非接触型图书扫描设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及文件扫描技术领域，尤其涉及一种用于图书影印、图书电子化存档、纸 质文字图像影印、古藉整理、其他非平整表面印刷品影印等场景的非接触型图书扫描设备。
【背景技术】
[0002] 扫描设备是将图书等纸质文件的图像信息输入计算机进行数字化存储的重要工 具。例如，图书扫描设备利用摄像技术将已有的纸质图书的每一页拍摄后数字化保存，以满 足未来直接阅读、再版影印、文字图像提取等可能用途。扫描设备包括接触型和非接触型 扫描设备；由于接触型扫描设备中需要将被扫描对象压放在扫描设备的玻璃平台上进行扫 描，可能会对图书造成损伤，现有技术中大量图书扫描设备为非接触型扫描设备。非接触型 图书扫描设备一般有手持式装置和固定式装置两种选择。
[0003] 手持式装置只需要有数字摄像功能的设备，如手机、数码相机即可。使用者手持这 些设备，将图书翻到需要扫描的页面，手动将设备维持在某个位置，按下快门，即可记录保 存当前页面的图像。手持式装置取材容易，实现简单。但相对于固定式装置，由于拍摄每一 页时相机的位置，光照条件都不确定的，所以拍摄的每一页图像的位置、角度、明暗都可能 存在差异。另外，手动式装置取景拍摄的速度也不如后者。
[0004] 固定式装置中将书架、摄像头以及照明灯通过底座和支架相对固定。使用者将书 置于书架上，翻到需要扫描的页，按下底座上的扫描按钮，支架上的摄像头和照明灯装置即 可以把拍摄保存当前页面的图像。固定式装置解决了手持式装置环境因素不确定的问题， 相对于前者，其拍摄质量和速度都有所提高。
[0005] 然而，现有的非接触型图书扫描设备，不论是手持式还是固定式，都是采用二维摄 像技术来采集书页的平面图像。如图1所示，由于本身的结构特点，图书在打开状态下，依 据其封装、厚薄、纸质的不同，书页或多或少都会有所弯曲。这种弯曲状态下拍摄出来的二 维图像也一定存在扭曲，进而造成扫描效果不好、图像识别度下降、用户阅读体验不佳。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中的部分或者全部问题，本公开提供一种扫描效果更好的非接触型 图书扫描设备，从而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或多 个问题。
[0007] 根据本公开实施例的一方面，提供一种非接触型图书扫描设备，包括：
[0008] -深度彳目息米集组件，面向一待扫描图书以米集其深度?目息；
[0009] -色彩信息采集组件，面向所述待扫描图书以采集其色彩信息；以及，
[0010] 一服务器终端，接收所述深度信息采集组件采集的深度信息以及所述色彩信息采 集组件采集的色彩信息；所述服务器终端包括：
[0011] -三维建模模块，用于基于接收的所述深度信息建构所述待扫描图书的三维网格 模型；以及，
[0012] -二维平展模块，用于基于所述待扫描图书的三维网格模型以及接收的所述色彩 信息恢复所述待扫描图书的二维平展图像。
[0013] 本公开的一种示例性实施例中，所述深度信息采集组件包括：
[0014] 结构光深度摄像组件、TOF深度摄像组件、基于三维激光扫描的深度摄像组件、 Kinect摄像组件或者RealSense摄像组件中的一种或多种。
[0015] 本公开的一种示例性实施例中，所述深度信息采集组件为结构光深度摄像组件， 其包括：
[0016] -结构光发射器，用于投射特定模式的结构光至所述待扫描图书，所述结构光被 所述待扫描图书的表面调制为一结构光三维图像；以及，
[0017] -结构光摄像机，用于对所述结构光三维图像进行采样，获取结构光被调制后的 纹理图像。
[0018] 本公开的一种示例性实施例中，所述特定模式的结构光为根据格雷灰度编码策略 生成的投影光栅。
[0019] 本公开的一种示例性实施例中，所述建构所述待扫描图书的三维网格模型包括：
[0020] 结构光摄像机标定步骤，以获取所述结构光摄像机的内外部参数；
[0021] 结构光发射器标定步骤，以获取所述结构光发射器的内外部参数；
[0022] 三维测距步骤，从所述结构光被调制后的纹理图像确定特征点信息并结合所述结 构光摄像机和结构光发射器的内外部参数输出三维点云；以及，
[0023] 三维重构步骤，对所述三维点云进行处理以生成一三维网格模型。
[0024] 本公开的一种示例性实施例中，所述结构光摄像机标定步骤中采用张正友棋盘格 算法。
[0025] 本公开的一种示例性实施例中，所述结构光摄像机标定步骤中采用角点提取算 法。
[0026] 本公开的一种示例性实施例中，所述三维测距步骤包括：
[0027] 根据所述结构光被调制后的纹理图像边缘信息、图像二值化以及图案结构信息确 定所述特征点对应的投影条纹在投影图案参考坐标系中的位置；
[0028] 根据特征点信息、所述结构光摄像机和结构光发射器的内外部参数，通过三角测 距原理计算各像素点三维空间坐标；以及
[0029] 计算所有所述特征点的三维数据并输出所述三维点云。
[0030] 本公开的一种示例性实施例中，所述三维测距步骤中对所述三维点云通过数据对 齐、数据排序、数据精简以及曲面重建算法进行处理，生成所述三维网格模型。
[0031] 本公开的一种示例性实施例中，所述恢复所述待扫描图书的二维平展图像包括：
[0032] 点云降采样步骤，用于通过降采样以降低后续运算涉及到的三维点云数量；
[0033] 粒子系统建模步骤，将降采样后的所述三维网格模型模拟为基于牛顿经典力学原 理的粒子系统模型；
[0034] 二维平展步骤，基于所述粒子系统模型将所述三维网格模型还原至二维平面；
[0035] 图像恢复步骤，将所述色彩信息对应至所述二维平面，得到所述待扫描图书的二 维平展图像。
[0036] 本公开的一种示例性实施例中，所述点云降采样步骤中采用空间单元格算法。
[0037] 本公开的一种示例性实施例中，所述粒子系统建模步骤中将三维网格模型的每个 顶点模拟为一个粒子，粒子之间通过虚拟弹簧连接。
[0038] 本公开的一种示例性实施例中，所述二维平展步骤中，模拟施加外力使所述三维 网格模型趋于二维平面网格，直至所述粒子系统模型内部能量最低。
[0039] 本公开的一种示例性实施例中，所述图像恢复中，计算所述色彩信息图像中各像 素点的三维空间坐标并将其映射到所述二维平展步骤中得到的二维平面网格。
[0040] 本公开的一种不例性实施例中，所述三维建模模块及/或二维平展模块中的部分 步骤或全部步骤通过软件方式实现或通过硬件方式实现。
[0041] 本公开的一种示例性实施例中，所述色彩信息采集组件为RGB色彩相机。
[0042] 本公开的一种示例性实施例中，所述非接触型图书扫描设备还包括：
[0043] 一自动翻页机构，用于在所述非接触型图书扫描设备对所述图书的当前页面扫描 完成后，自动将所述图书翻至其他页面。
[0044] 本公开的一种示例性实施例中，所述其他页面为所述当前页面的下一页。
[0045] 本公开示例性实施例所提供的非接触型图书扫描设备中，同时采集待扫描图书的 深度信息和色彩信息，并根据采集的深度信息和色彩信息建构所述待扫描图书的三维网格 模型以及进行二维平展恢复待扫描图书的