CN102801893B - 大幅面航空图像快速数化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大幅面航空图像快速数化装置，包括具有拍摄机构和胶片承载机构的本体，以及与所述拍摄机构相连的控制单元，还包括在胶片传输方向上与所述胶片承载机构的尺寸或胶片尺寸相配合的胶片传输机构，所述的拍摄机构在胶片传输方向上与所述胶片产生相对运动。本发明通过设置了能够产生相对运动的胶片传输机构和拍摄结构，在扫描完一张图像后可自动将下一幅图像区域输送到扫描区域。所以，能够大大地提高图像扫描的操作速度，并且通过使用本发明的快速数化装置，使得同样的大幅面胶片扫描时间只需约3秒。

Description

大幅面航空图像快速数化装置

技术领域

本发明涉及一种图像数字化装置，特别是涉及一种大幅面航空图像快速数化装置。

背景技术

现有的扫描仪具有一定的大幅面底片扫描功能，但是在具体的实际应用中，其还具有以下两方面缺陷：

一、缺少有效的自动送片定位功能。根据现有扫描仪传感器的工作原理，目前的扫描仪只能扫描处理单张的图像。如果需要扫描成卷的连续胶片，则需要通过人工进行换片定位操作，这势必会极大地影响工作效率。

二、为保证扫描图像的横纵比一致、不拉伸变形，传统的扫描仪多采用光栅传感器等作为位置测量和反馈设备，并按设定的分辨率，根据传感器位移控制采样的起始。这样虽然能够较灵活地根据需要调整分辨率，但同时也导致了在进行高分辨率扫描时速度过慢的现象。例如，一张300mm左右的底片在扫描12k×12k图像时，需要耗时约5-6分钟。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够快速、稳定进行大幅面底片扫描操作的大幅面航空图像快速数化装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种大幅面航空图像快速数化装置，包括具有拍摄机构和胶片承载机构的本体，以及与所述拍摄机构相连的控制单元，还包括在胶片传输方向上与所述胶片承载机构的尺寸或胶片尺寸相配合的胶片传输机构，所述的拍摄机构在胶片传输方向上与所述胶片产生相对运动，所述拍摄机构包括支架，与所述支架连接并使支架沿所述胶片传输方向呈一维运动的移动单元，以及固定在所述支架上并分别设置在所述胶片承载机构两侧的光源和相机。

进一步，所述支架的两侧设有锥形架体，并且，在所述锥形架体的侧部还设有锥形加强筋，所述锥形加强筋上开有减重孔。

优选地，所述光源为线性光源，所述相机为线阵相机，其中，所述线性光源设置在所述胶片承载机构上方，所述线阵相机设置在所述胶片承载机构的下方。进一步，所述线性光源的会聚线与所述线阵相机的扫描中心线相互平行。更优选地，在本体内部中，所述胶片承载机构的下方还设有照明光源。

优选地，所述移动单元包括安装在本体的底部并与所述胶片传输方向相平行的限位滑轨，与所述限位滑轨平行设置并包括滚珠螺母和丝杠的滚珠丝杠以及与所述滚珠丝杠和限位滑轨相配合连接的移动平台，所述支架固定在所述移动平台上。更优选地，所述移动平台上设有与所述限位滑轨滑动配合连接的滑块，所述移动平台还与所述滚珠螺母固定连接，所述滚珠螺母与所述丝杠之间施加预紧载荷。

优选地，所述移动单元还包括与所述控制单元相连的伺服电机，所述伺服电机通过驱动所述丝杠的转动控制所述移动平台进行一维运动。

进一步，所述控制单元按照指数加减速的方式控制所述伺服电机对所述移动平台进行驱动，其中所述指数加减速是使起动或停止时的速度突变变成指数规律上升或下降的圆滑曲线的方法。

优选地，所述移动平台运动的速度与相机扫描采样速度的关系为FOV/L_Sensor＝V_Film/V_Cam，其中，

FOV/L_Sensor为相机横向分辨率，

V_Film/V_Cam为相机纵向分辨率，

V_Cam为相机扫描采样速度，

FOV为相机视场范围，

V_Film为相机运动速度，

L_Sensor为相机传感器分辨率。

优选地，所述胶片传输机构包括分别设置在所述在胶片传输方向上游的胶片输送轮和设置在胶片传输方向下游的胶片收卷轮。

进一步，所述胶片承载机构包括设置在所述胶片传输机构与相机之间的承片玻璃以及位于承片玻璃上方并与所述承片玻璃之间具有间隙且能通过升降机构进行升降运动的压紧玻璃。

更进一步，所述胶片传输机构还包括在所述在胶片传输方向设置于所述胶片承载机构上游和下游的至少一组张紧辊。

优选地，在所述胶片承载机构上还设有光学密度测量定位传感器，并在所述胶片传输机构上设有旋转增量式光电编码器。

基于上述技术方案，本发明通过设置了能够产生相对运动的胶片传输机构和拍摄结构，在扫描完一张图像后可自动将下一幅图像区域输送到扫描区域。所以，通过使用本发明的快速数化装置，能够大大地提高图像扫描的操作速度，使得同样的大幅面胶片扫描时间显著地减少。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明胶片传输机构和胶片承载机构的结构示意图；

图3为本发明拍摄机构的结构示意图；

图4为本发明移动单元的结构示意图；

图5为本发明滚珠丝杆的结构示意图；

图6为本发明涉及的软件锁相环速度控制框图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。参见图1～图4，其中示出本发明一种大幅面航空图像快速数化装置的优选实施例，包括具有拍摄机构6和胶片承载机构4的本体100，以及与所述拍摄机构6相连的控制单元。所述的控制单元可以为本发明快速数化装置整体的控制单元，也可以为与数化装置整体控制单元相连或独立的控制机构。本发明还包括在胶片传输方向上与所述胶片承载机构4的尺寸或胶片尺寸相配合的胶片传输机构，所述的拍摄机构6在胶片传输方向上与胶片产生相对运动。在本实施例中，所述的胶片传输方向为纸面上从左至右的方向，并且，本发明所述的相对运动，可以为拍摄机构不动，通过胶片的传输产生相对运动；也可以为胶片在传输到位后，被暂时固定不动，而通过拍摄机构的移动产生相对运动。在本实施例中，主要为后者情况。

进一步，参见图1和图3，本发明的拍摄机构6包括支架62，与所述支架62连接并使支架62沿所述胶片传输方向呈一维运动的移动单元7，以及固定在所述支架62上并分别设置在所述胶片承载机构4两侧的光源2和相机61。其中所述的光源2可以在胶片承载结构4的上侧，此时相机61在胶片承载结构4的下侧；当然也可以将光源2设置在胶片承载结构4的下侧，此时相机61在胶片承载结构4的上侧。在本实施例中，所述光源2设置在胶片承载结构4的上侧，相机61设置在胶片承载结构4的下侧，如图1和图3所示。

优选地，其中所述支架62的两侧设有锥形架体(如图3中与光源2相垂直连接的部分)，并且，在所述锥形架体的侧部还设有锥形加强筋65，所述锥形加强筋65上开有减重孔66。本发明支架62的上述结构，提高了光源支架的刚性，使得拍摄机构具有较好的稳定性，同时，还可以减轻支架本身的重量，使得拍摄机构在移动的过程中，能够保持稳定的运动状态，避免相机61产生的抖动现象。并且，本发明将光源2和相机61一同设置在支架62上，此种结构也减小了光源本身的抖动，并确保了光源2与相机61的同步工作，因此，相对于现有技术中光源、相机分体式的结构而言，本发明也消除了运动误差产生的光照不均匀的现象。

进一步优选地，所述光源2为线性光源，所述相机61为线阵相机，例如相机61采用高分辨率CCD线阵相机。具体地，所述线性光源设置在所述胶片承载机构4上方，所述线阵相机设置在所述胶片承载机构4的下方，如图3所示。优选地，本发明所述线性光源的会聚线与所述线阵相机的扫描中心线相互平行，最好是二者相互重合。更优选地，本发明将相机61置于胶片宽度的中心位置，并调整相机高度和焦距，使相机视角能够覆盖胶片的扫描宽度。

另一方面，在本体100内部中，所述胶片承载机构4的下方还设有照明光源(图中未示出)。该照明光源可以设置在本体100内的任何适合于向上或向下照射到胶片成像区域的位置。当本发明的上盖1打开时，所述照明光源启动，照亮胶片成像区域，由此便于操作人员的查看与后续操作；当上盖1关闭时，所述照明光源也随之关闭，不影响胶片的扫描操作。所述照明光源上述的启动或关闭动作，可以由单独控制机构完成，可以通过整个装置的控制单元完成。

参见图1、图3、图4和图5，所述移动单元7包括安装在本体100的底部并与所述胶片传输方向相平行的限位滑轨10，与所述限位滑轨10平行设置并包括滚珠51和丝杠52的滚珠丝杠5以及与所述滚珠丝杠5和限位滑轨10相配合连接的移动平台71，所述支架62固定在所述移动平台71上。在本实施例中，所述滚珠丝杠5的丝杠设置在两条限位滑轨10的中间位置，如图3、图4和图5所示，所述移动平台71与滚珠丝杠5的滚珠螺母51相固定连接，当丝杠52发生转动时，滚珠螺母51便会在丝杠52的驱动下，带动所述移动平台71沿着丝杠进行一维运动(如图5所示)，进而使得支架62以及固定在支架62上的相机61和光源2相对于胶片产生一维相对运动，完成数化扫描操作。

进一步，如图4和图5所示，所述移动平台71上还设有与所述限位滑轨10滑动配合连接的滑块72，所述滑块72设置在图4中移动平台71的下方，优选地，在本实施例中，设有四个的滑块72，两两一组，分别与工型槽状限位滑轨10相滑动配合，如图5所示；同时，所述移动平台71还与所述滚珠螺母51固定连接，所述滚珠螺母51与所述丝杠52之间施加预紧载荷。

通过本发明的上述结构，减少了相机61在运动过程中的震动。即本发明移动平台71的结构采用了滚珠丝杠5与高精度限位滑轨10相组合承载的方式，滚珠丝杠5只负责相机移动，而线性限位滑轨10负责支撑和限位，从而将运动与限位相互分离。并且，滚珠丝杠5的传动系统为点接触式的滚动运动，其运动阻力为滚动摩擦阻力，远小于滑动阻力，还具有运动品质高、平稳无颤动的特点；更优选地，本发明还通过对所述滚珠螺母51与所述丝杠52之间进行施加预紧载荷的方式，进一步地提高结构的刚性，减小震动。而且，限位滑轨10固定在本体100的底板上，同样具有很高的刚度和精度，从而严格地限制了相机移动平台71的运动幅度，并从结构上限制了其抖动的幅度。

更进一步，本发明所述移动单元7还包括与所述控制单元相连的伺服电机11，所述伺服电机11通过驱动所述丝杠的转动控制所述移动平台71进行一维运动。并且，在本实施例中，所述控制单元按照指数加减速的方式控制所述伺服电机11对所述移动平台71进行驱动。

具体地，为了防止相机移动平台71在启动和停止阶段因速度突变而产生的抖动影响，保证其能够稳运动，本发明在伺服电机11驱动中采用了指数规律的加减速控制方式，使得移动平台71的速度变化按照如下所示的方式进行运动，即：

加速过程： $v_e\left(t\right)=v_c(1-e^{-\frac{t}{T}})$

减速过程： $v_e\left(t\right)=v_c{e}^{-\frac{t}{T}}$

其中是,v_e控制器输出转速，v_c是稳定指令速，T为过渡过程的时间常数。本发明的指数加减速是使起动或停止时的速度突变变成指数规律上升或下降的圆滑曲线的一种方法。即，在开始运动加速度最大并随着速度的升高而逐渐减小，当速度上升至指令速度时，加速度降低至最小，从而有效地降低了平移台因惯性产生的震动，同时也兼顾了运行的速度。

为减小相机扫描成像运动过程中的速度波动，消除图像横纵比例失调现象的发生，本发明还采用了基于DSP的软件锁相环速度控制方式，如图6所示，通过实际测量，电机转速输出波动小于1％，图像无拉伸变形现象。

如上所述，本发明设置了由高分辨率线阵CCD相机、线性移动平台以及高精度伺服控制单元集成的线阵扫描成像系统，首次采用了采样频率与速度匹配的推扫成像模式，避免了位置测量和反馈控制环节的使用，克服了位置采样模式扫描速度慢、结构复杂的缺点，极大地提高了扫描成像时运动速度。本发明相机61随着移动平台71运动，相机61的运动速度即为移动平台71的运动速度。

具体地，本发明所述移动平台71运动的速度与相机扫描采样速度的关系为FOV/L_Sensor＝V_Film/V_Cam，

其中，

FOV/L_Sensor为相机横向分辨率，

V_Film/V_Cam为相机纵向分辨率，

V_Cam为相机扫描采样速度，

FOV为相机视场范围，

V_Film为相机运动速度，

L_Sensor为相机传感器分辨率。

即：满足相机横向分辨率＝相机纵向分辨率。

另一方面，参见图1和图2，本发明所述胶片传输机构还包括分别设置在所述在胶片传输方向上游的胶片输送轮3和设置在胶片传输方向下游的胶片收卷轮8。并且优选地，所述胶片承载机构4包括设置在所述胶片传输机构与相机之间的承片玻璃以及位于承片玻璃上方并与所述承片玻璃之间具有间隙且能通过升降机构进行升降运动的压紧玻璃。所述胶片传输机构还包括在所述在胶片传输方向设置于所述胶片承载机构4上游和下游的至少一组张紧辊9。本实施例中，包括了两个张紧辊9，分别设置在所示承片玻璃的两侧。

并且，优选地，在所述胶片承载机构4上还设有光学密度测量定位传感器63，并在所述胶片传输机构上设有旋转增量式光电编码器64。

具体地，在本实施例中，两个张紧辊9之间的距离在40cm左右，以满足最大胶片尺寸(32cmx32cm)能够被相机全部扫描。张紧辊9与胶片输送轮3之间的距离在20cm左右，以便满足输送轮不同的尺寸要求。胶片收卷轮8及胶片输送轮3也由伺服电机驱动，为胶片提供0-32cm/s的线速度(速度可调)。在两个张紧辊9的下方距张紧辊2-3mm处为承片玻璃。在两个张紧辊9之间、胶片的正上方有一块35cmx35cm的压紧玻璃，在压紧玻璃的四角各有一个摆角电机(即升降机构)，起到升降压紧玻璃的作用。

当胶片处于输送状态时，压紧玻璃是抬起的，这时承片玻璃与压紧玻璃之间有5-6mm的间隙。胶片通过两个张紧辊在玻璃的间隙中输送，确保胶片的基面不被划伤。当胶片移动到位停止后，四个摆角电机启动将压紧玻璃放下，压紧玻璃靠自重压在承片玻璃上，将胶片夹在中间。安装玻璃的目的有两个：一是为了保证胶片水平平整，使胶片景深一致，二是承片玻璃能将胶片输送系统与相机扫描系统上下隔离，起到防尘降噪的作用。

另外，本实施例中，在承片玻璃右端安装有多个光学密度测量定位传感器63，在张紧辊9的端部装有旋转增量式光电编码器64，如图2所示，可以判断定位相邻的两张图像，进而控制伺服电机间歇旋转，达到胶片单张定位扫描的目的。胶片收卷轮8及胶片输送轮3的长度尺寸有三种规格：32cm、19cm、12.4cm。

在进行扫描前，首先要将胶片输送轮3上的胶片通过左右张紧辊9，最后插在胶片收卷轮8上预留的胶片凹槽(图中未示出)里，并将第一张胶片调整到待扫描位置(此时的压紧玻璃处于开启状态)。在胶片下方，安装有一对平板光源，照在待扫描的胶片上，此装置的作用是便于人工检查胶片。每一张胶片启始位置的定位由光密度测量定位传感器63测到胶片的空白区域后，根据胶片尺寸由光电编码器64进行距离监测，并由控制单元控制主动轮电机停止，同时通知相机扫描系统开始胶片扫描动作。

本发明的工作原理和工作过程为：

系统采用高分辨率CCD线阵相机推扫的方式实现航空胶片底片的快速数字化，通过设定的工作模式和工作参数，控制胶片的输片位置、输片速度、相机速度、光源背光照度等参数，实现胶片的输片、定位、展平、采集、处理和存储。

操作人员将胶片卷固定在相应大小的胶片输送轮和胶片收卷轮上，胶片在胶片传输机构的控制下实现自动或单幅走卷，胶片成像区域定位停止后，承片玻璃和压紧玻璃夹紧，线阵相机开始运动扫描成像，成像结束后，相机归位并同时松开夹紧玻璃进行胶片过片，下一幅胶片到位后开始重复以上扫描流程。

在扫描胶片过程中，对于本领域技术人员不难理解，可以使用数字图像采集卡接收相机产生的数据，从而不断地将图像存入控制服务器(图中未示出)的内存中。相机扫描一幅胶片后，软件根据设定对图像进行裁剪和校正，然后将图片存储到磁盘阵列中，并继续处理下一幅图像。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (14)

1.一种大幅面航空图像快速数化装置，包括具有拍摄机构(6)和胶片承载机构(4)的本体(100)，以及与所述拍摄机构(6)相连的控制单元，其特征在于：还包括在胶片传输方向上与所述胶片承载机构(4)的尺寸或胶片尺寸相配合的胶片传输机构，所述的拍摄机构在胶片传输方向上与所述胶片产生相对运动；

所述拍摄机构包括支架(62)，与所述支架(62)连接并使支架(62)沿所述胶片传输方向呈一维运动的移动单元(7)，以及固定在所述支架(62)上并分别设置在所述胶片承载机构(4)两侧的光源(2)和相机(61)。

2.根据权利要求1所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：所述支架(62)的两侧设有锥形架体，并且，在所述锥形架体的侧部还设有锥形加强筋(65)，所述锥形加强筋(65)上开有减重孔(66)。

3.根据权利要求1所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：所述光源(2)为线性光源，所述相机(61)为线阵相机，其中，所述线性光源设置在所述胶片承载机构(4)上方，所述线阵相机设置在所述胶片承载机构(4)的下方。

4.根据权利要求3所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：所述线性光源的会聚线与所述线阵相机的扫描中心线相互平行。

5.根据权利要求1所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：在本体(100)内部中，所述胶片承载机构(4)的下方还设有照明光源。

6.根据权利要求1所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：所述移动单元(7)包括安装在本体(100)的底部并与所述胶片传输方向相平行的限位滑轨(10)，与所述限位滑轨(10)平行设置并包括滚珠螺母(51)和丝杠(52)的滚珠丝杠(5)以及与所述滚珠丝杠(5)和限位滑轨(10)相配合连接的移动平台(71)，所述支架(62)固定在所述移动平台(71)上。

7.根据权利要求6所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：所述移动平台(71)上设有与所述限位滑轨(10)滑动配合连接的滑块(72)，所述移动平台(71)还与所述滚珠螺母(51)固定连接，所述滚珠螺母(51)与所述丝杠(52)之间施加预紧载荷。

8.根据权利要求6所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：所述移动单元(7)还包括与所述控制单元相连的伺服电机(11)，所述伺服电机(11)通过驱动所述丝杠的转动控制所述移动平台(71)进行一维运动。

9.根据权利要求8所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：所述控制单元按照指数加减速的方式控制所述伺服电机(11)对所述移动平台(71)进行驱动，其中所述指数加减速是使起动或停止时的速度突变变成指数规律上升或下降的圆滑曲线的方法。

10.根据权利要求9所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：所述移动平台(71)运动的速度与相机扫描采样速度的关系为FOV/L_Sensor＝V_Film/V_Cam，

其中，

FOV/L_Sensor为相机横向分辨率，

V_Film/V_Cam为相机纵向分辨率，

V_Cam为相机扫描采样速度，

FOV为相机视场范围，

V_Film为相机运动速度，

L_Sensor为相机传感器分辨率。

11.根据权利要求1所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：所述胶片传输机构包括分别设置在所述在胶片传输方向上游的胶片输送轮(3)和设置在胶片传输方向下游的胶片收卷轮(8)。

12.根据权利要求11所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：所述胶片承载机构(4)包括设置在所述胶片传输机构与相机之间的承片玻璃以及位于承片玻璃上方并与所述承片玻璃之间具有间隙且能通过升降机构进行升降运动的压紧玻璃。

13.根据权利要求11所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：所述胶片传输机构还包括在所述在胶片传输方向设置于所述胶片承载机构(4)上游和下游的至少一组张紧辊(9)。

14.根据权利要求13所述的大幅面航空图像快速数化装置，其特征在于：在所述胶片承载机构(4)上还设有光学密度测量定位传感器(63)，并在所述胶片传输机构上设有旋转增量式光电编码器(64)。