CN1300999C - 图像扫描设备及其阴影补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种图像扫描设备和一种阴影补偿方法，包含：在读出将被扫描的文档之前，读出距离白辊一预定距离的参考白纸的第二区域，以生成一参考阴影补偿值；把生成的参考阴影补偿值和存储的用于第二区域的初始纸阴影补偿值进行比较，以计算用于白辊的第一区域的最终阴影补偿值；以及依据计算的最终阴影补偿值补偿已读出文档的图像数据。因此，本发明依据图像读出单元、诸如CIS的特性改变生成阴影轮廓并且补偿阴影失真，由此能获得精确的图像数据。

Description

图像扫描设备及其阴影补偿方法

技术领域

本发明涉及一种图像扫描设备和它的阴影补偿方法，尤其涉及这样一种图像扫描设备和黑斑补偿方法，其更确切地说通过依据环境温度的改变或图像光传感器扫描的图像的特性改变生成阴影轮廓来补偿阴影失真。

背景技术

诸如扫描仪之类的图像扫描设备是以图形的形式读出在纸张上表示的诸如图片或图画的图像信息的设备。这种图像扫描设备被分为平台型设备和送纸型的设备。

平台型设备使用这样一个机构，其中图像光传感器相对于放置在平板上的文档移动以扫描文档，像在复印机中那样，而送纸型设备使用这样一个机构，其中图像光传感器固定而文档相对于图像光传感器移动以逐页扫描文档，像在传真机中那样。

这里，送纸型图像扫描设备在图像光传感器和白辊(roller)之间插入文档时使用图像光传感器读出文档的图像。更详细来说，如果由传送辊(transfer roller)拾取的将被扫描的文档(在下文中称为扫描文档)被传送到白辊，则图像扫描设备使用图像光传感器读出扫描文档。在这时，接触图像传感器(CIS)、电荷耦合器件(CCD)等等被用作图像光传感器。

然而，由于在图像扫描设备中的光学系统的物理特性、图像光传感器本身的电特性、白辊的污染等等，所以由诸如CIS、CCD等图像光传感器读出的图像在扫描文档时在其上发生有阴影失真。因此，图像扫描设备在某个存储器中存储阴影轮廓以便补偿在扫描文档期间发生的阴影失真。阴影轮廓是通过扫描白辊获得的参考白色值，并且在生产图像扫描设备的工厂中在产品调整阶段被存储为工厂默认值。即，传统的图像扫描设备依据存储的阴影轮廓补偿在扫描文档期间发生的阴影失真以生成一个输出。

然而，由于图像扫描设备的长期使用或环境温度改变，图像光传感器经历了它的特性改变。即，最好是，在工厂调整阶段获得的阴影轮廓具有如图1中的“A”波形(以虚线所示)所示的特性。然而，由于图像扫描设备的特性改变，所以如图1中的“B”波形所示存在阴影失真。

因此，如果图像光传感器的特性改变，则传统的图像扫描设备依据在没有考虑图像光传感器的特性改变的状态下获得的阴影轮廓补偿已扫描的图像，由此导致了与记录在文档上的实际图像相比不能执行精确补偿的问题。即，存储在某个存储器中的阴影轮廓是一个用于补偿图像光传感器的特性改变之前由图像光传感器读出的图像的补偿值。因此，如果依据存储的阴影轮廓补偿由特性已经改变了的图像光传感器读出的图像，则在补偿的图像上存在阴影失真。因此，已扫描图像的图像质量变差，由此降低了产品可靠性。

发明概述

因此，本发明的一个方面是提供一种具体地说能够通过根据诸如CIS的图像光传感器的特性改变补偿阴影失真的可补偿阴影的图像扫描设备和方法。

本发明另外的方面和/或优点有部分将在随后的说明书中被阐明，而有部分从说明书中将会是显而易见的，或者可以通过本发明的实践获知。

上述和/或其它方面通过提供一个图像扫描设备实现，该图像扫描设备包括：与白辊间隔某个距离的参考白纸；与白辊和参考白纸相对提供的图像读出单元，用于读出图像；第一存储器，用于存储对应于白辊第一区域的初始辊阴影补偿值和对应于参考白纸第二区域的初始纸阴影补偿值，这些值最初是由所述图像读出单元读出的；一个控制单元，用于控制所述图像读出单元在读出文档之前读出第二区域以便生成参考阴影补偿值，把生成的参考阴影补偿值与存储在第一存储器中的初始纸阴影补偿值进行比较，并计算第一区域的最终阴影补偿值；以及一个图像补偿单元，依据所计算的最终阴影补偿值补偿已读出文档的图像数据。

依据本发明的另一个方面，控制单元把所生成的参考阴影补偿值和存储在第一存储器中的初始纸阴影补偿值进行比较以计算阴影补偿系数，并且把所计算的阴影补偿系数和初始辊阴影补偿值相乘以计算最终阴影补偿值。

依据本发明还有的另一个方面，所计算的阴影补偿系数是初始纸阴影补偿值相对于所生成的参考阴影补偿值的变化率。

依据本发明的另一个方面，图像扫描设备图像扫描设备还包含第二存储器，用于存储生成的参考阴影补偿值和计算的最终阴影补偿值，其中，在多个文档的情况下，控制单元在读出多个文档中每一个之前预先生成一个参考阴影补偿值和一个最终阴影补偿值，并且用生成的值更新第二存储器。

依据本发明的另一个方面，参考白纸沿白辊的轴向与所述白辊相距一预定距离，并且放置在除文档传送路径之外的一个区域上，而且所述图像读出单元是接触图像传感器(CIS)光传感器和电荷耦合器件(CCD)光传感器中的任何一种。

本发明的上述和/或其它方面还通过提供一种与图像扫描设备一起使用的阴影补偿方法来实现，该阴影补偿方法包含：在读出将被扫描的文档之前，读出距离白辊一预定距离的参考白纸的第二区域，以生成一参考阴影补偿值；把生成的参考阴影补偿值和存储的用于第二区域的初始纸阴影补偿值进行比较，以计算用于白辊的第一区域的最终阴影补偿值；以及依据计算的最终阴影补偿值补偿已读出文档的图像数据。

依据本发明的另一个方面，最终阴影补偿值的计算包含：把生成的参考阴影补偿值和存储的初始纸阴影补偿值进行比较，以计算阴影补偿系数；以及把计算的阴影补偿系数和存储的第一区域的初始辊阴影补偿值相乘，以计算第一区域的最终阴影补偿值。

依据本发明的另一个方面，阴影补偿方法进一步包含：在执行计算最终阴影补偿值的操作之后，存储生成的参考阴影补偿值和计算的最终阴影补偿值，其中，在多个文档的情况下，在读出多个文档中每一个之前预先生成一个参考阴影补偿值和一个最终阴影补偿值，并且在存储操作中更新这些值。

依据本发明的另一个方面，CIS和CCD图像光传感器中的任何一个读出文档和所述参考白纸的第二区域。

附图简述

通过以下结合附图对实施例的描述，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更为明显并且更容易理解，其中：

图1是一个示出了由传统图像光传感器获得的阴影失真的电压波形图；

图2是一个示意性地示出了具有依据本发明一个实施例的补偿阴影失真的图像扫描设备的多功能装置的方框图；

图3是示意性地显示了图2中的图像扫描设备的前视图；

图4是示意性地显示了图2中的图像扫描设备的侧视图；以及

图5是显示了依据本发明另一个实施例、与图2中的图像扫描设备一起使用的驱动方法的流程图。

具体实施模式

下面详细介绍本发明的实施例，在附图中举例说明了其中的例子，在整个附图中相似的参考数字表示相似的单元。以下参考附图说明这些实施例以便解释本发明。

图2是示意性地显示了具有依据本发明一个实施例的补偿阴影失真的图像扫描设备220的多功能装置200的方框图。

具有图像扫描设备220的多功能装置200是除了具有送纸型扫描仪的功能之外还具有打印机和传真机功能的设备。

参见图2，多功能装置200具有操作面板(OPE)210、图像扫描设备220、主存储器230、辅助存储器240、打印单元250、通信单元260、接口单元270、和控制单元280。

OPE 210具有菜单键部分212、模式选择部分214和显示部分216。

菜单键部分212具有各种功能键(未显示)，以支持字母和/或数字的输入，从而设置或者操作多功能装置200的功能。

模式选择部分214是操作键，用于使能用户选择与所插入文档相关的复印模式、扫描模式和传输/接收模式中的任何一种。例如，如果扫描模式是从模式选择部分214中选择的，则模式选择部分214向控制单元280输出一个扫描执行命令信号，这将在稍后进行描述。

显示部分216根据控制单元280的控制显示多功能装置200的一个或多个操作状态，并且液晶显示器通常被用作显示部分216，但是显示部分216不局限于液晶显示器。

图像扫描设备220在从模式选择部分214选择扫描模式之后检测到插入至少一个扫描文档时，连续地逐页读出或者扫描一个或多个文档，并且把已扫描的文档转换成为图像数据。转换后的图像数据被输出到控制单元280。

主存储器230是非易失性存储器，用于存储各种控制程序以执行多功能装置200的整体操作。

辅助存储器240是易失性存储器，用于存储在操作多功能装置200期间发生的数据和有关该数据的详细信息。例如，辅助存储器240存储对应于被扫描以执行从OPE 210设置的复印模式的文档的图像数据，和对应于从外部网络(未显示)接收的文档的图像数据。

当从OPE 210的菜单键部分212输出一打印命令时，打印单元250执行打印作业。例如，当选择用于由图像扫描设备220扫描的图像数据的打印命令时，打印单元250在一个纸张上打印已扫描的数据。

通信单元260是执行与诸如传真机的外部设备(未显示)通信功能的通信模块，并且例如经过网络控制单元(NCU)连接电话线(未显示)与调制解调器(未显示)以执行通信功能。

此外，通信单元260向外部设备(未显示)发送对应于由图像扫描设备220扫描的文档的图像数据、或者对应于存储在辅助存储器240中的文档的图像数据，并且从外部设备(未显示)接收预定图像数据。接收的图像数据通过打印单元250打印，或者通过接口单元270发送到外部网络(未显示)。

接口单元270与外部网络(未显示)连接以支持交互数据通信，并且使用例如通用串行总线模块。外部网络(未显示)是指能够提供打印数据的计算机或者其它所有设备、诸如通过计算机的网络。

如果向多功能装置200施加电能，则控制单元280如上所述的那样，依据OPE 210的输出信号和存储在主存储器230中的控制程序，控制多功能装置200的整体操作。

更详细来说，如果从模式选择部分214接收了复印模式选择信号或者扫描模式选择信号，则控制单元280在确定文档的前端是否向前推进之后控制图像扫描设备220复印或者扫描插入的文档。此外，控制单元280在辅助存储器240中存储已扫描文件的图像数据，控制打印单元250执行打印操作，并且通过通信单元260或者接口单元270把图像数据传送到外部设备(未显示)或者外部网络(未显示)。

图3是示意性地显示了图2中的图像扫描设备220的前视图，并且图4是示意性地显示了如图2所示的图像扫描设备220的侧视图。

参见图2到4，图像扫描设备220具有文档插入检测单元221、传送(拾取)辊222、文档位置检测单元223、白辊224、图像读出单元225、初始阴影存储器226、最终阴影存储器227、图像补偿单元228、参考白纸229、和控制单元280。

这里，控制单元280是与其中提供了图像扫描设备220的多功能装置200一起使用的控制器。为了说明方便，控制单元280可以被安装在图像扫描设备220中。

文档插入检测单元221是检测在诸如供纸盒之类的文档放置单元(未显示)中是否插入了将被扫描的文档(在下文中被称为扫描文档)的传感器。在本发明中，如果图像扫描设备220具有送纸扫描功能和附加的自动进纸单元，则文档插入检测单元221检测在文档放置单元(未显示)中是否插入了多个文档。

如果从文档插入检测单元221接收了文档插入检测信号，则传送辊222逐页拾取一个或多个文档，并且沿着文档传送路径把文档传送到设置的参考位置。设置的参考位置是在其处白辊224旋转并且同时拾取由传送辊222传送的文档的位置，其中白辊224将在稍后进行说明。

如果当文档到达设置的参考位置时从文档位置检测单元223接收了文档检测信号，则传送辊222停止它的驱动，并且白辊224开始它的驱动。白辊224安装在文档传送路径上的一个预定位置处。白辊224拾取传送的文档，并且与图像读出单元225紧密接触地放置传送的文档。因此，文档的图像被清楚地读出。

参考白纸229距离放置在文档传送路径的上半部分的白辊224某个距离。在这时，参考白纸229最好是沿白辊224的轴向距白辊224某个距离。参考白纸229像一般的白纸那样，并且被提供用来在每次执行扫描作业时计算阴影补偿值。参考白纸沿垂直于文档传送路径的方向放置在白辊224附近。

图像读出单元225具有扫描部分225a和模拟/数字转换器(ADC)225b，而且被放置在文档传送路径的下面，并与白辊224和参考白纸229相对。

扫描部分225a扫描由白辊224拾取的文档以生成文档图像，并且把文档图像光电转换为模拟信号。通常，扫描部分225a使用CIS或者CCD的图像光传感器，并且生成一个与从白辊224和参考白纸229反射的光成正比的电压信号。

由于CIS或者CCD是众所周知的图像光传感器，所以在下列描述中将省略对图像光传感器的详细说明。然而，CIS是包括光源(未显示)、透镜(未显示)、传感器(未显示)等为扫描记录在文档上的图像所必需的单元的小型传感器，而CIS与CCD相比能够是小型的和轻的。

ADC 225b把图像读出单元225的光电转换的模拟信号转换成为具有预设位数的数字图像数据。例如，如果模拟形式的图像信息被转换成8位的数字图像数据，则根据(2^m-1)，转换了的数字图像数据中的最亮值M被确定为255，即256-1＝255。此时，在本发明中使用的图像的灰度等级最好是使用256级灰度等级，其中单个像素由8位表示，象在常见的情况中那样，但是位数能够取决于应用领域增加或减少。

由于在执行模拟/数字转换时一个像素由多于8位的位表示，所以像素能够被精确和详细地表示，但是在处理信号时，需要相对更多的资源，并且信号的计算量按指数规律地增加，这是不可避免的。

用作第一存储器的初始阴影存储器226是非易失性存储器。当图像读出单元225扫描白辊224的第一区域(如图4所示的文档扫描部分“文件(paper)”)和参考白纸229的第二区域(如图4所示的参考纸部分“纸样(sheet)”)时，初始阴影存储器226存储对应于第一区域的初始辊阴影补偿值，和对应于第二区域的初始纸阴影补偿值。此时，第一和第二区域分别是白辊224的一预定区域和参考白纸229的一预定区域，并且相对于文档传送路径来说它们与图像读出单元225相对布置。此外，存储在初始阴影存储器226中的初始辊阴影补偿值和初始纸阴影补偿值通常具有“255”亮度值的图像数据，其中该“255”亮度值在多功能装置200的生产阶段被设置为工厂默认值。

在本发明中，控制单元280像中央处理单元那样，如果从模式选择部分214接收了扫描模式选择信号，则控制图像读出单元225通过在扫描文档之前相对于参考白纸229的第二区域执行扫描作业来生成参考阴影补偿值。

此外，控制单元280把参考白纸229的第二区域的数字图像数据、即扫描的参考阴影补偿值与存储在初始阴影存储器226中的初始纸阴影补偿值进行比较，以计算白辊224第一区域的最终阴影补偿值。

为了计算最终阴影补偿值，控制单元280具有补偿系数计算部分282和最终补偿值计算部分284。

补偿系数计算部分282把通过图像读出单元225的扫描作业生成的参考阴影补偿值与存储在初始阴影存储器226中的初始纸阴影补偿值进行比较，以计算阴影补偿系数。此时，计算的阴影补偿系数是初始纸阴影补偿值相对于参考阴影补偿值的变化率，例如比例值。

最终补偿值计算部分284把计算的参考阴影补偿系数和存储的的初始辊阴影补偿值相乘，以计算白辊224的第一区域的最终阴影补偿值。即，最终阴影补偿值是补偿从扫描文档读出的数字图像数据的阴影轮廓，以便使数字图像数据保持例如它的“255”个亮度值的均匀等级。

用作第二存储器的最终阴影存储器227是易失性存储器。最终阴影存储器227存储参考阴影补偿值和参考白纸229的第二区域的最终阴影补偿值。

每次逐页扫描文档时图像读出单元225扫描参考白纸229的第二区域(由图4中的“纸样”表示)，以便更新参考阴影补偿值。因此，每次逐页扫描文档时，更新存储在最终阴影存储器227中的参考阴影补偿值和最终阴影补偿值。

为了更新参考阴影补偿值和最终阴影补偿值，控制单元280控制最终阴影存储器227更新生成的参考阴影补偿值和计算的最终阴影补偿值。

图像补偿单元228扫描所述扫描文档，并且依据存储在最终阴影存储器227中的最终阴影补偿值补偿从ADC 225b输出的数字图像数据。

图5是说明了依据本发明另一个实施例、与如图2所示的图像扫描设备220一起使用的驱动方法的流程图。

参见图2到5，如果从模式选择部分214中选择了扫描模式、并且在操作S510中接收了扫描执行命令信号，则在操作S520中控制单元280控制扫描部分225a扫描参考白纸229的第二区域(图4中的“纸样”部分)，并且控制ADC 225b生成已扫描的第二区域的参考阴影补偿值。

如果生成了参考阴影补偿值，则在操作S530中，控制单元280读出存储在初始阴影存储器226中的初始辊阴影补偿值和初始纸阴影补偿值。

如果执行了操作S530，则在操作S540中，控制单元280把生成的参考阴影补偿值与读出的初始辊阴影补偿值进行比较以计算阴影补偿系数。即，控制单元280控制补偿系数计算部分282计算阴影补偿系数。阴影补偿系数是初始纸阴影补偿值相对于参考阴影补偿值的变化率。此外，在操作S550中，控制单元280控制最终补偿值计算部分284把计算的阴影补偿系数和读出的初始辊阴影补偿值相乘，以计算白辊224的第一区域(图4中的“文件”部分)的最终阴影补偿值。

如果执行了操作S550，则在操作S560中控制单元280控制最终阴影存储器227存储参考阴影补偿值和最终阴影补偿值。即，每次逐页扫描文档时，控制单元280执行操作S510到S550，由此计算新的参考阴影补偿值和最终阴影补偿值，然后用上述两个计算的值更新最终阴影存储器227。

如果执行了操作S560，则控制单元280控制白辊224、扫描部分225a、和ADC 225b扫描由传送辊222传送的、并插入在白辊224和扫描部分225a之间的文档，并且生成图像数据(S570)。即，在操作S570中，扫描部分225a扫描在其上插入文档的图4中的“文件”部分的一部分，以输出图像数据。

此外，在操作S580中，控制单元280控制图像补偿单元228依据存储在最终阴影存储器227中的最终阴影补偿值补偿在操作S570中生成的文档图像数据。图像补偿了的图像数据能够被存储在辅助存储器240中。

如果执行了操作S580，则在操作S590中，控制单元280控制文档插入检测单元221确定是否剩余有任何扫描文档。如果在操作S590中从文档插入检测单元221接收了对应于剩余文档的文档检测信号，则控制单元280重复操作S520到S580。

图像扫描设备220首先依据阴影补偿作业扫描附加到图像扫描设备220的主体的参考白纸，并且计算阴影补偿系数以把图1中的波形“B”转换成为图1中的波形“A”的参考白色值。和图1中的可变波形“B”相比，图1中的波形“A”的参考白色值恒定。尔后，本发明扫描文档，并且向已扫描的图像数据应用从阴影补偿系数计算的最终阴影补偿，以便能够获得与在文档上记录的图像几乎相同的扫描图像。

如上所述，在依据本发明的图像扫描设备和阴影补偿方法中，在除了沿着其传送扫描文档的文档传送路径之外的区域上提供参考白纸，以便能够依据诸如CIS之类的图像光传感器的特性改变而生成阴影轮廓。即，本发明在每次扫描文档时扫描参考白纸，以定期生成最终阴影补偿值，以便能够更精确地补偿由于扫描部分的特性改变而引起的图像数据失真。因此，本发明允许用户获得与文档的现实图像几乎相同的扫描图像。

虽然已经显示和描述了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员应当明白，可以在没有背离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行各种改变，其中本发明的范围由附加的权利要求和它们的等效含义定义。

Claims (13)

1.一种图像扫描设备，包含：

一个白辊，用于沿着文档传送路径馈送文档；

与白辊间隔某个距离的参考白纸；

针对文档传送路径与白辊和参考白纸相对提供的图像读出单元，用于从文档中读出图像数据；

第一存储器，用于存储白辊的第一区域的初始辊阴影补偿值以及参考白纸的第二区域的初始纸阴影补偿值，这些值最初是由所述图像读出单元读出的；

一个控制单元，用于控制所述图像读出单元在读出图像数据之前读出参考白纸的第二区域，以便生成参考阴影补偿值，并且把生成的参考阴影补偿值和存储在第一存储器中的初始纸阴影补偿值进行比较以计算阴影补偿系数，并且把计算的阴影补偿系数和初始辊阴影补偿值相乘以计算第一区域的最终阴影补偿值；以及

一个图像补偿单元，用于根据所计算的最终阴影补偿值补偿所读出的图像数据。

2.如权利要求1所述的图像扫描设备，其特征在于：所计算的阴影补偿系数是初始纸阴影补偿值相对于生成的参考阴影补偿值的变化率。

3.如权利要求1所述的图像扫描设备，进一步包含：

第二存储器，用于存储所生成的参考阴影补偿值和所计算的最终阴影补偿值，

其中，所述控制单元在读出多个文档中每一个之前预先生成参考阴影补偿值和最终阴影补偿值，并且用生成的参考阴影补偿值和最终阴影补偿值更新存储在第二存储器中的生成的参考阴影补偿值和计算的最终阴影补偿值。

4.如权利要求1所述的图像扫描设备，其特征在于：所述参考白纸沿白辊的轴向与所述白辊距离一预定距离，并且放置在除所述文档传送路径之外的一个区域上。

5.如权利要求1所述的图像扫描设备，其特征在于：所述图像读出单元是接触式图像传感器或者电荷耦合器件。

6.一种与图像扫描设备一起使用的阴影补偿方法，该方法包含：

在读出将被扫描的文档之前，读出距离白辊一预定距离的参考白纸的一个区域，以生成一个参考阴影补偿值；

把生成的参考阴影补偿值和所存储的参考白纸某个区域的初始纸阴影补偿值进行比较，以计算阴影补偿系数；

把计算的阴影补偿系数和所存储的白辊某个区域的初始辊阴影补偿值相乘，以计算白辊的某个区域的最终阴影补偿值；以及

依据所计算的最终阴影补偿值补偿已读出文档的图像数据。

7.如权利要求6所述的阴影补偿方法，其特征在于：所计算的阴影补偿系数是初始纸阴影补偿值相对所生成的参考阴影补偿值的变化率。

8.如权利要求6所述的阴影补偿方法，进一步包含：

在执行计算最终阴影补偿值的操作之后，存储所生成的参考阴影补偿值和所计算的最终阴影补偿值，其中，在读出多个文档中每一个之前预先生成参考阴影补偿值和最终阴影补偿值，并且在存储操作中更新这些值。

9.如权利要求6所述的阴影补偿方法，其特征在于：参考白纸沿白辊的轴向与所述白辊距离一预定距离，并且放置在除文档传送路径之外的一个区域上。

10.如权利要求6所述的阴影补偿方法，其特征在于：使用CIS或者CCD图像光传感器读出文档和参考白纸的区域。

11.一种图像扫描设备，包含：

一个白辊，用于沿着文档传送路径馈送文档；

与所述白辊相邻放置的参考纸；

一个图像读出单元，用于读取所述文档以生成图像数据；

第一存储器，用于存储对应于所述白辊第一区域的初始辊阴影补偿值和对应于所述参考纸的第二区域的初始纸阴影补偿值；以及

一个控制单元，用于控制所述图像读出单元读出参考纸的第二区域，以生成参考阴影补偿值，并且依据所生成的参考阴影补偿值和所存储的初始纸阴影补偿值，生成阴影补偿系数，并且将所述阴影补偿系数和所述初始辊阴影补偿值相乘来计算最终阴影补偿值，以使用最终阴影补偿值补偿所生成的图像数据，

其中所述白辊的第一区域沿与文档传送路径成一个角度的方向远离所述参考纸的第二区域一个距离。

12.如权利要求11所述的图像扫描设备，其特征在于：所述第一存储器包含非易失性存储器。

13.如权利要求11所述的图像扫描设备，其特征在于：所述参考纸和所述白辊放置在与文档传送路径成一个角度的一条线上。

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