CN1254762C

CN1254762C - 具有经校正的象素输出的光学扫描

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Publication number: CN1254762C
Application number: CNB2003101143837A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·L·马西埃; 杰克·J·雷梅克斯; 杰里·D·惠勒
Original assignee: NCS Pearson Inc
Current assignee: NCS Pearson Inc
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 2006-05-03
Anticipated expiration: 2017-11-06
Also published as: US6459509B1; EP0938718A4; AU5198798A; JP2002516045A; MXPA99004289A; CN1287188C; HK1031447A1; CN1525379A; CN1269038A; WO1998020445A1; CN1525203A; EP0938718A1; US6552829B1; AU733511B2; CA2271038C; CN1148693C; CA2271038A1

Abstract

一种光学读取头系统具有经校正的象素输出，它包括用于多个象素的每个象素的离散值。系统具有扫描台(10)和检测器(35)，扫描台(10)具有包括图象区域的曝光区域，检测器(35)包括光敏格点的阵列(30a)，在检测器曝光期间该阵列(30a)检测来自曝光区域的反射光，以产生图象区域的象素输出分布。有多个光源(20a、21a)用于照明曝光区域。在检测器曝光期间，每个光源各自发射可控制的光量至曝光区域，从而对系统的象素输出作可接受的校正。提供具有校正区域的校正媒体，并且对于校正规定目标象素输出分布。对可个别地控制的光源进行调节，以使象素输出分布可接受地在目标象素输出分布之内。

Description

具有经校正的象素输出的光学扫描

本申请是申请日为“1997年11月6日”、申请号为“97181275.6”、题为“具有经校正的象素输出的光学扫描”的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及光学记录读取(OMR)数据图象扫描，以及从文件的一面或两面获取信息，该文件由机械馈送装置输送过扫描台。说得更详细些，本发明涉及改进的光源、数字读取或检测头设备以及支持数据处理逻辑，以对用于扫描台的照明光源和/或图象检测器进行准确而一贯的校正，从而可以从每个被扫描的文件中提取预先印刷或手工输入的数据的真实的暗度值(darkness level)。

发明背景

在现有技术中，公知光学读取头系统(下面称为ORHS)，它们获取印刷、压印(stamp)、照相、复印、手工输入或用其他方法置于文件的一面或两面上的信息。在文件扫描的领域(OMR和图象获取两者)中，有许多应用需要在ORHS中具有光谱鉴别能力。例如，一种给定的OMR形式可以用红色油墨预先印刷(例如，数据输入标记“bubble”(气泡)位置，等等)，而用户允许用任何标记器具，例如，铅笔和/或黑/蓝/绿(但红色除外)圆珠笔或水笔(felt-tip marker)输入数据。光谱鉴别允许检测用户标记而不检测红色油墨。

应理解，用户希望使用OMR的灵活性，而图象获取形式可以用各种颜色的油墨预先印刷，并且用各种标记器具提供标记输入。因此，高级的ORHS必须提供迅速而有选择地设置光谱参数的装置，以得到所需的数据检测范围以及排除或不检测预先印刷的油墨的所需范围。

现有技术ORHS和相关联的馈送装置一般构造来仅用于一种检测模式，即，只能检测铅笔标记，或只有红色油墨不检测，或检测其上的所有数据，诸如现今在市场上广泛销售的通用图象获取系统。

某些现有技术的系统提供了改变模式的选择余地，其做法或是在ORHS中手工改变照明光源(例如，交换小型荧光灯)，或是改变光路滤波器，以偏移ORHS中的光源和/或检测器的相对的光谱响应。

还有一些方法改变在应用软件中的检测/不检测参数，以达到上面讨论的有选择的鉴别。虽然这些方法达到了一个最低目标，即能比固定光谱设计可能做到的包容范围更广的文件设计和应用，但对在“真实世界”环境中的使用来说，这种灵活性并不方便，在“真实世界”环境中，进行必要改变的停机时间很花钱，和/或在用户班子里需要有现场工程师或其他非常熟练的操作者。

此外，当频繁地改变检测/鉴别模式时，现有技术的系统在数据检测过程中具有缺少准确性的缺点，除非对光源、检测器或信号判读(interpretation)逻辑的装置作细致的校正，以对不同的信号对比度值进行识别和处理，当对ORHS结构作手工干预改变时，将不可避免地出现这些不同的信号对比度值。虽然可能进行这样的校正，但在大多数系统中，校正是复杂和/或费时的。

还有，一般，现有的ORHS为以固定的文件馈送速率(例如，3000页/小时)运行。这个固定馈送速率通常称为最大拾取速率，文件页能以该速率被输送通过ORHS扫描轴，而不管由于受软件限制的等待时间(latency)、馈送堵塞或者其他损失产出量的原因。最大的页/小时速率主要由页面通过馈送机构的速率设定，页面从输入口进来，通过扫描轴而至输出口或分路堆垛机。

现有技术扫描器主要以固定速率工作，由于改变速率(从机械设计观点来看并非难于实现)需要显著地调节对ORHS的设置。例如，构成几乎全部图象获取系统检测器前端基础的广泛使用的电荷耦合器件(CCD)线性阵列检测器对于给定的页面速度需要在页面上有特定的光源照明度。

取决于检测和获取图象的特定应用和品质等级，与OMR相反，图象获取应用需要范围在120DPI(点/英)至300DPI范围的象素分辨率。OMR应用能够利用图象获取应用固有地需要的较高的DPI分辨率，其做法是进一步提供对于弱的或记录失准的OMR记号，但OMR模式不必访问在图象获取模式中得到的所有的象素。

在图象获取模式中，一般要使文件上沿X和Y方向(例如，分别是水平“扫描”方向和垂直文件馈送方向)的DPI相等。因此，分辨率越高，则对于给定的CCD时钟速率，沿X方向扫描轴的移动速率要越慢。

由于OMR应用与通用图象获取应用在DPI检测分辨率要求方面的固有差别，其结果是，企图对于OMR和通用图象获取模式都提供最佳操作的现有技术扫描系统对于两种模式均达不到目标。用于ORHS的传统的OMR设计将在图象获取模式中遇到DPI分辨率不够的问题，因为它是为满足OMR应用的高产出量的要求而优化的；另一方面，当只提取OMR数据时图象获取模式的较高的DPI分辨率要求严重的限制了页/小时的产出能力。

因此，对于OMR和图象获取应用两者都用得很多的顾客时常不得不获得至少两种不同的现有技术扫描系统来满足他们的产出量要求，因为现有技术的多模式“折衷”设计或混合模式系统对于哪种应用模式都不能提供足够好的服务。

本发明提供了一种ORHS解决方案，用于合并入任何扫描文件馈送装置，它能在OMR和图象获取模式之间来回自动而迅速地切换(例如，用户可编程)，并沿扫描轴对有关的不同页面速率的文件扫描，以在任一种模式中优化性能。

本发明也提供了一种ORHS，它能使用户自动地选择所需的光谱范围，以对所需的标记号或图象进行检测而不对在页面上的某些预先印刷的油墨进行检测。

本发明还提供一种ORHS，它自动地对ORHS的输出进行调节、稳定和监视，从而在很长的时间间隔中可以准确地提取数据，而操作者无需注意或介入。

本发明的其它好处和新的特征中的一部分将在下面的说明书中陈述，而一部分可由熟悉本领域技术的人在对下面的叙述进行研究之后明白。

发明概要

本发明包括一种校正光学读出头系统的象素输出的方法，其中，对于多个象素的每一个象素，象素输出包括一个离散值，而所述系统包括：(1)带有相关联的多个光源的扫描台以及(2)检测器，它具有光敏格点(site)的阵列，在检测器曝光期间，这些光敏格点检测从扫描台反射的光。被检测的光用于产生象素输出分布。所述方法包括：在扫描台处提供具有校正区域的校正媒体；相对于校正区域，确定系统的目标象素输出分布；用光源照明校正区域以产生校正区域的象素输出分布；以及在检测器曝光期间调节可用于光敏格点的光能，直至在目标象素输出分布的范围内，校正区域的象素输出分布可以被接受。

附图概述

图1是光学读出头系统扫描台的透视图。

图2是按照本发明的ORHS的控制系统的方框图。

图3是按照本发明的ORHS实施例的截面示意图。

图4是本发明的实施例中的扫描台和照明LED的截面详图。

图5A是按照本发明的ORHS中的扫描台的切去一角的简化的一顶视图，该扫描台具有宽的曝光区域，以及一条误差检测线的实施例，扫描台上没有扫描用的文件。

图5B是按照本发明的ORHS中的扫描台的切去一角的简化的顶视图，扫描台上有扫描用的文件。

图5C是ORHS中的扫描台的切去一角的简化的顶视图，该扫描台具有缩小的曝光区域。

图5D是如图5A中的扫描台和带有其缩影镜头的CCD检测器元件的示意图。

图5E是如图5A中的扫描台的切去一角的简化的顶视图，该扫描台具有另一种误差检测线。

图5F是如图5A中的扫描台的切去一角的简化的顶视图，该扫描台具有再一种误差检测行。

图6是对于理想的ORHS的“白色”校正页的象素输出分布。

图7表示上述图6的延伸，示出在检测器象素输出分布中的数据的状况。

图8是白色校正页面的非理想象素输出分布。

图9用曲线描绘各种照明功率值下的检测器象素电荷响应函数。

图10是理想的ORHS光源的输出分布。

图11是非理想的LED-LS光源的输出分布。

图12是由于镜头渐晕效应(vignetting effect)造成的非理想分布图。

图13用曲线图强调基于未校正的渐晕的检测误差。

图14示出各种反页面的分布以强调它们的不同噪声值。

图15是对于多次扫描的文件表面噪声带值的曲线图表示。

图16是对于OMR和图象获取两种模式的各种ORHS控制信号的定时图。

图17是对于各种ORHS控制信号的定时图。

图18是“平坦的”校正页面的不校正的象素输出分布的夸张的曲线图表示。

图19是根据图18的ORHS的每个LED的光输出的图。

图20是图18和19的组合。

图21是补偿图19和20的非均匀LED所需的LED接通时间的曲线图表示。

图22是相应于图18-21例的未校正的LED输出的曲线图表示。

图23是相应于图18-22例的校正的LED接通时间的曲线图表示。

图24是具有经校正的接通时间的“平坦的”象素输出分布的曲线图表示。

图25是LED电流接通时间控制子系统的方框图。

图26是校正ORHS的象素输出的一种方法的总的流程图。

图27A-B是用于校正ORHS的象素输出的一个较佳实施例的流程图。

图28是不等于1的DPI形状比的空间畸变的图解表示。

图29是按照本发明的ORHS的文件馈送定时方案的组合示意图/定时图。

图30示出在纸张背景上的有色油墨的反射率曲线的例1。

图31示出在纸张背景上的有色油墨的反射率曲线的例2。

图32示出在纸张背景上的有色油墨的反射率曲线的例3。

图33示出在纸张背景上的有色油墨的反射率曲线的例4。

图34示出光源组(bank)中的LED和CCD检测器元件中的相关联的象素单元之间的映射关系的示意图。光敏阵列230a的长度相对于LED组40a的长度和文件12的宽度是夸大的，以示出LED和阵列230a中的象素之间的映射。

图35是可扫描的文件的示意图，该文件可分为不同的区域，用不同的有色油墨预先印刷或作标记。

较佳实施例的详细描述

A.光学读出头系统-一般综述

参见图1至4以及图5A至5F的有关部分，本发明设想的一种光学读出头系统(ORHS)100包括平面扫描台10(被扫描的文件(或其他媒体页)12可通过该扫描台10输送)、在扫描台10上方的照明带20a、21a(如图3所示)、在扫描台10上方的检测器组件35(包括摄象机30a)以及相关联的控制/逻辑电路32a。如图1所示，使用反光镜组件31a以把在扫描台10上侧形成的图象送至检测器摄象机30a。

由于许多扫描应用需要扫描文件12的两侧，故在扫描台10平面的下方有对称构造的结构，它包括照明带20b、21b、检测器摄像机30b、反光镜组件31b以及相关联的控制/逻辑电路32b。由于在扫描台10的平面上方和下方的操作基本上是相同的(只是摄像机30a、30b的中央观看轴34a、34b略有相对位移)，因此在下面的讨论中主要将只参照在扫描台10的平面上方的结构和操作。

用馈送辊18沿Y轴方向(朝图3的左侧)通过扫描台10传送要被扫描的文件12，该馈送辊是文件馈送器组件70的一部分(图2)。与被馈送的文件12接触的被动引导辊19在文件12通过扫描台10时旋转。文件前进变送器400跟踪文件的前进，并将此信息传送至摄像机控制器处理器60(图2)。文件前进变送器400最好包括传感器403和定时盘401，该定时盘401旋转连接至引导辊19，如图29所示。然而，对于本发明的目的，能跟踪文件前进，精度这到一个象素行的任何传感器都能满足需要。

在较佳实施例中，扫描台10由两片平玻璃15a、15b构成，把它们放置得相互平行，并且隔开一个小的入口缝隙(throat gap)。扫描台10包括由照明带20a、21a照明的曝光区域14。检测器摄像机30a具有光敏格点232a的阵列230a以及缩影镜头36a，后者用以引导来自呈现在曝光区域14的文件12的一些部分的光。把这些部件相对于扫描台10对准，从而使光敏阵列230a聚焦在曝光区域14上。于是，提供给曝光区域14的光在光敏阵列230a上反射。(注意，所描绘的光敏格点的阵列230a是二维的。然而，在本说明书中使用的术语“阵列”包括光敏格点的单行和多行)。

检测器摄像机30a使用检测到的光来产生图象区域16的象素输出图，所述图象区域16是曝光区域14的一部分，如图5A和5B所示。适用于本发明的摄像机获取一“行”或多“行”象素，即，图象窄条，其宽度为一个象素，沿X方向跨过扫描台10延伸。典型的象素行包括512、1024或2048个象素。于是相应于一个象素行的输出包括512、1024或2048个暗度的离散值。该标度可以是1、2、4或8位，即，有2、4、16或256个暗度值。注意，在某些实施例中，图象区域可以与曝光区域相同，如图5C所示。对于具有单行光敏格点的行扫描检测器摄像机，情形就是如此。

在较佳实施例中，检测器摄像机30a是一台区域扫描、时域积分(TDI)型电荷耦合器件(CCD)摄像机，诸如可从加拿大安大略省滑铁卢的Dalsa，Inc.购得的CL-E2型。如最好从图5D中看到的，在此摄像机中，共有96个相邻的行(l₁至l₉₆)，而在每个象素行(l₁、l₂、等等)中有2048个检测单元。如在“CCD图象传感器和摄像机”(Dalsa，Inc.1993)中更完整描述的，每个象素行接收从文件12上的相应的象素行反射的光子并且积聚电荷。从第一行l₁至第二行l₂等等直至第96行l₉₆传递电荷，从这些行获取作为象素输出分布图的每个检测单元积聚的电荷，它由存储在象素输入阵列缓冲器78中的2048个分开的8位值组成。采用如摄象机制造商描述的对于照明传送和检测的合适的定时，在l₉₆处的摄像机象素输出分布代表了在图象区域16中被传送扫描的文件12上的96次曝光后的96次单行曝光的积分结果。96次曝光的每一次取作要被成象的象素行，它进入然后被传送经过曝光区域14。96次曝光的积分允许进行扫描，其所需的照明要比只作单次曝光时所需的照明低得多。

由摄像机32a产生并且输出至缓冲器78的连续的图象行的每一行由处理器(PC)50在下游加以存储，以形成“帧”，它构成被扫描文件12的象素输出图象或分布图，或者已通过曝光区域14的选出的部分。本发明的主要目的是相应于象素输出分布图的每个象素，使获取的象素图象高度准确或“真实”地代表了被扫描的文件12上的各个部分的亮度或暗度。众所周知，不作进一步处理而使用的任何图象的质量或任何OMR数据、从象素图象导出的条码(ba r code)数据或其他数据与原始图象获取的准确度关系很大。

如在图1、3和4中所描绘的，每个照明带21a、21a最好包括多个可分开控制的光源25。特别，描绘的照明带20a、21a由多行发光二极管(LED)25(LED-LS带)40a、140a、41a、141a组成。光谱照明组(bank)由一对LED行40a、41a构成，其中，一行41a位于曝光区域的“上游”侧，而另一条40a位于曝光区域的“下游”侧。构成光谱照明组的两条照明带40a、41a产生用户可选的光谱输出。由两行140a141a构成提供不同的光谱输出的分开的照明组。(在另一个实施例中，可在单行(例如40a)中混合各种类型的LED，以提供是预选光谱输出的混合物的光)。

如图2所示，ORHS也包括用于处理和控制整个系统操作的处理和控制电路。如将要描述的，这一处理和控制电路用于校正系统以减小由许多原因造成的误差，这些误差来源可能干扰ORHS的能力，使之不能检测被扫描文件12上的数据的“真实”的暗度值。

围绕摄像机控制器处理器60构造处理和控制电路，该处理器可以是任何足够快速的微处理器，诸如以25MHz的时钟速度工作的PIC17C42-25型微处理器，它可从亚利桑那州的Chardler的Microchip Technology，Inc.购得。处理器60与总的系统处理器50(在较佳实施例中，它用个人计算机来实现)通过输入—输出接口62有沟通和控制关系。系统处理器50还藉助于在线72上的馈送器控制信号与文件馈送器组件70沟通并控制它。摄像机控制器处理器60与文件馈送器组件70沟通，(具体而言，是馈送器组件的文件前进(DA)变送器400)，以接收在线74上的文件前进信号。处理器60还与检测器组件35有沟通和控制关系，该控制器组件35通过线76接收来自处理器60的水平扫描同步和CCD扫描读出时钟脉冲，并且对于在前的X轴扫描把象素输出的内容(例如，2048个值)送至摄像机控制器60，这些内容通过象素输出阵列缓冲器78同步(clock)。

处理器60还在线80上发送和接收往/来照明控制器130的控制信号和数据，照明控制器130控制提供给在数个光谱照明组136中的一些对置的LED对的电力，这在下面还要更详细地说明。光谱照明组136接收经总线82的接通电流使能信号和在线84上的颜色模式选择信号。这些信号由LED光源接通时间(on-time)控制器132产生，该接通时间控制器132与RAM134通信，而在RAM134中存储着由系统结构和校正产生的表或其他数据结构。线80把来自摄像机控制器60的控制和数据信号传送至LED光源接通时间控制器132。

图16和17示出了若干信号的定时图，这些信号是按照本发明的ORHS中OMR和图象获取操作的部分。当被扫描的文件12以沿Y方向得出240dpi的象素密度的速率被传送时，这些信号包括文件前进信号、CCD扫描读出时钟信号、LED光源接通电流信号和扫描或曝光时间间隔持续时间(检测器曝光有效)信号，文件前进信号指出文件12沿Y轴前进了一段等于一个象素行的宽度(例如，在图象获取模式中是1/240英)的距离；CCD扫描读出时钟信号启动每次水平(X轴)扫描的象素输出脉冲串；LED光源接通电流信号的持续时间是可变的，下面将描述。图17特别示出了文件前进信号、检测器曝光有效信号(用于在检测器摄像机30a中开始一次“新的”曝光或水平扫描)、接通电流信号(对于典型的LED)和图象输出时钟脉冲串之间的关系。文件前进信号(或脉冲)有效地控制在图17中描绘的其他信号。它使得检测器曝光时间间隔结束(由此终结一次X轴扫描)并且再对于下一次X轴扫描开始一个新的检测器曝光时间间隔。它也使得检测器摄像机对象素输出阵列缓冲器78记录(clock out)来自先前终止的扫描的象素输出值结束的时间。于是，检测器曝光的时间间隔等于在两个相继的文件前进信号脉冲之间的时间间隔。由于当文件沿Y轴前进一个象素行的宽度时产生文件前进信号，因此检测器曝光有效时间间隔随文件前进速度的波动而多少有些变化。

对于在图16和17中的LED接通电流时间(“接通时间”)的说明是，在给定的检测器曝光时间间隔期间(即，当在读出之前，在一行的全部2048个象素“存储桶”(bucket)中积聚电荷时)，在LED-LS带40a、41a、140a、141a中的各个LED25具有变化的接通时间间隔，它们按照预装的查找表设定，从而得到经校正的象素输出(例如，响应于“平坦的”校正页，对于所有2048个象素的“平坦的”均匀CCD分布图)。下面描述得出驱动电流接通时间查找表的过程。

B.光路误差补偿

如上所述，本发明的主要目的是获取象素图象，该图象准确地代表了被扫描文件12的各个象素位置的“真实”的亮度或暗度。为了达到这一目的，需要进行校正。下面的讨论说明产生所需校正的光学的和电子学的误差环境。

1.理想化的系统

图6示出理想化的CCD阵列检测器象素输出分布，它是由跨过“空白”的被扫描文件12(例如，相对于其反射率，具有相当均匀和未做标记表面的校正页)的单个水平扫描得出的。在该例子中，示出2048个象素的CCD阵列检测器长度的较佳实施例。

由于示出的是理想的输出，因此对于所有的象素来说输出都相同，由此得出“平坦的”或“理想象素”输出分布，它沿扫描长度没有偏差。

在ORHS的实际操作中，当各个象素电压未被记录时，在相继的扫描之间有一很短的CCD零值(CCD-NULL)时间间隔(停止时间)，因此，在该时间对于理想结构没有输出电压产生。在图6中把在此时间间隔中的输出表示为CCD零值。

在图6中作为竖直轴的标尺还示出了从在值为0.00(零值)处的INDEX-00至值为1.00处的INDEX-225的分度值(index level)。这些分度值代表在255的“全白”值和00的“全黑”值两个界限之间的等效8位数字灰度值。虽然根据CCD阵列检测器模拟输出电压能在ORHS的A/D(模拟-数字)转换器中量化成更少或更多数目的灰度值，但作为较佳实施例，在图6中示出每个象素8位(一个字节)。还有，在后获取(post-capture)过程中，减少灰度级的数目是可行的，其下限是双色调(two-tune)黑/白(0/1二进制)图象。

由ORHS产生的灰度值的数目称之为图象获取过程的动态范围。于是，对于每个象素8位的系统而言，理想的数据表示动态范围是256；从代表纯黑色值(从纸面没有反射光)的00至代表白色最大值的255。在实践中，给定的ORHS或许不能把有用数据的全部256个值都传递给应用软件。

虽然各个象素或一串连续的象素可能具有从00至255的任何分度值(这取决于文件上的数据相应于白色的对比度值)，但作为典型的参考，图7只示出三个信号区域：低、中和高。

虽然这一划分带有任意性，但对比度值低的信号一般落在0至25％对比度的范围内(从白色向下)，中等对比度值信号一般定义为中心值在50％对比度值附近的那些信号，而黑色值信号一般定义为对比度值在75％或更高的范围内的信号。

即使最黑的铅笔记号也不能达到100％对比度值(00分度值)。然而，在文件中的一个孔将达到这个值，这是假设在ORHS中与文件表面相对的入口缝隙的反射值为标称零值。

在所示的例子中，低对比度值(L-level)信号在第384号象素处开始，而宽度为256个象素，在第640号象素处结束。中等对比度值(M-level)信号在第896号象素处开始，宽度为256个象素，在第1152号象素处结束。高对比度值(H-level)信号在第1408号象素处开始，宽度为256个象素，在第1664号象素处结束。这些信号(例如，由铅笔线或发黑的区域产生的)的等效文件水平物理长度是256/2048*8.5英＝1.0625英，这里假设ORHS光学装置是为8.5英的视场设计的。

2.非理想化的系统

用一台检测器摄像机30a(例如，直线CCD阵列检测器摄像机)对文件12进行扫描产生的“原始”信号一般不直接适合于提取包含在文件中的数据。这是由于在ORHS“前端”(front end)中有许多光学的和电子的模拟/数字误差(artifact)，在以“真实”形式提取文件数据之前，必须先对它们加以去除或补偿。本发明主要着眼于对于这些误差作的后一种选择，即加以补偿。此外，与文件12的被扫描的表面相关联的不均匀性给出了光学扫描装置或ORHS的总的非理想的象素输出分布。然而，本发明的补偿或“校正”方案假设文件12的被扫描的表面是理想的(即，不算那些由不理想的被扫描的文件表面引入的误差，校正方案进行操作以补偿由检测器摄像机30a、照明带20a、21a和ORHS光学装置造成的误差)。下面讨论需要补偿的各种误差。

a.ORHS部件误差

(i)检测器误差

不能够理想地制造出嵌在完整的CCD阵列检测器摄像机组件中的CCD光敏集成电路芯片，即，造不出从一个象素到另一象素增益皆均匀的芯片。这种非均匀性称为象素非均匀性比值(PNUR)，并且考虑到对于理想均匀性比值1.0的最大偏差。则取决于特定的芯片，PNUR能够偏离单位值1.0大约10％。

其次，如在较佳实施例中使用的TDI型检测器，当跨过CCD阵列检测器的长度移位记录(clock-shift out)象素输出分布时，总是有从象素存储阱至存储阱的少量电子电荷损失。即，对于第N个象素在检测器曝光期间其积聚的电荷是归一化值1.0，这个值理想地必须无损失地传送至第(N-1)个存储阱“组桶”式移位寄存器；然后无损失地至第(N-2)个桶，再至第(N-3)个桶，等等，直至每个后继的象素值到达CCD阵列检测器的输出端，最后到达第N个象素。

假设CCD阵列检测器的存储传递效率是e，而在最后第N个象素(相对于位移方向)中的内部电荷是c，而CCD阵列检测器长度为N，则第N个象素的最终输出电荷值用数学式表示为C_p＝1＝Ce^N，在一个例子中，假设电荷传递效率e是0.99998；CCD阵列检测器长度N是2048个象素，而第N个象素的归-化电荷值是1.0。于是第N个象素的电荷输出值当跨过阵列移位寄存器记录时，是C_p＝1＝(1.0)_0.99998 ²⁰⁴⁸＝0.96。很清楚，为避免不校正的象素输出的分布有明显的减小，电荷传递效率必须极高。

虽然CCD阵列检测器为每个象素产生的固有的信号值性质上是模拟的或连续的，但要把模拟值变换为数字输出代码(最好是8位值)，它在设计整个ORHS时有用。因此，当用包含在ORHS中的A/D(模拟—数字)转换器进行这一转换时，会有量化噪声产生。

对于256个值的较佳实施例，量化噪声(或者输出值不确定性(假设线性量化))仅为1/256，或0.38％，这在大多数OMR和图象获取应用中，通常可忽略。

在将各个象素输出高速记录至CCD阵列检测器的输出端时，常常引入另一种信号误差，即，时钟噪声。此噪声显现为设计工程师所谓的“时钟干扰”(clockhash)或“杂乱”(hash)噪声，并在转移时钟脉冲串时出现。转移计数等于在CCD阵列检测器中的象素数，在较佳实施例中为2048。

图8示出由PNUR、电荷效率降低、量化噪声和CCD时钟噪声引起的非理想检测器分布信号的组合的或累加的误差噪声效应。图8可能表示在分布曲线中这些效应沿竖直轴标度的夸张，但这些效应在实际ORHS设计中不能忽略。

直线CCD阵列检测器包含一系列连续的光敏格点，它们把在电磁频谱的NIR(近红外)、VIS(可见光)和UV(紫外)部分的入射光子变换为在每个格点处的电子电荷组(因而有电荷耦合器件这一名称)。在CCD扫描(检测器)曝光期间，每个光电格点(photosite)(或象素)积聚和存储电荷；积聚的电荷量正比于入射的光子流的通量强度以及光电格点向入射辐射曝光的时间。如果通量的值过高或者曝光的时间过长，则超过了CCD光电格点把光子线性地变换为电子电荷的能力。这一状态称为电荷阱(charge-well)或光电格点的“饱和”。

对于正常的线性操作模式(这时避免了饱和)，可以从上面的讨论看出，积聚的电荷(因而每个象素的最终输出的A/D电压)正比于入射光子能级与曝光时间的乘积。

参见图9，例如，如果入射的光子能级(例如，由CCD阵列检测器接收到的入射照明能级)在曝光期间恒定，则当照明值为最大值I之半时，达到饱和要两倍的时间，而当照明值为最大值I的1/3时，达到饱和要三倍的时间，等等。

在“真实世界”文件扫描模式中，在给定的扫描曝光间隔期间，从页面反射的信号值很少是恒定的，对于文件通过扫描轴将作为纸-数据对比度的不同值而改变(或者如果没有数据，则将有纸-噪声改变)。

在扫描曝光期间结束时，电荷组被转移至CCD芯片内的移位寄存器中，当CCD芯片与重复脉冲同步时，把象素电荷流移出至输出端并且首先将它们变换为电压，然后在某些情形中(对于完整的摄像机组件)，把连续的电压值变换为等效的数字二进制值。

在本发明的较佳的实施例中，例如，DALSA CL-E2型2048直线象素阵列摄像机组件对于阵列中的每个象素产生8位二进制代码(256个灰度值)。

电荷积聚和曝光时间之间的正比关系表明，为什么页面速度的改变(诸如在给定的文件扫描周期中的“速度不均匀性”(wow and flutter)短期改变)将在获取的图象中引起相应的CCD阵列检测器的幅度调制(例如，灰度等级值上下改变)，除非在ORHS设计中采用特殊的设计措施来防止这些异常情况。

(ii)光源误差

参见图10，用于ORHS的理想的照明带光源跨过整个视场(FOV)是均匀的，该视场通常等于要扫描的文件的最大宽度：8.5英，例如，对于全尺寸美国标准页，或者略小于基于米制的A4文件。在某些设计中，可以将FOV设定得稍大，以当文件通过扫描轴附近时，允许侧向对不准(mis-registration)或歪斜。此外，照明带应当在超出文件的左或右边缘一小段距离时具有大体上相同的输出值，如图10所示。在用离散的LED做成的照明带中不能完全实现这些理想的品质。这是由于在基于LED的光源设计中，每个LED的输出辐射方向图是立体弧度形的(例如，圆锥形，其锥顶在LED的作用表面处)，因此，沿扫描轴在文件表面上的每一点接收的照明不仅来自对直位于其上方(沿Z轴)的LED，而且还在较小的程度上来自该点两侧的LED。

LED光源(LED-LS)(例如照明组40a、41a)的外边缘延伸必须足够长，以使得在文件的边缘处的文件光能大体上等于在扫描轴的内部区域中接收到的值。图10示出在文件的左或右侧大约等于额外的64个象素(对于2048CCD阵列检测器的例子)的均匀延伸。在给定的ORHS设计中的实际值将改变，这取决于可选择的参数(诸如对于所用特殊的LED的球面角的规定值、沿LED带这些LED的间距、照明带离文件表面的距离、等等)的数目。

参见图11，在文件上接收到的来自LED-LS的扫描轴照明不是如图10所示的理想分布，而是如图11的例所示的具有调制“起伏”(ups and downs)的周期重复的图形。调制的(或波动的)图形是由于这样的事实造成的，即，各别的(例如，离散的)LED封装元件或者PCB(印刷电路板)表面安装LED管芯实际上不能在PCB承载带上安装得足够靠近，以致它们的沿X方向扫描轴的光敏辐射发射表面是不连续的。

因此，沿正对着LED主轴入射在文件上的发射辐射高于文件上在任何两个相继的LED之间的点处的发射辐射。因此，可以得出，从文件的页面至CCD阵列检测器的反射信号亦将在沿CCD扫描轴的一些周期的点处较高，这些点正好与构成LED-LS带的多个LED单元的主轴辐射点对准。

峰-峰调制幅值(或改变的幅值)以及此图形的空间频率将取决于沿PCB承载带的各个LED的间距(中心至中心)、它们的球面角圆锥辐射方向图(规定为半角半功率图)、从页面算出(沿Z轴)的安装PCB承载件的距离以及相对于Z轴的主平面安装的LED-LS带的入射角。

(iii)光学误差

即使上面所述的各种误差都被去除了，导致了“ORHS”设计的假想的“最佳情形”，但仍然有一些剩下的限制使得在CCD阵列检测器输出缓冲器78处不能产生最终的理想的信号(图7)。

参见图12，对于CCD阵列检测，从“平坦的”扫描文件12(它跨过将要获取图象的区域具有均匀的反射率)反射的光学值信号理想地应该是平坦的、恒定的分布，如上所述。因为对于整页大小的文件，从文件12反射的信号具有长达8.5英的空间宽度，因而在CCD阵列检测器(CCD阵列检测器长度典型地仅为1英左右)之前必须放置缩影镜头36a，以减小页面图象尺寸并把它聚焦在CCD阵列检测器35的作用表面上。

如果镜头36a的净开口光瞳或出口孔径不足以允许整个FOV图象通过镜头，则产生称之为渐晕的现象。其结果是在FOV的边缘处损失信号，因为进入镜头的从文件反射的信号的外边缘被阻挡而不能通过CCD阵列检测器。

对于给定的镜头，如果为了提高ORHS的光路灵敏度而镜头在大的孔径处(诸如F/1.4至F/2.0)是F/加光阑(F/stopped)的，则一般显现渐晕。因此，有效ORHS的系统设计必须把系统页面馈送速度最大值的要求与光源输出能力(对于每个有关的光谱范围)、CCD阵列检测器灵敏度和响应度、FOV角(例如，与Z轴相关的从页面至CCD阵列检测器的距离)以及所选的镜头的光焦度以及F/光阑设定等进行仔细的平衡。不能平衡这些参数和容许折衷将在ORHS设计中导致过大的渐晕，由此不能从OMR标记或获取的图象中提取准确的数据。

图13表示，如果不校正渐晕，则在数据对比度值判读中会引起严重的误差。例如，在分布长度的中央区域的较高对比度标记能够被错误地判读为比在分布的边缘处的实际的较低对比度标记的对比度更低的标记。这在OMR中企图有较当的标记分辨率时尤其不可接受，因为不管总的标记密度和由应答者在给定的文件应用上使用的铅笔类型如何，通常擦除标记显著地比企图擦除的标记淡。对未校正的严重渐晕的或过度cos⁴(θ)下降获取的图象进行OMR处理将导致擦除或把其他非故意的含糊标记从较深的故意的标记中选出。类似地，获取的灰度等级图象将具有令人不喜欢的对比度畸变。因此，成功的ORHS的目标是构造系统参数，从而消除渐晕的cos⁴(θ)全尺寸下降的有害影响。然而，上述不理想的误差不能完全消除。因此，如本发明教导的那样，使这些误差减少的完善的方法需要实现校正方案。

b.文件扫描表面误差

可惜，任何要被扫描的文件12的表面(除任何标记之外)将不能产生理想平坦的均匀的反射率信号分布，即使100％地校正了使“原始”CCD阵列检测器输出分布变坏的上述所有因素(从理论上说，即：理想校正是不可能的)。

具有扫描品质的一张纸的表面将可能出现均匀的白色(或者均匀的浅色，如果该页纸不是白色而是另一种颜色)而对于肉眼来说也是均匀的，但事实上，由入射光源产生的反射信号是从一个“3D”(三维)表面产生的，而不是从二维表面产生的，该表面由无数沿各种方向取向的纤细的纤维构成。这些造成了被扫描的文件的反射率的改变。

示于图14的ORHS象素输出分布假设已经对ORHS作了优化设计，以减小在上面讨论的信号误差，还假设所示的文件分布代表进入光学扫描的反射率的范围。分布1相应于这样一张纸，它具有在87％范围内的高反射率，但“有噪声”，即在跨过扫描分布的各个象素区域处有随机的“上下”偏离。来自同一批产品的另一张纸可能显示也可能不显示相同的象素位置，但一般将指出总的“有噪声”特性。分布2相应于这样一张纸，它具有在82％范围内的典型的扫描文件反射率，并且具有良好的光学品质，它偏离平均反射率值较小，并且不象上面一种情形那样“突然“(例如，空间频率高)。分布3相应于这样一张最差的纸，其70％平均反射率值很低，并且在其分布中包含了空间上参差不齐的高频噪声成份。传代文件通常呈现这种性质的分布特征，传代文件是那些尚存的文件，它们需要扫描，但它们原先不是印刷或保存在为获得最佳扫描品质而特别挑选的纸质材料上的。

影响被扫描文件的总的背景反射率品质(因而影响CCD阵列检测器X轴扫描分布的外观)的其他因素包括：(1)馈送期间的纸纹的方向、(2)斑点和污垢含量、(3)污点和(4)丝网(web splice)搭接。类似地，有一些其他的基于光学的条件会使传递至CCD阵列检测器的反射信号分布的品质下降(并且，可能使数据提取的准确度下降)。这些条件包括：(1)相对于正在使用的光谱模式，使用了不正确的“有噪声的”油墨在文件上预先印刷信息；(2)在要扫描的文件上有过多的皱折、折痕、撕裂处、钉书钉洞或其他损伤；(3)在应答者的数据输入时由于处理不小心而造成的污斑或油墨渍；(4)由于暴露于湿度和/或温度的极端范围中而使文件的尺寸有异常改变；以及(5)“页面抖动”，它能引入显著的数据提取误差，特别是对于轻轻地作出的靠边的OMR标记或其他手工输入的数据。

这些使品质下降的因素不能完全消除。然后，为了把这些误差成分减至最小，最佳的ORHS系统设计(它包括经校正的象素输出以补偿上面讨论的误差成分)应该使用这样的可扫描文件，这些文件用可接受的。如在许多已知标准中规定的纸张。

即使在一台设计良好的ORHS中合适地解决了上述缺点之后，在CCD阵列检测器的A/D输出中仍然有一定数量的文件反射信号改变。

产生剩余的或ORHS校正后的信号改变的主要原因是纸面噪声本身的随机特性，如上所述。因此，把这种分布改变称为纸张的噪声带，用峰-峰值或者用RMS(根均方)值来规定。最小的噪声带可能出现在页面上给定位置处的单次CCD扫描时。由于附加的扫描是沿页面馈送方向(Y轴)进行的，由于正在扫描的页面区域的较大部分而将使累积的噪声带极限增加，由此可在纸张的反射率方面“发现”更多的改变。

图15的描述示出了在单张纸上作多次扫描时的这些影响，对于如指出的单张纸，顶端和底端水平线(或噪声带极限)本身是“平坦的”，但这并不表示给定的分布扫描本身亦将是平均的，而它将分别在单次或多次扫描极限之间“游移”。

对于类似起源的累积的多页纸带噪声变得更大些，这时由于没有两张纸将在相同区域具有恰好相同程度的表面噪声改变，并且遇到诸如污点、小点或其他不均匀性等瑕疵或异常情况的概率增大。

影响文件表面和由此产生的反射率值的上述各种因素是“有噪声的”、本发明企图调节的操作环境的一部分。

3.ORHS象素输出校正

上面讨论的误差来源是作为非理想的ORHS部件的结果以及非理想的文件扫描表面而产生的，使得系统准确获取被扫描文件12上的各个象素位置的“真实的”亮度或暗度的能力减小。本发明实现了一种校正过程，它通过补偿其相应的误差来解决非理想的ORHS部件的问题。校正方案一般包括对于每次水平的X轴扫描，对于CCD检测器的每个光敏格点，控制可用的光能数量。特别，如下面将要详细讨论的，对于每个检测器曝光时间间隔，控制在选出的光谱照明组(例如，包括LED-LS带40a和41a的组)中的各个LED发射的光能数量。它还包括对特定原始的象素输出分布作的计算的、数学的调节。把一种校正媒体(诸如一张纸或文件，其反射率的大小处于或接近ORHS企图处理的范围中)选为校正的基线。确定适合于校正媒体、ORHS设计(包括光谱照明选择)和所希望的扫描文件的目标象素输出分布并用来引导校正。

虽然能够使用除了LED之外的各种光源，但已经发现LED在本发明考虑的以较高速度和象素分辨率进行的扫描中有好处，这时由于它们的响应时间的缘故。即，与它们“接通”的总时间相比，LED能够在较小的时间间隔内完全“接通”或完全“断开”(就光输出而言)。

a.校正方案

如前面讨论的，未校正的或“原始”的CCD分布(响应于扫描“平坦的”校正区域)能够具有极其不可接受的形状(例如，改变很大，而不是很“平坦”)，如图18所描绘的那样。通过在检测器曝光时间间隔内可变地控制从每个单独的光源(例如在LED-LS带40a、41a内的LED25)发射的光能的数量(而说得更具体些，是控制每个LED25的接通时间)，本发明的系统能够补偿上面提到的ORHS部件(光路)的误差，主要由这些误差造成ORHS的象素输出的不可接受的形状。

在较佳的实施例中，成对地控制LED，在一对中的一个LED就是在照明带40a或41a的每个带中的LED。一“对”LED分别指在每个照明带中的给定的LED的编号相同的位置；例如，第10对包括在“上游”和“下游”带40a、41a、40b、41b中的两个10号位置的LED(从规定的带的基准边缘数起)，它们由各自的顶部和底部扫描头组件共同照明文件页面的顶侧或底侧。当考虑到较佳实施例使用一对LED带作为在文件每侧的扫描头时，LED(或LED对)的数目典型地远小于象素输出中的象素的数目(沿X轴或CCD阵列检测器的轴的光电格点，例如，2048)。例如，一个给定的ORHS设计在上游和下游带40a、41a的每条带中只使用64个LED，来照明X轴扫描宽度；而相比之下，反射信号由具有2048个象素的CCD阵列检测器检测。

在讨论图18所示的非均匀性时，象素输出分布非均匀性是否由单条LED带或两条LED带产生关系不大，因为对于假想的最坏情形只说明一般原理；然而，实践中，当其他成为原因的因素相等时，一对LED带要比单条LED带提供大得多的固有的象素输出分布均匀性。

图18上的圆点90表示CCD象素区域，对于具有64个LED25的LED带，象素输出在那里有突然的“峰谷”改变。因为来自各个LED25(或对)的峰值光能束典型地是从与带中的位置排列成行垂直的轴发射出的，受高或低的LED输出影响的象素将是在与LED位置正对区域中的那些象素。

例如，如图18所示，沿带的最高的象素输出分布输出点对应于LED#5位置。因此，对于不控制的LED带(即，对每个LED发射的光不加控制)，#5位置LED(或对)的光输出必然大大高于该带的平均的LED光输出。与此类似，在#54LED位置处出现象素输出分布图中的最低点；因此，在该位置处的LED(或一对LED)的光输出必然比平均值弱得多(应该注意，图18的象素输出分布的非均匀性不仅可归结于由“真实世界”LED带的固有的不均匀的LED光输出，并且也可归结于其他的闭环、光路误差来源(诸如CCD检测器的不均匀的光敏格点)。然而，在实践中，大多数象素输出的未校正的不均匀的分布是由于非均匀的线状光源的结果而产生的。此外，应该强调，示于图18的CCD分布以及紧随其后的那些只是用于说明，而实际的未校正的分布并不必然现这种降低。

为了描述图18的象素输出分布的假想的最坏情形的“峰和谷”和在下面的有关LED输出值之间的相关性，图19示出了在64LED带中的每个LED(或对)的假想的光输出值。如预期的那样，在#5位置中的LED具有最高的输出，而在#54位置中的LED具有最低的输出。可以直觉地看出，每个位置一对LED比单个LED将能更有效地平滑掉沿LED带的许多非均匀性的变化；这只是概率统计在起作用。

此外，来自一个LED的输出能量并非以垂直于LED平面作用表面的角度发射的单条光线，而是一个能量束(球面锥)，它将沿检测器阵列230a照明相邻的光电格点(虽然在很小的程度上)，进一步在用于ORHS的“真实世界”LED-LS设计中提供了平滑作用。

为了进一步说明在具有较宽出输出范围的LED-LS带40a、41a中各个LED25与对象素输出分布(“平坦的”校正页面的)的非均匀性影响之间的相关性概念，图20示出了假想的象素输出分布和构成整个LED-LS带40a、41a的64个LED(或对)的各个光输出的组合图。

当在LED-LS带40a、41a中的所有的匹配得不好的LED25在每个X轴检测器曝光期间接通相等的时间间隔时，前面的例子描述了一个产生极差的象素输出分布。在本发明的较佳实施例中，对于带中LED的输入功率的接通时间(例如，对于所表示的实施例，如前面说明的，电流接通时间)能够对于各个带内的每个LED进行各别的控制。参见前面有关图9的讨论，可以看出，对于至LED的给定的输入电流，CCD“桶”电荷积聚将随LED接通(因此，发射出光输出要反射至CCD阵列检测器230a)的时间而接近线性地增加。

因此，响应于一张“平坦的”校正页大大提高象素输出分布均匀性的一种较佳的方法是改变输入至各个LED25的电流的接通时间间隔，从而使在光输出中固有地“最热的”那些LED在CCD检测器曝光期间保持最短的接通时间，而使在光输出最弱的那些LED25接通较长的时间。

再次参见图18、19和20中的先前的假想的例子，应使#5LED在整个LED带中接通时间最短，因为该位置在象素输出分布的相应的区域中产生最高的“峰”。类似地，对于#54LED位置应该在整个LED带有接通最长的时间，因为象素输出分布的这一区域具有具有最低的输出的“谷”。图21对于构成假想的“最坏情形”的LED-LS带的64个(举例)LED分别示出了假想的接通时间。

因为图21是用于说明对各个LED电流作可变的接通时间控制的，因而在图21的Y轴上未示出实际的接通时间，而只是简单地示出在0.00至1.00尺度上的相对于时间。

图22进一步说明了对“热的”LED，应该在CCD检测器曝光期间接通较短的时间，相反，对于带中的“弱的”LED，在每个CCD曝光窗口(例如，对于240 DPI的较佳实施例，在1/240英文件Y轴输送期间)应该接通较长的时间。图22中的实线竖条代表未校正的各个LED的输出，即，对带中的所有LED采用相同的接通时间。画有水平影线的竖直条代表可变的LED电流接通时间，这是为了把热的/弱的LED调节到更均匀的平均值所需要的(例如，按照图21)。

例如，图22的对于#5LED位置的假想曲线图示出，相对最短的接通时间打影线竖条就紧靠在最高LED实线竖条输出之前，分别表示所需的最短的电流接通时间来降低最高的LED输出在整带中的值，而#54LED位置示出紧靠在最短的实线竖条之前的最高的打影线的竖条，分别表示所需的最长的电流接通时间以升高最弱的LED输出在整个带中的值。

应该强调，这里使用的术语或短语“升高或降低”LED的输出只是为了说明的目的；事实上，较佳实施例的技术上正确的概念是控制到达检测器阵列230a的光线。LED电流接通时间的待续时间直接影响在CCD检测器曝期间照在文件表面上的入射光能的总量，由此控制到达CCD阵列检测器230a的页面反射信号的幅值。此外，可以实现控制在检测器曝光期间每个光敏格点可用的光能数量的其他技术。采用本发明的较佳实施例，在对于每次X轴扫描的整个检测器曝光期间，相应于每个象素的光敏格点是连续有效的(即，连续吸收可以获得的反射光能)。然而，在另一实施例中，能够各别地控制(例如，用电子“快门”)象素输出的光敏格点，以在检测器曝光期间以改变的相对时间禁止光能吸收。还有，不控制各个光源(LED)的接通时间，而通过控制每次X次扫描的发射光能的总量，也能调节各个光源的强度。本领域中具有一般技能的人能够认识与本发明的精神相一致的其他特殊技术。

根据物理学的定律，在一段时间内施加的“功率”变为“能量”；于是，在电流接通时间期间来自LED的输出光功率变为在该期间结束时施加的光能。

对于一给定的Y轴象素行(例如，1/240英)，在总的CCD曝光间隔中给定的LED被断开的任何一部分时间间隔期间，它对于CCD电荷积聚过程不再贡献能量。取决于各个LED的实际的“真实世界”线性的程度，以及CCD“输入对输出”的功能，为校正象素输出在分布的不均匀性，LED的电输入/光输出的功能关系近似成反比。例如，相对于给定LED-LS带的平均输出值而言，若一个LED比平均值弱20％，则它的电流接通时间需比得到平均值的接通时间长20％，反之亦然。

图23是与先前的图22在概念和呈现方式上相似的曲线图，只是现在可变控制的LED电流接通时间特征有效。于是，在整个LED-LS带40a、41a中的全部64个LED具有几乎相等的输出，因为不同的接通时间“补偿”了相对的“高和低”的LED输出。

因此，为了图24的说明的目的(图24示出了在从文件表面反射至CCD阵列检测器的光信号中不存在其他异常时，在作了LED电流接通时间校正后的CCD象素输出分布)，固有的不均匀的LED输出被LED电流接通时间控制方案校正，而“平坦的”校正页的最终的象素输出分布应该相对“平坦”，这是本发明的ORHS的目的。

在实践中，ORHS“真实世界”设计代表了一个“闭环”系统，在该系统中，在对带内的每个LED建立合适的接通时间间隔的校正过程中，在象素输出分布中的所有其他的不规则性和不均匀性(不管是何起因)都自动地加以考虑并且被校正。

即，根据CCD A/D输出的观点，不可能确定在图象区域(对于直线阵列检测器而言是沿X轴分布的长度)内CCD输出的不规则性或“上下”跃近的实际原因。于是，虽然把图18示出分布幅度中的很宽的“上下”摆动主要归于在各个LED输出方向的假想的改变，但摆动的实际原因更受CCD象素不均匀性比值(PNUR)、阻挡读取头窄口(throat)的一部分的异物(例如，粘在扫描台玻璃上的“粘性物质”(gunk))或其他原因。

在“真实世界”象素输出分布输出中的更可能的改变来自cos⁴(θ)、FOV、边缘降低和/或上面讨论过的渐晕因素，以及CCD灵敏度和响应度方面在制造中出现的小的、位置随机的改变。其主要之点是，根据预定的校正步骤设定各个LED接通时间的“闭环”方法把在ORHS象素输出中的所有的由系统造成的改变都加以考虑，不管其性质和原因。在LED控制方案有效时，在ORHS象素输出中唯一剩下的CCD输出信号改变是逐个页面的纸噪声的小的、随机的改变，如上面所讨论的那样。

图25是LED电流接通时间控制子系统130的方框图，该子系统对于光源带中的各个LED25控制电流接通时间。如图25所示，通过实现NIR和VIS模式LED25的分开的组40a/41a和140a/141a，可以获得多光谱(可选)操作。此外，可把具有改变的光谱特性的LED装在单个LED-LS带中，以供多光谱操作使用(例如，红色LED与NIR LED交替放置)。

在给定带中的每个LED25都具有一个限流电阻器137，它与LED串联。如前面说明的，对于每个LED25，电流的幅度(在小的改变内)是恒定的，它由电阻器的值以及施加的+V电压确定。

此外，每个LED25与接通/断开集成电路双稳锁存器138串联，取决于锁存器的状态，它将电流通至地或不通至地。每个锁存器的接通/断开状态由时间序列逻辑控制，该时间序列逻辑接通锁存器的时间间隔的持续时间(在每个CCD检测器曝光时间间隔内)，由此设定LED接通的时间间隔，并发射光线至扫描台。

在较佳的实施例中，正侧和/或背侧读取头可以包含至少两组LED时(例如，相应于LED-LS带40a、41a和140a、141的对)，由此允许进行可选的多光谱操作(例如，可选模式)。图25用举例方式示出NIR模式和VIS模式。然而，在实践中，多个模式可以是从市售的LED的合适的选择而得到的两个或多个光谱输出。例如，可以是NIR-880nm模式与VIS-660(红)nm模式耦合，或VIS-660(红)nm模式与VIS-555(绿)nm模式耦合。

最好如从图1-4可见，较佳的ORHS设计是这样的，作为置于定位导轨上的照明带组件20a、21a的一部分，LED-LS带40a、41a、140a和141a可以容易地取下(用滑动的办法)，并把新的带(箭头11示出滑动方向)插入读取头壳体；于是，对于能得到的两模式操作的光谱组合实际上没有限制。可以在“现场”进行改装，即，在用户处，由只具有很少技能的人操作。定位表面22a有助于带20a和21a的滑动和合适定位。

再转至图25，按照来自RAM查找表134的存储的值，定时控制器132设定每个LED的接通时间的持续时间。RAM中的值是由校正步骤得出的。在较佳实施例中，每个LED的接通时间包括1至13个增量粗调成分1至8个增量细调成分。每个LED的最大允许接通时间应该大致为标称检测器曝光时间的90％(标称检测器曝光时间按照与非理想系统相关联的文件前进速率的偏差而改变)。这样，每个粗调增量等于标称检测器曝光时间间隔的90％的1/13。每个细调增量约为一个粗调增量的1/8。因此，对于每个LED存在104(8×13)种可能的离散的接通时间的组合。

b.较佳校正方法

(i)光源发射控制校正

图26是按照本发明校正ORHS象素输出的一般方法的流程图。此方法主要通过在检测器曝光期间控制由每个光源(LED)各自发射的光能的数量来补偿上面提到的各种误差来源，以在检测器30a扫描一张“平坦的”校正页时使经过校正的ORHS将产生相当“平坦的”象素输出分布。

此方法包括下述步骤：(1)向扫描台提供一张校正页(210)；(2)相对于校正页，确定ORHS的目标象素输出分布(即，对于每个象素的所希望的输出值)(204)；(3)用光源照明校正区域，并开始X轴扫描以产生来自校正页的象素输出分布(206)；(4)判定得到的象素输出分布是否在目标象素输出分布的预先选择的范围之内(208)；以及(5)调节由每个光源(例如，LED)发光的数量，直至来自校正页的输出分布是可接受地处于目标象素输出分布的范围之内(210)。对于后续的标称系统操作存储得到的光源数值(212)。在进行测试(214)，以判定是否需要作额外的校正之后，可以进行额外的数字校正(216)。

现在仍回至图5D，可以对校正媒体或校正页的性质加以说明。校正媒体是一种文件12，它具有至少一个校正区域，该校正区域具有如在本发明中校正ORHS有用的反射特征。作为举例，可把三个象素行250考虑为校正区域。把这个校正区域250的反射率选得在要被ORHS扫描的文件中预期的反射率范围之中或在其附近。由于反射率随所用的照明的光谱而改变，因此根据在ORHS中可用的特定的照明模式(例如，NIR照明)来选择校正区域的反射率。如果响应于“空白”或“白色”文件，希望有平坦的、均匀的ORHS象素输出分布，则校正页的图象区域将具有大体上均匀的、较高反射率的校正区域250。必须相应于目标象素输出分布中的任意规定的灰度等级规定校正区域的反射率分布，才能使之有用。例如，如果设计检测器的象素输出，以产生范围从0至255的离散的灰度等级值，以及对于分布中的每个象素如果目标目标象素输出分布关于规定的灰度等级240是“平坦”和均匀的，则能够将校正区域反射率分布规定为相应于值240，该值接近于要被ORHS扫描的文件的预期的反射率范围的高反射率端。

对于本发明的较佳实施例，把完全空白的“白色”或浅色的文件用作校正页。把它提供给扫描台10，以产生象素输出分布。用这种方式，可以把校正页的任何区域考虑为校正区域并加以扫描，以产生象素输出分布。本实施例的目标象素输出分布是具有灰度等级值240的平坦的分布。于是，目标输出分布由2048个象素组成，每个象素产生输出值240。

从校正页产生象素输出分布并且把它与目标象素输出分布作比较。如在前一节中讨论的，然后对光源各别的进行调节，直至象素输出分布可接受地位于目标象素输出分布的范围内。这一般将是一个反复迭代的过程，其中，对光源发射进行各别的调节，以使象素分布更与目标分布密切相似。在每次调节后，就产生一个新的象素输出分布，并与目标象标输出分布作比较。继续进行这一过程，直至相应于系统的物理限制以及设计参数，象素输出分布可接受地位于目标象素输面分布之内(即，尽可能接近目标分布或在目标分布的预定的范围内)。例如，在2048个象素的象素输出中#273象素由于不论什么原因被限于灰度等级值220，而其相应的目标值是240。这能够归于主要向#273象素提供照明的是一个“弱的”LED。在这种情形中，#273象素可接受地位于其目标象素输出值的范围内。

图27是校正ORHS象素输出的较佳方法的更详细的流程图。把合适的校正页提供给扫描台(301)，以及相对于校正页对ORHS确定目标象素输出分布(304)这些起始步骤必须放在任何调节之前。使用上面讨论的控制技术，通过控制各个LED光源25的电流接通时间，调节在检测器曝光期间由每个光源25发光的数量。如前面所讨论的，通过组合一个粗调成分(它来自一组增量的、离散的粗调成分)和一个细调成分(它来自一组增量的、离散的细调成分)，得到每个LED25的可用接通时间。如图17中所描绘的，接通时间最大值不应超过最小的可能的检测器曝光时间间隔。(这是因为，为补偿所需的、但在给定的检测器曝光时间间隔之后传递的光线不能对于该次曝光由检测器得到，而要“进入”下一个曝光时间间隔。)

在得出经校正的LED接通时间之前，相对于检测器象素(光电格点)的位置，确定有关的LED的位置(305)。通过每次使一个LED照明，然后确定哪个象素输出具有最大值来做到这一点。现在还参见图34，于是，相应于照明的LED的有关位置，确定这个高的或“中心的”象素位置。于是，P#Nc是在光敏阵列230a中对于在光源组20a中的LED#N的“中心”象素。对于每个LED重复这个定位过程，直到每个LED与其相应的中心象素相配。其次，对于每个LED，确定“映射的”(mapped)象素区域。在较佳实施例中，这个映射的象素区域的直线距离是LED之间的平均象素距离的四倍，于是，如果照明宽度为9英的LED跨过X轴间隔均匀，则对于2048个象素和64个LED，这个平均“LED之间”的距离应该近似等于32个象素。此外，每个LED映射的象素区域以特定的LED的中心象素为中心。因此，对于这个例子，一个LED的映射的象素区域应该包括其中心象素、在该中心象素一侧的大约64个象素以及在该中心象素另一侧的大约64个象素。于是，在图34中，映射另一侧的大约64个象素。于是，在图34中，映射的象素区域260相应于LED#N。当然，相对于那些“内部”LED，位于照明带任一端的LED(例如，LED#1、LED#2、LED#63和LED#64)可以没有完整的映射的象素区域。(然而，如图34所示，LED组40a照明的宽度为264，它要比被扫描的文件的实际宽度262大一些。)于是，每个LED有一组映射的象素，该组映射的象素构成了映射的象素区域。(在图34中，LED#N-2和LED#N的映射的象素区域将重叠。)然而，应该理解，一个给定的象素能够存在于一个以上的LED映射的象素区域中。此时，当已对LED“定位”，并且已确定它们的相应的映射的象素区域时，就能容易地确定经校正的接通时间间隔。

对于每个LED，起动把粗调和细调成分设定至它们的最低值(306)。根据当时电流(then-current)的调节，照明校正区域，因此产生象素输出分布(308)，并与目标象素输出分布比较(310)。假设对于那些LED(其映射的象素都小于相应的目标值)，未到达粗调范围的端点(311)，则把粗调成分递增至其下一个较高的值(312)。继续这一过程，直至每个LED具有至少一个超过其目标值的映射的象素。此时，已把每个LED粗调接通时间值设定至这样的最低值，它使至少一个LED的映射象素超过其相应的目标值。其次，把每个LED现有的粗调成分递减一个值(313)。产生一个象素分布(314)，并且把这个分布与目标分布作比较(315)。如果任何映射的象素值仍然超过目标值，则对于在其映射的象素区域具有这些象素的LED，再次用一个离散值递减LED接通时间粗调成分。继续进行这一过程，直至每个映射的象素的输出值小于或等于其目标象素值。得到的粗调成分值将是LED接通时间的经校正的粗调成分。

对于细调成分重复递增至超过目标值然后再递减的相同过程(316)，直至每个LED的接通时间既有经校正的细调成分也有经校正的粗调成分。这些得到的粗调和细调成分将构成LED操作接通时间值，并且将它们存储起来供将来扫描操作时使用(318)。应该注意，对于本实施例，由校正的这一部分得到的象素输出分布的象素值不会超过相应的目标值。

由于在任何一“对”LED中的各个LED光源不相同，因此另一种校正方法是对上游和下游LED-LS带40a、41a作分开的校正。将对一条带40a进行校正，使其趋向这样的目标象素输出分布，该分布等于所希望的总的象素输出分布之半。在这条带校正好之后，然后用两条带40a、40b照明，并朝整个目标象素输出分布校正另一条带41a的接通时间值)(此时不改变带40a的接通时间值)。

(ii)额外的数学校正

本发明的较佳实施例还进行ORHS象素输出的数学校正。这主要是设计来对那些象素提供调节的，即使以对LED作了接通时间调节后，那些象素仍然显示出与目标象素输出分布有显著的偏离。一般，此方法包括：根据特定象素的目标象素输出分布与在作了LED接通时间调节后该象素得到的最佳输出值之间的差，选择象素规定的调节值。存储此象素规定的调节值，然后使用该值来调节象素值，每次产生一个象素输出值分布。

在较佳的实施例中，象素规定的调节值是一个用在乘法运算中的常数。基本上，用存储的校正常数值乘每个象素输出值，从而当用这个值乘来自经LED接通时间校正的象素输出分布的象素值时，得到的象素输出分布乘积将更接近地近似目标象素输出分布。例如，如果#456象素具有的经校正的LED接通时间值为120，而其相应的目标值为240，则其校正值为2，因为2·120＝240。因此，由#456象素产生的每个A/D值在由ORHS处理之前都要乘以2。应该注意，这一数学校正方案假设，虽然在较小的动态范围中，但每个检测器象素输出是线性工作的。

用于实现这种数学校正的较佳实施例采用了查找表，对于每个象素，根据其象素类型，该查找表包括输出值及其检测值。象素类型是经象素接通时间校正的象素输出分布值。于是，对于前面的例子，#456象素将具有象素类型120。用此种方式，具有0至255动态范围的系统只需256×256个存储单元的查找表来存储调节值。

c.误差检测

由于种种原因(包括元件的热效应和老化或者污物侵入)，使得ORHS象素输出的准确度发生变化或显现出误差。由于没有准确的象素输出装置，不能检测记录在被扫描的文件上的信息的暗度的“真实”值，因此迅速识别象素输出误差很重要。为了确保每个文件12被扫描后得到准确的ORHS象素输出，希望最好是相对于每个被扫描的文件，在正在进行的基础上监视误差。参见图5A、5B、5E和5F，本发明用放置在扫描台10的曝光区域14内的误差检测线17来着手解决此问题，从而使ORHS能够在操作中监视其误差情况。

误差检测线17最好是“白色的”，并且位于相对“深色的”背景9之内，该背景与曝光区域14相关联。此线17沿垂直于文件传送的方向跨过背景9延伸。此线17最好小于曝光区域14的宽度(例如，区域扫描检测器光电格点阵列的宽度)的10％。于是，通过纸反射回来的光线的量只是密集白色背景的大约10％。线17的宽度并不是绝对的，但应至少等于一个象素行的宽度，并且不能如此之宽以至在文件扫描时对通读(read-through)有较大贡献。

相对于扫描台10的上半个，把带有内置误差检测线17的深色背景9施加至形成扫描台10的下部边界的玻璃片15b的下侧。于是，当没有文件12在扫描区域10(见图5A)时，检测器摄象机30可在曝光区域中看到误差检测线17。然而，当有文件12在扫描台10中(见图5B)时，则看不到该误差检测线。

误差检测线17可以只是一条完全跨过X轴延伸的白色直线(见图5A)。如果线17还要用于其他目的(例如，视场测量或其他的边至边调节)，则可加以改变，其做法是在已知间隔处增添“黑点”做阻断(见图5E)。然而，对于本实施例，并不是象素输出的全部象素将对线17的白色部分曝光，于是使得性能和误差检测略有不完全。对于线17作小的变更(如图5F所示)得出较好的方法。该线由三段组成，它不用黑点来分隔，而是相互之间错开线的宽度。这种结构允许所有的输出象素对同样数量的“白色”曝光，它还有一个好处是具有供调节之用的可测量的中心线。可以希望用更复杂的线17的结构来实现其他的调节和监视过程。如果用遮蔽工艺来制作线17，则线的额外的复杂性将很少增加麻烦。

当已知ORHS象素输出处于可接受的准确度的状态(例如，刚好完成如在前一节中所指出的校正)，从检测器摄象机30a产生误差检测线17的“控制”象素输出图象(它包括至少一个象素输出分布)，以对监视误差提供基线。于是，在正常ORHS扫描操作期间，ORHS产生误差检测线17的当前象素输出图象，并将它与控制象素输出图象作比较。如果“当前”图象不在“控制”图象预先选择的范围内，则ORHS检测到一个不可接受的误差情况并因此相对于系统设计参数采取相应行动。能够通知操作者，或者开始校正过程。

用同样的方法产生控制象素输出分布和每个当前分布。这最好在较佳实施例中进行，采用Dalsa 96-线TDI摄像机，用的办法是“冻结”摄像机30a，从而它作误差检测线17和周围的深色背景9的50次连续的曝光而不在象素行之间作任何电荷传送。这具有使相对较窄的阵列区域向白色线曝光的作用，积聚了如整个阵列区域在正常扫描期间向白色纸曝光所积聚的几乎同样多的电荷。于是，构造了误差检测线的图样。一当构造好之后，可将它移位至并通过象素输出阵列缓冲器78，并为以后的使用作为基线或作为当前读数加以存储。

为了提供高标准的误差检测监视，可以获取误差检测线图象并且与每个被扫描的文件12相关联。可以紧接在文件12被扫描之后或之前在简短的文件间间隔中获取。

c.文件馈送控制

1.Y轴DPI畸变

在馈送机构(该馈送机构使文件通过CCD阵列检测器扫描轴)的规定的床速(bed velocity)方面的未校正的“晃抖”或其他未补偿的长期/短期改变将造成反射率值的误差，这时因为CCD阵列的输出电压取决于检测器曝光时间。除非加以校正，当在CCD阵列检测器扫描轴下传递文件时即使文件速度的很小的改变也会导致不希望的传递至输出阵列缓冲器78和送至数据提取算法和应用程序的最终页面图象信号的误差和扰动。

当页面通过X轴扫描区域(图象区域14)时，在固定的时间间隔内产生触发Y轴CCD阵列检测器扫描读出脉冲的重复簇的控制信号，由于上述的速度变化，出现两种类型的畸变。

第一，水平扫描读出信号的固定时钟速率设计“假设”，在每个扫描曝光期间，文件前进了固定的距离；对于具有240DPI分辨率的ORHS，这个距离将是1/240英，或0.004167英。

然而，如果文件事实上以快于或慢于合适的IPS速率(它是DPI分辨率和CCD阵列检测器曝光时间间隔时钟速率)移动，则会引入空间畸变。

这意味着，相对于由CCD阵列检测器象素长度和FOV确定的固定的240DPIX轴分辨率，在给定的时间间隔内分别在Y轴中产生相对太少或太多的扫描。因此，当通过CRT显示器和/或拷贝打印输出重建图象时，沿Y轴的几何重现或是“收缩”或是“扩展”。

第二，除非把每个检测器曝光时间间隔(水平扫描)对于改变的速度保持恒定，则CCD输出A/D信号幅度将改变，因为如图9所示，对于在CCD阵列检测器中的电荷积聚，出现太短或太长的曝光时间间隔。

图28示出，当CCD阵列检测器Y轴读出速率对于任何床速为固定时，相对于形状比为1的基准速度，由床速2∶1改变和1∶2改变带来的影响。

于是，当馈送器床速加倍时，只产生一半的CCD扫描读出，其输出图象效果是，使输入圆形图案变为长轴(X轴)和短轴(Y轴)之间的比值为2∶1的椭圆。

或者，当CCD扫描读出速率仍保持恒定而馈送器床速折半时，有两倍的读出周期(因为可用的时间加倍)，其效果是，使输入的圆形图案变为短轴(X轴)和长轴(Y轴)之间的比值为2∶1的椭圆。

2.文件馈送控制方案

通过使CCD扫描读出速率与馈送器床速同步，可以克服输出图象畸变的问题，这是本发明的较佳实施例。

参见图29，把文件前进变送器400(例如，与传感器403组合的光电-光学(photo-optic)定时盘401)附于与文件馈送器相关联的旋转部分，以跟踪文件前进速率。例如，可以把定时盘401与馈送器组件70中的文件驱动/导引辊筒18/19之一作可旋转连接。于是，正在通过馈送器馈送的页面12的速度直接正比于定时盘401的旋转角速度(假设在文件表面和辊筒之间没有滑动)。

数学关系是S_v＝π*D_w*RPM/60，这里S_v是文件速度(单位为英/秒(IPS))，D_w是驱动轮直径(单位为英)，RPM是驱动轮的旋转速度(单位是转/分钟)，而π＝3.1415927。例如，如果驱动轮直径为1.0英，而以475RPM的旋转速度旋转，则文件将以大约25IPS(例如，24.87英/秒)的速度通过扫描轴。因此，11英长的文件将需要约422毫秒通过轴)或图象区域14)。

在较佳实施例中，文件前进变送器400能够在文件12每前进1/240英时产生一个电子输出脉冲。或是，每隔一个脉冲可被处理逻辑忽略，如在用于OMR的“重新分级(binning)模式”中那样，产生每英120个脉冲的脉冲串，(下面要说明)。

把来自传感器403(它读取在盘上的光电-光学黑色/空白定时线)的输出脉冲串(文件前进信号)输入至摄象机控制器60，它产生对CCD阵列检测器计时所需的定时信号。当较佳实施例的240段定时盘转过1.5度(对于文件输送1/240英它等价于一个脉冲)时，摄象机控制器60产生水平同步扫描和CCD扫描读出时钟信号，并把它们送至检测器组件35。

因此，即使当扫描轴(图象区域14)通过期间文件速度可能改变(例如，包含晃抖)，或者招致长期IPS漂移，扫描读出速率总是与文件输送距离直接同步。

在接收到扫描读出脉冲后，检测器组件35的检测器控制/逻辑电路32a产生2048个时钟脉冲“串”(在较佳实施例中)，并将它们送至CCD检测器摄像机30a。这个脉冲串对于在CCD检测器摄象机30a中的2048个象素的每一个象素把A/D灰度等级指数值(00-255)记录至象素输出阵列缓冲器78。如图16、17和29所示，为记录所有2048个象素值所需的时间长度总是小于相继的扫描读出/水平同步脉冲之间的最小时间。

如图2所示，与LED光源接通时间控制器132有关(亦可参见图25)，由摄像机控制器60产生的另外一些信号控制ORHS的组成多条LED-LS带的各个LED的驱动电流和接通时间。

还把OMR模式和图象模式选择(由用户应用选择)输入至摄象机控制器60，从而当从一个模式切换至另一模式时，对于所需的IPS床速的改变，设定合适的水平同步/扫描读出速率。

D.多模式操作

如上面指出的，在本说明书中描述的本发明提供两种不同的操作模式：图象获取模式和OMR模式。上面对图28和29关于Y轴同步定时(及有关因素)的讨论和描述说明了即使当文件12被扫描时可能存在文件速度的变化，本发明是如何消除图象畸变(包括空间畸变和灰度等级值畸变两者)的。

还有，当进行扫描时，Y轴涉及文件输送方向(对于单面扫描，对于美国标准页面尺寸文件，标称长度为11英；而对于双面扫描，长度稍长)，而X轴“方向”涉及横向进给(cross-feed)轴；对于整页美国标准页面尺寸文件，其视场的标称长度为8.5英。

对于市场上提供的实际上用于所有文件的图象获取系统而言，形状比(Y轴/X轴DPI比值)为1是标准的传统的方案。然而在OMR模式中，并不一定要保持形状比为1。如果对于OMR模式，馈送床速增加(相对于对图象获取模式的设定值)，则相应增加页/小时产出速率，导致成本节省得多的扫描器。

在图象获取模式中对于DPI(点/英)分辨率的较佳实施例是形状比为1的240DPI；即，不管在扫描时文件速度的变化，沿X轴的分辨率是240DPI(或每英被取样的象素)，而沿Y轴的分辨率是240行(或CCD扫描)。

在OMR模式中，馈送器床速自动加倍(例如，在用户程序控制下)以使为图象获取模式设定的IPS速率加倍；例如，如果图象获取模式以25英/秒运行，则OMR模式将被设定得以50英/秒运行，大大提高了“真实世界”页/小时产出速率。

ORHS的较佳实施例装有TDI型的CCD阵列检测器摄像机，它理想地适于以两种不同的速度设定值(比值为2∶1)同步地工作，如上面的例子那样。图16描绘了这两种模式。在图象获取模式中，当文件12通过扫描台10的图象区域14时，对于该文件12的每1/240英的输送增量，CCD扫描读出时钟(由摄象机控制器60产生)使得检测器/逻辑电路32a产生2048个象素读出脉冲“串”。

如上面指出的，在图象获取模式中，由于馈送器床速变化，在相继的水平同步/CCD扫描读出时钟脉冲之间的时间可以改变一个delta量(增量)，但等效Y轴文件距离增量总是1/240英，它相应于规定的240DPI Y轴分辨率。

驱动CCD阵列检测器的2048个光电格点的象素读出的时钟速率足够快，从而对于一给定的CCD扫描，在给定(例如，最短的)扫描读出时间间隔结束之前就读出了所有的象素。

在OMR模式中，有效的Y轴DPI(实际上，行/英)减小至120DPI，由于馈送器床速加倍。

在较佳实施例中使用的DALSA CL-E2型TDI型摄象机具有特殊的可编程特征，称之为“重新分级”，由此在96_x乘以2048_y的TDI CCD阵列检测器的两条相邻的Y轴光电格点2048象素带能够把它们在曝光期间积聚的电荷为最终的2048象素流读出而加以组合。这个特征包括在OMR模式操作中。

图16的定时图和相应的描述提供了本发明的ORHS的OMR“重新分级模式”操作的概观。

E.多色可操作性

1.油墨-光线相互作用的原理

本发明的还有一个特征是这样一种灵活性，使得ORHS能容易地改装以应付多种读取/非读取标记设备和预先印刷的油墨。在传统的OMR应用中，通常希望读取头不“看”在表格上的任何预先印刷的油墨(诸如规定“气泡”标记位置的油墨记号)，而正常的例外是用黑色油黑印的定时迹线或用于表格识别目的的其他导航标记。

此外，诸如#2铅笔等基于石墨的标记器具时常被选作标记器具，因为用这种器具作的标记能够吸收几乎所有的入射到纸面上的光线(不管光源的波长如何)；由此相对于典型的OMR纸料(它反射大约75％至85％的入射光)，提供了高对比度的信号。

然而，在通用成象应用中，时常有检测或获取预先印刷在表格上的某些颜色的油墨而不看或忽略其他油墨或标记手段的颜色的要求。

“不参与”(dropout)油墨(对于入射光能的给定波长)是这样一种油墨，它在其不参与频率(或一预定的频带)处反射几乎所有的入射光，由此当信号到达CCD阵列检测器时，它实质上与空白的纸本身无法区别。

相反，“高对比度”油墨或标记手段是这样一种油墨或油墨标记，它在预定的波长带宽内吸收几乎所有入射光，由此只将极少量的光从纸面反射至CCD阵列检测器。这种油墨或标记极易由CCD阵列检测器检测，因为被反射的油墨信号与纸面背景之间的信号值之比是如此之高。

在数学上，油墨对比度比值(对于给定的波长或波长带)定义为纸面背景反射率与油墨反射率之差除以纸面背景反射率的比值：I_CR＝[(R_P-R_INK)/R_P]，这里I_CR是在规定的波长处的油墨对比度比值，R_P是在相同波长处的纸面反射率，而R_INK是给定油墨的反射率。

例如，如果给定的文件具有的平均宽带可见光反射率为82％，而油墨具有的反射率为78％，则油墨对比率比值为：I_CR ＝(82-78)/82＝4.88％。可以认为这个对比度比值的值是很低的(例如，在纸面噪声本身的范围内)，并且或多或少是与所考虑区域内的“不参与”油墨相关联的范围。另一方面，例如，如果样本油墨具有的反射率比值为85％，它可以认为是很高的对比度比值，适合于实际上用任何光源(它们在预定的有关的光谱区域内发射能量)来检测。

于是“油墨噪声”(ink-noise)比值是另一个用于测量油墨对比度比值的术语；术语的选择取决于油墨对比度值是否是“所希望的”。如果不希望在给定的应用中检测油墨，于是当选择一种油墨时，人们通常用油墨噪声比值来谈论。相反，如果在图象获取中必须检测油墨，则在选择油墨时，人们典型地谈及油墨对比度比值。对于后者，人们最好选取高比值，而对于前者，选择低比值。

最后，在规定油墨噪声或油墨对比度比值(例如，同一测量)时，必须完全和准确地规定纸和油墨密度、几何图形以及读取头工作的光谱的部分(NIR或VIS)。

例如，当印刷在白纸上而不是印刷在红色的或粉红色背景的纸上时，红色油墨将测量出不同的对比度比值。类似地，当遮蔽程度改变时，相同的油墨将显示出不同的比值。按照定义，百分之一百遮蔽与单色(solid)油墨印刷相同，因而将显示出最高的比值；当遮蔽程度降低时，油墨对比度值将降低，但只有当被测区域比检测器系统的有效分辨能力大得多时才如此。

油墨噪声，或等价地，油墨对比度的确定(以及比值计算)典型地是根据油墨样品在有关的光谱区域中的光谱曲线得出的，用空白纸背景作为参考值，采取上面引用的油墨对比度比值的数学定义。图30示出了一种在近红外(NIR)区域并且延伸入可见光(VIS)区域低端部分具有很低的对比度的油墨(例如，低“油墨噪声”)。红色油墨时常呈现这类性质的光谱曲线。

于是，对于这种被认为是“不参与”油墨的这种油墨，ORHS光源25应该只发射这样的能量，其波长在约900纳米的NIR界限之外，等于或大于约640纳米。对具有在此范围中的峰值能量带的市售LED有很广的选择余地。然而，如果把GREEN₅₅₀发光LED选作光源25，则示于图30的油墨将在大约21％的对比度值处被检测，于是将导致并不特别强、但足以在油墨/纸噪声阀值之上的CCD阵列检测器A/D信号。

示于此例中的油墨在NIR区域具有低的对比度比值，但当波长移至可见光谱的红色区域时，其反射率迅速下跌(例如，对比度增加)，只有当趋近VIS光谱的绿色区域时，反射率才再次增加。于是，具有这种光谱对比度性质的油墨可能在NIR区域以及在稍低于GREEN₅₅₆的波长的相当宽的80nm VIS区域中用作“不参与”油墨。不参与条件能够被这样的照明带20a、21a满足，它包含有在NIR的中心或低对比度的VIS带处发光的LED25，如图31所示。

另一方面，包含有峰值波长以RED₆₆₀为中心的LED的照明带20a、21a将对这种油墨产生约37％的油墨对比度比值。BLUE₄₃₀颜色LED照明带20a、21a亦将为这种油墨产生相当高的对比度比值。

彩色油墨标记一般在这样的情形下能被很好地读取(例如，产生高的对比度比值)，这时该油墨在ED光源25所处光谱的相对端处为光谱峰值。于是，对于高对比度红色标记，选择蓝色光源，而对于高对比度蓝色标记，选择红色光源。

图32示出一种油墨，其反射率峰值在BLUE(蓝)区域，该图还示出为OMR应用选择的典型油墨的典型的“不参与”光谱带。因此，其峰值在VIS光谱的蓝色区域的照明带20a、21a将把这种油墨处理为“蓝色不参与”油墨，同时，强调用红色制作的标记的高对比度。如上面指出的，具有在NIR区域中的输出的照明带20a、21a亦将把该油墨看作“不参与”油墨。

由于在其制造中使用的光化学性质，某些油墨不能在“不参与”油墨应用中使用；图33示出了这样一种油墨的光谱分布图。如可从该图看到的，在整个UV、VIS和NIR光谱中没有一个区域，其中油墨的反射率与纸面背景的值接近。因此，不可能选择一种光源(窄光谱带或宽光谱带)，它将导致入射光源能量的反射值趋近纸本身的反射值。

反之，当需由ORHS检测预先印刷的油墨时，这种类型的油墨(如果其颜色在美学观点上可被用户接受的话)将成为理想的高对比度油墨；任何波长的照明带20a、21a将产生由CCD阵列检测器可靠检测的可接受的对比度值。

跨过宽波长光谱(例如，UV至NIR)显示高对比度的油墨时常在油墨配方混合物中含有碳载体(carbon-bearing base)；如前面指出的，碳和/或石墨是强吸收剂，导致CCD检测器的反射光很少。作为参考，在图33中示出BLACK(黑色)油墨光谱曲线。

2.油墨-光线相互作用的使用

如上面所讨论的，本发明允许改变由照明带20a、21a提供的照明的光谱品质。通过在同一照明带20a、21a中提供的多个照明组之间作电子切换能够做到这一点。(图4示出在每条照明带20a、21a中有两个平行的组。虽然根据从扫描台10算起的增大的距离以及相对于扫描台10降低的角度，对于组的数量有一些限制，但可扩展至三、四或更多个组。)通过改变装有带20a、21a的整个物理子组件，也能够完成切换。对于电子切换，系统装备有有颜色识别装置、对频率敏感的传感器和软件程序，软件程序根据已知的照明源以及校正值，校正值相应于当用已知的照明源照明时从已知颜色得到的预期的象素输出。用于感知颜色指示物(例如，代码标记)的其他方法也可使用。

但是，如果要保护“真实的”灰度等级准确度，则单用电的物理的切换是不够的。本发明允许迅速校正并存储在校正中得到的值，从而照明的改变可以通过快速调节来完成，以恢复或完成校正。在数种情形中，这种迅速改变颜色模式而保持灰度等级的准确度的能力是有用的。

1.如果用户希望有具有一些分段的单张表(form)，每个分段具有一种不同的颜色，这张表能够用具有单个扫描的途中(on-the-fly)切换扫描，只要在一个足以装入任何改变的校正值的间隔中出现颜色区别。

2.如果用户希望混合一些表，并且在每张表上有控制标记以指明颜色，则这些表可以用在各个表的扫描之间的途中切换来扫描。

3.如果一些表没有标有指明颜色的控制标记，则能够“读”一张表以确定象素输出分布。如果象素输出分布不与所期待的颜色的表一致，则能够对ORHS编程以切换模式。

4.对于某些油墨颜色，通过合用两种颜色可能得到最佳的对比度，根据来自LED-LS40a、41a中两个光谱上不同的组的照明进行校正。

在图35中示出一个可扫描文件几的例，它用不同的颜色预先印刷或作标记。在此例中，文件12具有四个象限12a、12b、12c、12d，每个象限使用一种不同的颜色。例如，这可以是这样的情形，其中文件12是用于一个或多个不同测验的答案页，扫描和记分程序希望对于每顶测验回答标记只在一个选出的象限中。彩色提示有助于确保用户答案标记落在正确的象限内。为了在文件中容纳多种颜色，由两个光源组40a、140a提供照明。光源组40a包括具有第一颜色的LED的分段44和具有第二颜色的LED的第二分段45，第二颜色在光谱上不同于第一颜色。光源组140a包括具有第三颜色的LED的第三分段144和具有第四颜色的第四分段145。在最一般的情形中，第三和第四颜色在光谱上互不相同，并且与第一和第二颜色也不同。

如果目的是使在每个象限12a、12b、12c、12d中使用的不同的背景颜色不参与(不被检测)，则对于每个分段44、45、144、145可以选择相应的LED颜色。当处理文件12时，可以选用造成不参与的合适的分段来照明。例如，在象限12c中希望红色油墨背景印刷不参与，于是对于光源组分段45选择红色LED，并且在扫描文件的前一半时照明。如果在象限12b希望蓝色油墨背景印刷不参与，则对于光源组分段144选取蓝色LED，并在扫描文件12的后一半时照明。对于每个光源组分段进行校正。如果在扫描期间颜色选择导致从一个LED组改变至另一个LED组，则摄像机控制器60能够装载合适的先前得到的校正值，然后把已得到校正数据的LED接通。采用充分快速的控制器60，就能在文件一次通过扫描台时作出颜色和校正值的切换。于是，系统100可以在单次文件扫描中使用不同的照明光谱，同时对于这些光谱的每一个作可接受的校正。

虽然相对于一些较佳的实施例示出和描述了本发明，但认为适合本发明的各种改变和变更(对于熟悉本领域技术的人而言是显然的)处于下面的权利要求书所规定的精神和范围之中。

Claims

1.一种具有读取头象素输出和用于在扫描操作期间监视不可接受的象素输出误差的光学读取头系统，其特征在于，所述系统包括：

容纳要被扫描的文件的扫描台，所述扫描台包括曝光区域，而所述曝光区域包括图象区域和误差检测线，所述误差检测线相对于所述曝光区域的边缘部分具有相对较高的反射率；

包括光电格点的阵列的检测器，用于在检测器曝光期间检测从曝光区域反射的光线，用以(1)当正在对文件扫描而所述文件又将所述误差检测线和所述检测器隔开时产生图象区域的象素输出分布，以及(2)当所述误差检测未被所述文件遮蔽时，在选出的时刻产生所述误差检测线的象素输出分布；

用于照明所述曝光区域的多个光源，其中，在所述检测器曝光期间每个所述光源发射可各别控制的光量至所述曝光区域，从而对所述系统的象素输出作可接受的校正；以及

处理器，用于：(1)在不对所述文件扫描时，使所述检测器产生所述误差检测线的当前象素输出图象，(2)当系统的象素输出相对于为校正预先定义的目标象素输出分布为可接受的准确时，把得到的所述误差检测线的当前象素输出图象与先前得到的所述误差检测线的控制象素输出图象作比较，以及(3)当进行比较的当前和控制的误差检测线的所述象素输出图象相互之间有不可接受的差异时，产生不可接受误差检测信号，从而显示由所述检测器产生的当前图像中的错误读数。

2.如权利要求1所述的光学读取头系统，其特征在于，所述误差检测线小到足以将所述曝光区域中整个文件的读数最小化。

3.如权利要求1所述的光学读取头系统，其特征在于，所述误差检测线有偏移。

4.如权利要求1所述的光学读取头系统，其特征在于，所述误差检测线在预定间隔有中断。

5.如权利要求1所述的光学读取头系统，其特征在于，所述误差检测线占据所述曝光区域的10％或更少的区域。

6.如权利要求1所述的光学读取头系统，其特征在于，所述系统扫描一个或多个文件，且所述处理器使所述检测器产生与每个所扫描文件相关的误差检测线的当前象素图像。

7.一种在生成象素输出图像的扫描操作中监视象素输出误差状态的方法，其特征在于所述方法包括下述步骤：

(a)用多个光敏格点完成对误差检测线的初始扫描以获得控制象素输出图像，当得知象素输出处于相对于为校正预先定义的目标象素输出分布为可接受准确性的状态下时进行所述初始扫描，所述误差检测线位于曝光区域并具有相对于其所述曝光区域的边界部分较高的反射率；

(b)存储所述控制图像；

(c)完成对所述误差检测线的后一次扫描以获得当前的象素输出图像；

(d)将所述控制图像与当前的图像作比较；

(e)如果当前的图像不在控制图像的预选范围内，产生误差检测信号，从而显示由所述检测器产生的当前图像中的错误亮度/暗度的读数。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在扫描操作中扫描一个或多个文件，且还包括产生与每个被扫描文件相关的误差检测线的象素图像。

9.一种在生成象素输出图像的扫描操作中监视象素输出误差状态的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(a)通过应用具有带多个象素线的象素阵列的时域积分型摄象机来建立控制象素输出图像从而在所述摄象机的象素线之间无任何电荷转移的情况下获得误差检测线的多个连续曝光，当得知象素输出处于可接受准确性的状态下时建立所述控制图像，所述误差检测线位于曝光区域内并具有相对于其曝光区域的边界部分较高的反射率；

(b)移动所述控制图像通过所述象素阵列并存储所述控制图像；

(c)通过应用所述摄象机来建立当前的输出图像从而在所述摄象机的象素线之间无任何电荷转移的情况下获得所述误差检测线的多个连续曝光，建立所述当前的图像以与标准扫描操作相关；

(d)移动所述当前的图像通过所述象素阵列并将所述控制图像与当前图像作比较；

(e)如果当前的图像不在控制图像的预选范围内则产生误差检测信号。