CN1237744A - 图象输入装置 - Google Patents
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Abstract
图象输入装置包括设计为多棱柱形的并具有各由镜面构成的侧周边表面的镜体,来自物体的图象拾取光线由镜面反射,和用于接收从镜体的每一镜面反射的图象拾取光线线并进行光电转换的一线性传感器。镜体在其长度方向基本上与线性传感器的长度方向平行,并且绕在基本上与镜体的长度方向垂直的底面中心轴旋转。
Description
本发明涉及一种用线性传感器获得二维图象的图象输入装置。
下面两种类型的图象输入装置是迄今为止公知的用线性传感器获得二维图象的图象输入装置。一种类型是现在非常通用的图象扫描仪。另一种类型是在使用大中型胶片的氯化银照相机胶片的表面设有一线性传感器,然后沿胶片表面移动线性传感器以获得二维图象(下面称作“线性传感器扫描照相机”),与用区域传感器获得二维图象的图象输入装置相比,上述两装置的优点在于能获得具有超高分辨率的二维图象。
可是,在常规的图象输入装置中,对于现有图象扫描仪来说,物体和图象扫描仪之间的位置关系实质上是固定的,这样物体和图象扫描仪之间距离没有自由度。另外,对于后面的线性传感器扫描照相机来说,移动线性传感器需要严格的机械精度,以至于它需要更多的时间和劳力以制造精密的传动机械从而增加成本。另一方面,由于线性传感器移动的速度慢,因此它存在输入二维图象所需时间长的缺点。
因此,在上述任一系统中,在目前状况下用线性传感器很难将三维空间图形转换为二维图象。在这种情况下,用线性传感器获得二维移动图象事实上是非常困难的。
此外,由于线性传感器设计为类似线性的,一次扫描的图象拾取信息的累积时间比区域传感器的短。因此,即使当物体暴露在同样的光线下,所获得的图象比用线性传感器图象输入装置获得的图象要暗。因此,从这一观点出发,在象夜晚或雨天光线不足的环境下将三维空间图形转换成二维图象是非常困难的。
因此,为了解决上述问题,依照本发明第一方案的图象输入装置,包括:设计为多棱柱形的镜体,其外侧表面形成了它的镜面,用于在镜面上反射来自物体的图象拾取光线;一线性传感器,用于接受从所述镜体的每一镜面反射的图象拾取光线并且使图象拾取光线进行光电转换,其中所述镜体设置成其长度方向实际上与线性传感器的长度方向相平行,以使镜体围绕与所述镜体的长度方向相垂直的平面中心旋转。
另外,依照本发明第二方案的图象输入装置包括:一带有细长入射窗的外壳,来自物体的图象拾取光线经过细长入射窗进入外壳;一带镜面的镜体,镜面用于反射从入射窗进入的图象拾取光线,镜体在外壳中可以旋转或摆动;一设在外壳中的线性传感器,用于接收从镜体反射的图象拾取光线并将物体的图象拾取光线进行光电转换;以及设在外壳中的多个发光器,它们连续地打开照亮物体。
按照本发明的第一方案,当镜体旋转用于图象输入时,图象拾取光线仍由线性传感器接受以致于从物体到镜面入射的光线成分的方向在不断变化。因此,虽然镜体和线性传感器的排列位置是固定的,它能获得如线性传感器扫描物体一样的图象拾取光线,即二维图象信息。
另外,物体和图象输入装置的之间的位置关系不是固定的,两者间的距离有一定的自由度。
由于旋转镜体是多棱柱形,获得从镜面反射的图象拾取光线后,其中到镜面的入射光成分的方向不断变化的图象拾取光线如前面镜面的情况一样由相邻的镜面随后获得。因此,如果物体是静止的,可重复获得与相同物体的二维图象信息。另外,如果物体是运动的,可以获得连续运动的物体的二维图象信息。
依照本发明的第二方案,当镜体旋转或摆动用于图象输入时,能够由所获得的图象拾取光线获得二维图象信息,如线性传感器扫描物体一样。如果物体是静止的,可重复获得相同物体的二维图象信息。如果物体是运动的,可以获得连续运动的物体的二维图象信息。另外,由于在有镜体和线性传感器的外壳内设有连续打开照亮物体的多个发光器,当获得从镜面反射的图象拾取光线(一次扫描的)时,在一次扫描期间通过连续地打开发光器,物体基本上暴露在均匀光线下。因此,由比区域传感器每次扫描的图象拾取光线的累积时间短的线性传感器可以获得大累积量的图象拾取光线。
图1是本发明图象输入装置第一实施例的结构图;
图2是本发明图象输入装置第一实施例的透视图;
图3是第一实施例另一种形式的结构图;
图4A和4B是本发明图象输入装置第二实施例的正视图,其中图4A是支撑腿收回到外壳中的状态图,图4B是支撑腿展开时的状态图;
图5是本发明图象输入装置第二实施例的透视图;
图6是本发明图象输入装置第三实施例的结构图;
图7是本发明图象输入装置第四实施例的结构图;
图8是本发明图象输入装置第五实施例的透视图;
图9是本发明图象输入装置第五实施例的结构图;
图10是用于打开发光器的VD信号和触发脉冲之间时间关系实例的时序图;
图11是第五实施例中在一次扫描期间光量分布实例的图表;
图12是第五实施例第一改型的示意图;
图13是第五实施例第二改型的示意图。
参照附图详细描述本发明图象输入装置的最佳实施例。
图1是本发明图象输入装置第一实施例结构的示意图,图2是本发明图象输入装置第一实施例的透视图。
如图1所示图象输入装置1由置于外壳11内的镜体12,透镜13和线性传感器14组成。外壳11由蔽光材料制成,例如设计成长方体,在其一个表面上设有一狭长的入射窗11a,用于使来自物体的图象拾取光线L进入外壳11中。如后面所述,入射窗11a的长度方向基本上与镜体12的长度方向相平行。
镜体12为多棱柱形,其所有的侧周边表面12a都由镜面形成(下面所涉及的侧周边表面12a都称作镜面12a)。镜体12设在外壳11中,使其长度方向基本上与线性传感器14的长度方向相平行,镜面12a反射来自入射窗11a的图象拾取光线L。图1和2所示的实例中镜体12是八棱柱形,每一镜面12a是一平面。
基本上垂直于镜体12的长度方向的平面的中心,也就是镜体12侧周边表面12a的两侧底表面12b的中心,由轴15支撑,从而可以使其在外壳11中旋转,这样镜体12能自动地绕轴15旋转。此外,用于使镜体12旋转的第一驱动电路(未画出)与镜体12相连。
透镜13将图象拾取光线L发射到线性传感器14上。在本实施例中,镜体12和线性传感器14之间固定设置,以便将从镜体12的镜面12a反射的图象拾取光线L发射到线性传感器14上。
线性传感器14具有接收从镜体12反射的图象拾取光线L,并使该光线进行光电转换而且输出所获得的电信号作为视频信号(图象拾取信息)的功能。信息传感器14可使用半导体图象拾取装置如MOS(金属氧化物半导体)型传感器,CCD(电荷耦合装置)型传感器等。黑白传感器或彩色传感器可以作为使用这种半导体图象拾取装置的线性传感器14,可以使用用与外部滤色器和黑白传感器结合的彩色系统。作为彩色传感器可以使用3路彩色线性传感器时,连续点型彩色线性传感器,多路彩色传感器,TDI型线性传感器或类似的传感器。
此外,用于驱动线性传感器14的外围电路,用于对从线性传感器14输出的图象拾取信息进行信号处理的信号处理电路,用于输出时序信号给镜体12的第一驱动电路和线性传感器14的外围电路的时序信号发生电路等,没有绘制在附图中,设在带有镜体12,透镜13和线性传感器14的外壳11中。
在这种结构的图象输入装置1中,来自物体的图象拾取光线L从外壳11的入射窗12入射,在镜体12的镜面12a处反射,通过透镜13透射然后发射到线性传感器14上并被其接收。此时当镜体12旋转时,因镜体12,透镜13和线性传感器14的排列位置是固定的,所以从物体到镜面12a入射光线L1成分不断地变化,图象拾取光线L由线性传感器14接收。因此,图象拾取光线的获得如线性传感器14扫描物体一样,即能够获得二维的图象信息。
因而,不需要如现有线性扫描照相机一样为线性传感器14的移动提供精密运动装置,这样,在比现有扫描照相机成本低的情况下获得二维图象。另外,在第一实施例的图象输入装置1中,由于线性传感器14的设置使其能够接收入射到线性传感器14上的图象拾取光线L,既使线性传感器14设置位置的精度低于现有线性扫描照相机,对获得图象拾取信息也没有影响。因此,容易制造并且提高了生产率。
此外,由于不需要移动线性传感器14,镜体12仅仅是自动旋转,外壳11可以设计为小尺寸,图象拾取信息能够在短时间内输入。另外,与需要移动线性传感器14的现有线性扫描照相机相比,进一步减少了能量的消耗。由于物体和图象输入装置1的相对位置不是固定的,两者之间距离存在一定的自由度,通过瞄准作为物体的三维空间能够获得二维图象信息。因为物体和图象输入装置1的相对位置不是固定的和外壳11可以小型化,所以可以设计出便携式图象输入装置1。
更进一步,由于镜体12是多棱柱形,获得从镜面12a反射的图象拾取光线L后,接着的相邻镜面12a提供如前一镜面12a相同的入射到镜面12a的光线成分L1的方向不断变化的图象拾取光线L。另外,使用线性传感器14可以提供比使用区域传感器的图象输入装置高的分辨率的图象,就是所谓的数字照相机。因此,如果物体是静止的,在线性传感器14中重复接收相同物体的二维图象信息,所以,能够获得更高分辨率的静止图象。
由此,能够以比使用高成本制造的区域传感器的常规数字照相机低的成本获得具有相同水平图象质量的二维图象,因为需要有大量的象素以获得极高分辨率的图象。另外,如果图象输入装置1的制造与使用区域传感器的数字照相机成本相同,那么可以获得较高分辨率的图象。如果物体是运动的,可以获得物体连续运动的二维图象信息。从而,可以获得二维图象的运动图片。
在上述第一实施例中,透镜3设在镜体12和线性传感器14之间,但是,在如图3所示的改型中,透镜13设在入射窗11a和镜体12之间,所以来自物体的图象拾取光线L通过透镜13入射到镜体12的镜面12a上。
在上述的第一实施例中,镜体为八棱柱形。但是镜体的形状不限于上述实例。例如考虑到如光学校正等功能,在相邻镜面的交角设置为预定值的条件下,镜体可以是多棱柱形的。
在上面描述中,镜体的每一镜面都是平的。但是,作为校正元件如光学校正等,镜面可以是曲面的。如果用镜体的形状进行光学校正等,不需要校正电路以进行光学校正,所以该图象输入装置可以进一步小型化并且进一步提高生产率。另外,尽管镜体的镜面是平面,当以相邻镜面之间的夹角为基础进行光学校正等时,或不需要光学校正时,能够降低镜体的生产成本。
下面,参照附图4A,4B和图5描述本发明图象输入装置的第二实施例。在图4A,4B和图5中,与第一实施例相同的元件用相同的参考标号表示,并省略对它们的描述。
第二实施例的图象输入装置2与第一实施例的不同之处在于在外壳11有入射窗11a的一个表面上设有可以从外壳11张开到外面以支撑外壳11的支撑腿21。在第二实施例中,支撑腿21设计为棒形,它们例如设在外壳11的有入射窗11a的一个表面的四个角上。进一步如图4A所示,它们收回在外壳11中。四个支撑腿的每一个都设计为可伸缩式。
在上述图象拾取装置2中,如图5所示,支撑腿21从外壳11张开,并且外壳11通过支撑腿21支撑在桌子(未画出)上,以使外壳11的入射窗11a面对物体10,如放在桌子上的一个原物,一个照片或者类似物品。
因此,在第一实施例的情况下,来自物体10的图象拾取光线L通过入射窗11a,镜体12的镜面12a和透镜13由线性传感器14接收,同时外壳11中的镜体12旋转(如图1),或者图象拾取光线L通过入射窗11a,透镜13和镜体12的镜面12a由线性传感器接收(如图3),这样接收的图象拾取光线L转换成视频信号,从而获得物体10如一个原物,一个照片或者类似物品的图象拾取信息。这就是如所谓图象扫描器一样的图象输入装置的功能。
另外,当图象输入完成后,支撑腿21可以收回到外壳11中,它们以紧凑尺寸放置在一起,从而提高装置的便携性。另外,如第一实施例中图象输入装置1的情况一样,物体与图象输入装置2之间的距离通过把支撑腿21收回到外壳11中而设有一定的自由度,这样由作为物体的三维空间为目标可以获得二维图象信息。因此,第二实施例的图象输入装置2具有便携图象扫描仪的功能和通过以作为物体的三维空间为目标可获得二维静止图象或运动图象的功能。
在第二实施例中,支撑腿可收回到外壳中,它们也可以是可拆卸地安装外壳上。棒形支撑腿分别设在四角上。而任何安装方式都可以用于将所述支撑腿装配在外壳上,以使外壳能够被稳定地支撑,并且不扰乱图象输入工作。例如,可以设置彼此面对的三个棒形支撑腿,或者两个倒T形支撑腿。
下面参照图6描述本发明图象输入装置的第三实施例。如图6中,与第一实施例相同的元件用相同的参考标号表示,并省略它们的描述。
第三实施例的图象拾取装置3与第一实施例的不同之处在于在外壳11内设有存储装置32,用于存储从线性传感器14输出的图象拾取信息,同时该存储装置与线性传感器14相连。另外,在该实施例中,在线性传感器14和存储装置32之间用于提供包括信号处理电路的信号处理装置31使来自线性传感器14的图象拾取信息进行预定信号处理,然后将在信号处理装置31中进行信号处理的图象拾取信息存储到存储装置32中。作为存储装置32是用半导体存储器如RAM等软盘,MO(磁光盘)盘,磁带,光盘等进行存储。
如上所述图象输入装置3具有存储装置32,这样可以积累大量的图象拾取信息。因此当获得二维运动的图片时,从镜体12每一镜面12a(每次扫描)和线性传感器14输出的信号存储在存储装置32中,这样图象输入装置具有高效率。所存储的图象拾取信息可在时间轴上进行校正,并且从存储装置32输出到监视器上以在监视器上显示二维运动图象。如果镜体12的旋转时间能够控制,那么,当获得运动图片时,对于从线性传感器14上输出的图象拾取信息不需要校正时间坐标,这时存储装置32可以省略。
参照附图7描述本发明图象输入装置的第四实施例。在图7中,与第一实施例相同的元件用相同的参考标号表示,并省略对它们的描述。
第四实施例的图象输入装置2与第三实施例的不同之处在于设有一外接口41以用作通讯装置,将从线性传感器14输出的图象拾取信息传输到外面,该外接口设在外壳11中并与线性传感器14连接。在本实施例中,来自线性传感器14的图象拾取信息通过信号处理装置31和存储装置32输入到外接口41处。作为外接口41可以使用RS232,1349,USB,IRDA和便携式电话功能的、通用标准交互式或单向式通讯电路等等类似的通讯电路。
上述图象输入装置4设有外接口41,这样累积在存储装置32中的图象拾取信息能够通过外接口41传输到外面。因此,图象拾取信息能够通过外接口41从存储装置32中传输到另一存储介质等中,所以存储装置32无论何时都允许存储大量的信息。另外,既使在较远位置,从图象输入装置4输入的图象也能够被传输和看到。
上述第一到第四实施例的图象输入装置1到4可以提供有光学或电子手动校正装置,用于校正手的运动。光学手动补偿装置包括一含有透镜13和安装在透镜13中的活动(active)棱镜的透镜部分,和一手动检测器。在这种结构的手动补偿装置中,手的移动是通过按照手动检测器中的手动检测改变图象拾取光线L经透镜部分的各种折射进行补偿。电子手动补偿装置包括比与图象拾取信息对应的有效观测角度宽的图象拾取面积的线性传感器14,和一手动检测器。观测的有效角度根据手移动检测运动以补偿手的运动。
下面,参照附图8和示意图9描述本发明图象输入装置的第五实施例。在图8和9中,与第一实施例相同的元件用相同的参考标号表示,并省略对它们的描述。
第五实施例图象输入装置5的不同之处在于在外壳11中设有多个发光器51,它们连续地打开并照亮物体。在图9中,若干发光器51设在外壳11的有入射窗11a的一个表面上。但是,如果发光器交替地以高速度打开,可以只设置两个发光器。另外,每一发光器51包括一电子闪烁灯如氙灯等。
用于连续地打开发光器51的作为第二驱动装置的第二驱动电路52设在外壳11中。作为用于使镜体12旋转第一驱动装置的第一驱动电路16、用于驱动线性传感器14的一外围电路17、53用于对第一驱动电路16输出时间信号的第二驱动电路52和时间信号发生电路(时间信号发生装置),外围电路17和第二驱动电路52设置在外壳11中。
时输出信号发生电路53为第一驱动电路16和第二驱动电路17产生时间信号,以使发光器51在与镜体12旋转相应的预设时间上打开。根据时间信号,第一驱动电路16和第二驱动电路17使镜体12旋转并且打开发光器51。
例如,垂直同步信号(下面称作VD信号)提供给时间信号发生电路53。时间信号发生电路53给第二驱动电路52输出与VD信号同步的一个触发脉冲,它是一个用于打开发光器51的时间信号。时间信号发生电路53具有输出到第一驱动电路16的一个时间信号的作用,该时间信号用于与VD信号同步地使镜体12旋转。
图10是一显示VD信号和输出到第二驱动电路52的触发脉冲之间时间关系例子的时间图。在这种情况下,从时间发生电路53输出到第二驱动电路52的触发脉冲与输入到时间发生电路53中的VD信号基本上同步。
时间信号输出到第一驱动电路16,以使镜体12在这样的速度下旋转,即图象拾取光线L的反射在镜体12的一个镜面12a上开始和结束,就是在从一个VD信号输入到下一个VD信号输入为止的时间周期期间完成一次扫描工作。另外,用t1表示图象拾取光线L在镜面12a反射开始的时间点和用t3表示图象拾取光线L在相邻镜面12a反射开始的时间点,一个触发脉冲以相等的时间间隔被输出给第二驱动电路52,例如在t1到t3之间发光器51连续地打开5次。
如上所述,在第五实施例的图象输入装置5中,连续打开并照亮物体的多个发光器51设置在外壳11中,并且在获得从镜面反射的图象拾取光线L(一次扫描的)时,发光器51能够连续地打开。如图8所示为一横向排成一行的发光器51即a,b,c,d,e,每一发光器51a到e的光量变化如图11所示的类似于图高斯分布,但是,在一次扫描周期期间通过连续打开发光器而使光量的总和能够设在基本固定的数值上(光量总和表示如图11中一系列点线表示)。结果是,在一次扫描期间光线能够基本均匀地照射在物体上。
因此,虽然在线性传感器14中在每次扫描接收的图象拾取光线L的积累时间比区域传感器的短,可以获得有大积累量的图象拾取光线L。因此,作为目标的物体在光量小的情况下例如,在三维空间光线暗如夜晚或类似的条件下。能够获得清晰和均匀的二维图象的信息。
在第五实施例中,按照本发明发光器,第一驱动装置,第二驱动装置,时间信号发生装置等等设在第一实施例的图象输入装置1中,由此构成图象输入装置5。不用说发光器等可以设在如图3所示改型的图象输入装置1中,第二实施例的图象输入装置2中,第3实施例的图象输入装置3中,或第四实施例的图象输入装置4中,从而构成图象输入装置,该装置甚至在三维空间光线不足的情况下也能够提供清晰的和均匀的二维图象信息。
另外,在使用多棱柱形镜体时,发光器51等元件可以设置在具有平板形镜体61的图象输入装置6中,如图12所示的第一改型中和图13所示的第二改型中。该镜体61由其一个表面或两个表面构成镜面,在镜体61的厚度中沿镜面形成轴62。镜体61由轴62支撑,并且可以绕轴62旋转或者摆动。入射窗11a的长度方向基本上与镜体61的轴62平行。不用说,通过这样的图象输入装置6可以获得清晰的和均匀的二维图象信息。
由上所述,按照本发明第一方案的图象输入装置,设有多棱柱形的可旋转镜体和其侧周边表面由镜面形成,以及用于接收镜体从每一镜面反射的图象拾取光线的线性传感器,在获得二维图象信息的同时这些元件的排列位置固定不动。由此,不需要为移动信息传感器提供任何精密的运动机械。这样可以降低生产成本。另外,由于在物体和图象输入装置之间的距离有一定的自由度,由作为物体的三维空间为目标可以获得二维图象信息。因为镜体的形状是多棱柱形,如果物体是静止的,可以重复获得相同物体的二维图象信息。从而可以获得高分辨率的静止图象。如果物体是运动的,可以获得具有物体连续运动的二维图象信息,所以可以获得运动的图片。
按照本发明第二方案的图象输入装置,通过提供可旋转和摆动的镜体以及线性传感器可以获得二维图象信息,这样可以获得与本发明第一方案相同的效果。另外,在设置镜体和线性传感器的外壳中设有连续地打开照亮物体的多个发光器,当获得从镜面反射的图象拾取光线(一次扫描)时,发光器连续地打开用均匀的光束照射物体,因此,甚至在物体目标光线不足的情况下,例如在三维空间很暗如夜晚或类似的情况下,仍能够获得清晰的与均匀的二维图象信息。
Claims (13)
1、图象输入装置包括:
一镜体,设计为多棱柱形,其侧周边表面形成了它的镜面,用于在镜面上反射来自物体的图象拾取光线;
一线性传感器,用于接受从所述镜体的每一镜面反射的图象拾取光线并且使图象拾取光线进行光电转换,其中所述镜体的长度方向基本上与所述线性传感器的长度方向相平行,以使镜体围绕与所述镜体的长度方向基本上垂直的平面的中心旋转。
2、如权利要求1所述的图象输入装置,还包括:
一外壳,其中设有所述镜体和所述线性传感器,以及形成用于使图象拾取光线通过其入射到所述外壳中的细长入射窗,该入射窗的的长度方向基本上与所述镜体的长度方向平行;
支撑腿,设在所述外壳的所述入射窗的形成侧上,使它能够从所述外壳张开到外面支撑所述外壳,所述支撑腿设计为可以收回到所述外壳内或与可拆卸地安装到所述外壳上。
3、如权利要求1所述的图象输入装置,还包括:
用于存储从所述线性传感器输出的图象拾取信息的存储装置。
4、如权利要求1所述的图象输入装置,还包括:
用于传输从所述线性传感器向外面输出的图象拾取信息的通讯装置。
5、如权利要求1所述的图象输入装置,其中所述线性传感器由半导体图象拾取元件构成。
6、一种图象输入装置包括:
一外壳,带有细长入射窗,来自物体的图象拾取光线经过细长入射窗进入所述外壳中;
一镜体,带有镜面,该镜面用于反射从所述入射窗进入的图象拾取光线;并且镜体在外壳中可以旋转或摆动;
一线性传感器,设在外壳中,用于接受从所述镜体反射的图象拾取光线并将物体的图象拾取光线进行光电转换;
多个发光器,设在所述外壳中,它连续地打开照亮物体。
7、如权利要求6所述的图象输入装置,其中所述镜体设计成多棱镜形状并且由所有侧周边表面上的所述镜面构成,使其长度方向基本上与所述线性传感器的长度方向平行,还可绕基本上与所述镜体的长度方向垂直的平面的中心旋转,其中所述入射窗形成得使其长度方向基本上平行于所述镜体的长度方向。
8、如权利要求6所述的图象输入装置,其中镜体设计为平板形,它的一个表面或两个表面构成其镜面,沿所述镜面形成一个轴,以便位于所述镜体内,所述镜体可以绕所述轴旋转或摆动,其中所述入射窗在长度方向上基本上与所述镜体的所述轴平行设置。
9、如权利要求6所述的图象输入装置,还包括:
用于使所述镜体旋转或摆动的第一驱动装置;
用于连续地打开所述多个发光器的第二驱动装置;
用于给所述第一驱动装置和所述第二驱动装置输出一时间信号的时间信号发生装置,以使在相对于所述镜体的旋转或摆动的预定时间内,所述发光器连续地打开。
10、如权利要求6所述的图象输入装置,还包括:设在所述外壳的所述入射窗形成侧的支撑腿,使它能够从所述外壳内张开到外面支撑所述外壳,所述支撑腿设计为可以收回到所述外壳内或与可拆卸地安装到所述外壳上。
11、如权利要求6所述的图象输入装置,还包括:用于存储从所述线性传感器输出的图象拾取信息的存储装置。
12、如权利要求6所述的图象输入装置,还包括:用于传输从所述线性传感器向外面输出的图象拾取信息的通讯装置。
13、如权利要求1所述的图象输入装置,其中所述线性传感器由半导体图象拾取元件构成。
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