CN103297654A

CN103297654A - 基于多cis大幅面扫描仪的图像校正方法

Info

Publication number: CN103297654A
Application number: CN2013102684754A
Authority: CN
Inventors: 刘霖; 唐雪松; 杨先明; 陈德勇; 刘娟秀; 陈镇龙; 谭良; 凌云; 邓可云; 阳春波
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: CN103297654B

Abstract

本发明公开基于多CIS大幅面扫描仪的图像校正方法，解决CIS扫描仪存在扫描图像还原效果差的问题。本发明包括以下步骤：（1）准备一张有M段图像的校正纸；（2）设置最大曝光时间，对纯白段图像进行扫描并求出N根CIS中每个通道像素值的平均值，找出基准值，以该通道的曝光时间作为其最佳曝光时间和其余通道的曝光时间，重新得到其余通道的像素值的平均值，利用|平均值-基准值|<3确定其余通道的最佳曝光时间；（3）根据最佳曝光时间，得到相应的Y_i(w)和理论C_i(w);（4）利用计算每两段图像的G_i和O_i，利用C_i(w)=G_iY_i(w)+O_i计算出每两段图像的实际响应输出；（5）结合得出的实际响应输出，完成对扫描图像的校正。本发明可以最大限度还原图像本身。

Description

基于多CIS大幅面扫描仪的图像校正方法

技术领域

本发明涉及一种图像的校正方法，具体地说，是涉及一种基于多CIS（接触式图像传感器Contact Image Sensor，简称CIS）大幅面扫描仪的图像校正方法。

背景技术

在现代信息科学技术突飞猛进的今天，人们实际扫描的对象尺寸越来越大，扫描精度也越来越高，采用多根CIS的大幅面扫描仪就应运而生，在基于CIS大幅面扫描仪系统中，很多因素会给扫描的图像带来误差，如光照的不均匀性、玻璃板的起伏、CIS控制芯片内部电路带来的噪声等。同时不同的CIS之间可能有较大差异，因此针对基于CIS的大幅面扫描仪的图像校正也就成为了一个重要环节。

就目前而言，传统的大幅面扫描仪的图像校正方法主要是采用分别扫描一张纯白色的校正图和纯黑色的校正图，来取得黑白图的数据，用该数据有来对整个扫描仪进行校正。因为不同CIS之间可能存在差异，因此，通过这种方法校正后，会造成图像失真，整幅图颜色不均匀，并且图像质量较低。

针对目前这种情况，为了提升图像质量，设计一种切实可行的针对基于CIS的大幅面扫描仪整体图像校正的方法变成为行业内的技术人员重点研究的内容。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多CIS大幅面扫描仪的图像校正方法，主要解决现有的CIS大幅面扫描仪存在扫描的图像整体颜色不均、图像还原效果差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于多CIS大幅面扫描仪的图像校正方法，包括以下步骤：

（1）准备一张校正纸，该校正纸上有M段不同的图像，且该M段图像中包含RGB通道的像素值为255的纯白段图像，M为自然数；

（2）将CIS传感器中N根CIS每个通道的曝光时间均设置为CIS传感器所支持的最大曝光时间，在所选的曝光时间下，对纯白段图像进行扫描得到其图像信息，N为自然数；

（3）根据步骤（2）得到的图像信息，分别求出每根CIS中R、G、B三个通道各自的像素值的平均值，并在所有CIS中找出平均值最小的那个通道，以该通道的平均值作为基准值，同时将该通道的最佳曝光时间记为当前的曝光时间，重新调整其他剩余通道的曝光时间并得到对应的像素值的平均值，利用|平均值-基准值|是否小于3判断其他通道的曝光时间是否为最佳曝光时间，是，则判断该通道当前的曝光时间为其最佳曝光时间，否，则调整该通道的曝光时间，重新得到相应的像素值的平均值，并继续计算，直到|平均值-基准值|<3；

（4）根据步骤（3）获得的最佳曝光时间下扫描校正纸中其余段图像，得到N根CIS在每段图像中各自的RGB通道的每个光敏单元i的响应输出Y_i(w)，同时得到每段图像的理论响应输出C_i(w),其中，w表示所选取的那段图像的RGB通道的理论像素值；

（5）取出其中两段图像距离最大的两个端点的光敏单元的响应输出Y_i(w1)和Y_i(w2)，以及该两段图像的端点的实际响应输出C_i(w1)和C_i(w2),将C_i(w1)和C_i(w2)均对应到相应图像的端点的像素值，即令C_i(w1)=w1，C_i(w2)=w2,利用公式

\{\begin{matrix} G_{i} = \frac{C_{i} (w 2) - C_{i} (w 1)}{Y_{i} (w 2) - Y_{i} (w 1)} \\ O_{i} = \frac{Y_{i} (w 1) C_{i} (w 2) - C_{i} (w 1) Y_{i} (w 2)}{Y_{i} (w 1) - Y_{i} (w 2)} \end{matrix}

计算出该两段图像的增益系数和偏移系数，其中，G_i为增益系数，O_i为偏移系数；

（6）根据步骤（5）求得的G_i和O_i,取出该两段图像中其他点的光敏单元的响应输出Y_i(w),并利用公式C_i(w)=G_iY_i(w)+O_i分别计算出该两段图像中其他点的实际响应输出，根据求得的C_i(w)对相应的点进行校正；

（7）按照步骤（6）的方式分别计算校正纸中其余每两段图像之间的增益系数和偏移系数，计算出相应点的实际响应输出，并对计算出的实际响应输出进行校正；

（8）结合步骤（6）、（7）得出的实际响应输出，完成对整个扫描图像的校正。

其中，所述步骤（3）包括以下步骤：

（3a）分别计算每根CIS中所有的R通道、G通道、B通道各自像素值的平均值；

（3b）找出所有CIS中平均值最小的那个通道，将该最小平均值记为基准值，并记录该通道的最大曝光时间为其最佳曝光时间，同时调整其他通道的曝光时间，并重新得到其他通道的像素值的平均值；

本发明的设计原理在于：由于CIS的非均匀性是指其光敏单元在同一均匀辐射输入时各单元间输出的不一致性，又称为固有空间噪声，这种非均匀性是由于其制造工艺等原因造成的，属于CIS本身的特性，因此，只能是通过数值补偿的方式解决。

假设每个光敏单元的响应都是线性的，则在此假设条件下，线性CIS在均匀光光辐射下，光敏单元i的响应输出为Y_i(w)=k_iw+b_i,其中k_i为光敏单元i的响应率，w为光强辐射量（也可以认为是图像的像素值），b_i为光敏单元的暗电流，由于CIS的非均匀性，不同光敏单元的k_i和b_i是各不相同的，对同样光强的输出也不一致，校正的目的就是使每个光敏单元在均匀光强辐射下有同样的输出。依据假设条件，在各光敏单元有效区域内，k_i和b_i是恒定不变的，故校正后的响应输出为：

C_i(w)=G_iY_i(w)+O_i (1)

其中，G_i为增益系数，O_i为偏移系数，也称为光敏单元暗电流的校正量。校正方法为：首先使用CIS采集纯白色图像，得到其上的所有点的实际响应输出C_hi,找出其中的最大值C_imax,然后使用纯黑色的图像采集其上的所有点的实际响应输出C_li,找出其中的最小值C_imin。把C_imax和C_imin作为校正后归一化的输出响应，对于每个光敏单元则有

\{\begin{matrix} C_{i \max} = G_{i} Y_{i} (w_{\max}) + O_{i} \\ C_{i \min} = G_{i} Y_{i} (w_{\min}) + O_{i} \end{matrix}

（2）

从式（2）可以解出：

\{\begin{matrix} G_{i} = \frac{C_{i \max} - C_{i \min}}{Y_{i} (w_{\max}) - Y_{i} (w_{\min})} \\ O_{i} = \frac{Y_{i} (w_{\min}) C_{i \max} - C_{i \min} Y_{i} (w_{\min})}{Y_{i} (w_{\min}) - Y_{i} (w_{\max})} \end{matrix}

（3）

式中，G_i为单个光敏单元i的增益系数，O_i为单个光敏单元i的偏移系数，将其代入（1）式即可得到校正后的输出。

针对实际情况，将设备从纯白图像开始依次扫描，初始曝光时间设定为最大曝光时间，得到所有CIS中各个通道的像素值，然后求出每个通道的像素值的平均值，并找出其中平均值最小的通道，以此平均值作为基准值，根据公式|平均值-基准值|是否小于3以及（T_上-S）判定并调整其余通道的最佳曝光时间，根据最佳曝光时间得到该段图像中每个通道的每个光敏单元的响应输出Y_i(w1),由于在理论情况下，C_i(w1)=w1,C_i(w2)=w2，因此，根据C_i(w1)、C_i(w2)、Y_i(w1)、Y_i(w2),依照（3）式，即可计算出这两段图像内的G_i和O_i,然后根据求得的G_i和O_i，以及测得的相应的光敏单元的响应输出Y_i(w),根据（1）式求出相应的C_i(w),并将其进行校正，依次类推，即可完成整个扫描图像的校正。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明设计科学、严谨，流程简洁，其很好地将理论与实践相结合在一起，并取得了重大的突破。

（2）本发明通过反复计算和记录一张校正纸的曝光时间，从而筛选出最佳的曝光时间，然后根据该最佳的曝光时间得到的图像数据，利用偏移和增益校正的手段生成每根CIS在校正纸上的每段图像每个通道中的每个光敏单元的偏移系数和增益系数，然后将最佳曝光时间、偏移系数、增益系数进行整合，得到校正纸上各个图像最终校正后的响应输出，所有响应输出的图像即组成了最终校正后的扫描图像，因此，本发明采用了一种全新的校正方式来对扫描的图像进行校准，每根CIS中每个通道的曝光时间、偏移系数、增益系数均是独立的，相互之间不会受到干扰，根据独立的数据计算并输出独立的结果，并通过所有独立的结果组成校正后的图像，故本发明可以针对不同CIS各自的RGB通道的像素值进行单独调整，从而确保了每一段图像上的各个CIS之间的差异能够降到最小，进而可以让扫描出来的整体图像真实地还原出实际图像本身的情况，虽然每个点的光敏单元的实际响应输出均可直接测得，通过测得的实际响应输出是可以很好地校正图像，但是其测试方式太繁杂，一个接一个点的测出其实际响应输出显然不现实，而本发明在充分研究其规律和实际应用后，采用了近似校正的方式对图像进行校正，其只需要测得某几个具有代表的点的C_i(w),并利用公式得到G_i和O_i后，即可将每个图像段的实际响应输出求出，精度相当高，因此，本发明相比现有的扫描方式来说，其通用性和适应性更强，技术手段更加富有创造性，得到的扫描图像精度也更高，更符合实际情况，其最大限度地还原了实际图像的本身，因此，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。

（3）本发明由从事图形图像扫描开发工作多年的专家研究和设计，并反复进行测试，其过程环环相扣，有理有据，采用的技术方案针对性强、图像扫描精度高，可以说，本发明大大顺应了科技发展的潮流，并为图像扫描真实、精度高提出了可行的解决方案，其非常适于大范围地推广应用。

附图说明

图1为本发明-实施例所使用的校正纸。

图2为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

本发明基于现有的接触式图像传感器（CIS）扫描仪的硬件结构基础上，提出了一种全新的图像校正方法，如下所述：

（1）准备一张校正纸，该校正纸上有M段不同的图像，且该M段图像中包含RGB通道的像素值为255的纯白段图像，M为自然数；本实施例以一张印有每段宽为4CM的16段（即M=16）不同的图像的校正纸为例进行本发明的阐述，如图1所示，该校正纸中的16段图像的RGB通道的像素值依次为0、5、10、15、20、50、80、110、140、170、210、230、240、245、250、255；

（2）将CIS传感器中N根CIS每个通道的曝光时间均设置为CIS传感器所支持的最大曝光时间，在所选的曝光时间下，对纯白段图像进行扫描得到其图像信息，本实施例中，N=5；

该步骤的具体实施过程为：

上述曝光时间和调整步伐均为设备上内置好的参数；像素值为0的图像是纯黑的，而像素值为255的图像则是纯白的，本实施例利用纯白的图像作为扫描起点，并设置5根CIS中各自所有的R、G、B通道的最大曝光时间，利用该5根CIS对纯白图像进行扫描，然后利用步骤（3）的方法求出该段图像中每个通道的最佳曝光时间后，以此为基点，在扫描其它段图像的时候，也将一直用该曝光时间；

（4）根据步骤（3）获得的最佳曝光时间下扫描校正纸中其余段图像，得到5根CIS在每段图像中各自的RGB通道的每个光敏单元i的响应输出Y_i(w),同时得到每段图像的理论响应输出C_i(w),其中，w表示所选取的那段图像的RGB通道的理论像素值；

（5）取出其中两段图像距离最大的两个端点的光敏单元的响应输出Y_i(w1)和Y_i(w2),以及该两段图像的端点的实际响应输出C_i(w1)和C_i(w2)，将C_i(w1)和C_i(w2)均对应到相应图像的端点的像素值，即令C_i(w1)=w1，C_i(w2)=w2,利用公式

\{\begin{matrix} G_{i} = \frac{C_{i} (w 2) - C_{i} (w 1)}{Y_{i} (w 2) - Y_{i} (w 1)} \\ O_{i} = \frac{Y_{i} (w 1) C_{i} (w 2) - C_{i} (w 1) Y_{i} (w 2)}{Y_{i} (w 1) - Y_{i} (w 2)} \end{matrix}

上述流程如图2所示，并且为进一步地理解本发明的校正过程，本实施例在上述基础上，以扫描仪中某根CIS中的R通道在像素值为50～80这个段的偏移系数和增益系数的计算为例，来讲解如何得出该段的偏移系数和增益系数。由于前面已经得出了RGB通道的像素值为50和80这两段图像中各个通道各自的最佳曝光时间，因此，该CIS中的R通道的每个光敏单元在这两个图像段内的实际输出值分别为Y_i(50)和Y_i(80)，根据理论条件，有C_i(w1)=50，C_i(w2)=80，Y_i(w1)=Y_i(50),Y_i(w2)=Y_i(80),所以对于该CIS中的R通道在像素值为50-80这个段，其偏移系数和增益系数为

\{\begin{matrix} G_{i} = \frac{30}{Y_{i} (80) - Y_{i} (50)} \\ O_{i} = \frac{50 Y_{i} (80) - 80 Y_{i} (50)}{Y_{i} (80) - Y_{i} (50)} \end{matrix},

根据该公式便可得到G_i和O_i。

本发明在假设条件下，可以先将校正纸中所有图像各自所有的RGB通道在相应图像段内的增益系数和偏移系数全部求出，根据相应的增益系数和偏移系数和相应段内的像素值，通过公式C_i(w)=G_iY_i(w)+O_i分别计算出在每段段内所有的Y_i(w)像素值对应的C_i(W),并将其制成校准参照表格并储存到设备的处理中心，然后在下次扫描时，根据扫描得到的像素值Y_i(w),并在得到相应的Y_i(w)后直接调用表格中对应的C_i(w)即可。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，本实施例中所选取的校正纸仅仅只是为了阐述本发明的实施过程，在基于上述设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一致的，也应当在本发明的保护范围内。

Claims

1.基于多CIS大幅面扫描仪的图像校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

（4）根据步骤（3）获得的最佳曝光时间下扫描校正纸中的其余段图像，得到N根CIS在每段图像中各自的RGB通道的每个光敏单元i的响应输出Y_i(w),同时得到每段图像的理论响应输出C_i(w)，其中，w表示所选取的那段图像的RGB通道的理论像素值；

（5）取出其中两段图像距离最大的两个端点的光敏单元的响应输出Y_i(w1)和Y_i(w2),以及该两段图像的端点的实际响应输出C_i(w1)和C_i(w2)，将C_i(w1)和C_i(w2)均对应到相应图像的端点的像素值，即令C_i(w1)=w1，C_i(w2)=w2，利用公式

\{\begin{matrix} G_{i} = \frac{C_{i} (w 2) - C_{i} (w 1)}{Y_{i} (w 2) - Y_{i} (w 1)} \\ O_{i} = \frac{Y_{i} (w 1) C_{i} (w 2) - C_{i} (w 1) Y_{i} (w 2)}{Y_{i} (w 1) - Y_{i} (w 2)} \end{matrix}

（6）根据步骤（5）求得的G_i和O_i，取出该两段图像中其他点的光敏单元的响应输出Y_i(w),并利用公式C_i(w)=G_iY_i(w)+O_i分别计算出该两段图像中其他点的实际响应输出，根据求得的C_i(w)对相应的点进行校正；

2.根据权利要求1所述的基于多CIS大幅面扫描仪的图像校正方法，其特征在于，所述步骤（3）包括以下步骤：