CN104159001A - 基于高精度大幅面扫描仪系统的图像多点分区域校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于高精度大幅面扫描仪系统的图像多点分区域校正方法，包括：(1)准备白色铜版纸；(2)设置最大曝光时间，得到像素值为255的图像的每个通道的平均值输出值，找出基准值，根据平均值输出值减去基准值的绝对值是否小于3确定通道的最佳曝光时间；(3)扫描其它图像，获得每个光敏单元i相应的实际响应输出X_i(w_i)，同时计算出每个光敏单元i的理论响应输出C_i(w_i)；(4)利用计算增益系数和偏移系数；(5)利用对每个光敏单元的实际响应输出进行校正；(6)完成对整个扫描图像的校正，并生成校正表。本发明设计合理，图像的校正精度高，扫描的图像与实际图像更接近。

Description

基于高精度大幅面扫描仪系统的图像多点分区域校正方法

技术领域

本发明涉及一种图像的校正方法，具体地说，是涉及一种基于高精度大幅面扫描仪系统的图像多点分区域校正方法。

背景技术

在实际的扫描过程中，由于CIS自身传感器单元响应的不一致性及本身线性度的局限性，使得扫描的图像出现了一定程度的偏色现象，图像的可视性较低，因此需要对扫描图像进行颜色校正。

颜色校正方法主要是应用于各种扫描设备，以及照相机和摄像机中，主要用于改进图像的性能。目前，常用的颜色校正方法主要分为两大类：第一类是基于某种假设条件的方法，如灰度世界方法、两点校正法等。该类方法原理实现起来较为简单，一旦假设条件不成立时，整个算法的效果就达不到预想的效果；第二类是基于大量先验知识的方法，如神经网络方法、色域映射算法等。该类方法需要大量的图像数据来作为参考样本，计算量和资源消耗都特别大，且实现方案很复杂。

基于此，专利申请号：201310268475.4公开了一种基于多CIS大幅面扫描仪的图像校正方法，该种校正方式很好地提高了图像扫描的精度。然而，该种方法中由于其所依据的校正公式不够合理，并且实现步骤方案较为复杂，因而扫描出来的图像颜色仍然存在着不小的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高精度大幅面扫描仪系统的图像多点分区域校正方法，主要解决现有的图像校正方法存在校正效果差、实现方案复杂的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于高精度大幅面扫描仪系统的图像多点分区域校正方法，包括以下步骤：

(1)准备一张白色铜版纸，并且该白色铜版纸扫描后，可分别得到像素值0、5、10、15、20、40、60、105、150、195、215、235、240、245、250、255的图像；

(2)将白色铜版纸中像素值为255的R、G、B通道的曝光时间均设置到扫描仪所支持的最大曝光时间，在所选的曝光时间下，对RGB通道的像素值为255的那段图像进行扫描，得到扫描仪中N根CIS的像素值，N为自然数；

(3)求出像素值为255的RGB通道的平均值输出值，找出平均值输出值最小的那个通道，并以该通道的平均值输出值作为基准值，根据平均值输出值减去基准值的绝对值是否小于3确定最佳曝光时间，是，则判断该通道的曝光时间为最佳曝光时间，否，则根据公式(T-S)调整该通道的曝光时间，重新得到平均值输出值，并确定基准值，然后重复计算，直到平均值输出值减去基准值的绝对值小于3，其中，T为上一次所选的曝光时间，S为扫描仪所支持的调整步伐；

(4)根据步骤(3)得到的最佳曝光时间，扫描其它图像，获得所有图像各自RGB通道的每个光敏单元i相应的实际响应输出X_i(w_i)，同时采用两点校正法计算出每个光敏单元i的理论响应输出C_i(w_i)，其中，w表示所选取的像素值；

(5)取出其中某两段图像端点的光敏单元的理论响应输出C_i(w₁)和C_i(w₂)，以及实际响应输出X_i(w₁)和X_i(w₂)，然后令X_i(w₁)＝w1，X_i(w₂)＝w2，利用公式 $\left\{\begin{array}{c}{K}_i=\frac{C_i\left(w_1\right)-C_i\left(w_2\right)}{X_i\left(w_1\right)-X\left(w_2\right)}\\ B_i=\frac{X_i\left(w_2\right)C_i\left(w_1\right)-X_i\left(w_1\right)C_i\left(w_2\right)}{X_i\left(w_1\right)-X_i\left(w_2\right)}\end{array}\right.$ 计算出该两段图像的增益系数和偏移系数，其中，K_i为增益系数，B_i为偏移系数；

(6)按照步骤(4)、(5)的方式分别计算白色铜版纸中其余每两段图像之间的增益系数和偏移系数；

(7)根据步骤(6)求得的K_i和B_i，利用如下公式对每个光敏单元的实际响应输出进行校正：

$C_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)=\left\{\begin{array}{c}\begin{array}{cc}0,& 0\&le;X_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)\end{array},<X_i\left(0\right)\\ \begin{array}{cc}\min (\max (K_{\mathrm{ik}}{X}_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)+B_{\mathrm{ik}},X_i\left(a\right[k-1\left]\right)),X_i\left(a\right[k\left]\right)),& \begin{array}{c}{X}_i\left(0\right)\&le;X_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)\&le;X_i\left(255\right)\\ k=1,...,15\end{array}\end{array}\\ \begin{array}{cc}255,& X_i\left(255\right)<X_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)\&le;255\end{array}\end{array}\right.$

X_i(Φ)为光敏单元的在光通量为Φ时的实际输出值，C_i(Φ)为光敏单元校正后的实际响应输出值，K_ik和B_ik分别表示各个光敏单元在各个区域内的增益系数和偏移系数，k为各个区域编号，a[k]为一个存放各个区域端点值的数组，其值为a[16]＝{0,5,10,15,20,40,60,105,150,195,215,235,240,245,250,255}

(8)结合步骤(7)得出校正后的输出值，完成对整个扫描图像的校正，并根据各个光敏单元的排列顺序以及BGR通道的输出顺序，生成查找校正表，以后每次校正均根据查找校正表中的映射关系完成对校正后实际响应输出值的查找。

具体地说，所述步骤(3)包括以下步骤：

(3a)分别计算出每根CIS中RGB通道的R、G、B通道的平均值输出值，找出所有平均值输出值最小的那个通道，并将该最小值记为基准值；

(3b)将其它通道的像素值的平均值输出值根据平均值输出值减去基准值确定最佳曝光时间，若某个通道的平均值输出值减去基准值的绝对值大于3，则利用公式(T-S)调整该通道的曝光时间，得到相应的平均值输出值，并继续计算，直到平均值输出值减去基准值的绝对值小于3；并记录该通道本次所选的曝光时间为其最佳曝光时间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明设计合理、实现方案简单，校正效果俱佳。

(2)本发明的发明人在对校正原理进行更深入的研究和理解后，不仅简化校正的流程，而且在结合现有基础上设计了全新的校正公式，并通过将校正步骤与校正公式的有效结合，大幅提高了图像扫描的精度，大量试验表明，本发明扫描出来的颜色与实际图像的颜色相比现有技术来说，更加接近，更加符合实际情况，因此，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。

(3)本发明在完成白色铜版纸校正后，还自动生成了校正表，在后续校正中，只要查找校正表中的映射关系，即可快速找到校正后的实际响应输出值，进而大幅提高了校正的效率，并节约了成本。

(4)各个环节环环相扣，形成了一个完整的流程，其结合力度非常强，对图像扫描的精度相当高，本发明在现有技术基础上，为图像的真实扫描提出了可行的解决方案。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为未采用本发明校正方法扫描实物的图像输出示意图。

图3为采用本发明校正方法扫描实物的图像输出示意图。

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。

实施例

如图1所示，本发明根据现有的大幅面扫描仪的硬件结构，提出了一种新的图像校正方法，如下所述：

(1)准备一张白色铜版纸，该白色铜版纸上有16段不同的图像，且该16段图像扫描得到的RGB通道的像素值依次为0、5、10、15、20、40、60、105、150、195、215、235、240、245、250、255；

(2)将白色铜版纸中像素值为255的R、G、B通道的曝光时间均设置到扫描仪所支持的最大曝光时间，在所选的曝光时间下，对RGB通道的像素值为255的那段图像进行扫描，得到扫描仪中N根CIS的像素值，本实施例中，N＝5；

(3)求出像素值为255的RGB通道的平均值输出值，找出平均值输出值最小的那个通道，并以该通道的平均值输出值作为基准值，根据平均值输出值减去基准值的绝对值是否小于3确定最佳曝光时间，是，则判断该通道的曝光时间为最佳曝光时间，否，则根据公式(T-S)调整该通道的曝光时间，重新得到平均值输出值，并确定基准值，然后重复计算，直到平均值输出值减去基准值的绝对值小于3，其中，T为上一次所选的曝光时间，S为扫描仪CIS所支持的调整步伐；

该步骤的具体过程为：

(3a)分别计算出每根CIS中RGB通道的R、G、B通道的平均值输出值，找出所有平均值输出值最小的那个通道，并将该最小值记为基准值；

(3b)将其它通道的像素值的平均值输出值根据平均值输出值减去基准值确定最佳曝光时间，若某个通道的平均值输出值减去基准值的绝对值大于3，则利用公式(T-S)调整该通道的曝光时间，得到相应的平均值输出值，并继续计算，直到平均值输出值减去基准值的绝对值小于3；并记录该通道本次所选的曝光时间为其最佳曝光时间；

(4)根据步骤(3)得到的最佳曝光时间，扫描其它图像，获得所有图像各自RGB通道的每个光敏单元i相应的实际响应输出X_i(w_i)，同时采用两点校正法计算出每个光敏单元i的理论响应输出C_i(w_i)，其中，w表示所选取的像素值；

(5)取出其中某两段图像端点的光敏单元的理论响应输出C_i(w₁)和C_i(w₂)，以及实际响应输出X_i(w₁)和X_i(w₂)，然后令X_i(w₁)＝w1，X_i(w₂)＝w2，利用公式 $\left\{\begin{array}{c}{K}_i=\frac{C_i\left(w_1\right)-C_i\left(w_2\right)}{X_i\left(w_1\right)-X\left(w_2\right)}\\ B_i=\frac{X_i\left(w_2\right)C_i\left(w_1\right)-X_i\left(w_1\right)C_i\left(w_2\right)}{X_i\left(w_1\right)-X_i\left(w_2\right)}\end{array}\right.$ 计算出该两段图像的增益系数和偏移系数，其中，K_i为增益系数，B_i为偏移系数；

(6)按照步骤(4)、(5)的方式分别计算白色铜版纸中其余每两段图像之间的增益系数和偏移系数；

(7)根据步骤(6)求得的K_i和B_i，利用如下公式对每个光敏单元的实际响应输出进行校正：

$C_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)=\left\{\begin{array}{c}\begin{array}{cc}0,& 0\&le;X_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)\end{array},<X_i\left(0\right)\\ \begin{array}{cc}\min (\max (K_{\mathrm{ik}}{X}_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)+B_{\mathrm{ik}},X_i\left(a\right[k-1\left]\right)),X_i\left(a\right[k\left]\right)),& \begin{array}{c}{X}_i\left(0\right)\&le;X_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)\&le;X_i\left(255\right)\\ k=1,...,15\end{array}\end{array}\\ \begin{array}{cc}255,& X_i\left(255\right)<X_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)\&le;255\end{array}\end{array}\right.$

X_i(Φ)为光敏单元的在光通量为Φ时的实际输出值，C_i(Φ)为光敏单元校正后的实际响应输出值，K_ik和B_ik分别表示各个光敏单元在各个区域内的增益系数和偏移系数，k为各个区域编号，a[k]为一个存放各个区域端点值的数组，其值为a[16]＝{0,5,10,15,20,40,60,105,150,195,215,235,240,245,250,255}

(8)结合步骤(7)得出校正后的输出值，完成对整个扫描图像的校正，并根据各个光敏单元的排列顺序以及BGR通道的输出顺序，生成查找校正表，以后每次校正均根据校正表中的映射关系完成对校正后实际响应输出值的查找。

为突出本发明的校正效果，本实施例以一个实例来进行解释说明。

如图2、3所示，扫描的实物纸张幅面为A0，扫描分辨率选择600dpi，输出的图像的大小为25380×18185，位深度为24位。从图2、3中可以看出，校正前图像整体颜色偏暗，图像的块状感明显，从细节图中也可以明显看出图像中有很多不规则的条纹，拼接处有明显的拼接缝隙，图像细节损失较大。校正后图像整体颜色恢复正常，从整幅图上基本看不到块状效应，图像颜色分布较为均匀，从细节图中可知，校正后的图像除了改善了图像的颜色，也去除了校正前图像中的不规则条纹，提升了图像的均匀性，同时基本上看不出拼接处的印迹，消除了CIS内部以及CIS之间的颜色差异，达到了高精度校正的要求。

上述实施例仅为本发明较佳的实现方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神原则下所作出的毫无实质意义的改进，均应当概括在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.基于高精度大幅面扫描仪系统的图像多点分区域校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)准备一张白色铜版纸，并且该白色铜版纸扫描后，可分别得到像素值0、5、10、15、20、40、60、105、150、195、215、235、240、245、250、255的图像；

(2)将白色铜版纸中像素值为255的R、G、B通道的曝光时间均设置到扫描仪所支持的最大曝光时间，在所选的曝光时间下，对RGB通道的像素值为255的那段图像进行扫描，得到扫描仪中N根CIS的像素值，N为自然数；

(3)求出像素值为255的RGB通道的平均值输出值，找出平均值输出值最小的那个通道，并以该通道的平均值输出值作为基准值，根据平均值输出值减去基准值的绝对值是否小于3确定最佳曝光时间，是，则判断该通道的曝光时间为最佳曝光时间，否，则根据公式(T-S)调整该通道的曝光时间，重新得到平均值输出值，并确定基准值，然后重复计算，直到平均值输出值减去基准值的绝对值小于3，其中，T为上一次所选的曝光时间，S为扫描仪所支持的调整步伐；

(4)根据步骤(3)得到的最佳曝光时间，扫描其它图像，获得所有图像各自RGB通道的每个光敏单元i相应的实际响应输出X_i(w_i)，同时采用两点校正法计算出每个光敏单元i的理论响应输出C_i(w_i)，其中，w表示所选取的像素值；

(5)取出其中某两段图像端点的光敏单元的理论响应输出C_i(w₁)和C_i(w₂)，以及实际响应输出X_i(w₁)和X_i(w₂)，然后令X_i(w₁)＝w₁，X_i(w₂)＝w2，利用公式 $\left\{\begin{array}{c}{K}_i=\frac{C_i\left(w_1\right)-C_i\left(w_2\right)}{X_i\left(w_1\right)-X\left(w_2\right)}\\ B_i=\frac{X_i\left(w_2\right)C_i\left(w_1\right)-X_i\left(w_1\right)C_i\left(w_2\right)}{X_i\left(w_1\right)-X_i\left(w_2\right)}\end{array}\right.$ 计算出该两段图像的增益系数和偏移系数，其中，K_i为增益系数，B_i为偏移系数；

(6)按照步骤(4)、(5)的方式分别计算白色铜版纸中其余每两段图像之间的增益系数和偏移系数；

(7)根据步骤(6)求得的K_i和B_i，利用如下公式对每个光敏单元的实际响应输出进行校正：

$C_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)=\left\{\begin{array}{c}\begin{array}{cc}0,& 0\&le;X_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)\end{array},<X_i\left(0\right)\\ \begin{array}{cc}\min (\max (K_{\mathrm{ik}}{X}_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)+B_{\mathrm{ik}},X_i\left(a\right[k-1\left]\right)),X_i\left(a\right[k\left]\right)),& \begin{array}{c}{X}_i\left(0\right)\&le;X_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)\&le;X_i\left(255\right)\\ k=1,...,15\end{array}\end{array}\\ \begin{array}{cc}255,& X_i\left(255\right)<X_i\left(\mathrm{\&Phi;}\right)\&le;255\end{array}\end{array}\right.$

X_i(Φ)为光敏单元的在光通量为Φ时的实际输出值，C_i(Φ)为光敏单元校正后的实际响应输出值，K_ik和B_ik分别表示各个光敏单元在各个区域内的增益系数和偏移系数，k为各个区域编号，a[k]为一个存放各个区域端点值的数组，其值为a[16]＝{0,5,10,15,20,40,60,105,150,195,215,235,240,245,250,255}

(8)结合步骤(7)得出校正后的输出值，完成对整个扫描图像的校正，并根据各个光敏单元的排列顺序以及BGR通道的输出顺序，生成查找校正表，以后每次校正均根据校正表中的映射关系完成对校正后实际响应输出值的查找。

2.根据权利要求1所述的基于高精度大幅面扫描仪系统的图像多点分区域校正方法，其特征在于，所述步骤(3)包括以下步骤：

(3a)分别计算出每根CIS中RGB通道的R、G、B通道的平均值输出值，找出所有平均值输出值最小的那个通道，并将该最小值记为基准值；

(3b)将其它通道的像素值的平均值输出值根据平均值输出值减去基准值确定最佳曝光时间，若某个通道的平均值输出值减去基准值的绝对值大于3，则利用公式(T-S)调整该通道的曝光时间，得到相应的平均值输出值，并继续计算，直到平均值输出值减去基准值的绝对值小于3；并记录该通道本次所选的曝光时间为其最佳曝光时间。