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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Rahmenbildungshilfe
für eine
tragbare Dokumenterfassungsvorrichtung, wie z. B. eine Digitalkamera,
und insbesondere auf eine Rahmenbildungshilfe, die projizierte Strahlung
sichtbaren Lichts verwendet.
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Eine
Dokumenterfassungsvorrichtung, wie z. B. eine Digitalkamera, ist
mit einem optischen Sucher ausgestattet, der zum Auge hochgehalten
werden muss, wenn ein zu erfassendes Bild eingerahmt wird. Alternativ
dazu ist ein Bildanzeigefeld bereitgestellt, wie z. B. eine LCD-Anzeige,
die bezüglich
des Kamerakörpers
gewinkelt angeordnet sein kann. Es ist jedoch überraschend schwierig und zeitaufwendig, diese
herkömmlichen
Sucher zur Dokumenterfassung zu verwenden. Bei einer typischen Dokumenterfassungsaufgabe
wird es gewünscht,
ein Dokument zu erfassen, das auf einem Tisch liegt, während der
Benutzer sitzt. Selbst bei hoher Qualität durch den herkömmlichen
Linsensucher schaffen es Benutzer oft nicht, das Dokument richtig
einzurahmen, und betrachten das Dokument oft nicht orthogonal, wodurch
ein erheblicher perspektivischer Versatz in das erfasste Bild eingeführt wird.
Ferner ist es, obwohl ein LCD-Anzeigefeld bezüglich einer Betrachtungsrichtung
der Kamera gewinkelt angeordnet sein kann, für den Benutzer überraschend
nicht intuitiv, die Kamera durch ein Schauen auf das Bild an dem
LCD-Anzeigefeld exakt zu bewegen und zu positionieren. Somit ist
es erwünscht,
eine bessere Rahmenbildungshilfe für eine tragbare Dokumenterfassungsvorrichtung
zu liefern.
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Wenn
eine tragbare Vorrichtung, wie z. B. eine Digitalkamera, für eine Dokumenterfassung
verwendet wird, sollten drei in Beziehung stehende Faktoren einer
Ausrichtung zwischen der Vorrichtung und dem Dokument berücksichtigt
werden:
- – es
ist erwünscht,
dass das Dokument innerhalb des Sichtfeldes der Vorrichtung exakt
angeordnet ist, um ein ungewolltes Abschneiden zu vermeiden (oder
umgekehrt ein exaktes Abschneiden von unerwünschten Teilen des Dokuments
zu ermöglichen),
und um die Auflösung
des erfassten Dokumentbildes zu maximieren;
- – es
ist erwünscht,
dass das Dokument und die Vorrichtung um eine vorbestimmte Entfernung voneinander
beabstandet sind, um einen exakten Fokus zu ermöglichen; und
- – es
ist erwünscht,
Ausrichtungsunterschiede zwischen einer Objektebene des Dokuments
und einer Bildebene der Vorrichtung zu minimieren, um unerwünschte Bildeffekte,
wie z. B. perspektivischen Versatz, zu minimieren.
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Die
US 4,514,063 (für Wang u.
a.) beschreibt eine Abtastanordnung, bei der ein Muster auf ein
Dokument projiziert werden kann, um eine Anzeige des Teils des Dokuments
zu liefern, der abgetastet wird.
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Bei
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht ein Ziel
zumindest von bevorzugten Ausführungsbeispielen
darin, eine Rahmenbildungshilfe zu liefern, die bei einer schnellen
und exakten Dokumenterfassung behilflich ist. Ein weiteres Ziel
von zumindest bevorzugten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Rahmenbildungshilfe
zu liefern, die einen oder mehr der drei Faktoren zur Ausrichtung,
die im Vorhergehenden erwähnt
sind, angeht, und die bevorzugt alle drei dieser Faktoren gleichzeitig
angeht. Ein weiteres Ziel zumindest von bevorzugten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Rahmenbildungshilfe
zu liefern, die bezüglich
Struktur und Herstellung einfach und praktisch ist, und die einfach
und praktisch zu verwenden ist. Bei einem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung ergibt sich ein Problem dahingehend, dass es erwünscht ist,
die Leistungsaufnahme der Erfassungsvorrichtung zu minimieren, während eine
sichtbare Lichtausgabe maximiert wird, so dass das projizierte Muster
selbst bei relativ hellen Umgebungslichtbedingungen verwendbar ist.
Bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht ein Ziel
zumindest von bevorzugten Ausführungsbeispielen
darin, eine Mustererzeugungsvorrichtung zu liefern, die eine Lichtverwendung
bei einem projizierten Muster maximiert.
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Bei
einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ergibt sich ein
weiteres Problem dahingehend, dass es erwünscht ist, eine Rahmenbildungshilfe
zu liefern, die bei unterschiedlichen Entfernungen wirksam ist.
Zum Beispiel kann eine Erfassungsvorrichtung, die eine feste Pixelauflösung aufweist, verwendet
werden, um einen relativ kleinen Teil eines Dokuments mit einer
hohen Auflösung
zu erfassen oder das gesamte Dokument mit einer geringeren Auflösung zu
erfassen, indem die Vorrichtung in unterschiedlichen Entfernungen
von dem Dokument wirksam ist. Bei dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung
besteht ein Ziel zumindest von bevorzugten Ausführungsbeispielen darin, eine
Rahmenbildungshilfe zu liefern, die in unterschiedlichen Entfernungen
von einem Dokument wirksam ist.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Rahmenbildungshilfe
zur Verwendung bei einer Dokumenterfassungsvorrichtung geliefert,
die einen ersten Mustergenerator zum Erzeugen eines ersten sichtbaren
Lichtmusters und einen zweiten Mustergenerator zum Erzeugen eines zweiten
sichtbaren Lichtmusters aufweist, wobei die Dokumenterfassungsvorrichtung
(1) in einer vorbestimmten Entfernung und Ausrichtung bezüglich einer
Zielobjektebene angeordnet ist, um zu bewirken, dass das erste und
das zweite sichtbare Lichtmuster (14, 24) in Deckung
auf der Zielobjektebene ausgerichtet sind.
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Bevorzugt
sind das erste und das zweite Lichtmuster konvergent und auf der
Zielobjektebene ausgerichtet. Bevorzugt liegen das erste Muster
und das zweite Muster auf der Zielobjektebene völlig übereinander. Alternativ dazu
sind das erste Muster und das zweite Muster auf der Zielobjektebene
komplementär.
Bevorzugt liegen das erste Muster und das zweite Muster zumindest
teilweise auf der Zielobjektebene übereinander und sind zumindest
teilweise auf der Zielobjektebene komplementär.
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Bevorzugt
bestimmt das In-Deckung-Sein auf der Zielobjektebene des ersten
Musters und des zweiten Musters sowohl die Entfernung als auch die Ausrichtung
der Dokumenterfassungsvorrichtung.
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Bevorzugt
bestimmt zumindest eines des ersten Musters oder des zweiten Musters
ein Sichtfeld der Dokumenterfassungsvorrichtung. Bevorzugt bestimmt
das zumindest eine Muster explizit den Grenzrahmen. Alternativ dazu
bestimmt das zumindest eine Muster implizit den Grenzrahmen.
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Bevorzugt
ist zumindest eines des ersten Musters oder des zweiten Musters
bezüglich
eines Sichtfeldgrenzrahmens intern angeordnet.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Mustererzeugungsvorrichtung
zur Verwendung bei einer Rahmenbildungshilfe für eine Dokumenterfassungsvorrichtung
geliefert, wobei die Mustererzeugungsvorrichtung eine Lichtquelle
und ein Mustererzeugungselement zum Erzeugen eines Interferenzmusters
bei einem Lichtmuster, das auf eine Zielobjektebene projiziert wird, aufweist.
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Bevorzugt
ist das Mustererzeugungselement ein optisches Beugungselement. Bevorzugt
weist das Mustererzeugungselement einen Fächerwinkel von mehr als 50° in zumindest
einer Ebene, bevorzugter zumindest 75° und am bevorzugtesten etwa 90° auf.
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Bevorzugt
weist eine Rahmenbildungshilfe einen Entfernungsmesser zum Bestimmen
einer Entfernung zwischen der Bildebene und der Zielobjektebene
auf, wobei die Einstellungseinrichtung auf die Entfernung anspricht,
die durch den Entfernungsmesser bestimmt wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Positionieren einer Dokumenterfassungsvorrichtung bezüglich eines
Dokuments geliefert, das die Schritte eines Erzeugens eines ersten
sichtbaren Lichtmusters; eines Erzeugens eines zweiten sichtbaren
Lichtmusters; eines Bewegens der Dokumenterfassungsvorrichtung und/oder
des Dokuments derart, dass das erste und das zweite sichtbare Lichtmuster
sich auf einer Zielobjektebene, die das Dokument enthält, in Deckung
befinden, wenn die Dokumenterfassungsvorrichtung sich in einer vorbestimmten
Position bezüglich
der Zielobjektebene befindet, aufweist.
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Bevorzugt
befinden sich das erste Muster und das zweite Muster auf der Zielobjektebene
in Deckung, wenn die Dokumenterfassungsvorrichtung sich in einer
vorbestimmten Entfernung und Ausrichtung bezüglich der Zielobjektebene befindet.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung, und um zu zeigen, wie Ausführungsbeispiele derselben in
die Praxis umgesetzt werden können,
wird nun beispielhaft auf die beiliegenden Diagrammzeichnungen Bezug
genommen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht, die eine Dokumenterfassungsvorrichtung
und ein Dokument zeigt;
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2 eine
Aufrissquerschnittsansicht einer Erfassungsvorrichtung, die eine
Rahmenbildungshilfe umfasst, gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
schematische Ansicht einer bevorzugten Mustererzeugungsvorrichtung;
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4 bis 6 schematische
Ansichten, die Beispielmuster dar- stellen, die bei einem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
erzeugt werden;
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7 bis 9 schematische
Ansichten, die Beispielmuster dar- stellen, die bei einem zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
erzeugt werden;
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10 eine
schematische Ansicht, die Beispielmuster darstellt, die bei einem
dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel
erzeugt werden; und
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11 eine
perspektivische Ansicht, die Beispielmuster des dritten bevorzugten
Ausführungsbeispiels
bei Verwendung zeigt;
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12 bis 14 schematische
Ansichten, die einen Betrieb eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer Rahmenbildungshilfe darstellen.
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1 zeigt
eine Dokumenterfassungsvorrichtung 1 in einer idealen Position
zur Dokumenterfassung, die direkt über einem Dokument 2 angeordnet
ist, das auf einer flachen Oberfläche, wie z. B. einem Tisch,
liegt. Das Dokument 2 liegt in einer Zielobjektebene. Normalerweise
ist das Dokument 2 ein Papiermedium, es sei jedoch darauf
hingewiesen, dass das Dokument 2 eine große Vielzahl
von unterschiedlichen Formen annehmen kann. Dokumenterfassung bezieht
sich auf das Erfassen eines beliebigen geeigneten Objektbildes.
Zum Beispiel kann es erwünscht
sein, ein Bild eines Stücks
Gewebe oder eines Stücks
Holz zu erfassen, und beide befinden sich innerhalb der erwarteten
Verwendung einer Dokumenterfassungsvorrichtung. Das Dokument 2 ist idealerweise
im Wesentlichen planar, in der Praxis ist das Dokument jedoch oft
nicht planar. Zum Beispiel weisen die Seiten, die in einem großen Buch
gebunden sind, ein Seiteneinrollen auf, wenn das Buch geöffnet wird.
Nichtplanarität
des ursprünglichen
Dokuments kann kompensiert werden, nachdem ein Bild erfasst worden
ist. Um ein zufriedenstellendes Bild zu erfassen, ist es erwünscht, dass
die Erfassungsvorrichtung 1 relativ stabil gehalten wird,
wobei sich das Dokument innerhalb des Sichtfelds der Erfassungsvorrichtung
befindet, in einer Entfernung, die ein exaktes Fokussieren und Belichten
ermöglicht,
und im Idealfall in einer vorbestimmten Ausrichtung, wie z. B. so,
dass eine optische Achse der Erfassungsvorrichtung 1 normal
zu der Objektebene des Dokuments 2 ist. Die bevorzugten
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Rahmenbildungshilfe,
die im Folgenden genauer beschrieben wird.
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2 zeigt
eine Dokumenterfassungsvorrichtung 1, wie z. B. eine Digitalkamera,
die eine Bildfokussieroptikeinrichtung 3 und einen Bildsensor 4 aufweist.
Bei einer Digitalkamera ist der Bildsensor 4 geeigneter
Weise ein zweidimensionales CCD-Array oder ein CMOS-Array. Der Bildsensor 4 kann
jedoch eine beliebige geeignete Form annehmen, einschließlich photographischem
Film. Der Bildsensor 4 liegt in einer Bildebene. Andere
Elemente der Erfassungsvorrichtung, wie z. B. eine Leistungsversorgung,
Verschluss, Verschlussfreigabemechanismus, Hilfsbeleuchtung (Blitz)
und Benutzersteuerungen, sind für
die vorliegende Erfindung nicht direkt relevant und müssen hier
nicht im Detail beschrieben werden.
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Die
Dokumenterfassungsvorrichtung 1 ist geeigneter Weise eine
tragbare Vorrichtung, die zum Halten und Positionieren durch eine
oder beide Hände
eines Benutzers geeignet ist. Ein Tragerahmen (nicht gezeigt) kann
jedoch bereitgestellt sein, wie z. B. ein Stativ oder eine Halterung.
Praktischerweise ist der Tragerahmen angeordnet, um auf einer Trageoberfläche, wie
z. B. einem Tisch, zu ruhen, oder kann durch eine geeignete Struktur,
wie z. B. eine nahe gelegene Wand, getragen werden. Eine relative Position
kann durch ein Bewegen des Dokuments 2 oder der Erfassungsvorrichtung 1 oder
beider eingestellt werden.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, weist die Dokumenterfassungsvorrichtung 1 eine
Mehrzahl von Mustergeneratoren 10, 20 auf, jeder
zum Erzeugen eines sichtbaren Lichtmusters 14, 24 auf
einem oder um ein Dokument 2, das durch die Erfassungsvorrichtung 1 erfasst
werden soll.
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird die bevorzugte Anordnung
eines der Mustergeneratoren 10 genauer beschrieben. Der
Mustergenerator 10 weist eine Lichtquelle 11,
wie z. B. eine Laserdiode oder eine Sichtbar-LED, und ein Mustererzeugungselement 13 auf.
Das Mustererzeugungselement kann eine beliebige geeignete Form annehmen,
einschließlich
z. B. einer optischen Maske. Bevorzugt erzeugt das Mustererzeugungselement 13 ein
Interferenzmuster, derart, dass im Wesentlichen das gesamte empfangene
Licht als ein strukturiertes Lichtmuster projiziert wird. Somit
maximiert das Mustererzeugungselement den Wirkungsgrad des projizierten Lichts.
Das Mustererzeugungselement ist geeigneter Weise ein holographisches
optisches Element (HOE), bevorzugt ein optisches Beugungselement (DOE).
Bevorzugt umfasst der Mustergenerator 10 eine Kollimierungsoptikeinrichtung,
wie z. B. eine Kollimierungslinse 12. Das Mustererzeugungselement 13 und
die Lichtquellenfokussieroptikeinrichtung 12 können in
einer einzigen Einheit kombiniert sein. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
erzeugt das Mustererzeugungselement ein Muster, das einen Fächerwinkel
von mehr als 50° in
zumindest einer Ebene, bevorzugter mehr als 75° und im Idealfall etwa 90° aufweist.
Ein derartiger relativ großer
Fächerwinkel
ermöglicht,
dass das Muster, das durch den Mustergenerator erzeugt wird, z.
B. ein A4-Dokument in einer Entfernung von etwa 300 mm und sogar in
einer so großen
Nähe wie
etwa 200 mm einschließt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
das Muster, das in der Zielobjektebene erzeugt wird, geeignet in
der Größenordnung von
220 mm mal 330 mm dimensioniert. Vorzugsweise ist die Mustererzeugungsvorrichtung
vom Aufbau her einfach und kompakt. Das bevorzugte Mustererzeugungselement
ist relativ einfach und kostengünstig herzustellen.
Obwohl dieselbe zur Verwendung bei den Rahmenbildungshilfen, die
hier erörtert
sind, gut geeignet ist, ist die Mustererzeugungsvorrichtung auch
zur Verwendung bei anderen Rahmenbildungshilfen geeignet. Die Mustererzeugungsvorrichtung kann
verwendet werden, um ein komplettes Muster oder einen Teil eines
Musters zu erzeugen. Die Mustererzeugungsvorrichtung kann einzeln
oder mehrfach verwendet werden, wie bei den hier erörterten bevorzugten
Rahmenbildungshilfen.
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Ein
geeignetes kostengünstiges
optisches Beugungselement kann holographisch, photolithographisch,
durch die Verwendung eines Lasermustergenerators oder durch ein
anderes Mittel hergestellt werden. Eine geeignete Herstellungstechnik
ist z. B. in der
US 5,218,471 (Swanson
u. a.), „High
efficiency, multi-level, diffrative optical elements", beschrieben. Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet ein DOE, das durch eine elektronische
Strahlenmaschine hergestellt wird, die in der Lage ist, eine Merkmalsgröße von 0,25
Mikrometern aufzulösen,
um ein gewünschtes
Muster zu erzeugen, das einen relativ großen Fächerwinkel aufweist. Eine Entwurfsmethodik
zum Erzeugen eines DOE mit einem gewünschten Muster ist z. B. aus
den folgenden Dokumenten verfügbar: „Iterative
method applied to image reconstruction and to computer-generated
holograms", J.R.
Fienup, Optical Engineering, 19 (3), 1980, 297-305; und „Diffractive
optical elements; iterative calculation of quantised, blazed phase
structures", Frank
Wyrowski, Journal of the Optical Society of America A, v7 n6, 1990, 961-969.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, erzeugt der Mustergenerator 10 ein
strukturiertes Lichtmuster 14. Der zweite Lichtmustergenerator 20 ist
vom Aufbau her dem ersten Lichtmustergenerator 10, der
in 3 gezeigt ist, ähnlich und erzeugt ein zweites
sichtbares Lichtmuster 24.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 2 sind der erste und der zweite
Lichtmustergenerator 10 und 20 in einer beliebigen
geeigneten Position relativ zu der Erfassungsvorrichtung 1 befestigt.
Im Idealfall sind die Mustergeneratoren 10, 20 an
oder in einem Körper
der Erfassungsvorrichtung 1 befestigt, bevorzugt in einer
lateral voneinander beabstandeten Beziehung. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sind
die Mustergeneratoren 10, 20 praktischerweise auf
beiden Seiten der Bildfokussieroptikeinrichtung 3 angeordnet.
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Die
beiden Mustergeneratoren 10, 20 sind an der Erfassungsvorrichtung 1 um
eine vorbestimmte Entfernung voneinander beabstandet befestigt.
Die beiden Muster 14, 24 sind konvergent und auf
der Zielobjektebene in Deckung ausgerichtet, wenn die Erfassungsvorrichtung 1 in
einer vorbestimmten Entfernung und Ausrichtung bezüglich des
Dokuments 2 angeordnet ist.
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Beispielmuster
sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die 4-11 beschrieben.
Die zwei Muster können
identisch sein, derart, dass eine Ausrichtung über das gesamte Muster in der
Zielobjektebene erreicht wird. Das heißt, die beiden Muster werden übereinander
gelegt und liegen vollständig übereinander.
Alternativ dazu können
die beiden Muster komplementär
sein, wobei Teile der Muster angeordnet sind, um in einer vorbestimmten
Nebeneinanderstellung zu liegen. Zum Beispiel können zwei komplementäre Muster
jedes einen Punkt umfassen, der angeordnet ist, um mit einem entsprechenden
Punkt bei dem anderen Muster ausgerichtet zu sein. Ferner können die
Muster teilweise übereinander
liegen und teilweise komplementär
sein. Die Beispielmuster der 4-11 sind
nur zur Veranschaulichung gezeigt, und viele andere Muster können verwendet
werden, wie es für
den Fachmann ersichtlich ist.
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Es
ist erwünscht,
die Grenze des Sichtfeldes der Dokumenterfassungsvorrichtung 1 einzurahmen, um
dem Benutzer eine explizite visuelle Rückmeldung zu geben. Die 4-6 veranschaulichen ein
erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel,
wobei die beiden Muster 14, 24 jedes explizit
die Grenze des Sichtfelds bestimmen. Abhängig von der gewünschten
Arbeitsentfernung kann dies einen relativ großen Fächerwinkel von über 50° bis zu etwa
90° erfordern. 4 zeigt
ein erstes Beispiel, bei dem beide Muster einen vollständigen Kasten
bilden. 5 zeigt ein zweites Beispiel,
bei dem eines der Muster einen vollständigen Kasten bildet und das
andere vier Eckmarkierungen, wie z. B. Kreuze oder alternativ dazu
L-Formen, bildet, wie es gezeigt ist. 6 zeigt ein
drittes Beispiel, das zwei komplementäre Kreuzmuster verwendet.
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Die
beiden Muster liefern dem Benutzer eine einfache und praktische
visuelle Rückmeldung,
um die Entfernung zwischen der Bilderfassungsvorrichtung 1 und
dem Dokument 2 einzustellen. Falls die Entfernung nicht
richtig ist, sind die beiden Muster nicht ausgerichtet. Falls ferner
die Ausrichtung der Erfassungsvorrichtung 1 nicht richtig
ist, befindet sich selbst bei der richtigen Entfernung ein Teil
der Muster nicht in Deckung. Falls z. B. die Erfassungsvorrichtung
derart gedreht wird, dass die optische Achse sich nicht in einer
vorbestimmten Ausrichtung befindet, wie z. B. normal zu der Ebene
des Dokuments 2, dann werden die Muster schief projiziert.
Die Muster mit einem großen
Fächerwinkel
der 4, 5 und 6 heben
selbst kleine Fehler bei Entfernung oder Ausrichtung hervor.
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Wenn
das Dokument 2 im Wesentlichen planar ist, wie z. B. ein
einzelnes Blatt Papier, das auf einem Tisch liegt, dann funktioniert
das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel
sehr gut. Bevorzugt ist der Grenzrahmen bei Verwendung angeord net,
um gerade außerhalb
des Dokuments 2 zu liegen, und kann auf eine Trageoberfläche, wie
z. B. einen Tisch, projiziert werden. In der Praxis kann das Dokument 2 jedoch über oder
unter einem umgebenden Bereich positioniert sein. Dieses Problem
ergibt sich, wenn es z. B. gewünscht
wird, eine Seite eines dicken gebundenen Buches zu erfassen. Der
Grenzrahmen wird um die Seite projiziert und ist in einer Ebene
sichtbar, die sich näher
bei und/oder weiter weg von der Zielobjektebene des zu erfassenden
Dokuments befindet. Dieses Problem wird durch ein zweites bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
angegangen, das unter Bezugnahme auf die 7-9 beschrieben
wird.
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Bei
einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel,
das in den 7-9 dargestellt
ist, wird die Rahmenbildung des Dokuments 2 implizit bestimmt.
Das heißt,
durch ein Ausrichten der beiden Muster 14, 24 über einem
Innenabschnitt des Dokuments 2 ist bekannt, dass sich die
Erfassungsvorrichtung 1 in einer vorbestimmten Entfernung
und Ausrichtung befindet, und das Dokument 2 wird eingerahmt,
um in dem Sichtfeld der Bilderfassungsvorrichtung zu liegen. Es
hat sich als sehr praktisch für Benutzer
herausgestellt, sich auf zwei relativ kleine Muster zu konzentrieren,
die zu der Mitte des Dokuments 2 projiziert werden, da
der visuelle Winkel relativ klein ist. Ferner sind die beiden relativ
kleinen Muster relativ hell und erfordern relativ schmale Fächerwinkel
zum Projizieren. Überraschenderweise sind
Benutzer in der Lage, eine Mitte des Dokuments 2 mit großer Exaktheit
zu finden.
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Die
mittig projizierten Muster 14, 24 können vollständig übereinander
liegen, wie bei dem Beispiel eines Kreuzes in 7 oder
eines Kastens, wie es in 8 gezeigt ist. Alternativ dazu
können
die Muster 14, 24 komplementär sein, wie es in 9 gezeigt ist.
Bei dem Beispiel von 9 wird eine korrekte Ausrichtung
festgestellt, wenn die beiden Muster in einer bestimmten Nebeneinanderstellung
liegen, wie z. B. wenn jeder Arm eines Kreuzmusters 14 sich nahe
benachbart zu einer Seite eines Kastenmusters 24 befindet.
Das mittig angeordnete Muster kann ausgewählt werden, um bei einer impliziten
Bestimmung des Sichtfeldes behilflich zu sein. Zum Beispiel kann
das Muster, wie z. B. das Kastenmuster 24 von 9,
parallel zu jeder Kante eines rechteckigen Dokuments positioniert
sein.
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Bei
einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist ein mittig angeordnetes Muster, wie es durch die 7-9 dargestellt
ist, mit einem Muster eines großen
Fächerwinkels
kombiniert, wie es durch die 4-6 dargestellt
ist, um die Vorteile beider Lösungsansätze zu kombinieren.
Wie es in 10 gezeigt ist, kann das erste
Muster 14 sowohl eine Grenzmarkierung als auch eine Mittenmarkierung
aufweisen, während
das zweite Muster 24 nur eine komplementäre Mittenmarkierung
aufweist.
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Die
Muster 14, 24 der 4-10 sind
zur Vereinfachung der Erläuterung
getrennt gezeigt. Bei Verwendung sind die Muster konvergent und
in Deckung in der Zielobjektebene ausgerichtet. Unter Bezugnahme
auf 11 sind die Beispielmuster von 10 so
gezeigt, dass dieselben durch eine Dokumenterfassungsvorrichtung 1 auf
ein Dokument 2 projiziert werden. Bei diesem Beispiel ist
das Dokument 2 ein Papiermedium in A4-Größe und enthält Text
und/oder Bilder. Bei Verwendung wird die Erfassungsvorrichtung 1 durch
den Benutzer in einer Hand oder wahlweise in beiden Händen gehalten,
derart, dass die die strukturierten Lichtmuster 14, 24 auf
das Dokument 2 projiziert werden. Die Erfassungsvorrichtung 1 wird
relativ zu dem Dokument 2 bewegt, bis sich die projizierten
Muster 14, 24 auf der Objektebene des Dokuments 2 in
Deckung befinden. Dies kann ein Einstellen der Entfernung zwischen
der Erfassungsvorrichtung 1 und dem Dokument 2 oder
ein Einstellen der Ausrichtung der Erfassungsvorrichtung bezüglich der
Oberflächenebene
des Dokuments 2 oder eine Kombination von beidem umfassen.
Ein Einstellen der Ausrichtung umfasst ein Einstellen der Ebene
der Erfassungsvorrichtung durch Dre hung und eine Bewegung innerhalb
einer Ebene, die zu dem Dokument 2 parallel ist.
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Vorzugsweise
kann der Benutzer die Erfassungsvorrichtung 1 nur durch
ein Betrachten der projizierten Muster 14, 24 positionieren.
Der Benutzer kann die Erfassungsvorrichtung 1 durch ein
Verwenden nur von Hand- und Armbewegungen und mit einer minimalen
Bewegung des ganzen Körpers
positionieren, derart, dass die Erfassungsaufgabe ohne weiteres
erreicht werden kann, während
derselbe an einem Tisch sitzt. Es hat sich herausgestellt, dass
die Zeit, die benötigt
wird, um die Dokumenterfassungsaufgabe durchzuführen, bei Verwendung der Rahmenbildungshilfe,
die im Vorhergehenden beschrieben ist, relativ kurz ist, verglichen
mit herkömmlichen Sucherrahmenbildungsverfahren.
Bei praktischen Ausführungsbeispielen
der Erfindung kann auf den Sucher komplett verzichtet werden. Dies
ermöglicht eine
viel größere Entwurfsfreiheit,
um die Form der Erfassungsvorrichtung zu bestimmen.
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Wenn
der Benutzer mit der Position der Erfassungsvorrichtung 1 zufrieden
ist, wird ein Verschlussfreigabemechanismus bedient, um ein Bild des
Dokuments zu erfassen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird ein Zweistufenverschlussfreigabeknopf
verwendet. Bei einer ersten Stufe wird eine Projektion der Muster 14, 24 zusammen
mit anderen erwünschten
Vorbildaufgaben, wie z. B. Selbstbelichtung und Selbstfokussierung
der Bildfokussieroptikeinrichtung 3, aktiviert. Die zweite
Stufe aktiviert die Erfassung, z. B. durch ein weiteres Herunterdrücken des
Verschlussknopfes. Die Lichtmuster können während der Dokumenterfassung
abgeschaltet werden und können
sofort nach der Erfassung erneut aufgelegt werden, so dass der Benutzer
visuell sich davon überzeugen kann,
dass die Dokumenterfassungsaufgabe erfolgreich abgeschlossen worden
ist.
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Neben
einem Bereitstellen einer visuellen Rückmeldung für den Benutzer kann das sichtbare Lichtmuster
Elemente umfassen, die eine Nachbilderfassungsverarbeitung unterstützen. Um
z. B. eine Nichtplanarität
des Dokuments, wie z. B. Seiteneinrollen, zu kompensieren, können Bildmarkierungen als
Referenzpunkte bereitgestellt werden, wie z. B. die geraden Linien 14a,
die in 10 gezeigt sind. Die tatsächliche
Dokumentbildoberfläche
kann dann relativ exakt bestimmt werden. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung verwenden Bildkompensationsverfahren,
die in der Lage sind, die Ebene des ursprünglichen Dokuments, das in
dem Bild erfasst wird, auf etwa 1° genau
zu bestimmen. Informationen über
die Dokumentoberfläche sind
sehr nützlich
beim Kompensieren des erfassten Bildes. Dabei können zwei Bilder in rascher
Aufeinanderfolge erfasst werden; eines mit Referenzpunkten und eines
ohne, derart, dass Informationen, die von dem ersten Bild mit Referenzpunkten
bestimmt werden, verwendet werden können, um das reine zweite Bild
zu kompensieren, das nur das erfasste Dokument zeigt.
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Bei
den bevorzugten Ausführungsbeispielen, die
im Vorhergehenden erörtert
sind, werden die Lichtmuster so verwendet, dass der Benutzer die
Dokumenterfassungsvorrichtung zu einer festen Position bezüglich des
Dokuments bewegen kann. Praktischerweise kann die Erfassungsvorrichtung
einen festen Fokus aufweisen, der einen relativ einfachen Aufbau
ermöglicht.
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Bei
anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen
ist die Dokumenterfassungsvorrichtung 1 in einer Mehrzahl
von vorbestimmten Positionen wirksam. Eine Mehrzahl von vorbestimmten
Entfernungen kann derart ausgewählt
werden, dass das Sichtfeld z. B. für Dokumente der Größe A5 oder
der Größe A4 oder
der Größe A3 geeignet
ist. Ein Einstellen der Entfernung ermöglicht, dass das Sichtfeld
fest bleibt, was einen einfachen Aufbau ergibt, und wenn angenommen
wird, dass der Bildsensor eine feste Pixelauflösung aufweist, werden größere Dokumente mit
einer geringeren Auflösung
als kleinere Dokumente erfasst.
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Wie
es im Vorhergehenden erörtert
ist, sind die Lichtmuster, die durch die Lichtmustergeneratoren 10, 20 erzeugt
werden, gerichtet, um zu konvergieren und in Deckung auf der Zielobjektebene
des Dokuments 2 ausgerichtet zu sein. Bei einem Ausführungsbeispiel
werden die Lichtmuster derart erzeugt, dass jeweilige Teile der
Muster in Deckung in jeder vorbestimmten Position ausgerichtet sind.
Das heißt,
ein erster Teil jedes Musters ist in Deckung für ein Dokument mit der Größe A5 ausgerichtet,
während
ein zweiter Teil jedes Musters in Deckung für ein Dokument mit der Größe A4 ausgerichtet
ist. Der Benutzer kann sich dann nur auf die Teile der Muster konzentrieren,
die für
die Größe des zu
erfassenden Dokuments relevant sind. Andere Teile der Muster sind
nicht in Deckung und können
ignoriert werden. Die so erzeugten Muster tendieren jedoch dazu,
visuell überladen
zu sein. Somit ist bei einem zweiten Ausführungsbeispiel jeder Mustergenerator 10, 20 bewegbar
an einem Träger
(nicht gezeigt) befestigt, derart, dass der Mustergenerator zu einer
von einer Mehrzahl von vorbestimmten Konfigurationen gemäß jeder
der Mehrzahl von vorbestimmten Positionen der Erfassungsvorrichtung 1,
die für
das Dokument 2 relevant sind, bewegt werden kann. Geeigneter
Weise ist jede Mustererzeugungsvorrichtung 10, 20 an einem
drehbaren Träger
befestigt, wie z. B. einer Spindel, derart, dass die Vorrichtung
zu einer Mehrzahl von vorbestimmten Winkelkonfigurationen bewegbar
ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Mustererzeugungsvorrichtungen 10, 20 elektrisch
oder mechanisch verbunden und bewegen sich gemeinsam, derart, dass
die erzeugten Lichtmuster 14, 24 konvergieren
und in Deckung auf der Zielobjektebene für jede der vorbestimmten Positionen
ausgerichtet sind. Es ist erwünscht,
dass die Dokumenterfassungsvorrichtung einen variablen Fokusmechanismus
umfasst, um die Bildfokussieroptikeinrichtung 3 einzustellen,
die für
eine ausgewählte der
Mehrzahl von vorbestimmten Positionen geeignet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel
wird die gewünschte
Position manuell durch den Benutzer ausgewählt, wie z. B. durch ein Setzen
einer Steuerung z. B. auf „A4" oder „A3". Bei einem weiteren
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird ein Selbstfokusmechanismus verwendet. Ferner kann der Selbstfokusmechanismus
verwendet werden, um eine näherungsweise
Entfernung zwischen der Erfassungsvorrichtung 1 und dem
Dokument 2 zu bestimmen. Die Mustererzeugungsvorrichtungen 10, 20 sind
gekoppelt, um sich zu einer Konfiguration zu bewegen, die für die Entfernung
geeignet ist, die durch den Selbstfokusmechanismus bestimmt wird,
wobei der Benutzer dann relativ geringfügige Einstellungen vornimmt, um
die Dokumenterfassungsvorrichtung zu der vorbestimmten Position
zu korrigieren. Wenn somit der Benutzer die Dokumenterfassungsvorrichtung
zu einer erheblich anderen Entfernung bewegt, werden die Mustererzeugungsvorrichtungen 10, 20 und
die Fokussieroptikeinrichtung 3 beide dementsprechend eingestellt.
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Bei
dem exemplarischen Ausführungsbeispiel,
das in 2 dargestellt ist, sind die Mustererzeugungsvorrichtungen 10, 20 bezüglich der
Bildfokussieroptikeinrichtung 3 und des Bildsensors 4 lateral
versetzt. Somit besteht ein Parallaxenfehler zwischen jeder der
Bilderzeugungsvorrichtungen 10, 20 und den optischen
Komponenten der Dokumenterfassungsvorrichtung aufgrund dieses lateralen
Versatzes. Bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel,
bei dem die Erfassungsvorrichtung in einer festen Position oder
einer von einer Mehrzahl von festen Positionen positioniert werden soll,
wird der Parallaxenfehler durch ein geeignetes Positionieren der
Mustererzeugungsvorrichtungen 10, 20 und/oder
durch ein Erzeugen von geeigneten Korrekturen bei den Mustern 14, 24 korrigiert.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, zu ermöglichen,
dass der Benutzer die Dokumenterfassungsvorrichtung 1 in
einer beliebigen geeigneten Position über dem Dokument 2 positioniert.
Das heißt,
bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist es erwünscht, dass der
Benutzer die Entfernung zwischen der Erfassungsvorrichtung 1 und
dem Dokument 2 kontinuierlich variieren kann. Dieses Ausführungsbeispiel
ist besonders geeignet zur Verwendung bei einer Rahmenbildungshilfe,
die ein einziges Muster, wie z. B. einen einzigen Grenzrahmen, projiziert,
das unter Verwendung von nur einer Mustererzeugungsvorrichtung 10 erzeugt
werden kann.
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Unter
Bezugnahme auf 12 ist eine Dokumenterfassungsvorrichtung 1 mit
einer Fokussieroptikeinrichtung 3 gezeigt, die eine optische
Achse 5 aufweist, die normal zu einem Bildsensor 4 ist,
der an einer Bildebene 4a befestigt ist. Drei exemplarische ideale
Zielobjektebenen 6a, 7a und 8a sind in
verschiedenen Entfernungen von der Bildebene 4a gezeigt.
Zur Vereinfachung ist die optische Achse 5 normal zu jeder
der Zielobjektebenen 6a, 7a und 8a, derart,
dass die Bildebene parallel zu der Objektebene ist. Ein Mustergenerator 10 erzeugt
ein Muster, das in einem vorbestimmten Fächerwinkel divergiert, um ein
Lichtmuster auf dem Zielobjekt zu erzeugen. Zur Vereinfachung ist
eine Kante des Musters 14 dargestellt. Licht, das von der
entsprechenden Objektebene reflektiert wird, wird zu der Bildebene 4a durch
die Fokussieroptikeinrichtung 3 zurückgesendet. Hier sind exemplarische
Strahlen 6b, 7b und 8b dargestellt.
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12 zeigt
die Vorrichtung in einer ersten Position, wobei die Erfassungsvorrichtung 1 zur
Verwendung in einer vorbestimmten Entfernung konfiguriert ist, die
für die
erste Objektebene 6a geeignet ist, derart, dass der reflektierte
Strahl 6b die Kante des Bildsensors 4 auf der
Bildebene 4a erreicht. Strahlen, die von einer Objektebene
in einer größeren Entfernung
reflektiert werden, wie z. B. die exemplarischen Objektebenen 7a und 8a,
fallen außerhalb
des Bildsensors 4.
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Wie
es in 13 gezeigt ist, wird, wenn es erwünscht ist,
die Erfassungsvorrichtung 1 zur Verwendung bei einer Objektebene 7a in
einer größeren Entfernung
als die Objekt ebene 6a zu konfigurieren, der Bildsensor 4 bezüglich der
Fokussieroptikeinrichtung 3 und des Mustergenerators 10 bewegt.
Bei diesem Beispiel wird der Bildsensor 4 lateral in der
Bildebene 4a bewegt. Alternativ dazu kann der Bildsensor 4 gedreht
werden, im Idealfall um eine Achse, die normal zu der Bildebene 4a ist.
Der Bildsensor 4 wird bewegt zur dynamischen Anpassung
für den
Parallaxenfehler zwischen dem Sensor 4 und dem Mustergenerator 10.
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14 zeigt
eine dritte Beispielkonfiguration, bei der die Erfassungsvorrichtung 1 zur
Verwendung in einer Entfernung angeordnet ist, die für die dritte
Objektebene 8a geeignet ist. Dies erfordert eine weitere
Bewegung, in diesem Fall eine laterale Verschiebung, des Bildsensors 4 bezüglich der
Optikeinrichtung 3 und des Mustergenerators 10.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
der Bildsensor 4 an einer bewegbaren Struktur 9 getragen,
die dynamisch mit einem Fokusmechanismus der Erfassungsvorrichtung 1 gekoppelt
ist. Ein Selbstfokusmechanismus (nicht gezeigt) kann bereitgestellt
sein, um die Fokusoptikeinrichtung 3 basierend auf einer
Entfernung zu der Zielobjektebene, die durch eine Vorerfassungsentfernungsmesserfunktion 30 bestimmt
wird, einzustellen. Die bewegbare Struktur 9 kann gekoppelt
sein, um sich ansprechend auf eine Bewegung des Selbstfokusmechanismus
zu bewegen. Bei anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen bewegen sich
der Lichtprojektor 10 oder die Fokusoptikeinrichtung 3 bezüglich des
Sensors 4.
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Eine
Rahmenbildungshilfe zur Verwendung bei einer tragbaren Dokumenterfassungsvorrichtung wurde
beschrieben, die ermöglicht,
dass Entfernung und Ausrichtung der Vorrichtung rasch und exakt durch
den Benutzer bestimmt werden. Ein Einrahmen des Sichtfeldes der
Vorrichtung kann rasch und exakt entweder direkt oder indirekt durchgeführt werden.
Auch wurde eine Mustererzeugungsvorrichtung beschrieben, die einfache
und kostengünstige
Komponenten verwendet, um ein helles strukturiertes Lichtmuster
optional über
einen relativ großen
Fächerwinkel
zu erzeugen. Ferner wurde eine Rahmenbildungshilfe beschrieben,
die in variierenden Entfernungen wirksam ist, einschließlich einer
Mehrzahl von festen Positionen. Des weiteren wurde eine Rahmenbildungshilfe
beschrieben, die einstellbar ist, um einen Parallaxenfehler über eine
kontinuierlich variable Entfernung zu korrigieren.
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Obwohl
im Vorhergehenden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung beschrieben wurden, sind Veränderungen und Modifizierungen
für den
Fachmann ersichtlich und fallen in den Schutzbereich der Erfindung,
wie derselbe durch die folgenden Ansprüche definiert ist.