專利名稱：具有定位傳感器的掃描裝置及其獲取圖像的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)掃描技術(shù)，具體地說(shuō)，涉及一種具有定位傳感器的掃描裝置及其獲取圖像的處理方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的掃描儀是平板式掃描儀，被掃描圖像被固定放置在掃描儀的掃描窗口，圖像傳感器在掃描窗口后面移動(dòng)獲取被掃描圖像的數(shù)據(jù)，這種結(jié)構(gòu)的體積大、質(zhì)量重。后來(lái)出現(xiàn)了饋紙式掃描儀，被掃描圖像所在的介質(zhì)被馬達(dá)帶動(dòng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)條型的掃描窗口，從而使圖像傳感器獲取被掃描圖像的數(shù)據(jù)，這種結(jié)構(gòu)體積大大減小，重量大大減輕，但是不方便掃描整本書中的圖像。于是出現(xiàn)了體積更小的手持式掃描刷和掃描筆，使用者手持這種掃描儀在被掃描介質(zhì)上經(jīng)過(guò)，被掃描圖像即可被識(shí)讀，但是掃描筆的掃描窗口太小只能用于掃描單詞等面積較小的圖像，而掃描刷的掃描窗口雖然大一些，但是為了保證掃描獲得的數(shù)據(jù)能夠被成功還原要求使用者的掃描軌跡比較直，為此一般掃描刷都具有掃描導(dǎo)向滾輪，增加了手持式掃描刷的重量，而且其掃描面積還是受掃描窗口面積的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種掃描面積不受掃描窗口面積的限制，能夠在被掃描圖像上作“之”字形移動(dòng)的具有定位傳感器的掃描裝置及其獲取圖像的處理方法。
一種具有定位傳感器的掃描裝置，可與上位機(jī)連接，包括殼體、線圖像傳感器CIS，還包括通過(guò)時(shí)序信號(hào)控制所述線圖像傳感器CIS工作的系統(tǒng)處理器P3、用于測(cè)算出所述掃描裝置實(shí)時(shí)位移的第一坐標(biāo)增量8001的第一光電坐標(biāo)傳感器及第一位移處理器P1、和用于測(cè)算出所述掃描裝置實(shí)時(shí)位移的第二坐標(biāo)增量8002的第二光電坐標(biāo)傳感器及第二位移處理器P2、以及連接在所述CIS信號(hào)輸出端的A/D電路、用于存放第一、第二坐標(biāo)增量以及對(duì)應(yīng)的A/D電路輸出的數(shù)字圖象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)緩存器；所述系統(tǒng)處理器P3將所述數(shù)據(jù)緩存器中的所述第一和第二位移坐標(biāo)增量(8001、8002)和所述線圖像傳感器CIS通過(guò)所述A/D電路輸出的數(shù)字圖像掃描數(shù)據(jù)8003打包成帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)8004，傳送給上位機(jī)。
一種具有定位傳感器的掃描裝置獲取圖像的處理方法，包括如下步驟，A、系統(tǒng)處理器P3將光電坐標(biāo)傳感器及位移處理器P1測(cè)算出的實(shí)時(shí)位移坐標(biāo)增量8001、光電坐標(biāo)傳感器及位移處理器P2測(cè)算出的實(shí)時(shí)位移坐標(biāo)增量8002和線圖像傳感器CIS獲取并經(jīng)過(guò)A/D電路轉(zhuǎn)換的數(shù)字圖像掃描數(shù)據(jù)8003打包成帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)8004，并傳送給上位機(jī)；B、所述上位機(jī)中的圖像處理模塊將所述原始掃描數(shù)據(jù)8004解包；C、所述圖像處理模塊換算出所述線圖像傳感器CIS端點(diǎn)像素的坐標(biāo)，并利用所述端點(diǎn)像素的坐標(biāo)信息在目標(biāo)圖像組裝區(qū)中組裝圖像行；D、所述圖像處理模塊利用二次掃描帶的重疊區(qū)域的部分像素?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，計(jì)算出二次掃描帶的位置坐標(biāo)的相對(duì)偏移量，矯正坐標(biāo)信息的累計(jì)誤差后再組裝圖像行。
本發(fā)明公開的具有定位傳感器的掃描裝置由于采用了兩個(gè)光電坐標(biāo)傳感器獲取掃描過(guò)程中的位置坐標(biāo)增量，并利用該坐標(biāo)增量對(duì)獲取圖像的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，使得可掃描面積不受掃描窗口面積的限制；而且可以兼做鼠標(biāo)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，成本低，使用方便。本發(fā)明使用坐標(biāo)增量觸發(fā)行掃描數(shù)據(jù)的采集，固定爆光時(shí)間，能夠適應(yīng)使用者將掃描裝置在介質(zhì)上移動(dòng)速度的變化，減少了數(shù)據(jù)傳輸量，并獲得均勻一致圖像亮度。當(dāng)本發(fā)明的掃描裝置的結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成長(zhǎng)條形時(shí)，可以更好地適應(yīng)表面不平整地被掃描介質(zhì)，例如，當(dāng)掃描一本翻開的書時(shí)，臨近書脊處的圖像也能正確采集。在本發(fā)明的圖像處理方法中，可以在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行圖像組裝，可以提高計(jì)算的并行度，有效利用分時(shí)操作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，減小后處理的時(shí)間；還可以在掃描結(jié)束后進(jìn)行組裝，在組裝圖像前可以計(jì)算出目標(biāo)圖像的大小與整體傾斜度，從而可以一次性分配足夠的資源用于組裝圖像，降低了軟件的復(fù)雜度。


本發(fā)明包括如下附圖圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2是系統(tǒng)處理器P3對(duì)線圖像傳感器CIS的控制信號(hào)示意圖；圖3是線圖像傳感器CIS工作時(shí)序圖；圖4是坐標(biāo)傳感器和線圖像傳感器CIS的坐標(biāo)關(guān)系示意圖；圖5是坐標(biāo)傳感器和線圖像傳感器CIS成直線設(shè)置的坐標(biāo)關(guān)系示意圖；圖6是坐標(biāo)傳感器和線圖像傳感器CIS成矩形設(shè)置的坐標(biāo)關(guān)系示意圖；圖7是反映實(shí)時(shí)移動(dòng)坐標(biāo)增量的含義示意圖；圖8是本發(fā)明在掃描的同時(shí)進(jìn)行圖像組裝的流程圖；圖9是本發(fā)明在掃描結(jié)束后進(jìn)行圖像組裝的流程圖；圖10是本發(fā)明組裝原始掃描數(shù)據(jù)8004的示意圖；圖11是掃描帶重疊示意圖；圖12是行主掃描方式和列主掃描方式示意圖；圖13是本發(fā)明需要旋轉(zhuǎn)的圖像示意圖；圖14是本發(fā)明掃描裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖15、16、17、18、19、20分別是本發(fā)明掃描裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖21是本發(fā)明掃描裝置的線圖像傳感器CIS的結(jié)構(gòu)示意圖；圖22是本發(fā)明掃描裝置的的坐標(biāo)位置傳感器的光路圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括系統(tǒng)處理器P3、光電坐標(biāo)傳感器及位移處理器P1、光電坐標(biāo)傳感器及位移處理器P2、和線圖像傳感器CIS、A/D電路、鼠標(biāo)功能按鍵、供電電路、數(shù)據(jù)緩存、以及數(shù)據(jù)傳輸接口電路；并通過(guò)數(shù)據(jù)接口電路連接上位機(jī)。其中光電傳感器及位移處理器P1和光電傳感器及位移處理器P2測(cè)算出實(shí)時(shí)位移的坐標(biāo)增量8001、8002傳送給系統(tǒng)處理器P3；系統(tǒng)處理器P3通過(guò)來(lái)自鼠標(biāo)功能按鍵的開關(guān)信號(hào)和時(shí)序信號(hào)控制線圖像傳感器CIS獲得模擬圖像掃描數(shù)據(jù)并傳送給A/D電路，A/D電路輸出數(shù)字圖像掃描數(shù)據(jù)8003給系統(tǒng)處理器P3；系統(tǒng)處理器P3利用數(shù)據(jù)緩存將實(shí)時(shí)位移坐標(biāo)增量8001、8002和數(shù)字圖像掃描數(shù)據(jù)8003打包成帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)8004，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口電路傳送給上位機(jī)；供電電路通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口電路將上位機(jī)提供的電源供給電路的各部分。
從圖1的電路結(jié)構(gòu)可以看出，本發(fā)明的特點(diǎn)在于掃描裝置與圖像校正分析處理分離，設(shè)備端的處理器P3將P1、P2輸出的位移向量和對(duì)CIS采樣的一行圖像數(shù)據(jù)打包通過(guò)通信接口傳送至上位機(jī)，該打包原始掃描數(shù)據(jù)8004的圖像校正復(fù)原等處理在上位機(jī)完成。該上位機(jī)可以是PC機(jī)，也可以是具有通用數(shù)據(jù)傳輸接口的PDA或手機(jī)。掃描設(shè)備不需要獨(dú)立的供電電源，電源由上位機(jī)提供。
P3處理器還處理P1、P2的位移向量信息，根據(jù)該位移信息控制啟動(dòng)接觸式圖像傳感器CIS的行掃描；即每當(dāng)本發(fā)明的掃描裝置被移動(dòng)時(shí)，光電傳感器及位移處理器P1、P2就輸出實(shí)時(shí)位移的坐標(biāo)增量8001、8002，線圖像傳感器CIS獲得行啟動(dòng)信號(hào)SP立即采集一行圖像數(shù)據(jù)。
在非掃描工作狀態(tài)，本發(fā)明的掃描裝置也可以作為鼠標(biāo)使用。
圖2是系統(tǒng)處理器P3對(duì)線圖像傳感器CIS的控制信號(hào)示意圖，當(dāng)本發(fā)明的掃描裝置在掃描狀態(tài)下，系統(tǒng)處理器P3由光電坐標(biāo)傳感器及位移處理器P1和P2觸發(fā)行掃描啟動(dòng)信號(hào)SP，并和圖像采樣時(shí)鐘信號(hào)Vclk、點(diǎn)亮光源控制信號(hào)Lclk一起傳送給線圖像傳感器CIS控制其數(shù)據(jù)采集。CIS中的光源在采集每行模擬圖像掃描數(shù)據(jù)的點(diǎn)亮?xí)r間固定為最小曝光時(shí)間，該光源的亮度相對(duì)透過(guò)設(shè)備照射到被掃描介質(zhì)表面的自然光線足夠強(qiáng)，則不會(huì)因移動(dòng)速度不同行啟動(dòng)信號(hào)頻率不固定導(dǎo)致不同行的曝光量不同。與固定頻率采樣行圖像相比，使用該方式會(huì)大大減少傳輸數(shù)據(jù)量。
圖3是線圖像傳感器CIS工作時(shí)序圖，由于行掃描啟動(dòng)信號(hào)SP被隨機(jī)觸發(fā)，所以行采樣時(shí)間不同，但是曝光時(shí)間固定，這樣可以保證每行相同的基準(zhǔn)亮度。
在與PDA或手機(jī)相連接的應(yīng)用場(chǎng)合，可以不使用分離方式以降低成本和減少設(shè)備體積。在這種掃描裝置和PDA或手機(jī)集成一體的方式中，可以使用PDA或手機(jī)的主處理器來(lái)代替原設(shè)備內(nèi)的處理器P3，采集P1、P2的位移信息和對(duì)CIS的控制。
一行帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)8004中包括實(shí)時(shí)位移的坐標(biāo)增量8001、8002和一行掃描像素值，掃描像素的個(gè)數(shù)由線圖像傳感器CIS的尺寸和分辨率決定，而掃描像素值由被掃描圖像對(duì)CIS光源的反射能力決定。由于每個(gè)掃描像素的位置是相對(duì)固定的，在掃描過(guò)程中CIS被貼著被掃描圖像移動(dòng)，只要根據(jù)實(shí)時(shí)位移的坐標(biāo)增量8001、8002計(jì)算出端點(diǎn)像素的坐標(biāo)即可定位每一行原始掃描數(shù)據(jù)8004。
如圖4所示是坐標(biāo)傳感器和線圖像傳感器CIS的坐標(biāo)關(guān)系示意圖，設(shè)兩個(gè)坐標(biāo)傳感器的中心點(diǎn)為A和B，CIS的兩個(gè)端點(diǎn)為C和D，上述四點(diǎn)之間的距離相對(duì)固定，也就是說(shuō)A、B、C、D四點(diǎn)之間任意兩點(diǎn)之間的距離固定，因此四邊形內(nèi)部的夾角也是固定的。當(dāng)已知A點(diǎn)與B點(diǎn)的坐標(biāo)增量8001、8002后，通過(guò)簡(jiǎn)單的幾何運(yùn)算就可以求出C點(diǎn)與D點(diǎn)的坐標(biāo)。如圖4所示的實(shí)例，設(shè)A點(diǎn)坐標(biāo)為(x0，y0)，B點(diǎn)坐標(biāo)為(x1，y1)，BE是過(guò)B點(diǎn)平行于X軸的直線，過(guò)C、D兩點(diǎn)引平行于Y軸的直線分別相交直線BEG、F兩點(diǎn)；計(jì)算步驟如下t1＝atan((x0-x1)/(y0-y1))；(t1為∠ABE的角度)t2＝t1-α；(α為∠ABD，是常量；t2為∠DBE)|BF|＝|BD|*cos(t2)|DF|＝|BD|*sin(t2)因此D點(diǎn)坐標(biāo)為(x1+|BF|，y1+|DF|)t3＝β-t2；(β為∠DBC，是常量，t3為∠EBC)|BG|＝|BC|*cos(t3)|CG|＝|BC|*sin(t3)因此C點(diǎn)坐標(biāo)為(x1+|BG|，y1-|CG|)
如果ABCD四點(diǎn)處在一條直線上，可以減小運(yùn)算量，提高計(jì)算精度如圖5所示C點(diǎn)坐標(biāo)為(x0+(x1-x0)*(|AC|/|AB|)，y0+(y1-y0)*(|AC|/|AB|))D點(diǎn)坐標(biāo)為(x1+(x0-x1)*(|BD|/|AB|)，y1+(y0-y1)*(|BD|/|AB|))如果ABCD組成一個(gè)矩形，可以減小設(shè)備的長(zhǎng)度，如圖6所示。通過(guò)AB兩點(diǎn)坐標(biāo)求CD兩點(diǎn)坐標(biāo)的方法如下α＝atan((x1-x0)/(y1-y0))|AE|＝|AD|*sin(α)|DE|＝|AD|*cos(α)C點(diǎn)坐標(biāo)為[(x0+|AE|)，(y0+|DE|)]D點(diǎn)坐標(biāo)為[(x1+|AE|)，(y1+|DE|)]當(dāng)坐標(biāo)傳感器與被掃描介質(zhì)發(fā)生相對(duì)位移時(shí)光電坐標(biāo)傳感器及位移處理器P1、P2發(fā)送出一系列的具有二元信號(hào)量(dx，dy)的形式的實(shí)時(shí)位移的坐標(biāo)增量8001、8002，這些實(shí)時(shí)位移的坐標(biāo)增量8001、8002指示坐標(biāo)的變化，上述相對(duì)位移的速度越快信號(hào)的頻率越高，每一個(gè)非零的所述位移坐標(biāo)增量8001和8002都觸發(fā)所述數(shù)字圖像掃描數(shù)據(jù)8003的生成。由于坐標(biāo)增量只取整數(shù)，所以從一個(gè)坐標(biāo)變化到另一個(gè)坐標(biāo)時(shí)，二元信號(hào)量(dx，dy)存在如圖7所示的8種，設(shè)當(dāng)前坐標(biāo)為方格0(0，0)，二元信號(hào)量(dx，dy)與坐標(biāo)變化的關(guān)系如下表所示


啟動(dòng)掃描后，兩個(gè)坐標(biāo)傳感器中只要有一個(gè)有信號(hào)量輸出就會(huì)觸發(fā)CIS掃描一行圖像，同時(shí)系統(tǒng)處理器P3分別累加兩個(gè)傳感器輸出的坐標(biāo)增量，從而記錄下坐標(biāo)傳感器相對(duì)于介質(zhì)的移動(dòng)軌跡，也就是間接的記錄下了圖像行端點(diǎn)像素的坐標(biāo)。
帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)8004經(jīng)過(guò)組裝才能恢復(fù)被掃描圖像，當(dāng)掃描開始后，本發(fā)明的掃描設(shè)備發(fā)送一個(gè)信號(hào)給上位機(jī)，通知上位機(jī)的驅(qū)動(dòng)軟件關(guān)閉鼠標(biāo)功能開始接收帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)8004，直到驅(qū)動(dòng)軟件收到來(lái)自設(shè)備的停止掃描信號(hào)才停止接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并開啟鼠標(biāo)功能。
由于掃描設(shè)備在被掃描介質(zhì)上移動(dòng)掃描時(shí)具有360度的自由，如果簡(jiǎn)單的將原始掃描數(shù)據(jù)8004按接收順序組裝成一幅圖像必定存在扭曲、壓縮、拉申等各種變形，為了校正這些變形必須利用每行圖像的端點(diǎn)坐標(biāo)信息重新組裝圖像行。圖像的組裝有兩種工作方式第一種在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行組裝，第二種方式是在掃描結(jié)束后進(jìn)行組裝。
第一種方式的優(yōu)勢(shì)是可以提高計(jì)算的并行度，有效利用分時(shí)操作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，減小后處理的時(shí)間，不足之處是由于在掃描的過(guò)程中最終圖像的大小未知，所以需要不停的通過(guò)動(dòng)態(tài)分配資源的方式存儲(chǔ)正在組裝的圖像，加大了軟件的復(fù)雜度；第二種方式的優(yōu)勢(shì)是在組裝圖像前可以計(jì)算出目標(biāo)圖像的大小與整體傾斜度，從而可以一次性分配足夠的資源用于組裝圖像，降低了軟件的復(fù)雜度，缺點(diǎn)是未能充分利用分時(shí)系統(tǒng)的資源，加大了掃描后處理的時(shí)間。
流程圖8是掃描的同時(shí)進(jìn)行組裝被掃描圖像流程，首先分配一個(gè)內(nèi)存塊作為目標(biāo)圖像緩沖區(qū)用于緩存組裝后的圖像，被掃描圖像的每一個(gè)像素都對(duì)應(yīng)目標(biāo)圖像緩沖區(qū)的一個(gè)存儲(chǔ)單位，當(dāng)被掃描圖像的每一個(gè)像素都分別存入目標(biāo)圖像緩沖區(qū)的對(duì)應(yīng)區(qū)域，圖像組裝即完成，如圖10所示；其次從存儲(chǔ)帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)8004的圖像行緩沖區(qū)取一行數(shù)據(jù)；然后計(jì)算、提取該掃描行的端點(diǎn)坐標(biāo)值；如果端點(diǎn)坐標(biāo)值大于超出目標(biāo)圖像緩沖區(qū)邊界，則擴(kuò)大目標(biāo)圖像緩沖區(qū)；再按端點(diǎn)坐標(biāo)確定的填充路徑將圖像行的像素填充到目標(biāo)圖像緩沖區(qū)中；上述步驟反復(fù)進(jìn)行至圖像行緩沖區(qū)為空。
本發(fā)明的掃描裝置在掃描結(jié)束后的組裝流程圖如圖9所示，首先計(jì)算并提取出所有帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)8004的端點(diǎn)坐標(biāo)值，計(jì)算被掃描目標(biāo)圖形的寬度與高度；根據(jù)目標(biāo)圖像的寬度、高度分配緩存目標(biāo)圖像的內(nèi)存塊；從圖像行緩沖區(qū)取一行帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)8004；按端點(diǎn)坐標(biāo)確定的填充路徑將圖像行的像素填充到目標(biāo)圖像緩沖區(qū)中；上述步驟反復(fù)進(jìn)行至圖像行緩沖區(qū)為空。
圖10是將原始掃描數(shù)據(jù)8004中的像素值進(jìn)行組裝的示意圖。先提取原始掃描數(shù)據(jù)8004的端點(diǎn)坐標(biāo)值300，再將象素值310填充到目標(biāo)緩沖區(qū)。
為了保證被掃描圖像中間沒(méi)有空洞，并保證掃描數(shù)據(jù)中的定位信息能夠成功識(shí)別，在掃描時(shí)掃描裝置在被掃描圖像上作“之”字形運(yùn)動(dòng)，如圖11所示，掃描裝置在起始方向450運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生第一掃描帶410，在折返方向460產(chǎn)生第二掃描帶420，相鄰的這兩個(gè)掃描帶410和420之間必須有足夠的重疊區(qū)域400，。但是由于坐標(biāo)傳感器輸出的信號(hào)量是整數(shù)，存在誤差，而且掃描路徑越長(zhǎng)累積誤差越大，導(dǎo)致掃描帶重疊區(qū)域400在兩個(gè)掃描帶中的坐標(biāo)信息不一致，如果重疊區(qū)域400的圖像來(lái)自第一個(gè)掃描帶410則組裝后的圖像重疊區(qū)域的下邊界將會(huì)出現(xiàn)明顯的錯(cuò)位現(xiàn)象，同樣如果重疊區(qū)400域的圖像來(lái)自第二個(gè)掃描帶420則組裝后的圖像重疊區(qū)域的上邊界有明顯的錯(cuò)位現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須對(duì)圖像塊相對(duì)位置進(jìn)行糾正。
先分別提取第一掃描帶410與第二掃描帶420的重疊區(qū)域400的部分像素?cái)?shù)據(jù)，然后計(jì)算第二掃描帶420重疊區(qū)域象素相對(duì)于第一掃描帶410重疊區(qū)域像素的坐標(biāo)偏移量，最后將整個(gè)第二掃描帶420的圖像偏移前面計(jì)算出的偏移量，重疊區(qū)域400的組裝像素來(lái)自第二掃描帶420。兩個(gè)像素塊的相對(duì)偏移量計(jì)算方法1、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定最大水平偏移與垂直偏移像素個(gè)數(shù)；2、將第一像素塊設(shè)為參考像素塊，第二像素塊設(shè)為需要偏移的像素塊；3、計(jì)算每種偏移值下(包括0偏移)兩個(gè)像素塊之間對(duì)應(yīng)坐標(biāo)像素值的均方差；4、均方差最小值所對(duì)應(yīng)的偏移值就是所求結(jié)果。選擇所述二次掃描帶的重疊區(qū)域中后完成掃描的像素?cái)?shù)據(jù)用于組裝圖像、并將在此之前完成掃描的像素?cái)?shù)據(jù)全部移動(dòng)最優(yōu)偏移值；或者選擇所述二次掃描帶的重疊區(qū)域中先完成掃描的像素?cái)?shù)據(jù)用于組裝圖像、并將所述后完成掃描的掃描帶中的像素?cái)?shù)據(jù)全部移動(dòng)最優(yōu)偏移值。
為了減少第3步的運(yùn)算量可以將均方差運(yùn)算替換為差值平均值。
掃描開始后第一行圖像的端點(diǎn)坐標(biāo)為固定值，使用者可以選擇行主掃描方式510和列主掃描方式520，如圖12所示。在行主掃描方式510時(shí)，初始化為[(0，0)，(0，N)]，掃描裝置按照行掃描方向511運(yùn)動(dòng)；選擇列主掃描方式520時(shí)初始化為[(0，0)，(N，0)]，掃描裝置按照行掃描方向521運(yùn)動(dòng)。
由于除了第一行圖像外，每個(gè)圖像行端點(diǎn)坐標(biāo)都是在前一圖像行坐標(biāo)的基礎(chǔ)上疊加光電坐標(biāo)傳感器及位移處理器P1和光電坐標(biāo)傳感器及位移處理器P2測(cè)算出實(shí)時(shí)位移的坐標(biāo)增量8001、8002，因此如果設(shè)備的初始位置沒(méi)有擺放垂直(水平)，無(wú)論在后續(xù)掃描過(guò)程中如何保證垂直(水平)，組裝后的圖像都是傾斜的，如圖13所示。因此需要進(jìn)行圖像旋轉(zhuǎn)。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，在組裝圖像前根據(jù)每行圖像的端點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出每行圖像的傾斜角度αi，由于在掃描的過(guò)程中絕大部分掃描線的方向與操作者的掃描移動(dòng)目標(biāo)方向一致或者相近，因此可以估算出組裝后圖像的整體傾斜角度為α＝∑αi/N，N為掃描線總數(shù)。行主掃描方式下，αi定義為atan((X1i-X0i)/(Y1i-Y0i))；列主掃描方式下，αi定義為atan((Y1i-Y0i)/(X1i-X0i))。其中(X0i，Y0i)和(X1i，Y1i)分別是掃描圖像行端點(diǎn)坐標(biāo)。圖像組裝完后軟件可以將整幅圖像旋轉(zhuǎn)-α角度，從而達(dá)到校正圖像整體傾斜的問(wèn)題。
可以設(shè)置本發(fā)明的掃描設(shè)備的缺省工作狀態(tài)為鼠標(biāo)狀態(tài)，掃描鍵按下后設(shè)備切換到圖像掃描工作狀態(tài)，同時(shí)發(fā)送信號(hào)通知上位機(jī)的驅(qū)動(dòng)軟件開始接收掃描數(shù)據(jù)，當(dāng)再次按下掃描鍵后設(shè)備發(fā)送信號(hào)通知上位機(jī)掃描結(jié)束，同時(shí)設(shè)備切換回鼠標(biāo)工作狀態(tài)。
兩個(gè)坐標(biāo)傳感器中的任何一個(gè)輸出的信號(hào)量都可以用來(lái)產(chǎn)生鼠標(biāo)信號(hào)，另一個(gè)坐標(biāo)傳感器可以關(guān)閉達(dá)到省電目的。往往兩個(gè)傳感器中的任何一個(gè)都不在設(shè)備的中心(傳統(tǒng)鼠標(biāo)的傳感器都是位于設(shè)備的中心)，所以使用時(shí)與傳統(tǒng)鼠標(biāo)有不同的表現(xiàn)，有可能使用者感覺不習(xí)慣，為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可以讓兩個(gè)坐標(biāo)傳感器同時(shí)工作，綜合二者信號(hào)量按照一定的算法來(lái)產(chǎn)生鼠標(biāo)信號(hào)，最簡(jiǎn)單的算法為二者信號(hào)量的平均值。具體的工作方式可以由硬件或者軟件開關(guān)來(lái)控制。當(dāng)設(shè)備處于鼠標(biāo)工作模式時(shí)，系統(tǒng)處理器P3接收坐標(biāo)傳感器信號(hào)量后合成并且傳送鼠標(biāo)信號(hào)；設(shè)備處于圖像掃描工作模式時(shí)候，系統(tǒng)處理器P3用于記錄兩個(gè)坐標(biāo)傳感器的移動(dòng)軌跡、采樣圖像、打包數(shù)據(jù)、傳送數(shù)據(jù)等功能。
上位機(jī)的圖像處理模塊具有的軟件功能包括1、實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的驅(qū)動(dòng)功能；2、接收來(lái)自設(shè)備的帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)8004；3、實(shí)現(xiàn)像素亮度值的校正，包括黑電平校正、白電平校正、曝光時(shí)間校正；4、實(shí)現(xiàn)圖像的組裝、拼接以及旋轉(zhuǎn)；5、實(shí)現(xiàn)掃描儀數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，例如TWAIN協(xié)議；6、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)用軟件以打開圖像的功能；7、提供交互式后處理功能的圖形用戶界面，包括旋轉(zhuǎn)、剪裁、補(bǔ)缺等功能。
如圖14是本發(fā)明具有兩個(gè)光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器的光電掃描裝置的一種結(jié)構(gòu)圖，其包括有上殼11、下殼12、CIS 17、電路板和連接上位機(jī)的連接線；在上殼11上有窗口113用于安裝掃描功能和鼠標(biāo)功能相互切換的切換開關(guān)在上殼的外露按鍵13、鼠標(biāo)操作鍵112和用于實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)功能的按鍵開關(guān)14；在電路板上包括掃描功能和鼠標(biāo)功能相互切換的切換開關(guān)15、信號(hào)控制和處理電路16、兩個(gè)光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器18、系統(tǒng)處理器19；在下殼12上具有兩個(gè)光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器18的窗口121和CIS17的窗口122。兩個(gè)光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器18和CIS 17被固定安裝在上殼11和下殼12之間，并分別透過(guò)下殼12上的窗口掃描；電路板也固定在上、下殼11和12之間。本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)的實(shí)施例如圖15所示，在該實(shí)施例中光電坐標(biāo)傳感器及位移處理器P1、P2和線圖像傳感器CIS在一條直線上并且在結(jié)構(gòu)上是組裝成一體的模組；包括有上殼21、下殼22、包含有兩個(gè)光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器201的線圖像傳感器CIS 20和電路板；上殼21上有掃描功能和鼠標(biāo)功能相互切換的切換開關(guān)25在外殼上的外露按鍵23；電路板上有實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)功能的兩個(gè)按鍵和開關(guān)24、掃描功能和鼠標(biāo)功能相互切換的切換開關(guān)25、信號(hào)控制、處理電路26和系統(tǒng)處理器29等。
在本發(fā)明的掃描裝置中，兩個(gè)光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器18可以放置在CIS 17的兩端，與CIS 17的掃描線成一直線，也可以以CIS掃描線的中心為中心任意一對(duì)稱位置如圖14中的18和181，當(dāng)兩個(gè)光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器安裝如181的位置時(shí)，下殼12對(duì)應(yīng)有窗口1211。
兩個(gè)光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器可以與CIS集成在一個(gè)模組里，也可以與CIS分開放置如圖15的20和圖14的18、181。
本發(fā)明的掃描裝置使用的光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器集成在同一個(gè)芯片里。
本發(fā)明的光電掃描裝置也可以不兼作鼠標(biāo)用，如圖16是本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，其兩個(gè)光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器34放置在CIS 33的兩端且與CIS的掃描線成一直線，和系統(tǒng)處理器P3一起集成在一個(gè)模組里，掃描開關(guān)32位于掃描裝置31的上表面。
本發(fā)明的光電掃描裝置單獨(dú)只作為掃描用時(shí)可以電連接在電腦上或PDA或手機(jī)上，掃描后的圖象信息上傳到電腦或PDA或手機(jī)上去處理，如圖17、18所示。本發(fā)明的光電掃描裝置3通過(guò)外部電纜連接手機(jī)41，或者連接掌上電腦PDA。
本發(fā)明的光電掃描裝置單獨(dú)只作為掃描用時(shí)還可以PDA或手機(jī)集成一體，作為一個(gè)模塊嵌入在PDA或手機(jī)上，使PDA和手機(jī)成為具有掃描功能的PDA和手機(jī)，如圖19和20所示，在具有掃描功能的手機(jī)61的底部側(cè)面具有CIS窗口621和兩個(gè)光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器的窗口622；在具有掃描功能的掌上電腦PDA71的底部側(cè)面具有CIS窗口721和兩個(gè)光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器的窗口722。
光電掃描裝置所使用的線圖像傳感器CIS的結(jié)構(gòu)如圖21，其組成包括玻璃81、LED光源821、導(dǎo)光棒822、支架83、自聚焦透鏡84、電路板85、線陣光電傳感器86；上述組成部件全部與支架83固定連接成一體。LED光源821發(fā)出的光經(jīng)過(guò)導(dǎo)光棒822處理成均勻的光照亮被掃描圖像，來(lái)自于被掃描圖像的反射光經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡84的聚焦照射在位于電路板85上的線陣光電傳感器86上；如圖21所示的結(jié)構(gòu)緊湊、合理，可以使用在本發(fā)明的掃描裝置的各種實(shí)施例中。
兩個(gè)光電位置傳感器及坐標(biāo)信號(hào)處理器18是采用現(xiàn)有的光電鼠標(biāo)的光電位置傳感器，其光路見圖22。
權(quán)利要求
1.一種具有定位傳感器的掃描裝置，可與上位機(jī)連接，包括殼體、線圖像傳感器CIS，其特征在于，還包括通過(guò)時(shí)序信號(hào)控制所述線圖像傳感器CIS工作的系統(tǒng)處理器P3、用于測(cè)算出所述掃描裝置實(shí)時(shí)位移的第一坐標(biāo)增量(8001)的第一光電坐標(biāo)傳感器及第一位移處理器P1、和用于測(cè)算出所述掃描裝置實(shí)時(shí)位移的第二坐標(biāo)增量(8002)的第二光電坐標(biāo)傳感器及第二位移處理器P2、以及連接在所述CIS信號(hào)輸出端的A/D電路、用于存放第一、第二坐標(biāo)增量以及對(duì)應(yīng)的A/D電路輸出的數(shù)字圖象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)緩存器；所述系統(tǒng)處理器P3將所述數(shù)據(jù)緩存器中的所述第一和第二位移坐標(biāo)增量(8001、8002)和所述線圖像傳感器CIS通過(guò)所述A/D電路輸出的數(shù)字圖像掃描數(shù)據(jù)(8003)打包成帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)(8004)，傳送給上位機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有定位傳感器的掃描裝置，其特征在于，檢測(cè)到所述第一和第二實(shí)時(shí)位移坐標(biāo)增量(8001)和(8002)任何一個(gè)為非零時(shí)，觸發(fā)所述系統(tǒng)處理器P3發(fā)出行掃描啟動(dòng)信號(hào)SP給所述線圖像傳感器CIS，并和圖像采樣時(shí)鐘信號(hào)Vclk、點(diǎn)亮光源控制信號(hào)Lclk一起控制所述線圖像傳感器CIS的數(shù)據(jù)采集。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有定位傳感器的掃描裝置，其特征在于，所述線圖像傳感器CIS按行采集的每行模擬圖像掃描數(shù)據(jù)的曝光時(shí)間是固定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有定位傳感器的掃描裝置，其特征在于，電源由上位機(jī)提供，所述上位機(jī)是電腦、手機(jī)或者掌上電腦PDA。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有定位傳感器的掃描裝置，其特征在于，所述第一光電坐標(biāo)傳感器及第一位移處理器P1與所述第二光電坐標(biāo)傳感器及第二位移處理器P2分別是獨(dú)立芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有定位傳感器的掃描裝置，其特征在于，所述線圖像傳感器CIS包括位于掃描窗口的玻璃(81)、LED光源(821)、導(dǎo)光棒(822)、支架(83)、自聚焦透鏡(84)、電路板(85)和線陣光電傳感器(86)；上述組成部件全部與所述支架(83)固定連接成一體；所述LED光源(821)發(fā)出的光通過(guò)所述導(dǎo)光棒(822)透過(guò)所述玻璃(81)均勻照亮被掃描圖像，來(lái)自于所述被掃描圖像的反射光透過(guò)所述玻璃(81)通過(guò)自聚焦透鏡(84)聚焦在位于所述電路板(85)上的所述線陣光電傳感器(86)上；所述線陣光電傳感器(86)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬圖像掃描數(shù)據(jù)通過(guò)所述電路板(85)傳送給所述A/D電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有定位傳感器的掃描裝置，其特征在于，所述線圖像傳感器CIS的支架(83)的兩端分別固定連接所述第一和第二光電坐標(biāo)傳感器及第一和第二位移處理器P1和P2芯片；且集成在一個(gè)模組內(nèi)與掃描線成一直線。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有定位傳感器的掃描裝置，其特征在于，所述線圖像傳感器CIS的支架(83)的兩側(cè)分別固定連接所述第一和第二光電坐標(biāo)傳感器及第一和第二位移處理器P1和P2芯片；且集成在一個(gè)模組內(nèi)與掃描線的端點(diǎn)構(gòu)成四邊形。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有定位傳感器的掃描裝置，其特征在于，所述殼體包括上殼(11)、下殼(12)；還包括固定安裝在上殼(11)和下殼(12)之間的系統(tǒng)電路板；在所述上殼(11)上有窗口(113)用于安裝掃描功能和鼠標(biāo)功能相互切換的切換開關(guān)(15)的外露按鍵(13)、和用于實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)功能的按鍵開關(guān)(14)；在下殼(12)上具有所述第一和第二光電位置傳感器及第一和第二坐標(biāo)信號(hào)處理器P1和P2的窗口(121)和所述線圖像傳感器CIS(17)的窗口(122)，所述窗口(121)的中心和所述窗口(122)的掃描線的端點(diǎn)成一直線或者構(gòu)成四邊形。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的具有定位傳感器的掃描裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)處理器P3、A/D電路、數(shù)據(jù)緩存、以及連接上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸接口電路位于所述電路板(85)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的具有定位傳感器的掃描裝置，其特征在于，該掃描裝置嵌入所述上位機(jī)的外殼，且所述系統(tǒng)處理器P3是所述上位機(jī)的主CPU。
12.一種具有定位傳感器的掃描裝置獲取圖像的處理方法，其特征在于包括如下步驟，A、系統(tǒng)處理器P3將第一光電坐標(biāo)傳感器及第一位移處理器P1測(cè)算出的第一實(shí)時(shí)位移坐標(biāo)增量(8001)、第二光電坐標(biāo)傳感器及第二位移處理器P2測(cè)算出的第二實(shí)時(shí)位移坐標(biāo)增量(8002)和線圖像傳感器CIS獲取并經(jīng)過(guò)A/D電路轉(zhuǎn)換的數(shù)字圖像掃描數(shù)據(jù)(8003)打包成帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)(8004)，并傳送給上位機(jī)；B、所述上位機(jī)中的圖像處理模塊將所述原始掃描數(shù)據(jù)(8004)解包；C、所述圖像處理模塊換算出所述線圖像傳感器CIS端點(diǎn)像素的坐標(biāo)，并利用所述端點(diǎn)像素的坐標(biāo)信息在目標(biāo)圖像組裝區(qū)中組裝圖像行；D、所述圖像處理模塊利用二次掃描帶的重疊區(qū)域的部分像素?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，計(jì)算出二次掃描帶的位置坐標(biāo)的相對(duì)偏移量并矯正后再組裝圖像行。
13.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有定位傳感器的掃描裝置獲取圖像的處理方法，其特征在于，在所述步驟A包括以下步驟，檢測(cè)第一位移坐標(biāo)增量(8001)和第二位移坐標(biāo)增量(8002)是否至少有一個(gè)非零，如至少一個(gè)為非零，則觸發(fā)生成所述數(shù)字圖像掃描數(shù)據(jù)(8003)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有定位傳感器的掃描裝置獲取圖像的處理方法，其特征在于，所述步驟C包括如下步驟C11、分配一個(gè)內(nèi)存塊作為目標(biāo)圖像緩沖區(qū)用于緩存組裝后的圖像；C12、從圖像行緩沖區(qū)取一行帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)(8004)；C13、計(jì)算、提取該掃描行的端點(diǎn)坐標(biāo)值；C14、如果端點(diǎn)坐標(biāo)值超出目標(biāo)圖像緩沖區(qū)邊界，則擴(kuò)大目標(biāo)圖像緩沖區(qū)；C15、按端點(diǎn)坐標(biāo)確定的填充路徑將圖像行的像素填充到目標(biāo)圖像緩沖區(qū)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有定位傳感器的掃描裝置獲取圖像的處理方法，其特征在于，所述步驟C包括如下步驟C21、計(jì)算并提取出所有帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)(8004)的端點(diǎn)坐標(biāo)值，計(jì)算被掃描目標(biāo)圖形的寬度與高度；C22、根據(jù)目標(biāo)圖像的寬度、高度分配緩存目標(biāo)圖像的內(nèi)存塊；C23、按端點(diǎn)坐標(biāo)確定的填充路徑分別將圖像行的像素填充到目標(biāo)圖像緩沖區(qū)中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的具有定位傳感器的掃描裝置獲取圖像的處理方法，其特征在于，在步驟C中還利用所述端點(diǎn)像素的坐標(biāo)信息計(jì)算出每一行原始掃描數(shù)據(jù)(8004)的坐標(biāo)傾斜角度，并在步驟D完成圖像組裝后，再根據(jù)全部原始掃描數(shù)據(jù)(8004)的平均坐標(biāo)傾斜角度旋轉(zhuǎn)組裝后的圖像。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或者16所述的具有定位傳感器的掃描裝置獲取圖像的處理方法，其特征在于，所述步驟D包括如下步驟D11、設(shè)定可能水平偏移與垂直偏移的像素值；D12、提取所述二次掃描帶的重疊區(qū)域的部分像素?cái)?shù)據(jù)，并計(jì)算每一個(gè)可能偏移值下兩個(gè)像素塊之間對(duì)應(yīng)坐標(biāo)像素值的均方差；D13、選取均方差最小值所對(duì)應(yīng)的偏移值作為最優(yōu)偏移值；D14、選擇所述二次掃描帶的重疊區(qū)域中后完成掃描的像素?cái)?shù)據(jù)用于組裝圖像、并將在此之前完成掃描的像素?cái)?shù)據(jù)全部移動(dòng)最優(yōu)偏移值；或者選擇所述二次掃描帶的重疊區(qū)域中先完成掃描的像素?cái)?shù)據(jù)用于組裝圖像、并將所述后完成掃描的掃描帶中的像素?cái)?shù)據(jù)全部移動(dòng)最優(yōu)偏移值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的具有定位傳感器的掃描裝置獲取圖像的處理方法，其特征在于，所述步驟D12中的均方差運(yùn)算可替換為差值平均值運(yùn)算。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的具有定位傳感器的掃描裝置獲取圖像的處理方法，其特征在于，所述每一行原始掃描數(shù)據(jù)8004的坐標(biāo)傾斜角度在行主掃描方式下為αi＝atan((X1i-X0i)/(Y1i-Y0i))；在列主掃描方式下為αi＝atan((Y1i-Y0i)/(X1i-X0i))；其中(X0i，Y0i)和(X1i，Y1i)分別是掃描圖像行端點(diǎn)坐標(biāo)；將組裝后整幅圖像旋轉(zhuǎn)-α角度，α＝∑αi/N，N為掃描線總數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及方便使用的具有定位傳感器的掃描裝置及其獲取圖像的處理方法，包括殼體、線圖像傳感器CIS，還包括通過(guò)時(shí)序信號(hào)控制所述線圖像傳感器CIS工作的系統(tǒng)處理器P3、測(cè)算出實(shí)時(shí)位移的坐標(biāo)增量8001和8002的光電坐標(biāo)傳感器及位移處理器P1和P2以及A/D電路、數(shù)據(jù)緩存；所述系統(tǒng)處理器P3利用所述數(shù)據(jù)緩存打包帶定位信息的原始掃描數(shù)據(jù)8004傳給上位機(jī)。上位機(jī)中的圖像處理模塊將原始掃描數(shù)據(jù)8004解包；并換算出所述線圖像傳感器CIS端點(diǎn)像素的坐標(biāo)，在目標(biāo)圖像組裝區(qū)中組裝圖像行；利用二次掃描帶的重疊區(qū)域的部分像素?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，計(jì)算出二次掃描帶的位置坐標(biāo)的相對(duì)偏移量并矯正。
文檔編號(hào)H04N1/028GK1543185SQ20031011206
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者張偉, 張斧, 常治國(guó), 呂迎豐, 顧成武, 丁曉云, 張 偉 申請(qǐng)人:深圳矽感科技有限公司