CN110913091B - 图像扫描系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种图像扫描系统，该图像扫描系统包括扫描单元，扫描单元包括：多个透镜，多个透镜沿扫描方向依次排列，扫描方向为目标物体的长度方向；多个光电转换芯片，光电转换芯片与透镜在预定方向上相对间隔地设置且一一对应，扫描单元的任意两个相邻的成像区域至少连接，预定方向为多个透镜的光轴的延伸方向，从而使得该图像扫描系统实现无缝扫描，且任意两个相邻的透镜之间距离没有限制，相比现有技术中的多个面阵相机，光电转换芯片与透镜在预定方向上的距离可以较小，不需要将扫描图像的放大倍数变小，也可以保证任意两个相邻的光电转换芯片在扫描方向上的成像区域部分重叠，即该系统在实现无缝扫描的同时保证了扫描图像的分辨率较高。
Description
技术领域
本申请涉及传感器技术，具体而言，涉及一种图像扫描系统。
背景技术
现有面阵相机，无论是CCD相机，还是CMOS相机，无论是卷帘曝光相机还是全局曝光相机，因相机体积较大，不可避免地造成相机成像分辨率的下降。如图1所示，是一个现有工业相机的简略构成示意图，由框体1、透镜2、线路板4及线路板4上的面阵光电转换芯片3构成。其中透镜2在主扫描方向上的长度为d，面阵光电转换芯片3主扫描方向上的长度为y’。我们都知道几乎所有的工业用面阵相机应用都是成一个比原稿缩小的像，本申请中将缩小也描述为放大，缩小比率用放大倍数来表示，只不过这个放大倍数小于1。
如图2所示，扫描系统由4个现有工业相机组成，4个相机间紧密无缝隙排例。但因为各自的相机都有各自的体积，4个相机的镜头间就会有一定的间距。假设镜头间的间距为s。在主扫描方向上，相机长度为L，那么L＝d+s/2+s/2＝d+s。相机扫描对应原稿侧扫描长度范围为y1，为了保证相机在主扫描方向上无缝扫描，相机扫描对应原稿侧扫描长度范围y1至少要大于或者等于相机长度L。面阵相机芯片的长度为y’，在这里为了便于理解，我们认为面阵相机芯片的成像长度即为面阵相机芯片的长度y’，这样相机的放大倍数M1为，M1＝y’/y1。要保证M1大，面阵相机芯片的长度y’固定，只能使y1尽可能小。
为了保证相机在主扫描方向上无缝扫描，相机扫描对应原稿侧扫描长度范围y1至少要大于或者等于相机长度L。所以此时相机的放大倍数只能做到最大为M1max＝y’/y1＝y’/L＝y’/d+s的放大倍数。只有提高放大倍数，相机分辨率才能越高。但现有长尺相机阵列的放大倍数因为相机自身的体积限制无法提高，因此需要开发能提高相机放大倍数即高分辨率的长尺状相机。同时现有的各个相机的输出传输都是各个相机单独与数据处理系统相连，相机越多，数据处理系统需要处理的数据量就越大。高速扫描时，数据处理系统有可能来不及对多个相机庞大的数据进行处理，容易发生数据阻塞，造成数据丢失。同时数据的传输和接收，会因为相机数量的增加，导致输出通道和接收软硬件的增加，增加扫描系统的成本。同时因为相机的体积及外观限制，光源无法极限接近相机的透镜，这样就可能导致扫描系统无法实现特定角度的扫描。因此急需开发一种长尺状高分辨率高速扫描成像系统，且光源可以与透镜尽量靠近，实现大角度扫描。
在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种图像扫描系统，以解决现有技术中图像扫描系统在实现无缝扫描的情况下分辨率较低的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种图像扫描系统，包括扫描单元，所述扫描单元包括：多个透镜，多个所述透镜沿扫描方向依次排列，所述扫描方向为目标物体的长度方向；多个光电转换芯片，所述光电转换芯片与所述透镜在预定方向上相对间隔地设置且一一对应，所述扫描单元的任意两个相邻的成像区域至少连接，所述预定方向为多个所述透镜的光轴的延伸方向。
进一步地，所述光电转换芯片在预定平面上的投影在对应所述透镜在预定平面上的投影的内部，所述预定平面与所述预定方向垂直且与所述扫描方向平行。
进一步地，任意两个所述光电转换芯片与对应的所述透镜的距离均相等。
进一步地，任意两个相邻的所述透镜的光心的连线与所述预定平面平行，任意两个相邻的所述光电转换芯片的几何中心的连线与所述预定平面平行，且任意两个相邻的所述透镜无缝设置。
进一步地，任意两个相邻的所述透镜的光心的连线与所述预定平面不平行，任意两个相邻的所述光电转换芯片的光心的连线与所述预定平面不平行。
进一步地，任意两个所述透镜为相同的透镜，任意两个所述光电转换芯片为相同的光电转换芯片。
进一步地，所述扫描单元还包括多个光源，多个所述光源间隔设置且位于所述透镜远离所述光电转换芯片的一侧，且所述光源在所述预定平面上的投影位于所述透镜在所述预定平面上的投影的外部。
进一步地，所述扫描单元还包括框体，所述框体具有容纳腔，多个所述透镜和多个所述光电转换芯片均位于所述容纳腔内。
进一步地，所述扫描单元还包括第一线路板，所述第一线路板位于所述容纳腔内，多个所述光电转换芯片设置在所述第一线路板的表面上且位于所述第一线路板和所述透镜之间，所述扫描单元还包括第一接口。
进一步地，所述图像扫描系统还包括处理单元，所述处理单元包括第二线路板、第二接口、第三接口和控制芯片，所述第二接口、第三接口和控制芯片位于所述第二线路板上，所述扫描单元与所述处理单元通过所述第二接口和所述第一接口通信。
进一步地，所述控制芯片包括第一控制部、第二控制部和信号处理部，所述第一控制部用于控制所述光电转换芯片的工作，所述第二控制部用于控制所述光源的工作，所述信号处理部用于对所述光电转换芯片输出的电信号进行处理。
进一步地，所述图像扫描系统还包括终端设备，所述处理单元通过所述第三接口与所述终端设备通信。
应用本申请的技术方案，上述图像扫描系统中，扫描单元包括多个透镜和多个光电转换芯片，且任意两个相邻的上述光电转换芯片在上述扫描方向上的成像区域部分重叠，从而使得该图像扫描系统实现无缝扫描。并且，该图像扫描系统中，任意两个相邻的透镜之间距离没有限制，即可以将二者在扫描方向上无限靠近甚至接触或者部分重叠，相比现有技术中的多个面阵相机，光电转换芯片与透镜在预定方向上的距离可以较小，所以不需要将扫描图像的放大倍数变小，也可以保证任意两个相邻的光电转换芯片在扫描方向上的成像区域部分重叠，即该系统在实现无缝扫描的同时保证了扫描图像的分辨率较高。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中的一种工业相机的结构示意图；
图2示出了现有技术中的一种包括多个工业相机的扫描系统的结构示意图；
图3示出了根据本发明的一种实施例的图像扫描系统的扫描单元的结构示意图；
图4示出了根据本发明的另一种实施例的图像扫描系统的扫描单元的结构示意图；
图5示出了图3中的图像扫描系统的扫描单元的俯视图；以及
图6示出了根据本发明的一种实施例的图像扫描系统的处理单元的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、框体；2、透镜；3、光电转换芯片；4、线路板；10、透镜；20、光电转换芯片；30、框体；40、光源；50、第一线路板；51、第一接口；60、第二线路板；61、第二接口；62、第三接口；70、控制芯片；71、第一控制部；72、第二控制部；73、信号处理部；100、目标物体。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
正如背景技术所介绍的，现有技术中的实现无缝扫描的情况下分辨率较低，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种图像扫描系统。
图3和图4是根据本发明实施例的图像扫描系统的结构示意图，该图像扫描系统包括扫描单元，上述扫描单元包括：
多个透镜10，多个上述透镜10沿扫描方向依次排列，上述扫描方向为目标物体100的长度方向；
多个光电转换芯片20，上述光电转换芯片20与上述透镜10在预定方向上相对间隔地设置且一一对应，上述扫描单元的任意两个相邻的成像区域至少连接，上述预定方向为多个上述透镜10的光轴的延伸方向。
上述图像扫描系统中，扫描单元包括多个透镜和多个光电转换芯片，且任意两个相邻的上述光电转换芯片20在上述扫描方向上的成像区域部分重叠，从而使得该图像扫描系统实现无缝扫描。并且，该图像扫描系统中，任意两个相邻的透镜之间距离没有限制，即可以将二者在扫描方向上无限靠近甚至接触或者部分重叠，相比现有技术中的多个面阵相机，光电转换芯片与透镜在预定方向上的距离可以较小，所以不需要将扫描图像的放大倍数变小，也可以保证任意两个相邻的光电转换芯片在扫描方向上的成像区域部分重叠，即该系统在实现无缝扫描的同时保证了扫描图像的分辨率较高。
需要说明的是，任意两个相邻的上述光电转换芯片20在上述扫描方向上的成像区域至少连接包括两种情况，第一种情况，任意两个相邻的上述光电转换芯片在上述扫描方向上的成像区域部分重叠，第二种情况，任意两个相邻的上述光电转换芯片在上述扫描方向上的成像区域连接，在这两种情况下，任意两个相邻的上述光电转换芯片在上述扫描方向上的成像区域之间没有缝隙。
在本申请的一种实施例中，如图5所示，上述光电转换芯片20在预定平面上的投影在对应上述透镜10在预定平面上的投影的内部，上述预定平面与上述预定方向垂直且与上述扫描方向平行。该结构可以保证光电转换芯片设置在对应透镜的光轴附近，从而便于光电转换芯片通过对应的透镜接收目标物体的反射光，进一步保证任意两个相邻的光电转换芯片在扫描方向上的成像区域部分重叠，从而实现无缝扫描。
在本申请的一种实施例中，如图3和图4所示，任意两个上述光电转换芯片20与对应的上述透镜10的距离均相等，使得各光电转换芯片的扫描图像的缩小倍数相同，从而保证各光电转换芯片图像扫描的分辨率均相同，便于后续将各光电转换芯片扫描的图像整合为一个完整的图像。
在本申请的一种实施例中，如图3所示，任意两个相邻的上述透镜10的光心的连线与上述预定平面平行，任意两个相邻的上述光电转换芯片20的几何中心的连线与上述预定平面平行，从而简化了透镜和光电转换芯片的排列方式，使得图像扫描系统结构简单，便于维修更换，且任意两个相邻的上述透镜无缝设置，在实现无缝扫描的情况下，进一步提高了扫描图像的分辨率。
具体地，如图3所示，各光电转换芯片的长度均为y’，将各光电转换芯片的成像长度近似为各光电转换芯片的长度y’，因此，各光电转换芯片对应的透镜的放大倍数M2＝y’/y2，为了保证扫描单元在主扫描方向上无缝扫描，上述扫描单元的各相邻的成像区域在扫描方向的长度均为y2，需要y2大于或者等于透镜长度d，因此，透镜的最大放大倍数M2max＝y’/d。相比现有技术的技术方案，本申请的透镜的最大放大倍数M2max＝y’/d>M1max＝y’/d+s，即本申请的透镜的放大倍数M2max大于现有技术中相机透镜的放大倍数M1max，因此，本申请的图像扫描系统在实现无缝扫描的情况下提高了扫描分辨率。
在本申请的另一种实施例中，如图4所示，任意两个相邻的上述透镜10的光心的连线与上述预定平面不平行，任意两个相邻的上述光电转换芯片20的光心的连线与上述预定平面不平行。具体地，将多个透镜沿扫描方向紧密错位排列，从而可以在可以实现无缝扫描的基础上，进一步减小扫描图像的缩小倍数，提高图像扫描系统的分辨率。
在本申请的一种实施例中，任意两个上述透镜为相同的透镜，即大小、形状以及材料等参数均相同，任意两个上述光电转换芯片为相同的光电转换芯片，即二者为一模一样的光电转换芯片。采用相同的透镜和相同的光电转换芯片进行图像扫描，使得各光电转换芯片图像扫描的分辨率均相同，便于之后的图像处理。
需要说明的是，多个上述透镜也可以为不同的透镜，多个上述光电转换芯片也可以为不同的光电转换芯片，在这种情况下，本领域技术人员根据实际情况调整透镜与对应的光电转换芯片的距离，使得各光电转换芯片图像扫描的分辨率均相同。
在本申请的一种实施例中，如图3至5所示，上述扫描单元还包括多个光源40，上述光源40发出的光照射在目标物体100上，目标物体100的反射光通过透镜10后被对应的光电转换芯片20接收，多个上述光源40间隔设置且位于上述透镜10远离上述光电转换芯片20的一侧，且上述光源40在上述预定平面上的投影位于上述透镜10在上述预定平面上的投影的外部，以避免光源40阻挡目标物体100的反射光，使得目标物体100的反射光可以毫无阻碍地通过透镜10照射到光电转换芯片20上，这样可以进一步保证扫描结果的准确性。
具体地，如图5所示，上述透镜10的周围设有多个光源40，任意两个相邻的光源40之间的距离均相等，使得多个光源40发出的光均匀地照射在目标物体100上，从而保证扫描图像各部分的亮度相同。
在本申请的一种实施例中，如图3至图5所示，上述扫描单元还包括框体30，上述框体30具有容纳腔，多个上述透镜10和多个上述光电转换芯片20均位于上述容纳腔内。将多个上述透镜和多个上述光电转换芯片设置在一个框体的容纳腔内，相比于现有技术中一个相机对应一个框体，打破了透镜之间的距离限制，进一步在实现无缝扫描的基础上提高分辨率。
需要说明的是，如图3和图4所示，光源设置框体的容纳腔内，光源还可以设置框体的表面上或者设置在框体外部且与框体不接触，从而实现光源的各种角度扫描。
在本申请的一种实施例中，如图3和图4所示，上述扫描单元还包括第一线路板50，上述第一线路板50位于上述容纳腔内，多个上述光电转换芯片20设置在上述第一线路板50的表面上且位于上述第一线路板50和上述透镜10之间。上述结构中，多个上述光电转换芯片集成在第一线路板上，且上述扫描单元还包括第一接口51，上述第一接口51与上述光源40和上述第一线路板50电连接，便于对多个光电转换芯片和多个光源统一供电，从而简化了图像扫描系统的结构。
本申请的一种实施例中，如图6所示，上述图像扫描系统还包括处理单元，上述处理单元包括第二线路板60、第二接口61、第三接口62和控制芯片70，上述第二接口61、第三接口62和控制芯片70位于上述第二线路板60上，上述扫描单元与上述处理单元通过上述第二接口61和上述第一接口51通信。具体地，上述第二接口和上述第一接口之间可以通过电缆连接，从而实现上述控制芯片与上述处理单元通信，使得上述控制芯片控制处理单元的工作，并且对上述处理单元输出的电信号进行处理。
具体地，上述第一控制部对多个光电转化芯片进行控制，相比于现有技术中对各个相机分别控制，减少了处理单元与扫描单元之间的信号线的数量，从而简化了处理单元的布线，上述第二控制部对光源进行，使得光源的发光与光电转换芯片的帧信号和行信号同步，相比于现有技术中的光源常亮点灯方式，更容易控制光源的发光时序和发光光量，上述控制信号处理部采用并行硬件数据处理方式，相比于现有技术中多个相机数据通过电脑的顺序处理方式，提高了数据处理速度。
本申请的一种具体的实施例中，上述处理单元的控制芯片可以为FPGA芯片，以满足多个高分辨率的光电转换芯片的数据处理需要，当然，控制芯片不限于FPGA芯片，本领域技术人员还可以根据实际情况选择合适的控制芯片。
本申请的一种实施例中，如图6所示，上述控制芯片70包括第一控制部71、第二控制部72和信号处理部73，上述第一控制部71用于控制上述光电转换芯片的工作，上述第二控制部72用于控制上述光源的工作，上述信号处理部73用于对上述光电转换芯片输出的电信号进行处理。
具体地，将上述插座通电，上述第二控制部控制上述光源开始工作，上述第一控制部控制上述光电转换芯片工作，即图像扫描系统开始图像扫描，光源发出的光均匀照射在目标物体上，光电转换芯片通过对应的透镜接收目标物体的反射光，并将光信号转换为电信号，电信号经过信号处理部处理得到目标物体的扫描图像。
本申请的一种实施例中，上述图像扫描系统还包括终端设备，上述处理单元通过上述第三接口与上述终端设备通信。具体地，上述第三接口通过电缆与上述终端设备通信，从而将处理单元得到的扫描图像传输至终端设备中，后续终端设备还可以对扫描图像进行处理，并且通过单个接口就可以将原始数据或者数据处理结果发送给终端，减少了通道数量和数据接收的软硬件成本。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请的图像扫描系统中，扫描单元包括多个透镜和多个光电转换芯片，且任意两个相邻的上述光电转换芯片20在上述扫描方向上的成像区域部分重叠，从而使得该图像扫描系统实现无缝扫描。并且，该图像扫描系统中，任意两个相邻的透镜之间距离没有限制，即可以将二者在扫描方向上无限靠近甚至接触或者部分重叠，相比现有技术中的多个面阵相机，光电转换芯片与透镜在预定方向上的距离可以较小，所以不需要将扫描图像的放大倍数变小，也可以保证任意两个相邻的光电转换芯片在扫描方向上的成像区域部分重叠，即该系统在实现无缝扫描的同时保证了扫描图像的分辨率较高。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种图像扫描系统，其特征在于，包括扫描单元，所述扫描单元包括：
多个透镜，多个所述透镜沿扫描方向依次排列，所述扫描方向为目标物体的长度方向；
多个光电转换芯片，所述光电转换芯片与所述透镜在预定方向上相对间隔地设置且一一对应，所述扫描单元的任意两个相邻的成像区域至少连接，所述预定方向为多个所述透镜的光轴的延伸方向；所述光电转换芯片在预定平面上的投影在对应所述透镜在预定平面上的投影的内部，所述预定平面与所述预定方向垂直且与所述扫描方向平行；任意两个相邻的所述透镜的光心的连线与所述预定平面不平行，任意两个相邻的所述光电转换芯片的光心的连线与所述预定平面不平行，且任意两个相邻的所述透镜在预定平面上的投影之间部分重叠。
2.根据权利要求1所述的图像扫描系统，其特征在于，任意两个所述光电转换芯片与对应的所述透镜的距离均相等。
3.根据权利要求1所述的图像扫描系统，其特征在于，任意两个相邻的所述透镜的光心的连线与所述预定平面平行，任意两个相邻的所述光电转换芯片的几何中心的连线与所述预定平面平行，且任意两个相邻的所述透镜无缝设置。
4.根据权利要求2所述的图像扫描系统，其特征在于，任意两个所述透镜为相同的透镜，任意两个所述光电转换芯片为相同的光电转换芯片。
5.根据权利要求1所述的图像扫描系统，其特征在于，所述扫描单元还包括多个光源，多个所述光源间隔设置且位于所述透镜远离所述光电转换芯片的一侧，且所述光源在所述预定平面上的投影位于所述透镜在所述预定平面上的投影的外部。
6.根据权利要求5所述的图像扫描系统，其特征在于，所述扫描单元还包括框体，所述框体具有容纳腔，多个所述透镜和多个所述光电转换芯片均位于所述容纳腔内。
7.根据权利要求6所述的图像扫描系统，其特征在于，所述扫描单元还包括第一线路板，所述第一线路板位于所述容纳腔内，多个所述光电转换芯片设置在所述第一线路板的表面上且位于所述第一线路板和所述透镜之间，所述扫描单元还包括第一接口。
8.根据权利要求7所述的图像扫描系统，其特征在于，所述图像扫描系统还包括处理单元，所述处理单元包括第二线路板、第二接口、第三接口和控制芯片，所述第二接口、第三接口和控制芯片位于所述第二线路板上，所述扫描单元与所述处理单元通过所述第二接口和所述第一接口通信。
9.根据权利要求8所述的图像扫描系统，其特征在于，所述控制芯片包括第一控制部、第二控制部和信号处理部，所述第一控制部用于控制所述光电转换芯片的工作，所述第二控制部用于控制所述光源的工作，所述信号处理部用于对所述光电转换芯片输出的电信号进行处理。
10.根据权利要求8所述的图像扫描系统，其特征在于，所述图像扫描系统还包括终端设备，所述处理单元通过所述第三接口与所述终端设备通信。
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