专利名称：带有速度补偿单元的图像扫描装置和补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种图像扫描装置和方法，特别是在扫描运动方向上进行失真补偿的装置和方法，通过记录高速扫描过程中速度变化曲线对图像变形进行补偿。
背景技术：
现有扫描设备其扫描原理基本相同，即通过光电转换元件(如(XD、C0MS、CIS等) 对文档进行的“一条线”扫描被称为“主扫描”，而将光电转换元件相对于原稿的平行移动的扫描输入称为“副扫描”。“副扫描”的实现方式包括平行移动光电转换元件和平行移动原稿两种。平行移动光电转换元件的方式多应用于低速产品，平行移动原稿则多应用于高速
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广 PFt ο平板扫描仪速度较低，其通常的结构包括取景台、安装主扫描器1并可以沿Y方向移动的主扫描器支架6，文档被放置在取景台上，主扫描器支架6勻速通过扫描区域由主扫描器1记录图像数据。由于扫描时文档运动速度的变化是导致图像失真的一个关键因素，而现有的解决方案则侧重于传动机构的改良、或者采用较复杂的传感器和运算器模块，甚至于牺牲扫描速度。
发明内容
本发明的目的则是针对上述现有技术的不足，为满足高速的图像采集需求，设计了一种用于扫描装置的速度补偿单元，可以对高速扫描时获得的图像数据进行速度补偿， 保证图像的质量。本发明的目的可以通过以下措施来实现本发明包括主扫描器1、用于移动文档的传动机构、文档扫描运动通道和速度补偿单元，速度补偿单元至少包括一个或一组安装在文档扫描运动通道一侧的扫描速度记录器2和运算模块。扫描速度记录器2用于全程拍摄文档通过主扫描器的过程中含有速度特征的摄像数据，扫描速度记录器2可以是CCD、CIS等光电转换元件。光电转换元件是线形光电转换元件8、或者矩形光电转换元件9、或者是前两者共同使用，光电转换元件可以与光学成像组件配套使用。运算模块可以采用单片机，运算模块根据扫描速度记录器2的摄像数据计算出文档通过主扫描器时Y方向的扫描速度变化参数曲线，并通过该参数曲线对运动方向上所产生的失真图像还原。在文档扫描运动通道面对扫描速度记录器2的另一侧，设置有辅助测定文档运动速度的背景挡板5，该背景挡板5可以是单色背景或者带有距离标记线的背景，扫描速度记录器2通过拍摄并分析背景区域的变化，获得扫描速度特征。本发明的有益效果为通过全程拍摄文档通过主扫描器的过程，可以最直接的计算文档的运动速度，并对运动方向上所产生的失真图像还原。既不需要精密的传动机构、也不需要复杂的传感器和运算器模块，即可实现高速扫描过程。由于降低了对机械传动系统精度的依赖性，大大提高了扫描仪的使用寿命。
图1为本发明的实施例的原理图示意图-模式1。图2为本发明的实施例的原理图示意图-模式2。图3为本发明的速度补偿单元的工作原理流程图-模式1。图4为本发明的速度补偿单元的工作原理流程图-模式2。图中1、主扫描器；2、扫描速度记录器；3取景台；5、背景挡板；6、主扫描器支架； 7、标志线；8、线形光电转换元件；9、矩形光电转换元件。
具体实施例方式下面依托本领域的基本常识，结合附图对本发明作进一步地说明本发明的带有速度补偿单元的图像扫描装置，主扫描器1扫描范围是X方向从Xl 到X2的虚线箭头所包括的范围。扫描速度记录器2安装在文档扫描运动通道一侧，安装方向垂直于主扫描器。扫描速度记录器2可以全程拍摄文档运动影像，并通过该运动影像对运动方向上所产生的失真图像还原。具体的实施手段有三种1.采用线形光电转换元件8，拍摄Y方向上一条线的影像，其范围为Y方向从Yl 到Y2的虚线箭头所包括的范围(如图1所示)；2.采用矩形光电转换元件9，从正向拍摄运动文档的局部矩形区域影像(如图2 中箭头Zi所示)，该结构适用于自动馈纸式扫描设备和平板式扫描仪；3.采用矩形光电转换元件9，从反向拍摄运动背景的局部影像(如图2中箭头Z2 所示)，该结构适用于平板式扫描仪，可以配合带有网格状条纹的背景挡板5以增强矩形光电转换元件9的判断准确性；由于仅拍摄文档运动的局部影像，拍摄速度和质量可以得到保障。运算模块可以安装在图像扫描装置的任意位置，与主扫描器1和扫描速度记录器2相联接，对失真图像进行分析和还原。具体方法如下1.主扫描器1以固定采样频率Fl在X方向拍摄文档图像，形成图像组LX，同时扫描速度记录器2以固定采样频率F2在Y方向拍摄文档运动影像或者背景运动影像，形成图像组LY ；2.通过运算模块逐一比对图像组LY中相邻的数据，计算出与采样频率F2对应的每一次采样Y方向产生的相对位移量，形成相对位移量数组；3.根据额定步进指标，从相对位移量数组中提取出符合要求的采样点数组，将这些采样点按Fl F2换算后，从图像组LX中提取对应的采样点数据顺序组合即可形成的文档图像；没有直接对应的采样点时，采取插值计算的方法合成图像数据。按200DPI的分辨率扫描幅面为X01*Y01英寸的文档为例，扫描后图像为Χ02*Υ02 像素(Χ02 = X01*200DPI, Y02 = Y01*200DPI)。正常扫描速度为V页/分钟，扫描设备最快和最慢的瞬时扫描速度为Vl和V2(V1 > V > V2)，扫描设备的传动系统产生的瞬时速度的差异(主要是最高瞬时速度和正常标定速度的差异)应可以控制在士30%之内。由于瞬
4时的速度差异造成了图像的失真，即图像在Y方向上产生拉伸或收缩，可通过速度补偿单元进行修正。X方向主扫描光电转换元件1摄像的分辨率应大于等于X2个像素，摄像速度应大于等于V*Y2桢/分钟。Y方向扫描速度记录器2摄像的分辨率应大于等于Y02个像素，摄像速度应大于等于V*Y2桢/分钟。Y方向拍摄的图像为背景图像，如果文档未进入扫描区域，则Y方向背景图像不会随文档运动而改变，当文档一侧边缘进入扫描区域后，Y方向的图像则随扫描的过程而改变。随着文档在Y方向上相对于主扫描器1不断移动，主扫描器1按固定采样频率Fl获取文档图像，从而形成一组图像LX，数量为η个(LXl，LX2，LX3，. . . LXn)，同时扫描速度记录器2按固定采样频率F2获取文档或者背景的运动过程的图象，形成另一组图像LY，数量为 m个(LYl，LY2，LY3，...LYm)。运算模块通过对LY图像组进行分析，抽取对应的LX图像组中有效的数据，重新组合而形成正式图像组LXX，最终将修正后的LXX图像组按顺序合并即可形成最终的文档图像。实施例1 对于平板式扫描仪，采用如图1所示的结构，将扫描速度记录器2固定在主扫描器支架6上，在扫描文档时扫描速度记录器2随同主扫描器支架6 —起移动拍摄Y方向的运动背景。扫描速度记录器2可以位于取景台的外侧或者主扫描器1的背面，与扫描速度记录器2对应的位置设置背景挡板5以辅助测定运动速度和位置。扫描速度记录器2用于拍摄扫描过程中背景档板5的运动影像，扫描速度记录器2所拍摄的背景区域是一个运动区域(非固定拍摄整个背景区域)，与其对应的背景挡板5可以采用等距或渐变的条纹。实施例2 对于自动馈纸式扫描仪，主扫描器1位置固定不动，由自动进纸器带动被扫描文档沿Y方向运动通过主扫描器1。在此情况下可采用如图2所示的结构，将一个或一组矩形光电转换元件9固定分布在主扫描器1周围的，用于获得扫描速度特征数据。如果采用线形光电转换元件8获取扫描速度特征，必须在Y方向预留较长的摄像区域，且最好采用平面作为背景，这些条件对于自动馈纸式扫描仪显得比较苛刻。而采用矩形光电转换元件9只需要拍摄有限的区域范围，即可通过相邻摄像数据的对比获得扫描速度特征数据，可以满足自动馈纸式扫描仪的应用需求。矩形光电转换元件9的拍摄方向与主扫描器1相同直接拍摄文档，通过相邻摄像数据的对比获得扫描速度特征数据；采用多个矩形光电转换元件9的原因是自动馈纸式扫描仪所扫描文档的宽度未知，沿X方向排布多个矩形光电转换元件9可以适应不同的宽度的文档。采用矩形光电转换元件后，所拍摄的影像不是一条线，而是一个矩形区域。其工作原理与公知的光电/激光鼠标中使用的光学定位传感器类似，通过一个放大型光学成像系统用较高的DPI标准拍摄很小的矩形区域，通过局部放大可以更准确的获取扫描位置的移动量。这种结构比较灵巧、采样频率高、适应性强，可以实时测定运动速度。而用多个矩形光电转换元件协同工作，可以互为校验，避免出现误差。矩形光电转换元件(9)的拍摄区域可以是长方形区域，为达到更好的提取Y方向运动速度特征的目的，可以将矩形光电转换元件(9)拍摄区域的长度方向与主扫描运动的Y方向保持相同，从而可以获得更多的Y方向的参考数据。实施例3 在低精度工作模式下，采用实施例1的结构，步进为1，运算模块的工作流程如图3 所示X方向主扫描光电转换元件1摄像速度设定为V*Y2桢/分钟，Y方向扫描速度记录器2摄像分辨率为Y02个像素O00DPI)，Y方向扫描速度记录器2摄像速度也设定为V*Y2 桢/分钟。两组元件同步进行摄像，形成两组数量相同的图像组(即m = η Υ02)。逐一对比分析LY的图像组，在正常速度下，应检测各相邻的图像中文档边缘会向前移动一个像素覆盖相应的背景，此时图像无须修正，直接将对应的LX图像存入正式图像组LXX。如扫描运动速度较快，累积误差超过1个像素时，会导致相邻的图像中背景位置向前移动超过一个像素；如扫描运动速度较慢，累积误差超过1个像素时，会导致相邻的图像中背景位置未向产生移动。对于高速产生的失真，计算相邻的前后两副正常的LX图像的平均值形成新的图像保存入正式图像组LXX作为弥补；对于低速产生的失真，将未检测到背景位置移动的对应的LX图像删除，或者计算属于同一位置的多副LX图像的平均值形成新的图像保存入正式图像组LXX作为弥补。最终将修正后的LXX图像组按顺序合并即可形成最终的文档图像。实施例4 在高精度工作模式下，采用实施例2的结构，步进为2，运算模块的工作流程如图4 所示X方向主扫描光电转换元件1摄像速度设定为V*Y02M桢/分钟，Y方向扫描速度记录器2摄像分辨率为400DPI，Y方向扫描速度记录器2摄像速度也设定为V*Y02M桢/ 分钟。两组元件同步进行摄像，形成两组数量相同的图像组(即m = η Υ02*2)。由于扫描设备的机械传动速度变化量是有限的，一般不会超过士30%。而由于LX 和LY的采样频率均提高了一倍或更多，所以可以用第一幅LYl图像作为参照，逐一对比分析LY图像组中的后续图像，从而找到所有相对应符合背景位置移动条件的LX图像保存入正式图像组LXX，LX图像组中其他不符合条件的图像可以舍弃。最终将经过筛选的LXX图像组按顺序合并即可形成最终的文档图像。具体实施时，可以采用其他的摄像速度和分辨率的组合，参考实施例3和实施例4 的工作流程，通过插值计算的方法完成对图像的修正。以上各实施例不是对本发明的具体限制，在不脱离本发明的权利要求书限定的范围，可以对该装置做出种种具体的修改。
权利要求
1.带有速度补偿单元的图像扫描装置，包括主扫描器(1)、传动机构，其特征是在于 该图像扫描装置包括一个速度补偿单元，所述的速度补偿单元至少包括一个或一组安装在文档扫描运动通道侧面的扫描速度记录器(2)和运算模块，其中扫描速度记录器(2)用于获得文档通过主扫描器(1)时含有速度特征的摄像数据，所述的扫描速度记录器( 是用于拍摄扫描速度特征影像的光电转换元件，运算模块根据扫描速度记录器( 获得的摄像数据计算出文档的扫描速度变化参数曲线，并通过该参数曲线对运动方向上所产生的失真图像进行还原；所述的扫描速度记录器( 中的光电转换元件是线形光电转换元件(8)、或者矩形光电转换元件(9)、或者是前两者共同使用，光电转换元件可以与光学成像组件配套使用。
2.根据权利要求1所述的带有速度补偿单元的图像扫描装置，其特征在于所述的矩形光电转换元件(9)拍摄的矩形区域是长方形区域，所拍摄区域的长度方向与主扫描运动的Y方向相同。
3.根据权利要求1所述的带有速度补偿单元的图像扫描装置，其特征在于在文档扫描运动通道面对扫描速度记录器O)的另一侧，设置有辅助测定文档运动速度的背景挡板 (5)，该背景挡板( 是单色背景、或者是带有距离标记线的背景、或者是网格状条纹背景。
4.根据权利要求1所述的带有速度补偿单元的图像扫描装置，其特征在于所述的矩形光电转换元件(9)固定分布在主扫描器(1)的周围，其安装方式有两种4.1.正向安装矩形光电转换元件(9)，矩形光电转换元件(9)拍摄方向与主扫描器(1) 相同直接拍摄文档的局部矩形区域的运动影像，通过相邻摄像数据的对比获得扫描速度特征数据；4.2.反向安装矩形光电转换元件(9)，矩形光电转换元件(9)的拍摄方向与主扫描器 (1)相反拍摄背景挡板(5)的局部矩形区域的运动影像，通过相邻背景摄像数据的对比获得扫描速度特征数据。
5.带有速度补偿单元的图像扫描装置的补偿方法，其特征在于在文档扫描过程中， 图像采集和图像补偿的具体方法如下5.1.主扫描器(1)以固定采样频率Fl在X方向拍摄文档图像，形成图像组LX，同时扫描速度记录器O)以固定采样频率F2在Y方向拍摄文档运动影像或者背景运动影像，形成图像组LY ；5. 2.通过运算模块逐一比对图像组LY中相邻的数据，计算出与采样频率F2对应的每一次采样Y方向产生的相对位移量，形成相对位移量数组；5. 3.根据额定步进指标，从相对位移量数组中提取出符合要求的采样点，将这些采样点按Fl F2换算后，从图像组LX中提取对应的采样点数据顺序组合即可形成的文档图像；当没有直接对应的采样点时，采取插值计算的方法用相邻的采样点数据合成图像数据。
全文摘要
带有速度补偿单元的图像扫描装置和补偿方法，包括主扫描器(1)、传动机构，其特征是在于该图像扫描装置包括一个速度补偿单元，所述的速度补偿单元至少包括一个或一组安装在文档扫描运动通道一侧的扫描速度记录器(2)和运算模块，其中扫描速度记录器(2)用于获得文档通过主扫描器(1)时含有速度特征的摄像数据，运算模块根据扫描速度记录器(2)获得的摄像数据计算出文档的扫描速度变化参数曲线，并通过该参数曲线对运动方向上所产生的失真图像进行还原。
文档编号G06T7/20GK102170513SQ20111005060
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者吴智翔 申请人:吴伟佳