CN101883614B - 一种改进的扫描设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改进的扫描设备设计以提高成像以及减小扫描过程中的误差。公开的实施例包括，例如，使用双相机以提高影像以及降低扫描设备外壳体积，在扫描过程中的同步光照技术，为相机扫描设备屏蔽镜头，至少三个侧面进行屏蔽的扫描设备，对扫描照明的基于周围环境的亮度级进行调整，组合的烙印以及扫描设备装置，万向扫描设备安装，以及用于文档对齐的带止动的倾斜的压板。

Description

一种改进的扫描设备

优先权声明

本申请要求2007年8月29日提交的美国临时申请No.60/966,582的优先权。 

背景技术

一种嵌入式光学标记(Embedded Optical Signature，EOS)可以作为，例如刮涂层下面的图像，被添加到一个刮开型彩票上。从刮掉的刮涂层下面露出的EOS确认数据可与彩票的条形码资料(未被隐藏在刮涂层下面)一同被处理以使彩票被验证，而不需要此单业务的发起人再做其他事情。EOS也可被用于保证一份打印文档的真实性，例如在线彩票，或者用于提供版权保护，或者用于承载额外信息，例如个人表格填写的姓名和地址。 

为了处理来自文档(例如，刮开型彩票，在线彩票，收据，投注单等)的EOS，一般需要扫描设备或照相机以采集该文档的数字图像。廉价的摄像头，线性传感器，或接触式图像传感器可以用来提供这种图像采集功能。然而，在这类应用中可能会遇到某些问题。 

例如，无论要采集打印文档上的EOS或其他信息，优选地，扫描设备应该能采集相关的数据而不受周围环境的干扰。线性或者接触式图像传感器(Contact Image Sensors，CIS)典型地包括一个能够将文档移动经过传感器或者将传感器移动经过文档的机械装置。一种将扫描头与环境的光污染相隔绝的方法是在暗化环境下提供内部照明。然而，对于这种系统，在扫描头上的微量的灰尘或者碎屑可以产生大量的图像噪声，因为随着文档或者扫描头在一个维度的移动，扫描头只采集到另一个维度的图像。图1中示出了这个问题：扫描100是用带有小颗粒灰尘的扫描头扫描的空白文档，同时，扫 描105示出了使用干净的扫描头扫描的同一份文档。由于容易受到灰尘造成的噪声干扰，这种扫描设备不适合工作于灰尘环境，例如处理刮开型彩票的环境。另外，如果调查问卷或投注单(bet slip)是用圆珠笔填写并且未留足够时间使墨迹完全干，则墨水会转移到扫描头上并在线性或CIS扫描设备上造成这种沾污引入的噪声。另外，从内在性质上说，机械扫描设备的可靠性比全电子设备的可靠性差 

二维相机扫描设备可以最小化灰尘和墨水噪声的影响，同时通过消除物理地移动文档或者扫描头的必要而增加可靠性。另外，与目标文档相隔一段距离地安装相机，这提供了一个开放空间使得相机镜头与灰尘/墨水噪声源相隔离。如果相机设置在压板上方，因为新文档被提供用于每次的扫描，而在文档表面向上被扫描的情况下将不存在可见的残留的灰尘被留在扫描表面上或者玻璃压板上，所以灰尘和墨水噪声问题可以被进一步减少。然而，在压板之上的相机间距使得环境光或者放置不当的扫描设备照明光源造成直接反射噪音(即，眩光)。参考图2，图像200示出了带有环境眩光的刮开型彩票，同时图像205示出了不带有环境眩光的刮开型彩票。图像210示出了带有内部光照造成的眩光的刮开型彩票的相机图像，同时，图像215示出了不带有内部光照造成的眩光的相同的刮开型彩票。 

来自环境光源的眩光噪声可以通过将相机扫描设备包围于一个不透光的外壳内而被消除。然而，打开门或者移动遮帘对操作者来说可能很不方便且很慢。精心设置光源也可以消除扫描设备内在的眩光噪声。例如图3A所示，当光源300被移入非反射区305时，眩光被消除或者减少。图3B示出了，在两边之上大约2英寸各有一个光源的情况下，压板320的一个相机视图，同时在两边之上大约2英寸各有一个光源以及一个扩散器的情况下，压板325上的眩光更少。图4示出使用不同的光源位置时，光强与x-y位置之间的关系。例如，图400说明了一个在其上1英寸处有侧面照明源的压板，图405说明了一个在其上2英寸处有侧面照明源的压板，图410说明了 一个在其上4英寸处有侧面照明源的压板，图415说明了一个在其上5英寸处有侧面照明源的压板。如图3A，3B以及4所示，将光源移动进一步远离压板将大幅提高侧向照明均匀性并充分地提高前后向的照明均匀性，但需要具有更大空间的扫描设备外罩。另外，在压板上方安装相机且不固定文档在一个平面之内，在该文档被弯曲时将引入潜在的新的误差源。更具体地，被扫描平面与相机之间距离的可变性可能引入限制符号大小的位置误差。 

如果相机未被理想地平行于压板平面地安装，则会产生梯形误差(trapezoidal error)。如果引入反光镜以求减小扫描设备外罩的体积，则合适的对齐变得更加重要，这是因为任何的对齐误差将被以两倍地放大。 

最后，基于相机和压板的扫描系统对由人操作者不正确的对齐压板上文档所造成的误差敏感。而这个问题因机动化的一维扫描设备(例如，CIS)的使用变得无足轻重，因为电机可被用以帮助对齐文档。 

因此，二维相机扫描可从实质上消除灰尘和墨水引入的噪声并提高扫描设备(即，没有移动部件)的可靠性的同时，这个设计也可能引入它自身的扫描误差源，这在目标文档体积加大时变得更加棘手。能处理大文档(例如，调查问卷，带有EOS的大的立等可取的票据，或者带有小的决策格(decision grid)的投注单)的新的扫描设备设计将尤其有利。因此，本发明提供了一种可选方案，通过这种方案，相机以及其他图像扫描设备的性能可被提高和改进。 

发明内容

在以下说明书的文字描述中，或者从说明书中可显而易见地得到或者通过实施本发明可获知本发明的部分的目的和优点。 

在一个示例性实施例中，本发明包括一个扫描设备，该扫描设备具有包围该扫描设备的屏蔽，该屏蔽用于阻挡环境或者干扰光源。 

在另一示例性实施例中，本发明包括一个用于扫描设备的外壳， 该外壳限定了一个开口以通入压板所在的内部空间。该外壳用以对上述压板沿至少三个侧面进行屏蔽，以此将来自外界光源的眩光或者干扰最小化或者彻底消除。 

本发明还包括一个示例性实施例，其中，扫描设备压板以略向下的角度倾斜在上述开口和外壳之间。上述外壳的一个面或者在外壳之内的制动元件帮助在文档插入后将其固定到位。这样，倾斜的压板就帮助确保被扫描文档正确定位和/或定向。 

本发明的另一示例性实施例包括一个用于相机扫描设备的万向架。该万向架使相机相对于压板正确对齐以最小化梯形误差。锁定装置可被用于在相机对齐之后的位置固定。在本发明的另一实施例中，制造扫描设备的外壳，使其在精确的公差范围之内，以保证正确的对齐以及减少或者消除梯形误差。 

在另一示例性实施例中，扫描设备的设计中，光源位于反光镜下方以减小外壳高度。反光镜位于目标文档附近，这样，光源之间的水平距离减小至大约上述目标的宽度与偏移量之和。 

本发明还包括一个实施例，其中，扫描设备的光源与相机的光栅扫描同步。多光源相对于压板设置在特定位置上，这样，当相机扫描文档时，光源以照亮文档的次序被点亮和熄灭，同时将眩光或直接反射消除或者最小化。本发明还包括一个改进扫描设备实施例，其中，扫描设备的内部光照的亮度被提高以减少扫描设备对环境或者其他外部光源的敏感性。 

在本发明的另一个示例性实施例中，一种改进的扫描设备设计中包括单色或者准单色的光源以及窄带滤波器，用于将干扰光最小化或者消除。 

本发明还包括另一个示例性实施例，其中，不同颜色的光源(例如，红色，绿色，蓝色)被内置于扫描设备中。在这个实施例中，当文档插入扫描设备以供采集图像，上述相机可被编程以首先在扫描设备灯光熄灭时采集一个帧。因此，任何被记载在该帧中的光读入代表了周围环境的光噪声。对相机的所有红色，蓝色和绿色像素 的强度的平均幅度进行比较，平均读入最低的颜色被选用作照明和处理，因为它代表了环境噪声的最低亮度级。 

在本发明的另一示例性实施例中，一种改进的扫描设备有多个相机，它们对同一个压板具有重叠或者接近重叠的视场。在处理过程中，得到的图象的重叠区域被消除或者结合以获得合成图像。在本发明的另一实施例中，多个相机中每个都被设置以看到整个压板的全部或者其大部分。得到的图像被评估(例如，使用软件)以消除或者减小一个或者更多的此前所述的扫描设备误差。 

参考下述说明书以及附加的权利要求，本发明的这些以及其他的技术特征，方面和优点，可以被更好的理解。被合并在此并组成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并结合说明书用以解释本发明的原理。 

附图说明

对于本领域的普通技术人员，在说明书中对包括其最佳实施方式的本主题进行了完整的和可实现的披露，其中说明书参照了附图，这些附图为： 

图1示出了使用存在沾污和不存在沾污的扫描头所扫描的文档的对照图； 

图2示出了在带有和不带有来自不同光源的眩光的不同的扫描图像的对照图； 

图3A示出了对于一个相机扫描设备的优选的光源定位示意图，图3B示出了由光源重新定位造成的扫描中的差异； 

图4示出了基于光源相对于压板的位置的光强度的不同； 

图5至13示出了各种另外的本发明的示例性的实施例； 

图14和15示出了一包括用户输入的位置信息的投注单文档； 

图16至18示出了一个双相机扫描系统的视角的差异。 

具体实施方式

现在将对本发明的各个实施例、附图中示出的一个或多个例子作出详细的说明。各个例子以解释本发明的方式给出，并不意味着对本发明构成限制。例如，作为某个实施例的一部分示出或者说明的特征可以用在其他实施例中或与其他实施例相结合以得到另一个实施例。这就意味着本发明包括这些及其他修改和变形。 

本发明包括用以使用基于二维相机的扫描系统以采集文档信息同时最小化上述误差源的装置和方法。本发明中讨论了依据需要可以单独使用也可以组合使用的不同的实施例以及方法。另外，还披露了一种对齐在线票据的方法，以允许对票据进行烙印(branding，明显地改变票据以显示其状态已改变-例如，已付款或者作废)。 

一种用于保护基于相机的扫描设备免于环境引入的噪声(例如，眩光)的示例性的技术为：部分地包围扫描区域并在物理上改变压板。参考图5，相机和镜头500被屏蔽物505所保护以免于周围环境光510可能造成镜头光斑(lens flaring)，即由直接照向镜头的光源所造成的亮点。多数的零售环境都有天花板上安装的光源，不论是否有屏蔽，该光源都不会干扰一个直接指向下方的相机，而低角度光源可以引入在一些位置上的镜头光斑或者眩光。在低角度光源为清晨或傍晚阳光的情况下，噪声源可能被误诊断为一个间歇的扫描设备问题。这个潜在的间歇的问题可以通过以下方式避免：扩大一个在相机镜头500下方的不透明的屏蔽物505，从而，与压板515在一条直线上或者在其上方的干扰光源510不会直接照亮相机镜头500。有效的方法是，光的遮蔽物505优选地呈360度包围相机并具有一个不平滑的或者无反射作用的表面以避免文档未覆盖压板之处的来自周围环境光源510的眩光。 

如图6所示，该示例性的技术可被扩展以从三面包围相机和压板以及顶部和底部，留下一面以供操作人员进行操作。图6包括机壳或者外壳600，605，610，以及615的多个实施例，其中每个都具有一个开口620以供操作者进行操作。每个外壳包括一个扫描设备(例如一个基于相机的扫描设备)但是也有可能包括其他组件例如显示 显示监视器或者事务登记器(transaction register)。由于有这些屏蔽配置600，605，610，以及615，基于相机的扫描设备仅有的一个面暴露于潜在环境光噪声之中，操作人员通常会以他/她的身体阻挡该面，实际上是从周围环境源中消除了眩光噪声。这种三面外壳600，605，610，以及615也允许多个扫描灯被设置以提供均衡的照明，同时也避免了向相机的直接反射。正如相机屏蔽和压板一样，三面外壳的内部也可以是不平滑的或者无反射作用的表面。通过例子中的方式，三面外壳600，605，610，以及615产生了一个半黑暗扫描区域使得基于相机的扫描设备使用不同的光技术以鉴别文档，例如，照亮并检测来自可信文档上的标签的紫外线或者红外线荧光。应当注意，这种文档鉴别在允许过多的环境光进入扫描区域的外壳设计(housing design)中实际上是不可能的。 

上述披露的基于相机的扫描设备外壳的改进帮助减少或者消除外界光噪声的同时，不能保证操作人员将目标文档合适地放置于相机的视场之中。根据本发明的另一种技术提供了一种从文档输入口以微小角度(例如，10°)倾斜向下的压板。例如，一个倾斜压板被提供于外壳600，605，610，以及615的开口620之内。这种倾斜压板使得文档滑动并且抵着扫描设备的壁或者其他元件而定位，从而，文档被正确的定位在相机的视场内(假定相机也是在物理上被设置成与倾斜的压板平行)。结果，许多文档插入误差可得以自动纠正。另外，使压板倾斜于开口之下还将帮助减小来自周围环境光源的眩光。 

如前所述，如果相机未被平行于压板平面安装，则也可引入梯形误差。例如，假定一个8.1英寸(206mm)焦距和4英寸(102mm)视场，压板相对于相机所偏移的每一度，在压板的最远的边缘上梯形误差增大大约1.2％。如果增加一个反光镜，对齐问题产生的机会则更多，因为对齐误差通过相机的直观式设计以两倍的因数增加。例如，以标称45°角在相机视角和压板之间增加一个反光镜，则总和1°的倾斜误差(例如，压板，反光镜，以及相机组合的误差)导 致在压板的远端产生2.4％的扭曲。2°的倾斜导致4.8％的扭曲等等。 

因此，另外一个根据本发明的示例性的技术为：规定对外壳的非常严格的公差容限。然而，严格的公差容限总是导致外壳的成本更高。因此，另外一个根据本发明的示例性的技术为：使用一个可万向(gimbaled)相机架，其允许相机在最后装配中平行于压板对齐。图7A和7B提供了一个万向相机架700的示例性的实施例。如图所示，该架包括一个在该其上安装相机的表面710。支点715，720，725，和730使得相机的方位可按照需要对齐。一旦万向相机架700对齐，锁定螺丝(未示出)可被用以保证装配在运输过程中不会移动。万向架的对齐可在装配过程中容易地完成，例如，通过使用矩形目标栅格以及软件程序。 

如前所述，在扫描设备中文档的正确照明是一个难题。如果光源设置不当，来自文档或者压板的直接反射会使相机致盲。移动光源以避免直接反射增加了扫描设备外壳所需的物理空间。根据本发明的另一示例性的技术，如图3A所示，当光源300移入非反射区305时眩光被消除或者被减少。文档照明的均衡性也随着光源和目标文档之间距离的增加而提高了。如果，例如，光源位于相机和目标文档之间的中点，并且两个光源被用以平衡地照亮文档，扫描设备外壳的宽度至少需为文档宽度的1.5倍。例如，对一4英寸宽的票据，需要一个大于6英寸宽的外壳(以容纳光源和外壳厚度的物理维度)，从而来自光源的光线中没有光线可直接反射进入相机光圈中。如果将一个反光镜引入外壳中以减少高度，则问题可能更加复杂，原因在于除非光源位于该反光镜下方，否则，反光镜可向目标上投上一部分阴影。因此，一种有利的技术包括向目标接近地移动光从而多个光源之间的水平距离减少至大约目标宽度与偏移量之和。当然，文档中心的欠照明也可能是不利的，原因在于光必须传播更远的距离并因强度变弱。 

光源的精确放置可以消除直接反射以及最小化目标文档的不均匀的照明，同时如上所述，光源布置的几何结构可增加扫描设备的 尺寸和形状，这在某些情况下可能并不合乎需要。因此根据本发明的另一示例性的技术，将多个扫描设备光源同步于相机的光栅扫描。在此项技术之中，扫描设备灯光可被设置于直接反射会发生在部分目标之上的位置。当相机仅对不会产生直接反射的一部分目标进行扫描时，点亮光源。当扫描完成，熄灭任何干扰光源，并且点亮不同的光源，从而在照明且无直接反射的情况下持续扫描。该设计可被用于产生一个较小的扫描设备设计，并因此，可得到相机扫描设备的较小的外壳设计。另外，通过同步栅格扫描和照明，可能得到文档目标的更均衡的照明。例如，参考图8，当相机扫描设备805扫描目标810的一部分时，光源800被点亮，该光源产生了照明但并不产生直接反射。光源815或者被熄灭或者被设置使其不产生眩光或者直接反射。当相机扫描设备805完成扫描，扫描动作与光源815的点亮以及光源800的熄灭(或其移动)达到同步从而继续保证产生没有直接反射的照明。 

如图9A所示，将扫描与照明同步是可能的，原因在于相机光感矩阵900由两维像素排列组成，每个像素905，910，and 915，例如，对或者红色，绿色，或者蓝色光敏感。相机通过在栅格扫描过程中一次采集一行像素从而采集一张图像。因而，在扫描过程中的任一时刻，只有一行相机像素对来自扫描设备光源的直接反射敏感。因此，如果扫描设备的光源按照合适的速度和时序进行开关，则只有不会直接反射入相机工作的扫描行(active scan line)的灯被点亮。发光二极管(LEDs)典型地具有小于100ns的开/关时间因而适合栅格扫描相机的同步照明。然而，白炽灯具有500ms量级的开关时间，一般不适合此处使用。 

例如，图9B示意性的示出了自相机的顶部的第三扫描线920，该扫描线正工作在栅格扫描过程中。此刻，只有不会直接反射入工作的扫描线的LEDs 925是被点亮的。会产生直接反射的扫描线LEDs930未被点亮。因此，只有非直接照明(即，无直接反射)被提供给被相机的第三扫描线所观察的部分目标。图9C示出了同一个相机， 自其顶部第十一扫描线925工作在栅格扫描过程中。同样，被点亮的LEDs 925被改变以保证被第十一扫描线所观察的目标区域没有任何直接反射且同时提供均匀的照明。最后，图9D示出了同一个相机，自其顶部第二十二扫描线925工作在栅格扫描过程中。在这中情况下，被点亮的LEDs 925靠近顶部以保证没有直接反射并且照明均匀。 

因此，通过将快速切换光源(例如，LEDs)与相机的栅格扫描同步，基本上，目标文档的无反射均衡照明是可能的。同时，扫描设备外壳的体积可被最小化。应当注意到，快速扫描和对应的扫描设备照明对人眼来说是一个连续照射过程。 

同步的照明充分消除了扫描设备内部光源所带来的直接反射噪声的同时，该技术并未涉及由周围环境引入的外部照明噪声(例如，直接反射)。在根据本发明的另一示例性的技术中，扫描设备的内部光照的亮度被增加以减小相机从整体上对光的敏感度。这些改进可以减小相机的对可能存在的较为不强的周围环境的光照的敏感性。进而，增强的扫描设备的光照强度可与本发明的其他技术，例如前述讨论的那些技术，相组合以进一步消除周围环境的光噪声。 

在根据本发明的另一示例性的技术中，通过应用一个单色或者准单色光源(例如，LED)提供了一种改进的扫描设备设计，该单色或者准单色光源与一个置于相机前方的窄带滤波器一起使用，如图10所示。这些示例性的技术在实质上可以消除大部分周围环境光噪声源。 

或者，在根据本发明的另一示例性的实施例中，使用安装在扫描设备内部的不同颜色光源(例如，红色，绿色，蓝色)，取代安装在相机上的固定波段滤波器。在本实施例中，当一个文档被插入扫描设备进行采集时，相机可被编程以首先在扫描设备灯光熄灭时采集一个帧。因此，任何被记载在该帧中的光读入代表了周围环境的光噪声。之后对相机的所有红色，蓝色和绿色像素的强度的平均幅度进行比较，平均读入最低的颜色被选用作照明和处理，因为它代表了环境噪声的最低亮度级。例如，假定来自相机的第一(周围环 环境的光)帧中的红色，蓝色，和绿色像素平均值显示了相对的强度如下：红色＝212，绿色＝87，以及蓝色＝132。在本实施例中，扫描设备会自动点亮它的绿色LEDs以进行照明，并且只使用相机的绿色像素来进行文档处理。这样，任何彩色相机的红色，蓝色，以及绿色的像素滤波器，以及内置于扫描设备之中的红色，蓝色，以及绿色LEDs将作为一个动态滤波器而起作用从而提高扫描设备的光源对于其周围环境的信噪比。应当注意到这些动态的信号相对于噪声减小的选择频谱的技术需要一个具有足够像素密度的相机以允许仅使用一个像素颜色类型对文档进行解码。 

在根据本发明的另一示例性的技术中，大量的相机扫描设计所固有的噪声源通过联合使用两个(或者更多的)具有对相同压板的重叠视场的相机被减小或者甚至被消除。如果两个相机的视场被设置使其并不完全重叠，该技术也增加了将扫描区所需要的外壳体积最小化的优点。例如，图11A至11C示出了一个前端带有一个开放的扫描访问区(scanning access area)1105的抽奖终端1100。终端1100利用，作为示例，两个1.3兆像素相机1110以及1115还有一个反光镜1120以提供一个大扫描尺寸7.1×5.4英寸(181×136mm)的分辨率为280dpi的视场。对此示例性实施例，两相机1110和1115之间的重合可被数字化处理以消除两相机之一的重叠区或者处理两个相机重叠图像区以获取一张合成图像。 

通过使用一个小重叠区或者消除重叠的相机图像之一，根据本发明的本实施例，使用廉价相机在一个小外壳中提供了一个具有相对较高的相机分辨率的较大的扫描区。换言之，相比于使用单台更昂贵以及具有高分辨率的相机所做的相似的设置，被两个相对分辨率较低的相机(例如，1.3兆像素)所覆盖的扫描区可以更大一些，提供更大的分辨率，以及更廉价。以两个相机形成的小重叠区的另一个优点为在处理相同区域(即，在两台相机之间的平行处理)的单台相机所需要的更少的时间里(时间大约减半)可处理更大扫描区。除了低亮度级的情况或者当进行图像的数字预处理(在后讨论)时， 时，当扫描相机中的改进增加时，这个优点可以被最小化。 

可替换地，如果两个相机面对面地被安装且每个相机都可以观察到整个文档，则得到的合成图像可使用数字处理技术被评估以实现下述一个或多个：a)基本上或者彻底地除去来自于所有来源的眩光(直接反射)；b)减少弯曲(或翘曲)文档所引入的误差；c)减小压板与相机不平行带来的误差；以及d)允许同时对相同文档的多光谱扫描。当然所有的这些优点的代价是如上所述的减小了扫描区而同时增大了外壳。根据本发明的示例性的技术，这些校正中的每一处连同改进一起在下文进行讨论。 

a)消除眩光 

如前所述，眩光是一种光源对相机镜头的直接反射，眩光使扫描设备无法读入部分的文档。然而，由于眩光为光源对相机镜头的直接反射，大部分眩光源不会同时直接反射进入两个相机-假定两个相机并排地安装，如图11A-11C所示。这种安装设置意味着，通常，从两个相机的视角来看，眩光会出现在文档的不同区域。因此，通过数字交换每个相机的好的图像区域，可以构建一个几乎没有眩光的合成图像。当然这个减少眩光的合成成像方法可以被结合前述的其他方法(例如，三面环绕，同步照明等等)共同使用。或者，这个合成成像方法可被用以减小扫描设备对于这些方法的依赖-例如，可以使用更开放的扫描设备外壳。 

b)减小弯曲文档误差 

弯曲文档误差，如前所述，产生于当实际的和感知到的在弯曲的或翘曲的文档上的影像的位置不一致的时候。如果文档的弯曲的部分位于两个并排的相机的视场之内，则得到的一个相机相对于另一个相机之间的文档上的相同点的视差位移可被用于在一个虚拟的平压板上对点的位置进行归一化。在本篇临时申请的上下文中，视差位移(parallax shift)这个术语的意思是测量沿相同基线安装的两个平行的相机所感知的光学变形中的差。然后，这些在光学变形中的差可在两个相机之间被三角剖分以数字创建一个虚拟的理想图(即， (即，无变形的图像)以供以数字方式构建。这个相关性以及相对应的校正对例如投注单等文档尤其显示其优点，在该二维文档上标记的位置传达信息。 

图14A和14B示出了典型的在压板上平对齐的投注单的图像。已被用钢笔填充的栅格位置1400表示了游戏者对“选择1，2和3”所期望的数字——例如，游戏者对选择1(1405)的选择是“657029”，如图14A所示。图14A示出了投注单在正常的白光下的显示。图14B示出了相同的投注单在红色光照下的显示。这类选择性照明过滤为本领域人员广泛知晓且用于为仅相关数据的数字处理消除背景。因而，当对颜色过滤的图像进行扫描时，终端的处理器仅需要对预先打印的时钟标记1410以及被用户所做的标记1400进行识别以推导出在虚栅格上选择的数字。例如，图14B示出了游戏者在选择1中所选的第二个数字1420以及在选择3中所选的第六个数字1425的虚栅格线1415。如果投注单保持平整并平行于相机从而垂直的虚栅格叠层准确地映射(map)投注单的表面，则这个过程可以顺利进行。然而，如果投注单翘曲或者压板不平行，则垂直的虚栅格叠层可能传达不正确信息，如图15所示。 

即使可以使用单个相机进行时钟标记(clock marks)变形的票据的边缘映射或测量从而补偿翘曲变形，从单相机的视角推测三维表面的所有细微差别是非常困难的。一种比较好的方法是映射两台相机的视角之间的差异(即：视差位移)从而推测得在非平整/非平行的文档中的变形量以及变形类型。在视角中的这个差异可以通过多种包括映射，三角法，三边测量原理等在内的数学工具被分析和校正。这里将讨论映射，并且应当理解，使用此处披露的教导，本领域技术人员能够将其他数学工具应用于该问题中。 

图16示出了一个对虚平面(即，相对于相机A和B理想的平行且平整)上的D点具有不同视角的两个相机的扫描系统。在本例中，点A’和B’分别代表在相机A和B的中心像素的正下方的虚平面上的点。线段C代表在相机A和B的中心之间的距离，该距离造成两相 机之间的视角之差。根据简单的几何学，应当理解，线段C在长度上等于在点A’和B’之间形成的虚平面上的线段。因而，两相机视角之差作为不同的起始点，即点A’代表相机A且点B’代表相机B，可被直接映射至虚平面。注意：即使D点的选择使得在虚平面上从线段A’B’上从两个起始点至D点的角度大约相同，这两个不同的起始点(points of origin)产生对于在虚平面上的任意点D的不同参考坐标。 

如果虚平面上的点的概念等同于在两个相机中的像素，其中，为每个相机相对于其中心像素(即，A’or B’)分配像素坐标，可在图16中的两个相机之间建立一对一的映射。从而，任何包含信息点的像素(点)在每个相机上具有不同坐标系。按照定义，虚平面为理想地平整且平行于两相机，因而存在一个映射函数用以将任何带有信息的像素从相机A到相机B做等同化处理，反之亦然。例如，参考图17，从相机A的视角看到的点D具有正交栅格坐标8，9；但是，同样的D点从相机B的视角具有正交栅格坐标-5，9。 

之后，这个理想虚平面可被用于归一化由两个相机在一个翘曲或者不平行的文档上观测到的共同信息点。在前述例子中，在两个相机之间的先验映射函数限定：如果点D被相机A观测到坐标为8，9，那么，同样的参考点D应位于相机B的坐标系统的-5，9的位置。如果发现该点在相机B上具有不同于-5，9的坐标，则坐标差值会被归因于翘曲(即，不平整的)文档，或一个非平行的平面，或上述因素的组合。在任意情况下，一个映射函数(例如，横向墨卡托投影)可被用以将点的在坐标系统A和B上的位置归一化至如图18所示的虚平面上。因此，在一些情况下，可通过比较两个并列安装的相机的图像从而减少弯曲文档所引入的图像误差。这种比较可通过，例如软件，自动进行。 

c)减少非平行压板/相机噪声 

如上所述，非平行压板/相机误差也可以导致目标文档的感知到的位置和实际位置之间的偏移。再次，通过前述方法论，两个并排 相机的视角之间的视差位移可被用于数字校正非平行压板和相机。然而，对于非平行的压板/相机(对照于“弯曲文档”情况)，误差源则是扫描设备本身。在本发明的另一示例性的技术中，通过扫描打印于专门的校准文档上的精度矩阵，可以自动计算出一个固定的数字校正因数。 

d)多光谱扫描 

对在图11A-11C的实施例中的每个相机提供一个不同的带通滤波器，前述的选择频谱的技术在这里可以结合使用。对本发明的这个示例性的方面，可以同时扫描两个不同的光波段。这种设置可被用以帮助消除噪声或也可以鉴别文档。例如，一个文档具有使用白光激发的在红外波段的荧光标签，则该文档可被同时在白光以及红外线下进行观察。应当注意，多光谱扫描技术不要求两个相机并排设置。更具体地，相机可被安装于与分束器(beam splitter)相同光路中，其中，该分束器发送一部分反射光至每个相机，如图12所示，图中描述了两个相机1200和1210以及一个部分镀银的反光镜1215。然而，这个共享光路/束的分束器设计有可能不会起作用于任何对于归一化要求不同的视角或者视差位移的技术。 

一些用于减小周围环境噪声的技术可能要求做智能化处理以配合硬件配置。扫描设备的主机终端的主处理器可能用于执行这个功能，而通过在扫描设备中增加一个数字信号处理器(DSP)用以执行图像过滤和预处理，可以大量减少对主处理器的负荷和通信带宽的需求。在一个基本水平上，根据本发明的另一个示例性的技术，扫描设备安装的DSP可以对相机芯片提供低层的接口并协调光栅扫描以及其他参数-例如，曝光。如果DSP被编程以协调光同步；选择红色，绿色，蓝色像素过滤(在前已述)；或者双相机的协调以及同步-此前都已有所讨论，则DSP的功用可被进一步提高。最后，DSP可通过执行图像预处理而进一步减小主处理器的负担，该预处理可包括，例如1)旋转和获取扫描的图像以仅向主处理器提供来自实际文档的数据；2)检测重叠文档-即，获取并仅提供顶部文档图像数据；3)压缩扫描的图像；4)仅传输手头任务所必要的信息；和/或5) 通过例如检测相机中的深色像素(满标度读数)以检测直接反射，并传递一个警告消息至主处理器以向操作员报警 

前述披露的二维扫描设备设计提高了图像数据的处理和获取，本发明的另外一个示例性的技术为对齐在线票据以进行烙印以及允许其数字图像被扫描设备采集提供了一种方法。烙印的概念是用在彩票行业中为完整的图样(completed drawing)永久地标记提交的在线票据(收据)。一旦提交的票据被核实为获奖者，则烙印系统在票据的表面，通常通过使用一个热打印头，打印“已付款(PAID)”(或者作用相同的其他字样)。烙印可被用于彩票行业中的其他目的，例如在打印错误的票据上打印“作废(CANCELED)”。无论怎样，在各种情况中处理流程基本都是相同的。一旦票据被核实(即，从票据上读入的条形码或者其他数据)，次级打印过程叠印语句或者其他符号以标示该票据的状态的改变。 

如图13A-13D所示，烙印装置1300(例如，烙印热打印头1305和用于移动票据1315的电机1310)被安装于终端1320的扫描设备压板的正下方。终端1320，例如，使用与前述相同的二维扫描系统，其中，相机1325用于读入票据的条形码。在这个扫描/烙印系统中，操作人员将提交的票据1315以条形码在前的方式放置进入压板下面的输入槽1330。电机1310传递票据1315以使得票据1315及其条形码出现在压板上可被扫描的部位(图13D)。通过在带有一个独立的输入槽1330的压板下方安装烙印装置，操作人员可接近他/她用来处理其他事务的相同区域。票据通道示出在图13B中。假定票据的条形码解码为正确信息，则正确的烙印状态被打印于票据1315的留在装置内的部分上，然后票据1315被输出至压板上。相反地，如果条形码解码为无效信息或者无法被解码，则装置倒转电机将票据1315从输入槽1330退出。 

虽然本发明的优选的实施例在前述的说明书中已被披露，但本技术领域人员通过使用此处披露的教导应当理解：多种变形以及其他实施例都属于本发明的范围之内。 

Claims (9)

1.一种改进的扫描设备，包括：

用于扫描的光学元件；

外壳，该外壳从所述光学元件的顶部、底部以及沿至少三个侧面包围所述光学元件，从而将环境光源对所述光学元件屏蔽，所述外壳限定一个开口以允许进入所述外壳的内部，所述外壳具有包括非反射面的内表面；

压板，所述压板被安置于所述外壳内部；

万向架，所述光学元件被连接在该万向架上，所述万向架具有多个支点，所述多个支点被配置以用于允许所述光学元件相对于所述压板的方位的调整。

2.根据权利要求1所述的改进的扫描设备，还包括至少一个扫描灯，该扫描灯以最小化对所述光学元件的直接反射的方式被安置于所述外壳的内部。

3.根据权利要求1所述的改进的扫描设备，还包括：

所述压板倾斜地位于所述外壳内部，所述压板相对于所述外壳的所述开口呈倾斜状以提供其中文档的定位以及最小化来自环境光源的直接反射。

4.根据权利要求1所述的改进的扫描设备，还包括锁定元件，用于固定所述万向架关于所述多个支点的位置。

5.根据权利要求1所述的改进的扫描设备，其中，所述外壳限定一个输入槽以接收票据，以及所述扫描设备还包括：

电机，被安置于所述压板下方并且被配置以用于从所述输入槽接收所述票据并且将所述票据传送至所述压板；以及

打印装置，被安置于所述电机附近，并且被配置以用于标记所述票据。

6.一种改进的扫描设备，包括：

外壳，限定一个开口；

多个光学元件，用于扫描对象，所述光学元件被安置于所述外壳之内；

至少一个光源，被安置于所述外壳中以在扫描时照明所述对象，所述至少一个光源以最小化对两个或两个以上的所述光学元件的直接反射的方式被安置于所述外壳内部；

压板，所述压板被安置于所述外壳内部；以及

多个万向架，所述多个光学元件被连接在所述多个万向架上，每个所述万向架具有多个支点，所述多个支点被配置用于允许各个光学元件相对于所述压板的方位的调整。

7.根据权利要求6所述的改进的扫描设备，还包括：

所述压板相对于所述外壳的所述开口放置以提供其中的文档的定位，并且，所述压板相对于所述外壳的所述开口放置以最小化来自环境光源的直接反射。

8.根据权利要求6所述的改进的扫描设备，还包括锁定元件，用于固定所述万向架关于所述多个支点的位置。

9.根据权利要求6所述的改进的扫描设备，其中，所述外壳限定一个输入槽以接收票据，以及所述扫描设备还包括：

电机，被安置于所述压板下方并且被配置以用于从所述输入槽接收所述票据并且将所述票据传送至所述压板；以及

打印装置，被安置于所述电机附近，并且被配置以用于标记所述票据。

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