CN2766473Y - 光纤多路传像的图像光电扫描技术 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光电扫描新技术，在成像面至光电传感器之间，以具有挠性可弯曲并且可分成多路的光纤束组成封闭式光路，光纤束的输入端接收被扫描图像的光信号，光纤束的另一端为输出端，将被扫描图像的光信号点对点的输出至光电传感器的感光面上。光纤传像消除了各种几何失真和色彩失真，抗灰尘抗霉变，抗结雾抗震动。同时可根据需要在输出端分为N路，将整幅图像分割为N个局部，分别由N个光电传感器同时以并行处理的形式完成光电转换。能在使用现有技术水平的光电传感器时，获得更高的扫描分辨率和更快的扫描速度，并有利于降低成本。本实用新型能应用在各种以图像光电扫描技术为工作原理的光电设备中。

Description

光纤多路传像的图像光电扫描技术

技术领域

本技术涉及一种图像光电处理扫描技术领域，以光纤束组成的封闭式光路取代现有技术中的开放式光路，光纤束在输出端分为N路，将整幅图像分割为N个局部，由N个光电传感器同时以并行处理的形式完成光电转换。

背景技术

现有的扫描仪等图像光电扫描技术中，图像扫描的光信号需要经过多面折镜和透镜组成的光路，才能从被扫描物传输到光电传感器(CCD或CMOS等)。这种由折镜和透镜组成的开放式光路不仅容易受到外界污染，而且容易产生几何畸变和色差等图像失真。同时由于现有技术的局限，图像只能是以整幅方式连续扫描的，所以图像的光电转换只能由1片三色光电传感器或3片单色光电传感器完成。受传感器性能的限制，扫描分辨率越高，扫描速度就越慢。

发明内容

为了克服现有光电扫描技术在提高分辨率和提高扫描速度之间的矛盾，本技术提供一种新型光电扫描技术，该技术以光纤束组成的封闭式光路，并且光纤束在输出端分为N路，将整幅图像分割为N个局部扫描，每个局部都由一路光纤束将光信号传输至一个光电传感器，N个光电传感器同时并行完成光电转换。

本技术解决其技术问题所采用的方案是：扫描时在光源的照射下，被扫描物反射回来的图像光信号被光纤束的输入端接收。光纤束是由M根平行并列的光纤组成的线阵列，以下在本文中统称为光纤线阵列。以A4版面的平面扫描仪为例，光纤线阵列一端的横截面为输入端，接收被扫描图像的反射光，例如副扫描(扫描平台的宽度)方向上最高分辨率为2400dpi，扫描平台宽度为8.5英寸，则光纤输入端按扫描仪最高分辨率时扫描平台像素之间的点距，沿扫描平台宽度平行排列为一线阵列，每英寸长度上有2400根光纤，光纤总数量M＝2400×8.5＝20400根。输入端相邻两根光纤中心之间的点距d_in＝25.4/2400dpi＝10.58(微米)，光纤的直径D应小于d_in，才能平行排列为一线阵列。

光纤线阵列的另一端为输出端，将被扫描图像的光信号输出至光电传感器的感光面上。在输出端，光纤线阵列分割为N路，扫描图像也因此分割为N个局部。在每路光纤线阵列的输出端和一个光电传感器的感光面以透明胶质粘合为一体，N路光纤线阵列就有N个光电传感器。每根光纤输出端的横截面都对准光电传感器上相对应的一个感光像素，准确的传输和转换图像光信号的每个扫描像素。光纤输出端相邻两根光纤中心之间的点距为d_out，和光电传感器上相邻两个感光像素中心之间的点距相同排列。光纤的直径D应小于d_out，光纤之间才能平行并列。每根光纤的排列位置和顺序不能出现混乱，使图像光信号中每个像素都按正确的空间位置和时间顺序在扫描后还原。由于光纤具有挠性，各个光电传感器的安装方向选择性很大，并可安置在密封体中，避免杂光的干扰。

由于扫描图像时扫描平台的尺寸远大于光电传感器的尺寸，所以光纤线阵列输入端的点距d_in也远大于输出端的点距d_out。当光纤的直径为固定值时，如果输入端光纤之间的点距d_in太大，则扫描图像输入时每个像素上的光信号只有部分被光纤接收，使光信号的利用率下降，造成输出的扫描电信号信/噪比和图像扫描质量下降。因此，在设计中正确选择光纤的直径，采用感光像素尺寸大的光电传感器和增大光纤线阵列分路的数量N，能使光纤线阵列输入端的点距d_in和输出端的点距d_out相近，形成良好的光耦合，提高图像光信号的利用率，提高图像的信/噪比和扫描质量。

N个光电传感器同时处理N个局部图像的光电转换，在相同的时钟频率下并行工作，再通过并/串转换电路，将N个光电传感器同时输出的局部图像电信号组合成整幅图像电信号。

在平面扫描仪中使用本技术时，和现有技术一样，光纤线阵列组成的封闭式光路也是安装在滑动小车上，依靠步进伺服电机驱动滑动小车在滑轨上沿主扫描(扫描平台长度)方向的移动，完成对整幅图像的扫描。

在滚筒式扫描仪中使用本技术时，和现有技术一样，光纤线阵列组成的封闭式光路也是固定不动的，依靠步进伺服电机驱动滚筒旋转，沿主扫描(扫描滚筒圆周)方向的移动，完成对整幅图像的扫描。

以上所述是采用三色光电传感器的方案，和现有技术一样，光纤多路传像的平面扫描仪也可以采用单色光电传感器的方案，其不同之处在于：当采用单色光电传感器时，因为每个扫描像素分为G、B、R三路单色光信号，所以每个扫描像素需要3根光纤分别传输三种不同的单色光信号。在相同的扫描分辨率和扫描平台尺寸条件下，采用单色光电传感器方案时，

光纤的数量是采用三色光电传感器方案的3倍，光电传感器的数量也是采用三色光电传感器方案的3倍，共有3M根光纤传输光信号至3N个单色光电传感器完成光电转换。

本技术比较现有图像扫描技术，具有以下主要特点：

1.扫描质量高，性能稳定。

光纤传像取代了现有技术光路中多面折镜和透镜，消除了由此造成的图像失真和色彩失真。光纤传像是封闭式光路，和开放式光路相比，抗灰尘、抗霉变、抗结雾、抗震动。

2.分辨率和扫描速度提高，成本降低。

由N个高集成度的光电传感器同时工作，能在利用现有电子元件的条件下，大幅提升扫描仪的分辨率。多个光电传感器并行处理的形式，提高了扫描速度。N个中低档的光电传感器等效为一个高档的光电传感器工作，有利于降低成本。

3.适用性强，灵活多变。

本技术不仅可以使用在平面扫描仪上和滚筒式扫描仪上，而且可以使用在其它可以用光电扫描技术工作的设备上(电子分色机、传真机、复印机、数码照像机、数码摄像机等)。可以根据所需要的扫描分辨率和制造成本，选择N路光纤线阵列的N值和光电传感器的像素数量，使产品在性能和成本之间灵活定位。可以使用面阵列光电传感器(Array image sensor)取代现有技术的线阵列光电传感器(Linear image sensor)，使设计有更大的灵活性。要保证各像素之间的位置和时序不发生错误，在光纤的输出端必须按面阵列形式正确排列。

附图说明

下面结合附图和实施例对本技术的工作原理进一步说明。这项在A4版面的平面扫描仪上实施本技术的实例，采用了单色光电传感器方案。

此实施例的图纸和说明并不构成对本技术实施的限制。

附图是本技术实施例的结构侧视简图。图中(1)扫描仪玻璃平台，(2)滑动小车，(3)光纤线阵列，(4)被扫描物，(5)光源，(6)光电传感器，(7)挠性导线，(8)电路板。

具体实施方式

扫描仪玻璃平台(1)下方的滑动小车(2)上，安装光纤线阵列(3)，光纤线阵列共有3个，分别传输图像扫描的G、B、R单色光信号。光纤线阵列输入端的光纤按固定间距排成一行，粘合为一体，尽量接近扫描平台上的被扫描物(4)。

在本项实施实例中，分别传输图像扫描的G、B、R单色光信号的这3个光纤线阵列的输入端在扫描平台下沿主扫描(扫描平台长度)方向排成三行。当扫描仪开始扫描工作时，光源(5)照射扫描仪平台上的被扫描物，反射的图像光信号通过3个光纤线阵列输入端，传输至各个光电传感器(6)。每个光纤线阵列在输出端分为N路，本实例中N＝3，将图像分割为3个局部，每个局部由3个光电传感器同时并行处理。

3个光纤线阵列分别传输图像扫描的G、B、R单色光信号，在输出端共分为3N路，3N＝3×3＝9，共有9路，共有9个光电传感器在同时并行工作，完成光电转换处理。每个光电传感器上感光像素的数量和每路光纤线阵列输出端的数量相同，每路光纤线阵列输出端的点距d_out和每个光电传感器上感光像素的点距相同。

以传输G(绿色)光信号这路光纤线阵列为例：

图像扫描时输入光纤线阵列的是全色光信号，传输至处理G(绿色)光信号的3个光电传感器，传感器是线阵列形式。光纤线阵列的输出端和光电传感器的感光面之间有滤色膜层，阻挡了光纤中除了G(绿色)光信号之外的其它光信号进入光电传感器。光纤线阵列的输出端和光电传感器的感光面以透明胶粘合为一体，形成了封闭式光路。3个光电传感器同时工作，以并行处理的形式高速工作，完成G(绿色)光信号的光电转换。

其它两路传输B(蓝色)、R(红色)光信号的光纤线阵列结构和工作原理，与上述传输G(绿色)光信号这路光纤线阵列相同。只是在输出端和光电传感器的感光面之间的滤色膜层滤色特性不同。

光源、3个光纤线阵列和所有的光电传感器及A/D电路等均安装在滑动小车上，依靠步进伺服电机驱动滑动小车在滑轨上沿主扫描(扫描仪长度)方向的移动，完成对整幅图像的光学扫描。光电传感器输出的信号经A/D转换为数字信号，经由一列挠性导线(7)从移动的滑动小车传输到固定的电路板(8)上，通过并/串转换和图像处理后从接口输出，完成对整幅图像的电子扫描。在整个扫描过程中，各电路在统一的时钟频率下工作，保证信号的时序同步无误。

Claims (2)

1.一种图像光电扫描技术，其特征在于由M根平行并列的光纤组成的光纤线阵列在扫描平台和光电传感器之间传递光信号，光纤线阵列由M根平行并列的光纤组成，每根光纤在输入端接受扫描图像中一个像素的全色光信号，在输出端和全色光电传感器上的一个相对应的感光像素点实现光耦合，光纤线阵列内光纤的数量M由扫描的尺寸和最高分辨率决定；光纤线阵列在输出端分为N路，每路的光纤数量为M÷N根，图像的一列光信号被分割为N个局部分别处理，每个局部的图像光信号各传输至一个光电传感器的感光面上，共N个光电传感器在同一时钟频率下以并行处理的形式完成光电转换。

2.根据权利要求1所述的光电扫描技术，其特征在于共有3个由M根平行并列的光纤组成的光纤线阵列在扫描平台和光电传感器之间传递光信号，3个光纤线阵列分别传递绿色G、蓝色B和红色R的单色光信号，由于每个扫描像素需要3根光纤分别传输绿色G、蓝色B和红色R这3路单色光信号，每个扫描像素需要3个相对应的单色感光像素点，在扫描尺寸和分辨率相同的条件下，所需光纤数量和光电传感器的数量是上述全色光电传感器方案的3倍，共有3M根光纤传输光信号和3N个单色光电传感器完成光电转换。