KR101061098B1 - 스캐너 장치 및 스캐닝 방법 - Google Patents

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Abstract

스캐닝 속도를 높이고 내용 왜곡을 보정할 수 있는 스캐너 장치 및 스캐닝 방법이 제공된다. 광조사 유닛은 피사체에 라인 형상의 빛을 조사하도록 제공된다. 이미징 유닛은 상기 피사체의 입체 형상을 촬영한다. 이미지 변환 유닛은 상기 입체 형상으로부터 상기 라인 형상의 빛의 왜곡 형상을 구하여 상기 피사체의 높이 정보를 구하고, 상기 높이 정보를 이용하여 상기 피사체의 입체 형상을 평면 형상으로 위치 보정한다.
Figure R1020090082255
스캐너, 디지털 카메라, 라인 레이저, 굴곡 보정

Description

스캐너 장치 및 스캐닝 방법{Scanner apparatus and scanning method}
본 발명은 스캐너 장치 및 그 이용 방법에 관한 것으로, 특히 피사체의 표면 왜곡을 보정하기 위한 스캐너 장치 및 그 스캐닝 방법에 관한 것이다.
스캐너는 책이나 문서 등을 전자문서화 하는데 많이 사용하는 장치이다. 도 1을 참조하면, 일반적인 스캐너 장치(10)는 스캐닝을 수행할 때, 피사체(20), 예컨대 문서나 책의 내용이 아래를 향하는 방식을 취한다. 따라서 책과 같은 많은 내용을 스캔할 필요가 있을 경우, 사람이 책을 한 장씩 넘겨서 스캔하거나 책을 분해하여 스캔할 필요가 있다. 따라서 손실 없이 책을 스캔하기 위해서 많은 노력과 시간을 필요로 한다. 또한, 책의 각 면이 완전히 스캔하고자 하는 면에 접촉되지 않으므로 중앙에 어두운 부분이 발생하게 되고, 이에 따라 책에서 발생하는 곡면에 의한 내용의 왜곡이 생기게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 스캐닝 속도를 높이고 내용 왜곡을 보정할 수 있는 스캐너 장치 및 스캐닝 방법을 제공하는 것이다.
전술한 과제는 예시적으로 제시되었고, 본 발명의 범위가 이러한 과제에 의해서 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 형태에 따른 스캐너 장치가 제공된다. 광조사 유닛은 피사체에 라인 형상의 빛을 조사하도록 제공된다. 이미징 유닛은 상기 피사체의 입체 형상을 촬영한다. 이미지 변환 유닛은 상기 입체 형상으로부터 상기 라인 형상의 빛의 왜곡 형상을 구하여 상기 피사체의 높이 정보를 구하고, 상기 높이 정보를 이용하여 상기 피사체의 입체 형상을 평면 형상으로 위치 보정한다.
상기 스캐너 장치의 일 예에 따르면, 상기 이미지 변환 유닛은 상기 높이 정보를 이용하여 상기 평면 형상에 맞추어 상기 피사체의 밝기를 더 보정할 수 있다.
상기 스캐너 장치의 다른 예에 따르면, 상기 광조사 유닛은 한 쌍의 라인 레이저들을 포함하고, 상기 이미지 변환 유닛은 상기 빛의 왜곡 형상의 변곡 부분을 이용하여 상기 평면 형상을 회전 보정시킬 수 있다.
상기 스캐너 장치의 또 다른 예에 따르면, 상기 이미지 변환 유닛은 상기 광조사 유닛이 켜진 상태에서 얻어진 상기 피사체의 입체 형상에서 상기 광조사 유닛이 꺼진 상태에서 얻어진 상기 피사체의 입체 형상을 차분하여 상기 빛의 왜곡 형상을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 스캐닝 방법이 제공된다. 광조사 유닛 및 이미징 유닛을 이용하여, 피사체의 높이 정보를 구한다. 상기 높이 정보를 이용하여 상기 피사체의 입체 형상을 평면 형상으로 위치 보정한다.
상기 스캐닝 방법의 일 예에 따르면, 상기 높이 정보를 이용하여 상기 평면 형상에 맞추어 상기 피사체의 밝기를 더 보정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 스캐너 장치 또는 스캐닝 방법을 이용하면, 피사체의 상부에서 촬영하는 방식을 사용하여 접촉식 스캐닝 방식보다 스캐닝 시간을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 스캐너 장치 또는 스캐닝 방법을 이용하면, 피사체의 높이 때문에 발생된 글자의 왜곡을 복원하여 평면에 투영한 것과 동일한 이미지를 제공할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 스캐너 장치 및 스캐닝 방법은 정밀한 문자인식을 필요로 하는 전자문서화 시스템에 적합하게 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너 장치(100)를 보여주는 개략도이다. 도 3은 도 2의 스캐너 장치(100)를 이용한 스캐닝 방법을 보여주는 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 광조사 유닛(110)은 피사체(20)에 라인 형상의 빛을 조사하도록 피사체(20) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 광조사 유닛(110)은 적어도 하나의 라인 레이저 유닛(line laser unit)을 포함할 수 있다. 라인 레이저 유닛은 내부에 라인 편광기를 구비하여, 라인 형상의 레이저를 조사할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 광조사 유닛(110)은 한 쌍의 라인 레이저 유닛들을 포함할 수 있다. 광조사 유닛(110)의 수 및 종류는 예시적으로 도시되었고 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.
이미징 유닛(120)은 피사체(20)의 입체 형상을 촬영하도록 피사체(20) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 이미징 유닛(120)은 적어도 하나의 디지털 카메라를 포함할 수 있다. 디지털 카메라의 수는 이미징 유닛(120)의 해상도와 정밀도에 따라서 적절하게 선택될 수 있고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다. 이미징 유닛(120)은 피사체(20)의 위에 배치되고 비접촉식으로 촬영을 한다는 점에서, 도 1의 스캐너 장치(10)에 비해서 높은 스캐닝 속도를 얻을 수 있다.
광조사 유닛(110)으로부터 피사체(20)에 조사된 라인 형상의 빛은 피사체(20)의 형상에 따라서 왜곡된 이미지, 즉 왜곡 형상(112)으로 보일 수 있다. 후술하는 바와 같이, 이러한 왜곡 형상(112)으로부터 피사체(20)와 이미징 유닛(120) 사이의 거리를 구하고 이로부터 피사체(20)의 높이 정보, 즉 높이 분포를 알 수 있다.
이미지 변환 유닛(160)은 광조사 유닛(110) 및 이미징 유닛(120)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 이미지 변환 유닛(160)은 제어기 유닛(130), 중앙처리장치(135), 메모리 유닛(140), FPGA 유닛(field programmable gate array unit, 145) 및 출력 버퍼 유닛(150)을 포함할 수 있다.
제어기 유닛(130)은 광조사 유닛(110)의 동작을 제어하고, 메모리 유닛(140)은 이미징 유닛(120)으로부터의 데이터를 저장할 수 있다. FPGA 유닛은 이미지 처리, 예컨대 이미지 회전, 렌즈 왜곡 보정(lens distortion correction), 렌즈 차광 보정(lens shading correction), 조명 보정(luminancce correction), 깊이 평준화(equalization) 등을 수행할 수 있다. 중앙처리장치(135)는 제어기 유닛(130)을 통해서 광조사 유닛(110)을 제어하고, 또한 이미징 유닛(120)을 직접 제어할 수 있다. 예를 들어, 중앙처리장치(135)는 이미징 유닛(120)의 자동 노출(AE), 자동 흑백 밸런스(AWB), 자동 초점(AF), 줌(Zoom) 등을 제어할 수 있다. 또한, 중앙처리장치I(135)는 메모리 유닛(140)과 연결될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 이미지 변환 유닛(160)은 왜곡 형상(112)으로부터 피사체(20)의 높이 정보를 구하고, 이러한 높이 정보를 이용하여 피사체(20)의 입체 형상을 평면 형상으로 위치 보정할 수 있다. 이하에서는 이러한 보정 방법을 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 광조사 유닛과 이미징 유닛을 이용한 거리 측정 방법을 보여주는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 광조사 유닛(110)과 이미징 유닛(120)이 수평으로 배치되는 경우, 이미징 유닛(120)의 이미지 상에 레이저가 나타나는 위치(s)는 다음의 수학식 1 같이 구해질 수 있다. 이 예에서, 광조사 유닛(110)은 라인 레인저 유닛이고, 이미징 유닛(120)은 디지털 카메라일 수 있다.
Figure 112009053953514-pat00001
여기에서, D는 광조사 유닛(110)과 이미징 유닛(120) 사이의 거리이고, H는 물체(20a)와 이미징 유닛(120)의 렌즈 중심 사이의 수평 거리를 나타내고, f는 렌즈의 초점 거리를 나타낸다.
이에 따르면, 물체(20a)가 무한대의 거리에 있는 경우 레이저의 이미지는 이미징 유닛(120)의 중심에 나타나지만, 물체(20a)가 가까워질수록 중심에서 멀어지게 나타난다.
도 5는 책 표면상에서 라인 레이저의 왜곡 형상을 보여주는 개념도이고;
도 5를 참조하면, 제 1 라인(112a)은 책이 놓이지 않거나 평면의 물체에 라인 레이저가 조사된 경우이다. 이에 비하여 제 2 라인(112b)은 곡면을 갖는 책이 놓이는 경우 왜곡 형상을 나타낸다. 이러한 정보로부터, 책의 곡면의 높이 정보를 아래의 수학식 2와 같이 구할 수 있다.
Figure 112009053953514-pat00002
여기에서 sbackground는 제 1 라인(112a)의 중심선(CL)으로부터 상부선(UL) 또는 하부선(LL)까지의 거리를 나타낸다. 다만, 스캔하고자 하는 대상에는 컬러 정보 등이 포함될 수 있으므로, 라인 레이저가 조사된 상태에서의 이미지만을 사용하여 높이 정보를 구하는 것은 쉽지 않을 수 있다. 이 경우, 차분 방법을 사용하여 높이 정보를 구할 수 있다.
도 6은 차분 방법을 이용하여 왜곡 형상을 구하는 방법을 보여주는 개략도이다.
도 6을 참조하면, 광조사 유닛(도 2의 110)이 켜진 상태에서의 이미지를 얻고(a), 광조사 유닛(도 2의 110)이 꺼진 상태에서의 이미지를 얻고(b), 두 이미지의 차를 구하면 차분 이미지를 구할 수 있다(c). 이러한 차분 이미지는 책의 내용 및 색에 무관하게 광조사 유닛(도 2의 110)이 만들어 내는 왜곡 형상을 대변할 수 있다. 다시 말하면, 조명과 레이저의 두 광원이 만드는 영상에서 조명이 만드는 영상을 제거하면 순수하게 레이저가 만드는 영상이 얻어지며, 레이저가 만드는 영상의 왜곡 형상으로부터 책 표면의 높이 정보를 구할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에서, 높이 정보를 이용하여 입체 형상을 평면 형상으로 변화하는 방법을 보여주는 개략도이다.
도 7을 참조하면, 피사체(도 3의 20)의 높이 정보를 아는 경우, 입체 형상(21a)으로부터 평면 형상(21b)을 구할 수 있다. 평면 형상(21b)은 피사체(도 3의 20)가 평평한 경우로 가정하여 얻어진 가상의 이미지를 나타낸다. 예를 들어, 입체 형상(21a)에서 접힌 부분(높이의 변곡이 생기는 부분 즉, 라인 레이저가 꺾이는 부분)을 중심으로 하여 한 픽셀(22a)까지의 책의 표면을 따른 거리를 구할 수 있고, 이를 사용하여 입체 형상(21a)의 픽셀(22a)의 값을 평면 형상(21b)의 픽셀(22b)에 대응시킬 수 있다. 이와 같은 과정을 입체 형상(21a)의 전체 픽셀들에 대해서 수행함으로써 평면 형상(21b)이 얻어질 수 있다.
또한, 라인 레이저가 꺾이는 부분은 피사체(도 3의 20)의 중심선에 해당하므 로, 이 중심선을 기준으로 이미지를 회전시키는 변환을 시행하면 입체 형상(21a)을 중심선에 맞추어 수직으로 정렬시킬 수 있다. 이러한 수직 정렬을 위해서, 광조사 유닛(도 2의 110)이 적어도 두 개의 라인 레이저 유닛을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에서 밝기 보정 방법을 보여주는 개략도이다.
도 8을 참조하면, 피사체의 표면, 예컨대 종이 표면(21)의 높이 정보를 아는 경우, 평면 형상에 대한 밝기 보정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 각 점에서의 종이 표면(21)의 각도를 구할 수 있으며, 이 각도 값으로부터 조명과 이미징 유닛(120)의 각에 의한 종이 표면(21)의 표준 밝기를 구할 수 있다.
종이 표면(21)의 법선이 조명과 ω의 각을 가진다고 가정하고, 이미징 유닛(120)과 θ의 각을 가진다고 하면, 표준 반사도(R)는 대략 다음 수학식 3과 같다.
Figure 112009053953514-pat00003
여기에서 γ는 종이 표면(21)의 최대 반사각과 이미징 유닛(120)이 이루는 각으로서, 종이 표면(21)의 위치와 각도, 이미징 유닛(120)의 위치가 결정되면 기하학적으로 구할 수 있는 값이다. 이 표준 반사도(R) 값으로부터 각 픽셀의 밝기 보정을 할 수 있다. 즉, 특정한 각도를 가지고 이미징 유닛(120)으로 입사하는 위치에서의 완전 반사체(종이의 백색 지역)에서 반사되는 빛의 세기는 위의 표준 반사도 값을 가지므로, 수직으로 입사되는 지역에 비하여 어둡게 나타난다. 따라서 이 지역에서의 픽셀 값에 반사도 값의 역수를 곱해줌으로써 밝기 보정을 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 방법을 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 라인 레이저 유닛을 이용하여 피사체에 라인 레이저를 조사하여 원본 이미지를 얻을 수 있다(a). 이로부터 라인 레이저의 변곡이 생기는 위치를 구하고 이를 기준으로 원본 이미지를 회전하여 회전 이미지를 얻을 수 있다(b). 이어서, 라인 레이저의 왜곡 형상으로부터 피사체의 높이 정보를 구할 수 있으며, 이러한 높이 정보를 이용하여 평면 사영과 반사체의 밝기의 보정을 시행함으로써 최종적인 평면 이미지를 얻을 수 있다(c). 여기에서 최종적으로 얻어진 이미지는 스캔하고자 하는 대상을 평면으로 만든 경우와 동일한 위치와 밝기를 갖게 된다. 따라서 피사체의 굴곡에 관계없는 평면 이미지를 얻을 수 있다.
도 1은 일반적인 스캐너 장치를 보여주는 사시도이고;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너 장치를 보여주는 개략도이고;
도 3은 도 2의 스캐너 장치를 이용한 스캐닝 방법을 보여주는 사시도이고;
도 4는 광조사 유닛 및 이미징 유닛을 이용한 거리 측정 방법을 보여주는 개념도이고;
도 5는 피사체 상에서의 레이저의 왜곡 형상을 보여주는 개념도이고;
도 6은 차분 방법을 이용하여 왜곡 형상을 구하는 방법을 보여주는 개략도이고;
도 7은 본 발명의 실시예들에서, 높이 정보를 이용하여 입체 형상을 평면 형상으로 변화하는 방법을 보여주는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에서 밝기 보정 방법을 보여주는 개략도이고; 그리고
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 방법을 보여주는 도면이다.

Claims (7)

  1. 피사체에 라인 형상의 빛을 조사하기 위한 광조사 유닛;
    상기 피사체의 입체 형상을 촬영하기 위한 이미징 유닛; 및
    상기 입체 형상으로부터 상기 라인 형상의 빛의 왜곡 형상을 구하여 상기 피사체의 높이 정보를 구하고, 상기 높이 정보를 이용하여 상기 피사체의 입체 형상을 평면 형상으로 위치 보정하는 이미지 변환 유닛을 포함하고,
    상기 이미지 변환 유닛은 상기 광조사 유닛이 켜진 상태에서 얻어진 상기 피사체의 입체 형상에서 상기 광조사 유닛이 꺼진 상태에서 얻어진 상기 피사체의 입체 형상을 차분하여 상기 빛의 왜곡 형상을 구하는 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 변환 유닛은 상기 높이 정보를 이용하여 상기 평면 형상에 맞추어 상기 피사체의 밝기를 더 보정하는 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광조사 유닛은 적어도 한 쌍의 라인 레이저들을 포함하고,
    상기 이미지 변환 유닛은 상기 빛의 왜곡 형상의 변곡 부분을 이용하여 상기 평면 형상을 회전 보정시키는 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이미징 유닛은 적어도 하나의 디지털 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
  6. 광조사 유닛 및 이미징 유닛을 이용하여, 피사체의 높이 정보를 구하는 단계; 및
    상기 높이 정보를 이용하여 상기 피사체의 입체 형상을 평면 형상으로 위치 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 피사체의 높이 정보를 구하는 단계는 라인 형상의 빛이 상기 피사체에 비추도록 상기 광조사 유닛이 켜진 상태에서 얻어진 상기 피사체의 입체 형상에서 상기 광조사 유닛이 꺼진 상태에서 얻어진 상기 피사체의 입체 형상을 차분하여 상기 라인 형상의 빛의 왜곡 형상을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 높이 정보를 이용하여 상기 평면 형상에 맞추어 상기 피사체의 밝기를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 방법.
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