CN1343875A - 紫外扫描仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种紫外扫描仪,它包括光学部分和数字信号处理部分,光学部分用于将被扫描图像转换为电信号,它包括:光源、光学成像系统、校正板和CCD器件,而数字信号处理部分用于对电信号进行各种处理,它包括:放大倍数计算装置(33)、背景噪声去除装置(32)和放大倍数加权装置(34)。

Description

紫外扫描仪

本发明涉及光学扫描设备，特别涉及用于防伪用途的紫外CCD扫描仪。

扫描仪是除键盘和鼠标之外被广泛应用于计算机的输入设备。可以利用扫描仪输入照片建立自己的电子影集；输入各种图片建立自己的网站；扫描手写信函再用E-mail发送出去以代替传真机；还可以利用扫描仪配合OCR软件输入报纸或书籍的内容，免除键盘输入汉字的辛苦，最后还可以将扫描仪用作证件、凭证等识别装置的输入设备。

扫描仪一般分为CCD扫描仪和PMT扫描仪两类，以下简述CCD扫描仪的基本工作原理。CCD扫描仪是由线性CCD(电荷耦合器件)器件组成的阵列构成的电子式扫描仪，它可感知光线的强弱。一般将多个这样的器件排列为矩阵形式，集成在一起。当排列成线性时，便称为线性CCD。当光照射到CCD器件上时，它将接收的光能量转换为电信号，由于光的强弱不同，因而转换的电信号大小不一，可利用A/D转换，再将此信号转换为数字电信号，最后通过计算机接口送至计算机中。

由上可见，在扫描仪获取图像的过程中，有两个元器件起着关键作用。一个是CCD(电荷耦合器件)，它将光信号转换成为电信号；另一个是A/D变换器，它将模拟电信号变为数字电信号。这两个元件的性能直接影响扫描仪的整体性能指标。

CCD是利用微电子技术制成的表面光电器件，可以实现光电转换功能。CCD在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛，只不过摄像机中使用的是点阵CCD，即包括x、y两个方向用于摄取平面图像，而扫描仪中使用的是线性CCD，它只有x一个方向，y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。CCD芯片上有许多光敏单元，它们可以将不同的光线转换成不同的电荷，从而形成对应原稿光图像的电荷图像。如果我们想增加图像的分辨率，就必须增加CCD上的光敏单元数量。实际上，CCD的性能决定了扫描仪的x方向的光学分辨率。

A/D变换器是将模拟量(Analog)转变为数字量(Digital)的半导体元件。从CCD获取的电信号是对应于图像明暗的模拟信号，就是说图像由暗到亮的变化可以用从低到高的不同电平来表示，它们是连续变化的，即所谓模拟量。A/D变换器的工作是将模拟量数字化，例如将0至1V的线性电压变化表示为0至9的10个等级的方法是：0至小于0.1V的所有电压都变换为数字0，0.1至小于0.2V的所有电压都变换为数字1，依此类推0.9至小于1.0V的所有电压都变换为数字9。实际上，A/D变换器能够表示的范围远远大于10，通常是2⁸＝256、2¹⁰＝1024或者2¹²＝4096。如果扫描仪说明书上标明的灰度等级是10bit，则说明这个扫描仪能够将图像分成1024个灰度等级，如果标明色彩深度为30bit，则说明红、绿、蓝各个通道都有1024个等级。显然，该等级数越高，表现的彩色越丰富。

由几千个感光元件构成的CCD器件，一般做在20～30mm长的衬底上，因而它可感知条状光线，所以为了使CCD器件感知原来图稿的图像，必须使用长条状光源，然后用光学透镜将照射到原稿图像上的条状反射光在传送到CCD的感光区域而成像，CCD扫描仪对原稿图像进行步进式的机械传动扫描，对图像一行的扫描采用光电电子扫描。因为光源为线光源，故可一条线一条线地成像，然后再移动图稿或成像部分，使图稿与成像部分相对移动，而完成逐行的扫描。这两种扫描方式是相互独立的，因而对图稿的扫描可随意重复或不按顺序进行。

CCD扫描仪从扫描得到的信息来分，又有二值化扫描仪、灰度扫描仪和彩色扫描仪。二值化扫描仪只能得到黑白两色信息(即1、0)，它主要用于扫描黑白文稿、灰度扫描仪则是将彩色图像用灰度表示，即用深浅度不同的黑色表示彩色图像。彩色图像扫描仪比较复杂，关键部分是成像系统，一般有三类：一类采用三片的滤色镜，按行或页进行三次扫描，分别得到图像的红、绿、蓝信息，由这三个信息可合成彩色图像信息。另一类采用单色镜，将扫描图像分成红、绿、蓝三色，用三个CCD器件分别接收，从而得到彩色图像信息。第三类则是采用了红、绿、蓝三个光源，分三次分别对原稿进行扫描，即在一个CCD上成像三次，得到分别为红、绿、蓝的三种成像，再经合成便可得到原稿的彩色图像信息。

随着社会的进步和经济的发展，证件、凭证和货币等的防伪识别问题也显得日益突出和迫切。为此人们提出了各种防伪技术，其中通过利用各种印刷技术在待防伪物品上印制特定的标识图案是最为常用的技术手段，例如流通货币上的各种标记，软件包装上的激光防伪标记等。扫描仪作为一种常用的图像扫描设备，由于其较好的性能价格比以及与计算机等设备较好的接口能力，已经成为防伪识别装置中重要的图像输入设备。

例如1998年授权的中国实用新型No.96239496提出了一种证件扫描仪，用于将带有塑料等反光材料以及加有激光防伪标志的证件图像信息录入计算机内。如图1所示，这种证件扫描仪在机壳1底部安装有CCD摄像头2，CCD摄像头2上接有光学镜头3，在光学镜头3上安装有偏振镜4，在机壳1内CCD摄像头2两侧设置光源5，光源5的平行光束与CCD镜头2法线呈40～50度角，并在机壳1的上端安装玻璃片6以消除反光的印象，从而将带有塑料等反光材料以及加有激光防伪标志的证件图像信息扫入。

但是这种证件扫描仪存在如下缺点。首先，它只能识别激光防伪标志之类在可见光下可见的标记，对于在紫外线照射下才能显现的防伪标记则无能为力。其次，该证件扫描仪未对CCD信号进行校准，也未去除背景噪声，因此扫描仪获得的图像因CCD器件的不同而略有差异，同时随着使用时间的增加，CCD器件本身的性能也会发生变化，因此这些差异需要不断进行校正，否则容易引起扫描仪图像误读，降低标记识别率。由上可见，上述证件扫描仪只能用于宾馆、酒店的住宿登记管理等对安全性、准确性要求不是特别严格的应用场合。

本发明的目的是提供一种紫外扫描仪，它可以扫描紫外线照射下的图像，由此可以识别出紫外线照射下才能显现的标记。

本发明的另一个目的是提供一种紫外扫描仪，它通过CCD信号进行校准并去除背景噪声，提高了扫描仪的识别率。

为此，按照本发明，所提供的紫外扫描仪包括光学部分和数字信号处理部分，光学部分用于将被扫描图像转换为电信号，它包括：光源、光学成像系统、校正板和CCD器件，其中光源为紫外光源，校正板为在紫外线照射下可发出可见光的校正板，而数字信号处理部分用于对电信号进行各种处理，它包括：放大倍数计算装置，用于将标准图像的CCD扫描图像与标准数据逐个CCD像素地进行比较运算，从而得到CCD器件每个像素相对标准数据的放大倍数；背景噪声去除装置，用于去除CCD扫描图像中的背景噪声；以及放大倍数加权装置，用于将经过背景噪声去除装置去除背景噪声处理后的CCD扫描图像的每个像素的电信号值与放大倍数相乘，从而得到经过校正的图像。

通过以下结合附图对本发明的描述，可以进一步理解本发明的各种优点、特征和目标。

图1为证件扫描仪的示意图；

图2为按照本发明的紫外扫描仪的总体框图；以及

图3为按照本发明的紫外扫描仪数字处理部分的框图。

图2示出了按照本发明的紫外扫描仪的框图。如图2所示，它包括三个主要部分，即机构部分、光学部分和数字信号处理部分。

机构部分包括步进电机驱动单元和控制电路单元，在控制电路的控制下，步进电机驱动单元使被扫描图稿与成像部分相对移动，在本发明的较佳实施例中，机构部分为平台式扫描系统，即只是移动光学成像系统而被扫描物品固定不动，由于机构部分属于成熟的现有技术，因此不作详述。

扫描仪中的光学部分主要包括光源、光学成像系统和CCD器件。

在本发明的较佳实施例中，光源为波长为365纳米左右的紫外光源，当然也可以根据实际需要采用254纳米或420纳米的紫外光源。对于一些经过特殊处理的被扫描物品，只有在被紫外线照射后才反射或透射出各种可见光范围内可见的标记，因此必须采用紫外光源才能将特殊标记扫入扫描仪。

本发明的光学成像系统主要用来将紫外线照射到被扫描物品上后产生的可见光范围内的反射光线或透射光线传送到CCD器件的感光区域，它与普通扫描仪中所用的光学成像系统的实质性差异在于校正板。校正板被用于CCD扫描图像的校正。由于CCD器件属于半导体器件，其性能随着使用时间的增加会发生变化，由此导致同一扫描仪在不同时间扫描同一图稿得到的图像可能会有明显的差异，为此需要进行校正。校正的具体方式是，首先以CCD扫描校正板，然后将得到的CCD每个像素的数据作A/D转换，接着将A/D转换后的数据与标准数据进行比较，计算出实际获得数据相对标准数据的放大倍数，也即校正因子。在普通的扫描仪中，为了使用方便起见，校正板为标准白板，因此CCD每个像素的标准数据是相同的。但是在本发明中，由于实际图稿在紫外线照射下将显现可见光标记，所以校正板相应的也必须具有紫外线照射下产生可见光的特性，这是与普通扫描仪不同的。

在本发明的较佳实施例中，CCD器件采用线阵列三色CCD，因此可将紫外线照射后物品上显现的彩色图案扫入扫描仪。CCD器件的工作原理在上面已有论述，此处不再赘述。

以下借助图3着重描述本发明与现有技术不同的数字信号处理部分。如图3所示，数字信号处理处理部分包括A/D转换部件31、放大倍数计算装置32、背景噪声去除装置33和放大倍数加权装置34。

如前所述，从CCD获取的电信号是对应于图像明暗的模拟信号，因此必须经过A/D转换以后才能以数字信号方式进行处理。本发明的A/D转换部件31与现有技术无实质性的差异，所以此处不作详述。

为了获得CCD器件每个像素的放大倍数，首先扫描前述能够在紫外线照射下发出可见光的校正板，然后将获得的CCD器件每个像素的数据进行A/D转换，接着将A/D转换后的每个像素的数据与已有的标准数据逐个进行比较，将它们相除即可得到每个像素相对标准数据的放大倍数。上述计算放大倍数的功能可由放大倍数计算机装置33实现。

由于CCD扫描图像中不可避免地存在背景噪声，因此利用背景噪声处理装置32进行处理，A/D转换后的扫描图像中的背景噪声去除。

去除背景噪声后的扫描图像被背景噪声去除装置32输出至放大倍数加权装置34，在那里放大倍数加权装置34将每个像素的电信号值与放大倍数相乘，从而得到经过校正的实际图像。

由于集成电路具有实现功能多、可靠性高、体积小和成本低等一系列优点，所以本发明数字信号处理部分内的各个单元比较好的是用专用集成电路实现。

通过阅读上面借助实施例对本发明所作的描述，本领域内的技术人员无需创造性的工作即可对本发明作出各种修改或改动，因此本发明的精神和范围由下面所附权利要求限定。

Claims (4)

1.一种紫外扫描仪，包括光学部分和数字信号处理部分，光学部分用于将被扫描图像转换为电信号，它包括：光源、光学成像系统、校正板和CCD器件，而数字信号处理部分用于对电信号进行各种处理，其特征在于：

所述光源采用紫外光源；以及

所述校正板为在紫外线照射下可发出可见光的校正板；并且

所述数字信号处理部分包括：

放大倍数计算装置，用于将标准图像的CCD扫描图像与标准数据逐个CCD像素地进行比较运算，从而得到CCD器件每个像素相对标准数据的放大倍数；

背景噪声去除装置，用于去除CCD扫描图像中的背景噪声；以及

放大倍数加权装置，用于将经过背景噪声去除装置去除背景噪声处理后的CCD扫描图像的每个像素的电信号值与放大倍数相乘，从而得到经过校正的图像。

2.如权利要求1所述的紫外扫描仪，其特征在于所述紫外光源的波长选自365纳米、254纳米和420纳米中的一个或多个。

3.如权利要求1所述的紫外扫描仪，其特征在于所述数字信号处理部分采用专用集成电路芯片实现。

4.如权利要求1所述的紫外扫描仪，其特征在于所述CCD器件为线阵列三色CCD器件。

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