CN105872291B - 带有激光校正的智能互联网高清扫描仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有激光校正的智能互联网高清扫描仪，包括：放置待扫描书籍的扫描区域；位于扫描区域上方的校准激光发射单元、图像采集单元以及图像处理单元；校准激光发射单元向摊开放置在扫描区域上的书籍发射激光束，在翻开书页的表面上形成激光线条；所述的图像采集单元采集带有激光线条的弯曲书页的平面图像；通过建立三维坐标系；根据激光线条像素点的坐标和激光束与扫描区域平面的交角，计算得出平面图像中激光线条上每个像素点在三维坐标系中的高度坐标，还原出激光线条在三维坐标系的3D曲线，根据该3D曲线构造所述书页在所述三维坐标系中真实的3D曲面；通过计算得到3D曲面上点和平面图像中像素点的对应关系，拉直像素值替换后的3D曲面，完成当前书页的扫描。

Description

带有激光校正的智能互联网高清扫描仪
技术领域
本发明涉及一种带有激光校正的智能互联网高清扫描仪。涉及专利分类号H04电通信技术H04N图像通信，如电视H04N1/00文件或类似物的扫描、传输或重现，例如传真传输；其零部件H04N1/04扫描装置H04N1/10应用平面图像支承面。
背景技术
随着视频采集和处理技术的发展，扫描仪已从传统的光敏扫描仪升级到了主要基于视频图像采集的新一代图像采集扫描仪，这种新型扫描仪通过位于扫描物上方的摄像头采集书页照片即可完成扫描，免去了人工将待扫描的印刷品按压在扫描面的传统扫描方式带来的繁重工作量，具有扫描速度快的巨大优势。
但是此类图片采集类的扫描仪在扫描具有一定厚度的扫描物时，比如厚度较大的字典、教科书等，在扫描处于书籍中部书页的扫描图像会产生巨大的弯曲度，严重影响阅读质量，而且弯曲对后续的OCR文字识别也会产生严重的影响。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制的一种带有激光校正的智能互联网高清扫描仪，包括：
放置待扫描书籍的扫描区域；位于扫描区域上方的校准激光发射单元、图像采集单元以及图像处理单元；
工作时，所述的校准激光发射单元向摊开放置在扫描区域上的书籍发射激光束，在翻开书页的表面上形成激光线条；
所述的图像采集单元采集带有激光线条的弯曲书页的平面图像；通过建立包括扫描区域平面的三维坐标系；
根据激光线条像素点的坐标和激光束与扫描区域平面的交角，通过正切函数计算得出平面图像中激光线条上每个像素点在三维坐标系中的高度坐标，进而还原出激光线条在三维坐标系的3D曲线，根据该3D曲线构造所述书页在所述三维坐标系中真实的3D曲面；
通过计算得到3D曲面上点和平面图像中像素点的对应关系，将所述3D曲面上点的像素值替换成平面图像上对应像素点的像素值，拉直像素值替换后的3D曲面，完成当前书页的扫描。
作为优选的实施方式，所述的扫描区域平面的底边设有与平面垂直的固定架，固定架上分别固定有校准激光发射单元的激光发射装置和图像采集单元的摄像头。
更进一步的，所述的摄像头位于所述扫描区域平面几何中心的正上方，所述摄像头与扫描区域平面的角连线后形成虚拟的四棱锥。
更进一步的，设有覆盖所述扫描区域的补光单元。
作为优选的实施方式，还在于所述的高度坐标计算过程如下：
所述的图像处理单元分析平面图像中激光线条上每个像素点的y坐标，计算得出激光线条中每个像素点与书页曲面交点在扫描台上的正投影点与所述的激光束与扫描台相交线的距离差值d；d＝I1-y，I1即为激光束与扫描台的相交线至激光束起点在扫描台上正投影的距离；将差值d和所述激光束与扫描台的交角a代入公式(1)；
f(a,d)＝tan(a)*d (1)
计算得出所述的平面图像中激光线条中每个像素点的实际空间高度f(a,d)，即像素点的z坐标。
作为优选的实施方式，所述的图像处理单元根据所述3D曲面中每个点的高度坐标z，构造所述每个点与四棱锥底面即扫描区域平面平行的虚拟平面；计算摄像头交点与所述3D曲面上每个点的连线与点对应虚拟平面的交角；
根据交角计算得出所述每个点至其所在虚拟平面几何中心的距离d，通过如下公式，计算得出与平面图像中像素点对应的3D曲面中的点T水平坐标位置；
T＝P·L/d
其中，L为由扫描台几何中心正上方的摄像头焦点与虚拟平面上的点的连线与所述扫描区域平面的交点至扫描区域平面几何中心的距离，P为3D像素的在所述平面图像中的坐标位置(x，y)。
作为优选的实施方式，所述的图像处理单元将填充像素值后的3D曲面按书页的弯曲方向拆分成多条3D曲线，将3D曲线上的像素点沿一直线排列，完成一条3D曲线的拉直，将拉直后形成的直线段上的点一次替换成所述3D曲线上等距离弦长的点的像素值，完成单条3D曲线的拉直；重复上述步骤拉直构成3D曲面全部直线后，拼合全部的直线段，完成3D曲面的拉直。
作为优选的实施方式，还具有通信单元，将扫描最终得到的平整书页图像或者初始采集到的平面图像传输至外部设备。
作为优选的实施方式，还具有显示单元。
更进一步的，系统还连接有存储单元和/或外置存储单元。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的标定原理图
图2为本发明构造的3D曲线示意图
图3为本发明构造的3D曲面示意图
图4为本发明投影系数计算示意图
图5为本发明完成像素转换，带有内容的3D曲面示意图
图6为本发明系统模块图
图7为本发明实施例1实体结构的侧视图
图8为本发明实施例1实体结构的仰视图
图9为本发明实施例1实体结构的俯视图
图10为本发明实施例2实体结构的主视图
图11为本发明实施例2实体结构的俯视图
具体实施方式
为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1-图6所示：一种带有激光校正的智能互联网高清扫描仪，主要包括：设定的扫描区域和带有图像采集摄像头的扫描仪。
所述的扫描区域可以直接利用承载扫描仪一定尺寸的平面，比如通常防止扫描仪的桌面、工作台面等。也可以使用带有呈一定角度展开的专用支撑板，以便更好的保证书籍翻开一定厚度的书页后，仍然能够保证书页能够自身重量的作用下，保持翻开状态，可以省却压住较厚书籍的外力。
优选的，将扫描平面区域定义成带有固定尺寸的矩形区域。
所述扫描仪的核心光学部件主要包括校准激光发射单元和图像采集单元，即通常意义上，可采集图片和/或连续帧序列图像并形成视频的摄像头，摄像头的成像焦点即位于矩形的扫描区域几何中心的正上方。优选的，如图所示，所述的摄像头通过一L型支架固定，校准激光发射单元设置在L型支架的弯曲部。
为了方便后续的计算，作为较佳的实施方式，设定摄像头的交点位于扫描区域平面的正上方；并且使校准激光发射单元射出的若干激光束，能够与扫描区域平面相交并形成一锐角，即如图1所示的a角。
所述的激光发射单元选择能够发出平面扇形激光束的元器件，以保证投影在扫描区域平面上的的激光束最终形成平直的激光线条。优选的，在本发明的实施例中，包括3个激光发射器件，能够像扫描区域平面发送3道激光束，形成三道相互平行，且与算法设定的矩形区域的底面平行，为了能够适应一般书籍的形式，激光线条与矩形区域的长边平行。
同时，选定矩形区域的一角为原点，建立三维坐标系，矩形区域的长边为x轴，短边为y轴，垂直高度为z轴，同时建立由摄像头交点和矩形区域4角连线形成虚拟正四棱锥。
虽然多道激光束显而易见的有助于提高运算精度，但是一道激光束或者一道激光线条也可满足后续算法的要求，尤其是构造3D曲面的需求。
当采用固定高度的L型支架时，以上的预置步骤可以实现存在系统内部的存储单元中；当采用高度可调的L型支架，或者采用前述可调节的支撑板时，以上的步骤，可以在开机后，系统自行标定得出，其中的某些参数，比如扫描区域的定义，也可以人工进行设定。
将书页翻至指定的页数后，平放在矩形的扫描区域内部，由于后续算法是基于图像中的像素点的计算，所以此步骤操作并不必须要求书籍的边缘与矩形区域的边平行。
为了避免环境光线亮度影响成像质量和亮度，同时避免L型支架在书页上产生阴影，影响算法识别，作为优选的实施方式，在摄像头周边还设有能够覆盖整个扫描区域平面的补光单元，在扫描时开启，去除可能的光线影响因素。
扫描过程中，激光束在摊开书页表面形成曲线，采集带有这些曲线的平面图像，所述的图像处理单元分析平面图像中激光线条上每个像素点的y坐标，计算得出激光线条中每个像素点与书页曲面交点在扫描台上的正投影点与所述的激光束与扫描台相交线的距离差值d；d＝I1-y，I1即为激光束与扫描台的相交线至激光束起点在扫描台上正投影的距离；将差值d和所述激光束与扫描台的交角a代入公式(1)；
f(a,d)＝tan(a)*d (1)
计算得出所述的平面图像中激光线条中每个像素点的实际空间高度f(a,d)，即像素点的z坐标。
图像处理单元根据所述3D曲面中每个点的高度坐标z，构造所述每个点与四棱锥底面即扫描区域平面平行的虚拟平面，该虚拟平面为该所述点所在的高度平面。
计算摄像头交点与所述3D曲面上每个点的连线与点对应虚拟平面的交角；
根据交角计算得出所述每个点至其所在虚拟平面几何中心的距离d，通过如下公式，计算得出与平面图像中像素点对应的3D曲面中的点T水平坐标位置；
T＝P·L/d
其中，L为由扫描台几何中心正上方的摄像头焦点与虚拟平面上的点的连线与所述扫描区域平面的交点至扫描区域平面几何中心的距离，P为3D像素的在所述平面图像中的坐标位置(x，y)。
根据水平坐标位置找到3D曲面上点与平面图像上对应的像素点，即找到对应关系，将所述3D曲面上点的像素值替换成平面图像上对应像素点的像素值。
所述的图像处理单元将填充像素值后的3D曲面按书页的弯曲方向拆分成多条3D曲线，将3D曲线上的像素点沿一直线排列，完成一条3D曲线的拉直，将拉直后形成的直线段上的点一次替换成所述3D曲线上等距离弦长的点的像素值，完成单条3D曲线的拉直；重复上述步骤拉直构成3D曲面全部直线后，拼合全部的直线段，完成3D曲面的拉直，最终完成当前书页的扫描，得到平整不带有弯曲的扫描图片。
为了能够将最终得到的扫描图像传输至外部设备，系统还设有通信单元，作为优选的实施方式，通信单元集成无线通信模块和有线通信模块，比如通过wifi模块或者USB通信模块，向外界传输扫描图片。
作为较佳的实施方式，在L型支架的上表面还设有显示单元，用来显示初始的平面图像和经过算法处理后得到的书页扫描图像。
实施例1，如图7-9所示：所述扫描仪主要包括L型支架1和配重底座5组成，在L型支架1的拐角处设有三个激光发射元器件2。在L型支架1的横臂的前端设有摄像头3，在摄像头靠后的位置设有led补光灯4。为了方便使用者实时监视，尤其是脱机(不适用外部显示器)监视扫描过程，在L型支架1的前端上表面设有显示屏6，方便随时监视当前的扫描状态。在配重底座5的表面设有调整按键。
实施例2，如图10-11所示，与实施例1类似，区别在于具有标定的扫描区域7，在实施例1中摄像头3或者说系统设定的虚拟扫描区域与扫描区域7的尺寸、面积和位置均相同。
扫描区域7包括两相对设置的支撑板71，该支撑板可调节仰角和左右移动，保证书籍能够在自重作用下处于摊开状态，同时，左右移动可以保证书籍的中线(两书页之间的分割线)始终位于摄像头3焦点的正下方，便于算法分别得出两书页的平面图像。
还设有控制器8，可采用无线或者有线连接的方式与系统主机连接(通信)，方便使用者控制摄像头3拍照的节奏。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带有激光校正的智能互联网高清扫描仪，其特征在于包括：
放置待扫描书籍的扫描区域；位于扫描区域上方的校准激光发射单元、图像采集单元以及图像处理单元；所述的扫描区域平面的底边设有与平面垂直的固定架，固定架上分别固定有校准激光发射单元的激光发射装置和图像采集单元的摄像头；
工作时，所述的校准激光发射单元向摊开放置在扫描区域上的书籍发射激光束，在翻开书页的表面上形成激光线条；
所述的图像采集单元采集带有激光线条的弯曲书页的平面图像；通过建立包括扫描区域平面的三维坐标系；
根据激光线条像素点的坐标和激光束与扫描区域平面的交角，通过正切函数计算得出平面图像中激光线条上每个像素点在三维坐标系中的高度坐标，进而还原出激光线条在三维坐标系的3D曲线，根据该3D曲线构造所述书页在所述三维坐标系中真实的3D曲面；
通过计算得到3D曲面上点和平面图像中像素点的对应关系，将所述3D曲面上点的像素值替换成平面图像上对应像素点的像素值，拉直像素值替换后的3D曲面，完成当前书页的扫描。
2.根据权利要求1所述的带有激光校正的智能互联网高清扫描仪，其特征还在于所述的摄像头位于所述扫描区域平面几何中心的正上方，所述摄像头与扫描区域平面的角连线后形成虚拟的四棱锥。
3.根据权利要求1所述的带有激光校正的智能互联网高清扫描仪，其特征还在于设有覆盖所述扫描区域的补光单元。
4.根据权利要求1所述的带有激光校正的智能互联网高清扫描仪，其特征还在于所述的高度坐标计算过程如下：
所述的图像处理单元分析平面图像中激光线条上每个像素点的y坐标，计算得出激光线条中每个像素点与书页曲面交点在扫描台上的正投影点与所述的激光束与扫描台相交线的距离差值d；d＝I1-y，I1即为激光束与扫描台的相交线至激光束起点在扫描台上正投影的距离；将差值d和所述激光束与扫描台的交角a代入公式(1)；
f(a,d)＝tan(a)*d (1)
计算得出所述的平面图像中激光线条中每个像素点的实际空间高度f(a,d)，即像素点的z坐标。
5.根据权利要求4所述的带有激光校正的智能互联网高清扫描仪，其特征还在于图像处理单元
根据所述3D曲面中每个点的高度坐标z，构造所述每个点与四棱锥底面即扫描区域平面平行的虚拟平面；计算摄像头交点与所述3D曲面上每个点的连线与点对应虚拟平面的交角；
根据交角计算得出所述每个点至其所在虚拟平面几何中心的距离d，通过如下公式，计算得出与平面图像中像素点对应的3D曲面中的点T水平坐标位置；
T＝P·L/d
其中，L为由扫描台几何中心正上方的摄像头焦点与虚拟平面上的点的连线与所述扫描区域平面的交点至扫描区域平面几何中心的距离，P为3D像素的在所述平面图像中的坐标位置(x，y)。
6.根据权利要求1或5所述的带有激光校正的智能互联网高清扫描仪，其特征还在于所述的图像处理单元将填充像素值后的3D曲面按书页的弯曲方向拆分成多条3D曲线，将其中一条3D曲线上的像素点沿一直线排列，完成该条3D曲线的拉直，将拉直后形成的直线段上的点依次替换成所述3D曲线上等距离弦长的点的像素值，完成单条3D曲线的拉直；重复上述的一条3D曲线拉直步骤和拉直后将直线段上的点替换成相应像素值的步骤，直至拉直构成3D曲面的全部直线后，拼合全部的直线段，完成3D曲面的拉直。
7.根据权利要求1所述的带有激光校正的智能互联网高清扫描仪，其特征还在于具有通信单元，将扫描最终得到的平整书页图像或者初始采集到的平面图像传输至外部设备。
8.根据权利要求1所述的带有激光校正的智能互联网高清扫描仪，其特征还在于具有显示单元以及存储单元。
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