CN112671993A - 信息获取装置、可展平柔性扫描仪和信息获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信息获取装置、可展平柔性扫描仪和信息获取方法，属于信息获取装置技术领域。该装置包括标定面α、第一激光平面β、第二激光平面γ、内参已知或者经过内参标定的成像装置，第一激光平面β、第二激光平面γ在同一空间坐标系的方程已知，第一激光平面β与标定面α之间的相交线为L1，第二激光平面γ与标定面α之间的相交线为L2，第一激光平面β和/或第二激光平面γ至少已知两条边界线的方程，其中，两条边界线与L1、L2的交点在成像装置能够拍摄到的区域内并能够成像；标定面α上用于标定的图案在成像装置能够拍摄到的区域内并能够成像。该扫描仪包括该装置。该方法应用该扫描仪实现。其价格低廉，并且，能够适应多种扫描情形。

Description

信息获取装置、可展平柔性扫描仪和信息获取方法

技术领域

本发明涉及信息获取装置技术领域，特别是涉及一种信息获取装置、可展平柔性扫描仪和信息获取方法。

背景技术

现有技术中的扫描仪包括高拍仪和翻盖式扫描仪和馈纸式扫描仪。翻盖式扫描仪实质就是纸张不动，然后线性扫描装置动起来。馈纸式扫描仪实质就是线性扫描装置不动，纸张动起来。当然常见也扫描仪也有把两种功能放在一起的。但是，翻盖式扫描仪在扫描书籍时，会造成压印，馈纸式扫描仪无法实现对书籍的扫描，高拍仪的价格相对较昂贵。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种信息获取装置、可展平柔性扫描仪和信息获取方法，其价格低廉，并且，能够适应多种扫描情形，从而更加适于实用。

为了达到上述第一个目的，本发明提供的信息获取装置的技术方案如下：

本发明提供的信息获取装置包括标定面α、第一激光平面β、第二激光平面γ、内参已知或者经过内参标定的成像装置，

所述第一激光平面β、第二激光平面γ在同一空间坐标系的方程已知，

所述第一激光平面β与所述标定面α之间的相交线为L1，

所述第二激光平面γ与所述标定面α之间的相交线为L2，

所述第一激光平面β和/或第二激光平面γ至少已知两条边界线的方程，其中，

所述两条边界线与所述L1、L2的交点在所述成像装置能够拍摄到的区域内并能够成像；

所述标定面α上用于标定的图案在所述成像装置能够拍摄到的区域内并能够成像。

本发明提供的信息获取装置还可以采用以下技术方案进一步实现。

作为优选，所述信息获取装置还包括标定板，所述标定面α形成于所述标定板上，其中，所述标定板处于所述成像装置能够拍摄到的区域内并能够成像。

作为优选，所述标定面α上，能够在所述成像装置内成像的区域有图案，其中，在所述图案中，至少4个非共线的点之间的相互位置关系已知。

作为优选，所述信息获取装置还包括第一激光光源和第二激光光源，其中，

所述第一激光平面β由所述第一激光光源发射的激光形成，所述第二激光平面γ由所述第二激光光源发射的激光形成。

作为优选，所述经过内参标定的成像装置为手机摄像头，对所述手机摄像头进行标定的方法包括以下步骤：

确定需要标定的参数fx＝f/dx，其中，f：焦距，dx：一个像素的真实尺寸；

通过查寻获取f、dx的值，计算得到fx＝f/dx的值；

或者，

扫描1次所述标定面α上的图案；

选取的第n赋值fx_n，进行第n次展平，得到展平后的第n图像；

若所述展平后的第n图像未达到标定要求，则舍弃第n赋值fx_n；

选取第n+1赋值fx_n+1，并循环上述步骤；

直至选取第N赋值fx_N，进行第N次展平，得到展平后的第N图像达到标定要求，以所述第N赋值fx_N为标定后的fx值；

其中，n为1≤n≤N的自然数。

为了达到上述第二个目的，本发明提供的可展平柔性扫描仪的技术方案如下：

本发明提供的可展平柔性扫描仪包括展平模块和本发明提供的信息获取装置，

所述展平模块用于对所述成像装置获取的原始图像应用展平算法进行展平，得到展平后的图像。

本发明提供的可展平柔性扫描仪还可以采用以下技术方案进一步实现。

作为优选，所述可展平柔性扫描仪为高拍仪，所述可展平柔性扫描仪还包括支架，

所述成像装置、第一激光光源和第二激光光源能够通过所述支架临时固定。

作为优选，所述支架为柔性支架或者半柔性支架，其中，

所述第一激光光源、第二激光光源的相互位置关系固化构成激光器，

所述成像装置、激光器、标定板α之间的位置关系可变。

作为优选，所述可展平柔性扫描仪为仰拍仪，所述可展平柔性扫描仪还包括透光板、透光板支撑架，

所述透光板设置于所述透光板支撑架上，

所述透光板支撑架的底部具有容置空间，

所述标定面α、第一激光平面β、第二激光平面γ、经过标定的成像装置处于所述容置空间内。

为了达到上述第三个目的，本发明提供的信息获取方法的技术方案如下：

本发明提供的信息获取方法包括以下步骤：

组装本发明提供的信息获取装置或者可展平柔性扫描仪；

应用所述成像装置获取原始信息；

或者，

应用所述成像装置获取原始图片；

所述原始图片经过所述展平模块展平后，得到展平后的图像。

本发明提供的信息获取装置在内参已知或者经过内参标定的成像装置7的条件下，通过标定面α作为桥梁，使该成像装置7与所述激光器之间无需完全固化，即可获取待扫描三维物体的表面形貌信息，在这种情况下，用户只需要简单的成像装置和激光光源，即可扫描得到待扫描三维物体的表面形貌信息，成本低廉。

本发明提供的信息获取方法在本发明提供的信息获取装置或者可展平柔性扫描仪的基础上，通过该信息获取装置能够获取到待扫描物的三维信息；需要扫描图片时，在获取到待扫描书籍页面的三维表面形貌信息之后，再通过展平模块展平该三维表面形貌信息，即可得到展平后的待扫描书籍页面，其与翻盖式扫描仪、馈纸式扫描仪相比，具有适应范围更广泛的优点，其与普通高拍仪相比，具有成本低廉的优点。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的信息获取装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的信息获取装置的俯视图；

图3为本发明实施例提供的信息获取装置的第一激光平面、第二激光平面的示意图；

图4为本发明实施例提供的可展平柔性扫描仪当支架为半柔性支架时的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的仰拍仪在扫描书籍时的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的高拍仪在扫描书籍时的结构示意图。

具体实施方式

有鉴于此，本发明提供了一种信息获取装置、可展平柔性扫描仪和扫描方法，其价格低廉，并且，能够适应多种扫描情形，从而更加适于实用。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种信息获取装置、可展平柔性扫描仪和扫描方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。

信息获取装置实施例

参见附图1-附图3，本发明实施例提供的信息获取装置包括标定面α、第一激光平面β、第二激光平面γ、内参已知或者经过内参标定的成像装置7。第一激光平面β、第二激光平面γ在同一空间坐标系的方程已知，第一激光平面β与标定面α之间的相交线为L1，第二激光平面γ与标定面α之间的相交线为L2，第一激光平面β和/或第二激光平面γ至少已知两条边界线的方程，其中，两条边界线与L1、L2的交点在成像装置7能够拍摄到的区域内并能够成像；标定面α上用于标定的图案在成像装置7能够拍摄到的区域内并能够成像。其中，存在多种实现方式，第一种情况：第一激光平面β和第二激光平面γ的两条边界均已知其在第一激光平面β和第二激光平面γ的边界线方程，在这种情况下，能够通过第一激光平面β和第二激光平面γ的两条边界线、L1、L2在标定面α上确定出四个端点。第二种情况：第一激光平面β两条边界均已知其在第一激光平面β的边界线方程，第二激光平面γ已知其在第二激光平面γ上的其中一条边界线方程，另外一条边界线方程未知；第二激光平面γ两条边界均已知其在第二激光平面γ的边界线方程，第一激光平面β已知其在第二激光平面β上的其中一条边界线方程，另外一条边界线方程未知；在这种情况下，能够通过第一激光平面β和第二激光平面γ的两条边界线、L1、L2在标定面α上确定出三个端点。第三种情况，第一激光平面β两条边界均已知其在第一激光平面β的边界线方程，第二激光平面γ的边界线方程未知；第二激光平面γ两条边界均已知其在第一激光平面γ的边界线方程，第一激光平面β的边界线方程未知；第一激光平面β两条边界、第二激光平面γ均已知其中一条边界线方程，而另外一条边界线方程未知，在这种情况下，能够通过第一激光平面β和第二激光平面γ的两条边界线、L1、L2在标定面α上确定出两个端点。具体而言，在附图3中，第一激光平面β、第二激光平面γ在同一空间坐标系的方程已知，本实施例中，标定面α、第一激光平面β、第二激光平面γ本身为无边界平面，在实际应用中，该第一激光平面β、第二激光平面γ通常由激光光源形成，因此，在实际应用中，该第一激光平面β、第二激光平面γ通常是具有边界的平面，在这种情况下，可以通过以下多种方式，确立第一激光平面β、第二激光平面γ与标定面α之间的相互位置关系：

第一种方式：

第一激光平面β与标定面α之间的相交线为L1，第二激光平面与标定面α之间的相交线为L2，理想状况下，第一激光平面β由第一激光光源O1产生，形成的第一激光平面β为三角形平面O1AB，其中，线段AB在标定面α上能够被成像装置7拍摄到的区域，在这种情况下，在得知了线段O1A、线段O1B在第一激光平面β上的方程之后，该第一激光平面β内的三角形平面O1AB得到固化。第二激光平面γ与标定面α之间的相交线为L2，第二激光平面与标定面α之间的相交线为L2，理想状况下，第二激光平面γ由第二激光光源O2产生，形成的第二激光平面γ为三角形平面O2CD，其中，线段CD在标定面α上能够被成像装置7拍摄到的区域，在这种情况下，在得知了线段O2C、线段O2D在第二激光平面γ上的方程之后，该第二激光平面γ内的三角形平面O1CD得到固化。由此，四边形ABCD被固定下来，因此，能够建立第一激光光源O1、第二激光光源O2与标定面α之间的相对位置关系。

第二种方式：

第一激光平面β与标定面α之间的相交线为L1，第二激光平面与标定面α之间的相交线为L2，若点A、B、C、D中有三个点落到成像装置7能够拍摄到的区域，而剩余的一个点无法被成像装置7拍摄到，在求解第一激光光源O1、第二激光光源O2与标定面α之间的相对位置关系时，能够得到确定解。也就是说，在这种情况下，也能够确定无疑地确立第一激光光源O1、第二激光光源O2与标定面α之间的相对位置关系。

第三种方式：

第一激光平面β与标定面α之间的相交线为L1，第二激光平面与标定面α之间的相交线为L2，若点A、B、C、D中有两个点落到成像装置7能够拍摄到的区域，而剩余的两个点无法被成像装置7拍摄到，在求解第一激光光源O1、第二激光光源O2与标定面α之间的相对位置关系时，能够得到的解并不唯一，但是，通过选择判断，仍然能够合理确定解。也就是说，在这种情况下，也能够确立第一激光光源O1、第二激光光源O2与标定面α之间的相对位置关系。

也就是说，无论通过上述第一种方式、第二种方式的哪一种，都能够确立第一激光光源O1、第二激光光源O2与标定面α之间的相对位置关系。在此基础上，再确立成像装置7与标定面3之间的相对位置关系，即可借助标定面3作为中间桥梁反即可得到成像装置7与第一激光光源O1、第二激光光源O2之间的位置关系。其中，成像装置7与标定面3之间的相对位置关系通过下列方式建立：

成像装置7拍摄所述标定板上图案，通过图案中至少4个已知相互位置关系的非共线点，通过相应的算法，计算出成像装置7和标定面3的相对位置关系。至此，成像装置7与第一激光光源O1、第二激光光源O2之间的相对位置关系已经建立好。

在此基础上，当用户更换成像装置7后，例如，当用户用自己的手机扫描时，还需要标定手机的内参，其中，相机内参有径向畸变(K1，K2),切向畸变(P1，P2),成像面中心点像素坐标(U，V)，fx和fy，芯片成像单一像素一般都是相等的，所以fx＝fy，而fx＝f/dx，f为焦距，dx为一个像素的真实尺寸。然而，手机可以认为径向畸变和切向畸变忽略，而且成像的中心点也会是正中心，一张图像的3000×4000，那么其中心点就是1500×2000，实际标定过程中，基本上理论值和张正友标定值是几乎相当的。在这种情况下，在未知数仅为fx时，其通过摄像头的焦距和查阅芯片的基本参数，能够计算出来，但是由于手机众多，当手机查不到或者难以查到fx时，就需要通过迭代赋值法标定未知数fx。在此基础上，标定手机摄像头内参的具体操作步骤如下：

确定需要标定的参数fx＝f/dx，其中，f：焦距，dx：一个像素的真实尺寸；

在此基础上，可以通过两种不同的方式得到该参数fx：

第一种方式：通过查询f、dx的值，计算得到fx＝f/dx，例如，某一手机摄像头，通过查询，得知其焦距f＝4.75mm，根据其芯片信息得知，一个像素的真实尺寸为0.8μm＝0.8×10^-3mm，计算得到fx＝4.75/(0.8×10^-3)＝5.9375×10³，该手机摄像头通过应用张正友标定法标定所得的fx＝6.08×10³，实际应用中，该两个fx值在标定后，应用该手机摄像头展平图像时，能够达到肉眼无法区分优劣的程度，因此，当手机摄像头的焦距f、一个像素的真实尺寸dx已知的情况下，通过查询f、dx的值即可通过计算，轻松地得到需要标定的参数fx。

然而，由于手机的型号、品牌众多，其上搭载的摄像头也纷繁复杂，在无法通过查询获得f、dx的情况下，还可以通过第二种方式得到需要标定的参数fx：

步骤S1：扫描1次标定面α上的图案；

步骤S2：选取的第n赋值fx_n，进行第n次展平，得到展平后的第n图像；

步骤S3：若展平后的第n图像未达到标定要求，则舍弃第n赋值fx_n；其中，标定要求指的是，在可接受误差范围内的fx值。

步骤S4：选取第n+1赋值fx_n+1，并循环上述步骤；

步骤S5：直至选取第N赋值fx_N，进行第N次展平，得到展平后的第N图像达到标定要求，以第N赋值fx_N为标定后的fx值；

其中，n为1≤n≤N的自然数。

在这种情况下，只需要扫描1次标定面α上的图案，即可通过对fx赋值并通过迭代反推得到标定后的fx值。其中，在这种情况下，在标定面α上，能够在成像装置7内成像的区域有图案，其中，在图案中，至少4个非共线的点之间的相互位置关系已知，其目的是判断标定fx的过程中，手机摄像头是否实现了对该实际尺寸已知的图案的展平。例如，该实际尺寸已知的图案可以是正方形，其表现形式还可以为棋盘格。

本发明提供的信息获取装置在内参已知或者经过内参标定的成像装置7的条件下，通过标定面α作为桥梁，使该成像装置7与所述激光器之间无需完全固化，即可获取待扫描三维物体的表面形貌信息，在这种情况下，用户只需要简单的成像装置和激光光源，即可扫描得到待扫描三维物体的表面形貌信息，成本低廉。除此之外，本发明提供的信息获取装置通过一张图片建立标定板、成像装置和激光器之间的关系，所以每次移动后，每次建立，非常快捷。

其中，信息获取装置还包括标定板，标定面α形成于标定板上，其中，标定板处于成像装置7能够拍摄到的区域内并能够成像。在这种情况下，标定面α可以封装成一商品，并便于携带。

其中，信息获取装置还包括第一激光光源5和第二激光光源6，其中，第一激光平面β由第一激光光源5发射的激光形成，第二激光平面γ由第二激光光源6发射的激光形成。该第一激光光源5形成的第一激光平面β、第二激光平面γ可以为三角形或者梯形形状。

可展平柔性扫描仪实施例

本发明提供的可展平柔性扫描仪包括本发明提供的信息获取装置和展平模块，展平模块用于对成像装置获取的原始图像应用展平算法进行展平，得到展平后的图像。

本发明提供的可展平柔性扫描仪在本发明提供的信息获取装置的基础上，增加展平模块，在通过该信息获取装置获取到待扫描书籍页面的三维表面形貌信息之后，再通过展平模块展平该三维表面形貌信息，即可得到展平后的待扫描书籍页面，其与翻盖式扫描仪、馈纸式扫描仪相比，具有适应范围更广泛的优点，其与普通高拍仪相比，具有成本低廉的优点。

其中，可展平柔性扫描仪为高拍仪，可展平柔性扫描仪还包括支架4，成像装置7、第一激光光源5和第二激光光源6能够通过支架4临时固定，例如，支架4为柔性支架或者半柔性支架，其中，第一激光光源5、第二激光光源6的相互位置关系固化构成激光器，成像装置7、激光器、标定板α之间的位置关系可变。其中，支架可以为柔性支架，例如懒人支架，在这种情况下，成像装置7、激光器、标定面α之间的位置关系均可变；支架还可以为半柔性支架，如图4所示，在这种情况下，激光器、标定面α之间的相互位置关系固化。

其中，如图5所示，可展平柔性扫描仪为仰拍仪，可展平柔性扫描仪还包括透光板16、透光板支撑架15，透光板16设置于透光板支撑架15上，透光板支撑架15的底部具有容置空间17，标定面α、第一激光平面β、第二激光平面γ、经过标定的成像装置7处于容置空间17内。在这种情况下，该透光板16可以为玻璃板。相对于高拍仪而言，其优点在于，仰拍仪在使用过程中是将待扫描的书籍页面倒扣在透光板16上，无需人手按压待扫描的书籍页面，因此，无需消除人手的按压手印。并且，由于仰拍仪的使用环境更加封闭，灯光效果更好，因此，扫描效果也更好。

扫描方法实施例

参见附图5和附图6，本发明提供的扫描方法包括以下步骤：

步骤S1：组装本发明提供的信息获取装置或者可展平柔性扫描仪；

步骤S2：应用成像装置7获取原始信息；

或者，

步骤S2：应用成像装置7获取原始图片；

步骤S3：原始信息经过展平模块展平后，得到展平后的图像。

本发明提供的信息获取方法在本发明提供的信息获取装置或者可展平柔性扫描仪的基础上，通过该信息获取装置能够获取到待扫描物的三维信息；需要扫描图片时，在获取到待扫描书籍页面的三维表面形貌信息之后，再通过展平模块展平该三维表面形貌信息，即可得到展平后的待扫描书籍页面，其与翻盖式扫描仪、馈纸式扫描仪相比，具有适应范围更广泛的优点，其与普通高拍仪相比，具有成本低廉的优点。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种信息获取装置，其特征在于，包括标定面α、第一激光平面β、第二激光平面γ、内参已知或者经过内参标定的成像装置(7)，

所述第一激光平面β、第二激光平面γ在同一空间坐标系的方程已知，

所述第一激光平面β与所述标定面α之间的相交线为L1，

所述第二激光平面γ与所述标定面α之间的相交线为L2，

所述第一激光平面β和/或第二激光平面γ至少已知两条边界线的方程，其中，

所述两条边界线与所述L1、L2的交点在所述成像装置(7)能够拍摄到的区域内并能够成像；

所述标定面α上用于标定的图案在所述成像装置(7)能够拍摄到的区域内并能够成像。

2.根据权利要求1所述的信息获取装置，其特征在于，还包括标定板，所述标定面α形成于所述标定板上，其中，所述标定板处于所述成像装置(7)能够拍摄到的区域内并能够成像。

3.根据权利要求1所述的信息获取装置，其特征在于，所述标定面α上，能够在所述成像装置(7)内成像的区域有图案，其中，在所述图案中，至少4个非共线的点之间的相互位置关系已知。

4.根据权利要求1所述的信息获取装置，其特征在于，还包括第一激光光源(5)和第二激光光源(6)，其中，

所述第一激光平面β由所述第一激光光源(5)发射的激光形成，所述第二激光平面γ由所述第二激光光源(6)发射的激光形成。

5.根据权利要求1所述的信息获取装置，其特征在于，所述经过内参标定的成像装置(7)为手机摄像头，对所述手机摄像头进行标定的方法包括以下步骤：

确定需要标定的参数fx＝f/dx，其中，f：焦距，dx：一个像素的真实尺寸；

通过查寻获取f、dx的值，计算得到fx＝f/dx的值；

或者，

扫描1次所述标定面α上的图案；

选取的第n赋值fx_n，进行第n次展平，得到展平后的第n图像；

若所述展平后的第n图像未达到标定要求，则舍弃第n赋值fx_n；

选取第n+1赋值fx_n+1，并循环上述步骤；

直至选取第N赋值fx_N，进行第N次展平，得到展平后的第N图像达到标定要求，以所述第N赋值fx_N为标定后的fx值；

其中，n为1≤n≤N的自然数。

6.一种可展平柔性扫描仪，其特征在于，包括展平模块和权利要求1-5中任一所述的信息获取装置，

所述展平模块用于对所述成像装置(7)获取的原始图像应用展平算法进行展平，得到展平后的图像。

7.根据权利要求6所述的可展平柔性扫描仪，其特征在于，所述可展平柔性扫描仪为高拍仪，所述可展平柔性扫描仪还包括支架(4)，

所述成像装置(7)、第一激光光源(5)和第二激光光源(6)能够通过所述支架(4)临时固定。

8.根据权利要求7所述的可展平柔性扫描仪，其特征在于，所述支架(4)为柔性支架或者半柔性支架，其中，

所述第一激光光源(5)、第二激光光源(6)的相互位置关系固化构成激光器，

所述成像装置(7)、激光器、标定板α之间的位置关系可变。

9.根据权利要求6所述的可展平柔性扫描仪，其特征在于，所述可展平柔性扫描仪为仰拍仪，所述可展平柔性扫描仪还包括透光板(16)、透光板支撑架(15)，

所述透光板(16)设置于所述透光板支撑架(15)上，

所述透光板支撑架(15)的底部具有容置空间(17)，

所述标定面α、第一激光平面β、第二激光平面γ、经过标定的成像装置(7)处于所述容置空间(17)内。

10.一种信息获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

组装权利要求1-5中任一所述的信息获取装置或者6-9中任一所述的可展平柔性扫描仪；

应用所述成像装置(7)获取原始信息；

或者，

应用所述成像装置(7)获取原始图片；

所述原始信息经过所述展平模块展平后，得到展平后的图像。

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