專利名稱：掃描儀影像校正方法
技術領域：
本發明涉及一種掃描儀影像校正方法，特別是一種由馬達(motor)與影像感應器(image sensor)在既定路徑移動的轉移函數(transfer function)所形成的影像成像公式的計算方法。
電荷耦合組件或接觸型影像傳感器的功能是將光的信號轉變為電的信號，再由模擬\數字轉換器(Analog to Digital Converter ADC)將模擬信號轉變為數字信號，而產生出數字像素資料，最后再由適配卡及驅動程序將此數字像素資料轉換且儲存起來，完成一次的掃描動作。這當中最重要的關鍵零組件是影像感應器，亦即一般所使用的電荷耦合組件或接觸型影像傳感器，其功能就是在影像掃描儀中作為一個受光體，將所接收到的文字或圖形數字化。
一般掃描儀在掃描過程的掃描影像的校正方法，大都使用預置一參考影像或是校正微帶的影像值，并將該等影像資料預先儲存于內存內，以作為掃描儀在掃描過程中所獲得的掃描影像校正的基準。
有關影像校正方法在現有技術中的特征內容，摘要說明如下1.在美國專利(US006，339482)“Method and apparatus forautomatic image calibration for an optical scanner”中，其利用一預置的校正紙，然后將每個像素的斜率依照校正紙兩側上的兩個參考區塊去計算，這個斜率由一個像素的長度來分割。假如區域剩余的部份大于像素一半長度時，掃描儀會指示像素由下一區開始，順著這個規則就可以將一列像素分割成好幾個區塊。
這個斜的像素將會依據第一個及第二個程序來校正，而這個校正的像素將依照區塊的編號順序存放在記憶區。在同一列所有的像素都已經被校正后，這個被校正的像素將會從記憶區依序被讀取，而這個校正程序將會一直重復，直到每一列的影像都已經被校正。
2.另一個美國專利(US005,621,217)“Apparatus and Method forcalibration a digital scanner”中，其是在一個數字掃描儀校正系統中，使用一校正帶，校正帶上帶有參考的信息和一可讀卷標的機器。卷標上有特征化的值，可以對應到校正帶上面的參考譯碼信息。一個掃描儀校正系統掃描校正帶，同時這一可讀譯碼卷標的機器會產生影像資料，以便對應到掃描中參考信息及參考資料。這個正確值則從產生影像資料和譯碼特征值來推導。
2.另一個較相近的影像掃描裝置的掃描影像校正方法為臺灣專利(089111591)，其發明特征為，由一影像掃描裝置移行機體的移行及一基準圖型的預掃描，用以校正該影像掃描裝置在對一目標圖型進行掃描時所取得的影像信號，該方法步驟為先制備一基準圖型；并以一步進馬達依預定的微步值微步驅動該移行機體移行，以對該基準圖型進行掃描，并由該影像掃描裝置的影像感測裝置取得該基準圖型的影像信號；接著依據該取得的基準圖型影像信號與一影像信號理想值進行對比計算，以取得每一微步的輝度校正參數。最后于進行目標圖型的影像掃描時，將掃描取得的目標圖型中每一微步的影像信號以該輝度校正參數予以校正。
傳統的掃描儀在實際的掃描過程中，須要借助步進馬達來驅動掃描儀內的掃描裝置進行掃描動作，由于馬達從某一位置移動到下一位置時，需要一段位移的時間，在此位移時間內會使得兩位置間(也就是兩個像素間)產生信號混合的情形，使得掃描的影像呈現無法辨識的灰階(Gray Level)信號，造成掃描系統的空間分辨率降低，也就是調變轉移函數(Modulation Transfer Function；MTF)降低，進而造成輸出影像變得模糊；此種情形會隨著步進馬達的移動速度以及影像感應器的感應速度的增加而使得輸出的影像愈模糊。
這里所述的調變轉移函數(MTF)是使用反差對比(contrast)的概念來檢定掃描裝置的解像力(resolution)，其中解像力是空間頻率(Spatial frequency)的倒數，而空間頻率的定義就是“在1毫米(mm)的寬度中，正弦濃度變化反復次數(請想象空間頻率如同海浪的波峰與波谷一樣的波型變化)。”當在充足的反差時(即MTF較大時)，也就是空間頻率較小時，可以很容易辨識出兩條線來；而當空間頻率加大時(即MTF較小時)，也就是線條越緊密時，反差也逐漸縮小；當空間頻率再繼續加大時，終于反差衰減到全部變成灰色，再也分辨不出黑白條紋來，就表示掃描裝置的解像力已到極限。
由前所述，傳統的掃描儀會隨著步進馬達的移動速度以及影像感應器的感應速度的增加，而會使得輸出的影像愈模糊，此種由于掃描裝置的解像力不足所造成的輸出影像模糊的結果，并非現有技術所能克服的；同時現有技術中因須儲存預置像，然后再將掃描影像與的比較，以找出校正參數的方法，不但使掃描系統使用的內存增加，亦使整個系統的反應速度變慢。
有鑒于上述背景技術中，在馬達位移時間內產生的兩個畫素間信號混合的情形，使得掃描的影像呈現無法辨識的灰階信號，造成掃描系統的解像度變差，進而造成輸出影像變得模糊等的缺點，必須另外尋求解決的方法。
本發明主要目的的一在于克服現有技術的不足與缺陷，借助馬達既定的移動速度與影像傳感器既定的曝光時間的關系，以計算方式來提高調變轉移函數(MTF)，進而解決輸出影像模糊的現象。
本發明的另一主要目的在于可有效縮短掃描器的反應時間及設計與使用上的彈性。
本發明提出一種利用馬達沿著既定路徑移動的速度與影像傳感器既定的曝光時間兩者間的轉移函數所形的成像公式，然后將起始點影像值與下一定點所讀取的影像值，代入前述既定的影像成像公式中計算，以求出掃描過程中相鄰點正確的影像值，并由此方法來校正及改善掃描過程中，產生兩像素間因影像值混合而導致影像模糊而使得解像度降低的現象。此方法的優點可借助簡單轉移函數所形的成像公式，以計算方式來精確地提高掃描影像的分辨率，進而解決影像模糊的缺點。
本發明的另一主要目的在于可使掃描器的反應時間縮短，其優點可使得掃描儀的影像解像力可完全不受馬達移動速度及影像感應器曝光速度變化的影響，可有效縮短掃描器的反應時間及設計與使用上的彈性。
本發明是一種利用影像掃描裝置中馬達沿著既定路徑移動的速度與影像傳感器既定的曝光時間兩者間的轉移函數所形成的成像公式，然后將起始點影像值與掃描下一定點位置所讀取的影像值，代入前述既定的影像成像公式中計算，以求出掃描過程中相鄰兩像素間正確的影像值的方法，該方法步驟為首先，激活該掃描裝置上的影像感應器后，讀取起始點的第一像素的影像值并儲存該影像值；其次，激活該影像裝置上的馬達及影像感應器進行第一次影像掃描，并讀取馬達移動至下一定點像素位置的第二影像值；接著，將已讀取的第一及第二影像值代入轉移函數中計算，求取馬達在移動過程中正確的影像值；再接著，將現有所讀取的該第二影像值設定為第一影像值并儲存該影像值，同時進行第二次定點位置的掃描及讀取下一定點位置的影像值并將該讀取的影像值設定為第二影像值；接著再將該第二次掃描步驟所讀取的該第一及該第二影像值代入轉移函數中計算，以求取該第二次掃描步驟中馬達在移動過程中正確的影像值；重復執行該第二次掃描步驟的動作至獲得馬達在移動過程中正確的影像值，直到掃描結束。
圖中符號說明T1 為馬達移動一步所須的位移時間T 為影像感應器曝光一次的時間a1 為P12的影像值a2 為P23的影像值b 為下一定點所讀取的影像值
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的具體實施方式
。
在下述說明中對掃描儀動作及本發明所沿用有關掃描儀的現有技術，在此僅作重點式的引用，以助本發明的闡述。而且下述內文中相關的附圖亦并未依據實際比例繪制，其作用僅在表達本發明的特征。
本發明是一種利用影像掃描裝置中馬達沿著既定路徑移動的速度與影像傳感器既定的曝光時間兩者間的轉移函數所形成的成像公式，然后將起始點影像值與掃描下一定點位置所讀取的影像值，代入前述既定的影像成像公式中計算，以求出掃描過程中相鄰兩像素間正確的影像值的方法。
本發明中的掃描儀包含一馬達，一影像傳感器，一光源，一模擬/數字轉換器(ADC)，一信號處理器以及一內存。
圖1A為步進馬達移動時的時間與位置示意圖，而圖1B為步進馬達移動時間T1及影像感應器曝光時間T(X軸向)與黑白相間的像素(pixel)位置(Y軸向)在掃描儀動作時的示意圖。假設掃描儀動作時的步進馬達由某一像素(例如圖1B中的P12)移動到下一定點像素(例如圖1B中的P23)的時間為T1，而影像感應器曝光時間為T。當此掃描儀在正常動作時，此時依圖1所示在掃描儀移動一步過程中，影像感應器是從P12移動到P23，故圖1B中粗線所包括的區域，即為影像感應器掃過的區域，因影像感應器的大小及其曝光時間間距是相同的關系，故相鄰兩個像素的掃描面積是相同的，其轉移函數可寫成2Tb＝1/2×(T1×a1)+1/2×(T1×a2)+(T-T1)×a第一方程式可將其再轉換成
a2＝(4T×b-T1×a1)/(2T-T1) 第二方程式其中T1為步進馬達移動一步所須的位移時間T為影像感應器曝光一次的時間a1為P12的影像值a2為P23的影像值b為下一定點像素所讀取的影像值若我們設定掃描儀在激活后，就先由影像感應器讀取起始點像素的影像值，并令其為第一影像值(a1)；然后當掃描儀移動到下一定點像素后，影像感應器所讀取到的影像值令其為第二影像值(a2)；接著將此兩個已讀取的影像值代入第二方程式，就可得到a2(也就是P23)的影像。因此我們利用這個步進馬達移動時間及影像感應器曝光時間與黑白相間的像素位置在掃描儀動作過程中所得的轉移函數所形成的公式(即第二方程式)來計算出掃描過程中相鄰兩像素間正確的影像值，以使掃描影像的調變轉移函數(MTF)增加。
本發明的一較佳實施例為當影像感應器的曝光時間很快，假設趨近于零時，如圖2A所示，其在一次掃描過程中，影像感應器所掃過的區域如圖2B所示，為一包括兩個像素的類似平行四邊形的面積；對一般的掃描儀而言，此圖形所顯示的影像值為一灰階值，故掃描儀的輸出影像完全無法判斷其對比度，當然也就無解像度或MTF可言，其所顯示的輸出結果為一灰色畫面。
若使用轉移函數的概念來表示時，由圖2B影像感應器從P12移動到P23的面積(圖中粗線所包括的區域)可表示成2b＝a1+a第三方程式則
a2＝2b-a第四方程式若我們設定掃描儀在激活后，就先由影像感應器讀取起始點像素的影像值，并令其為第一影像值(a1)；然后當掃描儀移動到下一定點像素后，影像感應器所讀取到的影像值令其為第二影像值(a2)；接著將此兩個已讀取的影像值代入第四方程式，就可得到a2(也就是P23)的影像。因此我們利用這個步進馬達移動時間及影像感應器曝光時間與黑白相間的像素位置在掃描儀動作過程中所得的轉移函數所形成的公式(即第四方程式)來計算出掃描過程中相鄰兩像素間正確的影像值。
在此較佳實施例中證明，本校正公式只要能取得起始影像值及下一定點影像值，就一定可以計算出掃描過程中相鄰兩像素間a2(也就是P23)的正確的影像值，故可有效增加掃描影像的調變轉移函數(MTF)，同時此公式亦可證明掃描儀可完全不受步進馬達速度變化與像感應器曝光時間變動的影響。
依據上述的概念，本發明的具體實例可由圖3所示的流程來說明首先，激活該掃描裝置上的影像感應器后，讀取起始點的第一影像值100并儲存該影像值200；其次，激活該影像裝置上的馬達及影像感應器進行第一次影像掃描300，以讀取馬達移動至下一定點位置的第二影像值400；接著，將已讀取的第一及第二影像值代入轉移函數中計算500，求取馬達在移動過程中正確的影像值；同時，將現有所讀取的該第二影像值設定為第一影像值600并儲存該影像值700。
接著，進行第二次定點位置的掃描300及讀取下一定點位置的影像值并將該讀取的影像值設定為第二影像值400；再接著將已儲存的該影像值700與該第二次掃描步驟所讀取的該第二影像值代入轉移函數中計算500，以求取該第二次掃描步驟中馬達在移動過程中正確的影像值800；重復執行該第二次掃描步驟的動作至獲得馬達在移動過程中正確的影像值，直到掃描結束。
綜上所述，本發明在有關的具體實施例與較佳實施例的說明后，已完全揭露本發明的影像校正方法，利用馬達與影像感應器在既定路徑移動的速度及曝光時間的轉移函數所形成的影像成像公式，以簡單的計算方法來計算出掃描過程中像素與像素的間的正確影像值，其特征即在運用此轉移函數所形成的影像成像公式，以計算方式來獲得正確影像值且掃描儀完全不受步進馬達速度變化與像感應器曝光時間變動的影響，可有效縮短掃描器的反應時間及設計與使用上的彈性。。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，并非用以限定本發明的權利要求；同時以上的描述，對于熟知本技術領域的專門人士應可明了及實施，因此其它未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在權利要求書的范圍中。
權利要求
1.一種掃描儀影像校正方法，其特征在于，包含將該掃描儀的影像傳感器移到一起始位置并且讀取一起始影像值，其中進行的時間為一第一時間；進行掃描，該影像傳感器讀取一掃描影像值，其中掃描時間為一第二時間；以及依該起始影像值，該掃描影像值，該第一時間及該第二時間以求出校正后的影像值。
2.如權利要求1所述的掃描儀影像校正方法，其特征在于，上述計算公式的計算結果為該校正后的影像值，該校正后的影像值等于先將該兩倍的第二時間減去該第一時間的結果，再將該結果除以四倍的該第二時間乘以該掃描影像值減去該第一時間乘以該起始影像值的二分的一所得的結果。
3.如權利要求1所述的掃描儀影像校正方法，其特征在于，上述的計算公式為a2＝(4T×b-T1×a1)/(2T-T1)其中a2為該校正后的影像值，T1為該第一時間，T為該第二時間，a1為該起始影像值，以及b為該掃描影像值。
4.如權利要求1所述的掃描儀影像校正方法，當該第二時間趨近于零時，其中上述計算公式的計算結果為該校正后的影像值，該校正后的影像值等于將兩倍的該掃描影像值減去該起始影像值。
5.如權利要求1所述的掃描儀影像校正方法，其特征在于，當該第二時間趨近于零時，其中上述計算公式為a2＝2b-a1其中a2為該校正后的影像值，a1為該起始影像值，以及b為該掃描影像值。
6.如權利要求1所述的掃描儀影像校正方法，其特征在于，上述的掃描儀包含一馬達，一影像傳感器，一光源，一模擬數字轉換器，一信號處理器以及一內存。
7.如權利要求6所述的掃描儀影像校正方法，其特征在于，掃描儀完全不受影像傳感器曝光時間變化的影響。
8.如權利要求6所述的掃描儀影像校正方法，其特征在于，掃描儀完全不受步進馬達速度變化的影響。
9.如權利要求6所述的掃描儀影像校正方法，其特征在于，上述的馬達包含步進馬達。
10.一種掃描儀影像校正方法，其特征在于，其利用影像掃描裝置中馬達沿著既定路徑移動的速度與影像傳感器既定的曝光時間兩者間的轉移函數所形成的成像公式，然后依據起始點影像值與掃描下一定點位置所讀取的影像值，以求出相鄰兩點間正確的影像值，該方法的步驟包括激活該掃描裝置上的影像感應器后，讀取起始點的第一影像值并儲存該影像值；激活該影像裝置上的馬達及該影像感應器進行第一次影像掃描，以讀取該馬達移動至下一定點位置的第二影像值；將已讀取的該第一及該第二影像值代入該轉移函數中計算，求取該馬達在移動過程中正確的影像值；將現有所讀取的該第二影像值設定為第一影像值并儲存該影像值，同時進行第二次定點位置的掃描及讀取下一定點位置的影像值并將該讀取的影像值設定為第二影像值；將已儲存的該第一影像值與該第二次掃描步驟所讀取的該第二影像值代入該轉移函數中計算，以求取該第二次掃描步驟中該馬達在移動過程中正確的影像值；重復執行該第二次掃描步驟的動作至獲得該馬達在移動過程中正確的影像值，直到掃描結束。
全文摘要
本發明涉及一種掃描儀影像校正方法，該方法利用影像掃描裝置中由馬達沿著既定路徑移動的速度與影像傳感器既定的曝光時間兩者間的轉移函數所形成的成像公式，然后將起始點影像值與掃描下一定點位置所讀取的影像值，代入前述既定的影像成像公式中計算，以求出馬達移動過程中相鄰兩像素間正確的影像值的方法，可有效提高掃描儀的調變轉移函數(MTF)。
文檔編號H04N1/047GK1477849SQ02130159
公開日2004年2月25日 申請日期2002年8月23日 優先權日2002年8月23日
發明者劉榮基 申請人:力捷電腦股份有限公司