CN102447810A

CN102447810A - 一种非接触式图像扫描还原方法

Info

Publication number: CN102447810A
Application number: CN2011103318597A
Authority: CN
Inventors: 魏涛; 刘瀚蔚; 杨静琦
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-05-09

Abstract

本发明公开了一种非接触式图像扫描还原方法，属于图像扫描领域，当满足书页表面在与书脊平行的方向上各点高度相等条件时，将书本放入仪器箱，关闭闪光灯，在控制电路的控制下激光发生器发射出两道线激光照射到书本上，获取书上某点沿书脊方向两条激光线间距与该像点沿书脊方向两条激光线间距的比例；关闭激光发生器，打开闪光灯，摄像头获取书页曲面图像；图像处理模块还原书页曲面图像，生成还原图像；并且对还原图像进行插值以及锐化处理，获取原始图像；根据原始图像生成PDF文件，并将PDF文件输出到可移动存储设备中，该方法实现了方便、完整地获取到PDF格式的电子书。

Description

一种非接触式图像扫描还原方法

技术领域

本发明涉及图像扫描领域，特别涉及一种非接触式图像扫描还原方法。

背景技术

目前，公知的扫描仪大多都是接触式扫描仪，主要由上盖、原稿台、光学成像部分、光电转换部分和机械传动部分组成，扫描仪光源为长条形，并沿y方向扫过整个原稿；照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙，形成沿x方向的光带，又经过一组反光镜，由光学透镜聚焦并进入分光镜，经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的RGB三条彩色光带分别照到各自的CCD上，CCD将RGB光带转变为模拟电子信号，此信号又被A/D变换器转变为数字电子信号，来获取图像。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术中至少存在以下的缺点和不足：

现有技术中在对较厚的古典书籍以及工具书进行扫描时，由于书本较厚，接触式扫描仪无法扫描到这些厚书的书脊部分，使得使用者不能得到完整的图像，有时得到的图像会出现扭曲的现象，不能很好的满足实际应用中的需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种非接触式图像扫描还原方法，该方法通过无接触方式对较厚的古典书籍以及工具书进行扫描，可以扫描到书脊部分，实现了方便、完整地获取到PDF格式的电子书，详见下文描述：

一种非接触式图像扫描还原方法，所述方法包括以下步骤：

(1)当满足书页表面在与书脊平行的方向上各点高度相等条件时，将书本放入仪器箱，关闭闪光灯，在控制电路的控制下激光发生器发射出两道线激光照射到书本上，根据小孔成像原理获取书上某点沿书脊方向两条激光线间距ΔY与该像点沿书脊方向两条激光线间距ΔX的比例；

(2)关闭所述激光发生器，打开所述闪光灯，在所述控制电路的控制下摄像头获取书页曲面图像；

(3)图像处理模块还原所述书页曲面图像，获取还原图像；

(4)所述图像处理模块对所述还原图像进行插值以及锐化处理，获取原始图像；

(5)所述图像处理模块根据所述原始图像生成PDF文件，并将所述PDF文件输出到可移动存储设备中。

所述书上某点沿书脊方向两条激光线间距ΔY与该像点沿书脊方向两条激光线间距ΔX的比例具体为书页上该点到小孔距离Yl与该像点到小孔距离Xl之比即

故

其中，两条激光线间距ΔY是恒定的。

步骤(3)中的图像处理模块还原所述书页曲面图像，获取还原图像具体为：

设小孔为F，像上垂直于书脊方向取间距D_x的两点S′₁和S′₂，由勾股定理求得S′₁至F和S′₂至F的距离分别为Xl₁和Xl₂；

{Xl}_{1}^{2} = \sqrt{{FO}^{2} + S_{1}^{'} O^{2}}

{Xl}_{2}^{2} = \sqrt{{FO}^{2} + S_{2}^{'} O^{2}}

设该S′₁和S′₂两点沿书脊方向线激光的间距分别为ΔX₁和ΔX₂，S′₁和S′₂两点距小孔F的距离分别为X₁和X₂，书上S′₁和S′₂两点到小孔距离Yl₁和Yl₂，由上式得到：

{Yl}_{1} = {Xl}_{1} \times \frac{Δ Y_{1}}{Δ X_{1}}

{Yl}_{2} = {Xl}_{2} \times \frac{Δ Y_{2}}{Δ X_{2}}

设S′₁和S′₂的物点分别为S₁和S₂，S₁和S₂垂直书脊方向间距为d_x，由小孔成像原理有∠S₁FS₂＝∠S₁′FS′₂；利用余弦定理可得：

\frac{{Xl}_{1}^{2} + {Xl}_{2}^{2} - D_{x}^{2}}{2 {Xl}_{1} \times {Xl}_{2}} = \frac{{Yl}_{1}^{2} + {Yl}_{2}^{2} - d_{x}^{2}}{2 {Yl}_{1} \times {Yl}_{2}}

d_{x} = \sqrt{{Yl}_{1}^{2} + {Yl}_{2}^{2} - \frac{{Yl}_{1} \times {Yl}_{2}}{{Xl}_{1} \times {Xl}_{2}} {Xl}_{1}^{2} + {Xl}_{2}^{2} - D_{x}^{2}}

求得d_x后，设书页上点对应坐标为X_i，则有通过将书页图案像点坐标与拍摄的原始图像坐标一一对应起来，获取所述还原图像。

本发明提供的一种非接触式图像扫描还原方法，与现有技术相比具有如下的优点：

本发明通过无接触方式对较厚的古典书籍以及工具书进行扫描，可以扫描到书脊部分，只需将书本放入仪器箱中，仪器箱中的激光灯和摄像头采集书页内容，然后图像处理模块对书页内容进行一系列图像处理和还原，最后生成PDF格式的电子书，输出到存储设备中，通过该方法实现了方便、完整地获取到PDF格式的电子书。

附图说明

图1为本发明提供的扫描系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种非接触式图像扫描还原方法的流程图；

图3为本发明提供的书页上两条激光线间距离与像上两激光线间距的比例示意图；

图4为本发明提供的书页还原的映射示意图；

图5为本发明提供的书页上两条激光线的示意图；

图6为本发明提供的处理前后效果对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1和图2，一种非接触式图像扫描还原方法，该方法包括以下步骤：

101：当满足书页表面在与书脊平行的方向上各点高度相等条件时，将书本放入仪器箱，关闭闪光灯，在控制电路的控制下激光发生器发射出两道线激光照射到书本上，根据小孔成像原理获取书上某点沿书脊方向两条激光线间距ΔY与该像点沿书脊方向两激光线间距ΔX的比例；

由小孔成像原理得，书上某点沿书脊方向两条激光线间距ΔY与该像点沿书脊方向两激光线间距ΔX的比例为书页上该点到小孔距离Yl与该像点到小孔距离Xl之比即

故

其中，两条激光线间距ΔY是恒定的。

102：关闭激光发生器，打开闪光灯，摄像头获取书页曲面图像；

具体实现时，无影灯打开，激光灯关闭，摄像头调用截图方法，截取图像存为SourcePictureN.jpg格式的图像(还可以为其他格式的图像，例如：bmp格式的图像)，控制电路发送无影灯关信号，可以根据书籍的页数重复操作，获取到每页的书页曲面图像。

103：图像处理模块还原书页曲面图像，获取还原图像；

设小孔为F，像上垂直于书脊方向取间距D_x的两点S′₁和S′₂，则可由勾股定理求得S′₁至F和S′₂至F的距离分别为Xl₁和Xl₂。

{Xl}_{1}^{2} = \sqrt{{FO}^{2} + S_{1}^{'} O^{2}}

{Xl}_{2}^{2} = \sqrt{{FO}^{2} + S_{2}^{'} O^{2}}

{Yl}_{1} = {Xl}_{1} \times \frac{Δ Y_{1}}{Δ X_{1}}

{Yl}_{2} = {Xl}_{2} \times \frac{Δ Y_{2}}{Δ X_{2}}

\frac{{Xl}_{1}^{2} + {Xl}_{2}^{2} - D_{x}^{2}}{2 {Xl}_{1} \times {Xl}_{2}} = \frac{{Yl}_{1}^{2} + {Yl}_{2}^{2} - d_{x}^{2}}{2 {Yl}_{1} \times {Yl}_{2}}

d_{x} = \sqrt{{Yl}_{1}^{2} + {Yl}_{2}^{2} - \frac{{Yl}_{1} \times {Yl}_{2}}{{Xl}_{1} \times {Xl}_{2}} {Xl}_{1}^{2} + {Xl}_{2}^{2} - D_{x}^{2}}

求得d_x后，设书页上点对应坐标为X_i，则有

通过将书页图案像点坐标与拍摄的原始图像坐标一一对应起来，获取还原图像。

104：图像处理模块对还原图像进行插值以及锐化处理，获取原始图像；

其中，通过插值处理恢复图像的像素数据，计算出未采集位置上的像素数据。插值方法具体为：邻近像素插值法、双线性插值法和双三次插值法。图象在处理中，加入了噪声的因素，高频成分的衰减作用，造成图象的细节和轮廓不清晰。图象锐化就是加强图象中景物的细节和轮廓，使图象变得较清晰。锐化方法具体为Wallis和拉普拉斯，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。

105：图像处理模块根据原始图像生成PDF文件，并将PDF文件输出到可移动存储设备中。

下面结合试验来具体说明本发明实施例提供的一种非接触式图像扫描还原方法的可行性，详见下文描述：

试验条件为：300万像素的摄像头、控制电路中的操作系统windows XP SP3、凌动处理器，主频1.8GHz、1.2秒/页的处理速度，书页大小：A4，将书本放入仪器箱中，参见图5，仪器箱中的激光灯和摄像头采集书页内容，然后图像处理模块对书页内容进行一系列图像处理和还原，最后生成PDF格式的电子书，参见图6，左侧图是摄像头获取的原始图像，右侧图是最终处理结果，对比发现：系统稳定，制作出的PDF格式的电子书无扭曲，文字清晰度好。

综上所述，本发明实施例提供了一种非接触式图像扫描还原方法，本发明实施例通过无接触方式对较厚的古典书籍以及工具书进行扫描，可以扫描到书脊部分，只需将书本放入仪器箱中，仪器箱中的激光灯和摄像头采集书页内容，然后图像处理模块对书页内容进行一系列图像处理和还原，最后生成PDF格式的电子书，输出到存储设备中，通过该方法实现了方便、完整地获取到PDF格式的电子书。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种非接触式图像扫描还原方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(2)关闭所述激光发生器，打开所述闪光灯，在所述控制电路的控制下摄像头获取书页曲面的图像；

(3)图像处理模块还原所述书页曲面图像，获取还原图像；

2.根据权利要求1所述的一种非接触式图像扫描还原方法，其特征在于，所述书上某点沿书脊方向两条激光线间距ΔY与该像点沿书脊方向两条激光线间距ΔX的比例具体为书页上该点到小孔距离Yl与该像点到小孔距离Xl之比即

故

其中，两条激光线间距ΔY是恒定的。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式图像扫描还原方法，其特征在于，步骤(3)中的所述图像处理模块还原所述书页曲面图像，获取还原图像具体为：

{Xl}_{1}^{2} = \sqrt{{FO}^{2} + S_{1}^{'} O^{2}}

{Xl}_{2}^{2} = \sqrt{{FO}^{2} + S_{2}^{'} O^{2}}

{Yl}_{1} = {Xl}_{1} \times \frac{Δ Y_{1}}{Δ X_{1}}

{Yl}_{2} = {Xl}_{2} \times \frac{Δ Y_{2}}{Δ X_{2}}

\frac{{Xl}_{1}^{2} + {Xl}_{2}^{2} - D_{x}^{2}}{2 {Xl}_{1} \times {Xl}_{2}} = \frac{{Yl}_{1}^{2} + {Yl}_{2}^{2} - d_{x}^{2}}{2 {Yl}_{1} \times {Yl}_{2}}

d_{x} = \sqrt{{Yl}_{1}^{2} + {Yl}_{2}^{2} - \frac{{Yl}_{1} \times {Yl}_{2}}{{Xl}_{1} \times {Xl}_{2}} {Xl}_{1}^{2} + {Xl}_{2}^{2} - D_{x}^{2}}

求得d_x后，设书页上点对应坐标为X_i，则有

通过将书页图案像点坐标与拍摄的原始图像坐标一一对应起来，获取所述还原图像。