扫描仪光电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种扫描仪光电系统及其控制方法。扫描仪光电系统包括扫描仪控制器、CCD图像传感器、模拟前端和存储器；所述扫描仪控制器分别与CCD图像传感器、模拟前端和存储器相连，所述CCD图像传感器的输出端与模拟前端相连。本发明专利技术解决了现有的扫描仪存在的分辨率低、幅面小、成本高的技术问题。本发明专利技术利用高性能高速扫描仪控制器作为总控制单元，并针对高精度大幅面书画扫描的要求而结合了高性能低成本的CCD图像传感器及相关元件，完成了整个数据采集流的光电设计。

【技术实现步骤摘要】
扫描仪光电系统及其控制方法
本专利技术涉及一种扫描仪光电系统及其控制方法。
技术介绍
目前的书画扫描仪在光电系统上主要采用从市场上可以获得的工业相机和图像采集卡作为图像数据采集的硬件单元。这种方案的优点在于开发周期快、开发难度低和图像质量高。然而，绝大多数国内市场上可以买到的工业相机中图像传感器的像元数都十分有限，不足以获取高分辨率的图像，而且，当获取较大的扫描幅面的图像时，需要通过多次扫描和图像拼接的方式实现，这大大增加了系统设计的难度、降低了图像采集的速度和图像后处理的工作量，且容易引入不必要的图像扭曲；另一方面，图像扫描系统工作过程中，图像数据的采集必须与步进电机的运动相匹配，才可以得到正确的图像纵横比，而采用工业相机设计扫描仪的方式，图像的采集和电机的运行无法做到完美的时序匹配，因而降低了图像质量。加之工业相机的价格昂贵，整个系统的成本将大幅提高，因而难以被有效地推向市场并被广泛应用。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种扫描仪光电系统及其控制方法，解决了现有的扫描仪存在的分辨率低、幅面小、成本高的技术问题。本专利技术的技术解决方案是：一种扫描仪光电系统，其特殊之处在于：包括扫描仪控制器、CCD图像传感器、模拟前端和存储器；所述扫描仪控制器分别与CCD图像传感器、模拟前端和存储器相连，所述CCD图像传感器的输出端与模拟前端相连。进一步地，上述扫描仪控制器包括沿数据传输方向依次设置的减法器、乘法器、分辨率控制模块、GAMMA校正模块、行处理模块和数据打包模块；所述存储器分别与减法器、乘法器、GAMMA校正模块和数据打包模块相连。进一步地，上述存储器用于存储减法器的偏移参数、乘法器的增益系数、GAMMA校正模块的校正参数以及数据打包模块的图像数据。进一步地，上述扫描仪控制器还包括真灰度处理模块、数据压缩模块和二值处理模块；所述真灰度处理模块的输入端与行处理模块相连，真灰度处理模块的输出端分别与数据打包模块、数据压缩模块和二值处理模块相连；所述数据压缩模块的输入端分别与真灰度处理模块和行处理模块相连，数据压缩模块的输出端与数据打包模块相连；所述二值处理模块的输入端与真灰度处理模块相连，二值处理模块的输出端与数据打包模块相连。进一步地，上述模拟前端包括相关双采样模块、偏移数模转换器、可编程增益放大器和模数转换器；CCD图像传感器的输出端与所述相关双采样模块相连，所述相关双采样模块和偏移数模转换器与可编程增益放大器相连，所述可编程增益放大器与模数转换器相连，所述模数转换器与扫描仪控制器相连。进一步地，上述扫描仪光电系统还包括与扫描仪控制器相连的零位及限位传感器。本专利技术还提供一种扫描仪光电系统控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：1)CCD图像传感器采集扫描对象的图像信息后向模拟前端输出模拟信号；2)模拟前端对模拟信号进行处理后向扫描仪控制器输出数字信号；3)减法器对输入的数字信号进行像素级偏移补偿处理；4)乘法器对经过偏移补偿的像素数据进行像素级增益校正处理；5)分辨率控制模块对经过增益校正的像素数据进行分辨率调整处理；6)GAMMA校正模块对经过分辨率调整的像素数据进行色彩校正；7)行处理模块对经过色彩校正的像素数据对应于三个通道的图像数据分量组织在一起；8)数据打包模块对图像数据进行打包处理后输出至存储器中。进一步地，步骤1)中CCD图像传感器进行图像采集的曝光控制方法是：1.1)CCD图像传感器扫描白色基准，以求得的平均值作为第一参考值；1.2)若第一参考值小于目标值，则同时增大CCD图像传感器的积分时间和曝光时间，然后返回步骤1.1)；若第一参考值大于或者等于目标值，则执行步骤1.3)；1.3)缩短CCD图像传感器的曝光时间，然后扫描白色基准并将求得的平均值作为第二参考值；1.4)若第二参考值大于或者等于目标值，则返回步骤1.3)；若第二参考值小于目标值，则将目标值与第二参考值的比值作为倍数延长CCD图像传感器的曝光时间。进一步地，步骤2)中模拟前端对模拟信号进行处理的方法包括以下步骤：2.1)将可编程增益放大器的值设置为1；2.2)将偏移数模转换器的静态偏移值设置为最大；2.3)CCD图像传感器扫描数行黑色区域，计算得到平均暗电平值Bavg；2.4)CCD图像传感器扫描一块白色区域，计算得到平均白电平值Wavg；2.5)计算可编程增益放大器的增益系数Gain＝(Wtarget-Btarget)/(Wavg-Bavg)，其中Wtarget为目标白电平值，Btarget为目标暗电平值；2.6)采用与步骤2.3)相同的方法重新计算平均暗电平值B′avg；根据以下公式计算偏移数模转换器的偏移参数DACadj：Diff＝Btarget-B′avgΔV＝Diff*Vrange/NcodesΔVout＝ΔV/GactualDACadj＝ΔVout/S其中，Vrange为模数转换器的电压输入范围，Ncodes为模数转换器的电压输出值个数，S为偏移数模转换器的调整系数；2.7)根据计算得到的增益系数Gain和偏移参数DACadj对模拟信号进行处理。本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用高性能高速扫描仪控制器作为总控制单元，并针对高精度大幅面书画扫描的要求而结合了高性能低成本的CCD图像传感器及相关元件，完成了整个数据采集流的光电设计。本专利技术扫描仪光电系统主要具有以下优点：1、大幅面：使用单个CCD传感器即使得系统获得了在600DPI的成像分辨率下采集35.6英寸即90.424厘米宽度的扫描幅面；扫描幅面的长度可以通过步进电机加导轨得以实现，理论上可以尽可能进行延长；2、高分辨率：在600DPI的分辨率下，本系统可以扫描约90厘米的宽度，如果减小扫描宽度，本专利技术可以获得更高的扫描分辨率，比如对于A4幅面的8.5英寸扫描宽度，可获得2512DPI的分辨率；3、高数据采集速率：本专利技术中数据传输的通讯接口可以设置为USB2.0，有效地保证了所采集数据传输的实时性；4、低成本：本专利技术中所采用的扫描仪控制器集成了实现一个完整的扫描仪所需要的大部分功能，大大降低了开发成本和开发周期。附图说明图1为本专利技术扫描仪光电系统的较佳实施例系统框图。图2为本专利技术扫描仪光电系统的图像采集流程图。图3为本专利技术扫描仪光电系统控制方法中的CCD图像传感器曝光控制方法流程图。图4为本专利技术扫描仪光电系统控制方法中的模拟信号处理方法流程图。具体实施方式参见图1，本专利技术为一种扫描仪光电系统，其较佳实施例的结构包括扫描仪控制器、CCD图像传感器、模拟前端和存储器；扫描仪控制器分别与CCD图像传感器、模拟前端和存储器相连，CCD图像传感器的输出端与模拟前端相连。另外还包括与扫描仪控制器相连的零位及限位传感器、通过电机驱动器与扫描仪控制器相连的步进电机、通过USB接口与扫描仪控制器相连的用户主机以及通过可编程直流电源与扫描仪控制器相连的光源。在晶振提供的基本工作频率下，扫描仪控制器控制并同步着所有其他部件的工作；CCD图像传感器用以实现对于所扫描物体的有效曝光；模拟前端用来对CCD的输出电压进行箝位采样和模数转换；存储器用以缓存图像及校正所必须的参数数据；步进电机用来实现副扫描方向的扫描运动；零位及限位传感器用以保证扫描运动处于安全有效的扫描幅面之内；光源用来为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫描仪光电系统，其特征在于：包括扫描仪控制器、CCD图像传感器、模拟前端和存储器；所述扫描仪控制器分别与CCD图像传感器、模拟前端和存储器相连，所述CCD图像传感器的输出端与模拟前端相连。

【技术特征摘要】
1.一种扫描仪光电系统，其特征在于：包括扫描仪控制器、CCD图像传感器、模拟前端和存储器；所述扫描仪控制器分别与CCD图像传感器、模拟前端和存储器相连，所述CCD图像传感器的输出端与模拟前端相连。2.根据权利要求1所述的扫描仪光电系统，其特征在于：所述扫描仪控制器包括沿数据传输方向依次设置的减法器、乘法器、分辨率控制模块、GAMMA校正模块、行处理模块和数据打包模块；所述存储器分别与减法器、乘法器、GAMMA校正模块和数据打包模块相连。3.根据权利要求2所述的扫描仪光电系统，其特征在于：所述存储器用于存储减法器的偏移参数、乘法器的增益系数、GAMMA校正模块的校正参数以及数据打包模块的图像数据。4.根据权利要求3所述的扫描仪光电系统，其特征在于：所述扫描仪控制器还包括真灰度处理模块、数据压缩模块和二值处理模块；所述真灰度处理模块的输入端与行处理模块相连，真灰度处理模块的输出端分别与数据打包模块、数据压缩模块和二值处理模块相连；所述数据压缩模块的输入端分别与真灰度处理模块和行处理模块相连，数据压缩模块的输出端与数据打包模块相连；所述二值处理模块的输入端与真灰度处理模块相连，二值处理模块的输出端与数据打包模块相连。5.根据权利要求1-4中任一所述的扫描仪光电系统，其特征在于：所述模拟前端包括相关双采样模块、偏移数模转换器、可编程增益放大器和模数转换器；CCD图像传感器的输出端与所述相关双采样模块相连，所述相关双采样模块和偏移数模转换器与可编程增益放大器相连，所述可编程增益放大器与模数转换器相连，所述模数转换器与扫描仪控制器相连。6.根据权利要求5所述的扫描仪光电系统，其特征在于：还包括与扫描仪控制器相连的零位及限位传感器。7.一种扫描仪光电系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)CCD图像传感器采集扫描对象的图像信息后向模拟前端输出模拟信号；2)模拟前端对模拟信号进行处理后向扫描仪控制器输出数字信号；3)减法器对输入的数字信号进行像素级偏移补偿处理；4)乘法器对经过偏移补偿的像素数据进行像素级增益校正处理；5)分辨率控制模块对经过增益校正的像素数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朋昌，唐兴佳，黄鑫，吴阳，刘伟华，韩意庭，胡炳樑，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61