专利名称：具有可旋转反射镜和图像处理处理系统的快速扫描仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种扫描设备，尤其涉及为了高速图像扫描的图像传感器和可旋转反射镜的使用以及为了高速图像处理的标记图像使用。
背景技术：
由于电子存储文档具有许多显著的优点，诸如便于信息共享和管理、节省物理空间、并且不容易发生数据丢失，因此正在成为一种习惯做法。一旦在计算机系统中存储文档的图像，则存在大量主要以软件形式的技术，以适当地标记、索引、存储、打包、以及检索这些图像。因此，在近些年对于将纸制文档扫描为电子文件或者文档的需求已经急剧增加。当前市场上有两种可以用于将纸制文档转化为电子文档的扫描设备。第一种为所谓的玻璃面平台式扫描仪，该扫描仪的扫描速度为每秒钟0.033到0.143页。第二种为馈纸式扫描仪，其扫描速度为每秒钟3页。馈纸式扫描仪可以有效扫描具有统一物理形状的文档。当要进行扫描的文档页数很大时节省扫描时间就变得尤其重要。由于并不是所有的文档都可以通过所述馈纸式扫描仪的进纸槽进入，所以平台式设备对于办公和个人来讲是必不可少的。例如，在医院、门诊和各种公司的应收帐款部门中，每天通过邮件收到大量的支票和付款说明页。尽管这些纸制文档是用于电子存储的优良候选物，但是由于其尺寸和形状差异很大，并且通常以某种方式折叠并装订在一起，因此由于速度限制，缺乏将这些文档扫描到计算机系统中的有效装置。直到今天还只能通过人工分类、标记、打包和检索这些纸制文档。
当前商用平台式扫描仪由具有光源的扫描头、反射镜、聚焦透镜和光学传感器构成。在扫描期间扫描头中的所有部件一起移动。所述传感器从文档接收光学信号并将所述光学信号转化为电信号，然后将其处理为所述文档的图像。
在所有因素中，限定平台式设备扫描速度的因素是扫描头的移动速度、光学传感器的线性扫描速率、数据传输速度和图像处理速度。可以获得大大超出所述扫描头移动速度的图像处理速度。数据传输速度依赖于所选的协议。最通用的通用串口总线(以下称为“USB”)端口的传输速度为1.5MBps(每秒钟兆字节)。传输300KB的图像文件仅需要0.2秒钟。其它诸如小型计算机系统接口(以下称为“SCSI”)速度比USB端口高几个数量级。新一代高敏感性光学传感器每秒钟最多可以扫描46,000行，例如，DALSA IT-P1-2048(DALSA Corp.，Waterloo，Ontario，Canada)。如果每页具有4,000行，则所述传感器不到0.1秒就可以完成扫描。当前馈纸式扫描仪和复印机每分钟可以扫描190页(ppm)的事实已经证明图像处理速度、数据传输速度和传感器线性速率都不是速度瓶颈。
平台式设备的速度瓶颈是扫描头的移动比较缓慢。具体地说，并不是步进电动机不能足够快地驱动所述扫描头，而是扫描头的前后移动和启动-停止动作限制了所述扫描头的速度。因此，尽管在近些年微处理器速度和存储密度都提高了几个数量级，但是所述平台式扫描仪的平台扫描速度的增长仅是一个逐渐增长的过程。
和玻璃面平台式扫描仪所需的每秒钟0.033到0.143页的扫描时间比较，采用区域传感器的摄影机可以在瞬间捕捉文档图像。在题目为“InteractiveCopying System”的美国专利No.5,511,148中公开了这种图像扫描系统的实施例。在美国专利No.6,493,469中公开了图像扫描系统的另一实施例。应该理解美国专利No.6,747,764还公开了“camera box”类似设备，其中区域传感器向上捕捉表面朝下的文档图像。在透明平台上放置所述文档。但是，采用区域传感器的摄影机通常没有可以替代普通办公扫描仪的足够分辨率。与玻璃面扫描设备类似，在扫描过程中向扫描区域发出的闪光会让用户感到不适并会伤害到用户，尽管设备高度较高但是由于在要扫描的文档和区域传感器之间需要保持足够的距离因此所述设备具有有限的扫描区域。
称为线性扫描相机的采用线传感器的相机可以产生比采用区域传感器的摄影机更高的图像分辨率。但是，使用线性扫描相机扫描文档有很多不便，例如，通常需要将要扫描的文档朝上放置。否则，为了将所述线性扫描相机设置于要扫描的文档下面，需要构造体积庞大的扫描设备。此外，该线性扫描相机设备需要很强的扫描光，这在频繁图像捕捉期间会引起人眼的不适。
基于线性扫描摄影机的原理，具有旋转反射镜的扫描仪可以用作玻璃面(或者平台式)扫描仪。但是在旋转反射镜扫描仪成为日常应用的普及产品前，存在许多要解决的问题。一个关键问题在于在线传感器和扫描区域之间需要一定的距离。图1和2所示为采用线传感器和旋转反射镜的扫描仪。在扫描区域1的表面上放置面朝下的要扫描文档。旋转反射镜2向聚光透镜3反射原始文档的成像光，然后发送给线传感器4。该旋转反射镜绕轴5旋转。这种类型的图像扫描仪可以以非常高的速度扫描原始文档。但是，这种类型的扫描仪结构庞大并且还存在几个其它问题。如图2所示，将视角α0限定为原始文档的图像路径和位于扫描区域远端原始文档的表面平面1之间的角。即使在消除扫描图像失真以后，视角α0越小，位于扫描区域远边缘附近的原始文档处提取的分辨率就越低。为了保持某个分辨率水平，在扫描期间的所有时间内视角α0必须大于某一阈值。因此，为了扫描尺寸为L0的原件，扫描仪的高度H0不能太小。
对于缩短文档和可旋转反射镜以及聚光透镜之间的距离进行了许多尝试。例如，美国专利No.6,396,648采用鱼眼透镜而美国专利No.6,324,014采用一组透镜。但是，通过采用不同透镜实现缩短距离是有限的，并且由于所捕捉到的图像失真增加产生的副作用使整个系统进一步复杂化。
美国专利No.6,493,469通过两个区域传感器相机获得两个局部文档图像。每个部分图像都具有相对较小的失真和很好的分辨率。将该两个图像合并从而形成所述原始文档的完整图像。该设计具有几个问题。诸如采用昂贵的区域传感器的数码相机的图像捕捉设备通常没有代替普通办公扫描仪的足够分辨率。该设计还需要将文档面朝上放置并且相机向下放置，占有相对较大的空间，因此对于频繁扫描不像平台式扫描仪一样方便。所提出的将两个部分图像组合在一起的方法是基于所捕捉到的图像，该方法在实现高质量的组合图像方面不可靠。
美国专利No.5,909,521还公开了通过多个部分图像获得完整文档图像的方法。但是图像处理非常复杂，而且随着扫描部分图像的对准质量也在改变。因此，该方法没有提供快速而可靠地将部分图像组合为整体的方法。
设计旋转反射镜扫描仪的另一问题在于准确地安排图像处理和旋转反射镜的角坐标之间的协调时间。已经提出了多种方法，例如，美国专利No.6,088,167公开了一种除了图像捕捉光学传感器以外的专用光传感器的方法，用于当光束在某一位置时有规律的捕捉光束从而实现扫描位置的测量。
美国专利No.5,757,518提出安排旋转反射镜转动时间的几种方法。第一方法是计数主扫描周期，这里不需要用于扫描计时的额外硬件。但是如果在组合为完整图像之前需要获得同一原始文档的多个部分图像则很难实施对主扫描周期计时。而且，可能累积循环计算误差。第二方法是测量反射镜的角位移。该方法的明显缺点在于需要额外部件。出于同样原因，采用光程长度探测仪的第三方法也是不理想的。
美国专利No.5,253,085采用同步传感器检测旋转反射镜的角坐标。在美国专利No.5,973,798中采用额外传感器和硬件装置检测角坐标。
在旋转反射镜扫描仪设计中的第三个问题是由于不均匀曝光导致的图像不均匀遮光的校正。众所周知在扫描仪领域中为了查找或者计算遮光数据需要用于获得基准光亮度的标准白基准。为遮光校正研发了许多方法，诸如美国专利No.6,061,102、美国专利No.5,724,456、美国专利No.6,546,197、美国专利No.6,195,469、美国专利No.5,457,547以及美国专利公开号U.S.2003/0,142,367。但是，在旋转反射镜扫描仪设计中，和标准平台式扫描仪相比在整个扫描区域上遮光不均匀更大。因此需要更大的“标准白基准”区域。
在图像扫描仪设计中的第四个问题是消除在由传感器最初获得的原始图像中的失真。需要对捕获的原始图像进行处理以获得不失真的扫描文档图像。存丰许多用于消除失真的方法，诸如美国专利No.6,233,014、美国专利No.5,253,085、以及美国专利No.6,219,446。
再一个问题是在扫描期间强光照射到扫描区域以外。为了快速扫描，一种方法是使用强光覆盖整个扫描区域。这会让操作人员的眼睛感觉非常不适。另一方法是使用强而且窄的光束扫描在图像扫描线下的扫描区域。所述第二方法将扫描期间发射到扫描区域以外的照射光量降到最小程度。但是，光束需要完全和图像扫描同步地扫描所述扫描区域。至今还没有提供一种可以实现第二方法的解决方案。
因此，在该领域中仍然存在能够解决上述缺点和不足的迄今仍未解决的需求。
发明内容
一方面，本发明涉及用于获得位于至少部分透明平台上的目标的图像的扫描仪。所述至少部分透明平台具有第一扫描区域和第二扫描区域，并且所述至少部分透明平台的第一扫描区域和所述第二扫描区域中的每个分别具有第一边缘和第二边缘。
在一实施方式中，扫描仪具有适合于发光的光源。扫描仪还具有可旋转反射镜，该可旋转反射镜适于接收来自第一方向的光并向第二方向反射所述光，以扫描位于至少局部透明平台上的目标的部分图像，该可旋转反射镜还适于接收来自与第二方向相反的第三方向的目标的扫描后的部分图像并且向和第一方向相反的第四方向反射所述目标的扫描后的部分图像。而且，所述扫描仪具有位于可旋转反射镜和至少部分透明平台的第一扫描区域之间的光程上的固定反射镜，所述固定反射镜用于接收由可旋转反射镜沿第二方向反射出的光并且将所述从可旋转反射镜接收到的光反射向至少部分透明平台的第一扫描区域以扫描目标部分图像，并且所述固定反射镜还接收目标的扫描后的部分图像，然后以第三方向向可旋转反射镜反射所述扫描后的目标的部分图像。此外，所述扫描仪具有用于接收来自第四方向的目标的扫描后的部分图像并输出对应于接收到的扫描后的目标部分图像的电子信号的图像传感器。而且，所述扫描仪具有用于从所述图像传感器接收电子信号并以数字格式记录所述电子信号的图像处理系统。所述扫描仪还具有位于可旋转反射镜和所述图像传感器之间光程上的聚光透镜，以及用于旋转可旋转反射镜的旋转装置。
所述可旋转反射镜和固定反射镜设置为使得在当所述旋转反射镜旋转时，所述旋转反射镜改变光的第二方向从而在可旋转反射镜的仅一次全程旋转中，从固定反射镜沿第五方向反射出的对应光沿第一扫描方向A从第一扫描区域的第一边缘到第二边缘和沿第一扫描方向B从第二扫描区域的第一边缘到第二边缘依次扫描目标的连续部分图像。所述图像处理系统将这里记录的部分图像组合在一起形成基本完整的目标图像，相当于分别沿第一扫描方向A和第二扫描方向B全扫描。在一实施方式中，至少部分透明平台、可旋转反射镜、和固定反射镜设置为使得将第一角α1限定为至少部分透明平台和连接固定反射镜下边缘和第一扫描区域的第一边缘的光程之间的角，并将第二角α2限定为至少部分透明平台和连接第一方向和第二方向交叉点和第二扫描区域的第一边缘的光程之间的角，角α1和α2均大于预定阈值角α。
所述可旋转反射镜包括具有至少一反射表面的平面镜。在一实施方式中，所述可旋转反射镜具有多角镜。在一实施方式中，所述固定反射镜包括平面镜。在另一实施方式中，固定反射镜包括曲面镜。在一实施方式中，图像传感器包括线传感器、区域传感器及其组合中至少之一。在一实施方式中，所述光源包括激光、荧光灯管、发光二极管组件、钨灯、卤钨灯、卤灯、氙灯及其任意组合中至少之一。所述至少部分透明平台包括由至少部分透明材料构成的平板。在一实施方式中，所述至少部分透明平台包括玻璃板或者透明塑料板。
在另一方面，本发明涉及用于获得位于至少部分透明平台上的目标的图像的扫描仪，其中所述至少部分透明平台至少具有第一扫描区域和第二扫描区域，并且第一扫描区域和第二扫描区域的每个分别具有第一边缘和第二边缘。
在一实施方式中，所述扫描仪具有用于发光的至少一光源。而且，所述扫描仪具有至少一可旋转反射镜，所述可旋转反射镜用于接收来自第一方向的光并向第二方向反射所述光以扫描位于所述至少部分透明平台上的目标的部分图像，从第三方向接收扫描后的目标的部分图像并且向第四方向反射所述扫描后的目标的部分图像。而且，所述扫描仪具有至少一图像传感器，其用于从第四方向接收扫描后的目标的部分图像并输出对应于所述接收到的扫描后的目标的部分图像的电子信号。而且，所述扫描仪具有图像处理系统，其用于接收来自至少一图像传感器的电子信号并以数字格式记录该电子信号。所述扫描仪还具有位于至少一可旋转反射镜和至少一图像传感器之间光程上的至少一聚光透镜，以及用于旋转至少一可旋转反射镜的旋转装置。
所述至少一光源、至少一可旋转反射镜和至少一图像传感器设置为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°范围内，并且当所述至少一可旋转反射镜旋转时，所述至少一旋转反射镜改变光的第二方向从而优选地在所述至少一可旋转反射镜的仅一全程旋转中，所述光沿第一扫描方向A从第一扫描区域的第一边缘到第二边缘和沿第一扫描方向B从第二扫描区域的第一边缘到第二边缘依次扫描目标的连续部分图像。所述图像处理系统组合这里记录的部分图像以形成相当于分别沿第一扫描方向A和第二扫描方向B全扫描的基本上完整的目标图像。
在再一方面，本发明涉及用于获得位于至少部分透明平台上的目标图像的方法。其中通过多个边缘部分限定所述至少部分透明平台并且所述至少部分透明平台具有至少第一扫描区域和第二扫描区域。
在一实施方式中，该方法还包括在至少部分围绕至少部分透明平台的边缘部分形成具有多个标记的白色区域，所述各标记设置在所述白色区域的预定位置。所述多个标记中的每一个都是从所述白色区域中可以识别的。在一实施方式中，白色区域中的至少一部分适宜标准基准白色。所述方法还包括分别从第一扫描区域和第二扫描区域顺序扫描所述目标的连续部分图像的步骤，其中每个连续部分图像包括多个标记中至少之一的图像。而且，所述方法包括采用位于每个连续部分图像中多个标记至少其中之一上的图像作为基准以组合连续部分图像从而形成对应于第一扫描区域和第二扫描区域的全扫描的基本完整的目标图像。所述采用步骤还包括校正所形成的目标图像的步骤，并分别将白色区域的图像和多个标记的图像从校正后的目标图像中修剪掉从而获得所述目标图像的步骤。
在再一方面，本发明涉及用于获得位于至少部分透明平台上的目标图像的扫描仪，其中通过多个边缘部分限定所述至少部分透明平台并且所述平台至少具有第一扫描区域和第二扫描区域。
在一实施方式中，所述扫描仪具有多个标记的白色区域，其形成于所述至少部分透明平台的至少部分周围边缘部分，其中各标记设置在所述白色区域中的预定位置，并且多个标记都是从所述白色区域是可以识别的。在一实施方式中，所述白色区域的至少一部分适宜标准基准白色。而且所述扫描仪具有用于分别从第一扫描区域和第二扫描区域顺序扫描目标的连续部分图像的光学装置，其中每个连续部分图像包括多个标记中至少之一的图像。在一实施方式中，所述光学装置包括至少一图像传感器。所述至少一图像传感器包括线传感器、区域传感器及其组合中之一。所述扫描仪还具有图像处理系统，其用于采用位于每个连续部分图像中的多个标记中至少之一的图像作为基准以组合连续部分图像从而形成对应于第一扫描区域和第二扫描区域的全扫描的基本完整的目标图像。在一实施方式中，所述图像处理系统具有控制器，所述控制器通过分别将白色区域的图像和多个标记的图像从校正后的目标图像中修剪掉从而获得所述目标图像来执行校正所形成的目标图像的步骤。
在再一方面，本发明涉及用于获得位于至少部分透明平台上的目标图像的方法，其中所述至少部分透明平台具有多个扫描区域。在一实施方式中，所述方法包括顺序扫描分别来自所述多个扫描区域中各扫描区域的目标的连续部分图像并组合所述连续部分图像以形成对应于多个扫描区域的全扫描的基本完整的目标图像的步骤。
在一实施方式中，至少部分透明平台还具有多个标记，各标记设置在预定位置。各连续部分图像包括多个标记至少之一的图像。所述组合步骤包括采用在各连续部分图像中的多个标记至少之一的图像作为基准。
在另一方面，本发明涉及用于获得位于至少部分透明平台上的目标图像的扫描仪，其中所述至少部分透明平台具有多个扫描区域。在一实施方式中，所述扫描仪具有用于顺序扫描分别来自多个扫描区域中的各扫描区域的目标的连续局部图像的光学装置，以及用于组合从光学装置中接收到的连续部分图像从而形成对应于多个扫描区域的全扫描的基本完整的目标图像的处理装置。
在一实施方式中，所述光学装置包括至少一图像传感器。所述至少一图像传感器包括线传感器、区域传感器及其组合中至少之一。所述至少部分透明平台具有分别设置在预定位置的多个标记。每个连续部分图像包括多个用作基准的标记至少其中之一的图像，通过结合附图对优选实施方式进行以下说明将使本发明的所述和其他方面变得更加明显，在不脱离所述公开新颖概念的精神和范围内，这里可以对本发明进行一些变化和修改。
图1所示为传统基于可旋转反射镜的扫描仪的透视图；
图2所示图1所示扫描仪的示意性侧视图；图3所示为根据本发明一实施方式的扫描仪的示意性透视图；图4所示为图3所示扫描仪的示意性侧视图，具有对扫描仪的光学说明；图5所示为根据本发明一实施方式扫描仪的图像处理流程的方框图；图6所示为根据本发明一实施方式拥有具有多个标记的白色区域的至少部分透明平台的示意性仰视图；图7所示为根据本发明一实施方式采用标记识别扫描线位置的流程示意图(a)具有标记的至少部分透明平台的一部分，以及(b)具有不同位置的扫描线的标记的放大图像；图8所示为对应于图7的标记的图像的电子信号(a)-(d)分别对应于处于不同位置标记的图像的电子信号；图9所示为根据本发明一实施方式采用公共标记的图像的两个部分图像的预对准的示意图；图10所示为根据本发明一实施方式组合两个通过扫描仪扫描的部分图像的流程示意图(a)分别沿第一扫描方向A和第二扫描方向B扫描的两个部分图像，(b)部分图像的预对准，(c)这些部分图像的组合，并(d)部分图像的处理后的图像；图11所示为图像遮光强度校正过程的流程示意图；图12所示为根据本发明一实施方式扫描仪的(a)示意性透视图，以及(b)由扫描仪扫描后的两个部分图像的三维遮光强度分布；图13所示为遮光强度校正过程的示意图；图14所示为沿x轴提取的图13中遮光强度分布的截面图(a)遮光强度校正过程以前，以及(b)遮光强度校正过程以后；图15所示为沿y轴提取的图13中遮光强度分布的截面图；图16所示为根据本发明的一实施方式采用标记图像进行图像失真消除过程的示意图(a)和(b)示出如何产生坐标方格，(c)和(d)示出在失真图像上精细坐标方格的迭代过程，(e)和(f)示出如何对位于坐标方格内的P位置的像素坐标进行图像失真消除校正，(g)在还没有进行失真消除的失真图像中扫描线之间的不均匀的距离，以及(h)示出使存储的标记和坐标方格的坐标与标记和坐标方格的实际图像相匹配的过程；
图17所示为根据本发明的一实施方式扫描仪的示意图(a)扫描仪的侧视图，和(b)扫描仪的光学的几何图形；图18所示为根据本发明的一实施方式扫描仪示意图；图19所示为根据本发明的一实施方式具有遮光罩的扫描仪的示意性侧视图；图20所示为根据本发明的一实施方式扫描仪示意性侧视图；图21所示为根据本发明另一实施方式扫描仪示意性侧视图；图22所示为根据本发明可选实施方式扫描仪示意性侧视图；图23所示为计算图22中的弯曲辅助反射镜的曲率的几何图形；图24所示为根据本发明另一实施方式扫描仪的示意图；图25所示为根据本发明另一实施方式组合通过扫描仪扫描的三个部分图像过程的示意图(a)分别沿方向A、B和C扫描三个部分图像，(b)部分图像的预对准，(c)组合部分图像，以及(d)部分图像的处理后图像；图26所示为根据本发明另一实施方式的扫描仪的示意性侧面图；图27所示为根据本发明一实施方式组合通过扫描仪扫描后的两个部分图像过程的示意图(a)分别沿第一扫描方向A和第二扫描方向B扫描后的两个部分图像，(b)部分图像的组合，以及(c)部分图像的处理后图像；图28所示为根据本发明另一实施方式扫描仪示意图；图29所示为根据本发明一实施方式组合通过扫描仪扫描的四个部分图像的过程的示意图(a)分别沿方向A、B、C和D扫描四个部分图像，(b)部分图像的预对准，(c)部分图像的组合，以及(d)部分图像的处理后图像；图30所示为本发明扫描仪的不同实施方式的示意性侧视图(a)扫描仪的一实施方式，(b)扫描仪的另一实施方式，以及(c)扫描仪的再一实施方式；图31所示为图30(c)所示的扫描仪的眩光消除过程。
图32所示为根据本发明一实施方式的扫描仪示意图；图33所示为根据本发明再一实施方式的扫描仪的示意性侧视图；图34所示为本发明扫描仪的不同实施方式的示意图(a)扫描仪的一实施方式侧视图，(b)扫描仪的另一实施方式侧视图，以及(c)扫描仪的再一实施方式的仰视图；
图35所示为根据本发明另一实施方式的扫描仪示意图。
具体实施例方式
由于本发明中的大量修改和变型对于熟悉本领域的技术人员来说是显然的，因此在以下仅用于说明的实施例中更具体地描述本发明。现在详细说明本发明的各种实施方式。参照附图，在整个附图中相似附图标记表示相似部件。如下在说明书和权利要求书中所使用的，除非另有说明，“一(a)”、“一个(an)”和“这个”的含义包括复数涵义。而且，如下在说明书和权利要求书中所使用的，除非另有说明，“在......之内(in)”的含义包括“在......之内(in)”和“在......之上(above)”的涵义。
结合附图3-35说明本发明的实施方式。根据本发明的目的，作为具体和广泛的说明，一方面，本发明涉及用于获得位于至少部分透明的平台上的目标的图像的扫描仪。所述目标包括文档等。
参照图3和4，根据本发明一实施方式的扫描仪100包括至少部分透明的平台101、光源301、可旋转反射镜102、固定反射镜110、图像传感器104、聚光透镜317，以及图像处理系统120。
在示例性实施方式中，平台101具有第一扫描区域101a和第二扫描区域101b。所述平台101的每个第一扫描区域101a和第二扫描区域101b分别具有第一边缘101a1，101b1和第二边缘101a2，101b2。从第一扫描区域101a的第一边缘101a1到第二边缘101a2的长度和方向分别限定第一扫描长度L1和第一扫描方向A。此外，从第二扫描区域101b的第一边缘101b1到第二边缘101b2的长度和方向分别限定第二扫描长度L2和第二扫描方向B。在一实施方式中，第一扫描区域101a和第二扫描区域101b重叠从而形成重叠扫描长度为L3的重叠扫描区域101c。因此，所述平台101的实际扫描区域的扫描长度为L＝(L1+L2-L3)。所述扫描长度L表示所述扫描仪100所能捕捉的目标的最大图像长度。如图3所示，所述平台101具有至少部分环绕平台101的边缘部分101d形成的白色区域201，所述白色区域201具有多个标记203。每个标记203位于所述白色区域201的预定位置。多个标记203对于白色区域201是可识别的并且优选的具有诸如十字形的简单几何形状，在一实施方式中，所述多个标记203包括十字标记。所述平台101具有由至少部分透明的材料构成的平台。在一实施方式中，所述平台101具有玻璃板或者透明塑料板。
光源301用于发光105。如图4所示，光源301设置为当光源发射光束105时，所述光束105通过透镜319聚焦，通过反射镜306转向，然后该光束被分光器315转向为沿第一方向105a，从而到达可旋转反射镜102。所述光源301可以是激光器、荧光灯管、发光二极管(以下称为“LED”)组件、钨灯、卤钨灯、卤灯、氙灯及其任意组合中之一。对于荧光灯管和氙灯，需要在预定的位置设置用于将发出的光聚集并校准到预定方向的抛物线形罩。氙灯具有可见光波长范围为约400nm到约700nm的光谱和高输出功率。例如，Hamamatsu’s氙短弧灯，L2173和L2193(Hamamatsu Photonics，k.k.，Hamamatsu，Japan)具有35W的输出功耗。在一实施方式中，使用氙灯实施本发明。
可旋转反射镜102用于接收来自第一方向105a的光105并向第二方向105b反射所述光，以用于扫描诸如位于平台101上的文档的目标的部分图像，，并且可旋转反射镜102从第三方向105c接收扫描后的目标的部分图像并且向第四方向105d反射所述扫描后的目标的部分图像。在一实施方式中，第三方向105c与第二方向105b相对，并且第四方向105d与第一方向105a相对。在如图4所示的实施方式中，经由分光器315将反射到第四方向105d的目标的部分图像导向聚光透镜103然后到达图像传感器104。所述可旋转反射镜102包括具有至少一个反射面的平面镜，所述反射面与图像处理系统120耦合。在一实施方式中，可旋转反射镜102包括多角镜。在实施过程中，如图4所示，通过诸如旋转电动机的旋转装置107以预定方向106以恒定的角速度旋转所述可旋转反射镜102。所述角速度是可调的。
在可旋转反射镜102和平台101的第一扫描区域101a之间的光程上设置固定反射镜110，所述固定反射镜110用于接收沿第二方向105b从可旋转反射镜102反射出的光并且将从可旋转反射镜102接收的光沿第五方向105e反射向平台101的第一扫描区域101a，从而用于扫描目标在位置112的部分图像；并且所述固定反射镜110还用于接收来自与第五方向105e相对的第六方向105f的目标在位置112的扫描部分图像并且将所述目标在位置112的扫描部分图像沿第三方向105c反射向可旋转反射镜102。在一实施方式中，固定反射镜110包括平面镜。在另一实施方式中，固定反射镜110包括曲面镜。
设置平台101、可旋转反射镜102和固定反射镜110使得当旋转可旋转反射镜102时，可旋转反射镜102使第二方向105b的光沿第一扫描方向A从第一扫描区域101a的第一边缘101a1到第二边缘101a2和沿第一扫描方向B从第二扫描区域101b的第一边缘101b1到第二边缘101b2依次扫描目标的连续部分图像，优选地仅在可旋转反射镜102的一次全程旋转中可以实现上述扫描。在这种结构中，在平台101和光程109之间限定第一角α1，其中光程109连接固定反射镜110下边缘110b和第一扫描区域101a的第一边缘101a1。在至少部分透明的平台101和光程109b之间限定第二角α2，其中光程109b连接第一方向105a和第二方向105b的交叉点和第二扫描区域101b的第一边缘101b1。在该实施方式中，α1和α2均大于预定阈值角α。在一实施方式中，所述预定阈值角α对应于扫描仪图像失真的最差情况，并且事实上决定所述扫描仪的最小高度。和图1和2所示的传统扫描仪比较，假设本发明的扫描仪和传统扫描仪都具有同样的扫描长度和同样的最差图像失真，即α1＝α2＝α0＝α，本发明中图3和4中所示的扫描仪比传统扫描仪结构更紧凑，使得H＜H0。
图像传感器104用于接收由可旋转反射镜102反射并沿第四方向105d穿过聚光透镜103的目标的扫描部分图像并向图像处理系统120输出对应于接收的目标的扫描部分图像的电子信号。所述图像传感器104可以是线传感器、区域传感器或者其组合。对于采用线性图像传感器的扫描仪，所述线传感器的行处理速率对于提高扫描仪的扫描速度来说是必不可少的。例如，由日本东京NEC公司出品的μPD3747和μPD8670具有7400个像素并且数据输出速率为44MHz，换算成行处理速率为5.95KHz。这些线传感器用于在分辨率为300dpi情况实现每秒钟一页的扫描速度。来自DALSA公司的传感器DALSAIT-P1-2048的行处理速率为46KHz，该传感器可以用于在分辨率为600dpi的情况下实现每秒钟两页的扫描速度。也可以采用其它商用线传感器来实施本发明。
图像处理系统120用于从所述图像传感器104接收电子信号并以电子格式记录所述电子信号。所述图像处理系统120将其中记录的部分图像组合在一起形成基本完整的目标图像，这相当于分别沿第一扫描方向A和第二扫描方向B的全扫描。通过软件或者固件可以实施所述图像处理，并且通过与物理设置于扫描仪内部或者外部且与所述扫描仪通信的计算设备可以执行所述图像处理。在一实施方式中，所述图像处理系统120包括具有多个微处理器以及安装在其上的软件包的计算机。诸如Silicon Optics sxW1/sxW1-LX(Silicon Optics inc.，Salt Lake City，Utah)的商用微处理器速度足以满足在零点几秒钟内进行图像处理的需求。可以采用诸如Halcon(MVTEC Software GmbH，Müchen，Germany)的软件包可以将从图像传感器104接收到的电子信号处理为完整的目标图像。也可以使用其它微处理器、软件包和定制软件来实施本发明。
参照图5和6，首先具体参照图5，根据本发明第一实施方式的图像处理系统执行如下步骤步骤130，对从图像传感器接收的目标的扫描部分图像进行预处理，使独立的黑像素变白并使独立的白像素变黑从而提取称为基准图像的高梯度图像。在步骤132，采用基准图像校正所述图像。所述图像校正步骤包括图像组合步骤131、图像遮光强度校正步骤133和图像失真消除步骤135。在不同实施方式中这三个步骤131、133和135中的图像处理流程的顺序可以有所不同。以任何顺序，都需要将从文档扫描的部分图像组合在一起，需要校正遮光强度，并且需要消除图像失真。图5所示为图3和4所示的扫描仪图像处理系统120内的几个可能图像处理流程其中之一。
为了减少图像处理所需的时间，可以使用位于平台101的白色区域的多个标记将部分图像快速、可靠并准确地组合成完整图像，并且该标记还可以用于定时旋转反射镜的角坐标以及消除图像失真。白色区域的标准白度可以用作遮光校正的遮光强度基准。例如，如图6所示，将靠近扫描部分图像206和207的公共标记204和205的扫描部分图像206和207的重叠部分处理为基准图像。也可以将其他部分处理为基准图像。在提取的基准图像中的像素和原始扫描部分图像中的像素之间存在一一对应。基准图像的一像素对应着在同一位置的原始扫描图像中的一像素。准确地对准和组合该基准图像和组合就可以对准和组合原始扫描部分图像。由于在基准图像中重叠部分内的标记简洁而且预期的形状，因此可以快速而且可靠地执行对准以及组合基准图像的图像处理从而对准并组合原始扫描部分图像。在本发明的图像处理系统中上述的基准图像是可选的。还可以采用白色区域201上的多个标记203直接对准并组合目标的扫描部分图像。
在遮光强度校正步骤133进行遮光校正。由于存在几个部分图像并且所述部分图像的不同部分是以不同的视角以及不同的距离获得的。在一实施方式中，在从原始部分图像读取信号期间基于通过读取具有如图6所示的多个标记的基准白色区域获得的遮光数据执行遮光强度校正。由于和遮光变化原因类似的原因，扫描部分图像的不同部分具有不同的失真并且需要在图像失真消除步骤135中消除所述图像失真。最后，在图像修剪步骤134从处理后的图像中剪去白色区域的图像从而获得完整的、所需的目标图像。
对于平台式扫描仪，在图像扫描期间，需要手动将文档放到扫描仪上并从扫描仪上拿掉，即，存在扫描中断。所述扫描仪的扫描时间还包括手动将文档放到扫描仪上和从扫描仪上拿掉文档的时间。因此，和仅扫描几页文档相比，扫描大量文档的平均扫描速度要更慢。例如，在没有扫描中断的情况下，根据本发明一实施方式的扫描仪可以在10秒钟内连续扫描20页文档，或者在1分钟内扫描120页文档。因此，所述扫描仪的扫描速度是每秒钟2页。但是，如果手动操作扫描仪大约10分钟，会有具有大约5分钟的中断，那么总共只能扫描600页。那么对于大量文档操作的总体、有效扫描速度变为每秒钟一页。尽管上述的数量为假定情况，但是他们足以说明大量扫描的扫描速度大大低于几页文档的扫描速度。当在根据本发明的一实施方式的图像处理系统的存储器缓冲器中暂存扫描部分图像时，所述图像处理系统可以采用通过诸如USB端口、或者无线协议连接到扫描仪的计算机处理能力，例如，计算机也可以用于除图像处理以外的目的，不是必须专用于所述扫描仪。因此，这进一步降低扫描仪的成本。
为了进一步降低处理成本，如图6所示的多个标记，优选的每个均具有简单而且相同的几何形状，诸如十字形。在该结构中，如图7和图8所示，在图像处理系统中仅需要存储一些预定的简单图像信号图案，这些图案用于和从诸如图3和图4中扫描线112的扫描线中提取的实际信号进行比较，从而识别标记并识别扫描线相对于标记的相对位置。标记的简单形状可以降低图像处理系统中图像识别的工作量。另外，标记可以采用不同形状。
在扫描过程中，可旋转反射镜的旋转定时方法非常容忍由于制造工艺不准确或多年使用以后材料变形导致的扫描仪结构的几何误差。而且，不需要驱动可旋转反射镜的电动机(未示出)与扫描步骤一致。对于驱动电动机的唯一要求是以稳定角速度旋转。因此，可以以低成本制造本发明的图像扫描仪并且非常耐用。
此外，为了使物理反射镜旋转和电子图像处理之间实现轻松同步，可以以不止一次扫描来读取图像。由于可旋转反射镜的旋转可以实现比用户期望更快的扫描速度，因此这一点是可行的。因此，对于用户来讲采用两次或者多次扫描来实现文档扫描仍然很快。第一次扫描可以用于识别标记的位置并且用于与图像处理同步。第二次扫描用于实际地读取用于处理的图像。由于以稳定角速度旋转所述可旋转反射镜，因此当完成第一次扫描时，可以容易而准确地计算第二次扫描的开始时间。因此在第二次扫描中可以使可旋转反射镜的物理旋转和扫描图像的图像处理实现同步。可选地，如果使用两次扫描来捕捉扫描文档的一个图像，则第一次扫描和第二次扫描均可以捕捉所述文档的图像。在第一次扫描捕捉到的图像可以用作“预扫描图像”，使得图像处理单元计算出用于捕捉第二次扫描的必要调整。该方法还具有其它好处。可以使用所述计算后的光强调整改变第二次扫描的发光强度。例如，如果将LED用作光源，由于可以迅速打开或者关闭LED，因此可以通过施加不同的电源电压来迅速改变其光强。因此，可以提高通过第二次扫描所捕捉的图像质量。
在本发明中，对于用于扫描线定位和图像合成的方法，不需要相对昂贵的步进电动机、用于角坐标和速度测量以及速度控制的复杂机械装置。所述可旋转反射镜的旋转电动机的主要需求在于可以以匀速旋转。由图像处理系统承担可旋转反射镜角坐标和图像扫描处理之间的同步任务，该图像处理系统通过识别标记的位置定位扫描线的位置。该结构使用最少量的物理元件并且对本发明扫描仪的制造工艺精度具有较低的要求。
以下说明采用用于有效处理扫描图像的简单标记形状的进一步细节。
现在参照图7和8，首先参照图7，图中分别示出具有白色区域201的扫描区域101、标记209以及位于具有x-y坐标的图7(a)中圆区域208的放大图像。坐标xa、xb、xc、xd和xe分别是扫描线210的位置，宽度w3是所述白色区域201的宽度。宽度w1是所述十字形标记209其中一个臂的宽度。宽度w2是所述十字形标记209横向的宽度。坐标y1、y2、y3、y4、y5和y6分别是白色区域201外缘的位置、所述标记209水平臂外缘的位置、所述标记209的垂直臂外缘的位置、所述标记209的垂直臂内缘的位置、所述标记209水平臂内缘的位置、以及白色区域201的内缘的位置。图8(a)-8(e)分别示出图7的扫描线xa、xb、xc、xd和xe的I-Y平面图，其中I表示遮光强度。假设图像处理从位置y1开始并向y轴的反方向运行，用于识别扫描线位于位置xa所需的处理时间为t(ra)，其中ra是起始位置y1和位置y4之间的像素数量并且远小于位于位置xa处整个扫描线上的像素数量。由于图像处理时间和需要处理的像素数量成比例。像素数量越少意味着处理施加越短。具体地，只要系统检测从位置y1到距离y4的扫描线上提取的信号，那么处理逻辑电路可以认识到所述扫描线没有碰到图7所示的标记209。
如图8所示，由于rc＜rb＜ra，用于识别位于位置xb或者xc的扫描线的处理时间平均小于t(ra)。如图7所示，如果位于上一位置的扫描线210没有碰到标记209并且在所述扫描线210的当前位置xb，处理在从y1到距离y3处遇到从白到黑的扫描线210上信号强度的改变，分别如图8中Iw到Ib所示。然后处理逻辑电路认为扫描线位于如图7所示的标记209的上端。可以使用同样的判定逻辑决定扫描线xc、xd、xe的位置。
随着所述扫描线沿图3所示的扫描方向A和B通过整个扫描区域，还可以采用来自线传感器的信号构造扫描局部图案本身。由于在本发明的扫描仪中涉及的图像处理量，因此大大降低了计算量。图7和8中示出采用白色区域上的标记209检测扫描线210的位置的方式。当扫描线210位于位置xa时，整个扫描线210位于白色区域。如图8(a)所示，在位于白色区域201的反射表面的扫描线210上提取的图像信号是强度为Iw的白色。
当所述扫描线位于位置xb时，扫描线210与部分标记209交叉。如图8(b)所示，在位于白色区域210的反射表面的扫描线210上提取的信号具有宽度等于标记209宽度w1的暗片段。在位置xc，所述扫描线210与标记209的中部交叉。如图8(c)所示，从扫描线210提取的信号具有其宽度w2等于图7所示的整个标记宽度w2的暗片段。在图7和8中，w3表示白色区域201的宽度。如图8(d)所示，在位置xd，当限制在白色区域201范围时，从扫描线210提取的信号具有和位于位置xb一样的形状。在图8(e)中，在位置xe，当限制在白色区域201范围时，从扫描线210提取的信号具有和位于位置xa一样的形状。
由于标记的位置和形状是预定的并且存储在图像处理系统中，所述标记可以用于快速而且可靠地检测扫描线上任何像素的x坐标以及y坐标。具体地，如果已知扫描线相对于标记的位置，则通过插值法可以确定扫描线上任何像素的位置。
一旦确定了扫描线上每个像素的坐标和扫描线的坐标，则将多个扫描线组合为二维图像是一个快速而直接的过程。由于对于图像处理系统来说标记的位置和形状已知，所以形成二维图像的处理成本降低。
参照图9，根据本发明一实施方式的扫描仪扫描的两个部分图像211和212可以通过图像处理系统进行预对准。所述扫描部分图像211具有分别对应于位于图6所示重叠扫描区域200的相应白色区域中的标记204和205的标记图像214和215。所述扫描部分图像212具有分别对应于位于图6所示重叠扫描区域200的相应白色区域中的标记204和205的标记图像216和217。位于扫描部分图像211中的标记图像214和215以及位于扫描部分图像212中的相应标记图像216和217用于进一步对准两个图像211和212。在理想对准中，标记图像214和216应该完全重叠并且标记图像215和217也应该完全重叠。具有其周围白色区域的标记的简单几何形状和强烈的色彩对比使得部分图像在图5的组合步骤131中可以快速而可靠地对准。
如果所述两个部分图像没有共享诸如图6中标记204和205的公共标记则也可以以同样的方式执行部分图像组合步骤。
图10还示出由图3和4所示的扫描仪实施方式中通过文档的单个扫描周期获得一对部分图像的组合步骤。随着扫描进行，所述图像信号以通过方向A和B所表示的顺序进入图像处理系统。换句话说，沿方向A和B进行图像扫描，在可旋转反射镜的单个旋转过程中可以完成扫描A和扫描B。根据单独实施方式，在可旋转反射镜102的单个旋转过程中，可以在B之前扫描A或者在A之前扫描B。如图4所示，扫描A通过可旋转反射镜102和平面镜110获得图像。因此，扫描A产生如图10(a)所示的翻转图像。如图10(b)所示，需要对所述翻转图像进行再次翻转，然后如图10(c)所示，借助位于白色区域连接处的诸如1010和1020的标记和通过扫描B获得的其他部分图像组合。最后，如图10(d)所示消除图像失真。参照图5，在失真消除步骤135中消除失真。
参照图11-15，首先参照图11，示出为图5的遮光强度校正步骤133中为红-绿-蓝(以下称为“RGB”)模式提供的三个系统中之一的流程图。根据图5所示的示例性实施方式，从线传感器输出的图像信号包括二维部分图像，所述部分图像通过图5的图像组合步骤131组合成文档的完整扫描图像。如图11所示，所述遮光强度校正步骤133包括图像识别处理230、扫描地址产生处理232、遮光校正数据查找表(以下称为“LUT”)234、具有坐标的遮光校正数据238、和遮当步骤236。在一实施方式中，图像识别处理230用于识别在要处理的图像中的标记及其位置。然后，在扫描地址产生处理232中使用所述标记的位置以计算图像中每个像素的坐标。将计算出的坐标转换为遮光校正数据LUT 234中的地址。将查找到的遮光校正数据和遮光校正数据238的坐标一起发送给遮光处理单元236，其中使用来自白色区域图像的真实遮光数据计算所需的校正量并且相应地校正图像的遮光强度。
在图11所示的遮光校正处理133中对文档的扫描图像信号进行遮光校正。在图12到15中进一步示出关于遮光校正步骤的计算。图12(a)所示为根据图3和图4所示的本发明实施方式的扫描仪透视图。同时图12(b)示意性地示出扫描仪的扫描区域101内的遮光强度。对准图12(a)和12(b)以显示扫描区域101的区域206和207和相应遮光强度表面256和257之间的关系。遮光强度表面256表示在区域206的遮光强度，该区域包括206边缘的白色区域。遮光强度表面257表示区域207的遮光强度，所述区域包括位于207边缘的白色区域。
在图13中进一步说明在图11所示的遮光处理236步骤中涉及的计算步骤。作为实施例，曲线140表示位于图11的遮光校正数据LUT 234中以图形形式存储的遮光校正数据。这些数据的数值仅具有相对于彼此的意义。换句话说，该曲线是由在遮光校正处理中有用的遮光校正数据专用的曲线形状。当在图11的234中查找曲线的遮光校正数据时，所述曲线的端值与图13中白色区域的图像的实际遮光强度142匹配，其图形地表示白色区域图像的亮度数据。通过所述白色区域获得的图像测量实际遮光强度。根据曲线的端值调整曲线140上的所有数值同时保持曲线形状不变。这样，利用白色区域的图像所述曲线从140转换成144，144表示调整后的遮光强度校正数据。
如图13所示，基于曲线的两端的遮光强度值调整所有单独查找曲线并且诸如1310的曲线表示调整后的遮光强度校正数据，这些曲线形成图13的表面146。在图11的遮光校正数据LUT 234中沿x方向或者y方向均可以查找遮光校正曲线。需要进一步处理曲线表面使其“平滑”。如图13所示，所述曲线表面146的边缘148上的遮光强度是从所述白色区域的图像获得的实际遮光数据。该遮光数据校正过程的最后步骤是对每个位置(x，y)计算期望遮光强度表面150和测量遮光强度表面146之间的差值并采用这些差值校正原始文档图像的遮光强度。
图14所示为投影于I-X平面上的测量遮光强度表面和校正遮光强度表面的截面图。具体地，图14(a)所示为遮光校正前的亮度。曲线265和267表示部分图像263和264的遮光强度。图14(b)所示为遮光校正后的遮光强度。
图15所示为I-Y平面图，在图15中实线2010表示图12中部分测量遮光强度表面256的投影，并且在图15中虚线2020表示校正后遮光强度表面。
图16所示为根据本发明的实施方式采用具有标记的白色区域进行失真消除处理的示意性图像。还示出用于图像处理系统中产生、存储以及使用坐标方格的数据、用于将坐标方格对应到失真的原始图像，以及用于图像处理的方法以消除失真从而获得扫描文档的非失真原始图像。为了简化说明，在以下的说明中，术语“像素”用于表示位于图像上大约像素大小的小区域并且可以与图像上实际像素点相对应或者可以不与图像上实际像素点相对应。而且，为了方便，在以下的讨论中，没有或者具有很少失真的处理图像称为处理后图像，要进行失真消除处理的图像成为原始图像。
图16(a)示出如何产生坐标方格。通常，在原始图像中构成坐标方格的线不是直线，诸如1610。在图像处理系统中存在多种方式构造并存储这些线的数据。以下说明提供怎样构造并存储这些线的实施例。
为了获得构造坐标方格的数据，可以使用逆向工程方法。在扫描区域设置诸如图16(b)所示的不同于扫描仪上白色区域的基准白板1620，其白色区域具有诸如1630的黑色或者反射颜色的直线构成的足够细的方格。通过采用本发明的扫描仪获得该板的图像。在图16(a)中示出原始图像的坐标方格。通过将位于没有扫描的白板上诸如1630的坐标方格的坐标与已经进行扫描的诸如1640的白板的图像坐标进行比较可以获得用于构造坐标方格的数据。
在图像处理系统中通过几个方法中的一种方法存储坐标方格的数据。这些方法对于熟悉本领域的技术人员来说是公知的。例如，一种方法是存储坐标方格的线上的足够量的点的坐标。其他方法是和用于构造曲线(诸如样条曲线)的数据一起仅存储位于所述坐标方格上某些点的坐标以拟合这些点。这些方法都可以用来实施本发明。
图16(c)和16(d)示出借助位于所述扫描仪白色区域的标记形成位于扫描区域图像上的坐标方格的插值步骤。使用坐标方格帮助所述图像处理系统快速消除失真。第一步，如图16(c)所示，用多条线连接位于失真图像上的标记以形成诸如1605的粗略坐标方格，所述坐标方格具有相对大较大的方格尺寸并且锚定于各标记上。具体地，基于已知的标记坐标通过插值法计算位于诸如1605的粗略坐标方格上像素的坐标。然后，第二步，如图16(d)所示，基于位于在第一步时构造的诸如1605的粗略坐标方格上像素的坐标构造诸如1615的精细坐标方格。具体地，通过从已经在第一步中构造的粗略坐标方格上的像素的已知坐标进行内插计算位于精细坐标方格上的像素坐标。为了减少计算所需的存储器的大小，事实上仅计算和存储方格上某些选择点的坐标。重复这个过程基于上一步构造的坐标方格获得更精细的坐标方格。以下讨论假设在本发明的各种实施方式中坐标方格的两个级别可以为执行失真消除提供足够精度。
在失真消除步骤期间，首先计算处理后图像(转换的目标)中标记的坐标。然后，计算所述精细坐标方格的某些选择点位于粗略坐标方格上的处理图像中的像素坐标。此后，从原始图像计算出处理后的图像是一个很快的过程。图16(e)和图16(f)所示为关于坐标方格内任意像素P的失真消除的计算步骤，所述像素没有位于所述坐标方格的边缘。尽管不是必须，但是出于方便假设图16(e)中的坐标方格对于给定级的失真率是足够小的，从而使得第二级(更细，或更小的尺寸)的四个边缘基本上假设为直线。通过原始图像中四个角点00、01、10和11的坐标以及比率d1/d1’、d2/d2’、d3/d3’和d4/d4’确定原始图像中像素P的位置。如图16(f)所示，通过处理后的图像中四个相应角点00’、01’、10’和11’的坐标以及比率c1/c1’、c2/c2’、c3/c3’和c4/c4’确定同一像素P在处理后的图像中的位置。在失真消除前后保留该比例，即d1/d1’＝c1/c1’、d2/2’＝c2/c2’、d3/d3’＝c3/c3’、d4/d4’＝c4/c4’。因此，在计算出四个角点在处理后的图像中的坐标以后，用于获得像素P在所述处理图像中的坐标的计算量很小。由于方格内所述像素坐标的数据量远大于所述方格四个角点坐标的数据量，因此失真消除转换的计算非常有效。图16(a)和图16(b)示出采用上述处理方法进行部分图像失真消除步骤的全局视图。
图16(g)示出由于在旋转反射镜的不同角坐标的不同倾角导致的失真。该失真可以采用上面提到的坐标方格方法和诸如图16(a)所示的其它失真一起消除。
16(h)所示为将存储的坐标方格的坐标对应到所述失真原始图像以及已经从扫描文档提取的白色区域图像和标记的步骤的说明。采用上述提到的方法存储坐标方格，即，存储位于所述坐标方格线上的足够量的点(不是进行插值的点和函数的系数)。该步骤说明仅涉及所述失真图像的局部区域，但是应该理解可以在整个图像上执行同样步骤。在扫描过程中，通过扫描原始文档获得原始图像400。该原始图像400包括位于白色区域的的标记410、415和417的图像。线420、422、424和426是位于原始图像400上的坐标方格的原始图像。点450为位于存储的坐标方格上的点，在图像处理系统中已经存储了所述坐标方格的坐标。由于在扫描过程中出现失真，假设位于线路420上的点450脱离了原始图像400的线420。因此，需要将450“对应”到420上。对应过程的第一步是以图16(h)所示的箭头方向分别将存储的边缘标记点430、435和437对应到位于原始图像400上的标记410、415和417图像的实际位置。在完成对应时，将位于假设处于标记位置的存储的坐标方格上的所有点对应到所述原始图像的相应标记上。在第二步，将假设处于所述坐标方格边缘的其他点诸如440和445的存储坐标分别对应到位于坐标方格422和426的边缘的原始图像上的适当位置上。由于点440和445保持与点430、435和437的相对位置，因此所述对应步骤以原始图像上的标记位置为基础。此外，如图16(h)所示，将位于所述存储的坐标方格的内部线上的点450对应到位于原始图像坐标方格的线420上的适当位置(由于点450会保持与点430、435、440、445和437的相对位置不变)同时保持所述坐标方格的形状。
图16(a)-16(h)所示的多个步骤提出了用于在图像处理系统中存储坐标方格数据、用于将坐标方格对应到失真原始图像上、以及用于处理消除失真从而获得扫描文档的不失真原始图像的多个方法。可以快速地执行这些方法。除了构造坐标方格和将坐标方格对应到所述失真原始图像上需要额外计算以外，用于消除失真的大量计算还包括将像素数据逐一从所述失真原始图像中的位置拷贝到不失真的处理后的图像的相应位置。对于黑白图像，所述像素数据包括像素坐标和像素亮度。对于彩色图像，所述像素数据包括像素坐标和像素的红、蓝和绿光的亮度。粗略估算，如果图像由1028×768像素构成，通过采用786,000次像素拷贝操作即可实现失真消除。
如果通过位于扫描仪以外但与扫描仪相连的单独个人计算机执行的软件实施图像处理工作，现在中档的个人计算机时钟速度约为1-3GHz，对于高分辨率的图像在零点几秒钟内即可完成失真消除过程。如果所述扫描仪装备有其本身具有专用处理器的计算设备，由于从所述原始图像向处理后的图像拷贝像素数据的执行过程是很容易执行并行操作的操作类型，因此当并行执行所述图像处理时，可以进一步减少失真消除的执行时间。
构造坐标方格和将其对应到原始图像所需的额外计算量依赖于对失真消除的要求。如果假设基于所述粗糙方格构造的最精细方格近似为直线，由于假设在所述坐标方格中有序而且线性地组装这些像素，所述最精细方格的尺寸越大，采用直线前提引入的误差越大。反过来，所述最精细方格的尺寸越大，用于构造坐标方格以及将该坐标方格对应到原始图像上所需的计算量就越少。因此，失真校正的计算就更快。
采用用于实施失真消除的坐标方格的上述方法的优点还在于误差在整个图像上均匀分布从而不会明显影响所述处理后的图像的质量。
可以在制造或者调节(turn up)扫描仪时固定用于部分图像组合、失真消除和遮光校正计算的算法和数据。另外，在每个扫描运行期间可以基于标记图像和扫描出的或者预扫描的白色区域，动态地选择用于校正部分图像组合、失真消除和遮光校正计算的算法和数据。第二种方案使用更多的系统资源并可能导致扫描仪价格更昂贵。但是，第二种方案的优点在于和采用第一种方案的扫描仪相比采用第二种方案的扫描仪可以容许更大的变形、几何误差、亮度变化。在这两种方案中，所述计算步骤采用白色区域的“标准白”作为基准并且采用其上标记的位置作为计算的基础。
现在参照图17，示出根据本发明一实施方式的扫描仪。光源301发出光束。该发出的光束穿过透镜319聚焦然后分别被反射镜306和305反射。靠近图像光程105d设置反射镜305。在通过反射镜305反射后，具有限定边界的105a1和105a2的尺寸的光束在靠近图像光程105d的路径内传播，但是方向和105d相反。在光束被305反射后，光束到达可旋转反射镜102并且可旋转反射镜102反射该光束并使该光束在分别对应于前面边界105a1和105a2的边界105b1和105b2内部传播，所述光束进一步到达反射镜110并且所述反射镜110反射该光束并且使该光束在分别对应于前面边界105b1和105b2的边界106b1和106b2内部传播。如图17所示，设置所述光束的宽度、所述反射镜305到图像光程105d的接近程度以及所述反射镜305的角使得在整个扫描原始文档期间，限定在106b1和106b2之间的光束照射扫描区域101上的区域307，光束随扫描图像线112一起移动并总是覆盖扫描图像线112。换句话说，在扫描过程中照射位于或者靠近诸如112的扫描线附近的区域，其中在扫描期间所述扫描线是移动的。所述112的图像沿106a传播，并通过反射镜110反射后沿105c传播，然后通过可旋转反射镜102反射所述图像使其沿105d传播并到达光学传感器104。在105b1和105c之间限定的角等于180°+β。在105a1和105d之间限定的角等于180°-β。角β为-15°到15°范围内的值。优选的，角β值基本上接近于0。
图18所示为根据本发明的实施方式扫描仪照射示意图。在扫描期间照射光程105b具有相对于图像光程105c的恒定角β。所述两个光程仅在距离可旋转反射镜102某一距离处彼此交叉。可以选择该距离作为可旋转反射镜102和照射光程碰到在扫描区域101的一端1410的扫描区域的点之间的距离。换句话说，照射光程和图像光程均在同一位置1410碰到扫描区域，同时在所述扫描区域101的一端发生扫描。在扫描向所述扫描区域中心1450行进的同时，所述两个光程在具有轻微差别的位置诸如1420和1430碰到扫描区域。距离扫描区域中心越近，两个光程到达扫描区域101的位置距离越远。
这种现象产生两个效果。第一个效果是与扫描区域更中心位置的诸如1420、1430和1450的位置相比，可以更好地照射位于或者靠近1410的扫描线。原因在于照射光程在和位于扫描区域一端诸如位于位置1410的图像光程完全一样的位置碰到扫描区域。由于扫描区域的末端诸如1410的位置比靠近扫描区域中心的区域诸如位置1420、1430和1450需要更强的照射光，因此该效果有利于平衡对于扫描区域的照射强度。通过改变扫描光束的聚焦以及通过改变光程上的各种光源、反射镜和透镜的几何形状可以调整这种效果的程度。和弱聚焦光束相比，来自光源的光束聚焦越强就会在扫描区域上扫描线的附近产生越窄的照射区域。因此，如上所述，越强聚焦的扫描光具有越强的照射平衡效果，即，在当可旋转反射镜扫描诸如位置1410的扫描区域一端时扫描线的照射强度和当可旋转反射镜102扫描诸如位置1420、1430和1450的扫描区域中心时扫描线的照射强度之间的差异越大。越弱聚焦的扫描光具有越弱的照射平衡效果。
第二个效果在于当扫描位于或者靠近所述扫描区域中心时，根据几何光学的原理在扫描期间的任何点从光源到扫描区域然后回到光学传感器的光程即整个环形光程不能到达光学传感器。这意味着当在可旋转反射镜和扫描区域之间的图像光程的部分处于大约垂直方向时，来自用于支撑文档的文档支撑材料诸如玻璃或者文件上的任何光亮表面的强反射光不会大量涌入所述光学传感器。因此破坏图像质量的可能性很小。可以通过改变扫描光束的聚焦、改变扫描的角度范围并改变反射镜、光源、传感器等的位置来调节该效果的程度。
另一方面，在该结构中，在整个扫描过程中所述照射光程永远不会和图像光程平行。假设将“镜面反射”定义为来自所述扫描仪的文档支撑玻璃(或者支撑扫描文档的任何其它透明材料)的具有和照射光一样的入射角但是方向相反的反射光，即关于经过扫描区域照射光反射点的法线对称，这一点可以通过几何光学关于入射角和反射角的关系判定。当镜面反射没有碰到可旋转反射镜时(这发生在当扫描处于远离中心区域位置时)，不可能出现含有强的、不需要的强眩光的镜面反射在光学传感器遮蔽来自所述文档的真实图像光的情况。当镜面反射到碰可旋转反射镜时(这发生在当图像光程处于或者几乎与扫描区域垂直时的某些点)，由于镜面反射的光程不与图像光程平行(参见图18)，并且因为从可旋转反射镜到光学传感器的光程较长，所以镜面反射不能到达光学传感器。这样，可以消除由于镜面反射导致的可能的眩光。
上述用于消除上述在大约90度角的强眩光的替代或者补充方案为设置两个扫描照射结构，如果这样布置扫描照射，则所述光束永远不会接触到靠近或者处于扫描线位置的扫描区域表面并且所述光束与扫描区域垂直(即，和扫描区域呈大约90度角)，这样可以完全消除来自反射光的眩光。但是，这种方案具有一定的缺点，表现在和所述扫描仪的垂直尺寸比较，其扫描面积相对较小。原因在于在扫描区域和可旋转反射镜之间的图像光程部分不与扫描区域垂直。此外，所有透镜上的以及所述扫描仪的扫描区域上的防反射涂层也可以减少反射并提高图像质量。
图4和图17所示的两个照射装置在扫描进行过程中在位于以及靠近诸如112的扫描线处提供集束光。使用位于光源301和第一反射镜306之间的柱面透镜或透镜系统319聚焦由光源301发出的光并在诸如112的扫描线周围形成窄束高强度光。所述高强度光束使扫描仪可以进行高速扫描。
和图18所示的照射平衡效果比较，以下说明调节扫描区域照射强度的替代和/或补充方案。为了补偿所述在扫描期间光路长度变化以及扫描区域光路的角度变化的效果，可以通过可旋转反射镜的旋转角度随意地调制光源301的电源。更具体地，在如下步骤执行控制逻辑(1)通过实时识别局部扫描图像上的标记位置确定可旋转反射镜的角坐标；(2)使用检测到的角坐标查找该时刻所需的光强校正数据，然后使用该数据控制电源301的电源。通常，当光路较长并且光路对扫描区域的入射角较大时，所述光源301需要较多的功率。否则，光源301需要较少的功率。通过改变电源可以迅速改变LED光源的光强并且该光源适用于这种情况。
再一种用于替代或者补偿上述两种用于照射平衡的方法的方案为如图19所示的在可旋转反射镜102和扫描区域之间设置遮光罩1510。遮光罩1510在可旋转反射镜102旋转期间在不同的角度具有可变的透明度(未示出)。可以在不同角度使用不同透明度以调节扫描区域的光强以及传播回所述光学传感器104的反射光1910的量。
图20提出根据本发明一实施方式的扫描仪。在图20的图形中示出位于扫描仪内的图像光程(开始于扫描区域的扫描线结束于光学传感器)以及照射光程(开始于光源结束于扫描区域的扫描线)。透镜501和503将来自光源507的光聚焦在垂直距离窄且水平距离宽并且平行于扫描线的光束内。反射罩505将来自光源507的光集中到透镜503上。聚焦透镜521将从扫描线反射出的图像光和直接来自可旋转反射镜102的光聚焦到所述光传感器522上。不透明罩531由扫描区域101之外直接发出的杂散光使得照射扫描区域101上扫描线上的光仅来自可旋转反射镜102。和图4比较，图20的实施方式仅使用一个可旋转反射镜，没有诸如图4的平面镜110的附加反射镜。采用一个可旋转反射镜产生和所述扫描仪的垂直距离相比相对较小的扫描区域。或者，换句话说，对于同样大小的扫描区域，图20的垂直距离(厚度)相对较大。本发明的该实施方式的新颖性在于图17中说明的照射装置以及使用了白色区域和标记。如果有必要的话，可以在可旋转反射镜的上部设置图19中的遮蔽罩从而平衡整个扫描区域的光强。
如图20所示，使用荧光灯管507作为光源。荧光灯成本低、白光光谱好并且效率较高。但是，荧光灯会由于经过荧光灯管的调制电流导致闪烁。当前荧光灯技术采用可以产生频率约为25KHz到40KHz调制电流的高频电子镇流器。如果扫描区域长度为12英寸，扫描分辨率为600dpi(每英寸点数)，并且扫描仪一秒钟扫描一页，那么，在一秒钟内，扫描线总数为7,200并且闪烁总数为40,000(假设荧光灯的闪烁频率为40KHz)。每条线分配40000/7200＝5.5次闪烁。荧光灯的闪烁降低了扫描图像的质量。但是，分布在图像扫描线上的闪烁的随机特性使得在整个图像上闪烁并不明显。也可以使用其它类型的光源，诸如钨灯、卤钨灯、氙灯、发光二极管等。通常这些光源没有所述荧光灯具有的闪烁问题。因此当采用其它类型的光源时，扫描速度可以比采用荧光灯时的扫描速度更高。每个光源有其本身的优点和缺点。LED等可以瞬时开启和关闭，产生集中而且定向的光，并且不会产生很多热。但是，通常，LED效率不如荧光灯并且不是非常亮。氙灯具有很好的光谱、亮度很强，但是需要高压电源，这使其很昂贵并且体积较大。钨灯效率不高并且会产生很大的热量。由于钨灯是点光源，而荧光灯和LED是线光源，因此需要对反射罩和透镜进行复杂设计从而将点光转换为线性光束。卤钨灯比钨灯仅稍微高效并且具有和钨灯类似的问题。
图21提出根据本发明一实施方式的扫描仪。在该实施方式中，使用两个可旋转反射镜、两个光学传感器以及两个光源来实现大扫描区域同时保持扫描仪的垂直距离较小。和反射罩605一起，光源607、、透镜603、601产生强、窄并且集中的光束，所述光束平行于用于扫描的扫描线。通过诸如102的可旋转反射镜偏转所述光束，并将其投影到扫描线周围的扫描区域101上。聚焦透镜621将从位于扫描区域的扫描线上反射的图像光聚焦到光学传感器622。借助白色区域上的标记通过图像处理软件组合由两个可旋转反射镜扫描的两个部分图像，所述白色区域位于所述扫描区域的周围。在两个可旋转反射镜的旋转之间不需要精确的机械同步，只要所述两个可旋转反射镜可以在适度短的时间周期内扫描图像，例如，两个可旋转反射镜均适度快地旋转，并且所述图像处理系统可以及时捕捉所述两个部分图像并对他们进行处理。在图21国示出两个图像光程，从扫描区域101开始并终止于光学传感器622，以及两个照射光程，开始于光源607并终止于扫描区域101。如果必要的话，在两个可旋转反射镜上部在可旋转反射镜和扫描区域之间的位置可以设置如图19所示的遮光罩，从而平衡整个扫描区域的光强。
图22提出根据本发明另一实施方式的扫描仪。在该实施方式中，使用了一个可旋转反射镜和两个光学传感器。为了实现大扫描区域同时保持扫描仪的垂直距离较小，使用两个辅助反射镜701和703。尽管不是必须，但是优选的以曲面形状制造辅助反射镜701和703的表面。辅助反射镜的曲线形状的优点包括镜面表面积小、便于设置光学传感器和光源的几何结构以及扫描仪的整个垂直距离较短。如果必要的话，可以在可旋转反射镜下在可旋转反射镜102和两个辅助反射镜701和703之间设置如图19所示的遮光罩从而平衡整个扫描区域的光强。使用不透明罩707阻止来自可旋转反射镜102的杂散光直接发射到扫描区域之外。这样作是为了在用户操作扫描仪时保护用户眼睛不受伤害。
在图22中，通过用图形表示或者手动地准确制图确定所述弯曲辅助反射镜的曲率从而更易于图像处理系统对所述扫描图像进行失真消除、部分图像组合和遮光校正。曲面镜的形状并不唯一。
还可以通过计算算数地确定所述弯曲辅助反射镜的曲率。该计算的实施例如下。参照图22和23，点A是可旋转反射镜102的旋转中心2210。从点A反射的照射光并且在点D碰到曲面镜表面F。由于可旋转反射镜的直径不是0，该假设引入一较小误差。如果可旋转反射镜的直径足够小，即，所述可旋转反射镜足够“瘦长”，则对于该讨论可以忽略该小误差。假设通过函数y＝f(x)表示表面F在X-Y平面上的投影。DB是曲面镜F在D点的法线，所述法线经过D点并且与D点的切线f(x)垂直。假设角BDC(2420)＝角ADB(2410)并且X轴表示扫描区域101，则AD的斜率tan(θ1)＝f(x)/x并且DB的斜率为tan(θ2)＝-1/f′(x)。在θ1、θ2、x和f(x)之间可以建立如下关系1/tan(θ1)-1/tan(θ2)＝x/f(x)+f’(x)。
而且，从几何学可知，1/tan(θ1)-1/tan(θ2)＝AB/f(x)。
合并上述两个等式，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)然后对得到的等式两边求导，获得如下等式，d(AB)/d(θ1)＝d(x)/d(θ1)+f’(x)*df(x)/d(θ1)+f(x)*df’(x)/d(θ1)。
上述微分等式还可以写成d(AB)/d(θ1)＝d(x)/d(θ1)+f(x)/x*df(x)/d(θ1)+f(x)*d(f(x)/x)/d(θ1)。
作为设计目的，随着可旋转反射镜102的旋转，将角θ1变化并且线AD围绕点A旋转。在X轴上点C的运动速度v也是一个常数，即，dv/dθ1＝K1，其中K1是一常数，或者至少平稳地改变，即，d2v/d2θ1＝K2，其中K2是一常数。上述的第一目的近似为点B的运动速度相对于θ1为一常数，dAB/dθ1＝K3，K3是一常数，AB表示从A到B连线部分的长度。
在图23中，假设角速度θ1是常数，并且如果点B的运动速度设定为常数那么d2(AB)/d2θ1＝0，则上述微分等式可以转化为二阶微分等式并进行数字求解从而获得函数f(x)，该函数表示曲面镜所需的形状。由于积分导致函数f(x)会包含一些未知的常数。在实际机械设计中可以通过调节曲面镜701和703的端点位置确定常数。
图24提出根据本发明另一实施方式的扫描仪。和图4比较，图24中的扫描仪在平面镜110前具有附加平面镜160。设计平面镜160的大小、形状和位置使得反射镜160不会阻止从区域L1和L3到可旋转反射镜102的图像路径的任意部分。区域L2内的扫描文档的图像首先被平面镜2510反射然后被平面镜160反射向可旋转反射镜，最后该图像传播到线传感器104。附加平面镜2510和160延伸扫描区域长度为L2-L5。如果图24中的L1+L2+L3-L4-L5等于图4中的L1+L2-L3(使得两个扫描仪在他们的扫描区域具有同样的扫描长度)，并且图4中的α1和α2中的最小值等于图24中的γ1、γ2和γ3中的最小值(使得仅扫描文档但没有经过进一步图像处理的部分图像失真受到同样的斜度限制)，那么可以使图24的实施方式中的高度H小于图4实施方式中的高度H。因此，附加平面镜2510和160降低了扫描仪的高度，使本发明图像扫描装置的物理结构制造为更低的结构。角β1为在通过平面透镜110反射图像时可旋转反射镜的最大视角。角β2为在通过平面透镜2510和160反射图像时可旋转反射镜102的最大视角，角β3为当图像直接到达可旋转反射镜时可旋转反射镜的最大视角。
图25(a)-25(d)示出将从图24的扫描仪的原始文档中获得的部分图像组合并转化为原始文档的完整正视图的步骤。三个部分图像的扫描顺序为A、B和C，并且沿和A、B、C相关的箭头方向进行扫描。图25(a)示出通过扫描获得的三个部分图像。翻转176和177的扫描部分图像并且对于175、176和177互换位置，在图25(b)中示出结果。在图25(c)中，组合三个部分图像175、176和177。通过位置标记180、181、182和183的图像协助组合部分图像。具体地，180表示标记的两个图像，一个位于部分图像175上并且一个位于部分图像177上。从位于所述扫描仪的白色区域上的同一标记获得所述两个标记图像。当组合部分图像时两个所述标记图像重叠为一个图像。对于181、182和183也适用于同样的说明。
图26为本发明一实施方式的示意图。为了扩展扫描区域101的长度同时保持所述扫描仪的较低高度，本实施方式采用两个线传感器104和2705。α1和α2分别为通过反射可旋转反射镜102从线传感器104和2705看到的倾角。通过可旋转反射镜102反射位于扫描区域101上的扫描文档图像，并通过透镜103聚焦该图像，然后该图像到达线传感器104和2705。通过可旋转反射镜102的旋转实现扫描过程。视角β1对应于采用线传感器2705可以扫描的扫描区域上的最大距离L1。视角β2对应于采用线传感器104可以扫描的扫描区域上的最大距离L2。图26中的字母A和B表示对应于图26中可旋转反射镜旋转方向的扫描方向。当保持本实施方式高度H与图2一样时，则可以制造大于L的L1+L2-L3的扫描长度。图27示出将从图26的扫描仪的原始文档中获得的部分图像处理为原始文档的完整正视图的步骤。
图28所示为本发明的再一实施方式的示意图。该实施方式也采用两个线传感器104和2905。图26中实施方式和图28中的实施方式的区别在于使用两个额外的平面反射镜110和2910进一步扩展扫描区域的长度。通过平面反射镜110和2910反射位于扫描区域101上L1和L4区域中扫描文档的图像部分然后所述图像部分到达可旋转反射镜102。L2和L3区域中扫描文档的图像部分直接到达可旋转反射镜102。然后，从可旋转反射镜102反射出的图像通过透镜103到达线传感器104和2905。具体地，来自L1和L2区域的图像到达线传感器2905而来自L3和L4区域的图像到达线传感器104。角β1是在扫描区域上对应于距离L1的最大视角。角β2是对应于的距离L2的最大视角。角β3是对应于的距离L3的最大视角。角β4是对应于的距离L4的最大视角。距离L5、L6和L7分别表示相邻区域L1、L2、L3和L4的重叠区域。γ1、γ2、γ3和γ4分别是在区域L1、L2、L3和L4中观测图像内的最小倾角。如果图28中γ1、γ2、γ3和γ4的最小值等于图26中α1和α2的最小值(确保当第一次扫描文档时在施加图像处理以消除失真前，在两个扫描仪限制同等程度的失真)，并且图28的长度L1+L2+L3+L4-L5-L6-L7等于图27的L1+L2-L3(以确保两个扫描仪具有同样的扫描区域长度)，则可以使图28实施方式中的高度H低于图26实施方式中的高度H。A、B、C、D表示位于扫描区域101上扫描线的传播方向。当旋转可旋转反射镜时，可以沿和这些字母相关的箭头所示的方向以A、B、C、D的顺序扫描整个扫描区域。在A、B、C、D中的扫描顺序不是强制性的而且也不必在一个旋转过程中完成对文档的完整扫描。例如，在旋转一周期间，仅扫描范围L3。在另一次旋转期间，扫描L1。在再一次旋转期间，扫描L2。在又一次旋转期间，扫描L4。在该实施例中，花费四次旋转来实现一次完整扫描。
图29示出在本发明的实施方式中组合部分图像并消除失真步骤的实施例。具体地，在图29(a)中，通过扫描获得四个失真的部分图像。A、B、C、D表示扫描方向，即，扫描信号进入图像处理系统的方向。在图29(b)中，翻转对应于扫描方向A和D的两个部分图像。在图29(c)中，采用在连接区域中的标记组合四个部分图像。在图29(d)中，消除失真。如上所述，可以改变图像处理顺序。例如，在组合部分图像前可以在每个部分图像中消除失真。
由于本发明的扫描仪具有很高的扫描速度，他们适于将大量的文档扫描为电子格式的图像文件。当以高速扫描许多文档时，自然操作模式是不在扫描区域放置覆盖物来扫描文档。为了使操作人员更舒适，希望减少从扫描仪的扫描区域外发出的光量。通过仅在进行扫描时打开扫描灯并且采用某种类型的遮光设备阻挡在两次扫描之间的扫描光即可实现这一点。构造该遮光设备或者可以与扫描过程同步地操作扫描灯的开关对于熟悉本领域的技术人员来说属于公知技术，这里将不进行详细说明细节。
在图4和图17所示的第一和第二照射装置中，当光路垂直于扫描区域101表面时，从扫描区域101的表面可以反射意欲沿扫描线照射文本的光束，并且所述反射光可以沿和图像路径一样的路径传播，且都进入传感器。这样会产生眩光，在这里眩光定义为由于扫描光束和扫描区域的表面呈90度导致在扫描区域表面扫描光束产生很强的反射光的现象。眩光使初始扫描的图像质量变差。
此外，除了图18所述的方法以外，还存在多种用于避免发生这种现象的方法。图30(a)示出用于在图3和图4所示的本发明扫描仪第一实施方式中避免发生眩光的方法。可以限定最大视角β2使得当图像路径处于β2所表示的范围时，光路永远不会与扫描区域101的表面垂直。通过垂直线R表示所述垂直位置。图30(b)示出用于在图24所示的本发明扫描仪第二实施方式中避免眩光的方法。设置最大视角β2和平面镜2510和160的位置和角度使得达到通过反射镜2510扫描的最大限度的图像路径3105与垂直线R相交。如图24所示，在图像路径不与扫描区域的表面垂直的情况下可以扫描L2内的区域。而且，位于L2和L3之间的组合区域L5位于所述垂直线R的右侧。因此，在这种结构下，在任何位置光路都不会与扫描区域的表面垂直。
图30(c)所示为用于在图26所示的本发明扫描仪第三实施方式中避免眩光的示意性方法。由于可旋转反射镜具有某一厚度，由可旋转反射镜102反射出的扫描光的传播路径515以及其后从515a到515b到515c的路径将会在R1处于垂直位置。由可旋转反射镜102反射出的扫描光的传播路径525以及其后从525a到525b到525c的路径将会在R2处于垂直位置。使组合区域L3的跨度足以既包含位置R1又包含位置R2。光515在通过反射镜516和可旋转反射镜102反射后，光515在角坐标R1处出现眩光。但是，光525在通过反射镜526和可旋转反射镜102反射后，光525沿525d传播，在对应于位置R1的扫描区域表面没有发生眩光。
在图31中进一步示出从图26和30(c)中所示的扫描仪中获得无眩光的图像的详细步骤。部分图像3205和3215分别为图30(c)中的图像区域L1和L2。部分图像3205在位置R1周围的部分3230包含眩光并且可以通过位于3215上的相应部分3210代替。同样地，部分图像3215在位置R2周围的部分3220包含眩光并且可以通过位于3205上的相应部分3225代替。在代替后，部分图像3205和3215均没有眩光。
如图4和17所示，在可旋转反射镜的各种位置的图像路径长度改变导致位于图像传感器104上的透镜103的图像聚焦不够理想。通过折迭图像路径来扩展图像路径的长度缓解这一问题。在扩展图像路径长度时，降低了最长图像路径和最短图像路径之间的比率。该比率总是大于1。假设，如果最长图像路径为900mm并且最短图像路径为700mm，其比率为900/700＝1.286。如果最长图像路径和最短图像路径均扩展300mm，则其比率减少为(900+300)/(700+300)＝1200/1000＝1.2。图32示出扩展图像路径的优选实施方式。采用图24的扫描仪作为实施例，如图32所示，在要使用线传感器104的位置设置反射镜77。线传感器104接收通过反射镜77反射后的图像。在反射镜77和线传感器104之间设置聚焦反射图像的透镜103。因此，最长图像路径和最短图像路径同样扩展了反射镜77和线传感器104之间的距离。
图33示出根据本发明再一实施方式的扫描仪侧面示意图。所述扫描仪具有框架3500、透镜3505、区域传感器3510、光源3515以及反射罩3520。线路3525是所述区域传感器3510视角的边界。所述扫描仪具有位于扫描区域3550上的含有标记的白色区域。具有标记的白色区域用于将区域传感器3510获得的部分图像组合成完整图像。由于使用不止一个区域传感器，因此可以降低该扫描仪的“高度”。该设计的缺点在于来自光源的光会让操作人员感到不适。为了克服这一缺点，设计该扫描仪的另一版本并且图形示于图34(a)-(c)中。如图34(a)所示，该扫描仪具有框架3600、透镜3610、区域传感器3620、光源3630以及反射罩3640。由于操作人员通常站在嵌入光源3630的扫描仪的一侧，因此从图中可以看到操作者的眼睛3650不会直接看到由光源3630发出的闪光。而且图34(a)所示为扫描区域3660和所述区域传感器3670视角的边界。图34(b)示出从图34(a)中B1透视到的扫描仪结构。图34(c)示出在图34(a)中从B2另一透视到的扫描仪结构。在图34(c)中，示出白色区域3680和标记3690。
图35示出关于采用固定坐标和标记的本发明另一优选实施方式。在扫描仪的扫描区域101的内表面3704(面向反射镜和镜头的表面，与外表面3702相对)标出标记3710。当存在不止一个图像获取设备3720时，诸如镜头、光学传感器、面对扫描区域101的外表面3702设置的观察文档的反射镜、获得的文档的部分图像至少在位于区域3750重叠。通过调整3720的视角，标记3720的图像位于扫描区域101的内表面3704上，位于图像路径3730和3740的“组合边缘”之间，并且因此不在最终完整的文档处理图像中。
尽管已经示出了本发明的几个和替代实施方式，但是应该理解对于熟悉本领域的技术人员来说在不脱离上述说明书所讨论和陈述的内容和以下权利要求指定的基本范围的情况下可以对本发明进行某些变化。而且，所述实施方式仅用于说明本发明的原理并非用来限制本发明公开的范围。
权利要求
1.一种用于获得位于至少部分透明平台(101)上的目标的图像的扫描仪(100)，其中至少部分透明平台(101)具有第一扫描区域(101a)和第二扫描区域(101b)，并且所述至少部分透明平台(101)的第一扫描区域(101a)和所述第二扫描区域(101b)的每个分别具有第一边缘(101a1，101b1)和第二边缘(101a2，101b2)，扫描仪(100)包括a.适合于发光的光源(301)；b.可旋转反射镜(102)，用于接收来自第一方向(105a)光并向第二方向(105b)反射所述光，以扫描位于至少局部透明平台(101)上的目标的部分图像；所述可旋转反射镜还用于从与第二方向(105b)相反的第三方向(105c)接收扫描后的目标的部分图像并且向和第一方向(105a)相反的第四方向(105d)反射所述扫描后的目标的部分图像；c.固定反射镜(110)，位于所述可旋转反射镜(102)和至少部分透明平台(101)的第一扫描区域(101a)之间的光程上，所述固定反射镜用于接收从旋转反射镜(102)沿第二方向(105b)反射出的光并且向至少部分透明平台(101)的第一扫描区域(101a)反射所述从可旋转反射镜(102)接收到的光以扫描目标的部分图像，并且接收扫描后的目标的部分图像，然后以第三方向(105c)向可旋转反射镜反射所述扫描后的目标的部分图像；d.图像传感器(104)，用于从第四方向(105d)接收扫描后的目标的部分图像并输出对应于接收到的扫描后的目标的部分图像的电子信号；e.图像处理系统(120)，用于从所述图像传感器(104)接收电子信号并以数字格式记录所述电子信号；其中，所述可旋转反射镜(102)和固定反射镜(110)被设置为使得当所述可旋转反射镜(102)旋转时，所述可旋转反射镜(102)改变光的第二方向光(105b)使得在所述可旋转反射镜(102)的仅一全程旋转中，从固定反射镜(110)沿第五方向(105e)反射出的对应光沿第一扫描方向(A)从第一扫描区域(101a)的第一边缘(101a1)到第二边缘(101a2)和沿第一扫描方向(B)从第二扫描区域(101b)的第一边缘(101b1)到第二边缘(101b2)依次扫描目标的连续部分图像，其中，所述图像处理系统(120)将这里记录的部分图像组合在一起以形成基本完整的目标图像，相当于分别沿第一扫描方向(A)和第二扫描方向(B)的全扫描。
2.根据权利要求1所述扫描仪，其特征在于，还包括位于所述可旋转反射镜(102)和所述图像传感器(104)之间光程上的聚光透镜(103)。
3.根据权利要求1所述扫描仪，其特征在于，还包括用于旋转所述可旋转反射镜(102)的旋转装置。
4.根据权利要求3所述扫描仪，其特征在于，所述可旋转反射镜(102)包括具有至少一反射表面的平面镜。
5.根据权利要求3所述扫描仪，其特征在于，所述可旋转反射镜(102)包括多角镜。
6.根据权利要求1所述扫描仪，其特征在于，所述固定反射镜(110)包括平面镜。
7.根据权利要求1所述扫描仪，其特征在于，所述固定反射镜(110)包括曲面镜。
8.根据权利要求1所述扫描仪，其特征在于，所述图像传感器(104)包括线传感器、区域传感器及其组合中至少之一。
9.根据权利要求1所述扫描仪，其特征在于，所述光源(301)包括激光、荧光灯管、发光二极管组件、钨灯、卤钨灯、卤灯、氙灯及其任意组合中的至少之一。
10.根据权利要求1所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台(101)、所述可旋转反射镜(102)、和所述固定反射镜(110)设置为使得将第一角α1限定为所述至少部分透明平台(101)和连接固定反射镜(110)的下边缘(110b)和所述第一扫描区域(101a)的第一边缘(101a1)的光程之间的角，并且所述第一角α1大于预定阈值α。
11.根据权利要求10所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台(101)和所述可旋转反射镜(102)设置为使得并将第二角α2限定为所述至少部分透明平台(101)和连接所述第一方向(105a)和所述第二方向(105b)的交叉点和所述第二扫描区域(101b)的第一边缘(101b1)的光程之间的角，并且所述第二角α2大于预定阈值角α。
12.根据权利要求1所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台(101)包括由至少部分透明的材料构成的平台。
13.根据权利要求12所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台(101)包括玻璃板。
14.根据权利要求12所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台(101)包括透明塑料板。
15.一种用于获得位于至少部分透明平台上的目标的图像的扫描仪，其中，至少部分透明平台至少具有第一扫描区域和第二扫描区域，所述第一扫描区域和所述第二扫描区域的每个分别具有第一边缘和第二边缘，所述扫描仪包括a.适合于发光的至少一光源；b.至少一可旋转反射镜，用于接收来自第一方向的光并向第二方向反射所述光以扫描位于所述至少部分透明平台上的目标的部分图像，从第三方向接收扫描后的目标的部分图像并且向第四方向反射所述扫描后的目标的部分图像；c.至少一图像传感器，用于从所述第四方向接收扫描后的目标的部分图像并输出对应于接收到的扫描后的目标的部分图像的电子信号；以及d.图像处理系统，用于从所述图像传感器接收电子信号并以数字格式记录所述电子信号；其中所述至少一光源、至少一可旋转反射镜和至少一图像传感器设置为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°范围内的值，并且当所述至少一可旋转反射镜旋转时，所述至少一可旋转反射镜使得所述光的第二方向的改变从而使得在所述至少一可旋转反射镜的仅一全程旋转中所述光沿第一扫描方向(A)从第一扫描区域的第一边缘到第二边缘并且沿第二扫描方向(B)从第二扫描区域的第一边缘到第二边缘依次扫描所述目标的连续部分图像，所述图像处理系统组合这里记录的部分图像以形成基本上完整的目标图像，相当于分别沿第一扫描方向(A)和第二扫描方向(B)的全扫描。
16.根据权利要求15所述扫描仪，其特征在于，还包括位于所述至少一可旋转反射镜和所述至少一图像传感器之间光程上的聚光透镜。
17.根据权利要求15所述扫描仪，其特征在于，还包括用于旋转至少一可旋转反射镜的旋转装置。
18.根据权利要求17所述扫描仪，其特征在于，所述至少一可旋转反射镜包括具有至少一反射表面的平面镜。
19.根据权利要求17所述扫描仪，其特征在于，所述至少一可旋转反射镜包括多角镜。
20.根据权利要求15所述扫描仪，其特征在于，所述至少一图像传感器包括线传感器、区域传感器及其组合中至少之一。
21.根据权利要求15所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台包括由至少部分透明材料构成的平板。
22.根据权利要求21所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台包括玻璃板。
23.根据权利要求21所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台包括透明塑料板。
24.一种用于获得位于至少部分透明平台上的目标的图像的方法，其中通过多个边缘部分限定所述至少部分透明平台并且所述至少部分透明平台具有至少第一扫描区域和第二扫描区域，包括步骤a.至少部分围绕至少部分透明平台的边缘部分形成具有多个标记的白色区域，所述各标记设置在所述白色区域的预定位置；b.分别从第一扫描区域和第二扫描区域顺序扫描所述目标的连续部分图像，其中每个连续部分图像包括多个标记中至少之一的图像；以及c.采用位于每个连续部分图像中的多个标记中至少之一的图像作为基准以组合连续部分图像从而形成对应于第一扫描区域和第二扫描区域的全扫描的基本完整的目标图像。
25.根据权利要求24所述方法，其特征在于，所述白色区域中的至少一部分适宜标准基准白色。
26.根据权利要求24所述方法，其特征在于，所述多个标记中的各标记都是从所述白色区域中可以识别的。
27.根据权利要求24所述方法，其特征在于，所述采用步骤还包括校正所形成的目标图像的步骤。
28.根据权利要求27所述方法，其特征在于，所述采用步骤还包括从校正后的目标图像中分别修剪掉白色区域的图像和多个标记的图像从而获得所述目标图像的步骤。
29.根据权利要求24所述方法，其特征在于，所述至少部分透明平台包括由至少部分透明材料构成的平板。
30.根据权利要求29所述方法，其特征在于，所述至少部分透明平台包括玻璃板。
31.根据权利要求29所述方法，其特征在于，所述至少部分透明平台包括透明塑料板。
32.一种用于获得位于至少部分透明平台上的目标图像的扫描仪，其中通过多个边缘部分限定所述至少部分透明平台并且所述至少部分透明平台具有至少第一扫描区域和第二扫描区域，包括a.具有多个标记的白色区域，至少部分围绕至少部分透明平台的边缘部分形成，各标记设置在所述白色区域的预定位置；b.光学装置，用于分别从第一扫描区域和第二扫描区域顺序扫描目标的连续部分图像，其中每个连续部分图像包括多个标记中至少之一的图像；c.图像处理系统，用于使用每个连续部分图像中的多个标记中至少之一的图像作为基准以组合连续部分图像从而形成对应于第一扫描区域和第二扫描区域的全扫描的基本完整的目标图像。
33.根据权利要求32所述扫描仪，其特征在于，所述白色区域中的至少一部分适宜标准基准白色。
34.根据权利要求32所述扫描仪，其特征在于，所述多个标记中的各标记都是从所述白色区域中可以识别的。
35.根据权利要求32所述扫描仪，其特征在于，所述图像处理系统包括控制器。
36.根据权利要求35所述扫描仪，其特征在于，所述控制器还执行校正形成的所述目标的图像并从校正后的目标图像中分别修剪掉白色区域的图像和多个标记的图像从而获得所述目标图像的步骤。
37.根据权利要求32所述扫描仪，其特征在于，所述光学装置包括至少一图像传感器。
38.根据权利要求37所述扫描仪，其特征在于，所述至少一图像传感器包括线传感器、区域传感器及其组合中至少之一。
39.根据权利要求32所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台包括由至少部分透明材料构成的平板。
40.根据权利要求39所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台包括玻璃板。
41.根据权利要求39所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台包括透明塑料板。
42.一种用于获得位于至少部分透明平台上的目标的图像的方法，其中，所述至少部分透明平台具有多个扫描区域，包括步骤a.顺序扫描分别来自所述多个扫描区域的各扫描区域中的目标的连续部分图像；以及b.组合所述连续部分图像以形成对应于多个扫描区域的全扫描的目标的基本完整的图像。
43.根据权利要求42所述方法，其特征在于，所述至少部分透明平台还具有分别设定在预定位置的多个标记。
44.根据权利要求43所述方法，其特征在于，各连续部分图像包括所述多个标记中至少之一的图像。
45.根据权利要求44所述方法，其特征在于，所述组合步骤包括采用在各连续部分图像中的所述多个标记中至少之一的图像作为基准的步骤。
46.一种用于获得位于至少部分透明平台上的目标图像的扫描仪，其中所述至少部分透明平台具有多个扫描区域，包括步骤a.光学装置，用于顺序扫描分别来自所述多个扫描区域中各扫描区域中的目标的连续部分图像；以及b.图像的处理装置，用于组合从光学装置中接收到的连续部分图像从而形成对应于多个扫描区域的全扫描的基本完整目标图像。
47.根据权利要求46所述扫描仪，其特征在于，所述光学装置包括至少一图像传感器。
48.根据权利要求47所述扫描仪，其特征在于，所述至少一图像传感器包括线传感器、区域传感器及其组合中至少之一。
49.根据权利要求46所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台还具有分别设置在预定位置的多个标记。
50.根据权利要求49所述扫描仪，其特征在于，每个连续部分图像包括用作基准的所述多个标记中至少之一的图像。
51.根据权利要求46所述扫描仪，其特征在于，所述处理系统包括控制器。
52.根据权利要求46所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台包括至少部分透明塑料板。
53.根据权利要求52所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台包括玻璃板。
54.根据权利要求52所述扫描仪，其特征在于，所述至少部分透明平台包括透明塑料板。
全文摘要
一种用于获得位于至少部分透明平台上的目标图像的扫描仪，其中通过多个边缘部分限定所述平台并且所述平台具有第一扫描区域和第二扫描区域。在一实施方式中，扫描仪包括至少部分围绕具有多个标记的至少部分透明平台的边缘部分形成的具有多个标记的白色区域、用于分别从第一扫描区域和第二扫描区域顺序扫描目标连续部分图像的光学装置，其中每个连续部分图像包括多个标记中至少之一的图像，以及采用位于每个连续部分图像中的多个标记中至少之一的图像作为基准以组合连续部分图像从而形成对应于第一扫描区域和第二扫描区域的全扫描的基本完整的目标图像的图像处理系统。
文档编号G02B26/08GK1864088SQ200480029361
公开日2006年11月15日 申请日期2004年10月7日 优先权日2003年10月10日
发明者杨宇平 申请人:瑞龄光仪公司