CN101312478A - 拍照式超大幅面书画扫描平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拍照式超大幅面书画扫描仪平台，包括：承载平台、水平导轨、垂直导轨、横梁、拍摄架、云台、相机灯光系统，横梁和垂直导轨分别与电机连接，电机与控制系统连接，通过计算机控制相机精确移动，对书画进行分块拍摄，之后将分块拍摄的照片拼接，得到完整的书画扫描件，满足高分辨率书画艺术品的获取要求。本发明的扫描幅面超大，至少可达4米×8米，结构简单，易于操作，成本低廉，可在文物保护单位、博物馆、画廊、绘画仿真复制公司、包装装潢印刷企业等得到广泛应用。

Description

拍照式超大幅面书画扫描平台

技术领域

本发明涉及扫描仪的构建技术，具体地，涉及一种用于超大幅面(一次至少可以获取4米×8米)书法与绘画作品的扫描平台。

背景技术

书法与绘画作品的数字化获取和存储具有非常重要的意义。从商业的角度，主要可以用于高仿画的制作。从文物保护的角度，特别是对于大量正在日益遭受各种病害侵袭的古代书法与绘画文物，可以在现阶段尽可能地在电脑上保留其原貌。从欣赏与研究的角度，一旦获取到计算机中，就能通过无所不及的网络传输到世界各地，极大地方便学者、爱好者和收藏家观赏与研究，并且同时不会对书法与绘画文物造成任何破坏。

书画的数字化保护及高仿真书画制作的关键技术之一就是高精度扫描获取。当今最常用的获取设备是大平台扫描仪，目前最大的是此类扫描仪是德国Cruse的CS 285ST超级大平台扫描仪，扫描幅面：150厘米×225厘米；最大分辨率：10000×15000像素，在真彩色时最大文件尺寸为450MB，特别适合大型书法、古画、油画、花布的扫描、复制。此类扫描仪有几大缺点，其一是由于其图像获取方式是每次获取一条线，然后在另一个方向作步进运动，最后把获取的许多线拼接成一幅完整的图像，受制于CCD长度的限制，幅面很难进一步做大，例如现在最大的只能达到150厘米。其二是受到内部图像处理引擎的限制，对于扫描的分辨率与文件尺寸存在限制，而这与高精度获取存在着巨大的矛盾。比如顶级的CS 285ST超级大平台扫描仪最大分辨率为10000×15000像素，在真彩色时最大文件尺寸为450MB，如果按照150厘米×225厘米计算，分辨率只有169PPI，而如果用于出版复制，一般要求分辨率要达到300PPI以上。并且，这种实现方式的可扩展性较差。

发明内容

本发明提供了一种拍照式大幅面书画扫描方法及实现该方法的平台，利用计算机自动控制相机作精确移动，对书画分块进行数字化获取，使得扫描幅面至少可以达到8米×4米，从而大幅度提高了扫描范围，实现了超大幅面书画文物的扫描获取。

一种拍照式超大幅面书画扫描方法，包括：设置书画承载平台，通过可编程逻辑控制器(PLC)脉冲控制数码相机移动，将数码相机移动至承载平台的左下角，将逻辑位置置为零，读取该位置对应的脉冲数，然后将数码相机移动至承载平台的右上角，将逻辑位置置为最大值，记录该位置对应的脉冲数，量出承载平台横向和纵向两个方向的长度，再分别除以两个方向相差的脉冲数，得到实际长度和脉冲数的对应比例关系；

扫描时，将书画放置在承载平台上，通过发送脉冲数实现数码相机位置的定位，对书画在指定位置分块拍摄，之后将分块照片拼接，得到完整的书画扫描件。

一种拍照式超大幅面书画扫描仪平台，包括：承载平台、水平导轨、垂直导轨、横梁、拍摄架、云台、相机灯光系统，两根水平导轨平行地面架设，并且两根水平导轨相互平行，距地面高度相等；水平导轨之间铺设承载平台；承载平台上方与水平导轨垂直架设横梁，横梁的两支架分别设于两水平导轨上，使横梁平行于承载平台沿水平导轨水平移动；垂直导轨与横梁连接，沿横梁移动，同时垂直于横梁和承载平台；拍摄架固定在垂直导轨上，云台固定在拍摄架上，相机灯光系统固定在云台上；横梁和垂直导轨分别与电机连接，电机与控制系统连接。

所述的承载平台可以采用负压吸附方式，使得书画能够平整地铺在承载平台上，减少表面的起伏，有利于分块拍摄以后的拼接。负压吸附方式可以通过承载平台上密布的小孔和与小孔相连的抽气机实现，书画放在承载平台上以后，调节抽气机的气压，使其低于一个大气压，产生负压吸附的效果。

所述的垂直导轨可以在电机控制下垂直横梁上下移动，以控制拍摄架相对于承载平台的高度。

所述的云台可以三自由度旋转，普通云台需通过手动控制旋转，选用电动云台，可以进一步精密控制相机的三自由度旋转角度。

所述的相机灯光系统，可以根据需要采用不同型号的数码相机，灯光采用环形闪灯，相机置于环形闪灯中间，或者将灯光固定于相机上，或者其它任意可用的形式，以用于在不同分辨率要求下，采用合适的灯光分块拍摄书画。

所述的控制系统包括可编程逻辑控制器(PLC)和计算机，计算机作为上位机，通过计算机IO(比如RS232和USB等)接口与PLC连接，PLC驱动电机实现移动。PLC接受计算机中的各种控制信息，分析处理后转化为PLC中软元件的状态和数据；PLC又将所有软元件的数据和状态送入计算机，由计算机采集这些数据，进行分析及运行状态监测，用计算机改变PLC的初始值和设定值.从而实现计算机对PLC的直接控制。

本发明的有益效果主要表现在：

1、幅面超大，可以达到4米×8米的有效工作幅面，如果有更大幅面的需求，还可以进一步加大。

2、可以满足高分辨率书画艺术品的获取要求。在相机使用哈苏h3d-22(可以拍摄8800万像素照片)的条件下，最大可达到1200PPI的获取精度，扫描分辨率只受制于相机的分辨率，并且对文件尺寸的限制大大降低。

3、配置灵活，可扩展性好，升级方便。由于使用高精度数码相机或后背，并且可以升级到最新的数码相机或后背，进一步提高获取的精度，延长设备的生命周期。另外，灯光和镜头可以灵活更换，可以根据要求灵活选择不同规格的产品。而一般的平板扫描仪感光元件和镜头都直接固定在机器内部，升级困难，而且其扫描的最佳分辨率PPI是最大分辨率PPI的整数分之一，否则会像液晶显示器那样由于使用插值算法实现而造成模糊。而利用本发明的技术只需要更换镜头或者调节相机与被摄物体之间的距离即可调整PPI，不会造成模糊。

4、结构简单，易于操作和维护。整个设备模块化程度高，机械、传动、动力、控制箱、灯光、相机和计算机都使用市场上的现有成熟部件，易于购买，不需要专门定制加工。

5、低成本：德国Cruse的CS 285 ST超级大平台扫描仪虽然比较成熟，但其售价较高，并不是所有单位都可以承受。而利用本发明的技术，实现同样规格的扫描仪，在各模块均选用主流产品时，售价完全可以控制在其十分之一以下。

由于上述五大优势，使得该设备有望在文物保护单位、博物馆、画廊、绘画仿真复制公司、包装装潢印刷企业等得到广泛应用。

附图说明

图1为超大幅面书画扫描平台立体结构示意图。

图2为图1所示超大幅面书画扫描平台的俯视图。

图3为图1所示超大幅面书画扫描平台的正视图。

图4为一种相机灯光系统结构示意图。

图5为相机三自由度旋转示意图。

图6棋盘格定标板。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的一种最佳实施方式。

首先选择水平的地面，避免地面的起伏对拍摄精度的影响。

距地面同等高度架设两根平行的水平导轨4，水平导轨4与地面之间的支架上每隔20-50厘米设有支点，通过调节各个支点高度可以保证水平导轨4与地面平行，同时依靠激光测量仪器保证两根水平导轨4互相平行。水平导轨4之间的上方架设横梁2，横梁2的两支架分别设于两根水平导轨4上，使横梁2可以沿水平导轨4移动。横梁2上设有可沿横梁2移动的垂直导轨3。水平导轨4长8米，横梁2长4米，保证相机可以在4米×8米的范围内水平移动。横梁2的安装采用结构力学中三角支撑法原理，从而保证了相机在上面移动的时候的稳定性。

在水平导轨4之间铺设木板组成承载平台1，由于承载平台面积较大，需要多块木板，铺设时要避免木板间的凹凸不平，尽量挑选质量上乘、表面平整的木板，还要在木板上面再铺设一层塑料地板，保证承载平台1的平整。承载平台1上密布与抽气机相连的小孔，调节抽气机压力，使其低于一个大气压，即可使承载平台1产生负压的效果。

垂直导轨3与横梁2连接，同时垂直于横梁2和承载平台1，可以沿横梁2水平移动；拍摄架7(带有螺丝孔的铁板)固定在垂直导轨3上。云台6固定在拍摄架7上，可采用HANSON CREATIVE公司的F-22三轴传感随动电控云台，相机灯光系统5固定在云台6上。灯光采用环形闪灯，相机设置在环形闪灯中央(如图5所示)。

通过拍摄图6所示的棋盘格定标板，判断相机镜头是否平行于地面以及感光元件的两个方向是否平行于被摄物体的两个方向，如果不是，则驱动云台作相应旋转调整，直至误差小于一定范围为止。

横梁2与垂直导轨3各连接一电机，电机与PLC连接。本发明采用日本三菱公司的PLC，与计算机RS232串口连接。

扫描工作时，首先根据期望的扫描精度计算出合适的焦距及相机距离承载平台的高度，并相应调整拍摄架的位置。通过PLC脉冲控制，将相机移动至承载平台的左下角，将逻辑位置置为零，读取该位置对应的脉冲数，然后移动至承载平台的右上角，将逻辑位置置为最大值，同样记录下该位置的脉冲数。量出承载平台横向和纵向两个方向的长度，再分别除以两个方向相差的脉冲数，就可以得到实际长度和脉冲数的对应比例关系，这样就可以通过发送一定脉冲数来实现精确位置的定位。将被扫描书画平铺在书画承载平台上，并用负压吸附使得书画能够平整地铺在平台上，然后对书画在指定位置分块拍摄，最后利用第三方软件把分块拍摄的照片拼合成被扫描书画的一份数字拷贝，完成书画的扫描工作。

Claims (6)

1、一种拍照式超大幅面书画扫描方法，包括：设置书画承载平台，通过可编程逻辑控制器脉冲控制数码相机移动，将数码相机移动至承载平台的左下角，将逻辑位置置为零，读取该位置对应的脉冲数，然后将数码相机移动至承载平台的右上角，将逻辑位置置为最大值，记录该位置对应的脉冲数，量出承载平台横向和纵向两个方向的长度，再分别除以两个方向相差的脉冲数，得到实际长度和脉冲数的对应比例关系；

扫描时，将书画放置在承载平台上，通过发送脉冲实现数码相机位置的定位，对书画在指定位置分块拍摄，之后将分块照片拼接，得到完整的书画扫描件。

2、一种拍照式超大幅面书画扫描仪平台，包括：承载平台(1)、水平导轨(4)、垂直导轨(3)、横梁(2)、拍摄架(7)、云台(6)、相机灯光系统(5)，两根水平导轨(4)平行地面架设，并且两根水平导轨(4)相互平行，距地面高度相等；水平导轨(4)之间铺设承载平台(1)；承载平台(1)上方与水平导轨(4)垂直架设横梁(2)，横梁(2)的两支架分别设于两水平导轨(4)上，使横梁(2)平行于承载平台(1)沿水平导轨(4)水平移动；垂直导轨(3)与横梁(2)连接，沿横梁(2)移动，同时垂直于横梁(2)和承载平台(1)；拍摄架(7)固定在垂直导轨(3)上，云台(6)固定在拍摄架(7)上，相机灯光系统(5)固定在云台(6)上；横梁(2)和垂直导轨(3)分别与电机连接，电机与控制系统连接。

3、如权利要求2所述的拍照式超大幅面书画扫描仪平台，其特征在于：所述的承载平台(1)采用负压吸附方式。

4、如权利要求2所述的拍照式超大幅面书画扫描仪平台，其特征在于：所述的垂直导轨(3)由电机控制垂直横梁(2)上下移动。

5、如权利要求2所述的拍照式超大幅面书画扫描仪平台，其特征在于：所述的云台(6)采用电动云台。

6、如权利要求2所述的拍照式超大幅面书画扫描仪平台，其特征在于：所述的控制系统包括通过计算机IO接口连接的可编程逻辑控制器和计算机。

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