CN1510499A - 文档相机 - Google Patents

Abstract

提供了一种文档相机，用于防止相机单元受诸如改变文档等操作的干扰。文档相机的相机单元置于稿件基座上方偏离稿件基座中心的位置，以避免相机单元受到使用者头或者手的干扰。同时，光源置于相机单元附近，以避免来自稿件基座的规则反射光引入相机单元的光学系统中，从而产生精细的图像。进一步提供了图像信号处理器，以削减由于改变相机单元所处位置而产生的梯形失真。

Description

文档相机

技术领域

本发明涉及一种用于捕获诸如平面手稿、立体图像以及幻灯胶片这样的文档的文档相机，这些文档可以是被传输到诸如投影仪和电视监视器这样的显示设备上的对象。

背景技术

现有技术及近似技术中，文档相机通常用于捕获诸如纸介质图像、立体图像以及幻灯胶片等文档，转化为视频信号提供给诸如投影仪和电视监视器，以显示捕获的文档。

这种类型的文档相机已经被公开，例如，在JP-2000-138856-A中，它与具有独立于主光学系统提供的光路切换镜的显现系统直接相连，使得单独的相机可以捕获位于远处的的文档以及置于稿件基座上的文档。目前，典型的显现系统依旧由置于稿件基座上方的专门用于捕获位于稿件基座上的文档的相机组成，其目的是为了避免复杂的结构和增加可能引起故障的因素。

图1A以及图1B展示了如何使用现有的文档相机100，其具有置于稿件基座上方的相机单元103，其中图1A显示了文档相机100的俯视图，图1B显示了文档相机100的左视图。

文档相机100由如下部分组成：稿件基座101，用于在其上放置文档；臂102，置于稿件基座101的外围区域，可以在其近似末端周围绕轴旋转运动；旋转地安装于臂102末端的图像捕获装置，即，拥有集成在其中的成像设备以及光学系统的相机单元103；以及光源104，置于相机单元103附近，用于照明。值得注意的是，臂102可绕轴旋转地安装，并且相机单元103是可旋转地安装，仅作为只考虑文档相机100的存储空间等而采取的措施。

为了捕获文档，臂102从静止位置拔出(未显示)并移动，随之旋转相机单元103以设置其位置和姿势，如图1A和图1B所示，使相机单元103可以使用。这是应当建立的相机单元103与稿件基座101间的相对位置关系。

接着，诸如纸件这样的文档被放置在稿件基座101的顶部并由相机单元103所捕获。这期间，光源104为了给文档照明的需要而打开。

相机单元103包括一个诸如CCD的成像设备，成像设备通过光电转换将聚焦于其上的文档的图像转换为视频信号。然后视频信号被传输到电连接至相机单元100的显示设备，诸如投影仪或电视监视器。最后，显示设备将与向其提供的视频信号相对应的投影图像投影到屏幕等上，从而显示文档的图像。

然而，在如图1A和图1B所示的现有的文档相机100中，由于需要无失真地捕获稿件基座101上的文档，所以相机单元103必须位于稿件基座101中心的正上方。特别的，相机单元103的放置必须使得相机单元103的光学系统的光轴L垂直于稿件基座101的平面并且通过稿件基座101的中心，更加严格地，通过位于其上的文档的中心。

结果，当文档相机100的使用者在稿件基座101上从一个文档换到另一个文档时，或为解释而指向文档时，有些情况下，使用者的头或手可能会碰到相机单元103，从而行动受到相机单元103的阻碍。

而且，当使用位于相机单元103附近用于照明的光源104捕获文档的时候，特别是当有光泽的文档被照明时，光源104的规则反射光的部分L’被引入到屏幕，导致光晕或类似情况，从而有可能不能得到精确图像。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种文档相机，其设计为可以防止图像捕获装置在展示或类似场合下障碍使用者。

本发明的另一个目的是提供一种文档相机，其可以防止引入来自于临近图像捕获装置的光源的反射光。

本发明提供了一种文档相机，其包括用于在其上放置要捕获的文档的的稿件基座，用于捕获置于稿件基座上的文档以产生移动图像信号的图像捕获装置，以及用于将移动图像信号传递到外部的信号输出装置。文档相机的特征在于，图像捕获装置具有集成在其中的成像设备以及光学系统，并且图像捕获装置位于稿件基座上方偏离稿件基座中心的位置。

如上所述，用于捕获文档的图像捕获装置位于稿件基座上方偏离稿件基座中心(即偏离文档中心)的侧部区域中，使得图像捕获装置不会被文档相机的使用者的头或手所干扰，即使是当使用者将稿件基座上的文档改变到另一份文档或者为了解释而指向文档的时候。

当为照明文档而提供光源时，光源优选地接近于图像捕获装置放置。

当光源置于在偏离稿件基座中心的侧向上的图象捕获装置附近的情况下，光源发出的光射向位于稿件基座上的文档，并且在与光源入射方向的相反方向规则反射。

因此，反射光不会直接作用于图像捕获装置的光学系统，使得即使是有光泽的纸张用作文档，也有可能避免由于引入来自光源5的规则反射光而破坏图像，例如光晕或类似现象，从而产生精确的图像。

优选地，文档相机还包括置于图像捕获装置与信号输出装置间的图像信号处理器，用于校正由成像设备捕获的图像的失真。

由于图像捕获装置被置于稿件基座上方偏离稿件基座中心的侧向位置，所以图像捕获装置应被安装为与稿件基座平面呈一个角度，使得其光学系统的光轴朝着稿件基座的中心。

这样安装的图像捕获装置会导致一种所谓的“对角影像”，引起由成像设备捕获的图像中的失真。

为了消除这种失真，本发明中的文档相机具有位于图像捕获装置和信号输出装置间之间的图像信号处理器，以校正成像设备所捕获的图像的失真，使得对角影像产生的失真通过软件中的图像处理得到校正。

因此，可以将精确的图像传递给诸如投影仪或电视监视器这样的显示设备。

并且，图像信号处理器优选地具有拱形失真校正功能，用于校正由于光学系统的光轴对于稿件基座的倾斜所导致的光学失真。

在光学系统光轴相对于稿件基座的倾斜所导致的失真中，最突出的是由于图像缩放比例因子的改变所引起的失真，即，由于在结果图像中稿件基座离图像捕获装置较远的部分显得较小，而稿件基座离图像捕获装置较近的部分显得较大，而得到的梯形失真。因此，通过校正这种失真通常可以产生好的图像。

图像信号处理器可以进一步具有校正因子调整功能，用于根据光学系统的焦距改变来改变校正因子。

当图像捕获装置的光学系统是由变焦透镜实现时，与光学系统的焦距的改变相一致地产生变化的失真。这是因为特别是长焦镜头在较长的焦距范围中存在的远景压缩效果，以及特别是广角镜头在较短的焦距范围中存在的远景强调效果。

对于光学系统的一个特定的焦距，通过根据光学系统的焦距变化改变失真校正因子，总可以恰当地校正失真。

并且，除了拱形失真校正功能以外，图像信号处理器可以进一步具有失真校正功能，以校正随光学系统的焦距改变而变化的失真。

通常，由变焦透镜实现的光学系统在较短焦距还遭受桶形失真，在较长焦距遭受枕形失真。因此，通过根据焦距变化而校正失真可以得到更适当的图像。

从下面基于附图的说明书可以更清楚地看出本发明的上述及其他目的、特点以及优点，附图展示了本发明的一个优选实施例。

附图说明

图1A和图1B一般地说明了现有的文档相机的结构。其中图1A是俯视图，图1B为侧视图。

图2A和图2B展示了根据本发明的一个实施例的文档相机的结构，其中图2A是俯视图，图2B为侧视图。

图3为示意框图，展示了图2A和图2B所示实施例的文档相机的内部构造。

具体实施方式

下文将参考附图说明本发明的一个实施例。图2A和2B展示了根据本发明一个实施例的文档相机1的外观。其中，图2A展示的为使用中的文档相机1的俯视图，图2B展示的为文档相机1的左视图。

根据本实施例的文档相机1的主结构包括：稿件基座2，用于在其上放置作为被捕获目标的文档；臂3，安装于稿件基座2的外围区域，在其近似末端周围绕轴旋转运动；以及可旋转地安装于臂3末梢的图像捕获装置，即，拥有集成于其中的成像设备以及光学系统的相机单元4；和置于相机单元4附近的照明用的光源5。

安装在臂3上的相机单元4可以绕光学系统的光轴L旋转，并且可以改变姿态使光轴L在相对于垂直轴的任意方向上摆动。在这种情况下，光源5与相机单元4一起移动。

相机单元4的光学系统含有变焦透镜，驱动其中提供的步进电机以移动光学系统的一部分，使得改变整个光学系统的焦距。在设计光学系统时，失真通常在中等焦距范围被最小化。然而，这种透镜的特点是由于变焦至较短焦距而引起的桶形失真和由于变焦至较长焦距而引起的枕形失真。另外，在“对角影像”情况下，经强调的远景，即较短焦距范围中较大的图像视角导致增加的拱形失真；而经压缩的远景，即在较远焦距范围中较小的图像视角导致减少的拱形失真。

臂3可置于图中没有显示的静止位置和图2A和2B所示的使用位置，其中作为图像捕获装置的实施的相机单元4置于稿件基座2上方偏离稿件基座2的中心的位置。特别的，图2A和2B准确说明了在文档相机1的使用期间应当在相机单元4和稿件基座2之间基本建立的相对位置关系，这与在图1A和1B所示的现有技术例子中的相对位置关系有明显的不同。

另外，调整相机单元4的姿态和旋转位置，使得相机单元4的光学系统的光轴L充分地朝向稿件基座2的中心，同时，相机单元4的矩形框的四边可以与稿件基座2的四条边充分平行。

图3为说明根据该实施例的文档相机1的内部结构的示意框图。

用于校正图像失真的图像信号处理器7位于A/D转换电路6和D/A转换电路10之间，A/D转换电路6接收来自集成在相机单元4中的成像设备的视频信号，D/A转换电路10是用于将最终视频信号传递到外部的信号传递装置。

图像信号处理器7主要由失真校正处理单元7a和图像处理单元7b构成。失真校正处理单元7a有拱形失真校正功能，用于校正由相机单元4的光学系统的光轴L相对于稿件基座2的倾斜所造成的光学失真，校正因子调整功能用于根据相机单元4的光学系统的焦距变化(变焦)而改变拱形失真校正功能的校正因子。图像处理单元7b具有失真校正功能，用于根据相机单元4的光学系统的焦距改变而校正失真。

进一步，图像信号处理器7包括CPU 8和ROM 9，CPU 8用于操作处理，ROM 9以数据表的形式存储多种参数以备后面将叙述的拱形失真校正处理和失真校正处理使用。

ROM 9中的数据表对于构成从变焦透镜的最短焦距到最长焦距的整个焦距范围的一些焦距分段的每一个，存储拱形失真校正处理所需的参数以及失真校正处理所需的参数。

CPU 8从脉冲编码器P接收信号，以检测用于为了变焦而移动相机单元4中的一部分光学系统的步进电机的旋转位置，即，光学系统的当前焦距；参考存储在ROM 9中的数据表，以读取对应于当前焦距的拱形失真校正的参数，该参数要传递给失真校正处理单元7a。类似地，CPU 8参考存储于ROM 9中的数据表，以读取对应于当前焦距的失真校正的参数，该参数要传递给图像处理单元7b。

接下来，参考图3说明根据本实施例的文档相机1的整个处理操作。

置于稿件基座2上的文档，例如在不同手稿上的文档，将被相机单元4捕获，并通过包含变焦透镜的光学系统聚焦在成像设备，例如CCD上。相机单元4的成像设备将图像光电转换为视频信号，视频信号施加于A/D转换电路6，然后A/D转换电路6将视频信号转换为数字信号。

由于通过光电转换和数字信号转换的图像捕获处理是以预定的周期重复进行，因此得到的视频信号可以被充分认为是移动图像信号。

当然，为了在帧寄存器等中保留结果数字信号的需要，图像捕获处理可以只进行一次，使得视频信号完全可以作为静止图像而使用。

然后，经数字转换的视频信号施加于图像信号处理器7。

然而，通过视频信号呈现的图像包括拱形失真，这是由于光学系统的光轴L倾斜所导致的光学失真，使得即使置于稿件基座2上的文档为正方形，被捕获的文档的形状也会被扭曲成为梯形，如图3的参考符号X所示。实际上，置于图2B中的稿件基座2的右手侧的文档的一边对应于图3中梯形X的短边，而文档的另一边对应图3中梯形X的长边。

从视频信号转换的数字信号首先被读入图像信号处理器7的失真校正处理单元7a。这时，CPU 8基于有关光学系统的当前焦距的信息搜索ROM 9中的数据表，以读取对应于当前焦距的拱形失真校正所需的参数，该参数要传递到失真校正处理单元7a。作为响应，失真校正处理单元7a使用对应于当前焦距的拱形失真校正参数执行拱形失真校正处理，以对由于相机单元4的光学系统的光轴L倾斜所造成的光学失真进行拱形失真校正。

失真校正处理被看作是“变形命令”，例如，已在商业使用的图像处理使用程序中的“透视方法”，并被设置为允许用户通过输入参数数值而自由确定校正的幅度。因此，省略对处理本身的算法的描述。

当前的焦距较短时，即，当光学系统的变焦透镜变焦到短焦距时，将呈现出较大的失真，需要根据前述的参数对图像进行强校正。相反，当前焦距较长时，即，当光学系统的变焦透镜变焦到长焦距时，将呈现出较小的失真，需要根据前述的参数对图像进行弱校正。

通过失真校正处理，如图3中参考符号X所示的失真为梯形的该图像将被恢复成原始形状，如图3中参考符号X’所示，失真校正处理以类似于插值的方法插入或删除图像数据。

然后，通过前述方法校正了失真的图像将被读入图像处理单元7b。类似于失真校正处理单元7a，图像处理单元7b使用从CPU 8传递的参数，即，对应于当前焦距的失真校正参数，执行失真校正处理以对图像可能存在的失真进行校正。

由于失真校正处理早已作为“过滤效果”而为人们了解，例如，已在商业使用的图像处理使用程序中的“夹断(pinch)”。因此，将省略对于处理算法本身的描述。当前焦距较短时，即，当光学系统的变焦透镜被变焦到短焦距时，将呈现桶形失真，需要根据前述的参数将桶形变形为矩形。相反，当前焦距较长时，即，当光学系统的变焦透镜被变焦到长焦距时，将呈现枕形失真，需要根据前述的参数将枕形变形为矩形。

当光学系统的当前焦距完全符合设计时将失真最小化的中等焦距时，忽略失真校正处理，或者将校正量设置为零来执行失真校正处理。

图3中参考符号X所示的图像是相机单元4在失真被最小化的中等焦距捕获的图像，但是，即使该图像是使用变焦透镜的短焦范围或者长焦范围捕获的，导致桶形或者枕形失真，前述的失真校正处理一般也都可以消除该失真。

在消除了拱形失真，即由于光学系统的光轴L倾斜导致的梯形失真，以及如上所述的依赖于光学系统焦距所产生的大部分桶形或枕形失真后，得到的视频信号将由信号输出装置D/A转换电路10转换为模拟信号，并作为输出信号施加于诸如投影仪或者电视监视器这样的显示设备上，使得适当的图像完全没有拱形失真或者失真地被投影。

当诸如投影仪或者电视监视器这样的显示设备支持数字信号时，不需要D/A转换电路10，在这种情况下，图像信号处理器7另外提供了最终信号输出装置的功能。

前述实施例是联系相机单元4说明的，相机单元4具有基本为矩形的框架，并且偏离稿件基座2的中心而框架保持与稿件基座2的相应边平行，如图2A和2B所示。另外，即使当相机单元4的位置沿对角线向后移动使得得到的图像失真成为菱形时，失真的图像也可以通过具有前述实施例中描述的构造的文档相机而校正。

而且，即使在打开光源5打开以照亮稿件基座2上的文档时，从文档表面反射的规则反射光L’在与光源5及相机单元4偏离稿件基座2的中心的方向相反的方向上传播。因此，规则反射光不会直接影响相机单元4的光学系统，使得即使有光泽的纸质也可以用作文档，这有可能避免由于引入来自光源5的规则反射光而破化图像，例如光晕等。

这个导致消除了用于防止光晕、光斑、幻象等的高级涂层技术的需要，并且消除了用于对变焦透镜的整个焦距范围进行完全校正失真的高级光学设计的需要，因此方便的缩减了整个文档相机的制造成本。

代替图像信号处理器7的失真校正处理单元7a的失真校正功能，相机单元4的光学系统本身可以移动或倾斜，以与通过大格式相机的透镜相同地实现减小或消除失真，然而这种情况下，需要复杂的引导机制和驱动机制以移动或倾斜光学系统。因此，通过软件处理来消除失真是更经济的。

本发明的文档相机中，用于捕获文档的图像捕获装置位于稿件基座上方偏离其中心位置的侧部区域中，使得即使当使用者更换稿件基座上的文档或为了解释而指向文档时，图像捕获装置也不会被文档相机的使用者的头或者手干扰，而实现平稳操纵。

当为了照明文档而提供光源时，光源置于文档捕获装置附近，使得光源发出光的规则反射光不会直接影响图像捕获装置的光学系统。因此，即使有光泽的纸用作文档，也有可能避免由于引入来自光源的规则反射光而破化图像，例如光晕等，从而产生精确的图像。

进一步，由于在图像捕获装置和信号输出装置间提供了图像信号处理器，以对成像设备捕获的图像进行失真校正，所以可以对于“对角影像”产生的失真对图像进行校正，从而产生合适的图像。

特别的，图像信号处理器拥有拱形失真校正功能，以校正由于光学系统光轴相对于稿件基座倾斜所形成的光学失真，使得本发明的文档相机可以适当地校正将大大影响图像精确性的梯形失真，产生良好的图像。

此外，由于图像信号处理器拥有校正因子调整功能，以根据光学系统的焦距的变化改变校正因子，从而根据可能包含变焦透镜的光学系统的焦距中的变化，即根据强调远景和压缩远景实现了适合于光学系统的特定焦距的失真校正。

而且，由于图像信号处理器进一步拥有失真校正功能，用于校正随光学系统焦距变化而变化的失真，本发明的文档相机可以对由焦距决定的桶形或枕形失真进行校正，以产生更加准确的图像。

然而，应该理解的是，虽然本发明的特点和优点在前文已经叙述，但是其陈述只是说明性的，在不脱离所附权利要求的前提下可以对各部分的排列作出改动。

Claims (6)

1.一种文档相机，包括用于在其上放置要捕获的文档的稿件基座、用于捕获位于稿件基座上的文档以产生移动图像信号的图像捕获装置、以及用于将移动图像信号传递到外部的信号输出装置，其特征在于：

所述图像捕获装置具有集成于其中的成像设备与光学系统；以及

所述图像捕获装置放置于所述稿件基座上方偏离所示稿件基座中心的位置。

2.根据权利要求1的文档相机，进一步包括光源，其置于所述图像捕获装置附近，用于照亮所述稿件基座上的文档。

3.根据权利要求1或2的文档相机，进一步包括图像信号处理器，其在所述图像捕获装置与所述信号输出装置间，用于校正由所述成像设备所捕获的图像的失真。

4.根据权利要求3的文档相机，其中所述图像信号处理器包括拱形失真校正功能，用于校正由所述光学系统的光轴相对于所述稿件基座的倾斜而导致的光学失真。

5.根据权利要求4的文档相机，其中所述图像信号处理器进一步包括校正因子调整功能，用于根据所述光学系统的焦距变化而改变校正因子。

6.根据权利要求4或5的文档相机，其中所述图像信号处理器除了所示拱形失真校正功能，还包括失真校正功能，用于校正随所述光学系统的焦距变化而变化的失真。

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