TWM528559U - 一種影像掃瞄系統 - Google Patents

Description

一種影像掃瞄系統

本創作是有關一種影像掃瞄系統，特別是有關一種掃瞄物件表面高度之影像掃描系統。

傳統的影像掃描系統通常僅能掃描一物件之平面影像，而無法得知其表面高度或深度資訊。因此，如何提供一種掃瞄物件表面高度之影像掃描系統便是目前極需努力的目標。

本創作提供一種影像掃描系統，其是利用一處理單元自灰階影像取得其亮度資訊，以產生物件表面高度之資訊。

本創作一實施例之影像掃瞄系統包含一發光單元、一影像擷取單元、一驅動單元以及一處理單元。發光單元產生一照明光，以照射一物件之一表面，其中表面具有多個表面高度。影像擷取單元與物件相對設置，且影像擷取單元產生物件之一灰階影像。驅動單元驅動影像擷取單元以及物件彼此相對移動，以掃描物件。處理單元與影像擷取單元電性連接，且處理單元依據灰階影像之一亮度資訊，產生每一表面高度之一高度資訊。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本創作之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

以下將詳述本創作之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本創作亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本創作之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本創作可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

請參照圖1，本創作之一實施例之影像掃瞄系統包含一發光單元10、一光學透鏡T、一影像擷取單元20、一驅動單元30以及一處理單元40。發光單元10產生一照明光L，以照射一物件A之一表面A1。其中，物件A為一立體物件，其表面A1具有多個表面高度；舉例而言，表面A1具有多個區域表面A10、A11、A12，可將區域表面A10選定為參考面，因此區域表面A11相對於區域表面A10之表面高度即為H1，而區域表面A12相對於區域表面A10之表面高度即為H2，但不以此為限。請參照圖2，於一實施例中，影像掃瞄系統更包含一平台50，平台50具有一透光材質，其中照明光L照射設置於平台50上之物件A。可以理解的是，影像擷取單元相對於物件設置於平台之同一側；或影像擷取單元20相對於物件A設置於平台50之相反側，如圖2所示。

請繼續參照圖1，影像擷取單元20與物件A相對設置，且影像擷取單元20擷取來自物件A且通過光學透鏡T之照明光，以產生物件A之一灰階影像。於一實施例中，影像擷取單元20包含一線形感光元件或一面形感光元件。於一實施例中，影像擷取單元20包含一電荷耦合元件(CCD)，而光學透鏡T可包含一單透鏡或一透鏡組，但不限於此。於另一實施例中，影像擷取單元20包含一接觸型影像感應器(CIS)，其僅需多個微小之桿透鏡T即可成像且更靠近物件A，使照明光L之光路徑大幅縮短，而直接提升掃描影像的對比度。驅動單元30驅動影像擷取單元20以及物件A彼此相對移動，以掃描物件A。於一實施例中，驅動單元30與影像擷取單元20連接，且驅動單元30驅動影像擷取單元20掃描物件A。舉例而言，驅動單元30更包含一連桿組件(未繪示)與影像擷取單元20連接。於另一實施例中，請參照圖2，發光單元10透過連桿組件與驅動單元30相連接，可與影像擷取單元20同步掃描物件A，以獲得更高亮度、高對比度之灰階影像。具有通常知識者當可自行修飾變換，但不此於限。

需說明的是，傳統的影像掃描系統是利用一可見光源照射物件並進行掃描，以產生物件之彩色資訊及影像。就一彩色物件而言，其表面色彩之分佈會影響表面所反射之可見光的亮暗程度，因為在物件表面上不同顏色之區域表面對於不同光波長範圍之可見光具有不同之光吸收特性。舉例而言，紅色區域表面將吸收可見光中之綠色光波長範圍而反射其餘未被吸收之光波長範圍，因此影像擷取單元所擷取之反射光強度相對於用來照射物件之可見光強度已經衰減許多；而白色區域表面將反射可見光中所有光波長範圍，因此影像擷取單元所擷取之反射光強度較不受上述光吸收特性之影響，而衰減較少。因此，若影像擷取單元同時擷取上述紅色表面區域以及白色表面區域所產生之灰階影像，其影像亮度之灰階值將受到表面色彩的影響，使得後續有關表面高度之運算過程較為複雜。

承上所述，為了降低或避免物件表面色彩使物件表面亮度值衰減之光吸收效應，於一實施例中，請繼續參照圖1，照明光L包含一不可見光，且影像擷取單元20擷取來自物件A之不可見光，以產生灰階影像。較佳者，照明光L包含一紅外光，且影像擷取單元20擷取來自物件A之紅外光，以產生灰階影像。於另一實施例中，照明光L包含一不可見光以及一可見光，且影像擷取單元20擷取來自物件A之不可見光以及可見光，以產生對應灰階影像之一可見光影像，亦即影像擷取單元可擷取可見光影像(包含單色或彩色影像)以及灰階影像，再依據掃描位置座標將所取得之色彩資訊與高度資訊作匹配(mapping)，以建立最終影像資訊；舉例而言，其資訊格式可為(R, G, B, Z)排列，但不以此為限。

接續上述說明，處理單元40與影像擷取單元20電性連接，且處理單元40依據灰階影像之一亮度資訊，產生每一表面高度之一高度資訊。可以理解的是，灰階影像之亮度資訊包含物件表面之一亮度值。於一實施例中，請參照圖1，表面A1之亮度是由表面A1之反射光強度所決定。於另一實施例中，請一併參照圖3及圖4，顯示部分照明光L受到不同高度之表面區域A11、A12的遮光作用，其中發光單元10相對於物件A傾斜設置，用以斜向照射物件A，以在表面A1上產生多個暗影B1、B2，亦即灰階影像之亮度資訊包含每一暗影之一亮度值。

以下說明本創作之處理單元依據灰階影像之亮度資訊產生高度資訊之運算原理。請繼續參照圖1，於一實施例中，處理單元40更包含一第一運算單元(未繪示)，第一運算單元依據亮度值與表面A1高度呈線性之關係，計算出高度資訊。舉8位元之數位灰階影像為例，最亮的灰階值為255，而最暗者為0，已知物件之最大表面高度為2.55公分，因此掃瞄區域表面所得之灰階值為255，表示所對應之表面高度為2.55公分；當掃描區域表面所得之灰階值為100，即可推算得所對應之表面高度為1.00公分；依此類推，當掃描區域表面所得之灰階值為10，即可推算得所對應之表面高度為0.10公分；當掃描區域表面所得之灰階值為0，即可推算得所對應之表面高度為0公分，因此可測得每一表面高度之正確數值。於另一實施例中，第一運算單元可依據亮度值與物件相對於影像擷取單元之距離平方呈反比之關係，計算出高度資訊。具有通常知識者當可自行修式變換，但不限於此。

請依一併參照圖3及圖4，於另一實施例中，發光單元10相對於物件A傾斜設置，用以斜向照射物件A，以在表面A1上產生具有不同亮暗程度之多個暗影B1、B2，且灰階影像之亮度資訊更包含每一暗影之一亮度值。同理，於一實施例中，第一運算單元依據暗影之亮度值與相鄰之區域表面高度呈線性之關係，計算出高度資訊；或，於另一實施例中，第一運算單元可依據暗影之亮度值與相鄰之區域表面相對於影像擷取單元之距離平方呈反比之關係，計算出高度資訊。可以理解的是，本文所述高度資訊除了包含在物件表面上每一表面高度的正確數值外，也可以包含每一表面高度間之相對比例資訊，具有通常知識者當可依據其他參數(例如已知的物件最大表面高度)，而進一步得知在物件表面上所有表面高度之正確數值。

綜合上述，本創作之影像掃描系統，其是利用一處理單元自灰階影像取得其亮度資訊，以產生物件表面高度之資訊，其中灰階影像之亮度資訊包含物件表面之亮度值。較佳者，為了降低或避免物件表面色彩使物件表面亮度值衰減之光吸收效應，藉由發光單元產生一不可見光(例如一紅外光)，以影像擷取單元擷取來自物件之不可見光，以產生灰階影像。因此，本創作之影像掃描系統可掃描一物件之表面高度或深度資訊，以提供使用者更寬廣的掃瞄應用，例如可應用於具有高度的油畫掃瞄，但不以此為限。

以上所述之實施例僅是為說明本創作之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本創作之內容並據以實施，當不能以之限定本創作之專利範圍，即大凡依本創作所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本創作之專利範圍內。

A‧‧‧物件
A1、A10、A11、A12‧‧‧表面
B1、B2‧‧‧暗影
L‧‧‧照明光
T‧‧‧光學透鏡
H1、H2‧‧‧表面高度
10‧‧‧發光單元
20‧‧‧影像擷取單元
30‧‧‧驅動單元
40‧‧‧處理單元
50‧‧‧平台

圖1為一示意圖，顯示本創作一實施例之影像掃瞄系統。 圖2為一示意圖，顯示本創作另一實施例之影像掃瞄系統。 圖3為一示意圖，顯示本創作一實施例之物件側視圖。 圖4為一示意圖，顯示本創作一實施例之物件俯視圖。

A‧‧‧物件

A1、A10、A11、A12‧‧‧表面

L‧‧‧照明光

T‧‧‧光學透鏡

H1、H2‧‧‧表面高度

10‧‧‧發光單元

20‧‧‧影像擷取單元

30‧‧‧驅動單元

40‧‧‧處理單元

Claims (11)

1. 一種影像掃瞄系統，包含： 一發光單元，用以產生一照明光，以照射一物件之一表面，其中該表面具有多個表面高度； 一影像擷取單元，與該物件相對設置，用以產生該物件之一灰階影像； 一驅動單元，用以驅動該影像擷取單元以及該物件彼此相對移動，以掃描該物件；以及 一處理單元，與該影像擷取單元電性連接，用以依據該灰階影像之一亮度資訊，產生每一該表面高度之一高度資訊。
2. 如請求項1所述之影像掃瞄系統，其中該照明光包含一不可見光，且該影像擷取單元擷取來自該物件之該不可見光，以產生該灰階影像。
3. 如請求項1所述之影像掃瞄系統，其中該照明光包含一紅外光，且該影像擷取單元擷取來自該物件之該紅外光，以產生該灰階影像。
4. 如請求項1所述之影像掃瞄系統，其中該灰階影像之該亮度資訊包含該表面之一亮度值。
5. 如請求項4所述之影像掃瞄系統，其中該處理單元更包含一第一運算單元，用以依據該亮度值與該表面高度呈線性之關係，計算出該高度資訊。
6. 如請求項4所述之影像掃瞄系統，其中該處理單元更包含一第一運算單元，用以依據該亮度值與該物件相對於該影像擷取單元之距離平方呈反比之關係，計算出該高度資訊。
7. 如請求項4所述之影像掃瞄系統，其中該發光單元相對於該物件傾斜設置，用以斜向照射該物件，以在該表面上產生多個暗影，且該灰階影像之該亮度資訊更包含每一該暗影之該亮度值。
8. 如請求項1所述之影像掃瞄系統，其中該照明光包含一可見光，且該影像擷取單元擷取來自該物件之該可見光，以產生對應該灰階影像之一可見光影像。
9. 如請求項1所述之影像掃瞄系統，其中該影像擷取單元包含一線形感光元件或一面形感光元件。
10. 如請求項1所述之影像掃瞄系統，其中該影像擷取單元包含一電荷耦合元件或一接觸型影像感應器。
11. 如請求項1所述之影像掃瞄系統，更包含一平台，其中該物件設置於該平台上。