專利名稱：具有可旋轉(zhuǎn)反射鏡和圖像處理處理系統(tǒng)的快速掃描儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種掃描設(shè)備，尤其涉及為了高速圖像掃描的圖像傳感器和可旋轉(zhuǎn)反射鏡的使用以及為了高速圖像處理的標(biāo)記圖像使用。
背景技術(shù)：
由于電子存儲文檔具有許多顯著的優(yōu)點，諸如便于信息共享和管理、節(jié)省物理空間、并且不容易發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，因此正在成為一種習(xí)慣做法。一旦在計算機系統(tǒng)中存儲文檔的圖像，則存在大量主要以軟件形式的技術(shù)，以適當(dāng)?shù)貥?biāo)記、索引、存儲、打包、以及檢索這些圖像。因此，在近些年對于將紙制文檔掃描為電子文件或者文檔的需求已經(jīng)急劇增加。當(dāng)前市場上有兩種可以用于將紙制文檔轉(zhuǎn)化為電子文檔的掃描設(shè)備。第一種為所謂的玻璃面平臺式掃描儀，該掃描儀的掃描速度為每秒鐘0.033到0.143頁。第二種為饋紙式掃描儀，其掃描速度為每秒鐘3頁。饋紙式掃描儀可以有效掃描具有統(tǒng)一物理形狀的文檔。當(dāng)要進(jìn)行掃描的文檔頁數(shù)很大時節(jié)省掃描時間就變得尤其重要。由于并不是所有的文檔都可以通過所述饋紙式掃描儀的進(jìn)紙槽進(jìn)入，所以平臺式設(shè)備對于辦公和個人來講是必不可少的。例如，在醫(yī)院、門診和各種公司的應(yīng)收帳款部門中，每天通過郵件收到大量的支票和付款說明頁。盡管這些紙制文檔是用于電子存儲的優(yōu)良候選物，但是由于其尺寸和形狀差異很大，并且通常以某種方式折疊并裝訂在一起，因此由于速度限制，缺乏將這些文檔掃描到計算機系統(tǒng)中的有效裝置。直到今天還只能通過人工分類、標(biāo)記、打包和檢索這些紙制文檔。
當(dāng)前商用平臺式掃描儀由具有光源的掃描頭、反射鏡、聚焦透鏡和光學(xué)傳感器構(gòu)成。在掃描期間掃描頭中的所有部件一起移動。所述傳感器從文檔接收光學(xué)信號并將所述光學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電信號，然后將其處理為所述文檔的圖像。
在所有因素中，限定平臺式設(shè)備掃描速度的因素是掃描頭的移動速度、光學(xué)傳感器的線性掃描速率、數(shù)據(jù)傳輸速度和圖像處理速度?？梢垣@得大大超出所述掃描頭移動速度的圖像處理速度。數(shù)據(jù)傳輸速度依賴于所選的協(xié)議。最通用的通用串口總線(以下稱為“USB”)端口的傳輸速度為1.5MBps(每秒鐘兆字節(jié))。傳輸300KB的圖像文件僅需要0.2秒鐘。其它諸如小型計算機系統(tǒng)接口(以下稱為“SCSI”)速度比USB端口高幾個數(shù)量級。新一代高敏感性光學(xué)傳感器每秒鐘最多可以掃描46,000行，例如，DALSA IT-P1-2048(DALSA Corp.，Waterloo，Ontario，Canada)。如果每頁具有4,000行，則所述傳感器不到0.1秒就可以完成掃描。當(dāng)前饋紙式掃描儀和復(fù)印機每分鐘可以掃描190頁(ppm)的事實已經(jīng)證明圖像處理速度、數(shù)據(jù)傳輸速度和傳感器線性速率都不是速度瓶頸。
平臺式設(shè)備的速度瓶頸是掃描頭的移動比較緩慢。具體地說，并不是步進(jìn)電動機不能足夠快地驅(qū)動所述掃描頭，而是掃描頭的前后移動和啟動-停止動作限制了所述掃描頭的速度。因此，盡管在近些年微處理器速度和存儲密度都提高了幾個數(shù)量級，但是所述平臺式掃描儀的平臺掃描速度的增長僅是一個逐漸增長的過程。
和玻璃面平臺式掃描儀所需的每秒鐘0.033到0.143頁的掃描時間比較，采用區(qū)域傳感器的攝影機可以在瞬間捕捉文檔圖像。在題目為“InteractiveCopying System”的美國專利No.5,511,148中公開了這種圖像掃描系統(tǒng)的實施例。在美國專利No.6,493,469中公開了圖像掃描系統(tǒng)的另一實施例。應(yīng)該理解美國專利No.6,747,764還公開了“camera box”類似設(shè)備，其中區(qū)域傳感器向上捕捉表面朝下的文檔圖像。在透明平臺上放置所述文檔。但是，采用區(qū)域傳感器的攝影機通常沒有可以替代普通辦公掃描儀的足夠分辨率。與玻璃面掃描設(shè)備類似，在掃描過程中向掃描區(qū)域發(fā)出的閃光會讓用戶感到不適并會傷害到用戶，盡管設(shè)備高度較高但是由于在要掃描的文檔和區(qū)域傳感器之間需要保持足夠的距離因此所述設(shè)備具有有限的掃描區(qū)域。
稱為線性掃描相機的采用線傳感器的相機可以產(chǎn)生比采用區(qū)域傳感器的攝影機更高的圖像分辨率。但是，使用線性掃描相機掃描文檔有很多不便，例如，通常需要將要掃描的文檔朝上放置。否則，為了將所述線性掃描相機設(shè)置于要掃描的文檔下面，需要構(gòu)造體積龐大的掃描設(shè)備。此外，該線性掃描相機設(shè)備需要很強的掃描光，這在頻繁圖像捕捉期間會引起人眼的不適。
基于線性掃描攝影機的原理，具有旋轉(zhuǎn)反射鏡的掃描儀可以用作玻璃面(或者平臺式)掃描儀。但是在旋轉(zhuǎn)反射鏡掃描儀成為日常應(yīng)用的普及產(chǎn)品前，存在許多要解決的問題。一個關(guān)鍵問題在于在線傳感器和掃描區(qū)域之間需要一定的距離。圖1和2所示為采用線傳感器和旋轉(zhuǎn)反射鏡的掃描儀。在掃描區(qū)域1的表面上放置面朝下的要掃描文檔。旋轉(zhuǎn)反射鏡2向聚光透鏡3反射原始文檔的成像光，然后發(fā)送給線傳感器4。該旋轉(zhuǎn)反射鏡繞軸5旋轉(zhuǎn)。這種類型的圖像掃描儀可以以非常高的速度掃描原始文檔。但是，這種類型的掃描儀結(jié)構(gòu)龐大并且還存在幾個其它問題。如圖2所示，將視角α0限定為原始文檔的圖像路徑和位于掃描區(qū)域遠(yuǎn)端原始文檔的表面平面1之間的角。即使在消除掃描圖像失真以后，視角α0越小，位于掃描區(qū)域遠(yuǎn)邊緣附近的原始文檔處提取的分辨率就越低。為了保持某個分辨率水平，在掃描期間的所有時間內(nèi)視角α0必須大于某一閾值。因此，為了掃描尺寸為L0的原件，掃描儀的高度H0不能太小。
對于縮短文檔和可旋轉(zhuǎn)反射鏡以及聚光透鏡之間的距離進(jìn)行了許多嘗試。例如，美國專利No.6,396,648采用魚眼透鏡而美國專利No.6,324,014采用一組透鏡。但是，通過采用不同透鏡實現(xiàn)縮短距離是有限的，并且由于所捕捉到的圖像失真增加產(chǎn)生的副作用使整個系統(tǒng)進(jìn)一步復(fù)雜化。
美國專利No.6,493,469通過兩個區(qū)域傳感器相機獲得兩個局部文檔圖像。每個部分圖像都具有相對較小的失真和很好的分辨率。將該兩個圖像合并從而形成所述原始文檔的完整圖像。該設(shè)計具有幾個問題。諸如采用昂貴的區(qū)域傳感器的數(shù)碼相機的圖像捕捉設(shè)備通常沒有代替普通辦公掃描儀的足夠分辨率。該設(shè)計還需要將文檔面朝上放置并且相機向下放置，占有相對較大的空間，因此對于頻繁掃描不像平臺式掃描儀一樣方便。所提出的將兩個部分圖像組合在一起的方法是基于所捕捉到的圖像，該方法在實現(xiàn)高質(zhì)量的組合圖像方面不可靠。
美國專利No.5,909,521還公開了通過多個部分圖像獲得完整文檔圖像的方法。但是圖像處理非常復(fù)雜，而且隨著掃描部分圖像的對準(zhǔn)質(zhì)量也在改變。因此，該方法沒有提供快速而可靠地將部分圖像組合為整體的方法。
設(shè)計旋轉(zhuǎn)反射鏡掃描儀的另一問題在于準(zhǔn)確地安排圖像處理和旋轉(zhuǎn)反射鏡的角坐標(biāo)之間的協(xié)調(diào)時間。已經(jīng)提出了多種方法，例如，美國專利No.6,088,167公開了一種除了圖像捕捉光學(xué)傳感器以外的專用光傳感器的方法，用于當(dāng)光束在某一位置時有規(guī)律的捕捉光束從而實現(xiàn)掃描位置的測量。
美國專利No.5,757,518提出安排旋轉(zhuǎn)反射鏡轉(zhuǎn)動時間的幾種方法。第一方法是計數(shù)主掃描周期，這里不需要用于掃描計時的額外硬件。但是如果在組合為完整圖像之前需要獲得同一原始文檔的多個部分圖像則很難實施對主掃描周期計時。而且，可能累積循環(huán)計算誤差。第二方法是測量反射鏡的角位移。該方法的明顯缺點在于需要額外部件。出于同樣原因，采用光程長度探測儀的第三方法也是不理想的。
美國專利No.5,253,085采用同步傳感器檢測旋轉(zhuǎn)反射鏡的角坐標(biāo)。在美國專利No.5,973,798中采用額外傳感器和硬件裝置檢測角坐標(biāo)。
在旋轉(zhuǎn)反射鏡掃描儀設(shè)計中的第三個問題是由于不均勻曝光導(dǎo)致的圖像不均勻遮光的校正。眾所周知在掃描儀領(lǐng)域中為了查找或者計算遮光數(shù)據(jù)需要用于獲得基準(zhǔn)光亮度的標(biāo)準(zhǔn)白基準(zhǔn)。為遮光校正研發(fā)了許多方法，諸如美國專利No.6,061,102、美國專利No.5,724,456、美國專利No.6,546,197、美國專利No.6,195,469、美國專利No.5,457,547以及美國專利公開號U.S.2003/0,142,367。但是，在旋轉(zhuǎn)反射鏡掃描儀設(shè)計中，和標(biāo)準(zhǔn)平臺式掃描儀相比在整個掃描區(qū)域上遮光不均勻更大。因此需要更大的“標(biāo)準(zhǔn)白基準(zhǔn)”區(qū)域。
在圖像掃描儀設(shè)計中的第四個問題是消除在由傳感器最初獲得的原始圖像中的失真。需要對捕獲的原始圖像進(jìn)行處理以獲得不失真的掃描文檔圖像。存豐許多用于消除失真的方法，諸如美國專利No.6,233,014、美國專利No.5,253,085、以及美國專利No.6,219,446。
再一個問題是在掃描期間強光照射到掃描區(qū)域以外。為了快速掃描，一種方法是使用強光覆蓋整個掃描區(qū)域。這會讓操作人員的眼睛感覺非常不適。另一方法是使用強而且窄的光束掃描在圖像掃描線下的掃描區(qū)域。所述第二方法將掃描期間發(fā)射到掃描區(qū)域以外的照射光量降到最小程度。但是，光束需要完全和圖像掃描同步地掃描所述掃描區(qū)域。至今還沒有提供一種可以實現(xiàn)第二方法的解決方案。
因此，在該領(lǐng)域中仍然存在能夠解決上述缺點和不足的迄今仍未解決的需求。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及用于獲得位于至少部分透明平臺上的目標(biāo)的圖像的掃描儀。所述至少部分透明平臺具有第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域，并且所述至少部分透明平臺的第一掃描區(qū)域和所述第二掃描區(qū)域中的每個分別具有第一邊緣和第二邊緣。
在一實施方式中，掃描儀具有適合于發(fā)光的光源。掃描儀還具有可旋轉(zhuǎn)反射鏡，該可旋轉(zhuǎn)反射鏡適于接收來自第一方向的光并向第二方向反射所述光，以掃描位于至少局部透明平臺上的目標(biāo)的部分圖像，該可旋轉(zhuǎn)反射鏡還適于接收來自與第二方向相反的第三方向的目標(biāo)的掃描后的部分圖像并且向和第一方向相反的第四方向反射所述目標(biāo)的掃描后的部分圖像。而且，所述掃描儀具有位于可旋轉(zhuǎn)反射鏡和至少部分透明平臺的第一掃描區(qū)域之間的光程上的固定反射鏡，所述固定反射鏡用于接收由可旋轉(zhuǎn)反射鏡沿第二方向反射出的光并且將所述從可旋轉(zhuǎn)反射鏡接收到的光反射向至少部分透明平臺的第一掃描區(qū)域以掃描目標(biāo)部分圖像，并且所述固定反射鏡還接收目標(biāo)的掃描后的部分圖像，然后以第三方向向可旋轉(zhuǎn)反射鏡反射所述掃描后的目標(biāo)的部分圖像。此外，所述掃描儀具有用于接收來自第四方向的目標(biāo)的掃描后的部分圖像并輸出對應(yīng)于接收到的掃描后的目標(biāo)部分圖像的電子信號的圖像傳感器。而且，所述掃描儀具有用于從所述圖像傳感器接收電子信號并以數(shù)字格式記錄所述電子信號的圖像處理系統(tǒng)。所述掃描儀還具有位于可旋轉(zhuǎn)反射鏡和所述圖像傳感器之間光程上的聚光透鏡，以及用于旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)反射鏡的旋轉(zhuǎn)裝置。
所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡和固定反射鏡設(shè)置為使得在當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)反射鏡旋轉(zhuǎn)時，所述旋轉(zhuǎn)反射鏡改變光的第二方向從而在可旋轉(zhuǎn)反射鏡的僅一次全程旋轉(zhuǎn)中，從固定反射鏡沿第五方向反射出的對應(yīng)光沿第一掃描方向A從第一掃描區(qū)域的第一邊緣到第二邊緣和沿第一掃描方向B從第二掃描區(qū)域的第一邊緣到第二邊緣依次掃描目標(biāo)的連續(xù)部分圖像。所述圖像處理系統(tǒng)將這里記錄的部分圖像組合在一起形成基本完整的目標(biāo)圖像，相當(dāng)于分別沿第一掃描方向A和第二掃描方向B全掃描。在一實施方式中，至少部分透明平臺、可旋轉(zhuǎn)反射鏡、和固定反射鏡設(shè)置為使得將第一角α1限定為至少部分透明平臺和連接固定反射鏡下邊緣和第一掃描區(qū)域的第一邊緣的光程之間的角，并將第二角α2限定為至少部分透明平臺和連接第一方向和第二方向交叉點和第二掃描區(qū)域的第一邊緣的光程之間的角，角α1和α2均大于預(yù)定閾值角α。
所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡包括具有至少一反射表面的平面鏡。在一實施方式中，所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡具有多角鏡。在一實施方式中，所述固定反射鏡包括平面鏡。在另一實施方式中，固定反射鏡包括曲面鏡。在一實施方式中，圖像傳感器包括線傳感器、區(qū)域傳感器及其組合中至少之一。在一實施方式中，所述光源包括激光、熒光燈管、發(fā)光二極管組件、鎢燈、鹵鎢燈、鹵燈、氙燈及其任意組合中至少之一。所述至少部分透明平臺包括由至少部分透明材料構(gòu)成的平板。在一實施方式中，所述至少部分透明平臺包括玻璃板或者透明塑料板。
在另一方面，本發(fā)明涉及用于獲得位于至少部分透明平臺上的目標(biāo)的圖像的掃描儀，其中所述至少部分透明平臺至少具有第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域，并且第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域的每個分別具有第一邊緣和第二邊緣。
在一實施方式中，所述掃描儀具有用于發(fā)光的至少一光源。而且，所述掃描儀具有至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡，所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡用于接收來自第一方向的光并向第二方向反射所述光以掃描位于所述至少部分透明平臺上的目標(biāo)的部分圖像，從第三方向接收掃描后的目標(biāo)的部分圖像并且向第四方向反射所述掃描后的目標(biāo)的部分圖像。而且，所述掃描儀具有至少一圖像傳感器，其用于從第四方向接收掃描后的目標(biāo)的部分圖像并輸出對應(yīng)于所述接收到的掃描后的目標(biāo)的部分圖像的電子信號。而且，所述掃描儀具有圖像處理系統(tǒng)，其用于接收來自至少一圖像傳感器的電子信號并以數(shù)字格式記錄該電子信號。所述掃描儀還具有位于至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡和至少一圖像傳感器之間光程上的至少一聚光透鏡，以及用于旋轉(zhuǎn)至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡的旋轉(zhuǎn)裝置。
所述至少一光源、至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡和至少一圖像傳感器設(shè)置為使得所述第一方向和第四方向限定第一角(180°-β)，并且所述第二方向和所述第三方向限定第二角(180°+β)，其中β值在-15°到15°范圍內(nèi)，并且當(dāng)所述至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡旋轉(zhuǎn)時，所述至少一旋轉(zhuǎn)反射鏡改變光的第二方向從而優(yōu)選地在所述至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡的僅一全程旋轉(zhuǎn)中，所述光沿第一掃描方向A從第一掃描區(qū)域的第一邊緣到第二邊緣和沿第一掃描方向B從第二掃描區(qū)域的第一邊緣到第二邊緣依次掃描目標(biāo)的連續(xù)部分圖像。所述圖像處理系統(tǒng)組合這里記錄的部分圖像以形成相當(dāng)于分別沿第一掃描方向A和第二掃描方向B全掃描的基本上完整的目標(biāo)圖像。
在再一方面，本發(fā)明涉及用于獲得位于至少部分透明平臺上的目標(biāo)圖像的方法。其中通過多個邊緣部分限定所述至少部分透明平臺并且所述至少部分透明平臺具有至少第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域。
在一實施方式中，該方法還包括在至少部分圍繞至少部分透明平臺的邊緣部分形成具有多個標(biāo)記的白色區(qū)域，所述各標(biāo)記設(shè)置在所述白色區(qū)域的預(yù)定位置。所述多個標(biāo)記中的每一個都是從所述白色區(qū)域中可以識別的。在一實施方式中，白色區(qū)域中的至少一部分適宜標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)白色。所述方法還包括分別從第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域順序掃描所述目標(biāo)的連續(xù)部分圖像的步驟，其中每個連續(xù)部分圖像包括多個標(biāo)記中至少之一的圖像。而且，所述方法包括采用位于每個連續(xù)部分圖像中多個標(biāo)記至少其中之一上的圖像作為基準(zhǔn)以組合連續(xù)部分圖像從而形成對應(yīng)于第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域的全掃描的基本完整的目標(biāo)圖像。所述采用步驟還包括校正所形成的目標(biāo)圖像的步驟，并分別將白色區(qū)域的圖像和多個標(biāo)記的圖像從校正后的目標(biāo)圖像中修剪掉從而獲得所述目標(biāo)圖像的步驟。
在再一方面，本發(fā)明涉及用于獲得位于至少部分透明平臺上的目標(biāo)圖像的掃描儀，其中通過多個邊緣部分限定所述至少部分透明平臺并且所述平臺至少具有第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域。
在一實施方式中，所述掃描儀具有多個標(biāo)記的白色區(qū)域，其形成于所述至少部分透明平臺的至少部分周圍邊緣部分，其中各標(biāo)記設(shè)置在所述白色區(qū)域中的預(yù)定位置，并且多個標(biāo)記都是從所述白色區(qū)域是可以識別的。在一實施方式中，所述白色區(qū)域的至少一部分適宜標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)白色。而且所述掃描儀具有用于分別從第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域順序掃描目標(biāo)的連續(xù)部分圖像的光學(xué)裝置，其中每個連續(xù)部分圖像包括多個標(biāo)記中至少之一的圖像。在一實施方式中，所述光學(xué)裝置包括至少一圖像傳感器。所述至少一圖像傳感器包括線傳感器、區(qū)域傳感器及其組合中之一。所述掃描儀還具有圖像處理系統(tǒng)，其用于采用位于每個連續(xù)部分圖像中的多個標(biāo)記中至少之一的圖像作為基準(zhǔn)以組合連續(xù)部分圖像從而形成對應(yīng)于第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域的全掃描的基本完整的目標(biāo)圖像。在一實施方式中，所述圖像處理系統(tǒng)具有控制器，所述控制器通過分別將白色區(qū)域的圖像和多個標(biāo)記的圖像從校正后的目標(biāo)圖像中修剪掉從而獲得所述目標(biāo)圖像來執(zhí)行校正所形成的目標(biāo)圖像的步驟。
在再一方面，本發(fā)明涉及用于獲得位于至少部分透明平臺上的目標(biāo)圖像的方法，其中所述至少部分透明平臺具有多個掃描區(qū)域。在一實施方式中，所述方法包括順序掃描分別來自所述多個掃描區(qū)域中各掃描區(qū)域的目標(biāo)的連續(xù)部分圖像并組合所述連續(xù)部分圖像以形成對應(yīng)于多個掃描區(qū)域的全掃描的基本完整的目標(biāo)圖像的步驟。
在一實施方式中，至少部分透明平臺還具有多個標(biāo)記，各標(biāo)記設(shè)置在預(yù)定位置。各連續(xù)部分圖像包括多個標(biāo)記至少之一的圖像。所述組合步驟包括采用在各連續(xù)部分圖像中的多個標(biāo)記至少之一的圖像作為基準(zhǔn)。
在另一方面，本發(fā)明涉及用于獲得位于至少部分透明平臺上的目標(biāo)圖像的掃描儀，其中所述至少部分透明平臺具有多個掃描區(qū)域。在一實施方式中，所述掃描儀具有用于順序掃描分別來自多個掃描區(qū)域中的各掃描區(qū)域的目標(biāo)的連續(xù)局部圖像的光學(xué)裝置，以及用于組合從光學(xué)裝置中接收到的連續(xù)部分圖像從而形成對應(yīng)于多個掃描區(qū)域的全掃描的基本完整的目標(biāo)圖像的處理裝置。
在一實施方式中，所述光學(xué)裝置包括至少一圖像傳感器。所述至少一圖像傳感器包括線傳感器、區(qū)域傳感器及其組合中至少之一。所述至少部分透明平臺具有分別設(shè)置在預(yù)定位置的多個標(biāo)記。每個連續(xù)部分圖像包括多個用作基準(zhǔn)的標(biāo)記至少其中之一的圖像，通過結(jié)合附圖對優(yōu)選實施方式進(jìn)行以下說明將使本發(fā)明的所述和其他方面變得更加明顯，在不脫離所述公開新穎概念的精神和范圍內(nèi)，這里可以對本發(fā)明進(jìn)行一些變化和修改。


圖1所示為傳統(tǒng)基于可旋轉(zhuǎn)反射鏡的掃描儀的透視圖；
圖2所示圖1所示掃描儀的示意性側(cè)視圖；圖3所示為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的掃描儀的示意性透視圖；圖4所示為圖3所示掃描儀的示意性側(cè)視圖，具有對掃描儀的光學(xué)說明；圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一實施方式掃描儀的圖像處理流程的方框圖；圖6所示為根據(jù)本發(fā)明一實施方式擁有具有多個標(biāo)記的白色區(qū)域的至少部分透明平臺的示意性仰視圖；圖7所示為根據(jù)本發(fā)明一實施方式采用標(biāo)記識別掃描線位置的流程示意圖(a)具有標(biāo)記的至少部分透明平臺的一部分，以及(b)具有不同位置的掃描線的標(biāo)記的放大圖像；圖8所示為對應(yīng)于圖7的標(biāo)記的圖像的電子信號(a)-(d)分別對應(yīng)于處于不同位置標(biāo)記的圖像的電子信號；圖9所示為根據(jù)本發(fā)明一實施方式采用公共標(biāo)記的圖像的兩個部分圖像的預(yù)對準(zhǔn)的示意圖；圖10所示為根據(jù)本發(fā)明一實施方式組合兩個通過掃描儀掃描的部分圖像的流程示意圖(a)分別沿第一掃描方向A和第二掃描方向B掃描的兩個部分圖像，(b)部分圖像的預(yù)對準(zhǔn)，(c)這些部分圖像的組合，并(d)部分圖像的處理后的圖像；圖11所示為圖像遮光強度校正過程的流程示意圖；圖12所示為根據(jù)本發(fā)明一實施方式掃描儀的(a)示意性透視圖，以及(b)由掃描儀掃描后的兩個部分圖像的三維遮光強度分布；圖13所示為遮光強度校正過程的示意圖；圖14所示為沿x軸提取的圖13中遮光強度分布的截面圖(a)遮光強度校正過程以前，以及(b)遮光強度校正過程以后；圖15所示為沿y軸提取的圖13中遮光強度分布的截面圖；圖16所示為根據(jù)本發(fā)明的一實施方式采用標(biāo)記圖像進(jìn)行圖像失真消除過程的示意圖(a)和(b)示出如何產(chǎn)生坐標(biāo)方格，(c)和(d)示出在失真圖像上精細(xì)坐標(biāo)方格的迭代過程，(e)和(f)示出如何對位于坐標(biāo)方格內(nèi)的P位置的像素坐標(biāo)進(jìn)行圖像失真消除校正，(g)在還沒有進(jìn)行失真消除的失真圖像中掃描線之間的不均勻的距離，以及(h)示出使存儲的標(biāo)記和坐標(biāo)方格的坐標(biāo)與標(biāo)記和坐標(biāo)方格的實際圖像相匹配的過程；
圖17所示為根據(jù)本發(fā)明的一實施方式掃描儀的示意圖(a)掃描儀的側(cè)視圖，和(b)掃描儀的光學(xué)的幾何圖形；圖18所示為根據(jù)本發(fā)明的一實施方式掃描儀示意圖；圖19所示為根據(jù)本發(fā)明的一實施方式具有遮光罩的掃描儀的示意性側(cè)視圖；圖20所示為根據(jù)本發(fā)明的一實施方式掃描儀示意性側(cè)視圖；圖21所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式掃描儀示意性側(cè)視圖；圖22所示為根據(jù)本發(fā)明可選實施方式掃描儀示意性側(cè)視圖；圖23所示為計算圖22中的彎曲輔助反射鏡的曲率的幾何圖形；圖24所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式掃描儀的示意圖；圖25所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式組合通過掃描儀掃描的三個部分圖像過程的示意圖(a)分別沿方向A、B和C掃描三個部分圖像，(b)部分圖像的預(yù)對準(zhǔn)，(c)組合部分圖像，以及(d)部分圖像的處理后圖像；圖26所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的掃描儀的示意性側(cè)面圖；圖27所示為根據(jù)本發(fā)明一實施方式組合通過掃描儀掃描后的兩個部分圖像過程的示意圖(a)分別沿第一掃描方向A和第二掃描方向B掃描后的兩個部分圖像，(b)部分圖像的組合，以及(c)部分圖像的處理后圖像；圖28所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式掃描儀示意圖；圖29所示為根據(jù)本發(fā)明一實施方式組合通過掃描儀掃描的四個部分圖像的過程的示意圖(a)分別沿方向A、B、C和D掃描四個部分圖像，(b)部分圖像的預(yù)對準(zhǔn)，(c)部分圖像的組合，以及(d)部分圖像的處理后圖像；圖30所示為本發(fā)明掃描儀的不同實施方式的示意性側(cè)視圖(a)掃描儀的一實施方式，(b)掃描儀的另一實施方式，以及(c)掃描儀的再一實施方式；圖31所示為圖30(c)所示的掃描儀的眩光消除過程。
圖32所示為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的掃描儀示意圖；圖33所示為根據(jù)本發(fā)明再一實施方式的掃描儀的示意性側(cè)視圖；圖34所示為本發(fā)明掃描儀的不同實施方式的示意圖(a)掃描儀的一實施方式側(cè)視圖，(b)掃描儀的另一實施方式側(cè)視圖，以及(c)掃描儀的再一實施方式的仰視圖；
圖35所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的掃描儀示意圖。
具體實施例方式
由于本發(fā)明中的大量修改和變型對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯然的，因此在以下僅用于說明的實施例中更具體地描述本發(fā)明?，F(xiàn)在詳細(xì)說明本發(fā)明的各種實施方式。參照附圖，在整個附圖中相似附圖標(biāo)記表示相似部件。如下在說明書和權(quán)利要求書中所使用的，除非另有說明，“一(a)”、“一個(an)”和“這個”的含義包括復(fù)數(shù)涵義。而且，如下在說明書和權(quán)利要求書中所使用的，除非另有說明，“在......之內(nèi)(in)”的含義包括“在......之內(nèi)(in)”和“在......之上(above)”的涵義。
結(jié)合附圖3-35說明本發(fā)明的實施方式。根據(jù)本發(fā)明的目的，作為具體和廣泛的說明，一方面，本發(fā)明涉及用于獲得位于至少部分透明的平臺上的目標(biāo)的圖像的掃描儀。所述目標(biāo)包括文檔等。
參照圖3和4，根據(jù)本發(fā)明一實施方式的掃描儀100包括至少部分透明的平臺101、光源301、可旋轉(zhuǎn)反射鏡102、固定反射鏡110、圖像傳感器104、聚光透鏡317，以及圖像處理系統(tǒng)120。
在示例性實施方式中，平臺101具有第一掃描區(qū)域101a和第二掃描區(qū)域101b。所述平臺101的每個第一掃描區(qū)域101a和第二掃描區(qū)域101b分別具有第一邊緣101a1，101b1和第二邊緣101a2，101b2。從第一掃描區(qū)域101a的第一邊緣101a1到第二邊緣101a2的長度和方向分別限定第一掃描長度L1和第一掃描方向A。此外，從第二掃描區(qū)域101b的第一邊緣101b1到第二邊緣101b2的長度和方向分別限定第二掃描長度L2和第二掃描方向B。在一實施方式中，第一掃描區(qū)域101a和第二掃描區(qū)域101b重疊從而形成重疊掃描長度為L3的重疊掃描區(qū)域101c。因此，所述平臺101的實際掃描區(qū)域的掃描長度為L＝(L1+L2-L3)。所述掃描長度L表示所述掃描儀100所能捕捉的目標(biāo)的最大圖像長度。如圖3所示，所述平臺101具有至少部分環(huán)繞平臺101的邊緣部分101d形成的白色區(qū)域201，所述白色區(qū)域201具有多個標(biāo)記203。每個標(biāo)記203位于所述白色區(qū)域201的預(yù)定位置。多個標(biāo)記203對于白色區(qū)域201是可識別的并且優(yōu)選的具有諸如十字形的簡單幾何形狀，在一實施方式中，所述多個標(biāo)記203包括十字標(biāo)記。所述平臺101具有由至少部分透明的材料構(gòu)成的平臺。在一實施方式中，所述平臺101具有玻璃板或者透明塑料板。
光源301用于發(fā)光105。如圖4所示，光源301設(shè)置為當(dāng)光源發(fā)射光束105時，所述光束105通過透鏡319聚焦，通過反射鏡306轉(zhuǎn)向，然后該光束被分光器315轉(zhuǎn)向為沿第一方向105a，從而到達(dá)可旋轉(zhuǎn)反射鏡102。所述光源301可以是激光器、熒光燈管、發(fā)光二極管(以下稱為“LED”)組件、鎢燈、鹵鎢燈、鹵燈、氙燈及其任意組合中之一。對于熒光燈管和氙燈，需要在預(yù)定的位置設(shè)置用于將發(fā)出的光聚集并校準(zhǔn)到預(yù)定方向的拋物線形罩。氙燈具有可見光波長范圍為約400nm到約700nm的光譜和高輸出功率。例如，Hamamatsu’s氙短弧燈，L2173和L2193(Hamamatsu Photonics，k.k.，Hamamatsu，Japan)具有35W的輸出功耗。在一實施方式中，使用氙燈實施本發(fā)明。
可旋轉(zhuǎn)反射鏡102用于接收來自第一方向105a的光105并向第二方向105b反射所述光，以用于掃描諸如位于平臺101上的文檔的目標(biāo)的部分圖像，，并且可旋轉(zhuǎn)反射鏡102從第三方向105c接收掃描后的目標(biāo)的部分圖像并且向第四方向105d反射所述掃描后的目標(biāo)的部分圖像。在一實施方式中，第三方向105c與第二方向105b相對，并且第四方向105d與第一方向105a相對。在如圖4所示的實施方式中，經(jīng)由分光器315將反射到第四方向105d的目標(biāo)的部分圖像導(dǎo)向聚光透鏡103然后到達(dá)圖像傳感器104。所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡102包括具有至少一個反射面的平面鏡，所述反射面與圖像處理系統(tǒng)120耦合。在一實施方式中，可旋轉(zhuǎn)反射鏡102包括多角鏡。在實施過程中，如圖4所示，通過諸如旋轉(zhuǎn)電動機的旋轉(zhuǎn)裝置107以預(yù)定方向106以恒定的角速度旋轉(zhuǎn)所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡102。所述角速度是可調(diào)的。
在可旋轉(zhuǎn)反射鏡102和平臺101的第一掃描區(qū)域101a之間的光程上設(shè)置固定反射鏡110，所述固定反射鏡110用于接收沿第二方向105b從可旋轉(zhuǎn)反射鏡102反射出的光并且將從可旋轉(zhuǎn)反射鏡102接收的光沿第五方向105e反射向平臺101的第一掃描區(qū)域101a，從而用于掃描目標(biāo)在位置112的部分圖像；并且所述固定反射鏡110還用于接收來自與第五方向105e相對的第六方向105f的目標(biāo)在位置112的掃描部分圖像并且將所述目標(biāo)在位置112的掃描部分圖像沿第三方向105c反射向可旋轉(zhuǎn)反射鏡102。在一實施方式中，固定反射鏡110包括平面鏡。在另一實施方式中，固定反射鏡110包括曲面鏡。
設(shè)置平臺101、可旋轉(zhuǎn)反射鏡102和固定反射鏡110使得當(dāng)旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)反射鏡102時，可旋轉(zhuǎn)反射鏡102使第二方向105b的光沿第一掃描方向A從第一掃描區(qū)域101a的第一邊緣101a1到第二邊緣101a2和沿第一掃描方向B從第二掃描區(qū)域101b的第一邊緣101b1到第二邊緣101b2依次掃描目標(biāo)的連續(xù)部分圖像，優(yōu)選地僅在可旋轉(zhuǎn)反射鏡102的一次全程旋轉(zhuǎn)中可以實現(xiàn)上述掃描。在這種結(jié)構(gòu)中，在平臺101和光程109之間限定第一角α1，其中光程109連接固定反射鏡110下邊緣110b和第一掃描區(qū)域101a的第一邊緣101a1。在至少部分透明的平臺101和光程109b之間限定第二角α2，其中光程109b連接第一方向105a和第二方向105b的交叉點和第二掃描區(qū)域101b的第一邊緣101b1。在該實施方式中，α1和α2均大于預(yù)定閾值角α。在一實施方式中，所述預(yù)定閾值角α對應(yīng)于掃描儀圖像失真的最差情況，并且事實上決定所述掃描儀的最小高度。和圖1和2所示的傳統(tǒng)掃描儀比較，假設(shè)本發(fā)明的掃描儀和傳統(tǒng)掃描儀都具有同樣的掃描長度和同樣的最差圖像失真，即α1＝α2＝α0＝α，本發(fā)明中圖3和4中所示的掃描儀比傳統(tǒng)掃描儀結(jié)構(gòu)更緊湊，使得H＜H0。
圖像傳感器104用于接收由可旋轉(zhuǎn)反射鏡102反射并沿第四方向105d穿過聚光透鏡103的目標(biāo)的掃描部分圖像并向圖像處理系統(tǒng)120輸出對應(yīng)于接收的目標(biāo)的掃描部分圖像的電子信號。所述圖像傳感器104可以是線傳感器、區(qū)域傳感器或者其組合。對于采用線性圖像傳感器的掃描儀，所述線傳感器的行處理速率對于提高掃描儀的掃描速度來說是必不可少的。例如，由日本東京NEC公司出品的μPD3747和μPD8670具有7400個像素并且數(shù)據(jù)輸出速率為44MHz，換算成行處理速率為5.95KHz。這些線傳感器用于在分辨率為300dpi情況實現(xiàn)每秒鐘一頁的掃描速度。來自DALSA公司的傳感器DALSAIT-P1-2048的行處理速率為46KHz，該傳感器可以用于在分辨率為600dpi的情況下實現(xiàn)每秒鐘兩頁的掃描速度。也可以采用其它商用線傳感器來實施本發(fā)明。
圖像處理系統(tǒng)120用于從所述圖像傳感器104接收電子信號并以電子格式記錄所述電子信號。所述圖像處理系統(tǒng)120將其中記錄的部分圖像組合在一起形成基本完整的目標(biāo)圖像，這相當(dāng)于分別沿第一掃描方向A和第二掃描方向B的全掃描。通過軟件或者固件可以實施所述圖像處理，并且通過與物理設(shè)置于掃描儀內(nèi)部或者外部且與所述掃描儀通信的計算設(shè)備可以執(zhí)行所述圖像處理。在一實施方式中，所述圖像處理系統(tǒng)120包括具有多個微處理器以及安裝在其上的軟件包的計算機。諸如Silicon Optics sxW1/sxW1-LX(Silicon Optics inc.，Salt Lake City，Utah)的商用微處理器速度足以滿足在零點幾秒鐘內(nèi)進(jìn)行圖像處理的需求?？梢圆捎弥T如Halcon(MVTEC Software GmbH，Müchen，Germany)的軟件包可以將從圖像傳感器104接收到的電子信號處理為完整的目標(biāo)圖像。也可以使用其它微處理器、軟件包和定制軟件來實施本發(fā)明。
參照圖5和6，首先具體參照圖5，根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的圖像處理系統(tǒng)執(zhí)行如下步驟步驟130，對從圖像傳感器接收的目標(biāo)的掃描部分圖像進(jìn)行預(yù)處理，使獨立的黑像素變白并使獨立的白像素變黑從而提取稱為基準(zhǔn)圖像的高梯度圖像。在步驟132，采用基準(zhǔn)圖像校正所述圖像。所述圖像校正步驟包括圖像組合步驟131、圖像遮光強度校正步驟133和圖像失真消除步驟135。在不同實施方式中這三個步驟131、133和135中的圖像處理流程的順序可以有所不同。以任何順序，都需要將從文檔掃描的部分圖像組合在一起，需要校正遮光強度，并且需要消除圖像失真。圖5所示為圖3和4所示的掃描儀圖像處理系統(tǒng)120內(nèi)的幾個可能圖像處理流程其中之一。
為了減少圖像處理所需的時間，可以使用位于平臺101的白色區(qū)域的多個標(biāo)記將部分圖像快速、可靠并準(zhǔn)確地組合成完整圖像，并且該標(biāo)記還可以用于定時旋轉(zhuǎn)反射鏡的角坐標(biāo)以及消除圖像失真。白色區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)白度可以用作遮光校正的遮光強度基準(zhǔn)。例如，如圖6所示，將靠近掃描部分圖像206和207的公共標(biāo)記204和205的掃描部分圖像206和207的重疊部分處理為基準(zhǔn)圖像。也可以將其他部分處理為基準(zhǔn)圖像。在提取的基準(zhǔn)圖像中的像素和原始掃描部分圖像中的像素之間存在一一對應(yīng)?；鶞?zhǔn)圖像的一像素對應(yīng)著在同一位置的原始掃描圖像中的一像素。準(zhǔn)確地對準(zhǔn)和組合該基準(zhǔn)圖像和組合就可以對準(zhǔn)和組合原始掃描部分圖像。由于在基準(zhǔn)圖像中重疊部分內(nèi)的標(biāo)記簡潔而且預(yù)期的形狀，因此可以快速而且可靠地執(zhí)行對準(zhǔn)以及組合基準(zhǔn)圖像的圖像處理從而對準(zhǔn)并組合原始掃描部分圖像。在本發(fā)明的圖像處理系統(tǒng)中上述的基準(zhǔn)圖像是可選的。還可以采用白色區(qū)域201上的多個標(biāo)記203直接對準(zhǔn)并組合目標(biāo)的掃描部分圖像。
在遮光強度校正步驟133進(jìn)行遮光校正。由于存在幾個部分圖像并且所述部分圖像的不同部分是以不同的視角以及不同的距離獲得的。在一實施方式中，在從原始部分圖像讀取信號期間基于通過讀取具有如圖6所示的多個標(biāo)記的基準(zhǔn)白色區(qū)域獲得的遮光數(shù)據(jù)執(zhí)行遮光強度校正。由于和遮光變化原因類似的原因，掃描部分圖像的不同部分具有不同的失真并且需要在圖像失真消除步驟135中消除所述圖像失真。最后，在圖像修剪步驟134從處理后的圖像中剪去白色區(qū)域的圖像從而獲得完整的、所需的目標(biāo)圖像。
對于平臺式掃描儀，在圖像掃描期間，需要手動將文檔放到掃描儀上并從掃描儀上拿掉，即，存在掃描中斷。所述掃描儀的掃描時間還包括手動將文檔放到掃描儀上和從掃描儀上拿掉文檔的時間。因此，和僅掃描幾頁文檔相比，掃描大量文檔的平均掃描速度要更慢。例如，在沒有掃描中斷的情況下，根據(jù)本發(fā)明一實施方式的掃描儀可以在10秒鐘內(nèi)連續(xù)掃描20頁文檔，或者在1分鐘內(nèi)掃描120頁文檔。因此，所述掃描儀的掃描速度是每秒鐘2頁。但是，如果手動操作掃描儀大約10分鐘，會有具有大約5分鐘的中斷，那么總共只能掃描600頁。那么對于大量文檔操作的總體、有效掃描速度變?yōu)槊棵腌娨豁?。盡管上述的數(shù)量為假定情況，但是他們足以說明大量掃描的掃描速度大大低于幾頁文檔的掃描速度。當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的圖像處理系統(tǒng)的存儲器緩沖器中暫存掃描部分圖像時，所述圖像處理系統(tǒng)可以采用通過諸如USB端口、或者無線協(xié)議連接到掃描儀的計算機處理能力，例如，計算機也可以用于除圖像處理以外的目的，不是必須專用于所述掃描儀。因此，這進(jìn)一步降低掃描儀的成本。
為了進(jìn)一步降低處理成本，如圖6所示的多個標(biāo)記，優(yōu)選的每個均具有簡單而且相同的幾何形狀，諸如十字形。在該結(jié)構(gòu)中，如圖7和圖8所示，在圖像處理系統(tǒng)中僅需要存儲一些預(yù)定的簡單圖像信號圖案，這些圖案用于和從諸如圖3和圖4中掃描線112的掃描線中提取的實際信號進(jìn)行比較，從而識別標(biāo)記并識別掃描線相對于標(biāo)記的相對位置。標(biāo)記的簡單形狀可以降低圖像處理系統(tǒng)中圖像識別的工作量。另外，標(biāo)記可以采用不同形狀。
在掃描過程中，可旋轉(zhuǎn)反射鏡的旋轉(zhuǎn)定時方法非常容忍由于制造工藝不準(zhǔn)確或多年使用以后材料變形導(dǎo)致的掃描儀結(jié)構(gòu)的幾何誤差。而且，不需要驅(qū)動可旋轉(zhuǎn)反射鏡的電動機(未示出)與掃描步驟一致。對于驅(qū)動電動機的唯一要求是以穩(wěn)定角速度旋轉(zhuǎn)。因此，可以以低成本制造本發(fā)明的圖像掃描儀并且非常耐用。
此外，為了使物理反射鏡旋轉(zhuǎn)和電子圖像處理之間實現(xiàn)輕松同步，可以以不止一次掃描來讀取圖像。由于可旋轉(zhuǎn)反射鏡的旋轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)比用戶期望更快的掃描速度，因此這一點是可行的。因此，對于用戶來講采用兩次或者多次掃描來實現(xiàn)文檔掃描仍然很快。第一次掃描可以用于識別標(biāo)記的位置并且用于與圖像處理同步。第二次掃描用于實際地讀取用于處理的圖像。由于以穩(wěn)定角速度旋轉(zhuǎn)所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡，因此當(dāng)完成第一次掃描時，可以容易而準(zhǔn)確地計算第二次掃描的開始時間。因此在第二次掃描中可以使可旋轉(zhuǎn)反射鏡的物理旋轉(zhuǎn)和掃描圖像的圖像處理實現(xiàn)同步?？蛇x地，如果使用兩次掃描來捕捉掃描文檔的一個圖像，則第一次掃描和第二次掃描均可以捕捉所述文檔的圖像。在第一次掃描捕捉到的圖像可以用作“預(yù)掃描圖像”，使得圖像處理單元計算出用于捕捉第二次掃描的必要調(diào)整。該方法還具有其它好處?？梢允褂盟鲇嬎愫蟮墓鈴娬{(diào)整改變第二次掃描的發(fā)光強度。例如，如果將LED用作光源，由于可以迅速打開或者關(guān)閉LED，因此可以通過施加不同的電源電壓來迅速改變其光強。因此，可以提高通過第二次掃描所捕捉的圖像質(zhì)量。
在本發(fā)明中，對于用于掃描線定位和圖像合成的方法，不需要相對昂貴的步進(jìn)電動機、用于角坐標(biāo)和速度測量以及速度控制的復(fù)雜機械裝置。所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡的旋轉(zhuǎn)電動機的主要需求在于可以以勻速旋轉(zhuǎn)。由圖像處理系統(tǒng)承擔(dān)可旋轉(zhuǎn)反射鏡角坐標(biāo)和圖像掃描處理之間的同步任務(wù)，該圖像處理系統(tǒng)通過識別標(biāo)記的位置定位掃描線的位置。該結(jié)構(gòu)使用最少量的物理元件并且對本發(fā)明掃描儀的制造工藝精度具有較低的要求。
以下說明采用用于有效處理掃描圖像的簡單標(biāo)記形狀的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
現(xiàn)在參照圖7和8，首先參照圖7，圖中分別示出具有白色區(qū)域201的掃描區(qū)域101、標(biāo)記209以及位于具有x-y坐標(biāo)的圖7(a)中圓區(qū)域208的放大圖像。坐標(biāo)xa、xb、xc、xd和xe分別是掃描線210的位置，寬度w3是所述白色區(qū)域201的寬度。寬度w1是所述十字形標(biāo)記209其中一個臂的寬度。寬度w2是所述十字形標(biāo)記209橫向的寬度。坐標(biāo)y1、y2、y3、y4、y5和y6分別是白色區(qū)域201外緣的位置、所述標(biāo)記209水平臂外緣的位置、所述標(biāo)記209的垂直臂外緣的位置、所述標(biāo)記209的垂直臂內(nèi)緣的位置、所述標(biāo)記209水平臂內(nèi)緣的位置、以及白色區(qū)域201的內(nèi)緣的位置。圖8(a)-8(e)分別示出圖7的掃描線xa、xb、xc、xd和xe的I-Y平面圖，其中I表示遮光強度。假設(shè)圖像處理從位置y1開始并向y軸的反方向運行，用于識別掃描線位于位置xa所需的處理時間為t(ra)，其中ra是起始位置y1和位置y4之間的像素數(shù)量并且遠(yuǎn)小于位于位置xa處整個掃描線上的像素數(shù)量。由于圖像處理時間和需要處理的像素數(shù)量成比例。像素數(shù)量越少意味著處理施加越短。具體地，只要系統(tǒng)檢測從位置y1到距離y4的掃描線上提取的信號，那么處理邏輯電路可以認(rèn)識到所述掃描線沒有碰到圖7所示的標(biāo)記209。
如圖8所示，由于rc＜rb＜ra，用于識別位于位置xb或者xc的掃描線的處理時間平均小于t(ra)。如圖7所示，如果位于上一位置的掃描線210沒有碰到標(biāo)記209并且在所述掃描線210的當(dāng)前位置xb，處理在從y1到距離y3處遇到從白到黑的掃描線210上信號強度的改變，分別如圖8中Iw到Ib所示。然后處理邏輯電路認(rèn)為掃描線位于如圖7所示的標(biāo)記209的上端。可以使用同樣的判定邏輯決定掃描線xc、xd、xe的位置。
隨著所述掃描線沿圖3所示的掃描方向A和B通過整個掃描區(qū)域，還可以采用來自線傳感器的信號構(gòu)造掃描局部圖案本身。由于在本發(fā)明的掃描儀中涉及的圖像處理量，因此大大降低了計算量。圖7和8中示出采用白色區(qū)域上的標(biāo)記209檢測掃描線210的位置的方式。當(dāng)掃描線210位于位置xa時，整個掃描線210位于白色區(qū)域。如圖8(a)所示，在位于白色區(qū)域201的反射表面的掃描線210上提取的圖像信號是強度為Iw的白色。
當(dāng)所述掃描線位于位置xb時，掃描線210與部分標(biāo)記209交叉。如圖8(b)所示，在位于白色區(qū)域210的反射表面的掃描線210上提取的信號具有寬度等于標(biāo)記209寬度w1的暗片段。在位置xc，所述掃描線210與標(biāo)記209的中部交叉。如圖8(c)所示，從掃描線210提取的信號具有其寬度w2等于圖7所示的整個標(biāo)記寬度w2的暗片段。在圖7和8中，w3表示白色區(qū)域201的寬度。如圖8(d)所示，在位置xd，當(dāng)限制在白色區(qū)域201范圍時，從掃描線210提取的信號具有和位于位置xb一樣的形狀。在圖8(e)中，在位置xe，當(dāng)限制在白色區(qū)域201范圍時，從掃描線210提取的信號具有和位于位置xa一樣的形狀。
由于標(biāo)記的位置和形狀是預(yù)定的并且存儲在圖像處理系統(tǒng)中，所述標(biāo)記可以用于快速而且可靠地檢測掃描線上任何像素的x坐標(biāo)以及y坐標(biāo)。具體地，如果已知掃描線相對于標(biāo)記的位置，則通過插值法可以確定掃描線上任何像素的位置。
一旦確定了掃描線上每個像素的坐標(biāo)和掃描線的坐標(biāo)，則將多個掃描線組合為二維圖像是一個快速而直接的過程。由于對于圖像處理系統(tǒng)來說標(biāo)記的位置和形狀已知，所以形成二維圖像的處理成本降低。
參照圖9，根據(jù)本發(fā)明一實施方式的掃描儀掃描的兩個部分圖像211和212可以通過圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)對準(zhǔn)。所述掃描部分圖像211具有分別對應(yīng)于位于圖6所示重疊掃描區(qū)域200的相應(yīng)白色區(qū)域中的標(biāo)記204和205的標(biāo)記圖像214和215。所述掃描部分圖像212具有分別對應(yīng)于位于圖6所示重疊掃描區(qū)域200的相應(yīng)白色區(qū)域中的標(biāo)記204和205的標(biāo)記圖像216和217。位于掃描部分圖像211中的標(biāo)記圖像214和215以及位于掃描部分圖像212中的相應(yīng)標(biāo)記圖像216和217用于進(jìn)一步對準(zhǔn)兩個圖像211和212。在理想對準(zhǔn)中，標(biāo)記圖像214和216應(yīng)該完全重疊并且標(biāo)記圖像215和217也應(yīng)該完全重疊。具有其周圍白色區(qū)域的標(biāo)記的簡單幾何形狀和強烈的色彩對比使得部分圖像在圖5的組合步驟131中可以快速而可靠地對準(zhǔn)。
如果所述兩個部分圖像沒有共享諸如圖6中標(biāo)記204和205的公共標(biāo)記則也可以以同樣的方式執(zhí)行部分圖像組合步驟。
圖10還示出由圖3和4所示的掃描儀實施方式中通過文檔的單個掃描周期獲得一對部分圖像的組合步驟。隨著掃描進(jìn)行，所述圖像信號以通過方向A和B所表示的順序進(jìn)入圖像處理系統(tǒng)。換句話說，沿方向A和B進(jìn)行圖像掃描，在可旋轉(zhuǎn)反射鏡的單個旋轉(zhuǎn)過程中可以完成掃描A和掃描B。根據(jù)單獨實施方式，在可旋轉(zhuǎn)反射鏡102的單個旋轉(zhuǎn)過程中，可以在B之前掃描A或者在A之前掃描B。如圖4所示，掃描A通過可旋轉(zhuǎn)反射鏡102和平面鏡110獲得圖像。因此，掃描A產(chǎn)生如圖10(a)所示的翻轉(zhuǎn)圖像。如圖10(b)所示，需要對所述翻轉(zhuǎn)圖像進(jìn)行再次翻轉(zhuǎn)，然后如圖10(c)所示，借助位于白色區(qū)域連接處的諸如1010和1020的標(biāo)記和通過掃描B獲得的其他部分圖像組合。最后，如圖10(d)所示消除圖像失真。參照圖5，在失真消除步驟135中消除失真。
參照圖11-15，首先參照圖11，示出為圖5的遮光強度校正步驟133中為紅-綠-藍(lán)(以下稱為“RGB”)模式提供的三個系統(tǒng)中之一的流程圖。根據(jù)圖5所示的示例性實施方式，從線傳感器輸出的圖像信號包括二維部分圖像，所述部分圖像通過圖5的圖像組合步驟131組合成文檔的完整掃描圖像。如圖11所示，所述遮光強度校正步驟133包括圖像識別處理230、掃描地址產(chǎn)生處理232、遮光校正數(shù)據(jù)查找表(以下稱為“LUT”)234、具有坐標(biāo)的遮光校正數(shù)據(jù)238、和遮當(dāng)步驟236。在一實施方式中，圖像識別處理230用于識別在要處理的圖像中的標(biāo)記及其位置。然后，在掃描地址產(chǎn)生處理232中使用所述標(biāo)記的位置以計算圖像中每個像素的坐標(biāo)。將計算出的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為遮光校正數(shù)據(jù)LUT 234中的地址。將查找到的遮光校正數(shù)據(jù)和遮光校正數(shù)據(jù)238的坐標(biāo)一起發(fā)送給遮光處理單元236，其中使用來自白色區(qū)域圖像的真實遮光數(shù)據(jù)計算所需的校正量并且相應(yīng)地校正圖像的遮光強度。
在圖11所示的遮光校正處理133中對文檔的掃描圖像信號進(jìn)行遮光校正。在圖12到15中進(jìn)一步示出關(guān)于遮光校正步驟的計算。圖12(a)所示為根據(jù)圖3和圖4所示的本發(fā)明實施方式的掃描儀透視圖。同時圖12(b)示意性地示出掃描儀的掃描區(qū)域101內(nèi)的遮光強度。對準(zhǔn)圖12(a)和12(b)以顯示掃描區(qū)域101的區(qū)域206和207和相應(yīng)遮光強度表面256和257之間的關(guān)系。遮光強度表面256表示在區(qū)域206的遮光強度，該區(qū)域包括206邊緣的白色區(qū)域。遮光強度表面257表示區(qū)域207的遮光強度，所述區(qū)域包括位于207邊緣的白色區(qū)域。
在圖13中進(jìn)一步說明在圖11所示的遮光處理236步驟中涉及的計算步驟。作為實施例，曲線140表示位于圖11的遮光校正數(shù)據(jù)LUT 234中以圖形形式存儲的遮光校正數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的數(shù)值僅具有相對于彼此的意義。換句話說，該曲線是由在遮光校正處理中有用的遮光校正數(shù)據(jù)專用的曲線形狀。當(dāng)在圖11的234中查找曲線的遮光校正數(shù)據(jù)時，所述曲線的端值與圖13中白色區(qū)域的圖像的實際遮光強度142匹配，其圖形地表示白色區(qū)域圖像的亮度數(shù)據(jù)。通過所述白色區(qū)域獲得的圖像測量實際遮光強度。根據(jù)曲線的端值調(diào)整曲線140上的所有數(shù)值同時保持曲線形狀不變。這樣，利用白色區(qū)域的圖像所述曲線從140轉(zhuǎn)換成144，144表示調(diào)整后的遮光強度校正數(shù)據(jù)。
如圖13所示，基于曲線的兩端的遮光強度值調(diào)整所有單獨查找曲線并且諸如1310的曲線表示調(diào)整后的遮光強度校正數(shù)據(jù)，這些曲線形成圖13的表面146。在圖11的遮光校正數(shù)據(jù)LUT 234中沿x方向或者y方向均可以查找遮光校正曲線。需要進(jìn)一步處理曲線表面使其“平滑”。如圖13所示，所述曲線表面146的邊緣148上的遮光強度是從所述白色區(qū)域的圖像獲得的實際遮光數(shù)據(jù)。該遮光數(shù)據(jù)校正過程的最后步驟是對每個位置(x，y)計算期望遮光強度表面150和測量遮光強度表面146之間的差值并采用這些差值校正原始文檔圖像的遮光強度。
圖14所示為投影于I-X平面上的測量遮光強度表面和校正遮光強度表面的截面圖。具體地，圖14(a)所示為遮光校正前的亮度。曲線265和267表示部分圖像263和264的遮光強度。圖14(b)所示為遮光校正后的遮光強度。
圖15所示為I-Y平面圖，在圖15中實線2010表示圖12中部分測量遮光強度表面256的投影，并且在圖15中虛線2020表示校正后遮光強度表面。
圖16所示為根據(jù)本發(fā)明的實施方式采用具有標(biāo)記的白色區(qū)域進(jìn)行失真消除處理的示意性圖像。還示出用于圖像處理系統(tǒng)中產(chǎn)生、存儲以及使用坐標(biāo)方格的數(shù)據(jù)、用于將坐標(biāo)方格對應(yīng)到失真的原始圖像，以及用于圖像處理的方法以消除失真從而獲得掃描文檔的非失真原始圖像。為了簡化說明，在以下的說明中，術(shù)語“像素”用于表示位于圖像上大約像素大小的小區(qū)域并且可以與圖像上實際像素點相對應(yīng)或者可以不與圖像上實際像素點相對應(yīng)。而且，為了方便，在以下的討論中，沒有或者具有很少失真的處理圖像稱為處理后圖像，要進(jìn)行失真消除處理的圖像成為原始圖像。
圖16(a)示出如何產(chǎn)生坐標(biāo)方格。通常，在原始圖像中構(gòu)成坐標(biāo)方格的線不是直線，諸如1610。在圖像處理系統(tǒng)中存在多種方式構(gòu)造并存儲這些線的數(shù)據(jù)。以下說明提供怎樣構(gòu)造并存儲這些線的實施例。
為了獲得構(gòu)造坐標(biāo)方格的數(shù)據(jù)，可以使用逆向工程方法。在掃描區(qū)域設(shè)置諸如圖16(b)所示的不同于掃描儀上白色區(qū)域的基準(zhǔn)白板1620，其白色區(qū)域具有諸如1630的黑色或者反射顏色的直線構(gòu)成的足夠細(xì)的方格。通過采用本發(fā)明的掃描儀獲得該板的圖像。在圖16(a)中示出原始圖像的坐標(biāo)方格。通過將位于沒有掃描的白板上諸如1630的坐標(biāo)方格的坐標(biāo)與已經(jīng)進(jìn)行掃描的諸如1640的白板的圖像坐標(biāo)進(jìn)行比較可以獲得用于構(gòu)造坐標(biāo)方格的數(shù)據(jù)。
在圖像處理系統(tǒng)中通過幾個方法中的一種方法存儲坐標(biāo)方格的數(shù)據(jù)。這些方法對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的。例如，一種方法是存儲坐標(biāo)方格的線上的足夠量的點的坐標(biāo)。其他方法是和用于構(gòu)造曲線(諸如樣條曲線)的數(shù)據(jù)一起僅存儲位于所述坐標(biāo)方格上某些點的坐標(biāo)以擬合這些點。這些方法都可以用來實施本發(fā)明。
圖16(c)和16(d)示出借助位于所述掃描儀白色區(qū)域的標(biāo)記形成位于掃描區(qū)域圖像上的坐標(biāo)方格的插值步驟。使用坐標(biāo)方格幫助所述圖像處理系統(tǒng)快速消除失真。第一步，如圖16(c)所示，用多條線連接位于失真圖像上的標(biāo)記以形成諸如1605的粗略坐標(biāo)方格，所述坐標(biāo)方格具有相對大較大的方格尺寸并且錨定于各標(biāo)記上。具體地，基于已知的標(biāo)記坐標(biāo)通過插值法計算位于諸如1605的粗略坐標(biāo)方格上像素的坐標(biāo)。然后，第二步，如圖16(d)所示，基于位于在第一步時構(gòu)造的諸如1605的粗略坐標(biāo)方格上像素的坐標(biāo)構(gòu)造諸如1615的精細(xì)坐標(biāo)方格。具體地，通過從已經(jīng)在第一步中構(gòu)造的粗略坐標(biāo)方格上的像素的已知坐標(biāo)進(jìn)行內(nèi)插計算位于精細(xì)坐標(biāo)方格上的像素坐標(biāo)。為了減少計算所需的存儲器的大小，事實上僅計算和存儲方格上某些選擇點的坐標(biāo)。重復(fù)這個過程基于上一步構(gòu)造的坐標(biāo)方格獲得更精細(xì)的坐標(biāo)方格。以下討論假設(shè)在本發(fā)明的各種實施方式中坐標(biāo)方格的兩個級別可以為執(zhí)行失真消除提供足夠精度。
在失真消除步驟期間，首先計算處理后圖像(轉(zhuǎn)換的目標(biāo))中標(biāo)記的坐標(biāo)。然后，計算所述精細(xì)坐標(biāo)方格的某些選擇點位于粗略坐標(biāo)方格上的處理圖像中的像素坐標(biāo)。此后，從原始圖像計算出處理后的圖像是一個很快的過程。圖16(e)和圖16(f)所示為關(guān)于坐標(biāo)方格內(nèi)任意像素P的失真消除的計算步驟，所述像素沒有位于所述坐標(biāo)方格的邊緣。盡管不是必須，但是出于方便假設(shè)圖16(e)中的坐標(biāo)方格對于給定級的失真率是足夠小的，從而使得第二級(更細(xì)，或更小的尺寸)的四個邊緣基本上假設(shè)為直線。通過原始圖像中四個角點00、01、10和11的坐標(biāo)以及比率d1/d1’、d2/d2’、d3/d3’和d4/d4’確定原始圖像中像素P的位置。如圖16(f)所示，通過處理后的圖像中四個相應(yīng)角點00’、01’、10’和11’的坐標(biāo)以及比率c1/c1’、c2/c2’、c3/c3’和c4/c4’確定同一像素P在處理后的圖像中的位置。在失真消除前后保留該比例，即d1/d1’＝c1/c1’、d2/2’＝c2/c2’、d3/d3’＝c3/c3’、d4/d4’＝c4/c4’。因此，在計算出四個角點在處理后的圖像中的坐標(biāo)以后，用于獲得像素P在所述處理圖像中的坐標(biāo)的計算量很小。由于方格內(nèi)所述像素坐標(biāo)的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于所述方格四個角點坐標(biāo)的數(shù)據(jù)量，因此失真消除轉(zhuǎn)換的計算非常有效。圖16(a)和圖16(b)示出采用上述處理方法進(jìn)行部分圖像失真消除步驟的全局視圖。
圖16(g)示出由于在旋轉(zhuǎn)反射鏡的不同角坐標(biāo)的不同傾角導(dǎo)致的失真。該失真可以采用上面提到的坐標(biāo)方格方法和諸如圖16(a)所示的其它失真一起消除。
16(h)所示為將存儲的坐標(biāo)方格的坐標(biāo)對應(yīng)到所述失真原始圖像以及已經(jīng)從掃描文檔提取的白色區(qū)域圖像和標(biāo)記的步驟的說明。采用上述提到的方法存儲坐標(biāo)方格，即，存儲位于所述坐標(biāo)方格線上的足夠量的點(不是進(jìn)行插值的點和函數(shù)的系數(shù))。該步驟說明僅涉及所述失真圖像的局部區(qū)域，但是應(yīng)該理解可以在整個圖像上執(zhí)行同樣步驟。在掃描過程中，通過掃描原始文檔獲得原始圖像400。該原始圖像400包括位于白色區(qū)域的的標(biāo)記410、415和417的圖像。線420、422、424和426是位于原始圖像400上的坐標(biāo)方格的原始圖像。點450為位于存儲的坐標(biāo)方格上的點，在圖像處理系統(tǒng)中已經(jīng)存儲了所述坐標(biāo)方格的坐標(biāo)。由于在掃描過程中出現(xiàn)失真，假設(shè)位于線路420上的點450脫離了原始圖像400的線420。因此，需要將450“對應(yīng)”到420上。對應(yīng)過程的第一步是以圖16(h)所示的箭頭方向分別將存儲的邊緣標(biāo)記點430、435和437對應(yīng)到位于原始圖像400上的標(biāo)記410、415和417圖像的實際位置。在完成對應(yīng)時，將位于假設(shè)處于標(biāo)記位置的存儲的坐標(biāo)方格上的所有點對應(yīng)到所述原始圖像的相應(yīng)標(biāo)記上。在第二步，將假設(shè)處于所述坐標(biāo)方格邊緣的其他點諸如440和445的存儲坐標(biāo)分別對應(yīng)到位于坐標(biāo)方格422和426的邊緣的原始圖像上的適當(dāng)位置上。由于點440和445保持與點430、435和437的相對位置，因此所述對應(yīng)步驟以原始圖像上的標(biāo)記位置為基礎(chǔ)。此外，如圖16(h)所示，將位于所述存儲的坐標(biāo)方格的內(nèi)部線上的點450對應(yīng)到位于原始圖像坐標(biāo)方格的線420上的適當(dāng)位置(由于點450會保持與點430、435、440、445和437的相對位置不變)同時保持所述坐標(biāo)方格的形狀。
圖16(a)-16(h)所示的多個步驟提出了用于在圖像處理系統(tǒng)中存儲坐標(biāo)方格數(shù)據(jù)、用于將坐標(biāo)方格對應(yīng)到失真原始圖像上、以及用于處理消除失真從而獲得掃描文檔的不失真原始圖像的多個方法。可以快速地執(zhí)行這些方法。除了構(gòu)造坐標(biāo)方格和將坐標(biāo)方格對應(yīng)到所述失真原始圖像上需要額外計算以外，用于消除失真的大量計算還包括將像素數(shù)據(jù)逐一從所述失真原始圖像中的位置拷貝到不失真的處理后的圖像的相應(yīng)位置。對于黑白圖像，所述像素數(shù)據(jù)包括像素坐標(biāo)和像素亮度。對于彩色圖像，所述像素數(shù)據(jù)包括像素坐標(biāo)和像素的紅、藍(lán)和綠光的亮度。粗略估算，如果圖像由1028×768像素構(gòu)成，通過采用786,000次像素拷貝操作即可實現(xiàn)失真消除。
如果通過位于掃描儀以外但與掃描儀相連的單獨個人計算機執(zhí)行的軟件實施圖像處理工作，現(xiàn)在中檔的個人計算機時鐘速度約為1-3GHz，對于高分辨率的圖像在零點幾秒鐘內(nèi)即可完成失真消除過程。如果所述掃描儀裝備有其本身具有專用處理器的計算設(shè)備，由于從所述原始圖像向處理后的圖像拷貝像素數(shù)據(jù)的執(zhí)行過程是很容易執(zhí)行并行操作的操作類型，因此當(dāng)并行執(zhí)行所述圖像處理時，可以進(jìn)一步減少失真消除的執(zhí)行時間。
構(gòu)造坐標(biāo)方格和將其對應(yīng)到原始圖像所需的額外計算量依賴于對失真消除的要求。如果假設(shè)基于所述粗糙方格構(gòu)造的最精細(xì)方格近似為直線，由于假設(shè)在所述坐標(biāo)方格中有序而且線性地組裝這些像素，所述最精細(xì)方格的尺寸越大，采用直線前提引入的誤差越大。反過來，所述最精細(xì)方格的尺寸越大，用于構(gòu)造坐標(biāo)方格以及將該坐標(biāo)方格對應(yīng)到原始圖像上所需的計算量就越少。因此，失真校正的計算就更快。
采用用于實施失真消除的坐標(biāo)方格的上述方法的優(yōu)點還在于誤差在整個圖像上均勻分布從而不會明顯影響所述處理后的圖像的質(zhì)量。
可以在制造或者調(diào)節(jié)(turn up)掃描儀時固定用于部分圖像組合、失真消除和遮光校正計算的算法和數(shù)據(jù)。另外，在每個掃描運行期間可以基于標(biāo)記圖像和掃描出的或者預(yù)掃描的白色區(qū)域，動態(tài)地選擇用于校正部分圖像組合、失真消除和遮光校正計算的算法和數(shù)據(jù)。第二種方案使用更多的系統(tǒng)資源并可能導(dǎo)致掃描儀價格更昂貴。但是，第二種方案的優(yōu)點在于和采用第一種方案的掃描儀相比采用第二種方案的掃描儀可以容許更大的變形、幾何誤差、亮度變化。在這兩種方案中，所述計算步驟采用白色區(qū)域的“標(biāo)準(zhǔn)白”作為基準(zhǔn)并且采用其上標(biāo)記的位置作為計算的基礎(chǔ)。
現(xiàn)在參照圖17，示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的掃描儀。光源301發(fā)出光束。該發(fā)出的光束穿過透鏡319聚焦然后分別被反射鏡306和305反射?？拷鼒D像光程105d設(shè)置反射鏡305。在通過反射鏡305反射后，具有限定邊界的105a1和105a2的尺寸的光束在靠近圖像光程105d的路徑內(nèi)傳播，但是方向和105d相反。在光束被305反射后，光束到達(dá)可旋轉(zhuǎn)反射鏡102并且可旋轉(zhuǎn)反射鏡102反射該光束并使該光束在分別對應(yīng)于前面邊界105a1和105a2的邊界105b1和105b2內(nèi)部傳播，所述光束進(jìn)一步到達(dá)反射鏡110并且所述反射鏡110反射該光束并且使該光束在分別對應(yīng)于前面邊界105b1和105b2的邊界106b1和106b2內(nèi)部傳播。如圖17所示，設(shè)置所述光束的寬度、所述反射鏡305到圖像光程105d的接近程度以及所述反射鏡305的角使得在整個掃描原始文檔期間，限定在106b1和106b2之間的光束照射掃描區(qū)域101上的區(qū)域307，光束隨掃描圖像線112一起移動并總是覆蓋掃描圖像線112。換句話說，在掃描過程中照射位于或者靠近諸如112的掃描線附近的區(qū)域，其中在掃描期間所述掃描線是移動的。所述112的圖像沿106a傳播，并通過反射鏡110反射后沿105c傳播，然后通過可旋轉(zhuǎn)反射鏡102反射所述圖像使其沿105d傳播并到達(dá)光學(xué)傳感器104。在105b1和105c之間限定的角等于180°+β。在105a1和105d之間限定的角等于180°-β。角β為-15°到15°范圍內(nèi)的值。優(yōu)選的，角β值基本上接近于0。
圖18所示為根據(jù)本發(fā)明的實施方式掃描儀照射示意圖。在掃描期間照射光程105b具有相對于圖像光程105c的恒定角β。所述兩個光程僅在距離可旋轉(zhuǎn)反射鏡102某一距離處彼此交叉?？梢赃x擇該距離作為可旋轉(zhuǎn)反射鏡102和照射光程碰到在掃描區(qū)域101的一端1410的掃描區(qū)域的點之間的距離。換句話說，照射光程和圖像光程均在同一位置1410碰到掃描區(qū)域，同時在所述掃描區(qū)域101的一端發(fā)生掃描。在掃描向所述掃描區(qū)域中心1450行進(jìn)的同時，所述兩個光程在具有輕微差別的位置諸如1420和1430碰到掃描區(qū)域。距離掃描區(qū)域中心越近，兩個光程到達(dá)掃描區(qū)域101的位置距離越遠(yuǎn)。
這種現(xiàn)象產(chǎn)生兩個效果。第一個效果是與掃描區(qū)域更中心位置的諸如1420、1430和1450的位置相比，可以更好地照射位于或者靠近1410的掃描線。原因在于照射光程在和位于掃描區(qū)域一端諸如位于位置1410的圖像光程完全一樣的位置碰到掃描區(qū)域。由于掃描區(qū)域的末端諸如1410的位置比靠近掃描區(qū)域中心的區(qū)域諸如位置1420、1430和1450需要更強的照射光，因此該效果有利于平衡對于掃描區(qū)域的照射強度。通過改變掃描光束的聚焦以及通過改變光程上的各種光源、反射鏡和透鏡的幾何形狀可以調(diào)整這種效果的程度。和弱聚焦光束相比，來自光源的光束聚焦越強就會在掃描區(qū)域上掃描線的附近產(chǎn)生越窄的照射區(qū)域。因此，如上所述，越強聚焦的掃描光具有越強的照射平衡效果，即，在當(dāng)可旋轉(zhuǎn)反射鏡掃描諸如位置1410的掃描區(qū)域一端時掃描線的照射強度和當(dāng)可旋轉(zhuǎn)反射鏡102掃描諸如位置1420、1430和1450的掃描區(qū)域中心時掃描線的照射強度之間的差異越大。越弱聚焦的掃描光具有越弱的照射平衡效果。
第二個效果在于當(dāng)掃描位于或者靠近所述掃描區(qū)域中心時，根據(jù)幾何光學(xué)的原理在掃描期間的任何點從光源到掃描區(qū)域然后回到光學(xué)傳感器的光程即整個環(huán)形光程不能到達(dá)光學(xué)傳感器。這意味著當(dāng)在可旋轉(zhuǎn)反射鏡和掃描區(qū)域之間的圖像光程的部分處于大約垂直方向時，來自用于支撐文檔的文檔支撐材料諸如玻璃或者文件上的任何光亮表面的強反射光不會大量涌入所述光學(xué)傳感器。因此破壞圖像質(zhì)量的可能性很小?？梢酝ㄟ^改變掃描光束的聚焦、改變掃描的角度范圍并改變反射鏡、光源、傳感器等的位置來調(diào)節(jié)該效果的程度。
另一方面，在該結(jié)構(gòu)中，在整個掃描過程中所述照射光程永遠(yuǎn)不會和圖像光程平行。假設(shè)將“鏡面反射”定義為來自所述掃描儀的文檔支撐玻璃(或者支撐掃描文檔的任何其它透明材料)的具有和照射光一樣的入射角但是方向相反的反射光，即關(guān)于經(jīng)過掃描區(qū)域照射光反射點的法線對稱，這一點可以通過幾何光學(xué)關(guān)于入射角和反射角的關(guān)系判定。當(dāng)鏡面反射沒有碰到可旋轉(zhuǎn)反射鏡時(這發(fā)生在當(dāng)掃描處于遠(yuǎn)離中心區(qū)域位置時)，不可能出現(xiàn)含有強的、不需要的強眩光的鏡面反射在光學(xué)傳感器遮蔽來自所述文檔的真實圖像光的情況。當(dāng)鏡面反射到碰可旋轉(zhuǎn)反射鏡時(這發(fā)生在當(dāng)圖像光程處于或者幾乎與掃描區(qū)域垂直時的某些點)，由于鏡面反射的光程不與圖像光程平行(參見圖18)，并且因為從可旋轉(zhuǎn)反射鏡到光學(xué)傳感器的光程較長，所以鏡面反射不能到達(dá)光學(xué)傳感器。這樣，可以消除由于鏡面反射導(dǎo)致的可能的眩光。
上述用于消除上述在大約90度角的強眩光的替代或者補充方案為設(shè)置兩個掃描照射結(jié)構(gòu)，如果這樣布置掃描照射，則所述光束永遠(yuǎn)不會接觸到靠近或者處于掃描線位置的掃描區(qū)域表面并且所述光束與掃描區(qū)域垂直(即，和掃描區(qū)域呈大約90度角)，這樣可以完全消除來自反射光的眩光。但是，這種方案具有一定的缺點，表現(xiàn)在和所述掃描儀的垂直尺寸比較，其掃描面積相對較小。原因在于在掃描區(qū)域和可旋轉(zhuǎn)反射鏡之間的圖像光程部分不與掃描區(qū)域垂直。此外，所有透鏡上的以及所述掃描儀的掃描區(qū)域上的防反射涂層也可以減少反射并提高圖像質(zhì)量。
圖4和圖17所示的兩個照射裝置在掃描進(jìn)行過程中在位于以及靠近諸如112的掃描線處提供集束光。使用位于光源301和第一反射鏡306之間的柱面透鏡或透鏡系統(tǒng)319聚焦由光源301發(fā)出的光并在諸如112的掃描線周圍形成窄束高強度光。所述高強度光束使掃描儀可以進(jìn)行高速掃描。
和圖18所示的照射平衡效果比較，以下說明調(diào)節(jié)掃描區(qū)域照射強度的替代和/或補充方案。為了補償所述在掃描期間光路長度變化以及掃描區(qū)域光路的角度變化的效果，可以通過可旋轉(zhuǎn)反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度隨意地調(diào)制光源301的電源。更具體地，在如下步驟執(zhí)行控制邏輯(1)通過實時識別局部掃描圖像上的標(biāo)記位置確定可旋轉(zhuǎn)反射鏡的角坐標(biāo)；(2)使用檢測到的角坐標(biāo)查找該時刻所需的光強校正數(shù)據(jù)，然后使用該數(shù)據(jù)控制電源301的電源。通常，當(dāng)光路較長并且光路對掃描區(qū)域的入射角較大時，所述光源301需要較多的功率。否則，光源301需要較少的功率。通過改變電源可以迅速改變LED光源的光強并且該光源適用于這種情況。
再一種用于替代或者補償上述兩種用于照射平衡的方法的方案為如圖19所示的在可旋轉(zhuǎn)反射鏡102和掃描區(qū)域之間設(shè)置遮光罩1510。遮光罩1510在可旋轉(zhuǎn)反射鏡102旋轉(zhuǎn)期間在不同的角度具有可變的透明度(未示出)?？梢栽诓煌嵌仁褂貌煌该鞫纫哉{(diào)節(jié)掃描區(qū)域的光強以及傳播回所述光學(xué)傳感器104的反射光1910的量。
圖20提出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的掃描儀。在圖20的圖形中示出位于掃描儀內(nèi)的圖像光程(開始于掃描區(qū)域的掃描線結(jié)束于光學(xué)傳感器)以及照射光程(開始于光源結(jié)束于掃描區(qū)域的掃描線)。透鏡501和503將來自光源507的光聚焦在垂直距離窄且水平距離寬并且平行于掃描線的光束內(nèi)。反射罩505將來自光源507的光集中到透鏡503上。聚焦透鏡521將從掃描線反射出的圖像光和直接來自可旋轉(zhuǎn)反射鏡102的光聚焦到所述光傳感器522上。不透明罩531由掃描區(qū)域101之外直接發(fā)出的雜散光使得照射掃描區(qū)域101上掃描線上的光僅來自可旋轉(zhuǎn)反射鏡102。和圖4比較，圖20的實施方式僅使用一個可旋轉(zhuǎn)反射鏡，沒有諸如圖4的平面鏡110的附加反射鏡。采用一個可旋轉(zhuǎn)反射鏡產(chǎn)生和所述掃描儀的垂直距離相比相對較小的掃描區(qū)域?；蛘?，換句話說，對于同樣大小的掃描區(qū)域，圖20的垂直距離(厚度)相對較大。本發(fā)明的該實施方式的新穎性在于圖17中說明的照射裝置以及使用了白色區(qū)域和標(biāo)記。如果有必要的話，可以在可旋轉(zhuǎn)反射鏡的上部設(shè)置圖19中的遮蔽罩從而平衡整個掃描區(qū)域的光強。
如圖20所示，使用熒光燈管507作為光源。熒光燈成本低、白光光譜好并且效率較高。但是，熒光燈會由于經(jīng)過熒光燈管的調(diào)制電流導(dǎo)致閃爍。當(dāng)前熒光燈技術(shù)采用可以產(chǎn)生頻率約為25KHz到40KHz調(diào)制電流的高頻電子鎮(zhèn)流器。如果掃描區(qū)域長度為12英寸，掃描分辨率為600dpi(每英寸點數(shù))，并且掃描儀一秒鐘掃描一頁，那么，在一秒鐘內(nèi)，掃描線總數(shù)為7,200并且閃爍總數(shù)為40,000(假設(shè)熒光燈的閃爍頻率為40KHz)。每條線分配40000/7200＝5.5次閃爍。熒光燈的閃爍降低了掃描圖像的質(zhì)量。但是，分布在圖像掃描線上的閃爍的隨機特性使得在整個圖像上閃爍并不明顯。也可以使用其它類型的光源，諸如鎢燈、鹵鎢燈、氙燈、發(fā)光二極管等。通常這些光源沒有所述熒光燈具有的閃爍問題。因此當(dāng)采用其它類型的光源時，掃描速度可以比采用熒光燈時的掃描速度更高。每個光源有其本身的優(yōu)點和缺點。LED等可以瞬時開啟和關(guān)閉，產(chǎn)生集中而且定向的光，并且不會產(chǎn)生很多熱。但是，通常，LED效率不如熒光燈并且不是非常亮。氙燈具有很好的光譜、亮度很強，但是需要高壓電源，這使其很昂貴并且體積較大。鎢燈效率不高并且會產(chǎn)生很大的熱量。由于鎢燈是點光源，而熒光燈和LED是線光源，因此需要對反射罩和透鏡進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計從而將點光轉(zhuǎn)換為線性光束。鹵鎢燈比鎢燈僅稍微高效并且具有和鎢燈類似的問題。
圖21提出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的掃描儀。在該實施方式中，使用兩個可旋轉(zhuǎn)反射鏡、兩個光學(xué)傳感器以及兩個光源來實現(xiàn)大掃描區(qū)域同時保持掃描儀的垂直距離較小。和反射罩605一起，光源607、、透鏡603、601產(chǎn)生強、窄并且集中的光束，所述光束平行于用于掃描的掃描線。通過諸如102的可旋轉(zhuǎn)反射鏡偏轉(zhuǎn)所述光束，并將其投影到掃描線周圍的掃描區(qū)域101上。聚焦透鏡621將從位于掃描區(qū)域的掃描線上反射的圖像光聚焦到光學(xué)傳感器622。借助白色區(qū)域上的標(biāo)記通過圖像處理軟件組合由兩個可旋轉(zhuǎn)反射鏡掃描的兩個部分圖像，所述白色區(qū)域位于所述掃描區(qū)域的周圍。在兩個可旋轉(zhuǎn)反射鏡的旋轉(zhuǎn)之間不需要精確的機械同步，只要所述兩個可旋轉(zhuǎn)反射鏡可以在適度短的時間周期內(nèi)掃描圖像，例如，兩個可旋轉(zhuǎn)反射鏡均適度快地旋轉(zhuǎn)，并且所述圖像處理系統(tǒng)可以及時捕捉所述兩個部分圖像并對他們進(jìn)行處理。在圖21國示出兩個圖像光程，從掃描區(qū)域101開始并終止于光學(xué)傳感器622，以及兩個照射光程，開始于光源607并終止于掃描區(qū)域101。如果必要的話，在兩個可旋轉(zhuǎn)反射鏡上部在可旋轉(zhuǎn)反射鏡和掃描區(qū)域之間的位置可以設(shè)置如圖19所示的遮光罩，從而平衡整個掃描區(qū)域的光強。
圖22提出根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的掃描儀。在該實施方式中，使用了一個可旋轉(zhuǎn)反射鏡和兩個光學(xué)傳感器。為了實現(xiàn)大掃描區(qū)域同時保持掃描儀的垂直距離較小，使用兩個輔助反射鏡701和703。盡管不是必須，但是優(yōu)選的以曲面形狀制造輔助反射鏡701和703的表面。輔助反射鏡的曲線形狀的優(yōu)點包括鏡面表面積小、便于設(shè)置光學(xué)傳感器和光源的幾何結(jié)構(gòu)以及掃描儀的整個垂直距離較短。如果必要的話，可以在可旋轉(zhuǎn)反射鏡下在可旋轉(zhuǎn)反射鏡102和兩個輔助反射鏡701和703之間設(shè)置如圖19所示的遮光罩從而平衡整個掃描區(qū)域的光強。使用不透明罩707阻止來自可旋轉(zhuǎn)反射鏡102的雜散光直接發(fā)射到掃描區(qū)域之外。這樣作是為了在用戶操作掃描儀時保護(hù)用戶眼睛不受傷害。
在圖22中，通過用圖形表示或者手動地準(zhǔn)確制圖確定所述彎曲輔助反射鏡的曲率從而更易于圖像處理系統(tǒng)對所述掃描圖像進(jìn)行失真消除、部分圖像組合和遮光校正。曲面鏡的形狀并不唯一。
還可以通過計算算數(shù)地確定所述彎曲輔助反射鏡的曲率。該計算的實施例如下。參照圖22和23，點A是可旋轉(zhuǎn)反射鏡102的旋轉(zhuǎn)中心2210。從點A反射的照射光并且在點D碰到曲面鏡表面F。由于可旋轉(zhuǎn)反射鏡的直徑不是0，該假設(shè)引入一較小誤差。如果可旋轉(zhuǎn)反射鏡的直徑足夠小，即，所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡足夠“瘦長”，則對于該討論可以忽略該小誤差。假設(shè)通過函數(shù)y＝f(x)表示表面F在X-Y平面上的投影。DB是曲面鏡F在D點的法線，所述法線經(jīng)過D點并且與D點的切線f(x)垂直。假設(shè)角BDC(2420)＝角ADB(2410)并且X軸表示掃描區(qū)域101，則AD的斜率tan(θ1)＝f(x)/x并且DB的斜率為tan(θ2)＝-1/f′(x)。在θ1、θ2、x和f(x)之間可以建立如下關(guān)系1/tan(θ1)-1/tan(θ2)＝x/f(x)+f’(x)。
而且，從幾何學(xué)可知，1/tan(θ1)-1/tan(θ2)＝AB/f(x)。
合并上述兩個等式，可以得到如下等式，
AB/f(x)＝x/f(x)+f’(x)。
重新整理上述等式，AB＝x+f’(x)f(x)然后對得到的等式兩邊求導(dǎo)，獲得如下等式，d(AB)/d(θ1)＝d(x)/d(θ1)+f’(x)*df(x)/d(θ1)+f(x)*df’(x)/d(θ1)。
上述微分等式還可以寫成d(AB)/d(θ1)＝d(x)/d(θ1)+f(x)/x*df(x)/d(θ1)+f(x)*d(f(x)/x)/d(θ1)。
作為設(shè)計目的，隨著可旋轉(zhuǎn)反射鏡102的旋轉(zhuǎn)，將角θ1變化并且線AD圍繞點A旋轉(zhuǎn)。在X軸上點C的運動速度v也是一個常數(shù)，即，dv/dθ1＝K1，其中K1是一常數(shù)，或者至少平穩(wěn)地改變，即，d2v/d2θ1＝K2，其中K2是一常數(shù)。上述的第一目的近似為點B的運動速度相對于θ1為一常數(shù)，dAB/dθ1＝K3，K3是一常數(shù)，AB表示從A到B連線部分的長度。
在圖23中，假設(shè)角速度θ1是常數(shù)，并且如果點B的運動速度設(shè)定為常數(shù)那么d2(AB)/d2θ1＝0，則上述微分等式可以轉(zhuǎn)化為二階微分等式并進(jìn)行數(shù)字求解從而獲得函數(shù)f(x)，該函數(shù)表示曲面鏡所需的形狀。由于積分導(dǎo)致函數(shù)f(x)會包含一些未知的常數(shù)。在實際機械設(shè)計中可以通過調(diào)節(jié)曲面鏡701和703的端點位置確定常數(shù)。
圖24提出根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的掃描儀。和圖4比較，圖24中的掃描儀在平面鏡110前具有附加平面鏡160。設(shè)計平面鏡160的大小、形狀和位置使得反射鏡160不會阻止從區(qū)域L1和L3到可旋轉(zhuǎn)反射鏡102的圖像路徑的任意部分。區(qū)域L2內(nèi)的掃描文檔的圖像首先被平面鏡2510反射然后被平面鏡160反射向可旋轉(zhuǎn)反射鏡，最后該圖像傳播到線傳感器104。附加平面鏡2510和160延伸掃描區(qū)域長度為L2-L5。如果圖24中的L1+L2+L3-L4-L5等于圖4中的L1+L2-L3(使得兩個掃描儀在他們的掃描區(qū)域具有同樣的掃描長度)，并且圖4中的α1和α2中的最小值等于圖24中的γ1、γ2和γ3中的最小值(使得僅掃描文檔但沒有經(jīng)過進(jìn)一步圖像處理的部分圖像失真受到同樣的斜度限制)，那么可以使圖24的實施方式中的高度H小于圖4實施方式中的高度H。因此，附加平面鏡2510和160降低了掃描儀的高度，使本發(fā)明圖像掃描裝置的物理結(jié)構(gòu)制造為更低的結(jié)構(gòu)。角β1為在通過平面透鏡110反射圖像時可旋轉(zhuǎn)反射鏡的最大視角。角β2為在通過平面透鏡2510和160反射圖像時可旋轉(zhuǎn)反射鏡102的最大視角，角β3為當(dāng)圖像直接到達(dá)可旋轉(zhuǎn)反射鏡時可旋轉(zhuǎn)反射鏡的最大視角。
圖25(a)-25(d)示出將從圖24的掃描儀的原始文檔中獲得的部分圖像組合并轉(zhuǎn)化為原始文檔的完整正視圖的步驟。三個部分圖像的掃描順序為A、B和C，并且沿和A、B、C相關(guān)的箭頭方向進(jìn)行掃描。圖25(a)示出通過掃描獲得的三個部分圖像。翻轉(zhuǎn)176和177的掃描部分圖像并且對于175、176和177互換位置，在圖25(b)中示出結(jié)果。在圖25(c)中，組合三個部分圖像175、176和177。通過位置標(biāo)記180、181、182和183的圖像協(xié)助組合部分圖像。具體地，180表示標(biāo)記的兩個圖像，一個位于部分圖像175上并且一個位于部分圖像177上。從位于所述掃描儀的白色區(qū)域上的同一標(biāo)記獲得所述兩個標(biāo)記圖像。當(dāng)組合部分圖像時兩個所述標(biāo)記圖像重疊為一個圖像。對于181、182和183也適用于同樣的說明。
圖26為本發(fā)明一實施方式的示意圖。為了擴展掃描區(qū)域101的長度同時保持所述掃描儀的較低高度，本實施方式采用兩個線傳感器104和2705。α1和α2分別為通過反射可旋轉(zhuǎn)反射鏡102從線傳感器104和2705看到的傾角。通過可旋轉(zhuǎn)反射鏡102反射位于掃描區(qū)域101上的掃描文檔圖像，并通過透鏡103聚焦該圖像，然后該圖像到達(dá)線傳感器104和2705。通過可旋轉(zhuǎn)反射鏡102的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)掃描過程。視角β1對應(yīng)于采用線傳感器2705可以掃描的掃描區(qū)域上的最大距離L1。視角β2對應(yīng)于采用線傳感器104可以掃描的掃描區(qū)域上的最大距離L2。圖26中的字母A和B表示對應(yīng)于圖26中可旋轉(zhuǎn)反射鏡旋轉(zhuǎn)方向的掃描方向。當(dāng)保持本實施方式高度H與圖2一樣時，則可以制造大于L的L1+L2-L3的掃描長度。圖27示出將從圖26的掃描儀的原始文檔中獲得的部分圖像處理為原始文檔的完整正視圖的步驟。
圖28所示為本發(fā)明的再一實施方式的示意圖。該實施方式也采用兩個線傳感器104和2905。圖26中實施方式和圖28中的實施方式的區(qū)別在于使用兩個額外的平面反射鏡110和2910進(jìn)一步擴展掃描區(qū)域的長度。通過平面反射鏡110和2910反射位于掃描區(qū)域101上L1和L4區(qū)域中掃描文檔的圖像部分然后所述圖像部分到達(dá)可旋轉(zhuǎn)反射鏡102。L2和L3區(qū)域中掃描文檔的圖像部分直接到達(dá)可旋轉(zhuǎn)反射鏡102。然后，從可旋轉(zhuǎn)反射鏡102反射出的圖像通過透鏡103到達(dá)線傳感器104和2905。具體地，來自L1和L2區(qū)域的圖像到達(dá)線傳感器2905而來自L3和L4區(qū)域的圖像到達(dá)線傳感器104。角β1是在掃描區(qū)域上對應(yīng)于距離L1的最大視角。角β2是對應(yīng)于的距離L2的最大視角。角β3是對應(yīng)于的距離L3的最大視角。角β4是對應(yīng)于的距離L4的最大視角。距離L5、L6和L7分別表示相鄰區(qū)域L1、L2、L3和L4的重疊區(qū)域。γ1、γ2、γ3和γ4分別是在區(qū)域L1、L2、L3和L4中觀測圖像內(nèi)的最小傾角。如果圖28中γ1、γ2、γ3和γ4的最小值等于圖26中α1和α2的最小值(確保當(dāng)?shù)谝淮螔呙栉臋n時在施加圖像處理以消除失真前，在兩個掃描儀限制同等程度的失真)，并且圖28的長度L1+L2+L3+L4-L5-L6-L7等于圖27的L1+L2-L3(以確保兩個掃描儀具有同樣的掃描區(qū)域長度)，則可以使圖28實施方式中的高度H低于圖26實施方式中的高度H。A、B、C、D表示位于掃描區(qū)域101上掃描線的傳播方向。當(dāng)旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)反射鏡時，可以沿和這些字母相關(guān)的箭頭所示的方向以A、B、C、D的順序掃描整個掃描區(qū)域。在A、B、C、D中的掃描順序不是強制性的而且也不必在一個旋轉(zhuǎn)過程中完成對文檔的完整掃描。例如，在旋轉(zhuǎn)一周期間，僅掃描范圍L3。在另一次旋轉(zhuǎn)期間，掃描L1。在再一次旋轉(zhuǎn)期間，掃描L2。在又一次旋轉(zhuǎn)期間，掃描L4。在該實施例中，花費四次旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)一次完整掃描。
圖29示出在本發(fā)明的實施方式中組合部分圖像并消除失真步驟的實施例。具體地，在圖29(a)中，通過掃描獲得四個失真的部分圖像。A、B、C、D表示掃描方向，即，掃描信號進(jìn)入圖像處理系統(tǒng)的方向。在圖29(b)中，翻轉(zhuǎn)對應(yīng)于掃描方向A和D的兩個部分圖像。在圖29(c)中，采用在連接區(qū)域中的標(biāo)記組合四個部分圖像。在圖29(d)中，消除失真。如上所述，可以改變圖像處理順序。例如，在組合部分圖像前可以在每個部分圖像中消除失真。
由于本發(fā)明的掃描儀具有很高的掃描速度，他們適于將大量的文檔掃描為電子格式的圖像文件。當(dāng)以高速掃描許多文檔時，自然操作模式是不在掃描區(qū)域放置覆蓋物來掃描文檔。為了使操作人員更舒適，希望減少從掃描儀的掃描區(qū)域外發(fā)出的光量。通過僅在進(jìn)行掃描時打開掃描燈并且采用某種類型的遮光設(shè)備阻擋在兩次掃描之間的掃描光即可實現(xiàn)這一點。構(gòu)造該遮光設(shè)備或者可以與掃描過程同步地操作掃描燈的開關(guān)對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說屬于公知技術(shù)，這里將不進(jìn)行詳細(xì)說明細(xì)節(jié)。
在圖4和圖17所示的第一和第二照射裝置中，當(dāng)光路垂直于掃描區(qū)域101表面時，從掃描區(qū)域101的表面可以反射意欲沿掃描線照射文本的光束，并且所述反射光可以沿和圖像路徑一樣的路徑傳播，且都進(jìn)入傳感器。這樣會產(chǎn)生眩光，在這里眩光定義為由于掃描光束和掃描區(qū)域的表面呈90度導(dǎo)致在掃描區(qū)域表面掃描光束產(chǎn)生很強的反射光的現(xiàn)象。眩光使初始掃描的圖像質(zhì)量變差。
此外，除了圖18所述的方法以外，還存在多種用于避免發(fā)生這種現(xiàn)象的方法。圖30(a)示出用于在圖3和圖4所示的本發(fā)明掃描儀第一實施方式中避免發(fā)生眩光的方法。可以限定最大視角β2使得當(dāng)圖像路徑處于β2所表示的范圍時，光路永遠(yuǎn)不會與掃描區(qū)域101的表面垂直。通過垂直線R表示所述垂直位置。圖30(b)示出用于在圖24所示的本發(fā)明掃描儀第二實施方式中避免眩光的方法。設(shè)置最大視角β2和平面鏡2510和160的位置和角度使得達(dá)到通過反射鏡2510掃描的最大限度的圖像路徑3105與垂直線R相交。如圖24所示，在圖像路徑不與掃描區(qū)域的表面垂直的情況下可以掃描L2內(nèi)的區(qū)域。而且，位于L2和L3之間的組合區(qū)域L5位于所述垂直線R的右側(cè)。因此，在這種結(jié)構(gòu)下，在任何位置光路都不會與掃描區(qū)域的表面垂直。
圖30(c)所示為用于在圖26所示的本發(fā)明掃描儀第三實施方式中避免眩光的示意性方法。由于可旋轉(zhuǎn)反射鏡具有某一厚度，由可旋轉(zhuǎn)反射鏡102反射出的掃描光的傳播路徑515以及其后從515a到515b到515c的路徑將會在R1處于垂直位置。由可旋轉(zhuǎn)反射鏡102反射出的掃描光的傳播路徑525以及其后從525a到525b到525c的路徑將會在R2處于垂直位置。使組合區(qū)域L3的跨度足以既包含位置R1又包含位置R2。光515在通過反射鏡516和可旋轉(zhuǎn)反射鏡102反射后，光515在角坐標(biāo)R1處出現(xiàn)眩光。但是，光525在通過反射鏡526和可旋轉(zhuǎn)反射鏡102反射后，光525沿525d傳播，在對應(yīng)于位置R1的掃描區(qū)域表面沒有發(fā)生眩光。
在圖31中進(jìn)一步示出從圖26和30(c)中所示的掃描儀中獲得無眩光的圖像的詳細(xì)步驟。部分圖像3205和3215分別為圖30(c)中的圖像區(qū)域L1和L2。部分圖像3205在位置R1周圍的部分3230包含眩光并且可以通過位于3215上的相應(yīng)部分3210代替。同樣地，部分圖像3215在位置R2周圍的部分3220包含眩光并且可以通過位于3205上的相應(yīng)部分3225代替。在代替后，部分圖像3205和3215均沒有眩光。
如圖4和17所示，在可旋轉(zhuǎn)反射鏡的各種位置的圖像路徑長度改變導(dǎo)致位于圖像傳感器104上的透鏡103的圖像聚焦不夠理想。通過折迭圖像路徑來擴展圖像路徑的長度緩解這一問題。在擴展圖像路徑長度時，降低了最長圖像路徑和最短圖像路徑之間的比率。該比率總是大于1。假設(shè)，如果最長圖像路徑為900mm并且最短圖像路徑為700mm，其比率為900/700＝1.286。如果最長圖像路徑和最短圖像路徑均擴展300mm，則其比率減少為(900+300)/(700+300)＝1200/1000＝1.2。圖32示出擴展圖像路徑的優(yōu)選實施方式。采用圖24的掃描儀作為實施例，如圖32所示，在要使用線傳感器104的位置設(shè)置反射鏡77。線傳感器104接收通過反射鏡77反射后的圖像。在反射鏡77和線傳感器104之間設(shè)置聚焦反射圖像的透鏡103。因此，最長圖像路徑和最短圖像路徑同樣擴展了反射鏡77和線傳感器104之間的距離。
圖33示出根據(jù)本發(fā)明再一實施方式的掃描儀側(cè)面示意圖。所述掃描儀具有框架3500、透鏡3505、區(qū)域傳感器3510、光源3515以及反射罩3520。線路3525是所述區(qū)域傳感器3510視角的邊界。所述掃描儀具有位于掃描區(qū)域3550上的含有標(biāo)記的白色區(qū)域。具有標(biāo)記的白色區(qū)域用于將區(qū)域傳感器3510獲得的部分圖像組合成完整圖像。由于使用不止一個區(qū)域傳感器，因此可以降低該掃描儀的“高度”。該設(shè)計的缺點在于來自光源的光會讓操作人員感到不適。為了克服這一缺點，設(shè)計該掃描儀的另一版本并且圖形示于圖34(a)-(c)中。如圖34(a)所示，該掃描儀具有框架3600、透鏡3610、區(qū)域傳感器3620、光源3630以及反射罩3640。由于操作人員通常站在嵌入光源3630的掃描儀的一側(cè)，因此從圖中可以看到操作者的眼睛3650不會直接看到由光源3630發(fā)出的閃光。而且圖34(a)所示為掃描區(qū)域3660和所述區(qū)域傳感器3670視角的邊界。圖34(b)示出從圖34(a)中B1透視到的掃描儀結(jié)構(gòu)。圖34(c)示出在圖34(a)中從B2另一透視到的掃描儀結(jié)構(gòu)。在圖34(c)中，示出白色區(qū)域3680和標(biāo)記3690。
圖35示出關(guān)于采用固定坐標(biāo)和標(biāo)記的本發(fā)明另一優(yōu)選實施方式。在掃描儀的掃描區(qū)域101的內(nèi)表面3704(面向反射鏡和鏡頭的表面，與外表面3702相對)標(biāo)出標(biāo)記3710。當(dāng)存在不止一個圖像獲取設(shè)備3720時，諸如鏡頭、光學(xué)傳感器、面對掃描區(qū)域101的外表面3702設(shè)置的觀察文檔的反射鏡、獲得的文檔的部分圖像至少在位于區(qū)域3750重疊。通過調(diào)整3720的視角，標(biāo)記3720的圖像位于掃描區(qū)域101的內(nèi)表面3704上，位于圖像路徑3730和3740的“組合邊緣”之間，并且因此不在最終完整的文檔處理圖像中。
盡管已經(jīng)示出了本發(fā)明的幾個和替代實施方式，但是應(yīng)該理解對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不脫離上述說明書所討論和陳述的內(nèi)容和以下權(quán)利要求指定的基本范圍的情況下可以對本發(fā)明進(jìn)行某些變化。而且，所述實施方式僅用于說明本發(fā)明的原理并非用來限制本發(fā)明公開的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于獲得位于至少部分透明平臺(101)上的目標(biāo)的圖像的掃描儀(100)，其中至少部分透明平臺(101)具有第一掃描區(qū)域(101a)和第二掃描區(qū)域(101b)，并且所述至少部分透明平臺(101)的第一掃描區(qū)域(101a)和所述第二掃描區(qū)域(101b)的每個分別具有第一邊緣(101a1，101b1)和第二邊緣(101a2，101b2)，掃描儀(100)包括a.適合于發(fā)光的光源(301)；b.可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)，用于接收來自第一方向(105a)光并向第二方向(105b)反射所述光，以掃描位于至少局部透明平臺(101)上的目標(biāo)的部分圖像；所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡還用于從與第二方向(105b)相反的第三方向(105c)接收掃描后的目標(biāo)的部分圖像并且向和第一方向(105a)相反的第四方向(105d)反射所述掃描后的目標(biāo)的部分圖像；c.固定反射鏡(110)，位于所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)和至少部分透明平臺(101)的第一掃描區(qū)域(101a)之間的光程上，所述固定反射鏡用于接收從旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)沿第二方向(105b)反射出的光并且向至少部分透明平臺(101)的第一掃描區(qū)域(101a)反射所述從可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)接收到的光以掃描目標(biāo)的部分圖像，并且接收掃描后的目標(biāo)的部分圖像，然后以第三方向(105c)向可旋轉(zhuǎn)反射鏡反射所述掃描后的目標(biāo)的部分圖像；d.圖像傳感器(104)，用于從第四方向(105d)接收掃描后的目標(biāo)的部分圖像并輸出對應(yīng)于接收到的掃描后的目標(biāo)的部分圖像的電子信號；e.圖像處理系統(tǒng)(120)，用于從所述圖像傳感器(104)接收電子信號并以數(shù)字格式記錄所述電子信號；其中，所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)和固定反射鏡(110)被設(shè)置為使得當(dāng)所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)旋轉(zhuǎn)時，所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)改變光的第二方向光(105b)使得在所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)的僅一全程旋轉(zhuǎn)中，從固定反射鏡(110)沿第五方向(105e)反射出的對應(yīng)光沿第一掃描方向(A)從第一掃描區(qū)域(101a)的第一邊緣(101a1)到第二邊緣(101a2)和沿第一掃描方向(B)從第二掃描區(qū)域(101b)的第一邊緣(101b1)到第二邊緣(101b2)依次掃描目標(biāo)的連續(xù)部分圖像，其中，所述圖像處理系統(tǒng)(120)將這里記錄的部分圖像組合在一起以形成基本完整的目標(biāo)圖像，相當(dāng)于分別沿第一掃描方向(A)和第二掃描方向(B)的全掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述掃描儀，其特征在于，還包括位于所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)和所述圖像傳感器(104)之間光程上的聚光透鏡(103)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述掃描儀，其特征在于，還包括用于旋轉(zhuǎn)所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)的旋轉(zhuǎn)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述掃描儀，其特征在于，所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)包括具有至少一反射表面的平面鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述掃描儀，其特征在于，所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)包括多角鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述掃描儀，其特征在于，所述固定反射鏡(110)包括平面鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述掃描儀，其特征在于，所述固定反射鏡(110)包括曲面鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述掃描儀，其特征在于，所述圖像傳感器(104)包括線傳感器、區(qū)域傳感器及其組合中至少之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述掃描儀，其特征在于，所述光源(301)包括激光、熒光燈管、發(fā)光二極管組件、鎢燈、鹵鎢燈、鹵燈、氙燈及其任意組合中的至少之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺(101)、所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)、和所述固定反射鏡(110)設(shè)置為使得將第一角α1限定為所述至少部分透明平臺(101)和連接固定反射鏡(110)的下邊緣(110b)和所述第一掃描區(qū)域(101a)的第一邊緣(101a1)的光程之間的角，并且所述第一角α1大于預(yù)定閾值α。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺(101)和所述可旋轉(zhuǎn)反射鏡(102)設(shè)置為使得并將第二角α2限定為所述至少部分透明平臺(101)和連接所述第一方向(105a)和所述第二方向(105b)的交叉點和所述第二掃描區(qū)域(101b)的第一邊緣(101b1)的光程之間的角，并且所述第二角α2大于預(yù)定閾值角α。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺(101)包括由至少部分透明的材料構(gòu)成的平臺。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺(101)包括玻璃板。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺(101)包括透明塑料板。
15.一種用于獲得位于至少部分透明平臺上的目標(biāo)的圖像的掃描儀，其中，至少部分透明平臺至少具有第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域，所述第一掃描區(qū)域和所述第二掃描區(qū)域的每個分別具有第一邊緣和第二邊緣，所述掃描儀包括a.適合于發(fā)光的至少一光源；b.至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡，用于接收來自第一方向的光并向第二方向反射所述光以掃描位于所述至少部分透明平臺上的目標(biāo)的部分圖像，從第三方向接收掃描后的目標(biāo)的部分圖像并且向第四方向反射所述掃描后的目標(biāo)的部分圖像；c.至少一圖像傳感器，用于從所述第四方向接收掃描后的目標(biāo)的部分圖像并輸出對應(yīng)于接收到的掃描后的目標(biāo)的部分圖像的電子信號；以及d.圖像處理系統(tǒng)，用于從所述圖像傳感器接收電子信號并以數(shù)字格式記錄所述電子信號；其中所述至少一光源、至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡和至少一圖像傳感器設(shè)置為使得所述第一方向和第四方向限定第一角180°-β，并且所述第二方向和所述第三方向限定第二角180°+β，其中β是在-15°到15°范圍內(nèi)的值，并且當(dāng)所述至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡旋轉(zhuǎn)時，所述至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡使得所述光的第二方向的改變從而使得在所述至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡的僅一全程旋轉(zhuǎn)中所述光沿第一掃描方向(A)從第一掃描區(qū)域的第一邊緣到第二邊緣并且沿第二掃描方向(B)從第二掃描區(qū)域的第一邊緣到第二邊緣依次掃描所述目標(biāo)的連續(xù)部分圖像，所述圖像處理系統(tǒng)組合這里記錄的部分圖像以形成基本上完整的目標(biāo)圖像，相當(dāng)于分別沿第一掃描方向(A)和第二掃描方向(B)的全掃描。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述掃描儀，其特征在于，還包括位于所述至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡和所述至少一圖像傳感器之間光程上的聚光透鏡。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述掃描儀，其特征在于，還包括用于旋轉(zhuǎn)至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡的旋轉(zhuǎn)裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述掃描儀，其特征在于，所述至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡包括具有至少一反射表面的平面鏡。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述掃描儀，其特征在于，所述至少一可旋轉(zhuǎn)反射鏡包括多角鏡。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述掃描儀，其特征在于，所述至少一圖像傳感器包括線傳感器、區(qū)域傳感器及其組合中至少之一。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺包括由至少部分透明材料構(gòu)成的平板。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺包括玻璃板。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺包括透明塑料板。
24.一種用于獲得位于至少部分透明平臺上的目標(biāo)的圖像的方法，其中通過多個邊緣部分限定所述至少部分透明平臺并且所述至少部分透明平臺具有至少第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域，包括步驟a.至少部分圍繞至少部分透明平臺的邊緣部分形成具有多個標(biāo)記的白色區(qū)域，所述各標(biāo)記設(shè)置在所述白色區(qū)域的預(yù)定位置；b.分別從第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域順序掃描所述目標(biāo)的連續(xù)部分圖像，其中每個連續(xù)部分圖像包括多個標(biāo)記中至少之一的圖像；以及c.采用位于每個連續(xù)部分圖像中的多個標(biāo)記中至少之一的圖像作為基準(zhǔn)以組合連續(xù)部分圖像從而形成對應(yīng)于第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域的全掃描的基本完整的目標(biāo)圖像。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述方法，其特征在于，所述白色區(qū)域中的至少一部分適宜標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)白色。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述方法，其特征在于，所述多個標(biāo)記中的各標(biāo)記都是從所述白色區(qū)域中可以識別的。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述方法，其特征在于，所述采用步驟還包括校正所形成的目標(biāo)圖像的步驟。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述方法，其特征在于，所述采用步驟還包括從校正后的目標(biāo)圖像中分別修剪掉白色區(qū)域的圖像和多個標(biāo)記的圖像從而獲得所述目標(biāo)圖像的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述方法，其特征在于，所述至少部分透明平臺包括由至少部分透明材料構(gòu)成的平板。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述方法，其特征在于，所述至少部分透明平臺包括玻璃板。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述方法，其特征在于，所述至少部分透明平臺包括透明塑料板。
32.一種用于獲得位于至少部分透明平臺上的目標(biāo)圖像的掃描儀，其中通過多個邊緣部分限定所述至少部分透明平臺并且所述至少部分透明平臺具有至少第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域，包括a.具有多個標(biāo)記的白色區(qū)域，至少部分圍繞至少部分透明平臺的邊緣部分形成，各標(biāo)記設(shè)置在所述白色區(qū)域的預(yù)定位置；b.光學(xué)裝置，用于分別從第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域順序掃描目標(biāo)的連續(xù)部分圖像，其中每個連續(xù)部分圖像包括多個標(biāo)記中至少之一的圖像；c.圖像處理系統(tǒng)，用于使用每個連續(xù)部分圖像中的多個標(biāo)記中至少之一的圖像作為基準(zhǔn)以組合連續(xù)部分圖像從而形成對應(yīng)于第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域的全掃描的基本完整的目標(biāo)圖像。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述掃描儀，其特征在于，所述白色區(qū)域中的至少一部分適宜標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)白色。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述掃描儀，其特征在于，所述多個標(biāo)記中的各標(biāo)記都是從所述白色區(qū)域中可以識別的。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述掃描儀，其特征在于，所述圖像處理系統(tǒng)包括控制器。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述掃描儀，其特征在于，所述控制器還執(zhí)行校正形成的所述目標(biāo)的圖像并從校正后的目標(biāo)圖像中分別修剪掉白色區(qū)域的圖像和多個標(biāo)記的圖像從而獲得所述目標(biāo)圖像的步驟。
37.根據(jù)權(quán)利要求32所述掃描儀，其特征在于，所述光學(xué)裝置包括至少一圖像傳感器。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述掃描儀，其特征在于，所述至少一圖像傳感器包括線傳感器、區(qū)域傳感器及其組合中至少之一。
39.根據(jù)權(quán)利要求32所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺包括由至少部分透明材料構(gòu)成的平板。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺包括玻璃板。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺包括透明塑料板。
42.一種用于獲得位于至少部分透明平臺上的目標(biāo)的圖像的方法，其中，所述至少部分透明平臺具有多個掃描區(qū)域，包括步驟a.順序掃描分別來自所述多個掃描區(qū)域的各掃描區(qū)域中的目標(biāo)的連續(xù)部分圖像；以及b.組合所述連續(xù)部分圖像以形成對應(yīng)于多個掃描區(qū)域的全掃描的目標(biāo)的基本完整的圖像。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述方法，其特征在于，所述至少部分透明平臺還具有分別設(shè)定在預(yù)定位置的多個標(biāo)記。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述方法，其特征在于，各連續(xù)部分圖像包括所述多個標(biāo)記中至少之一的圖像。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述方法，其特征在于，所述組合步驟包括采用在各連續(xù)部分圖像中的所述多個標(biāo)記中至少之一的圖像作為基準(zhǔn)的步驟。
46.一種用于獲得位于至少部分透明平臺上的目標(biāo)圖像的掃描儀，其中所述至少部分透明平臺具有多個掃描區(qū)域，包括步驟a.光學(xué)裝置，用于順序掃描分別來自所述多個掃描區(qū)域中各掃描區(qū)域中的目標(biāo)的連續(xù)部分圖像；以及b.圖像的處理裝置，用于組合從光學(xué)裝置中接收到的連續(xù)部分圖像從而形成對應(yīng)于多個掃描區(qū)域的全掃描的基本完整目標(biāo)圖像。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述掃描儀，其特征在于，所述光學(xué)裝置包括至少一圖像傳感器。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述掃描儀，其特征在于，所述至少一圖像傳感器包括線傳感器、區(qū)域傳感器及其組合中至少之一。
49.根據(jù)權(quán)利要求46所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺還具有分別設(shè)置在預(yù)定位置的多個標(biāo)記。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述掃描儀，其特征在于，每個連續(xù)部分圖像包括用作基準(zhǔn)的所述多個標(biāo)記中至少之一的圖像。
51.根據(jù)權(quán)利要求46所述掃描儀，其特征在于，所述處理系統(tǒng)包括控制器。
52.根據(jù)權(quán)利要求46所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺包括至少部分透明塑料板。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺包括玻璃板。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述掃描儀，其特征在于，所述至少部分透明平臺包括透明塑料板。
全文摘要
一種用于獲得位于至少部分透明平臺上的目標(biāo)圖像的掃描儀，其中通過多個邊緣部分限定所述平臺并且所述平臺具有第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域。在一實施方式中，掃描儀包括至少部分圍繞具有多個標(biāo)記的至少部分透明平臺的邊緣部分形成的具有多個標(biāo)記的白色區(qū)域、用于分別從第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域順序掃描目標(biāo)連續(xù)部分圖像的光學(xué)裝置，其中每個連續(xù)部分圖像包括多個標(biāo)記中至少之一的圖像，以及采用位于每個連續(xù)部分圖像中的多個標(biāo)記中至少之一的圖像作為基準(zhǔn)以組合連續(xù)部分圖像從而形成對應(yīng)于第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域的全掃描的基本完整的目標(biāo)圖像的圖像處理系統(tǒng)。
文檔編號G02B26/08GK1864088SQ200480029361
公開日2006年11月15日 申請日期2004年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者楊宇平 申請人:瑞齡光儀公司