CN103621054B - 利用拼接方法的大幅面扫描系统的扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于大幅面扫描系统（1）的扫描方法，该扫描系统具有至少两个级联的、布置有至少一个重叠区域（13，14）的图像检测元件（2）以用于扫描大幅面的扫描样品（4），其中借助拼接方法把图像检测元件（2）的至少一个重叠区域（13，14）中的图像信息相组合，其中在搜索区域（10）中对所述至少一个重叠区域（13，14）搜索图像信息，该方法具有以下的步骤：在该扫描样品（4）的所设定的搜索区域（10）中进行纹理识别（18），在所识别的纹理中分析信息密度，以确定纹理内容的度量（19），根据所识别纹理的纹理内容的度量（19）来对信息密度进行加权，在该扫描样品（4）的所设定的搜索区域（10）中探测（20）全等的图像信息，由从纹理所导出的加权（22）以及所求得的每次测量的偏差（24至25）来求得每个测量点（16至17）的加权偏差（24至25），由加权的偏差（24至25）来确定（27，28）加权的偏差平均值（29至30），以及由加权的偏差平均值（27，28）来计算用于校正被移位的图像元素的位置的移位值（29，30），使得把这些图像元素变成一致。

Description

利用拼接方法的大幅面扫描系统的扫描方法

技术领域

本发明涉及用于大幅面扫描系统的扫描方法，该扫描系统具有至少两个级联的、布置有至少一个重叠区域的图像检测元件以扫描大幅面的扫描样品，其中借助拼接方法在图像检测元件的至少一个重叠区域中组合图像信息，其中在搜索区域内对至少一个重叠区域搜索图像信息。

背景技术

DE102009011945B4公开了大幅面的扫描系统，其中具有连续图像检测元件、例如接触式图像传感器（CIS）的扫描装置覆盖了整个扫描宽度。

此外在大幅面扫描系统中已知具有级联布置的图像检测元件（例如CIS）的扫描装置。所使用的CIS被大量应用于办公领域的小幅面扫描系统，并从而相对于仅少量制造的、覆盖整个扫描宽度的CIS具有成本优势。

为了在整个扫描宽度上获得连续的扫描图像，也被称为所谓曲折取向的级联布置是必要的。各个CIS在x和y方向上的位移或重叠通过合适的软件方法、例如所谓的拼接方法来校正，以获得连续的扫描图像。

在US6,348,981中公开了通过静态的校正值来对各个图像检测元件在x和y方向上的位移或重叠进行补偿。这些静态校正值所具有的缺点是，在图像检测元件之间的过渡区域中在x和y方向上不能普遍精确地实施校正。在扫描样品中的微小波纹或弯曲或者在扫描样品通过速度上的微小波动导致在图像检测元件的过渡区域中可见的图像错误，这些图像错误例如显示为中断线或偏心的线、双线等。

US2003/0138167A1或EP1422924A2还公开了如下的方法，其中在图像检测元件之间的过渡区域中通过对并排的图像检测元件的平均值的合适算法而导致在图像检测元件之间流畅的淡入淡出。在图像检测元件之间过渡区域中的图像错误在x和y方向上显示得不清晰，并在有限的范畴内被可视地抑制。

这些方法尤其在具有线信息的扫描样品情况下导致仅第一眼看去可使用的结果。

为了避免利用静态校正值的拼接方法的缺点，已知自适应拼接方法。

在这种方法中，除了利用静态校正值的拼接方法之外，例如还将由两个并排布置的图像检测元件在过渡区域中扫描的相同图像内容加载到合适的数据存储器中并相互比较。

通过合适的方法来自动识别全等的图像元素，并在x或y方向上存在位移的情况下通过校正算法而变成一致。

该方法的缺点是：

拼接结果高度依赖于被相互比较的图像信息的范围。在图像检测元件的重叠区域中扫描样品上的图像信息越少，拼接结果越差。在图像信息范围小的情况下，不全等的图像内容被错误地识别为全等的图像内容，这通常导致貌似一致的错误分配。结果是增大了x或y位移。

由于在图像检测元件级联布置的情况下在扫描样品传输期间的速度波动，导致在被扫描的图像信息的过渡区域中不可控的、非线性的信息移位。因为重叠的图像信息的一致性由于速度波动而相距太远以至于不能变成一致，所以利用已有的方法不能补偿这种信息移位。已知在这种情况下增大搜索区域。在此缺点是，由于要搜索的数据量增大而产生了性能缺点，所述性能缺点可能使扫描过程延迟或造成停止。此外增大的搜索区域通常导致图像错误，因为相距远的仅貌似全等的图像元素被变成一致，这增大了在x和y方向上可见的位移。

上述的速度波动在扫描样品的开头表现得强烈。其原因是，通常在级联布置的图像检测元件情况下采用了不被驱动的施加弹簧的反射器滚筒，该反射器滚筒的任务是，把扫描样品确定地按压在布置于图像检测元件之下的玻璃片上。由于常规图像检测元件的聚焦范围很小，这是必要的，以生成清晰的扫描图像。所述的不被驱动的反射器滚筒必须通过该扫描样品而被加速并被驱动，这必将在扫描样品的开头导致所述的速度波动。更严重的是，尤其在扫描样品的开头通常不含有图像信息。这是因为例如在针对技术图的按标准定义的纸张尺寸情况下原则上预定了周围5mm的未打印边缘。尤其在扫描样品开头处的速度波动以及缺失的图像信息共同导致拼接结果进一步变差。

发明内容

本发明所基于的任务是，在用于具有多个图像检测元件的大幅面扫描系统的扫描方法中——在该大幅面扫描系统中借助拼接方法来组合图像信息，在重叠区域中改善拼接结果，避免图像错误并加速该拼接方法。

针对前述种类的方法，该任务根据本发明通过如下所述的特征得到解决。有利的改进在下文中说明。

根据本发明的用于大幅面扫描系统的扫描方法，该扫描系统具有至少两个级联的、布置有至少一个重叠区域的图像检测元件以用于扫描大幅面的扫描样品，其中借助拼接方法把图像检测元件的至少一个重叠区域中的图像信息相组合，其中在搜索区域中对所述至少一个重叠区域搜索图像信息。进而包括如下的步骤：

S1.在扫描样品的设定的搜索区域内进行纹理识别，

S2.在所识别的纹理中分析信息密度，以确定纹理内容的度量，

S3.根据所识别纹理的纹理内容的度量来对信息密度进行加权，

S4.在扫描样品的所设定搜索区域中探测全等的图像信息的偏差，

S5.由从纹理所导出的加权以及所求得的每次测量的偏差来求得针对每个测量点的加权的偏差，

S6.由加权的偏差来确定加权的偏差平均值，以及

S7.由加权的偏差平均值来计算用于校正被移位的图像元素的位置的移位值，如此使得把这些图像元素变成一致。

通过本发明的借助自适应拼接方法和动态校正算法的用于大幅面扫描系统的扫描方法，在重叠区域中改善了拼接方法的结果，避免了成像时的错误，并加速了该拼接方法的实施。

按照步骤S1，所设定的搜索区域可以有利地在开始扫描该扫描样品时在其大小上是可变化的，尤其是可增大的。

根据本发明，按照步骤S4，可以通过检测在x和y方向上求得的偏差来进行全等图像元素的探测。

被证实有利的是，按照步骤S4在所设定的搜索区域内探测全等的图像元素是在纹理识别的同时以特定的间隔进行的。

根据本发明，可以在步骤S1之前在开始扫描该扫描样品时实施以下的步骤：

定义更大的搜索区域以识别该扫描样品的开头，以及

在该搜索区域内求得纹理值，并加权所识别的纹理。

有利地可以实施以下的其他步骤：

对不能被明确分配的、貌似全等的图像信息求得精细的规则的信息结构，

利用静态拼接参数来补偿在搜索区域中所求得的貌似全等的图像信息，所述静态拼接参数由图像检测元件相互之间的x和y位移得出，

对应于貌似全等的图像信息与所述静态拼接参数的一致性来加权，以及

将具有最大权重的图像信息探测为全等的图像信息。

根据本发明，通过校正算法来补偿已有的x和/或y位移。

被证实有利的是，按照步骤S3借助静态拼接参数来进行偏差的信息密度的加权以及最大值的选择。

有利地可以按照步骤S6针对每个测量点考虑加权偏差的相应权重的情况下通过滤波和/或求平均值来进行加权的偏差平均值的确定。

附图说明

下面借助附图中所示的实施例来对本发明进行详细解释。其中：

图1示出了具有图像检测元件和反射器滚筒的扫描系统，

图2示出了具有级联布置的图像检测元件的扫描系统，

图3示出了根据本发明的方法流程的流程图，以及

图4示出了用于大型扫描系统的对于本发明而言重要的方法步骤。

具体实施方式

在图1中示出了扫描系统1，其具有图像检测元件2，在该图像检测元件之前布置有玻璃片3。扫描样品4通过反射器滚筒5借助弹簧6而被按压到该玻璃片3上。该弹簧6在此在该反射器滚筒5的侧面区域7上施加力，并从而把该反射器滚筒5按压到该扫描样品4上。该反射器滚筒5的侧面区域7设置有侧面止挡，这些止挡具有比反射器滚筒5的中间区域8更大的直径。由此在该反射器滚筒5与该玻璃片3之间在中间区域8中形成了缝隙9，该缝隙具有定义的大小，该定义的大小保证把该扫描样品4最佳地紧贴在该玻璃片3上。另外该缝隙9用于在该反射器滚筒5的中间区域8中为扫描样品4提供足够的空间。

在图2中示出了扫描系统1的俯视图，其具有四个用于扫描大幅面扫描样品的、级联或曲折布置的图像检测元件2。给每个图像检测元件2分配了不被驱动的反射器滚筒5，该反射器滚筒具有在中间区域8中相对于侧面区域7减小的直径。给该扫描样品4分配了搜索区域10，在该搜索区域中借助拼接方法来搜索图像信息，以消除在级联布置的图像检测元件2之下传输扫描样品4期间由于速度波动而出现的不可控的、非线形的信息移位。

该图像检测元件2的输出信号已知被传输给处理电路，该处理电路进行图像信号的组合。在根据本发明的扫描方法中，在此采用了利用动态校正算法的自适应拼接方法，下面借助图3来阐述该自适应拼接方法。

现在借助图3来详细解释本发明的方法流程，其中例如示出了具有两个部分重叠的传感器元件11和12的大幅面扫描系统1。第一传感器元件11具有第一重叠区域13，并且第二传感器元件12具有第二重叠区域14。这些重叠的图像区域按照虚线箭头15在传感器元件11和12下面放大地示出，以再次进行图解。传感器元件11和12在这些重叠的图像区域中具有多个测量点，其中有第一测量点16和第i测量点17。基于在这些重叠的图像区域中求得的值来实施纹理识别18，所述纹理识别提供了所测量区域的纹理内容的度量19。同时进行全等图像信息的探测20。如果基于询问21而识别到该扫描样品4的开头，那么必要时就增大搜索区域。根据由探测20所求得的值，借助静态拼接参数23来计算偏差的权重22以及最大值的选择。然后根据纹理内容的度量19以及权重22，为1至i个测量点16至17中的每一个形成加权的偏差24至25。

按照箭头26所示，从中借助滤波27和求平均值28在考虑加权偏差24至25的相应权重的情况下针对具有i个测量点的区域得到偏差的加权平均值29至30。

通过图像点在x和/或y方向上依据所求得的移位值的移位31，得到具有淡入淡出区域33的拼接输出图像32，在该淡入淡出区域中重叠区域13和14的同属的图像点变成一致。该扫描样品4的原始重叠区域13和14在相交线34上相组合。

在图4中再次综合示出了用于大幅面扫描系统1的本发明的扫描方法的对于本发明而言重要的步骤，其中该扫描系统具有两个级联的、布置有重叠区域13和14的图像检测元件2以扫描大幅面的扫描样品4，其中借助拼接方法把图像检测元件2的重叠区域13和14中的图像信息进行组合，其中在搜索区域内10中对至少一个重叠区域13和14搜索图像信息。

在第一方法步骤S1中在该扫描样品4的所设定的搜索区域10中实施纹理识别18。在第二步骤S2中在所识别的纹理中进行信息密度的分析，以确定纹理内容的度量19。从中在第三方法步骤S3中根据所识别纹理的纹理内容的度量19来进行信息密度的加权22。

同时按照方法步骤S4在该扫描样品4的所设定的搜索区域10中实施全等图像元素的探测20。利用这些值在方法步骤S5中由从纹理导出的加权22和所求得的每次测量的偏差24至25来实施每个测量点16至17的加权偏差的求得24至25。在方法步骤S6中由这些加权的偏差来对每个图像点的偏差的加权平均值29至30进行确定27和28。

按照方法步骤S7，由偏差的加权平均值29和30来计算出用于校正被移位的图像元素的位置的移位值，如此使得这些图像元素变成一致。

下面总结解释了本发明的方法相对于已知的现有技术的优点。

为了在少量的图像信息或缺乏图像信息以及在扫描样品4传输期间有速度波动的情况下改善拼接结果，在扫描过程期间在具有所设定大小的搜索区域10中对图像检测元件2、或11和12的重叠区域13和14搜索图像信息。为此在本发明的方法中基本上在所设定的搜索区域内实施扫描样品4的纹理识别18。

具有高信息密度的搜索区域10得出纹理内容的高的纹理值或度量19，并得到高的权重。具有低信息密度的搜索区域10得出低的纹理值19，并相应得到低的权重。

经常出现的是，扫描样品4在图像检测元件2的重叠区域13和14中展现出均匀的信息面，例如灰色面。这种面被识别为低的纹理值19，并以低的权重来分级和分析。

在本发明的方法中，在所设定的搜索区域10中以特定的间隔来应用如下的算法，所述算法在纹理识别18的同时通过探测全等的图像信息20来自动地识别这种全等的图像信息。所求得的在x和y方向上的偏差在此被检测到。

在现有的方法中被证明有缺点的是，在每次测量之后把所识别的在x和/或y方向上的位移变成一致。通过向一个像素的宽度增加或减去在x和/或y方向上的行，来达到一致。在每次测量之后的这种措施导致频繁且不必要地补偿位移，并导致图像错误的增强。

在本发明的方法中，在每次测量时根据所识别的纹理来求得权重。此外在每次测量时都求得全等图像元素的偏差。根据从纹理所导出的权重和所求得的每次测量的偏差，求得每个测量点16至17的加权偏差24至25。由一定测量次数的加权的偏差24至25来求得加权偏差平均值29至30。由加权偏差平均值29至30把被移位的图像元素通过校正算法而变成一致。

该方法实现了对拼接结果的明显改善。

如果在具有高纹理值19的搜索区域之后跟随着具有低纹理的均匀图像区域，那么在现有的方法中通常导致实施所采用的校正算法，但不存在这样做的必要性。

结果导致增强的、以x和/或y方向上的位移形式的图像错误。这些图像错误随着具有低纹理的均匀图像区域的长度增加而增强地出现。

在本发明的方法中，在具有低纹理、也即具有纹理内容的小度量19的均匀图像区域中，在当前每次测量时都采用小的权重。此外，在这种区域中通常几乎不能检测到全等图像元素的偏差。

由于小的纹理权重以及所求得的全等图像元素的偏差结果而不使用校正算法。这导致不出现上述图像错误。

如果在具有低纹理的均匀图像区域之后跟随着具有高纹理的图像区域，那么在已知的利用自适应拼接的方法中经常出现以x和y方向位移形式的增强的图像错误，这种图像错误在其他的扫描流程中才被识别并被补偿。

在本发明的方法中，具有高纹理值19的图像区域在当前的测量时就被识别，并设置高的权重。

同样在当前的测量时求得全等图像元素的偏差。由从纹理所导出的在此高的权重以及所求得的当前测量的偏差，针对当前测量求得加权偏差25。这同样也针对之前一定数量的测量来进行。由当前测量的加权偏差25以及之前测量的加权偏差24的数量，求得加权偏差平均值29至30。由该加权偏差平均值29至30把移位的图像元素通过校正算法变成一致。

根据经验，当前测量的加权偏差25通过基于高的纹理密度19的高的权重而更大地进入到该校正算法中，这导致在x和/或y方向上的位移通过该校正算法被立即补偿。在具有高纹理的图像区域开头处不出现增强的位移。

如开头所述，在该扫描样品4的开头处经常出现以x和/或y方向位移形式的图像错误，这些图像错误尤其存在于第一图像信息、例如水平延伸线的区域中。

这种图像错误的原因主要是在该扫描样品4的开头处缺乏图像信息以及在该扫描样品4传输时的速度波动，它们通过已知的方法不能被识别和补偿。

为了改善在扫描该扫描样品4开始时的拼接结果，在本发明的方法中识别该扫描样品4的开头。为此自动地定义较大的搜索区域。

所述较大的搜索区域仅可应用在该扫描样品4的开头，因为根据本发明在此仅出现少量的图像信息，并且不存在如下的危险，即由于大的搜索区域而识别到相距远的仅貌似全等的图像元素并变成一致。另外不存在由于少量的图像信息而导致的关于性能问题的危险。

本发明的方法可以基于所述较大的搜索区域而构建在更大的数据库的基础上，这导致在识别纹理和图像信息时更高的效率。另外，还能够通过更大的搜索区域来识别在图像信息之间更大的位移。

在该搜索区域中首先求得纹理值19，并对该纹理值相应地加权。根据本发明，在扫描样品4的开头处仅具有少量的图像信息。因此在当前的测量中得到了具有小权重的低纹理。

如上所述根据本发明来继续进行测量。在当前每次测量时都在纹理识别和加权之后求得全等图像元素的偏差。

由从纹理所导出的权重和求得的每次测量的偏差，针对每次测量求得加权的偏差24至25。由一定数量测量的加权偏差24至25求得加权的偏差平均值29至30。由该加权的偏差平均值29至30把被移位的图像元素通过该校正算法而变成一致。

结果是，在具有低纹理并从而具有小权重的区域中通常不需要实施校正算法。但是如果在具有低纹理的区域之后跟随着具有高纹理、例如以水平延伸线形式的区域，那么这在当前的测量中就被识别，并相应地被高加权。

但在此不出现在具有高纹理的图像区域中的增强的偏移。

在已知的方法中通常在精细的信息结构中产生以x和/或y位移形式的图像错误。其原因是，已知的拼接方法在图像检测元件2、或11和12的重叠区域13和14的搜索区域10中通过精细的规则的信息结构而部分地识别出多个貌似全等的图像信息。通过已知的校正算法在此通常致使把这些图像信息错误地相互变成一致，这导致以x和/或y位移形式的增强的图像错误。

为了在精细的规则的信息结构中改善拼接结果，在本发明的方法中通过一种算法来识别貌似全等的、不能被明确分配的图像信息。

通过一种方法利用静态拼接参数23对在搜索区域10中所求得的貌似全等的图像信息进行补偿，其中所述静态拼接参数由图像检测元件2、或11和12相互之间的x和y位移得出。

貌似全等的图像信息与静态拼接参数23的一致性越高，那么这些图像信息就被加权得越高。

具有最高权重的图像信息被识别为全等的图像信息。通过该校正算法来补偿现有的x和/或y位移。

参考符号列表

1扫描系统

2图像检测元件

3玻璃片

4扫描样品

5反射器滚筒

6弹簧

7侧面区域

8中间区域

9缝隙

10搜索区域

11第一传感器元件

12第二传感器元件

13第一重叠区域

14第二重叠区域

15箭头

16第一测量点

17第i测量点

18纹理识别

19纹理内容的度量

20探测全等图像信息

21询问该扫描样品的开头

22偏差的加权和最大值的选择

23静态拼接参数

24加权的偏差（测量点1）

25加权的偏差（测量点i）

26箭头

27滤波

28求平均值

29加权的偏差平均值

30加权的偏差平均值

31在x/y方向上的移位

32拼接的输出图像

33淡入淡出区域

34相交线

S1至S8方法步骤

Claims (9)

1.用于大幅面扫描系统（1）的扫描方法，该扫描系统具有至少两个级联的、布置有至少一个重叠区域（13，14）的图像检测元件（2）以用于扫描大幅面的扫描样品（4），其中借助拼接方法把图像检测元件（2）的至少一个重叠区域（13，14）中的图像信息相组合，其中在搜索区域（10）中对所述至少一个重叠区域（13，14）搜索图像信息，

其特征在于以下的步骤：

S1.在该扫描样品（4）的所设定的搜索区域（10）中进行纹理识别，

S2.在所识别的纹理中分析信息密度，以确定纹理内容的度量，

S3.根据所识别纹理的纹理内容的度量对信息密度进行加权，

S4.在该扫描样品（4）的所设定的搜索区域（10）中探测全等的图像信息的偏差，

S5.由从纹理所导出的加权以及所探测的每次测量的偏差来求得每个测量点的加权的偏差，

S6.由加权的偏差来确定加权的偏差平均值，以及

S7.由加权的偏差平均值来计算用于校正被移位的图像元素的位置的移位值，使得把这些图像元素变成一致。

2.根据权利要求1所述的扫描方法，

其特征在于，

按照步骤S1在开始扫描该扫描样品（4）时所设定的搜索区域（10）在其大小上是可变化的。

3.根据权利要求2所述的扫描方法，

其特征在于，

按照步骤S1在开始扫描该扫描样品（4）时所设定的搜索区域（10）在其大小上是可增大的。

4.根据权利要求1所述的扫描方法，

其特征在于，

通过按照步骤S4检测全等的图像信息的在x和y方向上所求得的偏差来探测全等的图像元素。

5.根据权利要求1至4之一所述的扫描方法，

其特征在于，

按照步骤S4在所设定的搜索区域（10）内探测全等的图像信息是在纹理识别的同时以特定的间隔进行的。

6.根据权利要求1至4之一所述的扫描方法，

其特征在于，

实施以下的其他步骤：

针对不能被明确分配的全等的图像信息来求得其精细的规则的信息结构，

利用静态拼接参数来补偿在搜索区域中求得的不能被明确分配的全等的图像信息，所述静态拼接参数由图像检测元件相互之间的x和y位移得出，

对应于所述不能被明确分配的全等的图像信息与所述静态拼接参数的一致性来进行加权，以及

把具有最高权重的图像信息探测为全等的图像信息。

7.根据权利要求6所述的扫描方法，

其特征在于，

通过校正算法来补偿现有的x和/或y位移。

8.根据权利要求1至4之一所述的扫描方法，

其特征在于，

按照步骤S3借助静态拼接参数来计算偏差的信息密度的加权。

9.根据权利要求1至4之一所述的扫描方法，

其特征在于，

按照步骤S6通过滤波和/或求平均值在考虑加权的偏差的相应权重的情况下来进行加权的偏差平均值的确定。