線對圖像變形進行補償。
背景技術：
現(xiàn)有掃描設備其掃描原理基本相同，即通過光電轉(zhuǎn)換元件(如(XD、C0MS、CIS等) 對文檔進行的“一條線”掃描被稱為“主掃描”，而將光電轉(zhuǎn)換元件相對于原稿的平行移動的掃描輸入稱為“副掃描”?！案睊呙琛钡膶崿F(xiàn)方式包括平行移動光電轉(zhuǎn)換元件和平行移動原稿兩種。平行移動光電轉(zhuǎn)換元件的方式多應用于低速產(chǎn)品，平行移動原稿則多應用于高速
女口
廣 PFt ο平板掃描儀速度較低，其通常的結(jié)構(gòu)包括取景臺、安裝主掃描器1并可以沿Y方向移動的主掃描器支架6，文檔被放置在取景臺上，主掃描器支架6勻速通過掃描區(qū)域由主掃描器1記錄圖像數(shù)據(jù)。由于掃描時文檔運動速度的變化是導致圖像失真的一個關鍵因素，而現(xiàn)有的解決方案則側(cè)重于傳動機構(gòu)的改良、或者采用較復雜的傳感器和運算器模塊，甚至于犧牲掃描速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的則是針對上述現(xiàn)有技術的不足，為滿足高速的圖像采集需求，設計了一種用于掃描裝置的速度補償單元，可以對高速掃描時獲得的圖像數(shù)據(jù)進行速度補償， 保證圖像的質(zhì)量。本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實現(xiàn)本發(fā)明包括主掃描器1、用于移動文檔的傳動機構(gòu)、文檔掃描運動通道和速度補償單元，速度補償單元至少包括一個或一組安裝在文檔掃描運動通道一側(cè)的掃描速度記錄器2和運算模塊。掃描速度記錄器2用于全程拍攝文檔通過主掃描器的過程中含有速度特征的攝像數(shù)據(jù)，掃描速度記錄器2可以是CCD、CIS等光電轉(zhuǎn)換元件。光電轉(zhuǎn)換元件是線形光電轉(zhuǎn)換元件8、或者矩形光電轉(zhuǎn)換元件9、或者是前兩者共同使用，光電轉(zhuǎn)換元件可以與光學成像組件配套使用。運算模塊可以采用單片機，運算模塊根據(jù)掃描速度記錄器2的攝像數(shù)據(jù)計算出文檔通過主掃描器時Y方向的掃描速度變化參數(shù)曲線，并通過該參數(shù)曲線對運動方向上所產(chǎn)生的失真圖像還原。在文檔掃描運動通道面對掃描速度記錄器2的另一側(cè)，設置有輔助測定文檔運動速度的背景擋板5，該背景擋板5可以是單色背景或者帶有距離標記線的背景，掃描速度記錄器2通過拍攝并分析背景區(qū)域的變化，獲得掃描速度特征。本發(fā)明的有益效果為通過全程拍攝文檔通過主掃描器的過程，可以最直接的計算文檔的運動速度，并對運動方向上所產(chǎn)生的失真圖像還原。既不需要精密的傳動機構(gòu)、也不需要復雜的傳感器和運算器模塊，即可實現(xiàn)高速掃描過程。由于降低了對機械傳動系統(tǒng)精度的依賴性，大大提高了掃描儀的使用壽命。


圖1為本發(fā)明的實施例的原理圖示意圖-模式1。圖2為本發(fā)明的實施例的原理圖示意圖-模式2。圖3為本發(fā)明的速度補償單元的工作原理流程圖-模式1。圖4為本發(fā)明的速度補償單元的工作原理流程圖-模式2。圖中1、主掃描器；2、掃描速度記錄器；3取景臺；5、背景擋板；6、主掃描器支架； 7、標志線；8、線形光電轉(zhuǎn)換元件；9、矩形光電轉(zhuǎn)換元件。
具體實施例方式下面依托本領域的基本常識，結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地說明本發(fā)明的帶有速度補償單元的圖像掃描裝置，主掃描器1掃描范圍是X方向從Xl 到X2的虛線箭頭所包括的范圍。掃描速度記錄器2安裝在文檔掃描運動通道一側(cè)，安裝方向垂直于主掃描器。掃描速度記錄器2可以全程拍攝文檔運動影像，并通過該運動影像對運動方向上所產(chǎn)生的失真圖像還原。具體的實施手段有三種1.采用線形光電轉(zhuǎn)換元件8，拍攝Y方向上一條線的影像，其范圍為Y方向從Yl 到Y(jié)2的虛線箭頭所包括的范圍(如圖1所示)；2.采用矩形光電轉(zhuǎn)換元件9，從正向拍攝運動文檔的局部矩形區(qū)域影像(如圖2 中箭頭Zi所示)，該結(jié)構(gòu)適用于自動饋紙式掃描設備和平板式掃描儀；3.采用矩形光電轉(zhuǎn)換元件9，從反向拍攝運動背景的局部影像(如圖2中箭頭Z2 所示)，該結(jié)構(gòu)適用于平板式掃描儀，可以配合帶有網(wǎng)格狀條紋的背景擋板5以增強矩形光電轉(zhuǎn)換元件9的判斷準確性；由于僅拍攝文檔運動的局部影像，拍攝速度和質(zhì)量可以得到保障。運算模塊可以安裝在圖像掃描裝置的任意位置，與主掃描器1和掃描速度記錄器2相聯(lián)接，對失真圖像進行分析和還原。具體方法如下1.主掃描器1以固定采樣頻率Fl在X方向拍攝文檔圖像，形成圖像組LX，同時掃描速度記錄器2以固定采樣頻率F2在Y方向拍攝文檔運動影像或者背景運動影像，形成圖像組LY ；2.通過運算模塊逐一比對圖像組LY中相鄰的數(shù)據(jù)，計算出與采樣頻率F2對應的每一次采樣Y方向產(chǎn)生的相對位移量，形成相對位移量數(shù)組；3.根據(jù)額定步進指標，從相對位移量數(shù)組中提取出符合要求的采樣點數(shù)組，將這些采樣點按Fl F2換算后，從圖像組LX中提取對應的采樣點數(shù)據(jù)順序組合即可形成的文檔圖像；沒有直接對應的采樣點時，采取插值計算的方法合成圖像數(shù)據(jù)。按200DPI的分辨率掃描幅面為X01*Y01英寸的文檔為例，掃描后圖像為Χ02*Υ02 像素(Χ02 = X01*200DPI, Y02 = Y01*200DPI)。正常掃描速度為V頁/分鐘，掃描設備最快和最慢的瞬時掃描速度為Vl和V2(V1 > V > V2)，掃描設備的傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的瞬時速度的差異(主要是最高瞬時速度和正常標定速度的差異)應可以控制在士30%之內(nèi)。由于瞬
4時的速度差異造成了圖像的失真，即圖像在Y方向上產(chǎn)生拉伸或收縮，可通過速度補償單元進行修正。X方向主掃描光電轉(zhuǎn)換元件1攝像的分辨率應大于等于X2個像素，攝像速度應大于等于V*Y2楨/分鐘。Y方向掃描速度記錄器2攝像的分辨率應大于等于Y02個像素，攝像速度應大于等于V*Y2楨/分鐘。Y方向拍攝的圖像為背景圖像，如果文檔未進入掃描區(qū)域，則Y方向背景圖像不會隨文檔運動而改變，當文檔一側(cè)邊緣進入掃描區(qū)域后，Y方向的圖像則隨掃描的過程而改變。隨著文檔在Y方向上相對于主掃描器1不斷移動，主掃描器1按固定采樣頻率Fl獲取文檔圖像，從而形成一組圖像LX，數(shù)量為η個(LXl，LX2，LX3，. . . LXn)，同時掃描速度記錄器2按固定采樣頻率F2獲取文檔或者背景的運動過程的圖象，形成另一組圖像LY，數(shù)量為 m個(LYl，LY2，LY3，...LYm)。運算模塊通過對LY圖像組進行分析，抽取對應的LX圖像組中有效的數(shù)據(jù)，重新組合而形成正式圖像組LXX，最終將修正后的LXX圖像組按順序合并即可形成最終的文檔圖像。實施例1 對于平板式掃描儀，采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)，將掃描速度記錄器2固定在主掃描器支架6上，在掃描文檔時掃描速度記錄器2隨同主掃描器支架6 —起移動拍攝Y方向的運動背景。掃描速度記錄器2可以位于取景臺的外側(cè)或者主掃描器1的背面，與掃描速度記錄器2對應的位置設置背景擋板5以輔助測定運動速度和位置。掃描速度記錄器2用于拍攝掃描過程中背景檔板5的運動影像，掃描速度記錄器2所拍攝的背景區(qū)域是一個運動區(qū)域(非固定拍攝整個背景區(qū)域)，與其對應的背景擋板5可以采用等距或漸變的條紋。實施例2 對于自動饋紙式掃描儀，主掃描器1位置固定不動，由自動進紙器帶動被掃描文檔沿Y方向運動通過主掃描器1。在此情況下可采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，將一個或一組矩形光電轉(zhuǎn)換元件9固定分布在主掃描器1周圍的，用于獲得掃描速度特征數(shù)據(jù)。如果采用線形光電轉(zhuǎn)換元件8獲取掃描速度特征，必須在Y方向預留較長的攝像區(qū)域，且最好采用平面作為背景，這些條件對于自動饋紙式掃描儀顯得比較苛刻。而采用矩形光電轉(zhuǎn)換元件9只需要拍攝有限的區(qū)域范圍，即可通過相鄰攝像數(shù)據(jù)的對比獲得掃描速度特征數(shù)據(jù)，可以滿足自動饋紙式掃描儀的應用需求。矩形光電轉(zhuǎn)換元件9的拍攝方向與主掃描器1相同直接拍攝文檔，通過相鄰攝像數(shù)據(jù)的對比獲得掃描速度特征數(shù)據(jù)；采用多個矩形光電轉(zhuǎn)換元件9的原因是自動饋紙式掃描儀所掃描文檔的寬度未知，沿X方向排布多個矩形光電轉(zhuǎn)換元件9可以適應不同的寬度的文檔。采用矩形光電轉(zhuǎn)換元件后，所拍攝的影像不是一條線，而是一個矩形區(qū)域。其工作原理與公知的光電/激光鼠標中使用的光學定位傳感器類似，通過一個放大型光學成像系統(tǒng)用較高的DPI標準拍攝很小的矩形區(qū)域，通過局部放大可以更準確的獲取掃描位置的移動量。這種結(jié)構(gòu)比較靈巧、采樣頻率高、適應性強，可以實時測定運動速度。而用多個矩形光電轉(zhuǎn)換元件協(xié)同工作，可以互為校驗，避免出現(xiàn)誤差。矩形光電轉(zhuǎn)換元件(9)的拍攝區(qū)域可以是長方形區(qū)域，為達到更好的提取Y方向運動速度特征的目的，可以將矩形光電轉(zhuǎn)換元件(9)拍攝區(qū)域的長度方向與主掃描運動的Y方向保持相同，從而可以獲得更多的Y方向的參考數(shù)據(jù)。實施例3 在低精度工作模式下，采用實施例1的結(jié)構(gòu)，步進為1，運算模塊的工作流程如圖3 所示X方向主掃描光電轉(zhuǎn)換元件1攝像速度設定為V*Y2楨/分鐘，Y方向掃描速度記錄器2攝像分辨率為Y02個像素O00DPI)，Y方向掃描速度記錄器2攝像速度也設定為V*Y2 楨/分鐘。兩組元件同步進行攝像，形成兩組數(shù)量相同的圖像組(即m = η Υ02)。逐一對比分析LY的圖像組，在正常速度下，應檢測各相鄰的圖像中文檔邊緣會向前移動一個像素覆蓋相應的背景，此時圖像無須修正，直接將對應的LX圖像存入正式圖像組LXX。如掃描運動速度較快，累積誤差超過1個像素時，會導致相鄰的圖像中背景位置向前移動超過一個像素；如掃描運動速度較慢，累積誤差超過1個像素時，會導致相鄰的圖像中背景位置未向產(chǎn)生移動。對于高速產(chǎn)生的失真，計算相鄰的前后兩副正常的LX圖像的平均值形成新的圖像保存入正式圖像組LXX作為彌補；對于低速產(chǎn)生的失真，將未檢測到背景位置移動的對應的LX圖像刪除，或者計算屬于同一位置的多副LX圖像的平均值形成新的圖像保存入正式圖像組LXX作為彌補。最終將修正后的LXX圖像組按順序合并即可形成最終的文檔圖像。實施例4 在高精度工作模式下，采用實施例2的結(jié)構(gòu)，步進為2，運算模塊的工作流程如圖4 所示X方向主掃描光電轉(zhuǎn)換元件1攝像速度設定為V*Y02M楨/分鐘，Y方向掃描速度記錄器2攝像分辨率為400DPI，Y方向掃描速度記錄器2攝像速度也設定為V*Y02M楨/ 分鐘。兩組元件同步進行攝像，形成兩組數(shù)量相同的圖像組(即m = η Υ02*2)。由于掃描設備的機械傳動速度變化量是有限的，一般不會超過士30%。而由于LX 和LY的采樣頻率均提高了一倍或更多，所以可以用第一幅LYl圖像作為參照，逐一對比分析LY圖像組中的后續(xù)圖像，從而找到所有相對應符合背景位置移動條件的LX圖像保存入正式圖像組LXX，LX圖像組中其他不符合條件的圖像可以舍棄。最終將經(jīng)過篩選的LXX圖像組按順序合并即可形成最終的文檔圖像。具體實施時，可以采用其他的攝像速度和分辨率的組合，參考實施例3和實施例4 的工作流程，通過插值計算的方法完成對圖像的修正。以上各實施例不是對本發(fā)明的具體限制，在不脫離本發(fā)明的權利要求書限定的范圍，可以對該裝置做出種種具體的修改。
權利要求
1.帶有速度補償單元的圖像掃描裝置，包括主掃描器(1)、傳動機構(gòu)，其特征是在于 該圖像掃描裝置包括一個速度補償單元，所述的速度補償單元至少包括一個或一組安裝在文檔掃描運動通道側(cè)面的掃描速度記錄器(2)和運算模塊，其中掃描速度記錄器(2)用于獲得文檔通過主掃描器(1)時含有速度特征的攝像數(shù)據(jù)，所述的掃描速度記錄器( 是用于拍攝掃描速度特征影像的光電轉(zhuǎn)換元件，運算模塊根據(jù)掃描速度記錄器( 獲得的攝像數(shù)據(jù)計算出文檔的掃描速度變化參數(shù)曲線，并通過該參數(shù)曲線對運動方向上所產(chǎn)生的失真圖像進行還原；所述的掃描速度記錄器( 中的光電轉(zhuǎn)換元件是線形光電轉(zhuǎn)換元件(8)、或者矩形光電轉(zhuǎn)換元件(9)、或者是前兩者共同使用，光電轉(zhuǎn)換元件可以與光學成像組件配套使用。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶有速度補償單元的圖像掃描裝置，其特征在于所述的矩形光電轉(zhuǎn)換元件(9)拍攝的矩形區(qū)域是長方形區(qū)域，所拍攝區(qū)域的長度方向與主掃描運動的Y方向相同。
3.根據(jù)權利要求1所述的帶有速度補償單元的圖像掃描裝置，其特征在于在文檔掃描運動通道面對掃描速度記錄器O)的另一側(cè)，設置有輔助測定文檔運動速度的背景擋板 (5)，該背景擋板( 是單色背景、或者是帶有距離標記線的背景、或者是網(wǎng)格狀條紋背景。
4.根據(jù)權利要求1所述的帶有速度補償單元的圖像掃描裝置，其特征在于所述的矩形光電轉(zhuǎn)換元件(9)固定分布在主掃描器(1)的周圍，其安裝方式有兩種4.1.正向安裝矩形光電轉(zhuǎn)換元件(9)，矩形光電轉(zhuǎn)換元件(9)拍攝方向與主掃描器(1) 相同直接拍攝文檔的局部矩形區(qū)域的運動影像，通過相鄰攝像數(shù)據(jù)的對比獲得掃描速度特征數(shù)據(jù)；4.2.反向安裝矩形光電轉(zhuǎn)換元件(9)，矩形光電轉(zhuǎn)換元件(9)的拍攝方向與主掃描器 (1)相反拍攝背景擋板(5)的局部矩形區(qū)域的運動影像，通過相鄰背景攝像數(shù)據(jù)的對比獲得掃描速度特征數(shù)據(jù)。
5.帶有速度補償單元的圖像掃描裝置的補償方法，其特征在于在文檔掃描過程中， 圖像采集和圖像補償?shù)木唧w方法如下5.1.主掃描器(1)以固定采樣頻率Fl在X方向拍攝文檔圖像，形成圖像組LX，同時掃描速度記錄器O)以固定采樣頻率F2在Y方向拍攝文檔運動影像或者背景運動影像，形成圖像組LY ；5. 2.通過運算模塊逐一比對圖像組LY中相鄰的數(shù)據(jù)，計算出與采樣頻率F2對應的每一次采樣Y方向產(chǎn)生的相對位移量，形成相對位移量數(shù)組；5. 3.根據(jù)額定步進指標，從相對位移量數(shù)組中提取出符合要求的采樣點，將這些采樣點按Fl F2換算后，從圖像組LX中提取對應的采樣點數(shù)據(jù)順序組合即可形成的文檔圖像；當沒有直接對應的采樣點時，采取插值計算的方法用相鄰的采樣點數(shù)據(jù)合成圖像數(shù)據(jù)。
全文摘要
帶有速度補償單元的圖像掃描裝置和補償方法，包括主掃描器(1)、傳動機構(gòu)，其特征是在于該圖像掃描裝置包括一個速度補償單元，所述的速度補償單元至少包括一個或一組安裝在文檔掃描運動通道一側(cè)的掃描速度記錄器(2)和運算模塊，其中掃描速度記錄器(2)用于獲得文檔通過主掃描器(1)時含有速度特征的攝像數(shù)據(jù)，運算模塊根據(jù)掃描速度記錄器(2)獲得的攝像數(shù)據(jù)計算出文檔的掃描速度變化參數(shù)曲線，并通過該參數(shù)曲線對運動方向上所產(chǎn)生的失真圖像進行還原。
文檔編號G06T7/20GK102170513SQ20111005060
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權日2011年3月2日
發(fā)明者吳智翔 申請人:吳偉佳