TWI461050B

TWI461050B - Image reading device and method thereof

Info

Publication number: TWI461050B
Application number: TW099141094A
Authority: TW
Inventors: Hsien Chi Lin; Kung Hsin Teng; Chih Wen Wang; Ming Fu Hsu
Original assignee: Asia Optical Co Inc
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2014-11-11
Also published as: CN102480582B; US20120133999A1; JP2012114893A; CN102480582A; JP5723419B2; TW201223237A; JP2013201787A

Description

影像讀取裝置及其方法

本發明係與影像處理之技術有關，特別是關於彩色影像取得方法及單色影像取得方法，以及一種用以實施該等方法之影像取得裝置。

習知之影像讀取裝置，有如美國US 7,449,666號專利在其先前技術中所揭露者。如圖4及圖5所示，此一影像讀取裝置70包含有一複數色光源71、一列的柱狀透鏡列73及一列單色影像感測器列75，在同步移動複數色光源71、柱狀透鏡列73及單色影像感測器列75向同一方向移動的過程中，依一定的順序使複數色光源71分別發出不同顏色的光線，即紅色光線71R、綠色光線71G及藍色光線71B，並投射於一待感測物99，再利用柱狀透鏡列73將反射光線成像於單色影像感測器列75，並由單色影像感測器列75感測產生訊號。

由於此種習知影像讀取裝置70僅透過一列的單色影像感測器列75感測各個顏色的影像，因此複數色光源71、柱狀透鏡列73及單色影像感測器列75同步移動一個畫像素的移動範圍內，複數色光源71必須連續切換三種顏色之光線71R、71G及71B。如此一來，單色影像感測器列75所感測到被感測物99的每一個畫像素列位置的影像中，每種顏色光線僅佔三份之一，因而產生了三分之二的畫像素色差。

又有如美國US 7,449,666號專利在其先前技術中所揭露者的另一種習知影像讀取裝置，如圖6及圖7所示，此種影像讀取裝置80是利用一白色光源81發出白色光線投射在一待感測物99上，並利用一柱狀透鏡列83成像反射光線於三列的單色影像感測器列85R、85G、85B上，且該三列單色影像感測器列85R、85G、85B上分別具有紅綠藍三色的濾光器86R、86G、86B，藉以分別感測紅色影像、綠色影像及藍色影像。此種影像讀取裝置80使用了三列的單色影像感測器列85R、85G、85B，因此可一次感測被感測物上三列晝像素位置上的影像。

由圖7可得知，白色光源81、柱狀透鏡列83及單色影像感測器列85R、85G、85B每移動一個畫像素寬度的距離時，單色影像感測器列85R、85G、85B同時感測到該被感測物99上三個不同晝像素列位置上的影像，但影像顏色各自不同。白色光源81、柱狀透鏡列83及單色影像感測器列85R、85G、85B開始移動至白色光線投射到被感測物99的第三列畫像素位置時，自被感測物取得的影像為彩色影像。

此種習知影像讀取裝置80雖解決了前一習知影像讀取裝置70的畫像素色差問題，但所使用的的白色光線經過各個顏色濾光器86R、86G、86B之後，各單色影像感測器列85R、85G、85B所感測到的光能量有大部分都被過濾掉，形成了光源能量的浪費。若欲提高掃描速度，則亮度勢必要提昇，以致於會造成光源的功率消耗以及發熱的問題。另外，設置濾光器86R、86G、86B，也導致成本增加。

此外，美國US 7,449,666號專利本身所揭露的技術，也是使用濾光器，同樣有上述之問題。

本發明之主要目的在於提供一種彩色影像讀取方法，係一可解決上述畫像素色差的問題者。

本發明之另一目的在於提供一種影像讀取裝置，係一可解決上述畫像素色差問題，且無需使用濾光器而具有降低成本、以及因光源能量被完整利用而能提高影像取得速度之功效者。

本發明之再一目的，在於提供種單色影像讀取方法，係一影像感測的速度快，且可節省光源的發光功率者。

為了達成前述目的，本發明提供一種彩色影像讀取方法，包含下列步驟：

A.擺置一被感測物於一固定位置；

B.以一可產生至少三種顏色光線之光源投射一第一顏色光線於該被感測物上，且將該第一顏色光線之至少部份自該被感測物上反射的光線，直接成像於至少三列的單色影像感測器列上，並將因感測影像所產生之訊號讀出；

C.同步移動該光源及該至少三列的單色影像感測器列向一固定方向移動；

D.當該光源及該至少三列的單色影像感測器列移動一預定距離時，切換該光源所投射之該第一顏色光線為一第二顏色光線，且將該第二顏色光線之至少部份自該被感測物上反射的光線，直接成像於該至少三列的單色影像感測器列上，並將因感測影像所產生之訊號讀出；

E.當該光源及該至少三列的單色影像感測器列再移動該預定距離時，切換該光源所投射之該第二顏色光線為一第三顏色光線，且將該第三顏色光線之至少部份自該被感測物上反射的光線，直接成像於該至少三列的單色影像感測器列上，並將因感測影像所產生之訊號讀出；

F.當該光源及該至少三列的單色影像感測器列再移動相同於該預定距離時，切換該光源所投射之該第三顏色光線為該第一顏色光線，且將該第一顏色光線之至少部份自該被感測物上反射的光線，直接成像於該至少三列的單色影像感測器列上，並將因感測影像所產生之訊號讀出；

G.重覆步驟D至步驟F，直至該被感測物之影像訊號完全被讀取為止。

另外，基於相同的發明精神，本發明另提供一種單色影像讀取方法，包含有下列步驟：

A.擺置一被感測物於一固定位置；

B.以一可產生至少三種顏色光線之光源，同時產生三種顏色光線混合成白光，投射於該被感測物上，且將部份自該被感測物上反射的光線，直接成像於至少三列的單色影像感測器列上，並將因感測影像所產生之訊號讀出；

D.在該光源及該至少三列的單色影像感測器列每移動一固定距離時，將該至少三列的單色影像感測器列因感測影像所產生之訊號讀出，直至該被感測物之影像訊號完全被讀取為止。

為了實施上述本發明方法，本發明另提供一種影像讀取裝置，用以取得一被感測物之影像者；該影像讀取裝置包含有：一複數色光源，係可產生至少三種顏色之光線，且可將各該顏色之光線可投射於該被感測物上並產生反射光線者；至少三列單色影像感測器列；至少一透鏡列，設於該被感測物與該三單色影像感測器列間，用以將至少部份該反射光線直接成像於該至少三列單色影像感測器列者。

請參閱圖1及圖2，以下將說明本發明之一種彩色影像讀取方法和用以實施該方法之一較佳實施例的影像讀取裝置10。該彩色影像讀取方法可用於取得一被感測物之平面影像或甚至立體物品之單一視角的平面影像；基於此一目的，用以實施該方法之影像讀取裝置10可應用在掃描機、影印機或傳真機等事務機器上。

本發明方法之彩色影像讀取方法包含有下列步驟：

A.　擺置一被感測物99於一固定位置。

為實施此一步驟，本發明一較佳實施例之影像讀取裝置10提供了一透明板12，該被感測物99是被放置在該透明板12上，且該被感測物99之靠置於該透明板12的一面，是使用者想要取得影像的所在面。該透明板12可以是透明玻璃板、透明塑膠板或其它材質者。

B.　以一可產生至少三種顏色光線之光源投射一第一顏色光線於該被感測物上，且將該第一顏色光線之至少部份自該被感測物99上反射的光線，直接成像於至少三列的單色影像感測器列上，並將因感測影像所產生之訊號讀出。

為實施此一步驟，該影像讀取裝置10包含一複數色光源17，位於該透明板12之另一側。在本實施例中，該複數色光源17是由可發出三種顏色光線之LED所組成。其中，該複數色光源17所產生之光線，是扁平狀的光束，且該複數色光源17所產生的三種顏色光線可以分別是紅色(Red)光線、綠色(Green)光線及藍色(Blue)光線，也可以是青綠色(Cyan)光線、洋紅色(Magenta)光線及黃色(Yellow)光線。除此之外，該三種顏色之光線也可以是其它顏色光線之組合。在本實施例中，該三種顏色之光線分別是紅色光線、綠色光線及藍色光線，且該第一顏色光線在本實施例中是紅色光線。

該影像讀取裝置包含一控制電路19，係設在一電路板21上且電性連接該複數色光源17，用以控制該複數色光源17之各顏色光線的產生順序及各顏色光線的切換速度及能量。該電路板21是位於該透明板12之該複數色光源17所在位置側。

該第一顏色光線是以適當的入射角投射入該透明板12，在穿過該透明板12後投射於該被感測物99上靠置於該透明板12的面上，並產生自然反射光線。

該影像讀取裝置10包含至少三列平行併排的單色影像感測器列13，設於該電路板21上而位於該透明板12之該複數色光源17所在位置側。在本實例中，該至少三列感測器列13的列數為三列，但如為了達到更好的效果，多於三列的列數是可以被採用的。

另外，該影像讀取裝置10包含有至少一列的柱狀透鏡列(Rod Lens)15，設在該透明板12之複數色光源17所在位置側，而且位於該透明板12與該至少三列影像感測器列13之間，用以將該第一顏色光線之至少部份自該被感測物99上反射的光線，成像於該至少三列的單色影像感測器列13上。該至少一列柱狀透鏡列15的列數在本實施例中為一列，但如為了達到更好的成像效果，多於一列的列數是可以被採用的。

該複數色光源17、該至少三列影像感測器列13以及該至少一列柱狀透鏡15列間具有固定的位置關係。在本實施例中，該複數色光源17、該電路板21、該至少三列感測器列13以及該至少一列柱狀透鏡列15固定設在一基座11上。

在本步驟中，該第一顏色光線之至少部份自該被感測物99上反射的光線，是被直接地成像於該至少三列的單色影像感測器列13上，而沒有經過濾光器(filter)；也就是說，該至少一列柱狀透鏡列15和該至少三列的單色影像感測器列13之間，沒有存在著濾光器(filter)，如此的設計是為了避免光源能量的浪費。

另外，該影像讀取裝置10包含有一讀取電路20，設於該電路板21上，用以讀取該至少三列單色影像感測器列13因感測影像所產生之訊號。

C.　同步移動該複數色光源17、該至少一列柱狀透鏡列15、以及該至少三列的單色影像感測器列13向一固定方向移動。

在此步驟中，該至少一列柱狀透鏡列15、該複數色光源17及該至少三列的單色影像感測器列13的移動速度是等速的。為了此一目的，該影像讀取裝置10包含一驅動裝置22，用以驅動該複數色光源17、該至少一列柱狀透鏡15及該至少三列的單色影像感測器列13等速地向一固定方向移動，使該複數色光源17、該至少一列柱狀透鏡列15及該至少三列的單色影像感測器列13同步地移動。該驅動裝置22可以是由有一馬達和複數個傳動元件例如齒輪及傳動軸等所構成，由於此類驅動裝置22是習見之裝置，在此便不另以圖示多加說明。

D.　當該複數色光源17、該至少一列柱狀透鏡列15及該至少三列的單色影像感測器列13移動一預定距離時，切換該複數色光源17所投射之該第一顏色光線為一第二顏色光線，且將該第二顏色光線之至少部份自該被感測物99上反射的光線，直接成像於該至少三列的單色影像感測器列13上，並將因感測影像所產生之訊號讀出。

切換該複數色光源17所投射之光線的時機，在本實施例中，是透過該控制電路19作控制。由於此類控制手段為習知，在此不多加贅述。

在此步驟中，該預定距離在本實施例中是一個畫像素(pixel)的寬度，以解析度為600dpi為例，一個畫像數的寬度為0.04233 mm；除此之外，在不同的考量之下，該預定距離也可以是一個以上畫像素寬度之總和。

另外，在本實施例中，該第二光線為綠色光線。

E.　當該複數色光源17、該至少一列柱狀透鏡列15及該至少三列的單色影像感測器列13再移動該預定距離時，切換該複數色光源17所投射之該第二顏色光線為一第三顏色光線，且將該第三顏色光線之至少部份自該被感測物99上反射的光線，直接成像於該至少三列的單色影像感測器列13上，並將因感測影像所產生之訊號讀出。

其中，在本實施例中該第三光線為藍色光線。

F.　當該複數色光源17、該至少一列柱狀透鏡列15及該至少三列的單色影像感測器列13再移動該預定距離時，切換該複數色光源17所投射之該第三顏色光線為該第一顏色光線，且將該第一顏色光線之至少部份自該被感測物99上反射的光線，直接成像於該至少三列的單色影像感測器列13上，並將因感測影像所產生之訊號讀出。

G.　重覆步驟D至步驟F，直至該被感測物99之影像訊號完全被讀取為止。

請再參閱圖2，在步驟B至步驟G的每一步驟中，藉由該至少一柱狀透鏡列15的成像，該至少三列單色影像感測器列13同時感測到被感測物99的三列畫像素位置的影像。

在步驟B中，該至少三列的單色影像感測器列13在紅色光線的投射下同時感測到被感測物99的第一列畫像素、第二列畫像素及第三列畫像素位置的影像。

在步驟D中，由於該複數色光源17、該至少一列柱狀透鏡列15及該至少三列的單色影像感測器列13移動一個畫像素寬度之距離時，該複數色光源17切換所投射之光線為綠色光線，因此該至少三列單色影像感測器列13在綠色光的投射下同時感測到該被感測物99上的第二列畫像素、第三列畫像素和第四列畫像素位置之影像。此時，該至少三列影像感測器列13已被讀出該被感測物99上的第二列畫像素和第三列畫像素位置紅色和綠色影像。

在步驟E中，該複數色光源17、該至少一列柱狀透鏡列15及該至少三列的單色影像感測器13列再移動一個畫像素寬度之距離時，該複數色光源17切換所投射之光線為藍色光線，因此該至少三列單色影像感測器列13在藍色光的投射下同時感測到該被感測物99上的第三列畫像素、第四列畫像素和第五列畫像素位置之影像。此時，該至少三列的單色影像感測器列13已被讀出該被感測物99上的第三列畫像素位置之紅色、綠色及藍色影像，而形成該被感測物99上第三列畫像素位置的彩色影像。

從步驟E開始，也就是從該被感測物99的第三列畫像素位置開始所取得的影像都是色彩訊息完整的且沒有畫像素色差的彩色影像，此乃解決了前述第一個習知技術的問題。

又，由於本發明所提供之彩色影像讀取方法，是將至少部份自該被感測物99上反射的光線，直接地成像於該至少三列的單色影像感測器列13上，而沒有經過濾光器(filter)；也就是說，本實施例所提供的影像讀取裝置10之該至少一列柱狀透鏡列15和該至少三列的單色影像感測器列13之間，沒有存在濾光器(filter)，可讓光源的能量被完整利用而沒有能量被濾掉的問題。

請參閱圖3，基於相同之發明精神，於除了上述之一種彩色影像讀取方法之外，本發明另提供一種單色影像讀取方法。由於下面要提出的單色影像讀取方法可藉由上述之影像讀取裝置10實施，在此同時配合圖1說明之。本發明另提供之一種單色影像讀取方法包含有下列步驟：

A.　擺置一被感測物99於一固定位置。

B.　以一可產生至少三種顏色光線之光源17，同時產生三種顏色光線混合成白光，投射於該被感測物99上，且將部份自該被感測物99上反射的光線，直接成像於至少三列的單色影像感測器列13上，並將因感測影像所產生之訊號讀出。

在本實施例中，該三種顏色之光源分別為紅色(Red)光線、綠色(Green)光線及藍色(Blue)光線，且由此三種顏色之光線混合形成白光。

C.　同步移動該光源17及該至少三列的單色影像感測器列13向一固定方向移動；

D.　在該光源17及該至少三列的單色影像感測器列13每移動一固定距離時，將該至少三列的單色影像感測器列13因感測影像所產生之訊號讀出，直至該被感測物99之影像訊號完全被讀取為止。

其中，固定距離為數量相同於該等單色影像感測器列13之列數的畫像素寬度總和。在本實施例中，該等單色影像感測器列13之列數為三列，因此該固定距離為三個畫像素的寬度總和。若是單色影像感測器列有三十列，則該固定距離則為三十個畫像素的寬度總和。

在每一個移動之步驟中，該至少三列的單色影像感測器列13的每一個影像感測器同時都感測到該被感測物99上三個不同畫像素列位置上的黑白灰階影像，因此影像感測的速度快且可節省光源的發光功率。

上述的各顏色光線產生順序(紅綠藍順序)，僅係舉例而已，並非用以限制本案範圍，其他產生順序亦不脫離本發明之專利範圍。

10．．．影像讀取裝置

11．．．基座

12．．．透明板

13．．．單色影像感測器列

15．．．柱狀透鏡列

17．．．複數色光源

19．．．控制電路

20．．．讀取電路

21．．．電路板

22．．．驅動電路

99．．．被感測物

圖1　為本發明所提供影像讀取裝置一較佳實施例之架構示意圖。

圖2　為本發明所提供彩色影像讀取方法之實施步驟示意圖。

圖3　為本發明所提供單色影像讀取方法之實施步驟示意圖。

圖4　為一習知影像讀取裝置之架構示意圖。

圖5　為圖4所示之習知影像讀取裝置之彩色影像取得步驟示意圖。

圖6　為另一習知影像讀取裝置之架構示意圖。

圖7　為圖6所示之習知影像讀取裝置之彩色影像取得步驟示意圖。