專利名稱：具有經(jīng)校正的象素輸出的光學(xué)掃描的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光學(xué)記錄讀取(OMR)數(shù)據(jù)圖象掃描，以及從文件的一面或兩面獲取信息，該文件由機(jī)械饋送裝置輸送過掃描臺。說得更詳細(xì)些，本發(fā)明涉及改進(jìn)的光源、數(shù)字讀取或檢測頭設(shè)備以及支持?jǐn)?shù)據(jù)處理邏輯，以對用于掃描臺的照明光源和/或圖象檢測器進(jìn)行準(zhǔn)確而一貫的校正，從而可以從每個被掃描的文件中提取預(yù)先印刷或手工輸入的數(shù)據(jù)的真實(shí)的暗度值(darkness level)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，公知光學(xué)讀取頭系統(tǒng)(下面稱為ORHS)，它們獲取印刷、壓印(stamp)、照相、復(fù)印、手工輸入或用其他方法置于文件的一面或兩面上的信息。在文件掃描的領(lǐng)域(OMR和圖象獲取兩者)中，有許多應(yīng)用需要在ORHS中具有光譜鑒別能力。例如，一種給定的OMR形式可以用紅色油墨預(yù)先印刷(例如，數(shù)據(jù)輸入標(biāo)記“bubble”(氣泡)位置，等等)，而用戶允許用任何標(biāo)記器具，例如，鉛筆和/或黑/藍(lán)/綠(但紅色除外)圓珠筆或水筆(felt-tip marker)輸入數(shù)據(jù)。光譜鑒別允許檢測用戶標(biāo)記而不檢測紅色油墨。
應(yīng)理解，用戶希望使用OMR的靈活性，而圖象獲取形式可以用各種顏色的油墨預(yù)先印刷，并且用各種標(biāo)記器具提供標(biāo)記輸入。因此，高級的ORHS必須提供迅速而有選擇地設(shè)置光譜參數(shù)的裝置，以得到所需的數(shù)據(jù)檢測范圍以及排除或不檢測預(yù)先印刷的油墨的所需范圍。
現(xiàn)有技術(shù)ORHS和相關(guān)聯(lián)的饋送裝置一般構(gòu)造來僅用于一種檢測模式，即，只能檢測鉛筆標(biāo)記，或只有紅色油墨不檢測，或檢測其上的所有數(shù)據(jù)，諸如現(xiàn)今在市場上廣泛銷售的通用圖象獲取系統(tǒng)。
某些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)提供了改變模式的選擇余地，其做法或是在ORHS中手工改變照明光源(例如，交換小型熒光燈)，或是改變光路濾波器，以偏移ORHS中的光源和/或檢測器的相對的光譜響應(yīng)。
還有一些方法改變在應(yīng)用軟件中的檢測/不檢測參數(shù)，以達(dá)到上面討論的有選擇的鑒別。雖然這些方法達(dá)到了一個最低目標(biāo)，即能比固定光譜設(shè)計(jì)可能做到的包容范圍更廣的文件設(shè)計(jì)和應(yīng)用，但對在“真實(shí)世界”環(huán)境中的使用來說，這種靈活性并不方便，在“真實(shí)世界”環(huán)境中，進(jìn)行必要改變的停機(jī)時間很花錢，和/或在用戶班子里需要有現(xiàn)場工程師或其他非常熟練的操作者。
此外，當(dāng)頻繁地改變檢測/鑒別模式時，現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)在數(shù)據(jù)檢測過程中具有缺少準(zhǔn)確性的缺點(diǎn)，除非對光源、檢測器或信號判讀(interpretation)邏輯的裝置作細(xì)致的校正，以對不同的信號對比度值進(jìn)行識別和處理，當(dāng)對ORHS結(jié)構(gòu)作手工干預(yù)改變時，將不可避免地出現(xiàn)這些不同的信號對比度值。雖然可能進(jìn)行這樣的校正，但在大多數(shù)系統(tǒng)中，校正是復(fù)雜和/或費(fèi)時的。
還有，一般，現(xiàn)有的ORHS為以固定的文件饋送速率(例如，3000頁/小時)運(yùn)行。這個固定饋送速率通常稱為最大拾取速率，文件頁能以該速率被輸送通過ORHS掃描軸，而不管由于受軟件限制的等待時間(latency)、饋送堵塞或者其他損失產(chǎn)出量的原因。最大的頁/小時速率主要由頁面通過饋送機(jī)構(gòu)的速率設(shè)定，頁面從輸入口進(jìn)來，通過掃描軸而至輸出口或分路堆垛機(jī)。
現(xiàn)有技術(shù)掃描器主要以固定速率工作，由于改變速率(從機(jī)械設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來看并非難于實(shí)現(xiàn))需要顯著地調(diào)節(jié)對ORHS的設(shè)置。例如，構(gòu)成幾乎全部圖象獲取系統(tǒng)檢測器前端基礎(chǔ)的廣泛使用的電荷耦合器件(CCD)線性陣列檢測器對于給定的頁面速度需要在頁面上有特定的光源照明度。
取決于檢測和獲取圖象的特定應(yīng)用和品質(zhì)等級，與OMR相反，圖象獲取應(yīng)用需要范圍在120DPI(點(diǎn)/英)至300DPI范圍的象素分辨率。OMR應(yīng)用能夠利用圖象獲取應(yīng)用固有地需要的較高的DPI分辨率，其做法是進(jìn)一步提供對于弱的或記錄失準(zhǔn)的OMR記號，但OMR模式不必訪問在圖象獲取模式中得到的所有的象素。
在圖象獲取模式中，一般要使文件上沿X和Y方向(例如，分別是水平“掃描”方向和垂直文件饋送方向)的DPI相等。因此，分辨率越高，則對于給定的CCD時鐘速率，沿X方向掃描軸的移動速率要越慢。
由于OMR應(yīng)用與通用圖象獲取應(yīng)用在DPI檢測分辨率要求方面的固有差別，其結(jié)果是，企圖對于OMR和通用圖象獲取模式都提供最佳操作的現(xiàn)有技術(shù)掃描系統(tǒng)對于兩種模式均達(dá)不到目標(biāo)。用于ORHS的傳統(tǒng)的OMR設(shè)計(jì)將在圖象獲取模式中遇到DPI分辨率不夠的問題，因?yàn)樗菫闈M足OMR應(yīng)用的高產(chǎn)出量的要求而優(yōu)化的；另一方面，當(dāng)只提取OMR數(shù)據(jù)時圖象獲取模式的較高的DPI分辨率要求嚴(yán)重的限制了頁/小時的產(chǎn)出能力。
因此，對于OMR和圖象獲取應(yīng)用兩者都用得很多的顧客時常不得不獲得至少兩種不同的現(xiàn)有技術(shù)掃描系統(tǒng)來滿足他們的產(chǎn)出量要求，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)的多模式“折衷”設(shè)計(jì)或混合模式系統(tǒng)對于哪種應(yīng)用模式都不能提供足夠好的服務(wù)。
本發(fā)明提供了一種ORHS解決方案，用于合并入任何掃描文件饋送裝置，它能在OMR和圖象獲取模式之間來回自動而迅速地切換(例如，用戶可編程)，并沿掃描軸對有關(guān)的不同頁面速率的文件掃描，以在任一種模式中優(yōu)化性能。
本發(fā)明也提供了一種ORHS，它能使用戶自動地選擇所需的光譜范圍，以對所需的標(biāo)記號或圖象進(jìn)行檢測而不對在頁面上的某些預(yù)先印刷的油墨進(jìn)行檢測。
本發(fā)明還提供一種ORHS，它自動地對ORHS的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)、穩(wěn)定和監(jiān)視，從而在很長的時間間隔中可以準(zhǔn)確地提取數(shù)據(jù)，而操作者無需注意或介入。
本發(fā)明的其它好處和新的特征中的一部分將在下面的說明書中陳述，而一部分可由熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人在對下面的敘述進(jìn)行研究之后明白。
發(fā)明概要本發(fā)明包括一種校正光學(xué)讀出頭系統(tǒng)的象素輸出的方法，其中，對于多個象素的每一個象素，象素輸出包括一個離散值，而所述系統(tǒng)包括(1)帶有相關(guān)聯(lián)的多個光源的掃描臺以及(2)檢測器，它具有光敏格點(diǎn)(site)的陣列，在檢測器曝光期間，這些光敏格點(diǎn)檢測從掃描臺反射的光。被檢測的光用于產(chǎn)生象素輸出分布。所述方法包括在掃描臺處提供具有校正區(qū)域的校正媒體；相對于校正區(qū)域，確定系統(tǒng)的目標(biāo)象素輸出分布；用光源照明校正區(qū)域以產(chǎn)生校正區(qū)域的象素輸出分布；以及在檢測器曝光期間調(diào)節(jié)可用于光敏格點(diǎn)的光能，直至在目標(biāo)象素輸出分布的范圍內(nèi)，校正區(qū)域的象素輸出分布可以被接受。
附圖概述

圖1是光學(xué)讀出頭系統(tǒng)掃描臺的透視圖。
圖2是按照本發(fā)明的ORHS的控制系統(tǒng)的方框圖。
圖3是按照本發(fā)明的ORHS實(shí)施例的截面示意圖。
圖4是本發(fā)明的實(shí)施例中的掃描臺和照明LED的截面詳圖。
圖5A是按照本發(fā)明的ORHS中的掃描臺的切去一角的簡化的一頂視圖，該掃描臺具有寬的曝光區(qū)域，以及一條誤差檢測線的實(shí)施例，掃描臺上沒有掃描用的文件。
圖5B是按照本發(fā)明的ORHS中的掃描臺的切去一角的簡化的頂視圖，掃描臺上有掃描用的文件。
圖5C是ORHS中的掃描臺的切去一角的簡化的頂視圖，該掃描臺具有縮小的曝光區(qū)域。
圖5D是如圖5A中的掃描臺和帶有其縮影鏡頭的CCD檢測器元件的示意圖。
圖5E是如圖5A中的掃描臺的切去一角的簡化的頂視圖，該掃描臺具有另一種誤差檢測線。
圖5F是如圖5A中的掃描臺的切去一角的簡化的頂視圖，該掃描臺具有再一種誤差檢測行。
圖6是對于理想的ORHS的“白色”校正頁的象素輸出分布。
圖7表示上述圖6的延伸，示出在檢測器象素輸出分布中的數(shù)據(jù)的狀況。
圖8是白色校正頁面的非理想象素輸出分布。
圖9用曲線描繪各種照明功率值下的檢測器象素電荷響應(yīng)函數(shù)。
圖10是理想的ORHS光源的輸出分布。
圖11是非理想的LED-LS光源的輸出分布。
圖12是由于鏡頭漸暈效應(yīng)(vignetting effect)造成的非理想分布圖。
圖13用曲線圖強(qiáng)調(diào)基于未校正的漸暈的檢測誤差。
圖14示出各種反頁面的分布以強(qiáng)調(diào)它們的不同噪聲值。
圖15是對于多次掃描的文件表面噪聲帶值的曲線圖表示。
圖16是對于OMR和圖象獲取兩種模式的各種ORHS控制信號的定時圖。
圖17是對于各種ORHS控制信號的定時圖。
圖18是“平坦的”校正頁面的不校正的象素輸出分布的夸張的曲線圖表示。
圖19是根據(jù)圖18的ORHS的每個LED的光輸出的圖。
圖20是圖18和19的組合。
圖21是補(bǔ)償圖19和20的非均勻LED所需的LED接通時間的曲線圖表示。
圖22是相應(yīng)于圖18-21例的未校正的LED輸出的曲線圖表示。
圖23是相應(yīng)于圖18-22例的校正的LED接通時間的曲線圖表示。
圖24是具有經(jīng)校正的接通時間的“平坦的”象素輸出分布的曲線圖表示。
圖25是LED電流接通時間控制子系統(tǒng)的方框圖。
圖26是校正ORHS的象素輸出的一種方法的總的流程圖。
圖27A-B是用于校正ORHS的象素輸出的一個較佳實(shí)施例的流程圖。
圖28是不等于1的DPI形狀比的空間畸變的圖解表示。
圖29是按照本發(fā)明的ORHS的文件饋送定時方案的組合示意圖/定時圖。
圖30示出在紙張背景上的有色油墨的反射率曲線的例1。
圖31示出在紙張背景上的有色油墨的反射率曲線的例2。
圖32示出在紙張背景上的有色油墨的反射率曲線的例3。
圖33示出在紙張背景上的有色油墨的反射率曲線的例4。
圖34示出光源組(bank)中的LED和CCD檢測器元件中的相關(guān)聯(lián)的象素單元之間的映射關(guān)系的示意圖。光敏陣列230a的長度相對于LED組40a的長度和文件12的寬度是夸大的，以示出LED和陣列230a中的象素之間的映射。
圖35是可掃描的文件的示意圖，該文件可分為不同的區(qū)域，用不同的有色油墨預(yù)先印刷或作標(biāo)記。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述A.光學(xué)讀出頭系統(tǒng)—一般綜述參見圖1至4以及圖5A至5F的有關(guān)部分，本發(fā)明設(shè)想的一種光學(xué)讀出頭系統(tǒng)(ORHS)100包括平面掃描臺10(被掃描的文件(或其他媒體頁)12可通過該掃描臺10輸送)、在掃描臺10上方的照明帶20a、21a(如圖3所示)、在掃描臺10上方的檢測器組件35(包括攝象機(jī)30a)以及相關(guān)聯(lián)的控制/邏輯電路32a。如圖1所示，使用反光鏡組件31a以把在掃描臺10上側(cè)形成的圖象送至檢測器攝象機(jī)30a。
由于許多掃描應(yīng)用需要掃描文件12的兩側(cè)，故在掃描臺10平面的下方有對稱構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，它包括照明帶20b、21b、檢測器攝像機(jī)30b、反光鏡組件31b以及相關(guān)聯(lián)的控制/邏輯電路32b。由于在掃描臺10的平面上方和下方的操作基本上是相同的(只是攝像機(jī)30a、30b的中央觀看軸34a、34b略有相對位移)，因此在下面的討論中主要將只參照在掃描臺10的平面上方的結(jié)構(gòu)和操作。
用饋送輥18沿Y軸方向(朝圖3的左側(cè))通過掃描臺10傳送要被掃描的文件12，該饋送輥是文件饋送器組件70的一部分(圖2)。與被饋送的文件12接觸的被動引導(dǎo)輥19在文件12通過掃描臺10時旋轉(zhuǎn)。文件前進(jìn)變送器400跟蹤文件的前進(jìn)，并將此信息傳送至攝像機(jī)控制器處理器60(圖2)。文件前進(jìn)變送器400最好包括傳感器403和定時盤401，該定時盤401旋轉(zhuǎn)連接至引導(dǎo)輥19，如圖29所示。然而，對于本發(fā)明的目的，能跟蹤文件前進(jìn)，精度這到一個象素行的任何傳感器都能滿足需要。
在較佳實(shí)施例中，掃描臺10由兩片平玻璃15a、15b構(gòu)成，把它們放置得相互平行，并且隔開一個小的入口縫隙(throat gap)。掃描臺10包括由照明帶20a、21a照明的曝光區(qū)域14。檢測器攝像機(jī)30a具有光敏格點(diǎn)232a的陣列230a以及縮影鏡頭36a，后者用以引導(dǎo)來自呈現(xiàn)在曝光區(qū)域14的文件12的一些部分的光。把這些部件相對于掃描臺10對準(zhǔn)，從而使光敏陣列230a聚焦在曝光區(qū)域14上。于是，提供給曝光區(qū)域14的光在光敏陣列230a上反射。(注意，所描繪的光敏格點(diǎn)的陣列230a是二維的。然而，在本說明書中使用的術(shù)語“陣列”包括光敏格點(diǎn)的單行和多行)。
檢測器攝像機(jī)30a使用檢測到的光來產(chǎn)生圖象區(qū)域16的象素輸出圖，所述圖象區(qū)域16是曝光區(qū)域14的一部分，如圖5A和5B所示。適用于本發(fā)明的攝像機(jī)獲取一“行”或多“行”象素，即，圖象窄條，其寬度為一個象素，沿X方向跨過掃描臺10延伸。典型的象素行包括512、1024或2048個象素。于是相應(yīng)于一個象素行的輸出包括512、1024或2048個暗度的離散值。該標(biāo)度可以是1、2、4或8位，即，有2、4、16或256個暗度值。注意，在某些實(shí)施例中，圖象區(qū)域可以與曝光區(qū)域相同，如圖5C所示。對于具有單行光敏格點(diǎn)的行掃描檢測器攝像機(jī)，情形就是如此。
在較佳實(shí)施例中，檢測器攝像機(jī)30a是一臺區(qū)域掃描、時域積分(TDI)型電荷耦合器件(CCD)攝像機(jī)，諸如可從加拿大安大略省滑鐵盧的Dalsa，Inc.購得的CL-E2型。如最好從圖5D中看到的，在此攝像機(jī)中，共有96個相鄰的行(l1至l96)，而在每個象素行(l1、l2、等等)中有2048個檢測單元。如在“CCD圖象傳感器和攝像機(jī)”(Dalsa，Inc.1993)中更完整描述的，每個象素行接收從文件12上的相應(yīng)的象素行反射的光子并且積聚電荷。從第一行l(wèi)1至第二行l(wèi)2等等直至第96行l(wèi)96傳遞電荷，從這些行獲取作為象素輸出分布圖的每個檢測單元積聚的電荷，它由存儲在象素輸入陣列緩沖器78中的2048個分開的8位值組成。采用如攝象機(jī)制造商描述的對于照明傳送和檢測的合適的定時，在l96處的攝像機(jī)象素輸出分布代表了在圖象區(qū)域16中被傳送掃描的文件12上的96次曝光后的96次單行曝光的積分結(jié)果。96次曝光的每一次取作要被成象的象素行，它進(jìn)入然后被傳送經(jīng)過曝光區(qū)域14。96次曝光的積分允許進(jìn)行掃描，其所需的照明要比只作單次曝光時所需的照明低得多。
由攝像機(jī)32a產(chǎn)生并且輸出至緩沖器78的連續(xù)的圖象行的每一行由處理器(PC)50在下游加以存儲，以形成“幀”，它構(gòu)成被掃描文件12的象素輸出圖象或分布圖，或者已通過曝光區(qū)域14的選出的部分。本發(fā)明的主要目的是相應(yīng)于象素輸出分布圖的每個象素，使獲取的象素圖象高度準(zhǔn)確或“真實(shí)”地代表了被掃描的文件12上的各個部分的亮度或暗度。眾所周知，不作進(jìn)一步處理而使用的任何圖象的質(zhì)量或任何OMR數(shù)據(jù)、從象素圖象導(dǎo)出的條碼(ba r code)數(shù)據(jù)或其他數(shù)據(jù)與原始圖象獲取的準(zhǔn)確度關(guān)系很大。
如在圖1、3和4中所描繪的，每個照明帶21a、21a最好包括多個可分開控制的光源25。特別，描繪的照明帶20a、21a由多行發(fā)光二極管(LED)25(LED-LS帶)40a、140a、41a、141a組成。光譜照明組(bank)由一對LED行40a、41a構(gòu)成，其中，一行41a位于曝光區(qū)域的“上游”側(cè)，而另一條40a位于曝光區(qū)域的“下游”側(cè)。構(gòu)成光譜照明組的兩條照明帶40a、41a產(chǎn)生用戶可選的光譜輸出。由兩行140a141a構(gòu)成提供不同的光譜輸出的分開的照明組。(在另一個實(shí)施例中，可在單行(例如40a)中混合各種類型的LED，以提供是預(yù)選光譜輸出的混合物的光)。
如圖2所示，ORHS也包括用于處理和控制整個系統(tǒng)操作的處理和控制電路。如將要描述的，這一處理和控制電路用于校正系統(tǒng)以減小由許多原因造成的誤差，這些誤差來源可能干擾ORHS的能力，使之不能檢測被掃描文件12上的數(shù)據(jù)的“真實(shí)”的暗度值。
圍繞攝像機(jī)控制器處理器60構(gòu)造處理和控制電路，該處理器可以是任何足夠快速的微處理器，諸如以25MHz的時鐘速度工作的PIC17C42-25型微處理器，它可從亞利桑那州的Chardler的Microchip Technology，Inc.購得。處理器60與總的系統(tǒng)處理器50(在較佳實(shí)施例中，它用個人計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn))通過輸入—輸出接口62有溝通和控制關(guān)系。系統(tǒng)處理器50還藉助于在線72上的饋送器控制信號與文件饋送器組件70溝通并控制它。攝像機(jī)控制器處理器60與文件饋送器組件70溝通，(具體而言，是饋送器組件的文件前進(jìn)(DA)變送器400)，以接收在線74上的文件前進(jìn)信號。處理器60還與檢測器組件35有溝通和控制關(guān)系，該控制器組件35通過線76接收來自處理器60的水平掃描同步和CCD掃描讀出時鐘脈沖，并且對于在前的X軸掃描把象素輸出的內(nèi)容(例如，2048個值)送至攝像機(jī)控制器60，這些內(nèi)容通過象素輸出陣列緩沖器78同步(clock)。
處理器60還在線80上發(fā)送和接收往/來照明控制器130的控制信號和數(shù)據(jù)，照明控制器130控制提供給在數(shù)個光譜照明組136中的一些對置的LED對的電力，這在下面還要更詳細(xì)地說明。光譜照明組136接收經(jīng)總線82的接通電流使能信號和在線84上的顏色模式選擇信號。這些信號由LED光源接通時間(on-time)控制器132產(chǎn)生，該接通時間控制器132與RAM134通信，而在RAM134中存儲著由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和校正產(chǎn)生的表或其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。線80把來自攝像機(jī)控制器60的控制和數(shù)據(jù)信號傳送至LED光源接通時間控制器132。
圖16和17示出了若干信號的定時圖，這些信號是按照本發(fā)明的ORHS中OMR和圖象獲取操作的部分。當(dāng)被掃描的文件12以沿Y方向得出240dpi的象素密度的速率被傳送時，這些信號包括文件前進(jìn)信號、CCD掃描讀出時鐘信號、LED光源接通電流信號和掃描或曝光時間間隔持續(xù)時間(檢測器曝光有效)信號，文件前進(jìn)信號指出文件12沿Y軸前進(jìn)了一段等于一個象素行的寬度(例如，在圖象獲取模式中是1/240英)的距離；CCD掃描讀出時鐘信號啟動每次水平(X軸)掃描的象素輸出脈沖串；LED光源接通電流信號的持續(xù)時間是可變的，下面將描述。圖17特別示出了文件前進(jìn)信號、檢測器曝光有效信號(用于在檢測器攝像機(jī)30a中開始一次“新的”曝光或水平掃描)、接通電流信號(對于典型的LED)和圖象輸出時鐘脈沖串之間的關(guān)系。文件前進(jìn)信號(或脈沖)有效地控制在圖17中描繪的其他信號。它使得檢測器曝光時間間隔結(jié)束(由此終結(jié)一次X軸掃描)并且再對于下一次X軸掃描開始一個新的檢測器曝光時間間隔。它也使得檢測器攝像機(jī)對象素輸出陣列緩沖器78記錄(clock out)來自先前終止的掃描的象素輸出值結(jié)束的時間。于是，檢測器曝光的時間間隔等于在兩個相繼的文件前進(jìn)信號脈沖之間的時間間隔。由于當(dāng)文件沿Y軸前進(jìn)一個象素行的寬度時產(chǎn)生文件前進(jìn)信號，因此檢測器曝光有效時間間隔隨文件前進(jìn)速度的波動而多少有些變化。
對于在圖16和17中的LED接通電流時間(“接通時間”)的說明是，在給定的檢測器曝光時間間隔期間(即，當(dāng)在讀出之前，在一行的全部2048個象素“存儲桶”(bucket)中積聚電荷時)，在LED-LS帶40a、41a、140a、141a中的各個LED25具有變化的接通時間間隔，它們按照預(yù)裝的查找表設(shè)定，從而得到經(jīng)校正的象素輸出(例如，響應(yīng)于“平坦的”校正頁，對于所有2048個象素的“平坦的”均勻CCD分布圖)。下面描述得出驅(qū)動電流接通時間查找表的過程。
B.光路誤差補(bǔ)償如上所述，本發(fā)明的主要目的是獲取象素圖象，該圖象準(zhǔn)確地代表了被掃描文件12的各個象素位置的“真實(shí)”的亮度或暗度。為了達(dá)到這一目的，需要進(jìn)行校正。下面的討論說明產(chǎn)生所需校正的光學(xué)的和電子學(xué)的誤差環(huán)境。
1.理想化的系統(tǒng)圖6示出理想化的CCD陣列檢測器象素輸出分布，它是由跨過“空白”的被掃描文件12(例如，相對于其反射率，具有相當(dāng)均勻和未做標(biāo)記表面的校正頁)的單個水平掃描得出的。在該例子中，示出2048個象素的CCD陣列檢測器長度的較佳實(shí)施例。
由于示出的是理想的輸出，因此對于所有的象素來說輸出都相同，由此得出“平坦的”或“理想象素”輸出分布，它沿掃描長度沒有偏差。
在ORHS的實(shí)際操作中，當(dāng)各個象素電壓未被記錄時，在相繼的掃描之間有一很短的CCD零值(CCD-NULL)時間間隔(停止時間)，因此，在該時間對于理想結(jié)構(gòu)沒有輸出電壓產(chǎn)生。在圖6中把在此時間間隔中的輸出表示為CCD零值。
在圖6中作為豎直軸的標(biāo)尺還示出了從在值為0.00(零值)處的INDEX-00至值為1.00處的INDEX-225的分度值(index level)。這些分度值代表在255的“全白”值和00的“全黑”值兩個界限之間的等效8位數(shù)字灰度值。雖然根據(jù)CCD陣列檢測器模擬輸出電壓能在ORHS的A/D(模擬—數(shù)字)轉(zhuǎn)換器中量化成更少或更多數(shù)目的灰度值，但作為較佳實(shí)施例，在圖6中示出每個象素8位(一個字節(jié))。還有，在后獲取(post-capture)過程中，減少灰度級的數(shù)目是可行的，其下限是雙色調(diào)(two-tune)黑/白(0/1二進(jìn)制)圖象。
由ORHS產(chǎn)生的灰度值的數(shù)目稱之為圖象獲取過程的動態(tài)范圍。于是，對于每個象素8位的系統(tǒng)而言，理想的數(shù)據(jù)表示動態(tài)范圍是256；從代表純黑色值(從紙面沒有反射光)的00至代表白色最大值的255。在實(shí)踐中，給定的ORHS或許不能把有用數(shù)據(jù)的全部256個值都傳遞給應(yīng)用軟件。
雖然各個象素或一串連續(xù)的象素可能具有從00至255的任何分度值(這取決于文件上的數(shù)據(jù)相應(yīng)于白色的對比度值)，但作為典型的參考，圖7只示出三個信號區(qū)域低、中和高。
雖然這一劃分帶有任意性，但對比度值低的信號一般落在0至25％對比度的范圍內(nèi)(從白色向下)，中等對比度值信號一般定義為中心值在50％對比度值附近的那些信號，而黑色值信號一般定義為對比度值在75％或更高的范圍內(nèi)的信號。
即使最黑的鉛筆記號也不能達(dá)到100％對比度值(00分度值)。然而，在文件中的一個孔將達(dá)到這個值，這是假設(shè)在ORHS中與文件表面相對的入口縫隙的反射值為標(biāo)稱零值。
在所示的例子中，低對比度值(L-level)信號在第384號象素處開始，而寬度為256個象素，在第640號象素處結(jié)束。中等對比度值(M-level)信號在第896號象素處開始，寬度為256個象素，在第1152號象素處結(jié)束。高對比度值(H-level)信號在第1408號象素處開始，寬度為256個象素，在第1664號象素處結(jié)束。這些信號(例如，由鉛筆線或發(fā)黑的區(qū)域產(chǎn)生的)的等效文件水平物理長度是256/2048*8.5英＝1.0625英，這里假設(shè)ORHS光學(xué)裝置是為8.5英的視場設(shè)計(jì)的。
2.非理想化的系統(tǒng)用一臺檢測器攝像機(jī)30a(例如，直線CCD陣列檢測器攝像機(jī))對文件12進(jìn)行掃描產(chǎn)生的“原始”信號一般不直接適合于提取包含在文件中的數(shù)據(jù)。這是由于在ORHS“前端”(front end)中有許多光學(xué)的和電子的模擬/數(shù)字誤差(artifact)，在以“真實(shí)”形式提取文件數(shù)據(jù)之前，必須先對它們加以去除或補(bǔ)償。本發(fā)明主要著眼于對于這些誤差作的后一種選擇，即加以補(bǔ)償。此外，與文件12的被掃描的表面相關(guān)聯(lián)的不均勻性給出了光學(xué)掃描裝置或ORHS的總的非理想的象素輸出分布。然而，本發(fā)明的補(bǔ)償或“校正”方案假設(shè)文件12的被掃描的表面是理想的(即，不算那些由不理想的被掃描的文件表面引入的誤差，校正方案進(jìn)行操作以補(bǔ)償由檢測器攝像機(jī)30a、照明帶20a、21a和ORHS光學(xué)裝置造成的誤差)。下面討論需要補(bǔ)償?shù)母鞣N誤差。
a.ORHS部件誤差(i)檢測器誤差不能夠理想地制造出嵌在完整的CCD陣列檢測器攝像機(jī)組件中的CCD光敏集成電路芯片，即，造不出從一個象素到另一象素增益皆均勻的芯片。這種非均勻性稱為象素非均勻性比值(PNUR)，并且考慮到對于理想均勻性比值1.0的最大偏差。則取決于特定的芯片，PNUR能夠偏離單位值1.0大約10％。
其次，如在較佳實(shí)施例中使用的TDI型檢測器，當(dāng)跨過CCD陣列檢測器的長度移位記錄(clock-shift out)象素輸出分布時，總是有從象素存儲阱至存儲阱的少量電子電荷損失。即，對于第N個象素在檢測器曝光期間其積聚的電荷是歸一化值1.0，這個值理想地必須無損失地傳送至第(N-1)個存儲阱“組桶”式移位寄存器；然后無損失地至第(N-2)個桶，再至第(N-3)個桶，等等，直至每個后繼的象素值到達(dá)CCD陣列檢測器的輸出端，最后到達(dá)第N個象素。
假設(shè)CCD陣列檢測器的存儲傳遞效率是e，而在最后第N個象素(相對于位移方向)中的內(nèi)部電荷是c，而CCD陣列檢測器長度為N，則第N個象素的最終輸出電荷值用數(shù)學(xué)式表示為Cp#1＝CeN，在一個例子中，假設(shè)電荷傳遞效率e是0.99998；CCD陣列檢測器長度N是2048個象素，而第N個象素的歸一化電荷值是1.0。于是第N個象素的電荷輸出值當(dāng)跨過陣列移位寄存器記錄時，是Cp#1＝(1.0)0.999982048＝0.96。很清楚，為避免不校正的象素輸出的分布有明顯的減小，電荷傳遞效率必須極高。
雖然CCD陣列檢測器為每個象素產(chǎn)生的固有的信號值性質(zhì)上是模擬的或連續(xù)的，但要把模擬值變換為數(shù)字輸出代碼(最好是8位值)，它在設(shè)計(jì)整個ORHS時有用。因此，當(dāng)用包含在ORHS中的A/D(模擬—數(shù)字)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行這一轉(zhuǎn)換時，會有量化噪聲產(chǎn)生。
對于256個值的較佳實(shí)施例，量化噪聲(或者輸出值不確定性(假設(shè)線性量化))僅為1/256，或0.38％，這在大多數(shù)OMR和圖象獲取應(yīng)用中，通?？珊雎?。
在將各個象素輸出高速記錄至CCD陣列檢測器的輸出端時，常常引入另一種信號誤差，即，時鐘噪聲。此噪聲顯現(xiàn)為設(shè)計(jì)工程師所謂的“時鐘干擾”(clockhash)或“雜亂”(hash)噪聲，并在轉(zhuǎn)移時鐘脈沖串時出現(xiàn)。轉(zhuǎn)移計(jì)數(shù)等于在CCD陣列檢測器中的象素?cái)?shù)，在較佳實(shí)施例中為2048。
圖8示出由PNUR、電荷效率降低、量化噪聲和CCD時鐘噪聲引起的非理想檢測器分布信號的組合的或累加的誤差噪聲效應(yīng)。圖8可能表示在分布曲線中這些效應(yīng)沿豎直軸標(biāo)度的夸張，但這些效應(yīng)在實(shí)際ORHS設(shè)計(jì)中不能忽略。
直線CCD陣列檢測器包含一系列連續(xù)的光敏格點(diǎn)，它們把在電磁頻譜的NIR(近紅外)、VIS(可見光)和UV(紫外)部分的入射光子變換為在每個格點(diǎn)處的電子電荷組(因而有電荷耦合器件這一名稱)。在CCD掃描(檢測器)曝光期間，每個光電格點(diǎn)(photosite)(或象素)積聚和存儲電荷；積聚的電荷量正比于入射的光子流的通量強(qiáng)度以及光電格點(diǎn)向入射輻射曝光的時間。如果通量的值過高或者曝光的時間過長，則超過了CCD光電格點(diǎn)把光子線性地變換為電子電荷的能力。這一狀態(tài)稱為電荷阱(charge-well)或光電格點(diǎn)的“飽和”。
對于正常的線性操作模式(這時避免了飽和)，可以從上面的討論看出，積聚的電荷(因而每個象素的最終輸出的A/D電壓)正比于入射光子能級與曝光時間的乘積。
參見圖9，例如，如果入射的光子能級(例如，由CCD陣列檢測器接收到的入射照明能級)在曝光期間恒定，則當(dāng)照明值為最大值I之半時，達(dá)到飽和要兩倍的時間，而當(dāng)照明值為最大值I的1/3時，達(dá)到飽和要三倍的時間，等等。
在“真實(shí)世界”文件掃描模式中，在給定的掃描曝光間隔期間，從頁面反射的信號值很少是恒定的，對于文件通過掃描軸將作為紙—數(shù)據(jù)對比度的不同值而改變(或者如果沒有數(shù)據(jù)，則將有紙—噪聲改變)。
在掃描曝光期間結(jié)束時，電荷組被轉(zhuǎn)移至CCD芯片內(nèi)的移位寄存器中，當(dāng)CCD芯片與重復(fù)脈沖同步時，把象素電荷流移出至輸出端并且首先將它們變換為電壓，然后在某些情形中(對于完整的攝像機(jī)組件)，把連續(xù)的電壓值變換為等效的數(shù)字二進(jìn)制值。
在本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，例如，DALSA CL-E2型2048直線象素陣列攝像機(jī)組件對于陣列中的每個象素產(chǎn)生8位二進(jìn)制代碼(256個灰度值)。
電荷積聚和曝光時間之間的正比關(guān)系表明，為什么頁面速度的改變(諸如在給定的文件掃描周期中的“速度不均勻性”(wow and flutter)短期改變)將在獲取的圖象中引起相應(yīng)的CCD陣列檢測器的幅度調(diào)制(例如，灰度等級值上下改變)，除非在ORHS設(shè)計(jì)中采用特殊的設(shè)計(jì)措施來防止這些異常情況。
(ii)光源誤差參見圖10，用于ORHS的理想的照明帶光源跨過整個視場(FOV)是均勻的，該視場通常等于要掃描的文件的最大寬度8.5英，例如，對于全尺寸美國標(biāo)準(zhǔn)頁，或者略小于基于米制的A4文件。在某些設(shè)計(jì)中，可以將FOV設(shè)定得稍大，以當(dāng)文件通過掃描軸附近時，允許側(cè)向?qū)Σ粶?zhǔn)(mis-registration)或歪斜。此外，照明帶應(yīng)當(dāng)在超出文件的左或右邊緣一小段距離時具有大體上相同的輸出值，如圖10所示。在用離散的LED做成的照明帶中不能完全實(shí)現(xiàn)這些理想的品質(zhì)。這是由于在基于LED的光源設(shè)計(jì)中，每個LED的輸出輻射方向圖是立體弧度形的(例如，圓錐形，其錐頂在LED的作用表面處)，因此，沿掃描軸在文件表面上的每一點(diǎn)接收的照明不僅來自對直位于其上方(沿Z軸)的LED，而且還在較小的程度上來自該點(diǎn)兩側(cè)的LED。
LED光源(LED-LS)(例如照明組40a、41a)的外邊緣延伸必須足夠長，以使得在文件的邊緣處的文件光能大體上等于在掃描軸的內(nèi)部區(qū)域中接收到的值。圖10示出在文件的左或右側(cè)大約等于額外的64個象素(對于2048CCD陣列檢測器的例子)的均勻延伸。在給定的ORHS設(shè)計(jì)中的實(shí)際值將改變，這取決于可選擇的參數(shù)(諸如對于所用特殊的LED的球面角的規(guī)定值、沿LED帶這些LED的間距、照明帶離文件表面的距離、等等)的數(shù)目。
參見圖11，在文件上接收到的來自LED-LS的掃描軸照明不是如圖10所示的理想分布，而是如圖11的例所示的具有調(diào)制“起伏”(ups and downs)的周期重復(fù)的圖形。調(diào)制的(或波動的)圖形是由于這樣的事實(shí)造成的，即，各別的(例如，離散的)LED封裝元件或者PCB(印刷電路板)表面安裝LED管芯實(shí)際上不能在PCB承載帶上安裝得足夠靠近，以致它們的沿X方向掃描軸的光敏輻射發(fā)射表面是不連續(xù)的。
因此，沿正對著LED主軸入射在文件上的發(fā)射輻射高于文件上在任何兩個相繼的LED之間的點(diǎn)處的發(fā)射輻射。因此，可以得出，從文件的頁面至CCD陣列檢測器的反射信號亦將在沿CCD掃描軸的一些周期的點(diǎn)處較高，這些點(diǎn)正好與構(gòu)成LED-LS帶的多個LED單元的主軸輻射點(diǎn)對準(zhǔn)。
峰—峰調(diào)制幅值(或改變的幅值)以及此圖形的空間頻率將取決于沿PCB承載帶的各個LED的間距(中心至中心)、它們的球面角圓錐輻射方向圖(規(guī)定為半角半功率圖)、從頁面算出(沿Z軸)的安裝PCB承載件的距離以及相對于Z軸的主平面安裝的LED-LS帶的入射角。
(iii)光學(xué)誤差即使上面所述的各種誤差都被去除了，導(dǎo)致了“ORHS”設(shè)計(jì)的假想的“最佳情形”，但仍然有一些剩下的限制使得在CCD陣列檢測器輸出緩沖器78處不能產(chǎn)生最終的理想的信號(圖7)。
參見圖12，對于CCD陣列檢測，從“平坦的”掃描文件12(它跨過將要獲取圖象的區(qū)域具有均勻的反射率)反射的光學(xué)值信號理想地應(yīng)該是平坦的、恒定的分布，如上所述。因?yàn)閷τ谡摯笮〉奈募瑥奈募?2反射的信號具有長達(dá)8.5英 的空間寬度，因而在CCD陣列檢測器(CCD陣列檢測器長度典型地僅為1英左右)之前必須放置縮影鏡頭36a，以減小頁面圖象尺寸并把它聚焦在CCD陣列檢測器35的作用表面上。
如果鏡頭36a的凈開口光瞳或出口孔徑不足以允許整個FOV圖象通過鏡頭，則產(chǎn)生稱之為漸暈的現(xiàn)象。其結(jié)果是在FOV的邊緣處損失信號，因?yàn)檫M(jìn)入鏡頭的從文件反射的信號的外邊緣被阻擋而不能通過CCD陣列檢測器。
對于給定的鏡頭，如果為了提高ORHS的光路靈敏度而鏡頭在大的孔徑處(諸如F/1.4至F/2.0)是F/加光闌(F/stopped)的，則一般顯現(xiàn)漸暈。因此，有效ORHS的系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須把系統(tǒng)頁面饋送速度最大值的要求與光源輸出能力(對于每個有關(guān)的光譜范圍)、CCD陣列檢測器靈敏度和響應(yīng)度、FOV角(例如，與Z軸相關(guān)的從頁面至CCD陣列檢測器的距離)以及所選的鏡頭的光焦度以及F/光闌設(shè)定等進(jìn)行仔細(xì)的平衡。不能平衡這些參數(shù)和容許折衷將在ORHS設(shè)計(jì)中導(dǎo)致過大的漸暈，由此不能從OMR標(biāo)記或獲取的圖象中提取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
圖13表示，如果不校正漸暈，則在數(shù)據(jù)對比度值判讀中會引起嚴(yán)重的誤差。例如，在分布長度的中央?yún)^(qū)域的較高對比度標(biāo)記能夠被錯誤地判讀為比在分布的邊緣處的實(shí)際的較低對比度標(biāo)記的對比度更低的標(biāo)記。這在OMR中企圖有較當(dāng)?shù)臉?biāo)記分辨率時尤其不可接受，因?yàn)椴还芸偟臉?biāo)記密度和由應(yīng)答者在給定的文件應(yīng)用上使用的鉛筆類型如何，通常擦除標(biāo)記顯著地比企圖擦除的標(biāo)記淡。對未校正的嚴(yán)重漸暈的或過度cos4(θ)下降獲取的圖象進(jìn)行OMR處理將導(dǎo)致擦除或把其他非故意的含糊標(biāo)記從較深的故意的標(biāo)記中選出。類似地，獲取的灰度等級圖象將具有令人不喜歡的對比度畸變。因此，成功的ORHS的目標(biāo)是構(gòu)造系統(tǒng)參數(shù)，從而消除漸暈的cos4(θ)全尺寸下降的有害影響。然而，上述不理想的誤差不能完全消除。因此，如本發(fā)明教導(dǎo)的那樣，使這些誤差減少的完善的方法需要實(shí)現(xiàn)校正方案。
b.文件掃描表面誤差可惜，任何要被掃描的文件12的表面(除任何標(biāo)記之外)將不能產(chǎn)生理想平坦的均勻的反射率信號分布，即使100％地校正了使“原始”CCD陣列檢測器輸出分布變壞的上述所有因素(從理論上說，即理想校正是不可能的)。
具有掃描品質(zhì)的一張紙的表面將可能出現(xiàn)均勻的白色(或者均勻的淺色，如果該頁紙不是白色而是另一種顏色)而對于肉眼來說也是均勻的，但事實(shí)上，由入射光源產(chǎn)生的反射信號是從一個“3D”(三維)表面產(chǎn)生的，而不是從二維表面產(chǎn)生的，該表面由無數(shù)沿各種方向取向的纖細(xì)的纖維構(gòu)成。這些造成了被掃描的文件的反射率的改變。
示于圖14的ORHS象素輸出分布假設(shè)已經(jīng)對ORHS作了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減小在上面討論的信號誤差，還假設(shè)所示的文件分布代表進(jìn)入光學(xué)掃描的反射率的范圍。分布1相應(yīng)于這樣一張紙，它具有在87％范圍內(nèi)的高反射率，但“有噪聲”，即在跨過掃描分布的各個象素區(qū)域處有隨機(jī)的“上下”偏離。來自同一批產(chǎn)品的另一張紙可能顯示也可能不顯示相同的象素位置，但一般將指出總的“有噪聲”特性。分布2相應(yīng)于這樣一張紙，它具有在82％范圍內(nèi)的典型的掃描文件反射率，并且具有良好的光學(xué)品質(zhì)，它偏離平均反射率值較小，并且不象上面一種情形那樣“突然“(例如，空間頻率高)。分布3相應(yīng)于這樣一張最差的紙，其70％平均反射率值很低，并且在其分布中包含了空間上參差不齊的高頻噪聲成份。傳代文件通常呈現(xiàn)這種性質(zhì)的分布特征，傳代文件是那些尚存的文件，它們需要掃描，但它們原先不是印刷或保存在為獲得最佳掃描品質(zhì)而特別挑選的紙質(zhì)材料上的。
影響被掃描文件的總的背景反射率品質(zhì)(因而影響CCD陣列檢測器X軸掃描分布的外觀)的其他因素包括(1)饋送期間的紙紋的方向、(2)斑點(diǎn)和污垢含量、(3)污點(diǎn)和(4)絲網(wǎng)(web splice)搭接。類似地，有一些其他的基于光學(xué)的條件會使傳遞至CCD陣列檢測器的反射信號分布的品質(zhì)下降(并且，可能使數(shù)據(jù)提取的準(zhǔn)確度下降)。這些條件包括(1)相對于正在使用的光譜模式，使用了不正確的“有噪聲的”油墨在文件上預(yù)先印刷信息；(2)在要掃描的文件上有過多的皺折、折痕、撕裂處、釘書釘洞或其他損傷；(3)在應(yīng)答者的數(shù)據(jù)輸入時由于處理不小心而造成的污斑或油墨漬；(4)由于暴露于濕度和/或溫度的極端范圍中而使文件的尺寸有異常改變；以及(5)“頁面抖動”，它能引入顯著的數(shù)據(jù)提取誤差，特別是對于輕輕地作出的靠邊的OMR標(biāo)記或其他手工輸入的數(shù)據(jù)。
這些使品質(zhì)下降的因素不能完全消除。然后，為了把這些誤差成分減至最小，最佳的ORHS系統(tǒng)設(shè)計(jì)(它包括經(jīng)校正的象素輸出以補(bǔ)償上面討論的誤差成分)應(yīng)該使用這樣的可掃描文件，這些文件用可接受的。如在許多已知標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的紙張。
即使在一臺設(shè)計(jì)良好的ORHS中合適地解決了上述缺點(diǎn)之后，在CCD陣列檢測器的A/D輸出中仍然有一定數(shù)量的文件反射信號改變。
產(chǎn)生剩余的或ORHS校正后的信號改變的主要原因是紙面噪聲本身的隨機(jī)特性，如上所述。因此，把這種分布改變稱為紙張的噪聲帶，用峰—峰值或者用RMS(根均方)值來規(guī)定。最小的噪聲帶可能出現(xiàn)在頁面上給定位置處的單次CCD掃描時。由于附加的掃描是沿頁面饋送方向(Y軸)進(jìn)行的，由于正在掃描的頁面區(qū)域的較大部分而將使累積的噪聲帶極限增加，由此可在紙張的反射率方面“發(fā)現(xiàn)”更多的改變。
圖15的描述示出了在單張紙上作多次掃描時的這些影響，對于如指出的單張紙，頂端和底端水平線(或噪聲帶極限)本身是“平坦的”，但這并不表示給定的分布掃描本身亦將是平均的，而它將分別在單次或多次掃描極限之間“游移”。
對于類似起源的累積的多頁紙帶噪聲變得更大些，這時由于沒有兩張紙將在相同區(qū)域具有恰好相同程度的表面噪聲改變，并且遇到諸如污點(diǎn)、小點(diǎn)或其他不均勻性等瑕疵或異常情況的概率增大。
影響文件表面和由此產(chǎn)生的反射率值的上述各種因素是“有噪聲的”、本發(fā)明企圖調(diào)節(jié)的操作環(huán)境的一部分。
3.ORHS象素輸出校正上面討論的誤差來源是作為非理想的ORHS部件的結(jié)果以及非理想的文件掃描表面而產(chǎn)生的，使得系統(tǒng)準(zhǔn)確獲取被掃描文件12上的各個象素位置的“真實(shí)的”亮度或暗度的能力減小。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種校正過程，它通過補(bǔ)償其相應(yīng)的誤差來解決非理想的ORHS部件的問題。校正方案一般包括對于每次水平的X軸掃描，對于CCD檢測器的每個光敏格點(diǎn)，控制可用的光能數(shù)量。特別，如下面將要詳細(xì)討論的，對于每個檢測器曝光時間間隔，控制在選出的光譜照明組(例如，包括LED-LS帶40a和41a的組)中的各個LED發(fā)射的光能數(shù)量。它還包括對特定原始的象素輸出分布作的計(jì)算的、數(shù)學(xué)的調(diào)節(jié)。把一種校正媒體(諸如一張紙或文件，其反射率的大小處于或接近ORHS企圖處理的范圍中)選為校正的基線。確定適合于校正媒體、ORHS設(shè)計(jì)(包括光譜照明選擇)和所希望的掃描文件的目標(biāo)象素輸出分布并用來引導(dǎo)校正。
雖然能夠使用除了LED之外的各種光源，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)LED在本發(fā)明考慮的以較高速度和象素分辨率進(jìn)行的掃描中有好處，這時由于它們的響應(yīng)時間的緣故。即，與它們“接通”的總時間相比，LED能夠在較小的時間間隔內(nèi)完全“接通”或完全“斷開”(就光輸出而言)。
a.校正方案如前面討論的，未校正的或“原始”的CCD分布(響應(yīng)于掃描“平坦的”校正區(qū)域)能夠具有極其不可接受的形狀(例如，改變很大，而不是很“平坦”)，如圖18所描繪的那樣。通過在檢測器曝光時間間隔內(nèi)可變地控制從每個單獨(dú)的光源(例如在LED-LS帶40a、41a內(nèi)的LED25)發(fā)射的光能的數(shù)量(而說得更具體些，是控制每個LED25的接通時間)，本發(fā)明的系統(tǒng)能夠補(bǔ)償上面提到的ORHS部件(光路)的誤差，主要由這些誤差造成ORHS的象素輸出的不可接受的形狀。
在較佳的實(shí)施例中，成對地控制LED，在一對中的一個LED就是在照明帶40a或41a的每個帶中的LED。一“對”LED分別指在每個照明帶中的給定的LED的編號相同的位置；例如，第10對包括在“上游”和“下游”帶40a、41a、40b、41b中的兩個10號位置的LED(從規(guī)定的帶的基準(zhǔn)邊緣數(shù)起)，它們由各自的頂部和底部掃描頭組件共同照明文件頁面的頂側(cè)或底側(cè)。當(dāng)考慮到較佳實(shí)施例使用一對LED帶作為在文件每側(cè)的掃描頭時，LED(或LED對)的數(shù)目典型地遠(yuǎn)小于象素輸出中的象素的數(shù)目(沿X軸或CCD陣列檢測器的軸的光電格點(diǎn)，例如，2048)。例如，一個給定的ORHS設(shè)計(jì)在上游和下游帶40a、41a的每條帶中只使用64個LED，來照明X軸掃描寬度；而相比之下，反射信號由具有2048個象素的CCD陣列檢測器檢測。
在討論圖18所示的非均勻性時，象素輸出分布非均勻性是否由單條LED帶或兩條LED帶產(chǎn)生關(guān)系不大，因?yàn)閷τ诩傧氲淖顗那樾沃徽f明一般原理；然而，實(shí)踐中，當(dāng)其他成為原因的因素相等時，一對LED帶要比單條LED帶提供大得多的固有的象素輸出分布均勻性。
圖18上的圓點(diǎn)90表示CCD象素區(qū)域，對于具有64個LED25的LED帶，象素輸出在那里有突然的“峰谷”改變。因?yàn)閬碜愿鱾€LED25(或?qū)?的峰值光能束典型地是從與帶中的位置排列成行垂直的軸發(fā)射出的，受高或低的LED輸出影響的象素將是在與LED位置正對區(qū)域中的那些象素。
例如，如圖18所示，沿帶的最高的象素輸出分布輸出點(diǎn)對應(yīng)于LED#5位置。因此，對于不控制的LED帶(即，對每個LED發(fā)射的光不加控制)，#5位置LED(或?qū)?的光輸出必然大大高于該帶的平均的LED光輸出。與此類似，在#54LED位置處出現(xiàn)象素輸出分布圖中的最低點(diǎn)；因此，在該位置處的LED(或一對LED)的光輸出必然比平均值弱得多(應(yīng)該注意，圖18的象素輸出分布的非均勻性不僅可歸結(jié)于由“真實(shí)世界”LED帶的固有的不均勻的LED光輸出，并且也可歸結(jié)于其他的閉環(huán)、光路誤差來源(諸如CCD檢測器的不均勻的光敏格點(diǎn))。然而，在實(shí)踐中，大多數(shù)象素輸出的未校正的不均勻的分布是由于非均勻的線狀光源的結(jié)果而產(chǎn)生的。此外，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，示于圖18的CCD分布以及緊隨其后的那些只是用于說明，而實(shí)際的未校正的分布并不必然現(xiàn)這種降低。
為了描述圖18的象素輸出分布的假想的最壞情形的“峰和谷”和在下面的有關(guān)LED輸出值之間的相關(guān)性，圖19示出了在64LED帶中的每個LED(或?qū)?的假想的光輸出值。如預(yù)期的那樣，在#5位置中的LED具有最高的輸出，而在#54位置中的LED具有最低的輸出。可以直覺地看出，每個位置一對LED比單個LED將能更有效地平滑掉沿LED帶的許多非均勻性的變化；這只是概率統(tǒng)計(jì)在起作用。
此外，來自一個LED的輸出能量并非以垂直于LED平面作用表面的角度發(fā)射的單條光線，而是一個能量束(球面錐)，它將沿檢測器陣列230a照明相鄰的光電格點(diǎn)(雖然在很小的程度上)，進(jìn)一步在用于ORHS的“真實(shí)世界”LED-LS設(shè)計(jì)中提供了平滑作用。
為了進(jìn)一步說明在具有較寬出輸出范圍的LED-LS帶40a、41a中各個LED25與對象素輸出分布(“平坦的”校正頁面的)的非均勻性影響之間的相關(guān)性概念，圖20示出了假想的象素輸出分布和構(gòu)成整個LED-LS帶40a、41a的64個LED(或?qū)?的各個光輸出的組合圖。
當(dāng)在LED-LS帶40a、41a中的所有的匹配得不好的LED25在每個X軸檢測器曝光期間接通相等的時間間隔時，前面的例子描述了一個產(chǎn)生極差的象素輸出分布。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，對于帶中LED的輸入功率的接通時間(例如，對于所表示的實(shí)施例，如前面說明的，電流接通時間)能夠?qū)τ诟鱾€帶內(nèi)的每個LED進(jìn)行各別的控制。參見前面有關(guān)圖9的討論，可以看出，對于至LED的給定的輸入電流，CCD“桶”電荷積聚將隨LED接通(因此，發(fā)射出光輸出要反射至CCD陣列檢測器230a)的時間而接近線性地增加。
因此，響應(yīng)于一張“平坦的”校正頁大大提高象素輸出分布均勻性的一種較佳的方法是改變輸入至各個LED25的電流的接通時間間隔，從而使在光輸出中固有地“最熱的”那些LED在CCD檢測器曝光期間保持最短的接通時間，而使在光輸出最弱的那些LED25接通較長的時間。
再次參見圖18、19和20中的先前的假想的例子，應(yīng)使#5 LED在整個LED帶中接通時間最短，因?yàn)樵撐恢迷谙笏剌敵龇植嫉南鄳?yīng)的區(qū)域中產(chǎn)生最高的“峰”。類似地，對于#54 LED位置應(yīng)該在整個LED帶有接通最長的時間，因?yàn)橄笏剌敵龇植嫉倪@一區(qū)域具有具有最低的輸出的“谷”。圖21對于構(gòu)成假想的“最壞情形”的LED-LS帶的64個(舉例)LED分別示出了假想的接通時間。
因?yàn)閳D21是用于說明對各個LED電流作可變的接通時間控制的，因而在圖21的Y軸上未示出實(shí)際的接通時間，而只是簡單地示出在0.00至1.00尺度上的相對于時間。
圖22進(jìn)一步說明了對“熱的”LED，應(yīng)該在CCD檢測器曝光期間接通較短的時間，相反，對于帶中的“弱的”LED，在每個CCD曝光窗口(例如，對于240DPI的較佳實(shí)施例，在1/240英文件Y軸輸送期間)應(yīng)該接通較長的時間。圖22中的實(shí)線豎條代表未校正的各個LED的輸出，即，對帶中的所有LED采用相同的接通時間。畫有水平影線的豎直條代表可變的LED電流接通時間，這是為了把熱的/弱的LED調(diào)節(jié)到更均勻的平均值所需要的(例如，按照圖21)。
例如，圖22的對于#5 LED位置的假想曲線圖示出，相對最短的接通時間打影線豎條就緊靠在最高LED實(shí)線豎條輸出之前，分別表示所需的最短的電流接通時間來降低最高的LED輸出在整帶中的值，而#54 LED位置示出緊靠在最短的實(shí)線豎條之前的最高的打影線的豎條，分別表示所需的最長的電流接通時間以升高最弱的LED輸出在整個帶中的值。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，這里使用的術(shù)語或短語“升高或降低”LED的輸出只是為了說明的目的；事實(shí)上，較佳實(shí)施例的技術(shù)上正確的概念是控制到達(dá)檢測器陣列230a的光線。LED電流接通時間的待續(xù)時間直接影響在CCD檢測器曝期間照在文件表面上的入射光能的總量，由此控制到達(dá)CCD陣列檢測器230a的頁面反射信號的幅值。此外，可以實(shí)現(xiàn)控制在檢測器曝光期間每個光敏格點(diǎn)可用的光能數(shù)量的其他技術(shù)。采用本發(fā)明的較佳實(shí)施例，在對于每次X軸掃描的整個檢測器曝光期間，相應(yīng)于每個象素的光敏格點(diǎn)是連續(xù)有效的(即，連續(xù)吸收可以獲得的反射光能)。然而，在另一實(shí)施例中，能夠各別地控制(例如，用電子“快門”)象素輸出的光敏格點(diǎn)，以在檢測器曝光期間以改變的相對時間禁止光能吸收。還有，不控制各個光源(LED)的接通時間，而通過控制每次X次掃描的發(fā)射光能的總量，也能調(diào)節(jié)各個光源的強(qiáng)度。本領(lǐng)域中具有一般技能的人能夠認(rèn)識與本發(fā)明的精神相一致的其他特殊技術(shù)。
根據(jù)物理學(xué)的定律，在一段時間內(nèi)施加的“功率”變?yōu)椤澳芰俊?；于是，在電流接通時間期間來自LED的輸出光功率變?yōu)樵谠撈陂g結(jié)束時施加的光能。
對于一給定的Y軸象素行(例如，1/240英)，在總的CCD曝光間隔中給定的LED被斷開的任何一部分時間間隔期間，它對于CCD電荷積聚過程不再貢獻(xiàn)能量。取決于各個LED的實(shí)際的“真實(shí)世界”線性的程度，以及CCD“輸入對輸出”的功能，為校正象素輸出在分布的不均勻性，LED的電輸入/光輸出的功能關(guān)系近似成反比。例如，相對于給定LED-LS帶的平均輸出值而言，若一個LED比平均值弱20％，則它的電流接通時間需比得到平均值的接通時間長20％，反之亦然。
圖23是與先前的圖22在概念和呈現(xiàn)方式上相似的曲線圖，只是現(xiàn)在可變控制的LED電流接通時間特征有效。于是，在整個LED-LS帶40a、41a中的全部64個LED具有幾乎相等的輸出，因?yàn)椴煌慕油〞r間“補(bǔ)償”了相對的“高和低”的LED輸出。
因此，為了圖24的說明的目的(圖24示出了在從文件表面反射至CCD陣列檢測器的光信號中不存在其他異常時，在作了LED電流接通時間校正后的CCD象素輸出分布)，固有的不均勻的LED輸出被LED電流接通時間控制方案校正，而“平坦的”校正頁的最終的象素輸出分布應(yīng)該相對“平坦”，這是本發(fā)明的ORHS的目的。
在實(shí)踐中，ORHS“真實(shí)世界”設(shè)計(jì)代表了一個“閉環(huán)”系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，在對帶內(nèi)的每個LED建立合適的接通時間間隔的校正過程中，在象素輸出分布中的所有其他的不規(guī)則性和不均勻性(不管是何起因)都自動地加以考慮并且被校正。
即，根據(jù)CCD A/D輸出的觀點(diǎn)，不可能確定在圖象區(qū)域(對于直線陣列檢測器而言是沿X軸分布的長度)內(nèi)CCD輸出的不規(guī)則性或“上下”躍近的實(shí)際原因。于是，雖然把圖18示出分布幅度中的很寬的“上下”擺動主要?dú)w于在各個LED輸出方向的假想的改變，但擺動的實(shí)際原因更受CCD象素不均勻性比值(PNUR)、阻擋讀取頭窄口(throat)的一部分的異物(例如，粘在掃描臺玻璃上的“粘性物質(zhì)”(gunk))或其他原因。
在“真實(shí)世界”象素輸出分布輸出中的更可能的改變來自cos4(θ)、FOV、邊緣降低和/或上面討論過的漸暈因素，以及CCD靈敏度和響應(yīng)度方面在制造中出現(xiàn)的小的、位置隨機(jī)的改變。其主要之點(diǎn)是，根據(jù)預(yù)定的校正步驟設(shè)定各個LED接通時間的“閉環(huán)”方法把在ORHS象素輸出中的所有的由系統(tǒng)造成的改變都加以考慮，不管其性質(zhì)和原因。在LED控制方案有效時，在ORHS象素輸出中唯一剩下的CCD輸出信號改變是逐個頁面的紙?jiān)肼暤男〉?、隨機(jī)的改變，如上面所討論的那樣。
圖25是LED電流接通時間控制子系統(tǒng)130的方框圖，該子系統(tǒng)對于光源帶中的各個LED25控制電流接通時間。如圖25所示，通過實(shí)現(xiàn)NIR和VIS模式LED25的分開的組40a/41a和140a/141a，可以獲得多光譜(可選)操作。此外，可把具有改變的光譜特性的LED裝在單個LED-LS帶中，以供多光譜操作使用(例如，紅色LED與NIR LED交替放置)。
在給定帶中的每個LED25都具有一個限流電阻器137，它與LED串聯(lián)。如前面說明的，對于每個LED25，電流的幅度(在小的改變內(nèi))是恒定的，它由電阻器的值以及施加的+V電壓確定。
此外，每個LED25與接通/斷開集成電路雙穩(wěn)鎖存器138串聯(lián)，取決于鎖存器的狀態(tài)，它將電流通至地或不通至地。每個鎖存器的接通/斷開狀態(tài)由時間序列邏輯控制，該時間序列邏輯接通鎖存器的時間間隔的持續(xù)時間(在每個CCD檢測器曝光時間間隔內(nèi))，由此設(shè)定LED接通的時間間隔，并發(fā)射光線至掃描臺。
在較佳的實(shí)施例中，正側(cè)和/或背側(cè)讀取頭可以包含至少兩組LED時(例如，相應(yīng)于LED-LS帶40a、41a和140a、141的對)，由此允許進(jìn)行可選的多光譜操作(例如，可選模式)。圖25用舉例方式示出NIR模式和VIS模式。然而，在實(shí)踐中，多個模式可以是從市售的LED的合適的選擇而得到的兩個或多個光譜輸出。例如，可以是NIR-880nm模式與VIS-660(紅)nm模式耦合，或VIS-660(紅)nm模式與VIS-555(綠)nm模式耦合。
最好如從圖1-4可見，較佳的ORHS設(shè)計(jì)是這樣的，作為置于定位導(dǎo)軌上的照明帶組件20a、21a的一部分，LED-LS帶40a、41a、140a和141a可以容易地取下(用滑動的辦法)，并把新的帶(箭頭11示出滑動方向)插入讀取頭殼體；于是，對于能得到的兩模式操作的光譜組合實(shí)際上沒有限制?？梢栽凇艾F(xiàn)場”進(jìn)行改裝，即，在用戶處，由只具有很少技能的人操作。定位表面22a有助于帶20a和21a的滑動和合適定位。
再轉(zhuǎn)至圖25，按照來自RAM查找表134的存儲的值，定時控制器132設(shè)定每個LED的接通時間的持續(xù)時間。RAM中的值是由校正步驟得出的。在較佳實(shí)施例中，每個LED的接通時間包括1至13個增量粗調(diào)成分1至8個增量細(xì)調(diào)成分。每個LED的最大允許接通時間應(yīng)該大致為標(biāo)稱檢測器曝光時間的90％(標(biāo)稱檢測器曝光時間按照與非理想系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的文件前進(jìn)速率的偏差而改變)。這樣，每個粗調(diào)增量等于標(biāo)稱檢測器曝光時間間隔的90％的1/13。每個細(xì)調(diào)增量約為一個粗調(diào)增量的1/8。因此，對于每個LED存在104(8×13)種可能的離散的接通時間的組合。
b.較佳校正方法(i)光源發(fā)射控制校正圖26是按照本發(fā)明校正ORHS象素輸出的一般方法的流程圖。此方法主要通過在檢測器曝光期間控制由每個光源(LED)各自發(fā)射的光能的數(shù)量來補(bǔ)償上面提到的各種誤差來源，以在檢測器30a掃描一張“平坦的”校正頁時使經(jīng)過校正的ORHS將產(chǎn)生相當(dāng)“平坦的”象素輸出分布。
此方法包括下述步驟(1)向掃描臺提供一張校正頁(210)；(2)相對于校正頁，確定ORHS的目標(biāo)象素輸出分布(即，對于每個象素的所希望的輸出值)(204)；(3)用光源照明校正區(qū)域，并開始X軸掃描以產(chǎn)生來自校正頁的象素輸出分布(206)；(4)判定得到的象素輸出分布是否在目標(biāo)象素輸出分布的預(yù)先選擇的范圍之內(nèi)(208)；以及(5)調(diào)節(jié)由每個光源(例如，LED)發(fā)光的數(shù)量，直至來自校正頁的輸出分布是可接受地處于目標(biāo)象素輸出分布的范圍之內(nèi)(210)。對于后續(xù)的標(biāo)稱系統(tǒng)操作存儲得到的光源數(shù)值(212)。在進(jìn)行測試(214)，以判定是否需要作額外的校正之后，可以進(jìn)行額外的數(shù)字校正(216)。
現(xiàn)在仍回至圖5D，可以對校正媒體或校正頁的性質(zhì)加以說明。校正媒體是一種文件12，它具有至少一個校正區(qū)域，該校正區(qū)域具有如在本發(fā)明中校正ORHS有用的反射特征。作為舉例，可把三個象素行250考慮為校正區(qū)域。把這個校正區(qū)域250的反射率選得在要被ORHS掃描的文件中預(yù)期的反射率范圍之中或在其附近。由于反射率隨所用的照明的光譜而改變，因此根據(jù)在ORHS中可用的特定的照明模式(例如，NIR照明)來選擇校正區(qū)域的反射率。如果響應(yīng)于“空白”或“白色”文件，希望有平坦的、均勻的ORHS象素輸出分布，則校正頁的圖象區(qū)域?qū)⒕哂写篌w上均勻的、較高反射率的校正區(qū)域250。必須相應(yīng)于目標(biāo)象素輸出分布中的任意規(guī)定的灰度等級規(guī)定校正區(qū)域的反射率分布，才能使之有用。例如，如果設(shè)計(jì)檢測器的象素輸出，以產(chǎn)生范圍從0至255的離散的灰度等級值，以及對于分布中的每個象素如果目標(biāo)目標(biāo)象素輸出分布關(guān)于規(guī)定的灰度等級240是“平坦”和均勻的，則能夠?qū)⑿Ｕ齾^(qū)域反射率分布規(guī)定為相應(yīng)于值240，該值接近于要被ORHS掃描的文件的預(yù)期的反射率范圍的高反射率端。
對于本發(fā)明的較佳實(shí)施例，把完全空白的“白色”或淺色的文件用作校正頁。把它提供給掃描臺10，以產(chǎn)生象素輸出分布。用這種方式，可以把校正頁的任何區(qū)域考慮為校正區(qū)域并加以掃描，以產(chǎn)生象素輸出分布。本實(shí)施例的目標(biāo)象素輸出分布是具有灰度等級值240的平坦的分布。于是，目標(biāo)輸出分布由2048個象素組成，每個象素產(chǎn)生輸出值240。
從校正頁產(chǎn)生象素輸出分布并且把它與目標(biāo)象素輸出分布作比較。如在前一節(jié)中討論的，然后對光源各別的進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至象素輸出分布可接受地位于目標(biāo)象素輸出分布的范圍內(nèi)。這一般將是一個反復(fù)迭代的過程，其中，對光源發(fā)射進(jìn)行各別的調(diào)節(jié)，以使象素分布更與目標(biāo)分布密切相似，。在每次調(diào)節(jié)后，就產(chǎn)生一個新的象素輸出分布，并與目標(biāo)象標(biāo)輸出分布作比較。繼續(xù)進(jìn)行這一過程，直至相應(yīng)于系統(tǒng)的物理限制以及設(shè)計(jì)參數(shù)，象素輸出分布可接受地位于目標(biāo)象素輸面分布之內(nèi)(即，盡可能接近目標(biāo)分布或在目標(biāo)分布的預(yù)定的范圍內(nèi))。例如，在2048個象素的象素輸出中#273象素由于不論什么原因被限于灰度等級值220，而其相應(yīng)的目標(biāo)值是240。這能夠歸于主要向#273象素提供照明的是一個“弱的”LED。在這種情形中，#273象素可接受地位于其目標(biāo)象素輸出值的范圍內(nèi)。
圖27是校正ORHS象素輸出的較佳方法的更詳細(xì)的流程圖。把合適的校正頁提供給掃描臺(301)，以及相對于校正頁對ORHS確定目標(biāo)象素輸出分布(304)這些起始步驟必須放在任何調(diào)節(jié)之前。使用上面討論的控制技術(shù)，通過控制各個LED光源25的電流接通時間，調(diào)節(jié)在檢測器曝光期間由每個光源25發(fā)光的數(shù)量。如前面所討論的，通過組合一個粗調(diào)成分(它來自一組增量的、離散的粗調(diào)成分)和一個細(xì)調(diào)成分(它來自一組增量的、離散的細(xì)調(diào)成分)，得到每個LED25的可用接通時間。如圖17中所描繪的，接通時間最大值不應(yīng)超過最小的可能的檢測器曝光時間間隔。(這是因?yàn)?，為補(bǔ)償所需的、但在給定的檢測器曝光時間間隔之后傳遞的光線不能對于該次曝光由檢測器得到，而要“進(jìn)入”下一個曝光時間間隔。)在得出經(jīng)校正的LED接通時間之前，相對于檢測器象素(光電格點(diǎn))的位置，確定有關(guān)的LED的位置(305)。通過每次使一個LED照明，然后確定哪個象素輸出具有最大值來做到這一點(diǎn)?，F(xiàn)在還參見圖34，于是，相應(yīng)于照明的LED的有關(guān)位置，確定這個高的或“中心的”象素位置。于是，P#Nc是在光敏陣列230a中對于在光源組20a中的LED#N的“中心”象素。對于每個LED重復(fù)這個定位過程，直到每個LED與其相應(yīng)的中心象素相配。其次，對于每個LED，確定“映射的”(mapped)象素區(qū)域。在較佳實(shí)施例中，這個映射的象素區(qū)域的直線距離是LED之間的平均象素距離的四倍。于是，如果照明寬度為9英 的LED跨過X軸間隔均勻，則對于2048個象素和64個LED，這個平均“LED之間”的距離應(yīng)該近似等于32個象素。此外，每個LED映射的象素區(qū)域以特定的LED的中心象素為中心。因此，對于這個例子，一個LED的映射的象素區(qū)域應(yīng)該包括其中心象素、在該中心象素一側(cè)的大約64個象素以及在該中心象素另一側(cè)的大約64個象素。于是，在圖34中，映射另一側(cè)的大約64個象素。于是，在圖34中，映射的象素區(qū)域260相應(yīng)于LED#N。當(dāng)然，相對于那些“內(nèi)部”LED，位于照明帶任一端的LED(例如，LED#1、LED#2、LED#63和LED#64)可以沒有完整的映射的象素區(qū)域。(然而，如圖34所示，LED組40a照明的寬度為264，它要比被掃描的文件的實(shí)際寬度262大一些。)于是，每個LED有一組映射的象素，該組映射的象素構(gòu)成了映射的象素區(qū)域。(在圖34中，LED#N-2和LED#N的映射的象素區(qū)域?qū)⒅丿B。)然而，應(yīng)該理解，一個給定的象素能夠存在于一個以上的LED映射的象素區(qū)域中。此時，當(dāng)已對LED“定位”，并且已確定它們的相應(yīng)的映射的象素區(qū)域時，就能容易地確定經(jīng)校正的接通時間間隔。
對于每個LED，起動把粗調(diào)和細(xì)調(diào)成分設(shè)定至它們的最低值(306)。根據(jù)當(dāng)時電流(then-current)的調(diào)節(jié)，照明校正區(qū)域，因此產(chǎn)生象素輸出分布(308)，并與目標(biāo)象素輸出分布比較(310)。假設(shè)對于那些LED(其映射的象素都小于相應(yīng)的目標(biāo)值)，未到達(dá)粗調(diào)范圍的端點(diǎn)(311)，則把粗調(diào)成分遞增至其下一個較高的值(312)。繼續(xù)這一過程，直至每個LED具有至少一個超過其目標(biāo)值的映射的象素。此時，已把每個LED粗調(diào)接通時間值設(shè)定至這樣的最低值，它使至少一個LED的映射象素超過其相應(yīng)的目標(biāo)值。其次，把每個LED現(xiàn)有的粗調(diào)成分遞減一個值(313)。產(chǎn)生一個象素分布(314)，并且把這個分布與目標(biāo)分布作比較(315)。如果任何映射的象素值仍然超過目標(biāo)值，則對于在其映射的象素區(qū)域具有這些象素的LED，再次用一個離散值遞減LED接通時間粗調(diào)成分。繼續(xù)進(jìn)行這一過程，直至每個映射的象素的輸出值小于或等于其目標(biāo)象素值。得到的粗調(diào)成分值將是LED接通時間的經(jīng)校正的粗調(diào)成分。
對于細(xì)調(diào)成分重復(fù)遞增至超過目標(biāo)值然后再遞減的相同過程(316)，直至每個LED的接通時間既有經(jīng)校正的細(xì)調(diào)成分也有經(jīng)校正的粗調(diào)成分。這些得到的粗調(diào)和細(xì)調(diào)成分將構(gòu)成LED操作接通時間值，并且將它們存儲起來供將來掃描操作時使用(318)。應(yīng)該注意，對于本實(shí)施例，由校正的這一部分得到的象素輸出分布的象素值不會超過相應(yīng)的目標(biāo)值。
由于在任何一“對”LED中的各個LED光源不相同，因此另一種校正方法是對上游和下游LED-LS帶40a、41a作分開的校正。將對一條帶40a進(jìn)行校正，使其趨向這樣的目標(biāo)象素輸出分布，該分布等于所希望的總的象素輸出分布之半。在這條帶校正好之后，然后用兩條帶40a、40b照明，并朝整個目標(biāo)象素輸出分布校正另一條帶41a的接通時間值)(此時不改變帶40a的接通時間值)。
(ii)額外的數(shù)學(xué)校正本發(fā)明的較佳實(shí)施例還進(jìn)行ORHS象素輸出的數(shù)學(xué)校正。這主要是設(shè)計(jì)來對那些象素提供調(diào)節(jié)的，即使以對LED作了接通時間調(diào)節(jié)后，那些象素仍然顯示出與目標(biāo)象素輸出分布有顯著的偏離。一般，此方法包括根據(jù)特定象素的目標(biāo)象素輸出分布與在作了LED接通時間調(diào)節(jié)后該象素得到的最佳輸出值之間的差，選擇象素規(guī)定的調(diào)節(jié)值。存儲此象素規(guī)定的調(diào)節(jié)值，然后使用該值來調(diào)節(jié)象素值，每次產(chǎn)生一個象素輸出值分布。
在較佳的實(shí)施例中，象素規(guī)定的調(diào)節(jié)值是一個用在乘法運(yùn)算中的常數(shù)?；旧?，用存儲的校正常數(shù)值乘每個象素輸出值，從而當(dāng)用這個值乘來自經(jīng)LED接通時間校正的象素輸出分布的象素值時，得到的象素輸出分布乘積將更接近地近似目標(biāo)象素輸出分布。例如，如果#456象素具有的經(jīng)校正的LED接通時間值為120，而其相應(yīng)的目標(biāo)值為240，則其校正值為2，因?yàn)?·120＝240。因此，由#456象素產(chǎn)生的每個A/D值在由ORHS處理之前都要乘以2。應(yīng)該注意，這一數(shù)學(xué)校正方案假設(shè)，雖然在較小的動態(tài)范圍中，但每個檢測器象素輸出是線性工作的。
用于實(shí)現(xiàn)這種數(shù)學(xué)校正的較佳實(shí)施例采用了查找表，對于每個象素，根據(jù)其象素類型，該查找表包括輸出值及其檢測值。象素類型是經(jīng)象素接通時間校正的象素輸出分布值。于是，對于前面的例子，#456象素將具有象素類型120。用此種方式，具有0至255動態(tài)范圍的系統(tǒng)只需256×256個存儲單元的查找表來存儲調(diào)節(jié)值。
c.誤差檢測由于種種原因(包括元件的熱效應(yīng)和老化或者污物侵入)，使得ORHS象素輸出的準(zhǔn)確度發(fā)生變化或顯現(xiàn)出誤差。由于沒有準(zhǔn)確的象素輸出裝置，不能檢測記錄在被掃描的文件上的信息的暗度的“真實(shí)”值，因此迅速識別象素輸出誤差很重要。為了確保每個文件12被掃描后得到準(zhǔn)確的ORHS象素輸出，希望最好是相對于每個被掃描的文件，在正在進(jìn)行的基礎(chǔ)上監(jiān)視誤差。參見圖5A、5B、5E和5F，本發(fā)明用放置在掃描臺10的曝光區(qū)域14內(nèi)的誤差檢測線17來著手解決此問題，從而使ORHS能夠在操作中監(jiān)視其誤差情況。
誤差檢測線17最好是“白色的”，并且位于相對“深色的”背景9之內(nèi)，該背景與曝光區(qū)域14相關(guān)聯(lián)。此線17沿垂直于文件傳送的方向跨過背景9延伸。此線17最好小于曝光區(qū)域14的寬度(例如，區(qū)域掃描檢測器光電格點(diǎn)陣列的寬度)的10％。于是，通過紙反射回來的光線的量只是密集白色背景的大約10％。線17的寬度并不是絕對的，但應(yīng)至少等于一個象素行的寬度，并且不能如此之寬以至在文件掃描時對通讀(read-through)有較大貢獻(xiàn)。
相對于掃描臺10的上半個，把帶有內(nèi)置誤差檢測線17的深色背景9施加至形成掃描臺10的下部邊界的玻璃片15b的下側(cè)。于是，當(dāng)沒有文件12在掃描區(qū)域10(見圖5A)時，檢測器攝象機(jī)30可在曝光區(qū)域中看到誤差檢測線17。然而，當(dāng)有文件12在掃描臺10中(見圖5B)時，則看不到該誤差檢測線。
誤差檢測線17可以只是一條完全跨過X軸延伸的白色直線(見圖5A)。如果線17還要用于其他目的(例如，視場測量或其他的邊至邊調(diào)節(jié))，則可加以改變，其做法是在已知間隔處增添“黑點(diǎn)”做阻斷(見圖5E)。然而，對于本實(shí)施例，并不是象素輸出的全部象素將對線17的白色部分曝光，于是使得性能和誤差檢測略有不完全。對于線17作小的變更(如圖5E所示)得出較好的方法。該線由三段組成，它不用黑點(diǎn)來分隔，而是相互之間錯開線的寬度。這種結(jié)構(gòu)允許所有的輸出象素對同樣數(shù)量的“白色”曝光，它還有一個好處是具有供調(diào)節(jié)之用的可測量的中心線?？梢韵Ｍ酶鼜?fù)雜的線17的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其他的調(diào)節(jié)和監(jiān)視過程。如果用遮蔽工藝來制作線17，則線的額外的復(fù)雜性將很少增加麻煩。
當(dāng)已知ORHS象素輸出處于可接受的準(zhǔn)確度的狀態(tài)(例如，剛好完成如在前一節(jié)中所指出的校正)，從檢測器攝象機(jī)30a產(chǎn)生誤差檢測線17的“控制”象素輸出圖象(它包括至少一個象素輸出分布)，以對監(jiān)視誤差提供基線。于是，在正常ORHS掃描操作期間，ORHS產(chǎn)生誤差檢測線17的當(dāng)前象素輸出圖象，并將它與控制象素輸出圖象作比較。如果“當(dāng)前”圖象不在“控制”圖象預(yù)先選擇的范圍內(nèi)，則ORHS檢測到一個不可接受的誤差情況并因此相對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)采取相應(yīng)行動。能夠通知操作者，或者開始校正過程。
用同樣的方法產(chǎn)生控制象素輸出分布和每個當(dāng)前分布。這最好在較佳實(shí)施例中進(jìn)行，采用Dalsa 96-線TDI攝像機(jī)，用的辦法是“凍結(jié)”攝像機(jī)30a，從而它作誤差檢測線17和周圍的深色背景9的50次連續(xù)的曝光而不在象素行之間作任何電荷傳送。這具有使相對較窄的陣列區(qū)域向白色線曝光的作用，積聚了如整個陣列區(qū)域在正常掃描期間向白色紙曝光所積聚的幾乎同樣多的電荷。于是，構(gòu)造了誤差檢測線的圖樣。一當(dāng)構(gòu)造好之后，可將它移位至并通過象素輸出陣列緩沖器78，并為以后的使用作為基線或作為當(dāng)前讀數(shù)加以存儲。
為了提供高標(biāo)準(zhǔn)的誤差檢測監(jiān)視，可以獲取誤差檢測線圖象并且與每個被掃描的文件12相關(guān)聯(lián)?？梢跃o接在文件12被掃描之后或之前在簡短的文件間間隔中獲取。
c.文件饋送控制1.Y軸DPI畸變在饋送機(jī)構(gòu)(該饋送機(jī)構(gòu)使文件通過CCD陣列檢測器掃描軸)的規(guī)定的床速(bed velocity)方面的未校正的“晃抖”或其他未補(bǔ)償?shù)拈L期/短期改變將造成反射率值的誤差，這時因?yàn)镃CD陣列的輸出電壓取決于檢測器曝光時間。除非加以校正，當(dāng)在CCD陣列檢測器掃描軸下傳遞文件時即使文件速度的很小的改變也會導(dǎo)致不希望的傳遞至輸出陣列緩沖器78和送至數(shù)據(jù)提取算法和應(yīng)用程序的最終頁面圖象信號的誤差和擾動。
當(dāng)頁面通過X軸掃描區(qū)域(圖象區(qū)域14)時，在固定的時間間隔內(nèi)產(chǎn)生觸發(fā)Y軸CCD陣列檢測器掃描讀出脈沖的重復(fù)簇的控制信號，由于上述的速度變化，出現(xiàn)兩種類型的畸變。
第一，水平掃描讀出信號的固定時鐘速率設(shè)計(jì)“假設(shè)”，在每個掃描曝光期間，文件前進(jìn)了固定的距離；對于具有240DPI分辨率的ORHS，這個距離將是1/240英，或0.004167英。
然而，如果文件事實(shí)上以快于或慢于合適的IPS速率(它是DPI分辨率和CCD陣列檢測器曝光時間間隔時鐘速率)移動，則會引入空間畸變。
這意味著，相對于由CCD陣列檢測器象素長度和FOV確定的固定的240DPIX軸分辨率，在給定的時間間隔內(nèi)分別在Y軸中產(chǎn)生相對太少或太多的掃描。因此，當(dāng)通過CRT顯示器和/或拷貝打印輸出重建圖象時，沿Y軸的幾何重現(xiàn)或是“收縮”或是“擴(kuò)展”。
第二，除非把每個檢測器曝光時間間隔(水平掃描)對于改變的速度保持恒定，則CCD輸出A/D信號幅度將改變，因?yàn)槿鐖D9所示，對于在CCD陣列檢測器中的電荷積聚，出現(xiàn)太短或太長的曝光時間間隔。
圖28示出，當(dāng)CCD陣列檢測器Y軸讀出速率對于任何床速為固定時，相對于形狀比為1的基準(zhǔn)速度，由床速2∶1改變和1∶2改變帶來的影響。
于是，當(dāng)饋送器床速加倍時，只產(chǎn)生一半的CCD掃描讀出，其輸出圖象效果是，使輸入圓形圖案變?yōu)殚L軸(X軸)和短軸(Y軸)之間的比值為2∶1的橢圓。
或者，當(dāng)CCD掃描讀出速率仍保持恒定而饋送器床速折半時，有兩倍的讀出周期(因?yàn)榭捎玫臅r間加倍)，其效果是，使輸入的圓形圖案變?yōu)槎梯S(X軸)和長軸(Y軸)之間的比值為2∶1的橢圓。
2.文件饋送控制方案通過使CCD掃描讀出速率與饋送器床速同步，可以克服輸出圖象畸變的問題，這是本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
參見圖29，把文件前進(jìn)變送器400(例如，與傳感器403組合的光電—光學(xué)(photo-optic)定時盤401)附于與文件饋送器相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)部分，以跟蹤文件前進(jìn)速率。例如，可以把定時盤401與饋送器組件70中的文件驅(qū)動/導(dǎo)引輥筒18/19之一作可旋轉(zhuǎn)連接。于是，正在通過饋送器饋送的頁面12的速度直接正比于定時盤401的旋轉(zhuǎn)角速度(假設(shè)在文件表面和輥筒之間沒有滑動)。
數(shù)學(xué)關(guān)系是Sv＝π*Dw*RPM/60，這里Sv是文件速度(單位為英/秒(IPS))，Dw是驅(qū)動輪直徑(單位為英)，RPM是驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)速度(單位是轉(zhuǎn)/分鐘)，而π＝3.1415927。例如，如果驅(qū)動輪直徑為1.0英，而以475RPM的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，則文件將以大約25IPS(例如，24.87英/秒)的速度通過掃描軸。因此，11英長的文件將需要約422毫秒通過軸)或圖象區(qū)域14)。
在較佳實(shí)施例中，文件前進(jìn)變送器400能夠在文件12每前進(jìn)1/240英時產(chǎn)生一個電子輸出脈沖?；蚴?，每隔一個脈沖可被處理邏輯忽略，如在用于OMR的“重新分級(binning)模式”中那樣，產(chǎn)生每英120個脈沖的脈沖串，(下面要說明)。
把來自傳感器403(它讀取在盤上的光電—光學(xué)黑色/空白定時線)的輸出脈沖串(文件前進(jìn)信號)輸入至攝象機(jī)控制器60，它產(chǎn)生對CCD陣列檢測器計(jì)時所需的定時信號。當(dāng)較佳實(shí)施例的240段定時盤轉(zhuǎn)過1.5度(對于文件輸送1/240英它等價于一個脈沖)時，攝象機(jī)控制器60產(chǎn)生水平同步掃描和CCD掃描讀出時鐘信號，并把它們送至檢測器組件35。
因此，即使當(dāng)掃描軸(圖象區(qū)域14)通過期間文件速度可能改變(例如，包含晃抖)，或者招致長期IPS漂移，掃描讀出速率總是與文件輸送距離直接同步。
在接收到掃描讀出脈沖后，檢測器組件35的檢測器控制/邏輯電路32a產(chǎn)生2048個時鐘脈沖“串”(在較佳實(shí)施例中)，并將它們送至CCD檢測器攝像機(jī)30a。這個脈沖串對于在CCD檢測器攝象機(jī)30a中的2048個象素的每一個象素把A/D灰度等級指數(shù)值(00-255)記錄至象素輸出陣列緩沖器78。如圖16、17和29所示，為記錄所有2048個象素值所需的時間長度總是小于相繼的掃描讀出/水平同步脈沖之間的最小時間。
如圖2所示，與LED光源接通時間控制器132有關(guān)(亦可參見圖25)，由攝像機(jī)控制器60產(chǎn)生的另外一些信號控制ORHS的組成多條LED-LS帶的各個LED的驅(qū)動電流和接通時間。
還把OMR模式和圖象模式選擇(由用戶應(yīng)用選擇)輸入至攝象機(jī)控制器60，從而當(dāng)從一個模式切換至另一模式時，對于所需的IPS床速的改變，設(shè)定合適的水平同步/掃描讀出速率。
D.多模式操作如上面指出的，在本說明書中描述的本發(fā)明提供兩種不同的操作模式圖象獲取模式和OMR模式。上面對圖28和29關(guān)于Y軸同步定時(及有關(guān)因素)的討論和描述說明了即使當(dāng)文件12被掃描時可能存在文件速度的變化，本發(fā)明是如何消除圖象畸變(包括空間畸變和灰度等級值畸變兩者)的。
還有，當(dāng)進(jìn)行掃描時，Y軸涉及文件輸送方向(對于單面掃描，對于美國標(biāo)準(zhǔn)頁面尺寸文件，標(biāo)稱長度為11英；而對于雙面掃描，長度稍長)，而X軸“方向”涉及橫向進(jìn)給(cross-feed)軸；對于整頁美國標(biāo)準(zhǔn)頁面尺寸文件，其視場的標(biāo)稱長度為8.5英。
對于市場上提供的實(shí)際上用于所有文件的圖象獲取系統(tǒng)而言，形狀比(Y軸/X軸DPI比值)為1是標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)的方案。然而在OMR模式中，并不一定要保持形狀比為1。如果對于OMR模式，饋送床速增加(相對于對圖象獲取模式的設(shè)定值)，則相應(yīng)增加頁/小時產(chǎn)出速率，導(dǎo)致成本節(jié)省得多的掃描器。
在圖象獲取模式中對于DPI(點(diǎn)/英)分辨率的較佳實(shí)施例是形狀比為1的240DPI；即，不管在掃描時文件速度的變化，沿X軸的分辨率是240DPI(或每英被取樣的象素)，而沿Y軸的分辨率是240行(或CCD掃描)。
在OMR模式中，饋送器床速自動加倍(例如，在用戶程序控制下)以使為圖象獲取模式設(shè)定的IPS速率加倍；例如，如果圖象獲取模式以25英/秒運(yùn)行，則OMR模式將被設(shè)定得以50英/秒運(yùn)行，大大提高了“真實(shí)世界”頁/小時產(chǎn)出速率。
ORHS的較佳實(shí)施例裝有TDI型的CCD陣列檢測器攝像機(jī)，它理想地適于以兩種不同的速度設(shè)定值(比值為2∶1)同步地工作，如上面的例子那樣。圖16描繪了這兩種模式。在圖象獲取模式中，當(dāng)文件12通過掃描臺10的圖象區(qū)域14時，對于該文件12的每1/240英的輸送增量，CCD掃描讀出時鐘(由攝象機(jī)控制器60產(chǎn)生)使得檢測器/邏輯電路32a產(chǎn)生2048個象素讀出脈沖“串”。
如上面指出的，在圖象獲取模式中，由于饋送器床速變化，在相繼的水平同步/CCD掃描讀出時鐘脈沖之間的時間可以改變一個delta量(增量)，但等效Y軸文件距離增量總是1/240英，它相應(yīng)于規(guī)定的240DPI Y軸分辨率。
驅(qū)動CCD陣列檢測器的2048個光電格點(diǎn)的象素讀出的時鐘速率足夠快，從而對于一給定的CCD掃描，在給定(例如，最短的)掃描讀出時間間隔結(jié)束之前就讀出了所有的象素。
在OMR模式中，有效的Y軸DPI(實(shí)際上，行/英)減小至120DPI，由于饋送器床速加倍。
在較佳實(shí)施例中使用的DALSA CL-E2型TDI型攝象機(jī)具有特殊的可編程特征，稱之為“重新分級”，由此在96x乘以2048y的TDI CCD陣列檢測器的兩條相鄰的Y軸光電格點(diǎn)2048象素帶能夠把它們在曝光期間積聚的電荷為最終的2048象素流讀出而加以組合。這個特征包括在OMR模式操作中。
圖16的定時圖和相應(yīng)的描述提供了本發(fā)明的ORHS的OMR“重新分級模式”操作的概觀。
E.多色可操作性1.油墨—光線相互作用的原理本發(fā)明的還有一個特征是這樣一種靈活性，使得ORHS能容易地改裝以應(yīng)付多種讀取/非讀取標(biāo)記設(shè)備和預(yù)先印刷的油墨。在傳統(tǒng)的OMR應(yīng)用中，通常希望讀取頭不“看”在表格上的任何預(yù)先印刷的油墨(諸如規(guī)定“氣泡”標(biāo)記位置的油墨記號)，而正常的例外是用黑色油黑印的定時跡線或用于表格識別目的的其他導(dǎo)航標(biāo)記。
此外，諸如#2鉛筆等基于石墨的標(biāo)記器具時常被選作標(biāo)記器具，因?yàn)橛眠@種器具作的標(biāo)記能夠吸收幾乎所有的入射到紙面上的光線(不管光源的波長如何)；由此相對于典型的OMR紙料(它反射大約75％至85％的入射光)，提供了高對比度的信號。
然而，在通用成象應(yīng)用中，時常有檢測或獲取預(yù)先印刷在表格上的某些顏色的油墨而不看或忽略其他油墨或標(biāo)記手段的顏色的要求。
“不參與”(dropout)油墨(對于入射光能的給定波長)是這樣一種油墨，它在其不參與頻率(或一預(yù)定的頻帶)處反射幾乎所有的入射光，由此當(dāng)信號到達(dá)CCD陣列檢測器時，它實(shí)質(zhì)上與空白的紙本身無法區(qū)別。
相反，“高對比度”油墨或標(biāo)記手段是這樣一種油墨或油墨標(biāo)記，它在預(yù)定的波長帶寬內(nèi)吸收幾乎所有入射光，由此只將極少量的光從紙面反射至CCD陣列檢測器。這種油墨或標(biāo)記極易由CCD陣列檢測器檢測，因?yàn)楸环瓷涞挠湍盘柵c紙面背景之間的信號值之比是如此之高。
在數(shù)學(xué)上，油墨對比度比值(對于給定的波長或波長帶)定義為紙面背景反射率與油墨反射率之差除以紙面背景反射率的比值ICR＝[(RP-RINK)/RP]，這里ICR是在規(guī)定的波長處的油墨對比度比值，RP是在相同波長處的紙面反射率，而RINK是給定油墨的反射率。
例如，如果給定的文件具有的平均寬帶可見光反射率為82％，而油墨具有的反射率為78％，則油墨對比率比值為ICR＝(82-78)/82＝4.88％?？梢哉J(rèn)為這個對比度比值的值是很低的(例如，在紙面噪聲本身的范圍內(nèi))，并且或多或少是與所考慮區(qū)域內(nèi)的“不參與”油墨相關(guān)聯(lián)的范圍。另一方面，例如，如果樣本油墨具有的反射率比值為85％，它可以認(rèn)為是很高的對比度比值，適合于實(shí)際上用任何光源(它們在預(yù)定的有關(guān)的光譜區(qū)域內(nèi)發(fā)射能量)來檢測。
于是“油墨噪聲”(ink-noise)比值是另一個用于測量油墨對比度比值的術(shù)語；術(shù)語的選擇取決于油墨對比度值是否是“所希望的”。如果不希望在給定的應(yīng)用中檢測油墨，于是當(dāng)選擇一種油墨時，人們通常用油墨噪聲比值來談?wù)摗Ｏ喾?，如果在圖象獲取中必須檢測油墨，則在選擇油墨時，人們典型地談及油墨對比度比值。對于后者，人們最好選取高比值，而對于前者，選擇低比值。
最后，在規(guī)定油墨噪聲或油墨對比度比值(例如，同一測量)時，必須完全和準(zhǔn)確地規(guī)定紙和油墨密度、幾何圖形以及讀取頭工作的光譜的部分(NIR或VIS)。
例如，當(dāng)印刷在白紙上而不是印刷在紅色的或粉紅色背景的紙上時，紅色油墨將測量出不同的對比度比值。類似地，當(dāng)遮蔽程度改變時，相同的油墨將顯示出不同的比值。按照定義，百分之一百遮蔽與單色(solid)油墨印刷相同，因而將顯示出最高的比值；當(dāng)遮蔽程度降低時，油墨對比度值將降低，但只有當(dāng)被測區(qū)域比檢測器系統(tǒng)的有效分辨能力大得多時才如此。
油墨噪聲，或等價地，油墨對比度的確定(以及比值計(jì)算)典型地是根據(jù)油墨樣品在有關(guān)的光譜區(qū)域中的光譜曲線得出的，用空白紙背景作為參考值，采取上面引用的油墨對比度比值的數(shù)學(xué)定義。圖30示出了一種在近紅外(NIR)區(qū)域并且延伸入可見光(VIS)區(qū)域低端部分具有很低的對比度的油墨(例如，低“油墨噪聲”)。紅色油墨時常呈現(xiàn)這類性質(zhì)的光譜曲線。
于是，對于這種被認(rèn)為是“不參與”油墨的這種油墨，ORHS光源25應(yīng)該只發(fā)射這樣的能量，其波長在約900納米的NIR界限之外，等于或大于約640納米。對具有在此范圍中的峰值能量帶的市售LED有很廣的選擇余地。然而，如果把GREEN550發(fā)光LED選作光源25，則示于圖30的油墨將在大約21％的對比度值處被檢測，于是將導(dǎo)致并不特別強(qiáng)、但足以在油墨/紙?jiān)肼曢y值之上的CCD陣列檢測器A/D信號。
示于此例中的油墨在NIR區(qū)域具有低的對比度比值，但當(dāng)波長移至可見光譜的紅色區(qū)域時，其反射率迅速下跌(例如，對比度增加)，只有當(dāng)趨近VIS光譜的綠色區(qū)域時，反射率才再次增加。于是，具有這種光譜對比度性質(zhì)的油墨可能在NIR區(qū)域以及在稍低于GREEN556的波長的相當(dāng)寬的80nm VIS區(qū)域中用作“不參與”油墨。不參與條件能夠被這樣的照明帶20a、21a滿足，它包含有在NIR的中心或低對比度的VIS帶處發(fā)光的LED25，如圖31所示。
另一方面，包含有峰值波長以RED660為中心的LED的照明帶20a、21a將對這種油墨產(chǎn)生約37％的油墨對比度比值。BLUE430顏色LED照明帶20a、21a亦將為這種油墨產(chǎn)生相當(dāng)高的對比度比值。
彩色油墨標(biāo)記一般在這樣的情形下能被很好地讀取(例如，產(chǎn)生高的對比度比值)，這時該油墨在ED光源25所處光譜的相對端處為光譜峰值。于是，對于高對比度紅色標(biāo)記，選擇藍(lán)色光源，而對于高對比度藍(lán)色標(biāo)記，選擇紅色光源。
圖32示出一種油墨，其反射率峰值在BLUE(藍(lán))區(qū)域，該圖還示出為OMR應(yīng)用選擇的典型油墨的典型的“不參與”光譜帶。因此，其峰值在VIS光譜的藍(lán)色區(qū)域的照明帶20a、21a將把這種油墨處理為“藍(lán)色不參與”油墨，同時，強(qiáng)調(diào)用紅色制作的標(biāo)記的高對比度。如上面指出的，具有在NIR區(qū)域中的輸出的照明帶20a、21a亦將把該油墨看作“不參與”油墨。
由于在其制造中使用的光化學(xué)性質(zhì)，某些油墨不能在“不參與”油墨應(yīng)用中使用；圖33示出了這樣一種油墨的光譜分布圖。如可從該圖看到的，在整個UV、VIS和NIR光譜中沒有一個區(qū)域，其中油墨的反射率與紙面背景的值接近。因此，不可能選擇一種光源(窄光譜帶或?qū)捁庾V帶)，它將導(dǎo)致入射光源能量的反射值趨近紙本身的反射值。
反之，當(dāng)需由ORHS檢測預(yù)先印刷的油墨時，這種類型的油墨(如果其顏色在美學(xué)觀點(diǎn)上可被用戶接受的話)將成為理想的高對比度油墨；任何波長的照明帶20a、21a將產(chǎn)生由CCD陣列檢測器可靠檢測的可接受的對比度值。
跨過寬波長光譜(例如，UV至NIR)顯示高對比度的油墨時常在油墨配方混合物中含有碳載體(carbon-bearing base)；如前面指出的，碳和/或石墨是強(qiáng)吸收劑，導(dǎo)致CCD檢測器的反射光很少。作為參考，在圖33中示出BLACK(黑色)油墨光譜曲線。
2.油墨—光線相互作用的使用如上面所討論的，本發(fā)明允許改變由照明帶20a、21a提供的照明的光譜品質(zhì)。通過在同一照明帶20a、21a中提供的多個照明組之間作電子切換能夠做到這一點(diǎn)。(圖4示出在每條照明帶20a、21a中有兩個平行的組。雖然根據(jù)從掃描臺10算起的增大的距離以及相對于掃描臺10降低的角度，對于組的數(shù)量有一些限制，但可擴(kuò)展至三、四或更多個組。)通過改變裝有帶20a、21a的整個物理子組件，也能夠完成切換。對于電子切換，系統(tǒng)裝備有有顏色識別裝置、對頻率敏感的傳感器和軟件程序，軟件程序根據(jù)已知的照明源以及校正值，校正值相應(yīng)于當(dāng)用已知的照明源照明時從已知顏色得到的預(yù)期的象素輸出。用于感知顏色指示物(例如，代碼標(biāo)記)的其他方法也可使用。
但是，如果要保護(hù)“真實(shí)的”灰度等級準(zhǔn)確度，則單用電的物理的切換是不夠的。本發(fā)明允許迅速校正并存儲在校正中得到的值，從而照明的改變可以通過快速調(diào)節(jié)來完成，以恢復(fù)或完成校正。在數(shù)種情形中，這種迅速改變顏色模式而保持灰度等級的準(zhǔn)確度的能力是有用的。
1.如果用戶希望有具有一些分段的單張表(form)，每個分段具有一種不同的顏色，這張表能夠用具有單個掃描的途中(on-the-fly)切換掃描，只要在一個足以裝入任何改變的校正值的間隔中出現(xiàn)顏色區(qū)別。
2.如果用戶希望混合一些表，并且在每張表上有控制標(biāo)記以指明顏色，則這些表可以用在各個表的掃描之間的途中切換來掃描。
3.如果一些表沒有標(biāo)有指明顏色的控制標(biāo)記，則能夠“讀”一張表以確定象素輸出分布。如果象素輸出分布不與所期待的顏色的表一致，則能夠?qū)RHS編程以切換模式。
4.對于某些油墨顏色，通過合用兩種顏色可能得到最佳的對比度，根據(jù)來自LED-LS40a、41a中兩個光譜上不同的組的照明進(jìn)行校正。
在圖35中示出一個可掃描文件幾的例，它用不同的顏色預(yù)先印刷或作標(biāo)記。在此例中，文件12具有四個象限12a、12b、12c、12d，每個象限使用一種不同的顏色。例如，這可以是這樣的情形，其中文件12是用于一個或多個不同測驗(yàn)的答案頁，掃描和記分程序希望對于每項(xiàng)測驗(yàn)回答標(biāo)記只在一個選出的象限中。彩色提示有助于確保用戶答案標(biāo)記落在正確的象限內(nèi)。為了在文件中容納多種顏色，由兩個光源組40a、140a提供照明。光源組40a包括具有第一顏色的LED的分段44和具有第二顏色的LED的第二分段45，第二顏色在光譜上不同于第一顏色。光源組140a包括具有第三顏色的LED的第三分段144和具有第四顏色的第四分段145。在最一般的情形中，第三和第四顏色在光譜上互不相同，并且與第一和第二顏色也不同。
如果目的是使在每個象限12a、12b、12c、12d中使用的不同的背景顏色不參與(不被檢測)，則對于每個分段44、45、144、145可以選擇相應(yīng)的LED顏色。當(dāng)處理文件12時，可以選用造成不參與的合適的分段來照明。例如，在象限12c中希望紅色油墨背景印刷不參與，于是對于光源組分段45選擇紅色LED，并且在掃描文件的前一半時照明。如果在象限12b希望藍(lán)色油墨背景印刷不參與，則對于光源組分段144選取藍(lán)色LED，并在掃描文件12的后一半時照明。對于每個光源組分段進(jìn)行校正。如果在掃描期間顏色選擇導(dǎo)致從一個LED組改變至另一個LED組，則攝像機(jī)控制器60能夠裝載合適的先前得到的校正值，然后把已得到校正數(shù)據(jù)的LED接通。采用充分快速的控制器60，就能在文件一次通過掃描臺時作出顏色和校正值的切換。于是，系統(tǒng)100可以在單次文件掃描中使用不同的照明光譜，同時對于這些光譜的每一個作可接受的校正。
雖然相對于一些較佳的實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但認(rèn)為適合本發(fā)明的各種改變和變更(對于熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人而言是顯然的)處于下面的權(quán)利要求書所規(guī)定的精神和范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種可掃描的頁面，用于接受在掃描期間要由所述光學(xué)掃描臺系統(tǒng)檢測的用戶標(biāo)記，所述系統(tǒng)具有可選的第一多個光源和可選的第二多個光源，所述第一多個光源在所述檢測器曝光期間發(fā)射可各別地控制的光量至所述曝光區(qū)域，所述第二多個光源具有與所述第一多個光源不同的光譜品質(zhì)，并且在所述檢測器曝光期間發(fā)射可各別地控制的光量至所述曝光區(qū)域，其特征在于，所述頁面包括具有第一預(yù)先印刷標(biāo)記的第一部分，所述標(biāo)記用經(jīng)選擇的第一油墨印刷，從而當(dāng)選擇所述第一多個光源時對系統(tǒng)的象素輸出作可接受的校正，以及具有第二預(yù)先印刷標(biāo)記的第二部分，所述標(biāo)記用經(jīng)選擇的第二油墨印刷，從而當(dāng)選擇所述第二多個光源時，對于不同的光譜品質(zhì)，對系統(tǒng)的象素輸出作可接受的校正。
全文摘要
一種光學(xué)讀取頭系統(tǒng)具有經(jīng)校正的象素輸出，它包括用于多個象素的每個象素的離散值。系統(tǒng)具有掃描臺(10)和檢測器(35)，掃描臺(10)具有包括圖象區(qū)域的曝光區(qū)域，檢測器(35)包括光敏格點(diǎn)的陣列(30a)，在檢測器曝光期間該陣列(30a)檢測來自曝光區(qū)域的反射光，以產(chǎn)生圖象區(qū)域的象素輸出分布。有多個光源(20a、21a)用于照明曝光區(qū)域。在檢測器曝光期間，每個光源各自發(fā)射可控制的光量至曝光區(qū)域，從而對系統(tǒng)的象素輸出作可接受的校正。提供具有校正區(qū)域的校正媒體，并且對于校正規(guī)定目標(biāo)象素輸出分布。對可個別地控制的光源進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使象素輸出分布可接受地在目標(biāo)象素輸出分布之內(nèi)。
文檔編號H04N1/04GK1525203SQ20031011437
公開日2004年9月1日 申請日期1997年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月8日
發(fā)明者詹姆斯·L·馬西埃, 杰克·J·雷梅克斯, 杰里·D·惠勒, D 惠勒, J 雷梅克斯, 詹姆斯 L 馬西埃 申請人:Ncs皮爾遜股份有限公司