CN105027544A - 扫描仪 - Google Patents

Abstract

公开了一种扫描仪。该扫描仪针对每条彩色扫描线捕获三次曝光。该扫描仪具有产生不同颜色光的第一、第二以及第三光源。针对第一次曝光，该扫描仪使用第一和第二光源。针对第二次曝光，该扫描仪使用第一和第三光源。针对第三次曝光，该扫描仪使用第二和第三光源。

Description

扫描仪

背景技术

扫描仪是一种用于根据置于扫描床上的打印页面或三维对象创建数字图像的设备。存在许多类型的扫描仪，例如馈纸式扫描仪、平板扫描仪、独立扫描仪以及集成到多功能打印机(MFP)中的扫描仪。

附图说明

图1是示例性平板扫描仪100的等距视图。

图2是扫描仪100的一部分的示例性近视剖面图。

图3是从三个不同颜色的LED发射的光的示例性曲线图。

图4是示例性多功能一体机(MFP)的侧视图。

图5是MFP的示例性框图。

图6是联接至存储器504的处理器502的示例性框图。

图7是扫描的示例性流程图。

具体实施方式

扫描仪用于创建置于扫描仪上的文档或三维对象的数字图像。一些扫描仪仅捕获黑白或灰度图像。彩色扫描仪从被扫描的对象捕获彩色图像。为了描述对象的颜色，通常需要颜色空间的三个不同颜色值或分量。最通用的颜色分量是RGB颜色空间的红色、绿色和蓝色(RGB)。彩色扫描仪捕获被扫描的对象中每个较小区域的红色值、绿色值和蓝色值。这些较小的区域通常被称为像素。

存在两种捕获每个颜色分量的颜色值的常规方式。第一种方式是扫描仪使用宽带光源以及位于传感器顶部的三个不同颜色的滤光器。宽带光源产生覆盖所有三个颜色分量的光。宽带光源通常产生白光。宽带光源用于照射待扫描的对象被放置的扫描区域。

扫描仪利用位于传感器顶部的颜色滤光器将光分成三个颜色分量，其中各传感器接收来自扫描区域的光。扫描仪可具有三排传感器，每排被不同颜色的滤光器覆盖。一个滤光器将允许红光穿过，到达该排中的传感器，其它两排将具有分别允许绿光和蓝光穿过的滤光器。三排传感器相对于扫描区域移动，使得所有三个传感器均捕获对象的图像。这允许扫描仪捕获对象上的每个区域的RGB值。此类型的扫描仪产生高质量的彩色图像，但也需要三排不同的传感器及宽带光源。

捕获每个颜色分量的颜色值的第二种方式是使用三个不同颜色的光源以及单排宽带传感器。三种颜色的光源通常分别产生红色、绿色和蓝色波段的光。通常，光源为发光二极管(LED)。宽带传感器对于三种光源产生的所有三个波段范围的光敏感。

在一个示例中，扫描仪将宽带传感器举至第一位置，然后使用三个不同颜色的光源中的每一个进行三次不同的曝光，同时传感器保持固定。然后，扫描仪将宽带传感器举至下一个位置，重复三次曝光。每组三次曝光以针对每个像素捕获的三个不同颜色值构成彩色扫描线。此方法捕获被扫描的每个物理位置的所有三个颜色值。

在另一个示例中，扫描仪以恒定速度移动宽带传感器，并依次使用三个不同的光源重复进行三次曝光。例如，在第一次曝光期间使用红光，针对第二次曝光使用绿光，并且针对第三次曝光使用蓝光。每组三次曝光用于产生彩色扫描线。由于传感器在曝光期间保持移动，因此页面上的每个物理位置仅使用三个光源中的一个即可被捕获。每次曝光中捕获的物理位置非常小，且如此靠近，以致于将三次不同的曝光合并成一个彩色扫描线产生了被扫描区域的较好彩色表示。

传感器移动的速度取决于传感器大小、传感器敏感度以及传感器接收的光的量。传感器中的每个像素可比作储存器(bucket)。用光装满储存器的时间取决于储存器多大以及光填充储存器的速率。越多的光照射待扫描的对象，储存器越快充满。当储存器快速充满时，传感器可快速移动，导致更短的扫描时间。

照射扫描区域的光的量取决于可用于驱动光源的功率、光源的效率以及光源在不会过热或恶化的情况下可产生的最大功率。到达传感器的光的量受用于确定系统的有效口径的光路(例如，透镜和镜子)的影响。在此类型扫描仪中使用的光源通常是产生三种不同波段光的三组LED。三种不同波段是红色、绿色以及蓝色。三组不同LED中的每一个通常以该LED可操控的最大功率被驱动，使得每个LED以LED在不会过热或恶化的情况下可产生的最大光量照射待扫描的对象。LED产生的照射量可基于产生的光的颜色而变化。扫描速度受具有最小照射量的LED的颜色的限制。因此，每次曝光仅使用一种颜色光的扫描仪具有有限的扫描速度。

在一个示例中，通过每次曝光使用三组LED中的两组，使照射待扫描对象的光的量加倍。每条彩色扫描线的第一次曝光使用产生红色波段光和绿色波段光的LED。每条彩色扫描线的第二次曝光使用产生蓝色波段光和绿色波段光的LED。每条彩色扫描线的第三次曝光使用产生红色波段光和蓝色波段光的LED。通过使照射扫描区域的光的量加倍，储存器装满的速度快了2倍，从而将扫描时间减半。

图1是示例性平板扫描仪100的等距视图。平板扫描仪100包括扫描仪底座102、顶部面板104、扫描滚筒106以及扫描头108。扫描仪底座102通常为中空矩形盒，绕其边缘支撑扫描滚筒106。顶部面板104装在扫描滚筒106的顶部，且附接至扫描仪底座102，从而使扫描滚筒106处于适当的位置。扫描滚筒106由透明材料(例如玻璃)制成。扫描滚筒的顶面形成平板扫描区域。扫描仪底座102还支撑驱动系统(为了清楚未示出)，驱动系统沿扫描滚筒106下面(如箭头110示出的)移动扫描头108。

平板扫描仪100相对于置于平板扫描区域上的对象移动扫描头108。馈纸式扫描仪保持扫描头固定，并且使用自动文档馈纸器(ADF)使页面移动通过扫描头。馈纸式扫描仪的扫描区域邻近扫描头，在扫描头处扫描传感器的图像与ADF的纸张路径交叉。

图2是扫描仪100的示例性近视剖面图。图2显示了位于扫描滚筒106下方的扫描头108。页面218位于平板扫描区域中扫描滚筒106的顶面上。扫描头108包括传感器212以及多个光源。一排光源216沿传感器212的左侧行进，另一排光源214沿传感器212的右侧行进。在其它示例中，可能仅存在一排光源。光源(214和216)以及传感器212不是按比例绘制的，且为了清楚起见已被放大。光源216和214向位于扫描滚筒106顶部以及页面281下面的扫描区域引导光(如箭头220示出的)。来自页面222的光被传感器212接收并被转换成电信号。

在一个示例中，光源(214和216)包括三种不同颜色的发光二极管(LED)，例如，红色、绿色以及蓝色。每排光源(214和216)具有沿传感器212行进的重复序列的LED颜色，例如，红色LED，然后绿色LED，且随后蓝色LED，然后该序列从另一个红色LED重新开始。在又一个示例中，光源可包括每个颜色的单个LED，且来自每个LED的光使用光学部件(例如镜子或光导管)沿扫描线发散开。图3是从三种不同颜色的LED发射的光的示例性曲线图。垂直轴是相对功率分布，水平轴是发射的光的波长。

线330是第一LED颜色的功率对波长的曲线图。线330在450nm附近具有峰值，且是蓝色LED。线332是第二LED颜色的功率对波长的曲线图。线332在520nm附近具有峰值，且为绿色LED。线334是第三LED颜色的功率对波长的曲线图。线334在625nm附近具有峰值，且是红色LED。

在操作期间，针对三次不同曝光中的每一次，利用两种不同颜色的(每排中的)所有LED照射页面。例如，针对第一次曝光使用所有红色LED以及所有绿色LED。针对第二次曝光使用所有红色LED以及所有蓝色LED。针对第三次曝光使用所有绿色LED以及所有蓝色LED。由于针对每次曝光使用具有两种不同颜色的两组LED，因此与仅使用单个颜色的一组LED相比，两倍量的光被引向页面218下面。这允许每次曝光的曝光时间为仅使用单个颜色的一组LED的曝光时间的一半。

合并红色光和绿色光产生了品红色的光。合并红色光和绿色光产生黄色的光。合并蓝色光和绿色光产生青色的光。由于传感器是宽带传感器，因此当针对每次曝光使用三种RGB光中的两种时，扫描仪捕获具有替代RGB的青色、品红色、以及黄色(CMY)的值的图像。

一个颜色空间的各分量的颜色值可被转换为其它颜色空间的颜色值。例如，CMY颜色值可被转换成RGB值。可使用下面简单的等式将CMY转换成RGB：

红色＝品红色+黄色-青色

绿色＝青色+黄色-品红色

蓝色＝青色+品红色-黄色

还可通过将CMY颜色值转换成标准颜色模型，且随后将颜色值从标准颜色模型转化成RGB颜色空间，来从一个颜色空间转变或转换到另一个颜色空间。存在多个标准颜色模型，例如，国际照射委员会(CIE)LAB空间以及CIE XYZ空间。

在一个示例中，由扫描仪中的宽带传感器创建的CMY颜色值被转换成CIEXYZ标准模型，且随后，CIE XYZ值被转换为RGB颜色空间。这允许扫描仪以与每次曝光仅使用RGB光源中的一个进行扫描相比两倍的速度产生RGB颜色空间中的彩色图像文件。可使用下面的矩阵变换来将CMY颜色值转换到CIE XYZ空间(采用D65白点)：

$\begin{array}{c}\left[X\right]\\ \left[Y\right]\\ \left[Z\right]\end{array}=\begin{array}{c}\left[\begin{array}{ccc}0.1255& 0.2353& 0.5897\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{ccc}0.5747& -0.4303& 0.8557\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{ccc}1.0502& 0.8504& -0.8118\end{array}\right]\end{array}*\begin{array}{c}\left[C\right]\\ \left[M\right]\\ \left[Y\right]\end{array}$

一旦CMY值在CIE XYZ颜色空间内，它们就可被转换到RGB颜色空间。CIEXYZ值可通过3×3矩阵变换被转换到RGB空间。为了从XYZ转换到RGB(采用D65白点)，使用的矩阵变换为：

$\begin{array}{c}\left[R\right]\\ \left[G\right]\\ \left[B\right]\end{array}=\begin{array}{c}\left[\begin{array}{ccc}3.2405& -1.5371& -0.4985\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{ccc}-0.9693& 1.8760& 0.0416\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{ccc}0.0556& -0.2040& 1.0572\end{array}\right]\end{array}*\begin{array}{c}\left[X\right]\\ \left[Y\right]\\ \left[Z\right]\end{array}$

一旦已将颜色数据转换到RGB空间，则可将数据保存为彩色图像文件或显示在屏幕上。在一个示例中，在扫描仪中，可使用硬件或硬件和固件的结合，来进行从一个颜色空间到另一个颜色空间的转换。固件是在扫描仪内部运行的、用于控制及操作扫描仪的代码。在另一示例中，扫描仪使用CMY颜色空间内的值输出图像，另一个设备(例如，计算机)将进行颜色转换。

打印机通常将GRB数据从图像文件转换成CMY或CMYK数据，以驱动其打印引擎，其中K表示黑色。这是由于打印机通常使用青色、品红色、黄色以及黑色的油墨，而不是红色、绿色以及蓝色。在一些示例中，扫描仪不将CMY颜色数据转换成RGB颜色数据。替代地，扫描仪直接向打印机输出CMY数据，以供打印机使用。在一些示例中，打印机可将CMY数据转换成CMYK数据，或扫描仪可进行该转换并输出CMYK数据。

可以以多种方式将CMY数据转换成CMYK数据。一个方法将CMY值分成黑色分量(由C、M和Y中的最小值确定)和剩余颜色分量内的C、M和Y的相对比例(见下面的等式)：

黑色(K)＝C、M、Y的最小值

青色_CMYK＝(C-K)/(1-K)

品红色_CMYK＝(M-K)/(1-K)

黄色_CMYK＝(Y-K)/(1-K)

使用此方法，C、M和Y值中的一个因此总是为零。可考虑所使用的具体油墨的另一个方法将CMY数据转换成标准颜色模型，例如，CIE XYZ或CIE LAB空间。随后，将标准颜色模型数据转换到CMYK空间。

在一些示例中，扫描仪可集成到多功能一体机(MFP)中。MFP是通常包含打印机以及成像设备(通常为扫描仪)的设备。打印机以及扫描仪可独立操作或一起用作复印机、打印器、FAX机器、扫描仪，等等。MFP还公认为一体化(AiO)设备、多功能设备(MFD)，等等。

图4是示例性MFP的侧视图。MFP 400包括扫描仪444以及打印机442。扫描仪444附接于打印机442的顶部，并与打印机442集成在一起以形成一个MFP设备。数据可在扫描仪444与打印机442之间传递。在一些示例中，自动文档馈纸器(ADF)可附接至扫描仪444(为了清楚未示出)，或与扫描仪444集成在一起。当ADF与扫描仪集成在一起时，其被认为是扫描引擎的一部分。

图5是MFP的示例性框图。MFP包括处理器502、存储器504、输入/输出(I/O)模块506、显示器508、控制器510、扫描引擎514以及打印引擎516，所有这些经由总线512联接在一起。在一些示例中，MFP还可具有用户界面模块、输入设备，等等，但为了清楚，未示出这些项目。处理器502可包括中央处理单元(CPU)、微处理器、专用集成电路(ASIC)、或这些设备的组合。存储器504可包括易失性存储器、非易失性存储器以及存储设备。存储器504为非暂时性计算机可读介质。非易失性存储器的示例包括但不限于：电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)以及只读存储器(ROM)。易失性存储器的示例包括但不限于：静态随机存取存储器(SRAM)以及动态随机存取存储器(DRAM)。存储设备的示例包括但不限于：硬盘驱动、光碟驱动、数字多用盘驱动、光盘驱动、以及闪存设备。

I/O模块506用于将MFP联接至其它设备，例如，互联网或计算机。MFP具有存储在存储器504中的代码，通常称为固件。固件被存储为非暂时性计算机可读介质(即，存储器504)中的计算机可读指令。处理器502通常获取并执行存储在非暂时性计算机可读介质中的指令，以操作MFP并执行功能。在一个示例中，处理器执行通过扫描仪扫描图像的代码。

图6是联接至存储器504的处理器502的示例性框图。存储器504包含固件620。固件620包含扫描模块624。处理器502执行扫描模块624中的代码，以使用扫描仪扫描图像。

图7是扫描的示例性流程图。流程始于772，在772处，利用第一和第二颜色的光照射扫描区域，以捕获第一次曝光。在774处，利用第一和第三颜色的光照射扫描区域，以捕获第二次曝光。在776处，利用第二和第三颜色的光照射扫描区域，以捕获第三次曝光。在778处，合并来自第一、第二和第三次曝光的数据，以形成彩色扫描线。一旦已生成扫描，可将其保存或显示。在一些示例中，第一、第二和第三颜色的光在第一颜色空间内，且针对每次曝光捕获的数据在不同的第二颜色空间内。例如，第一颜色空间可为RGB颜色空间，第二颜色空间可为CMY颜色空间。

可利用固件、硬件和固件的结合、或在硬件中进行第一颜色空间与第二颜色空间之间的转换。硬件可位于扫描仪中或在MFP的其它部分中，例如，在打印机中。

上述扫描仪使用三种不同颜色的光照射扫描区域。在其它示例中，扫描仪可使用超过三种颜色。例如，一些扫描仪使用六种不同颜色的光照射扫描区域。例如，扫描仪可使用“深红”(650nm峰值)、红色(625nm峰值)、“石灰绿”(570nm峰值)、绿色(520nm峰值)、蓝色(450nm峰值)、以及“品蓝”(440nm峰值)的光照射扫描区域，每次曝光一个颜色。通过使用六种不同颜色的光，可扩大扫描仪捕获的色域。六颜色扫描仪针对每次曝光还可使用更多颜色的光，以提高照射扫描区域的光的量。例如，六颜色扫描仪针对每次曝光将使用光颜色的以下组合：第一次曝光使用深红和石灰绿光，第二次曝光使用深红和蓝色光，第三次曝光使用石灰绿和蓝色光，第四次曝光使用红色和绿色光，第五次曝光使用红色和品蓝色光，第六次曝光使用绿色和品蓝色光。

Claims (15)

1.一种扫描仪，包括：

第一光源，产生第一颜色的光；

第二光源，产生与所述第一颜色不同的第二颜色的光；

第三光源，产生与所述第一颜色和所述第二颜色不同的第三颜色的光；

这三个光源被放置为将光引导至扫描区域上；

宽带传感器，用于接收来自所述扫描区域的光；

控制器，联接至所述三个光源和所述宽带传感器，用于控制对一系列曝光的捕获；

所述控制器将所述第一光源和所述第二光源用于第一次曝光；

所述控制器将所述第一光源和所述第三光源用于第二次曝光；

所述控制器将所述第二光源和所述第三光源用于第三次曝光，其中彩色扫描线包括来自所述第一次曝光、所述第二次曝光和所述第三次曝光的数据。

2.根据权利要求1所述的扫描仪，其中所述第一光源产生红色波段的光，所述第二光源产生绿色波段的光，并且所述第三光源产生蓝色波段的光。

3.根据权利要求1所述的扫描仪，其中所述控制器在将来自所述第一次曝光、所述第二次曝光和所述第三次曝光的数据保存为彩色扫描线之前，将所述数据从第一颜色空间转换到第二颜色空间。

4.根据权利要求3所述的扫描仪，其中所述第一颜色空间是青色、品红色和黄色(CMY)，并且所述第二颜色空间是红色、绿色和蓝色(RGB)。

5.根据权利要求1所述的扫描仪，其中所述第一光源包括多个红色发光二极管(LED)，所述第二光源包括多个绿色LED，并且所述第三光源包括多个蓝色LED。

6.根据权利要求1所述的扫描仪，进一步包括：

打印机，与所述扫描仪集成，以形成多功能一体机(MFP)，其中所述打印机联接至所述控制器。

7.根据权利要求6所述的扫描仪，其中所述打印机用于接收来自所述控制器的多条彩色扫描线，并且其中所述多条彩色扫描线中的每一条的、来自所述第一次曝光、所述第二次曝光和所述第三次曝光的所述数据在青色、品红色和黄色(CMY)颜色空间内，或在青色、品红色、黄色和黑色(CMYK)颜色空间内。

8.根据权利要求1所述的扫描仪，其中所述扫描仪是从平板扫描仪、馈纸式扫描仪的组中选择的类型。

9.根据权利要求1所述的扫描仪，进一步包括：

第四光源，产生与所述第一颜色、所述第二颜色以及所述第三颜色不同的第四颜色的光；

第五光源，产生与所述第一颜色、所述第二颜色、所述第三颜色以及所述第四颜色不同的第五颜色的光；

第六光源，产生与所述第一颜色、所述第二颜色、所述第三颜色、所述第四颜色以及所述第五颜色不同的第六颜色的光；

这六个光源被放置为将光引导至所述扫描区域上；

所述控制器联接至所述六个光源；

所述控制器将所述第四光源和所述第五光源用于第四次曝光；

所述控制器将所述第四光源和所述第六光源用于第五次曝光；

所述控制器将所述第五光源和所述第六光源用于第六次曝光，其中彩色扫描线包括来自所述第一次曝光、所述第二次曝光、所述第三次曝光、所述第四次曝光、所述第五次曝光以及所述第六次曝光的数据。

10.一种扫描方法，包括：

针对第一次曝光，利用第一颜色空间内的第一颜色和第二颜色的光照射扫描区域，以捕获第二颜色空间内的第一颜色；

针对第二次曝光，利用所述第一颜色空间内的第一颜色和第三颜色的光照射所述扫描区域，以捕获所述第二颜色空间内的第二颜色；

针对第三次曝光，利用所述第一颜色空间内的第二颜色和第三颜色的光照射所述扫描区域，以捕获所述第二颜色空间内的第三颜色；

将来自所述第一次曝光、所述第二次曝光以及所述第三次曝光的数据合并成彩色扫描线，并将所述彩色扫描线保存到存储器。

11.根据权利要求10所述的扫描方法，其中所述第一颜色空间是RGB颜色空间。

12.根据权利要求10所述的扫描方法，其中所述第二颜色空间是CMY颜色空间。

13.根据权利要求10所述的扫描方法，进一步包括：

在将来自所述第一次曝光、所述第二次曝光以及所述第三次曝光的数据合并成彩色扫描线之前，将所述数据从所述第二颜色空间转换到所述第一颜色空间，其中所述第一颜色空间是RGB颜色空间。

14.根据权利要求10所述的扫描方法，进一步包括：

将所述彩色扫描线发送给打印机，其中所述扫描区域位于扫描仪中，且所述打印机与所述扫描仪集成，以形成多功能一体机(MFP)。

15.一种非暂时性计算机可读介质，包含计算机指令，所述计算机指令由处理器 执行时扫描图像，包括：

在利用红色光和蓝色光照射对象的同时，使用宽带传感器捕获所述对象的第一次曝光；

在利用红色光和绿色光照射所述对象的同时，使用所述宽带传感器捕获所述对象的第二次曝光；

在利用绿色光和蓝色光照射所述对象的同时，使用所述宽带传感器捕获第三次曝光；

将来自所述第一次曝光、所述第二次曝光以及所述第三次曝光的数据合并成彩色扫描线。