CN215934925U - 一种文件扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种文件扫描装置，该装置由一个图像摄取及处理单元和一个机械单元构成。前者包括摄像头和图像处理计算模块，负责完成待扫描文件的拍摄和图像优化处理，获得清晰的文件扫描图像；后者包括上托盘、文件托盘、底部托盘、连接固定上托盘和底部托盘的四根立杆，以及连接固定文件托盘和底部托盘的两组机械连杆，所述机械连杆可以通过螺杆调节屈伸，实现文件托盘的升降；机械单元负责提供图像摄取及处理单元的承载、待扫描文件的放置，以及图像摄取及处理单元与待扫描文件之间距离的调节。所述图像摄取及处理单元可以是一台智能手机。通过实施本发明，可低成本完成文件扫描功能，摆脱文件扫描对扫描仪或高端打印机的依赖。

Description

一种文件扫描装置

技术领域

本发明涉及文件扫描装置，尤其涉及利用智能手机和机械结构完成文件扫描存档功能的装置。

背景技术

通常，人们使用扫描仪或带扫描功能的打印机进行文件扫描。打印机的复印功能也是以扫描功能为基础，先将文件扫描成电子图片，然后打印出来即为复印件。但是，扫描仪和带扫描功能的打印机价格昂贵，普通家庭或小企业很少配备，而人们在日常生活中常常需要随时随地对一些重要文件、证件进行扫描存档，或者在线提交电子扫描件/复印件，这就造成人们诸多不便。

另一方面，人们日常使用的智能手机已经具备很好的拍照功能,其中央处理器和专用图形处理器(CPU和GPU)也具备强大的计算能力。如能充分利用智能手机的拍照和计算能力，配合以简单的机械装置，即可通过拍照加后期图形处理完成日常使用的文件扫描功能，获得文件的电子版图片，方便存档和网络传输。

中国专利CN107295212A提出一种文件扫描用智能手机拍照扫描装置，包括放置待扫描书本文件的托台、立状支架以及支架上端设置的悬置状水平支撑臂，支撑臂前端设置手机夹持装置，如此使得手机与下端文件托台保持平行，提高扫描图像质量。该专利专注于设计支持多台手机同时使用的立状支架和水平支撑臂机械结构，但是其通过支撑臂前端夹具固定手机的方式因用户手机的多样性而仍显操作复杂。并且该专利也未考虑到使用手机近距离拍摄平面文件总是会在边缘处产生一定的图像畸变，这是由光学摄像头成像机理决定的，并非保证摄像头轴线与文件托台垂直就可以避免。更何况在扫描书本时，页面本身在边缘就是弯曲的，手机所摄制的图像必然产生畸变。对于这些问题该专利没有提出解决方案。另外，对于如何便捷调整手机与托台距离该专利也未具体描述，只是简单提及水平支撑臂可上下调节高度。

本发明根据上述用户需求提出一种文件扫描装置，具有成本低、使用方便、扫描效果好的特点。

发明内容

本发明提出一种文件扫描装置，该装置由一个图像摄取及处理单元和一个机械单元构成，其中：

图像摄取及处理单元包括摄像头和图像处理计算模块，负责待扫描文件的拍摄和图像优化处理，获得清晰的文件扫描图像；

机械单元包括上托盘、文件托盘、底部托盘、连接固定上托盘和底部托盘的四根立杆，以及连接固定文件托盘和底部托盘的两组机械连杆，所述机械连杆可以通过螺杆调节屈伸，实现文件托盘的升降；

机械单元负责提供图像摄取及处理单元的承载固定、待扫描文件的放置，以及图像摄取及处理单元与待扫描文件之间距离的调节。

上述连接固定文件托盘和底部托盘的两组机械连杆之间通过横轴连接固定，中层两根横轴中部开有内螺纹通孔，所述调节机械连杆屈伸的螺杆穿过所述内螺纹通孔，旋转螺杆完成所述机械连杆的收缩或伸展，使得固定其上的文件托盘随之上下移动。

所述图像摄取及处理单元固定在上托盘中部，其摄像头通过上托盘中部的通孔可向下摄取图像；文件托盘边缘印刷有取景提示色带，内部印刷有放置文件位置的虚线框。

所述上托盘上安装有滑动导轨，在滑动导轨上安装有可承载台，其上边沿与所述通孔下边沿平齐，承载台可沿滑轨左右移动，所述图像摄取及处理单元固定在所述承载台上，其摄像头通过上托盘中部的通孔可向下摄取图像。

所述上托盘上的承载台由电机驱动，所述调节机械连杆伸缩的螺杆也由电机驱动，所述电机由各自的驱动电路控制其转向和转动角度；所述图像摄取及处理单元进一步包括一个控制及无线接口模块，所述电机驱动电路通过一个无线接口模块连接图像摄取及处理单元，接收后者的控制指令，根据指令输出相应的电机驱动信号。

所述图像摄取及处理单元通过以下步骤自动获取清晰的文件图像：

摄像头摄取下方文件托盘上的待扫描文件图像，截取边缘图像与预存的所述取景提示色带图像进行比对；

如相似度未超过阈值，则通过无线接口模块发出控制指令，通过相应电机驱动电路控制电机转动方向和角度，使得上托盘上的承载台左右移动，文件托盘上下移动，直至上述比对图像的相似度超过阈值；

自动调节摄像头光圈、焦距，摄取图像，然后通过优化处理获得最终的文件扫描图像，所述图像优化处理包括确定图像边缘、对图像边缘弯曲变形部分进行校正、裁减图像边缘之外的无效部分。

所述上托盘底部安装有LED灯带，通过无线接口单元接收图像摄取及处理单元的控制指令，完成开关动作。

所述图像摄取及处理单元是一台智能手机，所述无线接口模块是蓝牙通信模块。

实施本发明可低成本实现文件扫描复印功能，获得清晰的文件扫描图像，摆脱对昂贵的扫描仪或具备扫描功能的高档打印机的依赖。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一个实施例的正视图。

图2是本发明实施例的侧视图。

图3是本发明实施例的顶视图。

图4是本发明实施例中文件托盘的顶视图。

图5是本发明另一个实施例的正视图。

图6是本发明实施例中智能手机内扫描应用的功能框图。

图7是本发明装置使用流程。

图8是本发明另一个实施例的顶视图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1是本发明一个实施例沿Y轴方向的正视图，其中上托盘S2和下部底盘S4固定在左右支撑杆S1上，形成一个上下结构的机械装置；中间部位是文件托盘S3，通过机械连杆装置S5固定在下部底盘S4上；机械连杆装置S5可通过旋转螺杆S6调节屈伸，从而带动文件托盘S3上下移动；使用时智能手机S7置于上托盘S2中部，其摄像头通过S2上的孔槽可拍摄位于文件托盘S3上的文件，完成文件“扫描”功能。

图1中看到的支撑杆S1位于(X，0，Z)平面，在它们后面(X，L，Z)平面处还有另两根支撑杆S1，其中L为该机械装置前后两组支撑杆沿Y轴方向的距离。同样，用于托举文件托盘S3的机械连杆装置S5也有前后两组，两组之间通过横轴固定，如图2的侧视图所示。在中间层的两根横轴中部，开有内螺纹通孔，调节螺杆S6沿X轴穿过前后两根横轴，旋转螺杆S6可带动左右两组机械连杆装置S5收缩或伸展，实现文件托盘上下移动的功能。

上述机械装置的顶视图如图3所示，可明显看出上下左右共四根支撑杆S1，上托盘S2固定在四根支撑杆上，S2的中部开有矩形孔槽S21，智能手机S7放置在上托盘S2中部，调节位置可将手机背面的主摄像头置于孔槽中间，处于正视下方文件托盘S3的位置。

文件托盘S3的顶视图如图4所示，其中虚线框为文件放置位置，在托盘的四个边缘，印刷有取景提示色带S31，色带使用明亮色系，方便在使用智能手机拍摄文件托盘S3上放置的文件时调节托盘沿Z轴的高度和手机沿X轴的左右位置。

上述实施例中，文件托盘的高度调节通过手动旋转螺杆S6实现。本领域技术人员很容易理解，基于相同的思路，通过电机驱动，加上齿轮传动机构，同样可以转动调节螺杆S6实现文件托盘的升降调节。图5给出了这一实施例的正视图，其中S51为传动齿轮组，相互咬合的两个齿轮分别固定在调节螺杆S6和电机S52的转动轴上，S52为可双向转动的直流电机。直流电机S52安装固定在下部底盘S4正面，调节螺杆S6侧下方。安装于下部底盘S4背面的控制电路S53包括电源单元、驱动电路单元和接口单元。电源单元可设计成电池供电或外部供电方式；可选择4个功率元件组成的H桥开关电路或使用一个双刀双掷的继电器来控制电流方向，从而实现电机双向驱动；接口单元输出电机驱动信号，同时通过蓝牙模块实现与智能手机的通信连接，接收后者的控制指令并转化为对电机驱动电路的输出控制，实现从智能手机对电机正向、反向转动以及转动时间的控制。

此外，如图5中所示，在上托盘S2的背面，可安装LED灯带S22，实现对文件托盘S3正面的充分照明，使得智能手机S7对位于文件托盘S3上面待扫描文件的拍摄成像清晰。该LED灯带S22同样可由上述控制电路S53中的接口单元输出控制信号控制其开关状态，而接口单元通过蓝牙模块接收智能手机的指令，实现从智能手机对LED灯带的开关控制。

上述智能手机S7中运行文件扫描应用软件，其功能框图如图6所示。其中用户UI模块在手机屏幕上提供用户使用和操作界面，包括成像显示区、摄像头操控按钮、LED灯带开关按钮、文件托盘S3升降按钮、确认保存扫描图像等；用户操控LED灯带开关或文件托盘S3升降时，LED灯带控制或文件托盘升降控制模块将UI模块获取的用户操作动作按照预先定义的操控指令格式转换成控制指令，通过蓝牙通信模块发送给位于下部底盘S4背面的控制电路S53，由后者的接口单元输出控制信号实现对LED灯带开关以及电机的运行控制；用户操控摄像头时，如调节焦距、光圈、选择摄像模式等，摄像头控制模块通过调用手机操作系统提供的摄像头操控API实现相应的摄像头操控功能，并将摄像头获取的影像展现在UI成像显示区；用户确认保存扫描图像时，图像处理模块将对摄像头拍摄的图像进行优化处理，包括确定图像边缘、对图像边缘弯曲变形部分进行校正、裁减图像边缘之外的无效部分。

图7给出了本发明装置的实际使用步骤，首先将待扫描文件放置在文件托盘S3上面虚线框内，将智能手机置于上托盘S2中部，使其背面主摄像头对准S2中部孔槽S21；开启智能手机内的文件扫描应用，在图像显示区观察手机摄像头摄取的当前图像，旋转调节螺杆S6升降文件托盘，使得文件托盘S3沿Y轴上下边缘的取景提示色带S31刚好进入手机摄像头的取景框；然后左右调整手机位置，使得文件托盘S3沿X轴左右边缘的取景提示色带S31也刚好进入手机摄像头的取景框；此时可以通过文件扫描应用UI界面操作按钮拍摄文件图像，该应用将自动完成聚焦、光圈调节、拍摄、保存并做进一步优化处理，最后获得清晰完整的扫描结果。

上述实施例中手机位置的调节是为了适应各种手机摄像头位置的不同，该调节通过手动平移手机完成。本领域技术人员容易理解，通过下述方案即可实现手机位置的自动调节：在上托盘S2上增加一个如图8所示的手机承载台S23，通过两段平行滑轨S24固定在上托盘S2上，再辅以电机驱动，所述手机承载台S23就可以沿着所述滑轨S24左右滑动；同样的，所述驱动电机可以由一个驱动电路控制转动方向和转动角度，对应着手机承载台S23的移动方向和移动距离；而所述驱动电路通过一个蓝牙通信单元接收并执行来自智能手机S7的控制指令。从而，放置在所述手机承载台S23上的智能手机S7可以通过蓝牙通信模块控制相应电机驱动电路完成自身位置的左右移动，以及文件托盘S3的上下移动。因此，基于上述手机位置和文件托盘位置的自动调节功能，结合图像处理算法，可以实现全自动的文件扫描流程：

首先，将待扫描文件放置在文件托盘S3的虚线框内，将智能手机置于上托盘S2上面的手机承载台S23上，使其背面主摄像头对准S2中部孔槽S21；

然后开启智能手机内的文件扫描应用，该应用将自动驱动文件托盘S3上下移动，直至文件托盘S3沿Y轴上下边缘的取景提示色带S31刚好进入手机摄像头的取景框；自动驱动手机承载台S23左右移动，使得文件托盘S3沿X轴左右边缘的取景提示色带S31也刚好进入手机摄像头的取景框；

最后，自动完成聚焦、光圈调节、拍摄、保存并做进一步优化处理，获得清晰完整的扫描结果。

上述取景提示色带S31是否刚好进入摄像头取景框，可以通过图像处理算法自动判定。例如，截取取景框边缘图像，与预存的取景提示色带S31图像进行比对，相似度超过阈值时认为此时取景提示色带S31正好位于取景框边缘。

本领域的技术人员应该理解，虽然上述实施例以智能手机为例说明文件扫描系统的构成，但并不构成对此的特别限定，实际上基于相同的发明构思，任何一种具备摄像功能、图像处理能力的电子设备或元件组合配合本发明所述机械装置均可完成同样的功能。此外，图5中所示的LED照明灯带同样可以应用于图1所示的机械装置中；所述文件托盘S3上指示文件放置位置的虚线框可以设计成多个同心矩形，不同大小矩形对应不同尺寸文件，如A5、A4、A3等，以方便不同大小文件的扫描需求。在扫描较小尺寸文件时，上述自动调节取景范围的判断依据可以调整为以相应虚线框进入取景框为准。

不脱离本发明的范围和构思，上述文件扫描装置可以做出多种改变和变形。本发明的范围由所附权利要求书确定。

Claims (8)

1.一种文件扫描装置，其特征在于，该装置由一个图像摄取及处理单元和一个机械单元构成，其中：

图像摄取及处理单元包括摄像头和图像处理计算模块，负责待扫描文件的拍摄和图像优化处理，获得清晰的文件扫描图像；

机械单元包括上托盘、文件托盘、底部托盘、连接固定上托盘和底部托盘的四根立杆，以及连接固定文件托盘和底部托盘的两组机械连杆，所述机械连杆可以通过螺杆调节屈伸，实现文件托盘的升降；机械单元负责提供图像摄取及处理单元的承载固定、待扫描文件的放置，以及图像摄取及处理单元与待扫描文件之间距离的调节。

2.根据权利要求1所述的文件扫描装置，其特征在于，所述连接固定文件托盘和底部托盘的两组机械连杆之间通过横轴连接固定，中层两根横轴中部开有内螺纹通孔，所述调节机械连杆屈伸的螺杆穿过所述内螺纹通孔，旋转螺杆完成所述机械连杆的收缩或伸展，使得固定其上的文件托盘随之上下移动。

3.根据权利要求1或2所述的文件扫描装置，其特征在于，所述图像摄取及处理单元固定在上托盘中部，其摄像头通过上托盘中部的通孔可向下摄取图像；文件托盘边缘印刷有取景提示色带，内部印刷有放置文件位置的虚线框。

4.根据权利要求1所述的文件扫描装置，其特征在于，所述上托盘上安装有滑动导轨，在滑动导轨上安装有承载台，承载台可沿滑动导轨左右移动，所述图像摄取及处理单元固定在所述承载台上，其摄像头通过上托盘中部的通孔可向下摄取图像。

5.根据权利要求4所述的文件扫描装置，其特征在于，所述上托盘上的承载台由电机驱动，所述调节机械连杆伸缩的螺杆也由电机驱动，所述电机由各自的驱动电路控制其转向和转动角度；所述图像摄取及处理单元进一步包括一个控制及无线接口模块，所述电机驱动电路通过一个无线接口模块连接图像摄取及处理单元，接收后者的控制指令，根据指令输出相应的电机驱动信号。

6.根据权利要求4所述的文件扫描装置，其特征在于，所述图像摄取及处理单元通过以下步骤自动获取清晰的文件图像：

1)摄像头摄取下方文件托盘上的待扫描文件图像，截取边缘图像与预存的取景提示色带图像进行比对；

2)如相似度未超过阈值，则通过无线接口模块发出控制指令，通过相应电机驱动电路控制电机转动方向和角度，使得上托盘上的承载台左右移动，文件托盘上下移动，直至上述比对图像的相似度超过阈值；

3)自动调节摄像头光圈、焦距，摄取图像，然后通过优化处理获得最终的文件扫描图像，优化处理包括确定图像边缘、对图像边缘弯曲变形部分进行校正、裁减图像边缘之外的无效部分。

7.根据权利要求4或5任一项所述的文件扫描装置，其特征在于，所述上托盘底部安装有LED灯带，通过无线接口模块接收图像摄取及处理单元的控制指令，完成开关动作。

8.根据权利要求7所述的文件扫描装置，其特征在于，所述图像摄取及处理单元是一台智能手机，所述无线接口模块是蓝牙通信模块。

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