WO2015110459A1 - Verfahren zum scannen grossformatiger scan-vorlagen mit automatischer dynamischer massstabskorrektur - Google Patents

Verfahren zum scannen grossformatiger scan-vorlagen mit automatischer dynamischer massstabskorrektur Download PDF

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WO2015110459A1
WO2015110459A1 PCT/EP2015/051113 EP2015051113W WO2015110459A1 WO 2015110459 A1 WO2015110459 A1 WO 2015110459A1 EP 2015051113 W EP2015051113 W EP 2015051113W WO 2015110459 A1 WO2015110459 A1 WO 2015110459A1
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image
scan
shift values
scaling
image information
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PCT/EP2015/051113
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Simon Kämpflein
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Roth + Weber Gmbh
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    • H04N1/1932—Simultaneously or substantially simultaneously scanning picture elements on one main scanning line using electrically scanned linear arrays, e.g. linear CCD arrays using an array of elements displaced from one another in the sub scan direction, e.g. a diagonally arranged array
    • H04N1/1933—Staggered element arrays, e.g. arrays with elements arranged in a zigzag

Definitions

  • the invention relates to a method for scanning large-format scan documents with an automatic, dynamic scale correction during the scanning process, by means of a scanner of the image sensing elements for scanning the scan template, wherein the image sensing elements of at least two arranged cascade, at least one overlap region having sensor elements in which the image information is assembled in the at least one overlapping region of the sensor elements by means of a stitching method, whereby the at least one overlapping region within a search region is searched for image information, and by comparison of congruent image information, displacement values in both x and y coordinates.
  • Direction can be determined.
  • Such scanning methods are used in particular for scanning both width and length of large-format scan templates, in which the contact area of the scanner system is shorter than the scan templates to be used.
  • CIS contact image sensors
  • Such large-format scanner systems are described for example in DE 10 2009 01 1 945 B4.
  • the use of a plurality of image sensors or sensor elements arranged next to one another in cascade fashion, such as line sensors, for example, small CIS or CCD, is also generally known.
  • the CIS image sensors used are used in large numbers for small-scale scanner systems (DIN A 3 or DIN A 4) in the office area and are therefore inexpensive.
  • correction factors The problem of deviations of the transport speed from the target value, for example due to slippage during document transport, can be solved, as is known, by the use of correction factors.
  • the user can globally set a fixed correction factor. But it is also possible to specify a correction factor individually for each scan process. It is also possible to use different media types, eg a different smooth surface. assign certain correction factors, which must then be manually selected before each scan. By means of these static correction methods, the line frequency or the motor speed for the entire document to be scanned is then firmly influenced and corrected. However, this is very time-consuming and error-prone for the user since he has to determine these correction factors for the different types of documents and also apply them for each scan.
  • the picture elements recorded in the scanning direction by the respective second picture-taking elements are drawn onto the congruent picture elements recorded by the respective first picture-taking elements.
  • distortions in the composite image can arise due to the unpredictable shifts between the congruent picture elements which occur during the scanning process. A true-to-scale illustration is not guaranteed.
  • US 201 1/0292469 A1 also discloses a dynamic stitching method, by means of which congruent image contents recorded by cascaded sensor elements are combined. Here neither a static nor a dynamic scale correction is stimulated.
  • the invention is based on the task of easily performing a scale correction in a scan method of the type mentioned in the error by deviations of the transport speed from the desired value, because, for example, transport speed and line frequency are not synchronous because of slip, automatically corrects and fluctuations of Transport speed during the scanning process, for example, be compensated by movement of the paper and / or looping.
  • the object is achieved according to the invention by the following steps: 51 deriving shift values for each image line of the composite image by interpolating the y-directional components of the n shift values,
  • This scale correction is also dynamic because it is not applied statically to the whole composite image but only to small image areas corresponding to the smallest possible error correction.
  • an average value can be formed from all the shift values of the overlapping areas to determine shift values according to method step S1.
  • the desired value can be determined from the physical distance between the front and rear sensor element, in particular by calibration, or fixed. It has proven to be advantageous if the scaling according to method step S3 is carried out by omitting image lines according to method step S3a or doubling of image lines according to method step S3b as image scaling or alternatively by correction of the line frequency or the motor speed. It is to be regarded as the smallest possible error correction when the sum of the relative deviations has reached, for example, the size of a line to be added or deleted, or the addition or elimination of a step of the stepping motor or a clock pulse of the timing of the sensor elements.
  • FIG. 1 shows a scanner with image recording element and reflector roller
  • FIG. 2 shows a scanner with sensor elements arranged in cascade
  • FIG. 3 process steps of a stitching method for the large format
  • FIG. 4 shows the method steps which are essential to the invention for automatic scale correction for the large-format scanner
  • FIG. 5 shows a refinement of the process steps according to the invention for automatic scale correction according to FIG. 4.
  • a scanner 1 is shown with an image sensing element 2, in front of which a glass sheet 3 is arranged.
  • a scanning original 4 is pressed by a reflector roller 5 by means of springs 6.
  • the springs 6 forcefully engage with side regions 7 of the reflector roller 5 and thus press the reflector roller 5 against the scanning original 4.
  • the side regions 7 of the reflector roller 5 are provided with lateral stops which have a larger diameter than the central region 8 of the reflector roller fifth As a result, a gap 9 is formed between the reflector roller 5 and the glass pane 3 in the middle region 8, which gap has a defined size which ensures optimal positioning of the scan original 4 on the glass pane 3. In addition, the gap 9 in the central region 8 of the reflector roller 5 provides sufficient space for the scan original 4.
  • the image-capturing element 2 consisting of four sensor elements 1 1 to 14 arranged in cascade or zigzag fashion for scanning a large-format scan original 4 is shown in plan view.
  • Each sensor element 11 to 14 is associated with a non-driven reflector roller 5 with in the middle region 8 with respect to the side regions 7 reduced diameter.
  • the scan master 4 is assigned a search area 10 in which image information is searched by means of a stitching method in order to avoid the uncontrollable, occurring due to speed fluctuations during transport of the scan master 4 under the cartridge-shaped sensor elements 11 to 14 to eliminate linear information shifts.
  • the output signals of the image sensing elements 2 are known to be supplied to a processing circuit which effects a composition of the image signals.
  • an adaptive stitching method with dynamic correction algorithms is used, which is described below with reference to FIG.
  • the method sequence for the large-format scanner 1, as shown schematically in FIG. 2 will now be explained in more detail with reference to FIG.
  • the image information is assembled in an overlapping region 15 of the sensor elements 11 to 14 by means of a stitching method, wherein the overlap region 15 within a search region 10 is searched for image information, as described in greater detail in WO 2012/146358 A2, for example.
  • a texture recognition within the specified search area 10 of the scan original 4 is performed.
  • an evaluation of the information density is carried out to determine a measure of the texture content.
  • a weighting of the information density is carried out as a function of the measure of the texture content of the recognized texture.
  • a detection of congruent picture elements within the specified search area 10 of the scan original 4 is carried out.
  • a determination of a weighted deviation for each measuring point from the texture-derived weighting and the determined deviation of each measurement is carried out. From these weighted deviations, a determination is made in a method step f) of a weighted average of the deviations from these weighted deviations for each pixel.
  • FIG. 4 shows the method steps of the inventive scanning method with automatic scale correction according to the invention for the large-format scanner 1.
  • a method step S1 displacement values are determined by interpolation of the y-direction components of the displacement values determined by the method steps a) to g) in the stitching method.
  • shift values V are classified in a setpoint comparison according to method step S2 and then added until their sum has reached a value which corresponds to the smallest possible error correction for scaling the image information.
  • the image information or image signals are scaled by adopting the value for the error correction
  • the comparison data required for the setpoint comparison according to method step S2, the setpoint values S, are determined in a method step S4, in which the physical distance between the front and rear sensor; For example, be determined by calibration or fixed.
  • FIG. 5 now shows a refinement of the process steps according to the invention for automatic scale correction for the large-format scanner 1 according to FIG. 4.
  • method step S1 the determination of displacement values V ensues.
  • the setpoint comparison carried out in method step S2 optionally leads to deviations which are added. If the summed deviations F exceed the smallest possible error correction corresponding positive or negative threshold value ⁇ Fs, then different method steps are initiated. If the deviations F exceed the threshold value + Fs (F> + Fs), then it becomes Step S3a, omitting or suppressing picture lines. If the deviations F are smaller than the threshold value -Fs (F ⁇ -Fs), then a line doubling is initiated with method step S3b. If the deviations F lie between -Fs and + Fs (-Fs> F ⁇ + Fs), then the image information or image signals are left unchanged.
  • the automatic scale correction method uses the shift values determined by a stitching method in order to carry out a dynamic scale correction at runtime.
  • the dynamic stitching methods described above determine, for each image line of the composite image and each overlap region 15, a shift value in the direction of travel that determines the distance in image lines between the passage of the document, the scan original 4, on the respective front and rear sensor elements 11 to 14 indicates. If the stitching method only determines a shift value for every n-th image line, a shift value for each line can be derived by interpolating the shift values. In the case of a plurality of overlapping regions 15, the new method initially forms an average of all the shift values of the overlap regions 15. By the setpoint comparison S2, the physical distance between the front and rear sensor elements 11 to 14 is determined as the desired value, for example, determined by calibration or fixed the new procedure for each image line the relative deviation.
  • a deviation from the desired value can have two causes, for example:
  • the document section (image line) has not traveled the distance between the front and rear sensor on the shortest route. This can be done by moving the paper and / or looping. If it can be ensured by the mechanics that the document travels on average between the front and rear sensor elements 1 1 to 14 an equal distance, eg the shortest distance, the method can be implemented with a suitable filtering, for example moving average or moving weighted averaging , the determined deviations of the lines, the scale deviation approximate and correct by scaling the image, for example, by omitting S3a and doubling S3b of image lines, correct.
  • a suitable filtering for example moving average or moving weighted averaging , the determined deviations of the lines, the scale deviation approximate and correct by scaling the image, for example, by omitting S3a and doubling S3b of image lines, correct.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Scannen großformatiger Scan-Vorlagen (4) mit einer automatischen, dynamischen Maßstabskorrektur während des Scan-Vorgangs, mittels eines Scanners (1) der kaskadenförmig angeordnete Bilderfassungselemente (2) zur Abtastung der Scan-Vorlage (4) aufweist, bei denen mittels eines Stitching-Verfahrens die Bildinformationen benachbarter Sensorelemente (11 bis 14) zusammengesetzt und Verschiebungswerte (Vn) ermittelt werden, mit folgenden Schritten: S1: Ableiten von Verschiebungswerten (V) für jede Bildzeile des zusammengesetzten Bildes durch Interpolation der y-Richtungsanteile der n Verschiebungswerte (Vn), S2: Vergleich der Verschiebungswerte (V) mit einem Sollwert (S) zur Bestimmung einer relativen Abweichung für jede Bildzeile und Addierung der relativen Abweichungen bis deren Summe einen Wert, welcher der kleinst möglichen Fehlerkorrektur zur Skalierung der Bildinformationen entspricht, erreicht hat, und S3: Skalierung der Bildinformationen bzw. Bildsignale durch Übernahme des Wertes für die Fehlerkorrektur.

Description

Verfahren zum Scannen großformatiger Scan-Vorlagen mit automatischer dynamischer Maßstabskorrektur
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Scannen großformatiger Scan-Vorlagen mit einer automatischen, dynamischen Maßstabskorrektur während des Scan- Vorgangs, 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 einen Überlappungsbereich der Sensorelemente zusammengesetzt werden, wobei der wenigstens eine Überlappungsbereich innerhalb eines Suchbereiches nach Bildinformationen durchsucht wird, und durch Vergleich kongruierender Bildinformationen Verschiebungswerte sowohl in x- als auch in y-Richtung ermittelt werden.
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.
Großformatige Scanner-Systeme transportieren die zu scannende Dokumentenvorlage 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 01 1 945 B4 beschrieben. 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.
Für eine maßstabsgetreue Abbildung der Scan-Vorlage muss sichergestellt sein, dass die Zeilenfrequenz der Bildsensoren 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.
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, die z.B. eine unterschiedlich glatte Oberfläche auf- weisen, bestimmte Korrekturfaktoren zugewiesen werden, die dann manuell vor jedem Scan-Vorgang anzuwählen sind. Durch diese statischen Korrekturverfahren wird dann die Zeilenfrequenz oder die Motorgeschwindigkeit für das ganze zu scannende Dokument fest 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. So lassen sich Schwankungen in der Transportgeschwindigkeit der Vorlage, die z.B. beim Führen der Vorlage durch den Benutzer durch unbeabsichtigtes Bremsen der Vorlage entstehen, durch die bekannten statischen Korrekturverfahren nicht ausgleichen. Aber auch Schwankungen in der Transportgeschwindigkeit die durch schwere Dokumente entstehen, die zunächst vom Vorlagetisch nach unten hängen und den Vorlagenantrieb stark belasten, die während des weiteren Transportes den Antrieb normal belasten, und die am Ende des Scan-Vorgangs vom Vorlagentisch am Ausgang des Scanners herunter hängen und am Vorlagenantrieb ziehen, können durch die bekannten statischen Korrekturverfahren nicht ausgeglichen werden.
Bei kaskadenförmiger Anordnung der Bildsensoren ist es notwendig, um ein durchgehendes Scan-Bild über die komplette Scan-Breite zu erzielen, die Bilddaten der einzelnen Bildsensoren zu einem Gesamtbild zusammenzusetzen. 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.
Neben Scan-Verfahren, die mit statisch konfigurierten Überlappungsbereichen arbeiten, gibt es Verfahren, welche die Verschiebung zur Laufzeit dynamisch anhand der Bildinformationen ermitteln. 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. Dabei werden die in Scanrichtung von den jeweils zweiten Bilderfassungselementen aufgenommenen Bildelemente auf die von den jeweils ersten Bilderfassungselementen aufgenommenen kongruierenden Bildelemente gezogen. Dabei können durch die sich beim Scanvorgang einstellenden, nicht vorhersehbaren Verschiebungen zwischen den kongruierenden Bildelementen Verzerrungen im zusammengesetzten Bild entstehen. Eine maßstabsgetreue Abbildung ist nicht gewährleistet.
Aus der WO 20 2/041389A1 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 er- fasst. Zur Bestimmung der Verschiebung in zwei Richtungen oder Dimensionen werden beide Bilder miteinander korreliert. Die DE 36 1 1 984 C2 offenbart ein Vorlagen lesegerät, bei dem in Übereinstimmung mit dem jeweiligen gewünschten Vorlageniesemaßstab die Phasendifferenz der Treiberimpulse, die den Zeilensensoren zugeführt werden, variiert werden kann. Damit lässt sich der Vorlagenlesemaßstab stufen los verändern. Diese stufenlose Veränderung erfolgt jedoch nach bestimmten Vorgaben. Eine Fehlererkennung während des Scanvorgangs und eine automatischer und dynamischer Ausgleich dieser Fehler um automatisch Maßstabskorrekturen vorzunehmen, werden hier nicht angeregt.
Auch die US 201 1/0292469 A1 offenbart ein dynamisches Stitching-Verfahren, mittels dessen von kaskadiert angeordneten Sensorelementen aufgenommene kongruierende Bildinhalte zusammengeführt werden. Hier wird weder eine statische noch eine dynamische Maßstabskorrektur angeregt.
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.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmaie gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst: 51 Ableiten von Verschiebungswerten für jede Bildzeile des zusammengesetzten Bildes durch Interpolation der y-Richtungsanteile der n Verschiebungswerte,
52 Vergleich der Verschiebungswerte mit einem Sollwert zur Bestimmung einer relativen Abweichung für jede Bildzeile und Addierung der relativen Abweichungen bis deren Summe einen Wert, welcher der kleinst möglichen Fehlerkorrektur zur Skalierung der Bildinformationen entspricht, erreicht hat, und
53 Skalierung der Bildinformationen bzw. Bildsignale durch Übernahme des Wertes für die Fehlerkorrektur.
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. Diese Maßstabskorrektur ist auch dynamisch, da sie nicht statisch auf das ganze zusammengesetzte Bild, sondern nur auf kleine Bildbereiche entsprechend der kleinsten möglichen Fehlerkorrektur angewandt wird.
In vorteilhafter Weise kann zur Ermittlung von Verschiebungswerten gemäß Ver- fahrensschritt S1 ein Mittelwert aus allen Verschiebungswerten der Überlappungsbereiche gebildet werden.
Erfindungsgemäß kann der Sollwert aus dem physikalischen Abstand zwischen vorderem und hinterem Sensorelement, insbesondere durch Kalibrierung bestimmt oder fest vorgegeben werden. 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. Dabei ist als kleinst mögliche Fehlerkorrektur anzusehen, wenn die Summe der relativen Abweichungen z.B. die Größe einer hinzuzufügenden bzw. zu eliminierenden Zeile, oder aber das Hinzufügen bzw. Eliminieren eines Schrittes des Schrittmotors oder eines Taktimpulses der Taktung der Sensorelemente erreicht hat.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zur Ermittlung von Verschiebungswerten gemäß Verfahrensschritt S1 eine Filterung, insbesondere gleitender Durchschnitt, der ermittelten Verschiebungswerte der Zeilen durchgeführt wird, oder der Abstand in Bildzeilen zwischen dem Passieren der Scan-Vorlage am jeweiligen vorderen und hinteren Sensorelement bestimmt wird.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Scanner mit Bilderfassungselement und Reflektorwalze,
Figur 2 ein Scanner mit kaskadenförmig angeordneten Sensorelementen,
Figur 3 Verfahrensschritte eines Stitching-Verfahrens für den großformatige
Scanner,
Figur 4 die erfindungswesentlichen Verfahrensschritte zur automatischen Maßstabskorrektur für den großformatigen Scanner und
Figur 5 eine Verfeinerung der erfindungswesentlichen Verfahrensschritte zur automatischen Maßstabskorrektur gemäß Figur 4. In der Figur 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. Zudem sorgt der Spalt 9 im Mittenbereich 8 der Reflektorwalze 5 für genügend Raum für die Scan-Vorlage 4.
In der Figur 2 ist das Bilderfassungselement 2 bestehend aus vier zum Scannen einer großformatigen Scan-Vorlage 4 kaskaden- oder zickzackförmig angeordneten Sensorelementen 1 1 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 kas- kadenförmig angeordneten Sensorelementen 11 bis 14 auftretenden, unkontrollierbaren, nicht linearen Informationsverschiebungen zu eliminieren.
Die Ausgangssignale der Bilderfassungselemente 2 werden bekannterweise einer Verarbeitungsschaltung zugeführt, die eine Zusammensetzung der Bildsignale bewirkt. Beim erfindungsgemäßen Scan-Verfahren wird dabei ein adaptives Stit- ching-Verfahren mit dynamischen Korrekturalgorithmen eingesetzt, das anhand der Figur 3 nachfolgend beschrieben wird. Anhand der Figur 3 wird nun der Verfahrensablauf für den großformatigen Scanner 1 wie er in Figur 2 schematisch dargestellt ist näher erläutert. Dabei werden mittels eines Stitching-Verfahrens die Bildinformationen in einem Überlappungsbereich 15 der Sensorelemente 1 1 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.
In einem ersten Verfahrensschritt a) des Stitching-Verfahrens wird eine Texturerkennung innerhalb des festgelegten Suchbereiches 10 der Scan-Vorlage 4 durchgeführt. In der erkannten Textur erfolgt in einem zweiten Verfahrensschritt b) eine Wertung der Informationsdichte zur Bestimmung eines Maßes für den Texturgehalt. Daraus resultiert in einem dritten Verfahrensschritt c) eine Wichtung der Informationsdichte in Abhängigkeit von dem Maß für den Texturgehalt der erkannten Textur.
Gleichzeitig wird gemäß einem Verfahrensschritt d) eine Detektion von kongruierenden Bildelementen innerhalb des festgelegten Suchbereiches 10 der Scan- Vorlage 4 durchgeführt. Mit diesen Werten wird in einem Verfahrensschritt e) 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 f) eine Bestimmung eines gewichteten Mittelwerts der Abweichungen aus diesen gewichteten Abweichungen für jeden Bildpunkt.
Aus diesem gewichteten Mittelwert der Abweichungen resultiert gemäß einem Verfahrensschritt g) eine Berechnung von Verschiebungswerten zur Korrektur der Lage der versetzten Bildelemente, so dass diese Bildelemente in Übereinstimmung gebracht werden. In der Figur 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 durch Interpolation der y-Richtungsanteile der durch die Verfahrensschritte a) bis g) im Stitching-Verfahren ermittelten Verschiebungswerte.
Diese Verschiebungswerte V werden in einem Sollwertvergleich gemäß Verfahrensschritt S2 klassifiziert und anschließend addiert bis deren Summe einen Wert, welcher der kleinst möglichen Fehlerkorrektur zur Skalierung der Bildinformationen entspricht, erreicht hat.
Gemäß Verfahrensschritt S3 erfolgt eine Skalierung der Bildinformationen bzw. Bildsignale durch Übernahme des Wertes für die Fehlerkorrektur
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.
Die Figur 5 zeigt nun eine Verfeinerung der erfindungswesentlichen Verfahrensschritte zur automatischen Maßstabskorrektur für den großformatigen Scanner 1 gemäß Figur 4. In dem Verfahrensschritt S1 erfolgt die Ermittlung von Verschiebungswerten V.
Der in dem Verfahrensschritt S2 durchgeführte Sollwertvergleich führt ggf. zu Abweichungen, die addiert werden. Übersteigen die summierten Abweichungen F einen der kleinsten möglichen Fehlerkorrektur entsprechenden positive bzw. negative Schwellwert ±Fs, dann werden unterschiedliche Verfahrensschritte eingeleitet. Überschreiten die Abweichungen F den Schwellwert +Fs (F>+Fs) so wird nach Verfahrensschritt S3a, das Weglassen oder Unterdrücken von Bildzeilen, durchgeführt. Sind die Abweichungen F kleiner als der Schwellwert -Fs (F<-Fs), dann wird mit Verfahrensschritt S3b eine Zeilenverdopplung veranlasst. Liegen die Abweichungen F zwischen -Fs und +Fs (-Fs>F<+Fs), dann werden die Bildinformationen bzw. Bildsignale unverändert belassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Maßstabskorrektur nutzt die von einem Stitching-Verfahren ermittelten Verschiebungswerte, um eine dynamische Maßstabskorrektur zur Laufzeit durchzuführen.
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 1 1 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 1 1 bis 14 als Sollwert, der bspw. durch Kalibrierung ermittelt oder fest vorgegeben wurde, bestimmt das neue Verfahren für jede Bildzeile die relative Abweichung.
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. Wenn durch die Mechanik sichergestellt werden kann, dass das Dokument im Mittel zwischen vorderem und hinterem Sensorelement 1 1 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.
Bezugszeichenliste
1 Scanner
2 Bilderfassungselement
3 Glasscheibe
4 Scan-Vorlage
5 Reflektorwalze
6 Federn
7 Seitenbereiche
8 Mittenbereich
9 Spalt
10 Suchbereich
1 1 erstes Sensorelement
12 zweites Sensorelement
13 drittes Sensorelement
14 viertes Sensorelement
15 Überlappungsbereich
S1 bis S4 und
a) bis g) Verfahrensschritte
S Sollwert
V Verschiebungswerte
F addierte Abweichungen (Fehler)
Fs Fehlerschwellwert

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Scannen großformatiger Scan-Vorlagen (4) mit einer automatischen, dynamischen Maßstabskorrektur während des Scan-Vorgangs, mittels eines Scanners (1 ) der Bilderfassungselemente (2) zur Abtastung der Scan-Vorlage (4) aufweist, wobei die Bilderfassungselemente (2) aus wenigstens zwei kaskadenförmig angeordneten, wenigstens einen Überlappungsbereich (15) aufweisenden Sensorelementen (1 1 bis 14) gebildet sind, bei denen mittels eines Stitching-Verfahrens die Bildinformationen in dem wenigstens einen Überlappungsbereich (15) der Sensorelemente (1 1 bis 14) zusammengesetzt werden, wobei der wenigstens eine Überlappungsbereich (15) innerhalb eines Suchbereiches (10) nach Bildinformationen durchsucht und durch Vergleich kongruierender Bildinformationen Verschiebungswerte (Vn) sowohl in x- als auch in y-Richtung ermittelt werden, mit folgenden Schritten:
51 Ableiten von Verschiebungswerten (V) für jede Bildzeile des zusammengesetzten Bildes durch Interpolation der y-Richtungsanteile der n Verschiebungswerte (Vn),
52 Vergleich der Verschiebungswerte (V) mit einem Sollwert (S) zur Bestimmung einer relativen Abweichung für jede Bildzeile und Addierung der relativen Abweichungen bis deren Summe einen Wert, welcher der kleinst möglichen Fehlerkorrektur zur Skalierung der Bildinformationen entspricht, erreicht hat, und
53 Skalierung der Bildinformationen bzw. Bildsignale durch Übernahme des Wertes für die Fehlerkorrektur. Verfahren nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zur Ermittlung von Verschiebungswerten (V) gemäß Verfahrensschritt S1 ein Mittelwert aus allen Verschiebungswerten (Vn) der Überlappungsbereiche (15) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 1
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Sollwert (S) aus dem physikalischen Abstand zwischen vorderem und hinterem Sensorelement (11 bis 14), insbesondere durch Kalibrierung bestimmt oder fest vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Skalierung gemäß Verfahrensschritt S3 durch Weglassen (S3a) oder Verdoppeln (S3b) von Bildzeilen als Bildskalierung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Skalierung gemäß Verfahrensschritt S3 durch Korrektur der Zeilenfrequenz und/oder der Motorgeschwindigkeit erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass bei der Ermittlung von Verschiebungswerten (V) gemäß Verfahrensschritt S1 eine Filterung, insbesondere gleitender Durchschnitt, der ermittelten Verschiebungswerte (Vn) der Zeilen durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zur Ermittlung von Verschiebungswerten (V) gemäß Verfahrensschritt
S1 der Abstand in Bildzeilen zwischen dem Passieren der Scan-Vorlage (4) am jeweiligen vorderen und hinteren Sensorelement (11 bis 14) bestimmt wird.
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