DE10357245B4

DE10357245B4 - Optischer Bildscanner mit beweglichem Kalibrierungsziel

Info

Publication number: DE10357245B4
Application number: DE10357245A
Authority: DE
Inventors: Kurt E. Fort Collins Spears
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2023-12-09
Also published as: GB2400768A; US20040207886A1; GB2400768B; GB0407048D0; US7433097B2; DE10357245A1

Abstract

Verfahren, das folgende Schritte aufweist:
Bewegen eines Kalibrierungsziels derart, daß eine Photosensoranordnung ein durch das Kalibrierungsziel gestreutes Licht empfängt, und Erhalten erster Kalibrierungsdaten;
Bewegen des Kalibrierungsziels derart, daß die Photosensoranordnung ein von einem Dokument gestreutes Licht empfängt, und Erhalten erster Bilddaten, und Modifizieren der ersten Bilddaten mit den ersten Kalibrierungsdaten;
Bewegen des Kalibrierungsziels derart, daß die Photosensoranordnung ein von dem Dokument gestreutes Licht empfängt, und Erhalten zweiter Bilddaten, und Modifizieren der zweiten Bilddaten mit den zweiten Kalibrierungsdaten.

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Bildscanner.
Bildscanner, auch als Dokumentscanner bekannt, wandeln ein sichtbares Bild auf einem Dokument oder auf einer Photographie, oder ein Bild in einem transparenten Medium, in eine elektronische Form um, die zum Kopieren, Speichern oder Verarbeiten durch einen Computer geeignet ist. Ein Bildscanner kann eine separate Vorrichtung oder ein Bestandteil eines Kopiergerätes, ein Bestandteil eines Faxgerätes oder ein Bestandteil einer Mehrzweckvorrichtung sein. Reflektierende Bildscanner weisen üblicherweise eine gesteuerte Lichtquelle auf, und es wird Licht von der Oberfläche eines Dokuments durch Optiksystem und auf ein Array aus lichtempfindlichen Vorrichtungen reflektiert. Transparentbildscanner leiten Licht durch ein transparentes Bild, beispielsweise ein photographisches Positivdia, durch ein Optiksystem und daraufhin auf ein Array aus lichtempfindlichen Vorrichtungen. Das Optiksystem fokussiert mindestens eine Linie, Abtastlinie genannt, auf dem gerade gescannten Bild auf das Array aus lichtempfindlichen Vorrichtungen. Die lichtempfindlichen Vorrichtungen wandeln empfangene Lichtintensität in ein elektronisches Signal um. Ein Analog/Digital-Wandler wandelt das elektronische Signal in computerlesbare Binärzahlen um, wobei jede Binärzahl einen Intensitätswert darstellt.
Bei manchen Konfigurationen ist die Lichtquelle eine lange Röhre, die ein schmales Lichtband liefert, das sich zu jeder Kante des Dokumentes in einer Dimension, oder über die Kanten hinaus erstreckt. Bei Entladungslampen, beispielsweise Kaltkathodenleuchtstofflampen, ist die Intensität und Farbe eine Funktion der Leistung und Temperatur. Die Temperatur des Dampfes oder Gases und der Leuchtstoffe beein flußt indirekt die Intensität. Aufgrund von Wärmezeitkonstanten in der Lampe variieren Lichtintensität und Farbe, wenn eine solche Lampe zunächst eingeschaltet wird, dynamisch entlang der Länge der Röhre, bis sich die Gesamttemperatur der Lichtquelle stabilisiert.
Die für eine vollständige Stabilisierung erforderliche Zeit kann in der Größenordnung von vielen Minuten liegen. Bildscanner, die eine solche Lichtquelle verwenden, warten in der Regel, bis eine gewisse Stabilisierung stattgefunden hat, bevor sie das Dokument scannen, üblicherweise mindestens mehrere zehn Sekunden. Im allgemeinen verlängert eine solche Verzögerung jeden Scanvorgang um einen zusätzlichen Zeitraum. Computereingabe-/-ausgabegeschwindigkeiten haben sich verbessert, und die Leistungsfähigkeit von Scannern hat sich ebenfalls in dem Maße verbessert, wie die Scanzeit und die Computereingabe-/-ausgabezeit weniger als eine Lampenaufwärmzeit betragen kann. Da sich Scanzeiten verringern, gewinnt ein Verringern der Verzögerung aufgrund einer Lampenaufwärmung besonders an Bedeutung.
Zusätzlich zur Intensität ist eine Lampenaufwärmung wichtig für die Farbgenauigkeit. Das menschliche Auge enthält drei unterschiedliche Arten von Farbrezeptoren (-kegeln) die bezüglich Spektralbändern, die ungefähr rotem, grünem und blauem Licht entsprechen, empfindlich sind. Spezifische Empfindlichkeiten variieren von Mensch zu Mensch, jedoch wurde die durchschnittliche Empfindlichkeit für jeden Rezeptor quantifiziert und ist als der „CIE-Standard-Beobachter" bekannt. Eine genaue Reproduktion einer Farbe erfordert eine Lichtquelle, die in jedem der Spektralempfindlichkeitsbereiche der drei Typen von Rezeptoren im menschlichen Auge eine angemessene Intensität aufweist. Wenn man von einem Satz von Zahlenwerten für Photosensorempfindlichkeiten für ein Pixel, zum Beispiel rot, grün und blau, ausgeht, werden die Zahlen mathematisch in der Regel als ein Vektor behandelt. Der Vektor wird mit einer Farbtransformationsmatrix multipliziert, um einen unterschied lichen Satz von Zahlen zu erzeugen. Allgemein kompensieren die Koeffizienten in der Farbtransformationsmatrix Unterschiede zwischen der Empfindlichkeit von Photosensoren und der Empfindlichkeit des CIE-Standard-Beobachters, und die Koeffizienten in der Matrix können eine Kompensation des Spektrums der Beleuchtungsquelle umfassen. Siehe beispielsweise U. S.-Patent Nr. 5,793,884 und U. S.-Patent Nr. 5,753,906 . Eine beispielhafte Ausgabe der Matrix ist ein Satz von Koordinaten in dem CIE-L·A·B·-Farbraum. Üblicherweise sind Matrixkoeffizienten feststehend und werden unter Verwendung einer stabilen Lichtquelle in einer einmaligen Werkskalibrierung erhalten. Bei feststehenden Matrixwerten wird in der Regel angenommen, daß das Spektrum der Lichtquelle entlang der Länge der Lampe konstant ist und während des Scanvorgangs konstant ist. Dementsprechend ist es üblich, vor dem Scannen abzuwarten, bis sich die Lampe stabilisiert, um sicherzustellen, daß das Spektrum der Beleuchtung nahe dem in den Matrixwerten angenommenen Spektrum ist.
Es gibt bisher viele Ansätze, eine Lampenaufwärmzeit zu berücksichtigen oder die Lampenaufwärmzeit zu verringern. Bildscanner können einfach in einem offenen Regelkreis eine den schlimmsten Fall darstellende Lampenaufwärmzeit lang warten, bevor sie einen Scanvorgang einleiten. Als eine Alternative zu einem Warten in einem offenen Regelkreis lassen manche Bildscanner die Lampe kontinuierlich an. Leuchtstofflampen für Bildscanner arbeiten mit einer relativ geringen Leistung, so daß eine kontinuierliche Nutzung nicht viel Leistung verschwendet, jedoch sind Kunden über die Verschwendung von Leistung und eine mögliche verringerte Lebensdauer besorgt.
Bei manchen Bildscannern wird die Lampe warmgehalten, ohne kontinuierlich eingeschaltet zu sein. Bei manchen Bildscannern wird die Lampe beispielsweise während langer Inaktivitätszeiträume jede Stunde periodisch einige Minuten lang eingeschaltet (siehe U. S.-Patent Nr. 5,153,745 ). Bei man chen Scannern ist die Lampe von einer Heizdecke umgeben (bis auf eine Öffnung für eine Lichtemission), die die Lampe kontinuierlich warm hält (siehe U. S.-Patent Nr. 5, 029, 311 ).
Als eine weitere Alternative übersteuern manche Bildscanner die Lampe anfänglich, um die Aufwärmzeit zu verringern (siehe U. S.-Patent Nr. 5,907,742 ; siehe auch U. S.-Patent Nr. 5,914,871 ). Bei 742 wird der Lampenstrom auch zwischen einzelnen Scanvorgängen auf einem niedrigen Pegel aufrechterhalten, um die Lampe warmzuhalten.
Ein weiterer Ansatz besteht darin, während des Aufwärmens einen Lampenparameter zu überwachen und ein Scannen zu verzögern, bis der Parameter stabil ist. Siehe beispielsweise U. S.-Patent Nr. 5,336,976 , bei dem eine an die Lampe gelieferte Leistung überwacht wird und ein Scannen verzögert wird, bis sich die Leistung stabilisiert.
Auch bei einer warmen Lampe variiert die Intensität entlang der Länge der Lampe. Insbesondere ist bei einer warmen Lampe die Mittelregion der Lampe in der Regel heller als die Enden der Lampe. Reflektierende Dokumentenscanner und Kopiergeräte weisen üblicherweise eine transparente Auflageplatte auf, auf der ein Dokument zum Scannen plaziert wird. Reflektierende Dokumentenscanner und Kopiergeräte weisen üblicherweise entlang einer Abtastlinienabmessung, in der Regel entlang einer Kante der unteren Oberfläche der Auflageplatte, ein Kalibrierungsziel (auch als Kalibrierungsstreifen bezeichnet) in einer feststehenden Position auf. Dieses Kalibrierungsziel wird verwendet, um eine Empfindlichkeitsschwankung einzelner Photosensoren (Ungleichmäßigkeit der Photoempfindlichkeit oder PRNU; PRNU = photoresponse non-uniformity) und eine Schwankung der Lichtintensität entlang der Länge der Abtastlinie zu kompensieren. Siehe beispielsweise U. S.-Patent Nr. 5,285,293 .
PRNU ist ein Maß des Ausgangssignals jedes Photosensors im Vergleich zu der erwarteten Spannung für ein bestimmtes angestrebtes Kalibrierungsziel und eine bestimmte angestrebte Lichtquelle. Der Kalibrierungsvorgang kompensiert mindestens vier verschiedene Faktoren: (1) ungleichmäßige Photosensorempfindlichkeit, (2) ungleichmäßige Beleuchtung, (3) Cosinus-Vierter-Abfall von Licht in einem Winkel bezüglich der optischen Achse einer Linse, und (4) Verunreinigung in dem optischen Weg (beispielsweise Staub auf einer Linse oder anderen optischen Komponenten). Während eines Scanvorgangs sind der erste, dritte und vierte Faktor in der Regel konstant. Der zweite Faktor kann während eines Scanvorgangs variieren, wenn sich die Lampentemperatur nicht stabilisiert hat. Der Hauptbelang der vorliegenden Patentschrift ist der variable zweite Faktor, jedoch umfaßt der PRNU-Kalibrierungs- und Kompensationsprozeß auch eine Kalibrierung und Kompensation der anderen Faktoren.
1 (Stand der Technik) veranschaulicht ein Beispiel eines Systems zum Durchführen einer PRNU-Kompensation während eines Scannens. Es ist nicht beabsichtigt, daß 1 buchstäblich ein bestimmtes System darstellt, sondern soll statt dessen die ausgeführten Kompensationsfunktionen veranschaulichen. In 1 überträgt ein Photosensorarray 100 Ladungen an ein Ladungsschieberegister 102. Ladungen werden von dem Ladungschieberegister 102 seriell verschoben und zu Spannungen umgewandelt. Die sich ergebenden Spannungen laufen durch einen Summierübergang 104 zu einem Verstärker 106. Ein Prozessor 110 weist einen zugeordneten Speicher 108 auf. Ausgangssignale von dem Verstärker 106 werden durch einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 116 für ein Lesen durch den Prozessor 110 umgewandelt. Digitale Ausgangssignale aus dem Prozessor 110 werden durch Digital/Analog-Wandler (D/A-Wandler) 112 und 114 umgewandelt. Vor einem Scannen werden Ausgangssignale aus den Photosensoren 100 ohne eine Belichtung gemessen, um ein thermisches Rauschen (auch als Dunkel-Rauschen bezeichnet) zu messen. Die sich ergebenden digitalen Dunkel-Rauschen-Werte werden in dem Speicher 108 gespeichert. Ebenfalls vor einem Scannen werden die Photosensoren 100 mit Licht von einem Kalibrierungsziel belichtet, und die sich ergebenden digitalen Werte werden verwendet, um Verstärkerverstärkungswerte zu berechnen, die in dem Speicher 108 gespeichert sind. Im wesentlichen stellen die Verstärkerverstärkungswerte sicher, daß die Ausgangssignale des Verstärkers nach einer Kompensation für alle Photosensoren identisch sind, wenn das Kalibrierungsziel betrachtet wird. Während des Scannens werden dann gespeicherte Dunkel-Rauschen-Werte durch den D/A-Wandler 112 zu Spannungen umgewandelt, und die sich ergebenden Spannungen werden von entsprechenden Bildspannungen an dem Summierübergang 104 subtrahiert. Gespeicherte Verstärkerverstärkungswerte werden durch den D/A-Wandler 114 zu Spannungen umgewandelt, und die sich ergebenden Spannungen werden verwendet, um die Verstärkung des Verstärkers 106 zu steuern. Die sich ergebenden Bildspannungen, mit einem Rauschen-Versatz und einer Verstärkungskompensation, werden durch den A/D-Wandler 116 umgewandelt und werden daraufhin in der Regel an einen Hostcomputer oder an ein anderes Ziel zum Speichern, Drucken oder Transmittieren gesandt.
Wenn eine PRNU-Kalibrierung durchgeführt wird, während sich die Intensität der Lichtquelle immer noch dynamisch ändert, kann es zu einer ungenauen Sensorkalibrierung kommen. Obwohl die Intensität der Lichtquelle während des Großteils des Scanvorgangs stabil sein kann, sind die Sensoren aufgrund einer ungenauen anfänglichen Kalibrierung folglich während des gesamten Scanvorgangs ungenau. Dementsprechend ist es üblich, darauf zu warten, daß sich die Lampe stabilisiert, bevor die PRNU-Kalibrierung durchgeführt wird.
Auch nachdem die Lampe warm ist, kann eine gewisse Intensitätsschwankung über die Zeit vorliegen. Reflektierende Dokumentenscanner und Kopierer sehen üblicherweise auch ein zweites Kalibrierungsziel entlang einer Kante der Auflage platte in der Richtung der Scanbewegung vor. Dieses zweite Kalibrierungsziel wird verwendet, um eine Schwankung der Lampenintensität während eines Scanvorgangs zu kompensieren. Im wesentlichen wird angenommen, daß, sobald die Lampe warm ist, die relative Intensitätsschwankung entlang der Länge der Lampe konstant ist, so daß es ausreichend ist, die Intensität in der Nähe eines Endes der Lampe zu messen. Siehe beispielsweise U. S.-Patent Nr. 5,278,674 . Es ist auch bekannt, die Farbe der Lampe (wiederum lediglich in der Nähe eines Endes) zum Zwecke einer Verstärkungskompensation zu überwachen. Bei Scannern, die einen sich bewegenden Wagen aufweisen, wobei sich die Lampe in dem sich bewegenden Wagen befindet, ist es ferner bekannt, zum Zwecke einer Intensitätsüberwachung an einem Ende der Lampe, an dem sich bewegenden Wagen einen kleinen Vorsprung vorzusehen. Siehe U. S.-Patent Nr. 6,028,681 . Desgleichen ist es für einen in der Hand haltbaren Scanner bekannt, in dem Scanner, in der Nähe der Enden der Lichtquelle, kleine Intensitätskalibrierungsbereiche vorzusehen, und der gesamte Scanner bewegt sich relativ zu einem gerade gescannten Dokument. Siehe U. S.-Patent Nr. 5,995,243 .
Bei der US-Patentanmeldung US 2002/0159124 A1 ein Scanner ein Kalibrierungsziel auf, während eines Scanvorgangs kontinuierlich für ein Photosensorarray sichtbar ist. Falls sich die Lampe beispielsweise in einem sich bewegenden Wagen befindet, kann das Kalibrierungsziel auf dem sich bewegenden Wagen sein. Zumindest ein separates Array aus Photosensoren wird verwendet, um die Intensität der Beleuchtung entlang des Kalibrierungsziels während eines Scanvorgangs kontinuierlich zu überwachen.
Bei der US-Patentanmeldung US 2002/0100863 A1 führt ein Scanner vor einem Scannen eine anfängliche Kalibrierung in bezug auf die Lampenintensität durch, und führt nach dem Scannen eine abschließende Kalibrierung bezüglich der Lampenintensität durch. Unter Verwendung von Kalibrierungswerten, die durch ein Interpolieren zwischen den anfänglichen Kalibrie rungswerten und den abschließenden Kalibrierungswerten berechnet werden, wird zumindest eine gewisse Kompensation durchgeführt, nachdem das Scannen abgeschlossen ist.
Bei der US-Patentanmeldung US 2002/0159124 A1 überwacht ein separates Array aus Photosensoren während des Scannens direkt die Lampe.
Es besteht weiterhin ein Bedarf daran, die mit einer Lampenaufwärmung verbundene Verzögerung zu verringern und während des Scannens eine PRNU-Kalibrierung, Intensitätskompensation und Farbkompensation zu liefern.
Aus der JP 6-37979 A ist bereits ein Bildscanner mit einer Lichtquelle, einer Dokumentenführung für die Halterung eines Dokuments und zwei Weißreferenzbaugliedern sowie einem Bildsensor bekannt.
Eines der Weißreferenzbauglieder ist gegenüber der Dokumentenführung beweglich angeordnet und kann in dem Strahlengang zwischen der Quelle und dem Bildsensor bewegt werden, um eine erste Weißreferenz zu erzeugen. Im Strahlengang hinter der Dokumentenführung liegt das zweite Weißreferenzbauglied.
Aufgrund Messungen der beiden Weißreferenzen kann ermittelt werden, ob Fremdpartikel, wie beispielsweise Staub oder Schmutz, auf einem der Weißreferenzbauglieder oder dem Bildsensor abgelagert sind, um der Bedienungsperson einen Hinweis auf die erforderliche Reinigung des Gerätes zu geben.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bildscanner und ein Verfahren zu schaffen, bei denen das Scannen eines Dokumentes schon dann begonnen werden kann, wenn sich das Licht der Lichtquelle noch nicht stabilisiert hat.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und einen Bildscanner gemäß Anspruch 2 gelöst.
Ein Scanner weist ein Kalibrierungsziel auf, das vorzugsweise im wesentlichen die gesamte Breite der Abtastlinie beträgt und das während eines Scanvorgangs vor die Abtastlinie bewegt werden kann. Eine Vollfarben-Kalibrierung kann während des Scannens durchgeführt werden, ohne das Erfordernis eines getrennten Arrays aus Photosensoren. Das Scannen kann beginnen, sobald die Lampe ausreichendes Licht zum Scannen liefert, ohne darauf zu warten, daß sich die Lampe stabilisiert. Es ist nicht notwendig, die Lampe eingeschaltet zu lassen oder die Lampe warmzuhalten.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 (Stand der Technik) ein Blockdiagramm eines Systems zur Verstärkungskompensation während des Scannens;
2A ein vereinfachtes Querschnittsblockdiagramm eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Scanners mit einem beweglichen Kalibrierungsziel, bei dem das bewegliche Kalibrierungsziel positioniert ist, um ein Bildscannen zu ermöglichen;
2B den Scanner der 2A, wobei das Kalibrierungsziel für eine Kalibrierung positioniert ist;
2C eine Draufsicht des Scanners der 2A;
3A ein vereinfachter Querschnitt eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Kalibrierungsziels mit einer aktiven Positionssteuerung;
3B einen vereinfachten Querschnitt eines alternativen exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Kalibrierungsziels mit einer aktiven Positionssteuerung;
3C einen vereinfachten Querschnitt eines alternativen exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Kalibrierungsziels mit einer aktiven Positionssteuerung;
3D einen vereinfachten Querschnitt eines alternativen exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Kalibrierungsziels mit einer aktiven Positionssteuerung;
4A einen vereinfachten Querschnitt eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines sich drehenden Kalibrierungsziels, wobei das sich drehende Kalibrierungsziel für ein Scannen positioniert ist;
4B das Ausführungsbeispiel der 4A, wobei das sich drehende Kalibrierungsziel für eine Kalibrierung positioniert ist;
5A einen vereinfachten Querschnitt eines Scanners, der ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines Kalibrierungsziels veranschaulicht, bei dem eine Position durch eine Richtung der Wagenbewegung gesteuert wird;
5B den Scanner der 5A, bei dem das Kalibrierungsziel für eine Kalibrierung positioniert ist;
5C eine Draufsicht eines Teils des Scanners der 5A; und
6 ein Flußdiagramm eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Kalibrierung und zum Scannen unter Verwendung eines beweglichen Kalibrierungsziels.
Bei 2A ist ein Dokument 200 mit der Vorderseite nach unten auf einer transparenten Auflageplatte 201 eines Scanner positioniert. Ein optischer Kopf 202 (auch als Wagen bekannt) umfaßt eine Lichtquelle 204, ein Stablinsenarray 206 und eine Photosensoranordnung 208. Lichtstrahlen von der Lichtquelle 204 werden diffus entlang einer oder mehrerer Abtastlinien auf der Vorderseite des Dokuments durch das Stablinsenarray gestreut und werden durch das Stablinsenarray auf die Photosensoranordnung fokussiert. Ein Kalibrierungsziel 210 ist beweglich. Bei 2A ist das Kalibrierungsziel positioniert, um ein Scannen des Dokuments zu ermöglichen. Bei 2B wurde das bewegliche Kalibrierungsziel 210 so positioniert, daß durch die Photosensoranordnung 208 empfangenes Licht ein von dem Kalibrierungsziel gestreutes Licht ist. Es ist nicht notwendig, daß das Kalibrierungsziel 210 genau auf die Photosensoranordnung 208 fokussiert ist. Das Kalibrierungsziel 210 ist vorzugsweise grau oder weiß und weist vorzugsweise einen Luminanzfaktor auf, der einheitlich und bekannt ist.
2C veranschaulicht eine Draufsicht des Scanners der 2A, wobei das Dokument 200 entfernt ist. Eine Abtastlinie ist durch eine Linie auf dem Dokument definiert, das auf die Photosensoranordnung fokussiert ist, und für ein Stablinsenarray beträgt die Länge der Abtastlinie im wesentlichen die Länge des Stablinsenarrays. Man beachte, daß das Kalibrierungsziel 210, wie es in 2C veranschaulicht ist, im wesentlichen so lang wie eine Abtastlinie ist, wie durch die Länge des Stablinsenarrays 206 bestimmt wird. Das Kalibrierungsziel 210 muß nicht kontinuierlich sein und muß nicht so lang sein wie die Abtastlinie. Es ist jedoch vorzuziehen, daß das Kalibrierungsziel an einer ausreichenden Anzahl von Stellen eine Lampenintensität und Farbinformationen liefert, um jegliche Ungleichmäßigkeit der Intensität und Farbe entlang der Länge der Lichtquelle innerhalb der Länge der Abtastlinie zu charakterisieren. Für viele Lampen ist es insbesondere wichtig, zumindest in der Nähe eines Endes der Lampe und in der Region in der Nähe der Mitte der Lampe eine Überwachung durchzuführen.
In 2C ist ferner ein optionales Kalibrierungsziel 212 veranschaulicht. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, kann das optionale Kalibrierungsziel 212 verwendet werden, um während des Scannens eine Lichtintensität von einem Ende der Lampe zu überwachen. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, können Daten von dem Kalibrierungsziel 212 verwendet werden, um eine nicht-lineare Interpolation zu berechnen. Als Alternative zu dem Kalibrierungsziel 212 kann ein kleiner Vorsprung an dem optischen Kopf 202 verwendet werden, um Lichtintensität von einem Ende der Lampe während des Scannens zu überwachen, wie in der US-Patentschrift Nr. 6,028,681 gelehrt wird.
Ein Scannen kann durchgeführt werden, indem der optische Kopf 202 relativ zu dem Dokument bewegt wird, oder der optische Kopf kann stationär bleiben, und das Dokument kann relativ zu dem optischen Kopf bewegt werden. Für beide Konfigurationen wird vor dem Scannen das Kalibrierungsziel für eine Kalibrierung positioniert. Nachdem der Scanner Kalibrierungsdaten erhält, wird das Kalibrierungsziel anschließend positioniert, um ein Scannen zu ermöglichen. Dann kann, wann immer es notwendig ist (je nach der Lampenstabilität), das Scannen unterbrochen werden, kann das Kalibrierungsziel für eine Kalibrierung positioniert werden und kann die Kalibrierung wiederholt werden. Bei zwei Sätzen von Kalibrierungswerten können Kalibrierungswerte optional berechnet werden, indem zwischen einem ersten Satz von Kalibrierungswerten und einem zweiten Satz von Kalibrierungswerten interpoliert wird. Das Scannen kann beginnen, sobald die Lampe ausreichendes Licht zum Scannen liefert, ohne darauf zu warten, daß sich die Lampe stabilisiert. Es ist nicht notwendig, die Lampe eingeschaltet zu lassen oder die Lampe warmzuhalten. Es wird kein separates Photosensorarray benötigt, da dieselbe Photosensoranordnung 208 für Bilddaten und für Lichtquellenkalibrierungsdaten verwendet wird.
Die Konfiguration des in den 2A und 2B veranschaulichten optischen Kopfes 202 dient lediglich Beispielszwecken. Die Lichtquelle 204 weist in der Darstellung eine Lampe auf, es ist jedoch üblich, mehrere Lampen aufzuweisen. Ferner wird das Stablinsenarray 206 lediglich zu Veranschaulichungszwecken verwendet. Viele Scanner verwenden mehrere Spiegel, um den Lichtpfad in dem Wagen zu falten, bevor er eine eine Fokussierungslinsenanordnung durchläuft. Manche Scanner weisen sich bewegende Spiegel auf. Photosensorarrays weisen üblicherweise drei Reihen von Photosensoren auf, wobei eine Reihe rote Wellenlängen empfängt, eine Reihe grüne Wellenlängen empfängt und eine Reihe blaue Wellenlängen empfängt. Es gibt jedoch viele Variationen, beispielsweise liegt eventuell lediglich eine Reihe vor, es können mehr als drei Reihen vorliegen, zumindest eine Reihe kann weißes Licht empfangen, oder andere Farben können erfaßt werden. Bei manchen Scannern empfängt jede Reihe von Photosensoren Licht, das von einer anderen Abtastlinie gestreut ist. Bei Scannern, die Strahlteiler verwenden, empfangen alle Reihen von Photosensoren Licht von einer einzigen Abtastlinie.
Falls mehrere Reihen von Photosensoren vorliegen, wird vorzugsweise jede Reihe oder werden alle Reihen, die einem bestimmten Band von Wellenlängen zugeordnet ist bzw. sind, separat kalibriert. Falls sich dann die Lampenfarbe während des Scannens verändert, wird die Farbveränderung durch den Kalibrierungs- und Kompensationsvorgang für jede Reihe kompensiert, wie nachfolgend beschrieben wird.
Vor dem Scannen erhält der Scanner anfängliche PRNU-Kalibrierungsdaten, entweder von Kalibrierungsziel 210 oder von einem Kalibrierungsziel in einer feststehenden Position unter der Auflageplatte (nicht veranschaulicht). Bei einem Licht, das von dem Kalibrierungsziel, das auf das Photosensorarray fokussiert ist, gestreut ist, wird die sich ergebende Spannung von jedem Abbildungsphotosensor gemessen. Falls das Kalibrierungsziel 210 für eine anfängliche Kalibrierung verwendet wird, wird das Kalibrierungsziel 210 für ein Scannen positioniert, und ein Teil des Dokuments wird gescannt. Die anfänglichen Kalibrierungsdaten können, wie in 1 veranschaulicht ist, während des Scannens zur Verstärkungssteuerung verwendet werden, müssen aber nicht. Nach dem Scannen eines Abschnitts des Dokuments wird das Kalibrierungsziel 210 für eine Kalibrierung positioniert, und zweite PRNU-Kalibrierungsdaten werden erhalten.
Es gibt mehrere Optionen zur Verwendung von ersten und zweiten Kalibrierungsdaten, je nach der Lampenstabilität. Für eine erste Option können die ersten Kalibrierungsdaten, wie in 1 veranschaulicht ist, für eine Kompensation während eines Scannens eines ersten Abschnitts des Dokuments verwendet werden, und die ersten Kalibrierungsdaten können anschließend durch zweite Kalibrierungsdaten zur Verwendung während eines Scannens eines zweiten Abschnitts des Dokuments ersetzt werden. Alternativ dazu können erste Kalibrierungsdaten während eines Scannens eines ersten Abschnitts eines Dokuments verwendet werden, und interpolierte Zwischensätze von Kalibrierungsdaten können berechnet und dazu verwendet werden, die Bilddaten von dem ersten Abschnitt des Dokuments zu modifizieren, wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird. Alternativ dazu können zweite Kalibrierungsdaten mit den ersten Kalibrierungsdaten verglichen werden, und falls beträchtliche Unterschiede vorliegen, können die interpolierten Zwischensätze von Kalibrierungsdaten berechnet werden und verwendet werden, die Bilddaten zu modifizieren, wie nachfolgend ausführlicher erläutert wird. Schließlich kann für jegliche der obigen Optionen das optionale Kalibrierungsziel 212 verwendet werden, um Kalibrierungsdaten während des Scannens zu modifizieren, wie nachfolgend ausführlicher erläutert wird.
Falls eine Interpolation benötigt wird, gibt es mehrere alternative beispielhafte Verfahren, wie nun folgt. Der Einfachheit halber ist eine Kompensation von thermischem Rauschen (Dunkelstrom) in der folgenden Erörterung nicht ausdrücklich enthalten. Das heißt, daß man von jeder Spannung annehmen kann, daß sie eine Spannung ist, die bezüglich eines thermischen Rauschens korrigiert wurde, falls dies angebracht ist.
Man nehme an, daß für einen Photosensor N, für jede Farbe C, die gemessene Spannung während einer ersten PRNU-Kalibrierung V_erste(N, C) lautet und die voraussichtliche Spannung V_{voraussichtlich} lautet. Man nehme an, daß für den Photosensor N, für die Farbe C, die gemessene Spannung während der zweiten PRNU-Kalibrierung V_zweite(N, C) lautet und die voraussichtliche Spannung wiederum V_{voraussichtlich} lautet.
Die erste PRNU-Verstärkungseinstellung für den Photosensor N, für die Farbe C, lautet wie folgt: Gerste(N, C) = Vvoraussichtlich/Verste(N, C).
Die zweite PRNU-Verstärkungseinstellung für den Photosensor N, für die Farbe C, lautet wie folgt: Gzweite(N, C) = Vvoraussichtlich/Vzweite(N, C).
Als erste Alternative nehme man an, daß der optionale Kalibrierungsstreifen 212 nicht verwendet wird. Man nehme an, daß für jede Farbe Y gesamte Abtastlinien in dem Scanbereich vorliegen. Eine lineare Interpolation kann auf der Abtastlinienanzahl basieren. Die PRNU-Verstärkungseinstellung für den Photosensor N, für jede Farbe C, für die Abtastlinie y, lautet wie folgt: G (N, C, y) = Gerste(N, C) + (y/Y)·([Gzweite(N, C) – Gerste(N, C)]
Alternativ dazu kann eine lineare Interpolation auf der Basis der Zeit anstelle der Abtastlinienanzahl durchgeführt werden. Man nehme an, daß die erste PRNU-Kalibrierung zur Zeit T_erste stattfindet, daß die zweite PRNU-Kalibrierung zur Zeit T_zweite stattfindet und daß Daten für den Photosensor N, für die Farbe C, in der Abtastlinie y, zur Zeit T(N, C, y) erhalten werden. Die PRNU-Verstärkungseinstellung für den Photosensor N, für jede Farbe, für die Abtastlinie y, lautet wie folgt: G(N, C, y) = Gerste(N, C) + [(T(N, C, y) – Terste)/Tzweite – Terste)]·[Gzweite(N, C) – Gerste(N, C)]
Das optionale Kalibrierungsziel 212 oder ein kleiner Vorsprung an dem Wagen kann verwendet werden, um eine Interpolation zu unterstützen. Insbesondere kann das Kalibrierungsziel 212 oder der Vorsprung verwendet werden, um während eines numerischen Verarbeitens nach dem Scannen eine nicht-lineare Interpolation zu ermöglichen. Man nehme an, daß mehrere Photosensoren die Intensität des optionalen Kalibrierungsziels 212 überwachen. Für die Abtastlinie y wird die PRNU jedes der Photosensoren, die das Kalibrierungsziel 212 überwachen, kalibriert. Das heißt, daß für jede Abtastlinie, für jeden Photosensor, der das Kalibrierungsziel 212 überwacht, wenn ein tatsächlicher Spannungsausgang V_tatsächlich(N, C) gegeben ist, eine Verstärkung als V_{voraussichtlich}/V_tatsächlich(N, C) berechnet wird. Die durchschnittliche Verstärkung für alle Photosensoren, die das Kalibrierungsziel 212 überwachen, für die Farbe C, für die erste PRNU-Kalibrierung, beträgt G_erst, Durchschnitt (C). Die durchschnittliche Verstärkung für alle Photosensoren, die das Kalibrierungsziel 212 überwachen, für die Farbe C, für die zweite PRNU-Kalibrierung, beträgt G_zweit, Durchschnitt (C). Für die Abtastlinie y lautet die durchschnittliche Verstärkung für alle Photosensoren, die das Kalibrierungsziel 212 überwachen, für die Farbe C, G_Durchschnitt(y, C). Die PRNU-Verstärkungseinstellung für den Photosensor N, für die Farbe C, für die Abtastlinie y, lautet wie folgt: G(N, C, y) = Gerste(N, C) + [(GDurchschnitt(y, C)) – Gerst, Durchschnitt(C))/(Gzweit, Durchschnitt(C) – Gerst, Durchschnitt(C))]·[Gzweite(N, C) – Gerste(N, C)]
Die gesamte Verstärkungseinstellung in den obigen Gleichungen kann durch ein numerisches Verarbeiten nach dem Scannen implementiert werden. Alternativ dazu kann die erste kalibrierte Verstärkung (G_erste(N, C)) während des Scannens in Echtzeit verwendet werden, wie in 1, und der verbleibende Abschnitt jeder Gleichung kann durch ein numerisches Verarbeiten nach dem Scannen implementiert werden (man beachte bei jedem der obigen Beispiele, daß der erste Ausdruck (G_erste(N, C)) lautet). Ein Verwenden der ersten kalibrierten Verstärkung in Echtzeit ist vorzuziehen, da das Signal/Rausch-Verhältnis verbessert ist, wenn der dynamische Bereich des Ausgangssignals jedes Photosensors an den dynamischen Bereich des zugeordneten Analog/Digital-Wandlers angepaßt ist.
Durch Verwenden mehrerer PRNU-Kalibrierungen während des Scannens eines Dokuments kann das Scannen beginnen, ohne darauf warten zu müssen, daß sich die Lampentemperatur stabilisiert. Es ist jedoch immer noch vorzuziehen, jegliche Lampeninstabilität zu minimieren. Optional kann die Lampeninstabilität durch ein kontinuierliches Heizen verringert werden. Eine Möglichkeit besteht darin, zwischen einzelnen Scanvorgängen einen niedrigen Strom durch die Lampe aufrechtzuerhalten, wie in dem US-Patent Nr. 5,907,742 erörtert wird. Eine weitere Möglichkeit ist eine Verwendung einer externen Heizvorrichtung. Beispielsweise gibt es im Handel erhältliche Kaltkathoden-Leuchtstofflampen, bei denen ein Nickelchromdraht um das Äußere der Lampe gewickelt ist. Solche Glühbirnen sind beispielsweise von Stanley Iwaki Works Co., Ltd., 50 Hamaiba, Shiramizu-Machi, Uchigo, Iwaki-Shi, Fukushima-Ken, 973 Japan, erhältlich. Ein Durchleiten eines Stromes durch den Nickelchromdraht erhitzt die Röhrenwand. Ein Reflektor, beispielsweise 1, 212, oder Diffusor, diffundiert Licht ausreichend, um eine gleichmäßige Beleuchtung entlang einer Abtastlinie zu liefern, auch wenn ein Teil der Oberfläche der Lampe durch einen Draht verdeckt ist.
Es gibt viele geeignete Alternativen zum Bewegen des Kalibrierungsziels 210. Bei 3A wird ein lineares Solenoid 300 verwendet, um das Kalibrierungsziel zu verschieben. Bei 3B treibt ein Drehsolenoid oder Motor und ein mit Schlitzen versehener Arm einen Zapfen auf dem Kalibrierungsziel. Bei 3C wird das Kalibrierungsziel durch ein Drehsolenoid oder einen Motor mit einem Reibrad 304 oder Zahnrad getrieben. Bei 3D treibt ein Motor 306 ein Antriebsritzel 308, das wiederum ein Gestell auf dem Kalibrierungsziel treibt.
Alternativ dazu kann das Kalibrierungsziel in seine Position gedreht werden. Bei 4A ist das Kalibrierungsziel an einem Motor 400 befestigt und befindet sich in einer Position, um ein Scannen zu ermöglichen. Bei 4B wurde das Kalibrierungsziel in eine Position für eine Kalibrierung gedreht.
Als weitere Alternative kann die Bewegungsrichtung des optischen Kopfes verwendet werden, um die Position des Kalibrierungsziels relativ zu der Abtastlinie zu steuern. Bei 5A umfaßt das Kalibrierungsziel Anschlußflächen 500, die gegen die Unterseite der Auflageplatte gedrückt werden. Rollen 502 liefern eine sehr geringe Reibung für eine Bewegung des Kalibrierungsziels relativ zu dem optischen Kopf. Zumindest ein Zapfen 504 steht in einen Schlitz (5C, 506) in dem Kalibrierungsziel vor. Die Anschlußflächen 500 können eine relativ niedrige Reibung aufweisen, die Reibung auf der Auflageplatte liefert jedoch eine höhere Kraft, die einer lateralen Bewegung des Kalibrierungsziels widersteht, als die Rollen 502. Wenn sich der optische Kopf nach rechts bewegt, wie in 5A zu sehen ist, bewirken die Anschlußflächen 500, daß das Kalibrierungsziel relativ zu der Auflageplatte ortsfest bleibt, bis der Zapfen 504 auf ein Ende des Schlitzes trifft. Folglich wird das Kalibrierungsziel für ein Scannen positioniert. Wenn sich der optische Kopf nach links bewegt, wie in 5B zu sehen ist, bewirken die Anschlußflächen 500, daß das Kalibrierungsziel relativ zu der Auflageplatte ortsfest bleibt, bis der Zapfen 504 auf ein zweites Ende des Schlitzes trifft. Folglich wird das Kalibrierungsziel für eine Kalibrierung positioniert.
6 veranschaulicht ein exemplarisches Verfahren zum Scannen und zur Kalibrierung unter Verwendung eines beweglichen Kalibrierungsziels. Bei Schritt 600 wird das Kalibrierungsziel für eine Kalibrierung positioniert, und erste Kalibrierungsdaten werden aus der Photosensoranordnung gelesen. Das Kalibrierungsziel kann aktiv positioniert werden, wie in den Beispielen der 3A bis 3D und 4A bis 4B veranschaulicht ist. Alternativ dazu kann eine Bewegungsrichtung des optischen Kopfes verwendet werden, um das Kalibrierungsziel zu positionieren, wie in den 5A bis 5C veranschaulicht ist. Bei Schritt 602 wird das Kalibrierungsziel für ein Scannen positioniert, und ein Abschnitt eines Dokuments wird gescannt. Wiederum kann das Kalibrierungsziel aktiv positioniert sein, oder eine Bewegungsrichtung des optischen Kopfes kann verwendet werden, um das Kalibrierungsziel zu positionieren. Bei Schritt 604 wird, falls das Dokument noch nicht vollständig gescannt wurde, das Scannen angehalten, während der Schritt 600 wiederholt wird. Wenn der Schritt 600 wiederholt wird, können die vorherigen Kalibrierungsdaten als erste Kalibrierungsdaten gesichert werden, und neue Kalibrierungsdaten können als zweite Kalibrierungsdaten gesichert werden, und zwar zur Verwendung bei einer Interpolation, wie oben erörtert wurde. Während des Scannens bei Schritt 602 kann ein optionales Kalibrierungsziel zur weiteren Kompensation verwendet werden, wie oben in Verbindung mit dem optionalen Kalibrierungsziel 212 erörtert wurde.

Claims

Verfahren, das folgende Schritte aufweist: Bewegen eines Kalibrierungsziels derart, daß eine Photosensoranordnung ein durch das Kalibrierungsziel gestreutes Licht empfängt, und Erhalten erster Kalibrierungsdaten; Bewegen des Kalibrierungsziels derart, daß die Photosensoranordnung ein von einem Dokument gestreutes Licht empfängt, und Erhalten erster Bilddaten, und Modifizieren der ersten Bilddaten mit den ersten Kalibrierungsdaten; Bewegen des Kalibrierungsziels derart, daß die Photosensoranordnung ein von dem Dokument gestreutes Licht empfängt, und Erhalten zweiter Bilddaten, und Modifizieren der zweiten Bilddaten mit den zweiten Kalibrierungsdaten.
Bildscanner, der folgende Merkmale aufweist: eine Lichtquelle (204); eine Photosensoranordnung (208); ein Kalibrierungsziel (210), das zu zumindest einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt werden kann, wobei die Photosensoranordnung, wenn das Kalibrierungsziel in der ersten Position ist, Licht von der Lichtquelle, das von einem Dokument (200) gestreut wird, empfängt, und wobei die Photosensoranordnung, wenn das Kalibrierungsziel in der zweiten Position ist, Licht von der Lichtquelle, das von dem Kalibrierungsziel gestreut wird, empfängt; und einer Bewegungseinrichtung, die ausgebildet ist, um das Kalibrierungsziel derart zu bewegen, daß die Photosensoranordnung ein durch das Kalibrierungsziel gestreutes Licht empfängt, um erste Kalibrierungsdaten zu erhalten; um das Kalibrierungsziel ferner derart zu bewegen, daß die Photosensoranordnung ein von dem Dokument gestreutes Licht empfängt, um erste Bilddaten zu erhalten und um die ersten Bilddaten mit den zweiten Kalibrierungsdaten zu modifizieren; um das Kalibrierungsziel ferner derart zu bewegen, daß die Photosensoranordnung ein durch das Kalibrierungsziel gestreutes Licht empfängt, um zweite Kalibrierungsdaten zu erhalten; und um das Kalibrierungsziel ferner derart zu bewegen, daß die Photosensoranordnung ein von dem Dokument gestreutes Licht empfängt, um zweite Bilddaten zu erhalten und um die zweiten Bilddaten mit den zweiten Kalibrierungsdaten zu modifizieren.
Bildscanner gemäß Anspruch 2, der ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Motor (306, 400), der das Kalibrierungsziel bewegt.
Bildscanner gemäß Anspruch 2 oder 3, der folgendes Merkmal aufweist: ein Solenoid (300, 302), das das Kalibrierungsziel bewegt.
Bildscanner gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, der ferner folgendes Merkmal aufweist: das Photosensorarray in einem optischen Kopf (202), wobei eine Bewegungsrichtung des optischen Kopfes die Position des Kalibrierungsziels bestimmt.
Bildscanner gemäß Anspruch 5, der ferner folgende Merkmale aufweist: eine Auflageplatte (201), die eine untere Oberfläche aufweist; eine Mehrzahl von Anschlußflächen (500) zwischen dem Kalibrierungsziel und der Auflageplatte, so daß eine Bewegung des optischen Kopfes bewirkt, daß die Anschlußflächen auf der unteren Oberfläche der Auflageplatte gleiten.