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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Scannen großformatiger Scan-Vorlagen mit einer dynamischen Maßstabskorrektur zur Laufzeit, mittels eines Scanners der Bilderfassungselemente zur Abtastung der Scan-Vorlage aufweist, wobei die Bilderfassungselemente aus wenigstens zwei kaskadenförmig angeordneten, wenigstens einen Überlappungsbereich aufweisenden Sensorelementen gebildet sind, bei denen mittels eines Stitching-Verfahrens die Bildinformationen in dem wenigstens einem Überlappungsbereich der Bilderfassungselemente zusammengesetzt werden, wobei der wenigstens eine Überlappungsbereich innerhalb eines Suchbereiches nach Bildinformationen durchsucht wird.
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Derartige Scan-Verfahren dienen insbesondere der Abtastung sowohl in Breite als auch Länge großformatiger Scan-Vorlagen, bei denen der Anlagebereich des Scanner-Systems kürzer als die zu verwendenden Scan-Vorlagen ist.
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Großformatige Scanner-Systeme transportieren die zu scannende Dokumenten-Vorlage mittels Transportwalzen an einem Bilderfassungselemente oder Bildsensor vorbei. Dabei können durchgehende Bilderfassungselemente, beispielsweise Contact Image Sensoren (CIS), Verwendung finden, welche die komplette Scan-Breite abdecken. Derartige großformatige Scanner-Systeme sind beispielsweise in der
DE 10 2009 011 945 B4 beschrieben. Für eine maßstabsgetreue Abbildung der Scan-Vorlage muss sichergestellt sein, dass die Zeilenfrequenz des Bildsensors jederzeit synchron zur Transportgeschwindigkeit ist. Die Rotationsgeschwindigkeit der Transportwalzen ist beim Einsatz von Schrittmotoren oder Encodern hinreichend genau bekannt. In der Praxis kommt es jedoch durch mechanische Toleranzen (Walzendurchmesser etc.) und insbesondere durch Schlupf beim Dokumenttransport zu Abweichungen der Transportgeschwindigkeit vom Sollwert. Insbesondere bei schweren Dokumenten und/oder Dokumenten mit glatter Oberfläche kann es vermehrt zu Schlupf kommen, da die Transportmechanik gegen die Gewichtskraft des Dokuments arbeiten muss, zumal bei großformatigen Scan-Vorlagen, die größer als DIN A 3 sind, i. d. R. der Anlagebereich des Scanners deutlich kürzer ist als das Dokument, so dass dieses senkrecht nach unten hängt. Auch kleine Wellen oder Knicke in der Scan-Vorlage können zu Fehlern führen. Erschwerend kommt hinzu, dass die Transportgeschwindigkeit, d. h. die Durchlaufgeschwindigkeit der Scan-Vorlage, hierdurch auch während eines Scan-Vorgangs geringfügigen Schwankungen unterlegen sein kann.
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Das Problem der Abweichungen der Transportgeschwindigkeit vom Sollwert beispielsweise bedingt durch Schlupf beim Dokumententransport lässt sich bekannterweise durch die Verwendung von Korrekturfaktoren lösen. Dazu kann der Benutzer global einen festen Korrekturfaktor einstellen. Es ist aber auch möglich, für jeden Scan-Vorgang individuell einen Korrekturfaktor vorzugeben. Auch können verschiedenen Medientypen bestimmte Korrekturfaktoren zugewiesen werden, die dann manuell vor jedem Scan-Vorgang anzuwählen sind. Durch den Korrekturfaktor wird dann die Zeilenfrequenz oder die Motorgeschwindigkeit beeinflusst und korrigiert. Dies ist jedoch für den Benutzer sehr aufwendig und fehleranfällig, da er diese Korrekturfaktoren für die verschiedenen Dokumentarten ermitteln und bei jedem Scan-Vorgang auch anwenden muss. Außerdem lassen sich damit Schwankungen der Transportgeschwindigkeit während des Scan-Vorgangs nicht ausgleichen.
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Allgemein bekannt ist in einem großformatigen Scanner-System auch der Einsatz mehrerer nebeneinander kaskadenförmig überlappend angeordneter Bildsensoren oder Sensorelemente, wie Zeilensensoren bspw. kleine CIS oder CCD. Die verwendeten CIS-Bildsensoren werden in hohen Stückzahlen für kleinformatige Scanner-Systeme (DIN A 3 oder DIN A 4) im Office Bereich eingesetzt und sind somit kostengünstig.
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Die kaskadenförmige Anordnung, auch als sogenannte Zickzack-Ausrichtung bekannt, ist notwendig, um ein durchgehendes Scan-Bild über die komplette Scan-Breite zu erzielen. Die Bilddaten der einzelnen Bildsensoren werden zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Der Versatz bzw. die Überlappung der einzelnen Bildsensoren in x- und y-Richtung wird über geeignete Softwareverfahren, beispielsweise sogenannte Stitching-Verfahren, korrigiert, um ein durchgehendes Scan-Bild zu erhalten.
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Neben Scan-Verfahren, die mit statisch konfigurierten Überlappungsbereichen arbeiten, gibt es Verfahren, welche die Verschiebung zur Laufzeit dynamisch anhand der Bildinformationen ermitteln.
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In der
WO 2012/146358 A2 ist beispielsweise ein derartiges Scan-Verfahren für ein großformatiges Scanner-System beschrieben, das kaskadenförmig, mit Überlappungsbereichen angeordnete Bilderfassungselemente zur Abtastung einer großformatigen Scan-Vorlage aufweist, bei dem mittels eines Stitching-Verfahrens die Bildinformationen in den Überlappungsbereichen der Bilderfassungselemente zusammengesetzt werden, wobei die Überlappungsbereiche innerhalb eines Suchbereiches nach Bildinformationen durchsucht werden, mittels Texturerkennung innerhalb des festgelegten Suchbereiches der Scan-Vorlage, Wertung der Informationsdichte in der erkannten Textur zur Bestimmung eines Maßes für den Texturgehalt, Wichtung der Informationsdichte in Abhängigkeit von dem Maß für den Texturgehalt der erkannten Textur, Detektion von kongruierenden Bildelementen innerhalb des festgelegten Suchbereiches der Scan-Vorlage, Ermittlung einer gewichteten Abweichung für jeden Messpunkt aus der von der Textur abgeleiteten Wichtung und der ermittelten Abweichung jeder Messung, Bestimmung eines gewichteten Mittelwerts der Abweichungen aus diesen gewichteten Abweichungen und aus diesem gewichteten Mittelwert der Abweichung von Verschiebungswerten zur Korrektur der Lage der versetzten Bildelemente berechnet werden, so dass diese Bildelemente in Übereinstimmung gebracht werden.
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Aus der
WO 2012/041389A1 ist ein Verfahren zur 2-D-Kalibrierung der Ausrichtung von Bildsensoren für einen Scanner bekannt, die eine Scan-Vorlage bereichsweise überlappend abtasten, wobei jeder ein zweidimensionales Bild erfasst. Zur Bestimmung der Verschiebung in zwei Richtungen oder Dimensionen werden beide Bilder miteinander korreliert.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, bei einem Scan-Verfahren der eingangs genannten Art auf einfache Weise eine Maßstabskorrektur durchzuführen, bei der Fehler durch Abweichungen der Transportgeschwindigkeit vom Sollwert, weil beispielsweise Transportgeschwindigkeit und Zeilenfrequenz wegen Schlupf nicht synchron sind, automatisch korrigiert und Schwankungen der Transportgeschwindigkeit während des Scan-Vorgangs beispielsweise durch Bewegung des Papiers und/oder Schlaufenbildung ausgeglichen werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:
S1 Ermittlung von Verschiebungswerten für jede Bildzeile des zusammengesetzten Bildes und jeden Überlappungsbereich in Laufrichtung,
S2 Vergleich der Verschiebungswerte mit einem Sollwert zur Bestimmung einer relativen Abweichung für jede Bildzeile und
S3 Skalierung der Bildinformationen bzw. der Bildsignale proportional zur Abweichung der Verschiebungswerte vom Sollwert.
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Dadurch kann man auf einfache Weise eine Maßstabskorrektur durchführen, bei der Fehler durch Abweichungen der Transportgeschwindigkeit vom Sollwert bedingt beispielsweise durch asynchrone Transportgeschwindigkeit und Zeilenfrequenz wegen Schlupf automatisch korrigiert und Schwankungen der Transportgeschwindigkeit während des Scan-Vorgangs beispielsweise durch Bewegung des Papiers und/oder Schlaufenbildung ausgeglichen werden.
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Erfindungsgemäß kann bei der Ermittlung von Verschiebungswerten gemäß Verfahrensschritt S1 die von einem Stitching-Verfahren ermittelten Verschiebungswerte (V) genutzt werden, um die nachfolgende dynamische Maßstabskorrektur zur Laufzeit durchzuführen.
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In vorteilhafter Weise kann zur Ermittlung von Verschiebungswerten gemäß Verfahrensschritt S1 ein Mittelwert aus allen Verschiebungswerten der Überlappungsbereiche gebildet werden.
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Erfindungsgemäß kann der Sollwert aus dem physikalischen Abstand zwischen vorderem und hinterem Sensorelement, insbesondere durch Kalibrierung bestimmt oder fest vorgegeben werden.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Skalierung gemäß Verfahrensschritt S3 durch Weglassen von Bildzeilen gemäß Verfahrensschritt S3a oder Verdoppeln von Bildzeilen gemäß Verfahrensschritt S3b als Bildskalierung oder alternativ durch Korrektur der Zeilenfrequenz oder der Motorgeschwindigkeit erfolgt.
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Für jede Bildzeile kann auch jeweils ein Verschiebungswert ermittelt werden, wenn bei der Ermittlung von Verschiebungswerten gemäß Verfahrensschritt S1 nur für jede n-te Bildzeile ein Verschiebungswert bestimmt und durch Interpolation der n Verschiebungswerte ein Verschiebungswert für jede Bildzeile abgeleitet wird.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zur Ermittlung von Verschiebungswerten gemäß Verfahrensschritt S1 der Abstand in Bildzeilen zwischen dem Passieren der Scan-Vorlage am jeweiligen vorderen und hinteren Sensorelement bestimmt wird.
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Erfindungsgemäß kann der Verfahrensschritt S1 folgende Schritte aufweisen:
S1.1 Texturerkennung innerhalb des festgelegten Suchbereiches der Scan-Vorlage,
S1.2 Wertung der Informationsdichte in der erkannten Textur zur Bestimmung eines Maßes für den Texturgehalt,
S1.3 Wichtung der Informationsdichte in Abhängigkeit von dem Maß für den Texturgehalt der erkannten Textur,
S1.4 Detektion von kongruierenden Bildinformationen innerhalb des festgelegten Suchbereiches der Scan-Vorlage,
S1.5 Ermittlung einer gewichteten Abweichung für jeden Messpunkt aus der von der Textur abgeleiteten Wichtung und der ermittelten Abweichung jeder Messung,
S1.6 Bestimmung eines gewichteten Mittelwerts der Abweichungen aus diesen gewichteten Abweichungen und
S1.7 Berechnung aus diesem gewichteten Mittelwert der Abweichung von Verschiebungswerten (V) zur Korrektur der Lage der versetzten Bildelemente, so dass diese Bildelemente in Übereinstimmung gebracht werden.
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In vorteilhafter Weise kann der festgelegte Suchbereich gemäß Schritt S1.1 zu Beginn der Abtastung der Scan-Vorlage in seiner Größe veränderbar, insbesondere vergrößerbar sein.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Scanner mit Bilderfassungselement und Reflektorwalze,
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2 ein Scanner mit kaskadenförmig angeordneten Sensorelementen,
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3 Verfahrensschritte eines Stitching-Verfahrens für den großformatige Scanner,
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4 die erfindungswesentlichen Verfahrensschritte zur automatischen Maßstabskorrektur für den großformatigen Scanner und
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5 eine Verfeinerung der erfindungswesentlichen Verfahrensschritte zur automatischen Maßstabskorrektur gemäß 4.
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In der 1 ist ein Scanner 1 mit einem Bilderfassungselement 2 dargestellt, vor dem eine Glasscheibe 3 angeordnet ist. Gegen diese Glasscheibe 3 wird eine Scan-Vorlage 4 durch eine Reflektorwalze 5 mittels Federn 6 gedrückt. Die Federn 6 greifen dabei kraftmäßig an Seitenbereichen 7 der Reflektorwalze 5 an und drücken damit die Reflektorwalze 5 gegen die Scan-Vorlage 4. Die Seitenbereiche 7 der Reflektorwalze 5 sind mit seitlichen Anschlägen versehen, die einen größeren Durchmesser aufweisen als der Mittenbereich 8 der Reflektorwalze 5. Dadurch bildet sich zwischen der Reflektorwalze 5 und der Glasscheibe 3 im Mittenbereich 8 ein Spalt 9, der eine definierte Größe aufweist, die eine optimale Anlage der Scan-Vorlage 4 an der Glasscheibe 3 sicherstellt. Zum Anderen sorgt der Spalt 9 im Mittenbereich 8 der Reflektorwalze 5 für genügend Raum für die Scan-Vorlage 4.
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In der 2 ist das Bilderfassungselement 2 bestehend aus vier zum Scannen einer großformatigen Scan-Vorlage 4 kaskaden- oder zickzackförmig angeordneten Sensorelementen 11 bis 14 in Aufsicht dargestellt. Jedem Sensorelemente 11 bis 14 ist eine nicht angetriebene Reflektorwalze 5 mit im Mittenbereich 8 gegenüber den Seitenbereichen 7 reduziertem Durchmesser zugeordnet. Der Scan-Vorlage 4 ist ein Suchbereich 10 zugeordnet, in dem mittels eines Stitching-Verfahrens nach Bildinformationen durchsucht wird, um die durch Geschwindigkeitsschwankungen während des Transports der Scan-Vorlage 4 unter den kaskadenförmig angeordneten Sensorelementen 11 bis 14 auftretenden, unkontrollierbaren, nicht linearen Informationsverschiebungen zu eliminieren.
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Die Ausgangssignale der Bilderfassungselemente 2 werden bekannterweise einer Verarbeitungsschaltung zugeführt, die eine Zusammensetzung der Bildsignale bewirkt. Beim erfindungsgemäßen Scan-Verfahren wird dabei ein adaptives Stitching-Verfahren mit dynamischen Korrekturalgorithmen eingesetzt, das anhand der 3 nachfolgend beschrieben wird.
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Anhand der
3 wird nun der Verfahrensablauf für den großformatigen Scanner
1 wie er in
2 schematisch dargestellt ist näher erläutert. Dabei werden mittels eines Stitching-Verfahrens die Bildinformationen in einem Überlappungsbereich
15 der Sensorelemente
11 bis
14 zusammengesetzt, wobei der Überlappungsbereich
15 innerhalb eines Suchbereiches
10 nach Bildinformationen durchsucht wird, wie dies beispielsweise in der
WO 2012/146358 A2 näher beschrieben ist.
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In einem ersten Verfahrensschritt S1.1 wird eine Texturerkennung innerhalb des festgelegten Suchbereiches 10 der Scan-Vorlage 4 durchgeführt. In der erkannten Textur erfolgt in einem zweiten Verfahrensschritt S1.2 eine Wertung der Informationsdichte zur Bestimmung eines Maßes für den Texturgehalt. Daraus resultiert in einem dritten Verfahrensschritt S1.3 eine Wichtung der Informationsdichte in Abhängigkeit von dem Maß für den Texturgehalt der erkannten Textur.
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Gleichzeitig wird gemäß einem Verfahrensschritt S1.4 eine Detektion von kongruierenden Bildelementen innerhalb des festgelegten Suchbereiches 10 der Scan-Vorlage 4 durchgeführt. Mit diesen Werten wird in einem Verfahrensschritt S1.5 eine Ermittlung einer gewichteten Abweichung für jeden Messpunkt aus der von der Textur abgeleiteten Wichtung und der ermittelten Abweichung jeder Messung durchgeführt. Aus diesen gewichteten Abweichungen erfolgt in einem Verfahrensschritt S1.6 eine Bestimmung eines gewichteten Mittelwerts der Abweichungen aus diesen gewichteten Abweichungen für jeden Bildpunkt.
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Aus diesem gewichteten Mittelwert der Abweichungen resultiert gemäß einem Verfahrensschritt S1.7 eine Berechnung von Verschiebungswerten zur Korrektur der Lage der versetzten Bildelemente, so dass diese Bildelemente in Übereinstimmung gebracht werden.
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In der 4 sind die erfindungswesentlichen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Scan-Verfahrens mit automatischer Maßstabskorrektur für den großformatigen Scanner 1 dargestellt. In einem Verfahrensschritt S1 erfolgt eine Ermittlung von Verschiebungswerten beispielsweise gemäß den Verfahrensschritten S1.1 bis S1.7.
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Diese Verschiebungswerte V werden in einem Sollwertvergleich gemäß Verfahrensschritt S2 klassifiziert und anschließend aufgrund dieses Sollwertvergleichs eine Skalierung der Bildinformationen bzw. Bildsignale proportional zur Abweichung der Verschiebungswerte vom Sollwert gemäß Verfahrensschritt S3 durchgeführt.
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Die für den Sollwertvergleich gemäß Verfahrensschritt S2 erforderlichen Vergleichsdaten, die Sollwerte S, werden in einem Verfahrensschritt S4 ermittelt, in dem der physikalische Abstand zwischen vorderem und hinterem Sensor; bspw. durch Kalibrierung ermittelt oder fest vorgegeben werden.
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Die 5 zeigt nun eine Verfeinerung der erfindungswesentlichen Verfahrensschritte zur automatischen Maßstabskorrektur für den großformatigen Scanner 1 gemäß 4. In dem Verfahrensschritt S1 erfolgt die Ermittlung von Verschiebungswerten V, die beispielsweise gemäß den Verfahrensschritten S1.1 bis S1.7 durchgeführt werden kann.
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Der in dem Verfahrensschritt S2 durchgeführte Sollwertvergleich führt zu drei unterschiedlichen Vergleichsergebnissen und damit zu verschiedenen Aktionen. Sind die Verschiebungswerte V größer als der Sollwert S (V > S), dann wird der Verfahrensschritt S3a, das Weglassen oder Unterdrücken von Bildzeilen, durchgeführt. Sind die Verschiebungswerte V kleiner als der Sollwert S (V < S), dann wird mit Verfahrensschritt S3b eine Zeilenverdopplung veranlasst. Sind die Verschiebungswerte V und der Sollwert S gleich (V = S), dann werden die Bildinformationen bzw. Bildsignale unverändert belassen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Maßstabskorrektur nutzt die von einem Stitching-Verfahren ermittelten Verschiebungswerte, um eine dynamische Maßstabskorrektur zur Laufzeit durchzuführen.
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Die eingangs beschriebenen dynamischen Stitching-Verfahren ermitteln für jede Bildzeile des zusammengesetzten Bildes und jeden Überlappungsbereich 15 einen Verschiebungswert in Laufrichtung, der den Abstand in Bildzeilen zwischen dem Passieren des Dokuments, der Scan-Vorlage 4, am jeweiligen vorderen und hinteren Sensorelement 11 bis 14 angibt. Ermittelt das Stitching-Verfahren nur für jede n-te Bildzeile einen Verschiebungswert, kann durch Interpolation der Verschiebungswerte ein Verschiebungswert für jede Zeile abgeleitet werden. Bei mehreren Überlappungsbereichen 15 bildet das neue Verfahren zunächst einen Mittelwert aus allen Verschiebungswerten der Überlappungsbereiche 15. Durch den Sollwertvergleich S2 mit dem physikalischen Abstand zwischen vorderem und hinterem Sensorelement 11 bis 14 als Sollwert, der bspw. durch Kalibrierung ermittelt oder fest vorgegeben wurde, bestimmt das neue Verfahren für jede Bildzeile die relative Abweichung.
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Eine Abweichung vom Sollwert kann dabei beispielsweise zwei Ursachen haben:
- – Transportgeschwindigkeit und Zeilenfrequenz nicht synchron (Schlupf etc.)
- – der Dokumentabschnitt (Bildzeile) hat den Weg zwischen vorderem und hinterem Sensor nicht auf kürzester Strecke zurückgelegt. Dies kann durch Bewegung des Papiers und/oder Schlaufenbildung erfolgen.
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Wenn durch die Mechanik sichergestellt werden kann, dass das Dokument im Mittel zwischen vorderem und hinterem Sensorelement 11 bis 14 einen gleich langen Weg, bspw. die kürzeste Strecke, zurücklegt, kann das Verfahren mit einer geeignete Filterung, beispielsweise gleitender Durchschnitt oder gleitender gewichteter Mittelwertbildung, der ermittelten Abweichungen der Zeilen, die Maßstabsabweichung näherungsweise ermitteln und durch eine Skalierung des Bildes, beispielsweise durch Weglassen S3a bzw. Verdoppeln S3b von Bildzeilen, korrigieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scanner
- 2
- Bilderfassungselement
- 3
- Glasscheibe
- 4
- Scan-Vorlage
- 5
- Reflektorwalze
- 6
- Federn
- 7
- Seitenbereiche
- 8
- Mittenbereich
- 9
- Spalt
- 10
- Suchbereich
- 11
- erstes Sensorelement
- 12
- zweites Sensorelement
- 13
- drittes Sensorelement
- 14
- viertes Sensorelement
- 15
- Überlappungsbereich
- S1 bis S4
- und
- S1.1 bis S1.7
- Verfahrensschritte
- S
- Sollwert
- V
- Verschiebungswerte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009011945 B4 [0003]
- WO 2012/146358 A2 [0008, 0031]
- WO 2012/041389 A1 [0009]
