專利名稱：圖象處理方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與作為圖象數(shù)據(jù)被俘獲的一個(gè)圖象的再現(xiàn)有關(guān)的圖象處理方法和相關(guān)的設(shè)備。本發(fā)明特別適用于用掃描儀，尤其是適合在一個(gè)表面上以無約束方式移動(dòng)的手提掃描儀俘獲的圖象。
背景技術(shù)：
用電子裝置制作一個(gè)原圖地圖象的掃描儀是眾所周知的。通常，由掃描儀提供的俘獲圖象是以數(shù)字格式保存在存儲器中的一個(gè)象素?cái)?shù)據(jù)陣列。一個(gè)無畸變圖象要求忠實(shí)地映射原始圖象到象素?cái)?shù)據(jù)陣列。掃描儀一般在圖象俘獲進(jìn)程中使用機(jī)械制約以便使忠實(shí)地映象的相似性達(dá)到最大?，F(xiàn)有技術(shù)所知的掃描儀類型包括鼓形掃描儀、平板掃描儀、二維陣列掃描儀、進(jìn)紙式掃描儀和手提式掃描儀。本發(fā)明特別適用于手提式掃描儀。
通常的手提式掃描儀要求用戶在原圖上移動(dòng)一線性陣列的電光傳感器元件。移動(dòng)通常由手工操縱，可是在有些實(shí)施例中是馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。采用例如在計(jì)算機(jī)“鼠標(biāo)”操作中所使用的方法確定陣列位置信息。當(dāng)線性傳感器陣列被移動(dòng)時(shí)，與原圖接觸的輪子、球或滾筒的旋轉(zhuǎn)被檢測，根據(jù)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械細(xì)節(jié)確定位置信息。通常，與原圖接觸的機(jī)械元件的表面有高的摩擦系數(shù)，例如橡皮，以便于防打滑和空轉(zhuǎn)。圓柱形滾筒或用剛性軸連接的兩個(gè)輪子可以被用于在掃描進(jìn)程中執(zhí)行單一的平移自由度。直棱或其它夾緊裝置常被用于固定相對于原圖的掃描方向，同時(shí)還執(zhí)行由一對輪子或滾筒提供的平移約束。然而，位置編碼器是常常易于打滑和空轉(zhuǎn)的方案，因而象素?cái)?shù)據(jù)陣列丟失它的與原圖上圖象的相應(yīng)之處。
手提式掃描儀一般被直接連接到用于圖象數(shù)據(jù)存儲、處理和使用的單獨(dú)計(jì)算機(jī)。掃描儀一般用綠色或紅色發(fā)光二極管給用戶提供反饋，以保持所希望的圖象分辨率的適當(dāng)速度。有些手提式掃描儀采用電磁制動(dòng)裝置來防止用戶在圖象上拖拉得太快，隨著掃描速度的增加，機(jī)械阻力增大。
手提式掃描儀利用相對地小的圖象陣列，通常在一次掃描中不能處理大于A6的文檔。這要求拼接算法把大文檔的多幅連接在一起。幅拼接用單獨(dú)計(jì)算機(jī)在一個(gè)單獨(dú)操作中可以完成。用手提掃描儀掃描多頁商務(wù)文檔或報(bào)告是一個(gè)冗長的進(jìn)程，常常獲得低質(zhì)量的結(jié)果。拼接圖象幅的技術(shù)是掃描專業(yè)人員所熟知的。這些技術(shù)一般要求一對完整的圖象幅并產(chǎn)生把兩幅對準(zhǔn)的單個(gè)全局變換。經(jīng)改進(jìn)的技術(shù)在國際專利申請?zhí)朩O96/27257中講述。
如前面所述，手提式掃描儀一般使用某些類型的夾緊裝置。在沒有夾緊裝置情況下，當(dāng)手提式掃描儀在原圖上移動(dòng)時(shí)，存在強(qiáng)使某些旋轉(zhuǎn)的趨勢。如果用戶的肘在掃描儀移動(dòng)時(shí)靠在平的表面，那么旋轉(zhuǎn)可能有一個(gè)由掃描儀和用戶的肘之間的距離定義的半徑。因而，被描述的電子圖象將會畸變。在一個(gè)掃描儀一幅的過程中，其它曲線運(yùn)動(dòng)也將產(chǎn)生畸變。
為了制作掃描電子圖象，必須采集與圖象數(shù)據(jù)一道被采集的導(dǎo)航信息。在美國專利US-5578813中描述一個(gè)手提式掃描儀，其中導(dǎo)航信息在不兼顧易于使用掃描儀的情況下被獲得。導(dǎo)航信息用至少一個(gè)導(dǎo)航傳感器來采集，該導(dǎo)航傳感器檢測正在被掃描的原圖的與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性。圖象傳感器沿原圖的移動(dòng)通過監(jiān)測當(dāng)圖象傳感器相對于原圖被移動(dòng)時(shí)與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性的變化來跟蹤。被監(jiān)測的與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性是固有結(jié)構(gòu)特性，例如紙張纖維或原圖的其它組成物。導(dǎo)航另一方面可以是基于小斑點(diǎn)的，其中圖象傳感器沿原圖的移動(dòng)通過監(jiān)測為采集導(dǎo)航信息使用的相干照明形成的小斑點(diǎn)圖案的變化來跟蹤。掃描儀沿被掃描圖象表面的移動(dòng)因而本質(zhì)上可以是任意的，因?yàn)樗皇芗s束。
“與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性”是原圖的特性，它歸因于與形成圖象數(shù)據(jù)和/或原圖上的有規(guī)則的對準(zhǔn)數(shù)據(jù)無關(guān)的因素。導(dǎo)航信息可以通過產(chǎn)生一個(gè)位置信號來形成，該位置信號是與對固有結(jié)構(gòu)有關(guān)特性的檢測敏感的，例如小斑點(diǎn)信息的位置信號或允許跟蹤各個(gè)固有結(jié)構(gòu)特性的位置信號。“固有結(jié)構(gòu)特性”是表征形成原圖進(jìn)程并與形成圖象數(shù)據(jù)和/或原圖上的有規(guī)則的對準(zhǔn)數(shù)據(jù)無關(guān)的那些原圖的特性。例如，如果原圖記錄媒質(zhì)是紙制品，那么所感興趣的固有結(jié)構(gòu)特性可能是紙張纖維。作為另一個(gè)例子，沿一光滑的原圖或透明膠片的圖象傳感器的導(dǎo)航可以通過跟蹤影響鏡面掃描的表面紋理變化來確定。通常，固有結(jié)構(gòu)特性是用顯微鏡可見的，例如在10和40μm之間的表面紋理的特性。
本發(fā)明直接適用于如在國際專利申請公布號WO96/27257和美國專利US-5578813中所述的手提式掃描儀，在國家法律許可的范圍內(nèi)，在這里包括了這兩個(gè)申請。
在上述現(xiàn)有技術(shù)的文檔中陳述了在許多實(shí)施例中由無約束的輸入特性引起的處理問題。為了務(wù)必使再現(xiàn)圖象的象素陣列將能夠代表所有被俘獲的數(shù)據(jù)，它必須相對地大。當(dāng)數(shù)據(jù)俘獲能在圖象上的任何點(diǎn)上開始時(shí)，在慣常的結(jié)構(gòu)中必須使用大于被俘獲圖象若干倍的一個(gè)象素柵格。用這樣的方案必須分配大量的存儲器來存儲象素陣列數(shù)據(jù)，這樣一來大大增加成本。
本發(fā)明旨在提供一種方法，該方法大大減少保存以這樣的無約束方式俘獲的圖象的存儲器要求。更具體來說，本發(fā)明提供計(jì)算成本的減少和增加根據(jù)任意獲得的俘獲圖象制作一個(gè)再現(xiàn)圖象的速度。本方法尤其針對徒手掃描，以及徒手掃描設(shè)備。
發(fā)明概述
按照本發(fā)明，我們提供根據(jù)許多圖象元素再現(xiàn)一個(gè)圖象的方法，每個(gè)圖象元素包括在一個(gè)圖象傳感器中俘獲的圖象數(shù)據(jù)，以及表示那個(gè)圖象元素相對于其它圖象元素的位置的位置數(shù)據(jù)，該方法包括呈許多片(tile)狀態(tài)的再現(xiàn)圖象，每個(gè)片包括代表圖象的特定空間區(qū)域預(yù)定尺寸的象素柵格。
這個(gè)位置數(shù)據(jù)可以從導(dǎo)航裝置獲得，導(dǎo)航裝置提供圖象元素由圖象傳感器俘獲那個(gè)圖象元素的位置數(shù)據(jù)。這是線性傳感器被用于俘獲數(shù)據(jù)的特別便利之處。在本發(fā)明的其它方面，位置數(shù)據(jù)從根據(jù)圖象元素特性確定每個(gè)圖象元素相對于其它圖象元素的相對位置的前面的步驟獲得。這是數(shù)據(jù)用一區(qū)域傳感器俘獲的特別便利之處，并且它有可能存取由計(jì)算重疊區(qū)域俘獲的數(shù)據(jù)的相對位置。
有利地，片是鄰接的，不搭接的，并適合于兩維鑲嵌。該方法尤其適合圖象以傳感器讀數(shù)流形式被俘獲的場合，每個(gè)傳感器讀數(shù)包括圖象數(shù)據(jù)和相應(yīng)的位置數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)俘獲在用沿圖象表面掃描的線性傳感器徒手掃描的情況下產(chǎn)生。
該方法尤其適合于從沿圖象的任意掃描路徑獲得的無約束輸入。這是因?yàn)槠梢栽谒蟮娜魏挝恢蒙袭a(chǎn)生，但在它們被實(shí)際要求之前，不需要被產(chǎn)生。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該方法包括下列步驟通過如果片存在的話根據(jù)位置數(shù)據(jù)確定相應(yīng)于圖象中一組輸入傳感器讀數(shù)的空間位置，并通過必要時(shí)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)新片來管理片，因而相應(yīng)于該組空間位置的片存在；根據(jù)圖象數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)通過分配象素值到相應(yīng)于該組的輸入傳感器讀數(shù)的空間位置的片的象素寫入到片；其中所說的步驟對逐組的傳感器讀數(shù)被重復(fù)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，該方法包括一個(gè)片索引，檢索用圖象的片的特定空間區(qū)域產(chǎn)生的每個(gè)片。有利地，片索引作為一棵樹被提供，該樹具有樹的每個(gè)結(jié)點(diǎn)，以那個(gè)結(jié)點(diǎn)的多個(gè)空間分辨力指向許多位置。
在本發(fā)明的更便利的方面，已被寫入的片可以被壓縮，而圖象俘獲仍在繼續(xù)進(jìn)行。更便利地，在片管理步驟中，相應(yīng)于被工作的上一個(gè)組的空間位置的片與相應(yīng)于當(dāng)前組的空間位置的片相比較，而在哪里產(chǎn)生新的所要求的片以及在哪里在當(dāng)前組中不存在上一組的片被壓縮。被壓縮的片被寫入到一個(gè)被壓縮的片存儲區(qū)，并從保持當(dāng)前組的片的激活片緩沖區(qū)中被刪除。
本發(fā)明還包括適合于實(shí)現(xiàn)上面所述方法的掃描設(shè)備。當(dāng)本發(fā)明在具有足夠的計(jì)算能力做所有處理的手提式掃描儀中實(shí)施時(shí)，該方法包括使用誤差估計(jì)以反饋修正至導(dǎo)航設(shè)備。這些誤差估計(jì)和它們的應(yīng)用的示例形式在下面結(jié)合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)討論。因而，誤差被實(shí)時(shí)識別并使用于修正導(dǎo)航設(shè)備本身以及修正被再現(xiàn)圖象中的誤差。另一方面，本發(fā)明可以在采集圖象數(shù)據(jù)的掃描設(shè)備中實(shí)施，其被設(shè)計(jì)成與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連以便執(zhí)行按照本發(fā)明的方法。
按照本發(fā)明的一個(gè)掃描設(shè)備將被掃描。該設(shè)備可能具有執(zhí)行由按照本發(fā)明的方法所要求的處理的計(jì)算能力，或者另一方面，該設(shè)備可能被設(shè)計(jì)成與一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連以便執(zhí)行按照本發(fā)明的方法。
在所掃描的實(shí)施例中，所俘獲圖象的再現(xiàn)包括使用與圖象數(shù)據(jù)一起被采集的導(dǎo)航信息，然后根據(jù)導(dǎo)航和圖象信息糾正圖象數(shù)據(jù)。糾正是一個(gè)使用導(dǎo)航數(shù)據(jù)安排所采集的圖象數(shù)據(jù)以達(dá)到原圖和輸出圖象之間一致性的進(jìn)程。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)航信息是用至少一個(gè)導(dǎo)航傳感器采集，該導(dǎo)航傳感器檢測被掃描原圖的與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性。圖形傳感器沿原圖的移動(dòng)通過監(jiān)測當(dāng)圖象傳感器相對于原圖被移動(dòng)時(shí)與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性的變化來跟蹤。被監(jiān)測的與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性是固有結(jié)構(gòu)特性，例如紙張纖維或原圖的其它組成物。導(dǎo)航也可以是基于小斑點(diǎn)的，其中圖象傳感器沿原圖的移動(dòng)通過監(jiān)測為采集導(dǎo)航信息使用的相干照明產(chǎn)生的小斑點(diǎn)圖案的變化來跟蹤。
因而，所考慮的采集導(dǎo)航信息的方案隨觀測設(shè)備而變化。在最廣泛的方案中，不限制導(dǎo)航信息的來源，它被用于消除掃描設(shè)備沿掃描路徑曲線和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的畸變制造物。導(dǎo)航信號在位置信號則被用于圖象信號的操縱情況下因而可以是呈位置信號的形式，位置信號對原圖上圖象數(shù)據(jù)的檢測是敏感的(例如，文本字符邊緣的識別)。第二個(gè)方案是位置信號對與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性例如確定小斑點(diǎn)圖案的特性敏感的方案。第三個(gè)方案是通過監(jiān)測整個(gè)時(shí)間內(nèi)各個(gè)固有結(jié)構(gòu)特性(例如紙張纖維)的位置來跟蹤掃描設(shè)備的導(dǎo)航。
在所述的實(shí)施例中，圖象傳感器是電光元件的一個(gè)線性陣列，而導(dǎo)致方案利用至少一個(gè)導(dǎo)航傳感器元件的二維陣列。通過在圖象傳感器的每個(gè)末端上設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的二維陣列導(dǎo)航陣列，掃描儀能提供三個(gè)自由度移動(dòng)。如果原圖是平面的，兩個(gè)自由度是直線且在原圖平面內(nèi)互相垂直，而第三個(gè)自由度是繞原圖平面的法線旋轉(zhuǎn)。在每個(gè)陣列具有比如果只使用單個(gè)導(dǎo)航陣列所必須的大小要小的陣列大小的情況下旋轉(zhuǎn)跟蹤的準(zhǔn)確度通過使用二個(gè)導(dǎo)航陣列被增加。雖然所描述的實(shí)施例是導(dǎo)航傳感器為二維陣列的實(shí)施例，但線性陣列也可以被使用。糾正圖象數(shù)據(jù)的導(dǎo)航信息可以方便地通過安置另一個(gè)位置跟蹤裝置到掃描設(shè)備以與原圖的任何與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性無關(guān)的方式被采集。
導(dǎo)航傳感器是在相對于圖象傳感器的一個(gè)已知位置。最好的話，導(dǎo)航傳感器盡可能地接近圖象傳感器的末端點(diǎn)，因而當(dāng)圖象陣列被移動(dòng)時(shí)導(dǎo)航傳感器對超出原圖邊緣范圍的移動(dòng)不敏感。圖象傳感器產(chǎn)生一個(gè)代表所感興趣圖象的信號。同時(shí)，每個(gè)導(dǎo)航傳感器形成一個(gè)代表原圖的與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性的信號。掃描設(shè)備可以徒手曲折圖案移動(dòng)，例如在該設(shè)備保持與原圖接觸情況下從左至右和從右到左沿原圖往下交替移動(dòng)。每一個(gè)左右幅應(yīng)與上一幅重疊一部分，因而圖象可以根據(jù)位置操縱并在掃描進(jìn)程中或以后拼接。在糾正是根據(jù)導(dǎo)航傳感器與由導(dǎo)航傳感器檢測的與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性之間的相對移動(dòng)進(jìn)行的情況下，圖象信號的操縱是圖象數(shù)據(jù)的糾正。拼接是用于連接鄰接幅所采集的圖象數(shù)據(jù)的進(jìn)程，因而在拼接之后在單獨(dú)的幅中的數(shù)據(jù)之間的位置關(guān)系與原有圖象中那些圖象數(shù)據(jù)之間的位置關(guān)系一致。
本發(fā)明可以采用的傳感器設(shè)計(jì)和圖象處理方法的更多方面在國際專利申請公布號WO96/27257和美國專利US-5578813中被討論。
附圖簡介


圖1是按照本發(fā)明沿著原圖上的一個(gè)曲折路徑的手持式掃描設(shè)備的透視圖。
圖2是圖1掃描設(shè)備的圖象和導(dǎo)航傳感器的后視圖。
圖3是露出圖象和導(dǎo)航傳感器的圖1掃描設(shè)備的透視圖。
圖4是圖3的一個(gè)導(dǎo)航傳感器的照明系統(tǒng)的原理性側(cè)視圖。
圖5是提供圖4所示的照明的發(fā)光二極管和光學(xué)元件的原理性側(cè)視圖。
圖6是圖1掃描設(shè)備的圖象俘獲操作的示意圖。
圖7是圖1掃描設(shè)備的導(dǎo)航處理的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖8是圖7所選擇步驟的原理圖。
圖9是執(zhí)行圖8步驟的部件的方塊圖。
圖10a是來自圖9的導(dǎo)航處理器輸出端的典型的位置標(biāo)記數(shù)據(jù)增量的表示法。
圖10b是存儲多個(gè)位置標(biāo)記數(shù)據(jù)增量的緩沖器的表示法。
圖11是按照本發(fā)明的實(shí)施例片方案的表示法；
圖12a是根據(jù)圖11的方案的片索引的空間表示法；
圖12b示出相應(yīng)于圖12a的片索引的一個(gè)索引樹；
圖13示出表示為象限的陣列的圖12b中的一個(gè)索引樹；
圖14示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例平鋪、糾正和壓縮被掃描數(shù)據(jù)的方法的原理圖15示出圖14所示的方法的情況中激活片索引的表結(jié)構(gòu)；
圖16示出根據(jù)圖14所示的方法一個(gè)片高速緩存的結(jié)構(gòu)；
圖17示出說明來自線性圖象傳感器示例的末端點(diǎn)軌跡的一個(gè)直線圖象區(qū)；
圖18示出具有映射到上面的兩個(gè)線性圖象傳感器位置的規(guī)定被掃描圖象的部分圖17的直線圖象區(qū)；
圖19示出在圖18的直線區(qū)中的象素背向映射到由兩個(gè)線性圖象傳感器位置規(guī)定的區(qū)內(nèi)；
圖20示出具有被映射到上面的一系列線性圖象傳感器位置的規(guī)定被掃描圖象的部分圖17的直線圖象區(qū)；
圖21示出在圖20的直線區(qū)中的象素背向映射到由線性圖象傳感器位置規(guī)定的區(qū)內(nèi)；
圖22示出由圖1掃描設(shè)備收集的幅；
圖23示出在拼接鄰接幅的兩個(gè)進(jìn)程中所使用的緩沖器，以及
圖24說明當(dāng)圖23的兩個(gè)進(jìn)程在使用中時(shí)被收集的幅。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式
參照圖1，示出一個(gè)袖珍手持掃描設(shè)備10，它遵循沿原圖14的一個(gè)曲折路徑12移動(dòng)。原圖可以是一張紙、一種透明膠片或任何其它承受圖象的表面。原圖的與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性可以被用于在沿曲折路徑導(dǎo)航時(shí)提供位置信息。在這個(gè)方案中，固有結(jié)構(gòu)特性的位置被跟蹤，位置信息被用于糾正圖象數(shù)據(jù)，可是將描述其它實(shí)施例。掃描設(shè)備最好裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)并由電池供電，但可以包括至外部電源和至計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)端口的連接。
圖1掃描設(shè)備10包括一個(gè)圖象顯示器16，可以查看被俘獲的圖象。然而，對掃描設(shè)備的使用來說，顯示器不是必不可少的。
現(xiàn)在參照圖1-3，掃描設(shè)備10的正面包括一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)式構(gòu)件20，它有助于保持原圖14與圖象傳感器22之間的適當(dāng)接觸。圖象傳感器22包括圖象傳感器元件的一個(gè)線性陣列。導(dǎo)航傳感器24和26被位于圖象傳感器的相對的兩端。導(dǎo)航傳感器24、26被安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)式構(gòu)件上，因而導(dǎo)航傳感器是處于相對于圖象傳感器的一個(gè)固定位置上。
掃描設(shè)備10允許三個(gè)自由度，二個(gè)是直線，一個(gè)是旋轉(zhuǎn)。第一個(gè)自由度是沿原圖14左右移動(dòng)(X軸移動(dòng))。第二個(gè)自由度是沿原圖上下移動(dòng)(Y軸移動(dòng))。第三個(gè)自由度是能操作圖象傳感器相對于原圖14的邊緣具有旋轉(zhuǎn)偏差的設(shè)備。也就是說，圖象傳感器22可以具有一個(gè)與設(shè)備位移方向不垂直的迎角角度。
鑒于物理緊湊性的緣故，圖象傳感器最好是一個(gè)接觸式圖象設(shè)備，可是對緊湊性不大重要或希望較小圖象的應(yīng)用場合，可以采用使用投影光學(xué)的傳感器，其放大倍數(shù)小于1。在這樣的應(yīng)用中，圖象傳感器22的元件應(yīng)是較小的且更緊密地封裝在一起。接觸式圖象設(shè)備一般采用以SELFOC商標(biāo)銷售的透鏡，它是Nippon Sheet Glass有限公司的注冊商標(biāo)。偶而，接觸式圖象可以使用源和鄰近傳感器的交叉陣列元件來獲得，沒有任何圖象透鏡。掃描應(yīng)用的通常圖象傳感器可以被使用。圖象傳感器可以是也包括照明源、照明光學(xué)系統(tǒng)和圖象變換光學(xué)器件的一個(gè)單元的一部分。
所示出的圖象傳感器22是分立的光學(xué)敏感元件的一個(gè)線性陣列。元件的間距在決定掃描儀10的空間分辨率方面起著重要作用。例如，具有101.6mm長的一個(gè)線性陣列要求1200個(gè)傳感器元件以便達(dá)到300dpi分辨率。傳感器可以是電荷耦合器件，非晶硅光電二極管陣列，或技術(shù)上熟悉的任何其它類型的線性陣列傳感器。
在設(shè)計(jì)圖象傳感器單元中的一個(gè)關(guān)鍵考慮是速度。圖象傳感器22最好是能以每秒約5K取樣映射每個(gè)象素。線性圖象陣列通常產(chǎn)生一個(gè)串行數(shù)據(jù)流，其中象素值即電荷被放置到一個(gè)移位寄存器，然后移出。達(dá)到所希望的速度要求整個(gè)圖象陣列具有十分快速的串行傳送速率或多個(gè)分支，因而象素值可以通過較少的單元被移出。這引起并行性(parallelism)，這對數(shù)字處理是便利的。
速度要求的另一個(gè)后果是在原圖表面上象素區(qū)的產(chǎn)生，它們的所收集和傳遞到每個(gè)陣列元件的發(fā)射光的立體角應(yīng)足夠大，以便產(chǎn)生在200微秒量級的積分時(shí)間內(nèi)的可檢測信號。一個(gè)增強(qiáng)的選項(xiàng)是增添一個(gè)光學(xué)元件到傳感器，以便增加每個(gè)傳感元件對之敏感的傳感器節(jié)距的有效系數(shù)。因?yàn)樵陉嚵芯仃囍幸话阌胁皇褂脜^(qū)域，所以這樣的光收集光學(xué)系統(tǒng)增加靈敏度。
圖象傳感器22的簡單改進(jìn)可以檢測彩色圖象。三個(gè)互相平行的線性陣列，其中每個(gè)具有至少一個(gè)有選擇地分別通過入射光的紅、綠和藍(lán)分量的嵌入濾光器元件，能彩色成象。另外，具有寬帶靈敏度的單個(gè)陣列可以順序地被紅、綠和藍(lán)色光源照射。
關(guān)于用于改善圖象傳感器22的工作的照明，可以使用一個(gè)黃色波長的高強(qiáng)度發(fā)光二板管的線性陣列。然而，優(yōu)選照明源和任何光學(xué)元件的選擇與原圖的媒質(zhì)有關(guān)。選擇光的波長以使在原圖14的給定區(qū)域內(nèi)掃描時(shí)所采集的對比圖象數(shù)據(jù)最大，而忽略不希望的信號。照明光學(xué)系統(tǒng)可以LED半球形透鏡組成或可以包括一個(gè)由精密鑄造的光學(xué)元件組成的光管，它以最小的光損耗引導(dǎo)光照到原圖上。這樣的設(shè)計(jì)可以在原圖的目標(biāo)區(qū)域以寬范圍的角度獲得相對均勻的照明，可是為了避免鏡面反射，遮擋法向的入射光束。
在圖1中示出曲折路徑12，它有四點(diǎn)幾幅，即沿原圖14左右來回。對最有機(jī)會的應(yīng)用的一個(gè)有用的圖象傳感器22有介于25.4mm和101.6mm的長度。如果傳感器22有63.5mm的長度，則可以4或5幅掃描A4紙。如下面將進(jìn)一步解釋的，幅應(yīng)當(dāng)包括重疊區(qū)，因而可以使用一個(gè)拼接進(jìn)程以便制作忠實(shí)再現(xiàn)的原有圖象。
掃描設(shè)備10一般包括至少一個(gè)導(dǎo)航傳感器24或26。在優(yōu)選實(shí)施例中，在該傳感器安放在圖象傳感器22的相對的兩端上的情況下，該設(shè)備包括一對導(dǎo)航傳感器。雖然可以使用一維陣列的光電元件，但在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)導(dǎo)航傳感器是二維陣列的元件。導(dǎo)航傳感器24和26被用于跟蹤掃描設(shè)備10相對于原圖14的移動(dòng)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)導(dǎo)航傳感器24和26俘獲與原圖的與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性有關(guān)的圖象，以便產(chǎn)生與掃描設(shè)備10的位置有關(guān)的信息。對最近的現(xiàn)有掃描設(shè)備，固有結(jié)構(gòu)特性被認(rèn)為是噪聲。對于圖1-3的掃描設(shè)備10，這樣的特性是關(guān)于圖象傳感器22的噪聲，但可以被用于為導(dǎo)航傳感器24和26提供基礎(chǔ)以便產(chǎn)生位置信息。通常，表面紋理高對比圖象可以通過檢測媒質(zhì)固有的或媒質(zhì)上形成的結(jié)構(gòu)變化，例如文本來產(chǎn)生。例如，圖象可以根據(jù)在固有結(jié)構(gòu)特性的峰值上谷和亮斑的陰影之間的對比來形成。這樣的特性事實(shí)上一般是極細(xì)微的，常常在常用印刷媒質(zhì)上尺寸分布在10μm和40μm范圍內(nèi)。作為替代方法，可以使用小斑點(diǎn)，因?yàn)橄喔刹ㄊ溺R面反射產(chǎn)生亮區(qū)和暗區(qū)的對比圖案。對比信息的第三個(gè)來源是色彩。色彩對比與表面紋理無關(guān)。即使當(dāng)用可見光照射無紋理表面時(shí)，色彩對比在不同色彩區(qū)之間，例如在不同的灰色調(diào)之間存在。
然而，可以預(yù)期，將本發(fā)明使用于導(dǎo)航信息與原圖的固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性無關(guān)的應(yīng)用場合。非圖象方案也可以被用于采集和處理X、Y和角度位置信息。這樣的替代方案在美國專利US-5578813中討論。
圖2的導(dǎo)航傳感器24和26有效地觀測原圖14的圖象上的移動(dòng)窗口并產(chǎn)生鄰接觀測之間的兩個(gè)平面尺寸的位移指示。如下面將進(jìn)一步解釋的，來自導(dǎo)航傳感器的象素值被處理以便決定來自圖象傳感器22的圖象數(shù)據(jù)的適當(dāng)映射。特定象素和它最近鄰的值被用于產(chǎn)生在每個(gè)象素位置上的相關(guān)值的陣列。相關(guān)值是建立在表面結(jié)構(gòu)的當(dāng)前圖象與所保存的代表固有結(jié)構(gòu)特性的已知位置的圖象之間的比較基礎(chǔ)上，在這里所保存的圖象用作一位置參照。然而，可以采用除相關(guān)處理外的操作來操縱輸入圖象數(shù)據(jù)以形成輸出圖象。
現(xiàn)在參照圖4和5，示出導(dǎo)航傳感器24，它有效地與照明光學(xué)系統(tǒng)有關(guān)。如果原圖14是紙制品，其紙纖維用導(dǎo)航傳感器24被檢測，光線以入射的切線角引入最好。雖然不是本質(zhì)的，但可以使用一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)28。切線角30，它是入射的余角，最好在零度和15度范圍內(nèi)，可是這可以改變，取決于原圖14的特性。在圖5中，示出具有照明光學(xué)系統(tǒng)34的源28。光學(xué)系統(tǒng)可以包括單一元件或透鏡、濾光鏡和/或全息元件的組合，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)表面的適當(dāng)平行和通常均勻的照射。由源28所發(fā)射的光的波長應(yīng)被選擇以便增強(qiáng)導(dǎo)航可獲得的空間頻率信息。在照射區(qū)的固定模式噪聲應(yīng)被減至最小。源28的輸出可能要求調(diào)整以便當(dāng)掃描設(shè)備在所打印材料上用吸收或映出墨水或其它打印墨水處理時(shí)適應(yīng)寬的媒質(zhì)反射率的動(dòng)態(tài)范圍。
在圖4中，來自源35的光線在照明光學(xué)系統(tǒng)36中被準(zhǔn)直，然后由幅度分裂分光鏡37更改方向。從LED直接到分光鏡和透射過分光鏡的部分光能量在圖4中未示出。來自分光鏡的光能量沿表面的法線照射原圖14。
在圖4中也示出從原圖14反射或散射的部分光能量，其通過分光鏡37以在元件38上經(jīng)孔徑作用和濾光并在元件39上對圖象聚焦。從原圖到分光鏡通過的和從分光鏡反射的部分光能量未被示出。導(dǎo)航圖象光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)在檢測被聚焦光線的二維傳感器陣列24的可見區(qū)上應(yīng)為常數(shù)。在許多應(yīng)用中，導(dǎo)航光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)，即光頻響應(yīng)的幅度量度必須在尼奎斯特頻率之前提供衰耗，尼奎斯特頻率由導(dǎo)航傳感器的傳感器元件的節(jié)距以及光學(xué)元件的放大倍數(shù)決定。光學(xué)元件也應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)成防止背景照射產(chǎn)生噪聲。應(yīng)當(dāng)指出，也可使用波前分裂分光鏡。
入射角的選擇取決于原因的材料特性。照明的切線角產(chǎn)生較長的陰影和更明顯的對比，或者AC信號，如果原圖的表面不光滑的話。然而，DC信號電平隨著照明角度接近于原圖法線而增加。
以切線角30照射原圖14的目標(biāo)區(qū)，對原圖表面具有微觀級的非常的不平度的應(yīng)用場合工作得很好。例如，源28的光線以一切線角引入，當(dāng)原圖是信紙、紙板、纖維或人的皮膚時(shí)提供與固有結(jié)構(gòu)特性有關(guān)的數(shù)據(jù)的高信噪比。換句話說，使用在入射的法角上的的非相干光線，對于為跟蹤掃描儀沿這樣的原圖如照片、光滑的雜志頁和透明膠片移動(dòng)需要位置數(shù)據(jù)的應(yīng)用場合可能是優(yōu)選的。在法向照射情況下，使用非相干光觀看在鏡面反射視場中的原圖將提供含有足夠豐富的紋理內(nèi)容的圖象以允許成象和基于相關(guān)的導(dǎo)航。原圖的表面有微觀的凸紋，因而表面反射光線，仿佛表面是片或小平面鑲嵌的。原圖的許多“片”以從法線稍微擾動(dòng)的方向反射光線。包括散射光和鏡面反射光的可見區(qū)因而可以被仿造，好象表面被許多這樣的片組成，每個(gè)被鋪砌得與法線稍微不同。這個(gè)模型類似于W.W.Barkas在題目為“Analysis of Light Scattered from a surface of Low G1oss intoIts Specular and Diffuse Components”(Proc. Phys.Soc.，Vol.51，pp.274-292(1939))的文章中的模型。
圖4示出由非相干光的源35的照明，它是沿原圖14表面的法線方向。圖5描述以法線角30的照明。在第三個(gè)實(shí)施例中，沒有提供照明。相反，導(dǎo)航信息使用背景光，即來自環(huán)境的光被聚集。
在第四個(gè)實(shí)施例中，相干光以法向入射被引入，以允許基于小斑點(diǎn)的導(dǎo)航。掃描設(shè)備和原圖之間的相對移動(dòng)可以通過監(jiān)測小斑點(diǎn)相對于導(dǎo)航傳感器的運(yùn)動(dòng)來跟蹤。如果在不使用成象光學(xué)元件情況下使用相干照明，然后通過選擇小的照明區(qū)并通過在原圖表面與導(dǎo)航傳感器24的光檢測器陣列之間具有相對大的間隙，則在相干照明下所獲得的占優(yōu)勢的小斑點(diǎn)單元尺寸是足夠大以便滿足尼奎斯特取樣準(zhǔn)則。分光鏡的使用允許入射照明和被檢測的散射接近于原圖表面的法線，如在圖4中所類似地實(shí)現(xiàn)的那樣。
現(xiàn)在參照圖6，示出掃描儀10，它沿原圖44移動(dòng)，原圖44具有印刷在原圖表面的一個(gè)方塊46。因?yàn)閽呙鑳x在原圖平面中不受任何運(yùn)動(dòng)學(xué)制約的支配，所以存在用戶沿原圖遵循曲折路徑的趨勢，如果當(dāng)用戶的手和前臂繞肘旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生。在圖6中，示出掃描設(shè)備，它沿方塊46遵循曲線路徑48。如果掃描設(shè)備的底邊是接近于規(guī)定旋轉(zhuǎn)軸的肘的邊，那么底邊將有較短的半徑。因此圖象傳感器的圖象元件將相對于通過方塊46所要求的時(shí)間和距離而變化。當(dāng)該設(shè)備被移到虛線所示的第二個(gè)位置時(shí)，方塊的一個(gè)畸變圖象50被俘獲。
俘獲圖象50是未經(jīng)下面所述的處理的保存圖象。然而，當(dāng)圖象傳感器俘獲與方塊46有關(guān)的數(shù)據(jù)時(shí)，導(dǎo)航信息被采集。在所述的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)航傳感器俘獲與原圖44的固有結(jié)構(gòu)特性有關(guān)的數(shù)據(jù)。固有結(jié)構(gòu)特性相對于掃描設(shè)備10的移動(dòng)被跟蹤，以便決定圖象傳感器相對于方塊46的位移。一個(gè)忠實(shí)俘獲的圖象54則可以被形成。圖象54在這里被定義為“經(jīng)糾正”的圖象。
在圖7中，示出導(dǎo)航處理的一個(gè)實(shí)施例。導(dǎo)航處理通過使導(dǎo)航信息的相鄰幀，例如與固有結(jié)構(gòu)特性有關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)生連系來實(shí)現(xiàn)。相關(guān)比較在相鄰幀中固有結(jié)構(gòu)特性的位置以便提供與在特定時(shí)間上導(dǎo)航傳感器的位置有關(guān)的信息。導(dǎo)航信息然后被用于糾正圖象數(shù)據(jù)。圖7的處理一般對每個(gè)導(dǎo)航傳感器被執(zhí)行。
在第一個(gè)步驟56中，采集一個(gè)參考幀。實(shí)際上，參考幀是一個(gè)起始位置。在后一個(gè)時(shí)間上導(dǎo)航傳感器的位置可以通過采集58在后一個(gè)時(shí)間上導(dǎo)航傳感器的位置數(shù)據(jù)的一個(gè)取樣幀并且然后計(jì)算在參考幀與后來采集取樣幀之間的相關(guān)60來決定。
采集初始的參考幀56可以在成象進(jìn)程初始化時(shí)發(fā)生。例如，采集可以通過一旦放置掃描設(shè)備與原圖接觸就被觸發(fā)。另外，掃描設(shè)備可以包括一個(gè)初始化成象進(jìn)程和導(dǎo)航進(jìn)程的起始按鈕。初始化也可以用每個(gè)導(dǎo)航器的照明系統(tǒng)的一個(gè)周期性脈沖來發(fā)生。如果有一個(gè)超過所規(guī)定的反射門限的被反射信號或指示運(yùn)動(dòng)的相關(guān)信號，參考幀則被采集。
雖然導(dǎo)航處理經(jīng)計(jì)算地被執(zhí)行，但是本實(shí)施例的概念可以根據(jù)圖7和8來描述。一個(gè)參考幀被表示成具有一個(gè)T型固有結(jié)構(gòu)特性64的圖象。參考幀的大小取決于諸如掃描設(shè)備的最大掃描速度、在結(jié)構(gòu)特性的圖象中的主空間頻率和傳感器的圖象分辨率等因素。32象素(N)×64象素(M)的導(dǎo)航傳感器的參考幀的實(shí)際尺寸為24×56象素。
在后一個(gè)時(shí)間(dt)上，導(dǎo)航傳感器采集一個(gè)取樣幀66，它相對于幀62被移位，但它實(shí)質(zhì)上說明相同的固有結(jié)構(gòu)特性。在掃描設(shè)備的平移速度上，持續(xù)時(shí)間dt最好被設(shè)置得使T型特性64的相對位移小于導(dǎo)航傳感器的一個(gè)象素。對在600dpi上速度0.45m/s，可接受的時(shí)間周期是50μm。這個(gè)相對位移在這里稱之為一個(gè)“微步”。
如果掃描設(shè)備在采集56參考幀62和采集58取樣幀66之間的時(shí)間間隔內(nèi)已移動(dòng)，那么T型特性的第一個(gè)和第二個(gè)圖象將是特性已移動(dòng)的圖象。當(dāng)優(yōu)選實(shí)施例是dt小于允許整個(gè)象素移動(dòng)的時(shí)間的情況時(shí)，圖8的原理圖是允許特性64向上向右移動(dòng)一個(gè)象素的圖示。這里假定整個(gè)象素移動(dòng)僅僅為圖示。
在圖8中元素70表示幀68的象素值順序移到8個(gè)最近的相鄰象素。也就是說，步驟“0”不包括移動(dòng)，步驟“1”是向左上方的對角移動(dòng)，步驟“2”是向上移動(dòng)，等等。在這個(gè)方式中，象素移動(dòng)幀可以與取樣幀66組合起來產(chǎn)生位置幀的陣列72。標(biāo)記為“位置0”的位置不包括移動(dòng)，因此結(jié)果僅是幀66和68的組合?！拔恢?”有最小數(shù)目的陰影象素，因此是具有最高相關(guān)的幀。根據(jù)相關(guān)的結(jié)果，在取樣幀66中T型特性64的位置被確定為相對于在較早采集的參考幀62中相同特性的位置向右向上的對角移動(dòng)，這意味著掃描設(shè)備在時(shí)間dt內(nèi)已向左向下移動(dòng)了。
盡管可以采用其它相關(guān)方案，但一個(gè)可接受的方案是“平方差之和”相關(guān)。對于圖8的實(shí)施例，存在從元素70上9個(gè)偏移形成的9個(gè)相關(guān)系數(shù)(Ck＝C0，C1…C8)，相關(guān)系數(shù)由下式確定
Ck＝∑i∑j(Sij-R(ij)+k)2其中Sij為在樣本幀66的位置ij上導(dǎo)航傳感器的測得值，Rij為當(dāng)在元素70上以k方向移動(dòng)時(shí)幀68上導(dǎo)航傳感器的測得值，其中k是在元素70上移動(dòng)的標(biāo)識符。在圖8中，k＝3提供具有最少值的相關(guān)系數(shù)。
相關(guān)被用于求得在相鄰幀中相同特性的位置，以便確定幀至幀的位移。求和或積分這些位移以及修正通過有關(guān)的光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)引入的比例系數(shù)，以便確定當(dāng)掃描過程進(jìn)行時(shí)圖象傳感器的位移。
如上所述，幀至幀的相關(guān)稱之為“微步”，因?yàn)閹俾时贿x擇得足夠高以確保該位移不超過單個(gè)象素的大小。過取樣可以提供子象素位移精度。參照圖7，一個(gè)微步是否被產(chǎn)生的判定74遵照相關(guān)的每個(gè)計(jì)算64來進(jìn)行。如果要求一個(gè)微步，那么參考幀在76被移動(dòng)。在這個(gè)步驟，圖8的取樣幀66成為參考幀，同時(shí)采集一個(gè)新的取樣幀。相關(guān)計(jì)算然后被重復(fù)。
雖然該進(jìn)程提供高度的相關(guān)配對，但確實(shí)存在的任何誤差將隨取樣幀66至參考幀標(biāo)志的每個(gè)逐次移動(dòng)76而累積起來。為了給這個(gè)“隨機(jī)走動(dòng)”誤差的成長速率規(guī)定一個(gè)限制，取樣幀被存儲在單獨(dú)的緩沖存儲器中。這個(gè)單獨(dú)存儲的取樣幀成為其后一系列相關(guān)計(jì)算的一個(gè)新的參考幀。后面的相關(guān)稱之為“宏步”。
通過使用宏步，在m圖象幀位移，即沿m微步的距離上掃描儀位移的更精確判定可以被求得。在一個(gè)宏步中的誤差是單次相關(guān)計(jì)算的結(jié)果，而m微步的等效誤差是單一微步中的誤差的m1/2倍。雖然當(dāng)m增加時(shí)，m微步中的誤差平均接近于零，但是誤差平均的標(biāo)準(zhǔn)差隨m1/2增長。因此，通過采用具有與實(shí)際一樣大的m宏步將累積誤差的標(biāo)準(zhǔn)差減小是有利的，只要規(guī)定一個(gè)宏步的兩個(gè)幀相互間隔不如此遠(yuǎn)以致于它們沒有很大的公共圖象內(nèi)容區(qū)域。
取樣周期dt不必為常數(shù)。取樣周期可以作為上次測量的函數(shù)來確定。采用變量dt的一個(gè)方法是通過保持一定界限內(nèi)鄰接參考幀之間對位移改進(jìn)位移計(jì)算的準(zhǔn)確度。例如，上限可以是一個(gè)象素位移，而下限由在導(dǎo)航數(shù)據(jù)的處理中數(shù)字的四舍五入的考慮決定。
參照圖9a，在圖象傳感器22上產(chǎn)生的圖象信號則可以是基于導(dǎo)航數(shù)據(jù)的“標(biāo)記位置”。在一個(gè)實(shí)施例中，來自導(dǎo)航傳感器24和26的象素值被導(dǎo)航處理器80接收，以便執(zhí)行圖7和8的操作。根據(jù)計(jì)算得的相關(guān)，確定第一個(gè)導(dǎo)航傳感器24和第二個(gè)導(dǎo)航傳感器26的當(dāng)前位置的坐標(biāo)。
在一個(gè)宏步內(nèi)，導(dǎo)航處理器80直接復(fù)原每個(gè)導(dǎo)航傳感器運(yùn)動(dòng)的平移分量。來自兩個(gè)導(dǎo)航傳感器的數(shù)據(jù)必須被積分，以便求得也計(jì)及掃描頭的任何旋轉(zhuǎn)的絕對位置估計(jì)值。處理器80保存掃描頭相對于它的初始取向的當(dāng)前取向的一個(gè)模型。每個(gè)導(dǎo)航傳感器的平移的各個(gè)估計(jì)值相對于這個(gè)模型來解釋。而掃描儀模型的取向是它本身定期更新的。
在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)導(dǎo)航傳感器的宏步被同步，因而如果導(dǎo)航傳感器處理器80要求在一個(gè)導(dǎo)航傳感器中一個(gè)宏步，那么它也觸發(fā)在其它導(dǎo)航傳感器中一個(gè)宏步。這簡化由每個(gè)導(dǎo)航傳感器記錄的平移的解釋。如果在宏步T上，掃描儀的取向是與垂直成θ度，那么在每個(gè)導(dǎo)航傳感器的微步內(nèi)所記錄的平移被解釋如下。
圖9b示出一對導(dǎo)航傳感器的運(yùn)動(dòng)。對每一個(gè)，我們有描述掃描儀取向的相對于一坐標(biāo)幀(具有標(biāo)示為u和ν的單位矢量)的所記錄的平移。對第一個(gè)和第二個(gè)導(dǎo)航傳感器，這些分別具有幅度(u1，v1)和(u2，v2)。目的是為了解釋這些平移，以便給出導(dǎo)航傳感器相對于全局坐標(biāo)幀的更新位置。本質(zhì)上，我們正在再現(xiàn)來自它的逐段線性近似的路徑，其中線性段的幅度由宏步的大小確定。
每個(gè)單位矢量與掃描儀取向θ具有如下的標(biāo)準(zhǔn)三角關(guān)系
v＝(sinθ，cosθ)
u＝(cosθ，-sinθ)但正如我們將看到的，u和v的估計(jì)值不需進(jìn)行大量三角計(jì)算就可以被保持。
在圖9b中，P1和P2代表導(dǎo)航傳感器位置，相對于全局幀，在宏步的起點(diǎn)上；它們分別具有值(x1，y1)和(x2，y2)。更新位置，相對于相同的全局幀，某些導(dǎo)航傳感器幀，以后由P1’和P2’給出，其分別具有值(x1’，y1’)和(x2’，y2’)。
在極限值(我們假定我們接近的值，以便于執(zhí)行精確積分)中，每個(gè)導(dǎo)航傳感器的平移的ν分量必須是相同的(切斷同樣地影響每個(gè)末端，在極限值中，旋轉(zhuǎn)根本不引起ν分量)。因此我們可以設(shè)置v1和v2到它們的平均值
v＝(v1+v2)/2
在這種情況下，更新的終點(diǎn)位置給出如下
P1’＝P1+u1u+vνand P2’＝P2+u2u+vν
在這時(shí)平移相應(yīng)于圖象傳感器物理終點(diǎn)的位置估計(jì)值而不是各個(gè)導(dǎo)航傳感器，也是方便的。這使用建立導(dǎo)航和圖象傳感器的物理位置之間關(guān)系的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行。為簡單起見，終點(diǎn)位置被取在相應(yīng)于圖象傳感器的第一個(gè)和最末一個(gè)傳感器的中央。
我們必須定期更新慣性幀。這僅在一個(gè)宏幀的結(jié)束或下一個(gè)開始時(shí)實(shí)進(jìn)行。它要求宏步被同步即如果一個(gè)導(dǎo)航傳感器觸發(fā)一個(gè)新的宏步，因?yàn)樗殉^微步的最大數(shù)目，那么在其它導(dǎo)航傳感器中也應(yīng)觸發(fā)一個(gè)宏步，即使已保持完全固定不動(dòng)。這個(gè)方法有附加優(yōu)點(diǎn)，即導(dǎo)航幀的旋轉(zhuǎn)總是很小，因?yàn)樗?jīng)歷的最大旋轉(zhuǎn)必須總是小于由導(dǎo)航傳感器之間的基線劃分的微步的最大數(shù)目。
更新慣性幀具有反過來增加掃描儀運(yùn)動(dòng)的丟失的旋轉(zhuǎn)分量的作用。這根據(jù)由各個(gè)導(dǎo)航傳感器經(jīng)歷的不同平移被隱含地確定。不是顯式地計(jì)算運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)分量，而是慣性坐標(biāo)幀被根據(jù)它的與掃描儀的主軸(連接導(dǎo)航傳感器位置的線)的關(guān)系直接更新。慣性幀的ν軸是沿主軸從導(dǎo)航傳感器1至導(dǎo)航傳感器2的單位矢量，u軸是與它正交完成2D基線的單位矢量。
ν的更新值為
ν’＝(v’x，v’y)＝(P2’-P1’)/｜P2’-P1’｜＝(P2’-P1’)/D正交適量u為
u’＝(v’y，-v’x)
長度｜P2’-P1’｜是掃描儀的恒定(模導(dǎo)航誤差)長度，在圖9b中標(biāo)示為D。這大大簡化了慣性幀的計(jì)算，因?yàn)樗恍枰?jì)算每個(gè)宏步的平方和之平方根。
導(dǎo)航處理器80也經(jīng)由象素放大器82和模數(shù)變換器84接收圖象傳感器22的N象素值。雖然圖9僅示出來自圖象傳感器22和單個(gè)A/D變換器84的多個(gè)分支，但每個(gè)具有一個(gè)A/D變換器的多個(gè)分支屬本發(fā)明的范圍。當(dāng)前位置坐標(biāo)被“標(biāo)記”在相應(yīng)于圖象傳感器內(nèi)象素號碼的數(shù)據(jù)線的末端上。導(dǎo)航處理器80的輸出86因此是標(biāo)記位置的數(shù)據(jù)流。
導(dǎo)航處理器80不需要一定以相同幀速率接收來自圖象傳感器22的象素?cái)?shù)據(jù)和來自導(dǎo)航傳感器24、26的位置信息。位置數(shù)據(jù)流可以被用于更新通常以比線性傳感器陣列的象素節(jié)距更高的空間分辨率的線性傳感器終點(diǎn)位置的估計(jì)值。線性圖象傳感器的最佳時(shí)鐘頻率通常由掃描儀的運(yùn)動(dòng)速率來確定，以便最快的移動(dòng)端被以剛小于線性傳感器本身的象素節(jié)距的數(shù)目取樣，否則將產(chǎn)生過取樣或欠取樣。過取樣將導(dǎo)致進(jìn)一步沿圖象處理流水線增加計(jì)算和數(shù)據(jù)處理要求而幾乎不改善圖象質(zhì)量，而欠取樣將導(dǎo)致圖象質(zhì)量的肯定的下降。
一個(gè)解決辦法是在總是引起過取樣的也就是說超過最快可能掃描速度的取樣要求的固定頻率上取樣線性傳感器。那么如果掃描儀正在以比最大掃描速度慢的速度移動(dòng)，則不希望的取樣由導(dǎo)航處理器根據(jù)當(dāng)前終點(diǎn)位置估計(jì)值被排除。也就是說，自上次一個(gè)線性傳感器取樣的有效增量和被標(biāo)記的位置數(shù)據(jù)從導(dǎo)航傳感器80輸出以來每個(gè)終點(diǎn)的相對位置的幅值被用于選通進(jìn)一步的增量的輸出。最簡單的方法是僅當(dāng)一個(gè)或其它幅值嚴(yán)格等于或超過象素節(jié)距(或它的有效百分率)時(shí)才允許輸出。這個(gè)方法可能導(dǎo)致欠取樣，尤其當(dāng)恰好小于最大掃描速度掃描時(shí)更甚。另一方面，為了防止欠取樣，當(dāng)前取樣應(yīng)輸出，如果下一個(gè)線性傳感器取樣的相對終點(diǎn)位置的預(yù)測量超過象素節(jié)距的話，其中預(yù)測量是建立在終點(diǎn)位置的變化率(或更高階數(shù)值導(dǎo)數(shù))基礎(chǔ)上。第三個(gè)也防止欠取樣的方法在導(dǎo)航處理器80中引入一個(gè)增量緩沖器，因而上一個(gè)增量可以被傳送，如果當(dāng)前增量的相對位置數(shù)據(jù)超過象素節(jié)距的話。
上述的每個(gè)取樣方案建立在同步取樣基礎(chǔ)上且通常將導(dǎo)致某種程度的過取樣或欠取樣。一種更精確地達(dá)到理想空間取樣的更好的總解決辦法是導(dǎo)航處理器80異步觸發(fā)線性傳感器俘獲。一種方法是為相對終點(diǎn)位置，因?yàn)樯洗斡行Х@(或進(jìn)一步的預(yù)測量)被直接用于識別觸發(fā)線性傳感器的俘獲和取樣的最佳時(shí)間點(diǎn)。
在圖10a中，數(shù)據(jù)流的增量88表示成具有在N象素單元的相對端處的位置坐標(biāo)單元90、92、94、96，雖然這個(gè)次序不是本質(zhì)的問題。
圖象傳感器22當(dāng)掃描設(shè)備沿原圖移動(dòng)時(shí)被同步。如上所討論的，同步確保傳感器的最快移動(dòng)元件在至少每個(gè)象素位移一次時(shí)取樣。
在導(dǎo)航處理器80輸出端86上的標(biāo)記位置數(shù)據(jù)流如圖10b所示被緩存。緩沖器B保持圖10a的增量88的幅值。緩沖器B可以被用于容納一個(gè)完整的掃描，在這個(gè)情況下可以使用數(shù)據(jù)壓縮。這個(gè)數(shù)據(jù)然后被映射到直線坐標(biāo)，以便按照下面將描述的本發(fā)明的方法形成最后被糾正的再建圖象。
在國際專利申請公布號WO96/27257和美國專利US-5578813中所述的現(xiàn)有方法中，映射到直線坐標(biāo)通過映射到預(yù)定尺寸的直線柵格來實(shí)現(xiàn)。以這個(gè)方式把直線圖象表示成單個(gè)二維陣列有兩個(gè)缺點(diǎn)，它要求大量的工作存儲器并限制掃描路徑在預(yù)定頁內(nèi)。因此本發(fā)明的實(shí)施例提供一個(gè)采用動(dòng)態(tài)鋪砌系統(tǒng)的改進(jìn)方法。在這樣的系統(tǒng)中，圖象空間被表示成許多分立的片，它根據(jù)需要進(jìn)行配置，以便在運(yùn)行時(shí)間具有基準(zhǔn)。
在這樣的基于片表示法的情況下，數(shù)據(jù)俘獲(在上述掃描儀實(shí)施例情況下，一次掃描)的實(shí)際路徑不需要提前被限制。使用下面詳述的通用片索引方案，有可能用上述的手提式掃描儀掃描任何形狀的區(qū)域掃描的總尺寸反受超過可用存儲器的掃描下面的總區(qū)域所限制。此外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)片變成“不活動(dòng)”的且不再要求確定其它片的處理(即它們不再要求糾正目的)時(shí)，這些片可以在數(shù)據(jù)俘獲正在繼續(xù)時(shí)被“飛著”壓縮。這允許在處理時(shí)存儲直線圖象所要求的總工作儲存器大大減小。
在優(yōu)選方法中，每個(gè)活動(dòng)片被表示成二維字節(jié)陣列，其中每個(gè)字節(jié)代表一個(gè)象素。被表示成單個(gè)字節(jié)的多個(gè)象素或每個(gè)象素多個(gè)字節(jié)的其它象素表示法應(yīng)不難提供。為方便起見，片被選擇為具有一個(gè)尺寸(高和寬)的二次方的方形。64×64是特別適合的選擇下面描述的實(shí)施例采用這個(gè)尺寸。與每個(gè)片左上角有關(guān)的直線圖象位置根據(jù)配置的幾何形狀是多個(gè)片尺寸。片不重疊；它們相對于它們代表的直線圖象是鄰接的。
單個(gè)片以三個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)存在
空意味著片當(dāng)前不存在
活動(dòng) 當(dāng)前活動(dòng)片由二維陣列表示
壓縮 一個(gè)已被壓縮的完成的片
片的索引對這樣的方法有效工作是重要的。在這方面，優(yōu)選的鋪砌方案所采用的方法有兩個(gè)主要部分
·維持片列表的索引方案，它代表被掃描圖象并提供空間地索引各個(gè)片的方法；以及
·進(jìn)入當(dāng)前活動(dòng)片的快速本地索引，它將使用基于片的表示法使輔助操作減至最少，以便經(jīng)常訪問在糾正進(jìn)程中發(fā)生的圖象。
每個(gè)線性圖象坐標(biāo)被表示為兩個(gè)無符號16比特值；一個(gè)為x，一個(gè)為y。對于64×64片的情況，x和y的頂上10個(gè)比特提供片索引，它被用于識別線性象素位于其中的片。x和y底下6個(gè)比特給出片象素位置，同時(shí)被用作代表一個(gè)活動(dòng)片的二維陣列的索引。如果由頂上10個(gè)比特標(biāo)識的片是空的，或者已被壓縮，那么不可以使用底下6個(gè)比特直接索引上述的片。在這兩種情況中，必須特別地為片分配存儲器或片必須被解壓縮。解壓縮的一個(gè)替代方法是分配一個(gè)附加片，它必須后來與早先形成的片合并。解壓縮和合并是花費(fèi)計(jì)算的操作，為有效操作應(yīng)盡可能采用。
10比特允許索引一邊上具有1024片的片空間。每個(gè)64×64片在每邊上以300dpi約為一英寸的1/5，它在200英寸寬和高內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)可尋址空間。這個(gè)虛擬圖象尺寸將滿足最需要的掃描任務(wù)，例如如果掃描路徑的起點(diǎn)被位于靠近地址空間的中央，那么可能在運(yùn)行出片空間范圍之前以任一方向掃描直至100英寸。耗盡工作存儲器或長期存儲器的問題因此更值得注意。這些下面更詳細(xì)討論。
代表片索引的一個(gè)特別方便的方式是作為一個(gè)二維陣列。這個(gè)片索引形式將比索引相同尺寸的平面圖象的總平直陣列(忽略圖象存儲器本身)要求更少的存儲器。然而，即使所有10個(gè)比特被使用，這個(gè)方法恰好為索引(允許每個(gè)片項(xiàng)目16比特)要求2MB工作存儲器。對于如手持掃描的應(yīng)用場合，使用如此大量的存儲器目前是很大的缺點(diǎn)。因此希望找到消耗較少工作存儲器的另一個(gè)方法。
可以發(fā)現(xiàn)，采用僅使用8比特來索引片的較小陣列是可能的。這僅要求130KB工作存儲器并允許以寬度和高度達(dá)到約25英寸來掃描。下面的說明指出如何建立以這一方式的索引方案。圖11示出如此一個(gè)陣列201(但僅示出4個(gè)索引比特)。在片索引陣列中每個(gè)16比特項(xiàng)目不是設(shè)置為零(意味著它是空的，如陣列項(xiàng)目202)或者包含一個(gè)進(jìn)入一個(gè)片目錄211的索引(在圖11中陰影所示的一個(gè)陣列項(xiàng)目203)。采用16比特作為進(jìn)入片目錄211的索引允許訪問高達(dá)64K片，對于300dpi的手提掃描儀實(shí)施例，它限制掃描的總區(qū)域?yàn)橹炼?560平方英寸。假如一個(gè)字母長度頁面是100平方英寸量級(2500片)，這不成問題，因而在實(shí)踐中使用更小的片目錄也是可能的。
每個(gè)片目錄項(xiàng)目包含一個(gè)表示它是否已被壓縮的標(biāo)記，一個(gè)至它的起始地址的指針，以及給出用于存儲被壓縮版本的比特?cái)?shù)目的長度參數(shù)。在單獨(dú)的存儲器塊中保持活動(dòng)的和被壓縮的數(shù)據(jù)塊是方便的。最后，在掃描完成時(shí)，所有塊將被壓縮以便使被壓縮數(shù)據(jù)與工作存儲器中的不同，從而減小合并被壓縮數(shù)據(jù)并把它傳送到長期存儲器所要求的額外處理。一個(gè)指針next Available Directory Entry表示哪個(gè)目錄項(xiàng)目已被使用。當(dāng)每個(gè)新片被遭遇到時(shí)它們被配置，并且它們每個(gè)被用于代表每次掃描的一個(gè)單一片。
一個(gè)特別優(yōu)選的方法是把索引表示成一個(gè)部分四線樹。這對使用10比特片索引的情況加以討論。在四線樹中每個(gè)結(jié)點(diǎn)僅可以有四個(gè)子結(jié)點(diǎn)(children)四個(gè)中沒有一個(gè)，有幾個(gè)或全部可能被設(shè)置為零。該結(jié)點(diǎn)有至這些子結(jié)點(diǎn)的指針。四個(gè)子結(jié)點(diǎn)(編號為0，1，2和3)分別相應(yīng)于空間位置左上、右上、左下和右下。在樹中每個(gè)等級因此代表在樹中上一個(gè)較高等級的空間分辨率之兩倍的一個(gè)空間分辨率。在本例中，在樹中有十個(gè)等級—對片索引的10個(gè)比特的每一個(gè)的一個(gè)等級以x和y方向的尺寸單獨(dú)提供。在每個(gè)等級上，來自y索引的適當(dāng)比特表示頂或底(分別為0/1)，來自x索引的相應(yīng)比特表示左或右(分別為0/1)。以這個(gè)方式由y比特后跟x比特構(gòu)成的2比特?cái)?shù)給出在樹中當(dāng)前等級上的子結(jié)點(diǎn)數(shù)。樹的“葉結(jié)點(diǎn)”(在最低等級，等級10上的結(jié)點(diǎn))不是空的(設(shè)置為零)就是指向一個(gè)如上面參照圖11所述的那樣被表示的片目錄。
圖12a和12b示出一個(gè)4比特樹，它表示上面所述的取樣2維片索引的如圖11所示的活動(dòng)和被壓縮片。圖12a是片索引的空間表示法，它示出對由該索引覆蓋的不同區(qū)域存在的不同等級的空間分辨率。僅僅代表(或鄰接)被掃描區(qū)域和具有活動(dòng)或被壓縮片的那些區(qū)域才在索引中以最高分辨率表示。圖12b示出相應(yīng)于空間索引的索引樹。指向片目錄項(xiàng)目的被填入的葉結(jié)點(diǎn)在樹中用在相應(yīng)葉結(jié)點(diǎn)下面的豎線來表示。具有4位二進(jìn)制y索引0101和4位二進(jìn)制x索引1000的片項(xiàng)目224在圖12a中用實(shí)心示出相應(yīng)的陣列單元在圖11示為單元204。在圖12b表示出有關(guān)的葉結(jié)點(diǎn)225?？梢钥闯?，由來自兩個(gè)索引(在每個(gè)例子中首先給出y比特)的每個(gè)鄰接比特對構(gòu)成的二進(jìn)制數(shù)給出在樹中每個(gè)等級上導(dǎo)致這個(gè)葉結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)數(shù)。這是按次序01(結(jié)點(diǎn)數(shù)1)，然后10(結(jié)點(diǎn)數(shù)2)，然后00(結(jié)點(diǎn)數(shù)0)以及最后再10(結(jié)點(diǎn)數(shù)1)。
圖13示出樹作為四線(quad)214的陣列的一個(gè)適當(dāng)表示法實(shí)際的實(shí)施例將具有16比特(即10個(gè)索引比特，對x和y方向的尺寸)，雖然為方便起見在圖13中示出4比特的例子。在陣列中第一個(gè)四線總是樹的根結(jié)點(diǎn)。在當(dāng)前樹中其它結(jié)點(diǎn)在陣列內(nèi)的位置取決于該樹被建立的次序。樹的結(jié)構(gòu)將在下面描述。在這之前，即在我們描述樹的索引之前，我們假設(shè)樹已被適當(dāng)?shù)亟?，且我們希望尋址的片已?jīng)在樹中。
圖12示出索引在左邊與y坐標(biāo)索引垂直安排的樹所使用的比特。如上所述，每對相應(yīng)y和x坐標(biāo)比特構(gòu)成一個(gè)二位地址，它相應(yīng)于在樹中的一個(gè)子結(jié)點(diǎn)。第一對總是代表根結(jié)點(diǎn)(在象限陣列中的第一個(gè)結(jié)點(diǎn))的子結(jié)點(diǎn)。由第一對比特構(gòu)成的二位地址給出在代表根結(jié)點(diǎn)的四線內(nèi)的子結(jié)點(diǎn)的16比特元素的數(shù)字(0，1，2，3)。在這個(gè)16比特位置上所存儲的值給出代表那個(gè)結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)的四線的四線陣列索引再次有存在顯然的四個(gè)這樣的子結(jié)點(diǎn)。第二對比特標(biāo)識在那個(gè)等級上的子結(jié)點(diǎn)。這個(gè)進(jìn)程以相同方式繼續(xù)到第十個(gè)比特對(在圖13中所示的更受限制的例子中，第四個(gè)比特對)，其中四線值現(xiàn)在給出一個(gè)片目錄項(xiàng)目數(shù)代之—在樹中這個(gè)最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)是葉結(jié)點(diǎn)。
四線樹結(jié)構(gòu)提供片索引的一個(gè)有效的表示法。樹的每個(gè)葉結(jié)點(diǎn)代表4個(gè)片目錄項(xiàng)目。700四線結(jié)點(diǎn)的樹只要求恰好700*(4個(gè)子結(jié)點(diǎn))*(2字節(jié))來代表它；對整個(gè)樹這小于6KB。在樹中大多數(shù)結(jié)點(diǎn)是葉結(jié)點(diǎn)，因?yàn)槊總€(gè)四個(gè)結(jié)點(diǎn)的組僅有一個(gè)母結(jié)點(diǎn)母結(jié)點(diǎn)數(shù)的1/4為葉結(jié)點(diǎn)；祖母結(jié)點(diǎn)數(shù)的1/16(在母親的母親的意義上對葉結(jié)點(diǎn))；以及1/64曾祖母結(jié)點(diǎn)；如此等等。這些“祖先結(jié)點(diǎn)”可以假定為一個(gè)級數(shù)該級數(shù)收斂到一個(gè)總祖先結(jié)點(diǎn)的數(shù)，它小于葉結(jié)點(diǎn)數(shù)的3/8。在這個(gè)700個(gè)總四線結(jié)點(diǎn)的例子中，我們因此有代表2000片的超過500個(gè)葉結(jié)點(diǎn)在以300dpi工作的掃描儀的例子中，這足以掃描整個(gè)文字定大小的頁的區(qū)域。由這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供的一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)是這個(gè)區(qū)域可以任何方向被掃描。此外，在較大陣列被用于代表四線樹的場合，可以被掃描的區(qū)域線性地增加。
現(xiàn)在描述四線樹的結(jié)構(gòu)。這不復(fù)雜所需要的全部東西是一個(gè)附加指針nextAvailableQuad，它恰好指向剛超出目前使用的最高四線陣列項(xiàng)目的地方。起初只分配根結(jié)點(diǎn)，至它的子結(jié)點(diǎn)的所有指針為零(用四線陣列索引值0表示)，nextAvailableQuad指向四線陣列項(xiàng)目1。當(dāng)建造樹時(shí)，我們開始往樹下面擴(kuò)展我們的道路，仿佛我們正在索引它。如果在任何等級上由相應(yīng)一對y索引和x索引比特組成的兩位值表示一個(gè)零指針，那么nextAvailableQuad的當(dāng)前值被替代，nextAvilableQuad被增加到下一個(gè)四線陣列位置。最新建立的結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)的四個(gè)項(xiàng)目當(dāng)然必須設(shè)置為零。用這種方法，樹僅在它的建造期間才增長，毋需包括支持刪除樹中結(jié)點(diǎn)的方法。
在圖14的流程圖中示出在手動(dòng)掃描情況下鋪砌的方法。這包括與鋪砌一起發(fā)生的糾正的進(jìn)程然而，糾正進(jìn)程的細(xì)節(jié)在這里不討論，而是在這個(gè)描述的稍后處進(jìn)行。終點(diǎn)位置信息由片管理器231在被用于糾正的點(diǎn)前面從增量數(shù)據(jù)流230讀出。在片管理器231和糾正單元237之間的適當(dāng)延遲由一增量保持緩沖器232引入。這用于保持一個(gè)預(yù)定數(shù)目的增量，該增量已由片管理器檢驗(yàn)但還沒有被糾正。從下面的討論將十分清楚，所保持增量的一個(gè)合適的數(shù)目是(2n+1)，其中n是整數(shù)(在某些優(yōu)選實(shí)施例中一般33個(gè)增量)。在增量保持緩沖器232滿了之后，片管理被暫停，直到在保持緩沖器232中的所有增量已被糾正為止。一個(gè)這樣的增量塊的最后一個(gè)增量成為下一個(gè)塊的第一個(gè)增量(因此對一個(gè)33增量保持緩沖器232來說所組合的鋪砌和糾正進(jìn)程在32增量步驟中進(jìn)行)。
在每輪片管理期間，與增量保持緩沖器232中增量(包括來自上一輪的被重復(fù)的增量)有關(guān)的終點(diǎn)幾何形狀被分析，以便識別當(dāng)前活動(dòng)片的組。這可以通過考察片組來實(shí)現(xiàn)，通過該片組在塊通路中每個(gè)增量的終點(diǎn)之間畫一條線。所有這樣的片的子組(即由塊中增量相交的所有片所組合的組)將是當(dāng)增量保持緩沖器232完成時(shí)將接著的那次糾正期間為活動(dòng)的組。通過終點(diǎn)位置通路之間的線的片組可以采用標(biāo)準(zhǔn)幀緩沖器畫線法(standard frame buffer line drawingtechnique)來確定此法的一個(gè)例子在James D.Foley，Andries vanDam，Steven K.Feiner和John F.Hughes著的“ComputerGraphicsPrinciples and Practice(計(jì)算機(jī)圖形原理和實(shí)踐)”(第二版，Addision-wesley出版公司，Reading，Massachusettes，1990，p.72-81)一書中討論。圖15示出部分可能片的空間以及一個(gè)增量的終點(diǎn)位置之間畫的線相交的活動(dòng)片的子組。
在可以通過可能片的空間畫出這樣一根線之前，終點(diǎn)位置數(shù)據(jù)必須從直線圖象象素單位被換算為片索引單位。在所示出的對手動(dòng)掃描合適的64×64片的例子中，這包括64等分。在實(shí)際中非常希望保留在終點(diǎn)位置數(shù)據(jù)中存在的所有分?jǐn)?shù)的精度，以便于確保制作完全相同的活動(dòng)的片組，如在糾正進(jìn)程期間將被遇到的那樣。
這里假設(shè)兩個(gè)增量之間的空間不是大到足以允許整個(gè)片位于它們之間。對于具有64×64片的所考慮的手動(dòng)掃描的實(shí)施例，這個(gè)假設(shè)明顯成立，因?yàn)樵隽恐g的間隔大小一般為至多2個(gè)輸出象素單元。在實(shí)際上甚至可能子取樣增量組(例如為此目的僅考慮每第四個(gè)增量)，用于識別活動(dòng)片而不會損失普遍性來達(dá)到減小計(jì)算的輔助操作。
當(dāng)以這一方式明顯地制作每個(gè)活動(dòng)片時(shí)，它被增加到活動(dòng)片索引的一個(gè)片索引表N上。當(dāng)在畫線過程中遇到一個(gè)片時(shí)，則那個(gè)片的索引與在活動(dòng)片索引的表N中存在的那些片比較。如果一個(gè)相似的項(xiàng)目已經(jīng)存在，則忽略新的片索引；否則它們被增加到表的末尾，表的大小被增加1。每個(gè)片索引對要求y索引的10個(gè)比特和x索引的10個(gè)比特。在優(yōu)選實(shí)施例中，鑒于下面進(jìn)一步討論的理由，一對16位無符號整數(shù)被用來表示該片索引對，y索引再次在前，后面跟x索引．
當(dāng)前活動(dòng)片索引的表N被用作許多重要片管理活動(dòng)的基礎(chǔ)。這些是
·識別上一個(gè)活動(dòng)片，該片不再活動(dòng)且現(xiàn)在可能被壓縮。
·更新片索引214，以確保新的活動(dòng)片存在且具有為它們配置的存儲器；以及
·建立一個(gè)由糾正單元237使用的片高速緩存236，以便給出對活動(dòng)片數(shù)據(jù)存儲器的快速訪問而不需要參照片索引本身．
在本方法的一特定的優(yōu)選實(shí)施例中，在活動(dòng)片數(shù)據(jù)存儲器緩沖器212中配置一個(gè)片區(qū)。這由代表由每個(gè)片所代表的部分圖象的字節(jié)數(shù)據(jù)的二維陣列組成。活動(dòng)片數(shù)據(jù)存儲器被劃分成鄰接的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域大到足以代表一個(gè)圖象片。所要求的活動(dòng)片的最小數(shù)目等于可以在任何一個(gè)時(shí)刻表示為活動(dòng)的片的最大數(shù)目。這依次根據(jù)可以位于增量保持緩沖器232中增量塊下面的片的最大數(shù)目來確定。假設(shè)增量之間的間隔小于2個(gè)輸出象素，如對所考慮的手動(dòng)掃描儀實(shí)施例的情況那樣，因此，塊的總間隔應(yīng)為至多32*264輸出象素單位。當(dāng)相對于直線圖象以450掃描時(shí)，最大的水平尺寸將為64*90象素。在最壞情況下，這些跨距3鋪在每行上。沿掃描儀的片的最大數(shù)目按輸出象素單位L由掃描儀的長度給出，由片尺寸分度并被截?cái)?2以供部分片之用(如果L是片尺寸的精確倍數(shù)的話為1)。這給出一個(gè)保守的(因?yàn)閽呙鑳x不足以45°對著它的整個(gè)長度)活動(dòng)片的最大數(shù)目為
maxActiveTiles＝3*(L/64+2)對于2.5英寸掃描儀，這給出
maxActiveTiles2.5＝3*(750/64+2)＝39片對于5英寸掃描儀，它給出
maxActiveTiles5＝3*(1500/64+2)＝75片以及對于11英寸掃描儀，它給出
maxActiveTilesll＝90*(3300/64+2)＝159片假定對于每一個(gè)，輸出分辨率為300dpi。應(yīng)當(dāng)指出，假設(shè)在分度中有截?cái)唷?br> 如果如在這里討論的實(shí)施例中那樣，人們有一個(gè)為灰度級提供的字節(jié)，那么64×64片要求4KB存儲器，300dpi的2.5、5和11英寸掃描儀分別要求最小150KB、300KB和636KB活動(dòng)片數(shù)據(jù)存儲器(不同的分辨率等級以及因而不同的存儲器要求當(dāng)然完全可能屬于本發(fā)明范圍內(nèi))。這些圖假設(shè)在創(chuàng)建新片之前所有不再活動(dòng)的上一個(gè)活動(dòng)片被復(fù)制、壓縮和存儲在被壓縮片數(shù)據(jù)緩沖器213中。因此，來自活動(dòng)片數(shù)據(jù)緩沖器212的代表不再與當(dāng)前增量塊相交的片的存儲器資源被返回到活動(dòng)片區(qū)。這可以經(jīng)由片索引和有關(guān)的片目錄項(xiàng)目重新分配活動(dòng)片數(shù)據(jù)存儲器到新的活動(dòng)片。這個(gè)方案要求按順序壓縮和糾正進(jìn)程，先進(jìn)行壓縮，接著進(jìn)行糾正。事實(shí)上，并行實(shí)施是最好的。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，活動(dòng)片的數(shù)目(因此活動(dòng)片數(shù)據(jù)緩沖器212的大小)相對于最小要求被增加，以便允許一雙處理器實(shí)施一個(gè)處理器和支持的硬件單元執(zhí)行糾正，同時(shí)另一個(gè)執(zhí)行壓縮。所要求的活動(dòng)片數(shù)目的增加由相鄰塊之間必須存在的最小程度的重疊來確定。
現(xiàn)在我們描述片管理器231如何更新片索引214以便確保新活動(dòng)片具有分配給它們的存儲器。在掃描開始時(shí)，片索引214和片目錄211項(xiàng)目將表示一個(gè)空的四線樹。這時(shí)代表片索引214的四線陣列有一個(gè)在陣列位置0上的單一根項(xiàng)目，根項(xiàng)目的所有四個(gè)子結(jié)點(diǎn)指針為零，nextAvailable Quad指向四線陣列元素1。一個(gè)索引nextAvailableDirectoryEntry指向片目錄211中的第一個(gè)項(xiàng)目。活動(dòng)片數(shù)據(jù)偏移FIFO 233被初始化，以便包括活動(dòng)片數(shù)據(jù)緩沖器212中每個(gè)片數(shù)據(jù)塊的一個(gè)項(xiàng)目。當(dāng)掃描開始時(shí)，在活動(dòng)片索引N的新表中的每個(gè)項(xiàng)目被檢驗(yàn)，與它的位置有關(guān)的片索引通過四線樹片索引214被訪問。如果四線樹片索引要求代表這個(gè)片的一個(gè)新項(xiàng)目，那么這樣的新項(xiàng)目如上面參照圖13所討論的那樣被創(chuàng)建。如果在索引表中的一個(gè)項(xiàng)目指的是當(dāng)前為零的樹的葉結(jié)點(diǎn)，那么這說明掃描路徑已進(jìn)入一個(gè)新片。結(jié)果，形成被考慮的葉結(jié)點(diǎn)以便參照在由nextAvailableDirectoryEntry所指向的位置上片目錄211的下一個(gè)項(xiàng)目nextAvailableDirectoryEntry則被增加1。這個(gè)新目錄項(xiàng)目被標(biāo)記以便說明它還沒有被壓縮，以及使它經(jīng)由它的偏移字段指向從活動(dòng)片數(shù)據(jù)偏移FIFO233中提取的活動(dòng)片數(shù)據(jù)偏移值。與活動(dòng)片數(shù)據(jù)緩沖器212中的片圖象有關(guān)的數(shù)據(jù)則被初始化到一個(gè)背景值。這個(gè)背景值被選擇為最亮的8比特白色亮度，對所用的灰色是可以獲得的。
眼下可以確定哪個(gè)片在最后的掃描回合中(在本說明所使用的例子中，33增量的最后一個(gè)塊(tranche))是活動(dòng)的可是在當(dāng)前回合中不再活動(dòng)。這樣的片的索引是增加到完成的片索引FIFO234的方法的優(yōu)選方案。這個(gè)方法要求在片管理器231內(nèi)的額外存儲器以便為33增量的上一個(gè)塊保留活動(dòng)片索引的表。在掃描開始時(shí)，這個(gè)表將是空的。將在片索引“陳舊”表中的每個(gè)項(xiàng)目與新采集的增量保持緩沖器232的當(dāng)前33增量的活動(dòng)索引表相比較。在新表中不存在的舊表中的任何項(xiàng)目被添加到完成的片索引FIFO234中以便說明它們應(yīng)由片壓縮器238壓縮。
片壓縮器238從完成的片索引FIFO234中依次提取片索引并壓縮這些片。壓縮可以包括任何適當(dāng)?shù)奶幚硇问揭员銣p小由片耗用的存儲器數(shù)目，包括數(shù)據(jù)中任何分量的損失，它們的保留不被認(rèn)為對達(dá)到所希望質(zhì)量或形式的表示法是必須的。壓縮因此應(yīng)當(dāng)包括表示法和/或空間或灰色分辨率的變化。技術(shù)熟悉的一種適合的方法是作為應(yīng)用門限方案結(jié)果的雙態(tài)配置(binaristation)(這樣的一種方案在williamK.Pratt著的“Digital Image Processing(數(shù)字圖象處理)”，JohnWiley & Sons Inc.New York，1991，p.597-600中討論)。應(yīng)當(dāng)采用灰度或二進(jìn)制數(shù)據(jù)的許多標(biāo)準(zhǔn)壓縮方案的任何一個(gè)，例如二進(jìn)制數(shù)據(jù)或灰度的LZW的組合4畫面壓縮(group 4 fax compression)。
在壓縮階段，活動(dòng)片數(shù)據(jù)緩沖器212的原有片仍不受影響。使以被壓縮(或其它變化)形式的片的新拷貝在由nextAvailable Compressed Data指針表示的被壓縮片數(shù)據(jù)緩沖器213單元內(nèi)進(jìn)行。這個(gè)緩沖器順序地被填充，以便片被打上壓縮的標(biāo)記。與現(xiàn)在被壓縮的話(從片索引235獲得)有關(guān)的片目錄211項(xiàng)目則被更新，以便指向被壓縮片數(shù)據(jù)緩沖器213內(nèi)的適當(dāng)單元，并變更它的長度字段和壓縮狀態(tài)。與現(xiàn)在被壓縮的片的活動(dòng)版本有關(guān)的活動(dòng)片數(shù)據(jù)緩沖器212內(nèi)的偏移則被回到活動(dòng)片數(shù)據(jù)偏移FIFO233的后面，當(dāng)要求代表一個(gè)進(jìn)一步活動(dòng)片時(shí)被使用。最后，nextAvailableCompressedData指針按照被壓縮片的字節(jié)長度被增加1。通常，每個(gè)片將壓縮到不同字節(jié)數(shù)，取決于片的內(nèi)容和所采用的壓縮方案。
如上所述，為糾正進(jìn)程的計(jì)算效率，提供一個(gè)片高速緩存236。圖16示出由片管理器231建立的片高速緩存。為了尋址在位置(x，y)上的一特定象素，其中y和x是每個(gè)16比特行和列位置，每個(gè)坐標(biāo)必須首先被分為它的片索引分量，以及它的“片內(nèi)”位置分量。這些分別由每個(gè)坐標(biāo)的頂上10比特和底下6比特提供。采用圖16所示的片高速緩存，y和x10比特片索引的方式被用于訪問活動(dòng)片數(shù)據(jù)存儲器緩沖器212內(nèi)的片陣列數(shù)據(jù)。Y索引偏移，其相應(yīng)于當(dāng)前活動(dòng)片中的最小y索引，被從所考慮的坐標(biāo)的y索引中減去，以便給出一個(gè)局部y索引，被用于訪問x索引偏移表241和片數(shù)據(jù)偏移表242。X索引偏移表241是一個(gè)x片偏移的線性表，其包含y偏移行之后片索引的每行(因此y片索引值)的最小x索引，直到由掃描儀長度決定的最大行(這個(gè)最大行將是y索引偏移+(L/64)+2，其中再一次加上的系數(shù)2引起分度和部分填充片的必然后果和截?cái)?。片數(shù)據(jù)偏移表242是一個(gè)三元組的陣列，其每個(gè)元素包含至活動(dòng)片存儲器緩沖器212的16比特索引。在x索引偏移表241中的項(xiàng)目在所示出的本例中通過將局部y索引加到表基地址上被給出(假設(shè)算法以x索引偏移表單元單位執(zhí)行在這個(gè)裝置中，這將是16比特)。同樣地，在片數(shù)據(jù)偏移表242中有關(guān)的三元組通過將三倍局部y索引加到片數(shù)據(jù)偏移表的基地址上被給出。至片數(shù)據(jù)偏移表242的索引被進(jìn)一步更改，以便通過對有關(guān)行加上局部x偏移來尋址有關(guān)片索引這由原來的x片索引與來自x索引偏移表241的那個(gè)行的項(xiàng)目之間的差給出。
在片數(shù)據(jù)偏移表242中有關(guān)表元的內(nèi)容提供一個(gè)至代表活動(dòng)片數(shù)據(jù)存儲器緩沖器212內(nèi)片的圖象數(shù)據(jù)陣列的基地址的指針。來自每個(gè)坐標(biāo)的低6比特則被用于以通常方式形成片內(nèi)的一個(gè)地址。不是片數(shù)據(jù)偏移表242中的所有單元都是有效的那些沒有一個(gè)零指針。表被建造得對最壞例子的情況(按照這里33增量的塊所要求的片)來說足夠大，同時(shí)比起可以由片數(shù)據(jù)偏移表242索引的常常更少的片當(dāng)前將是活動(dòng)的。
適合于與上面參照圖14所討論的組合的鋪砌和糾正方案一起使用的糾正進(jìn)程在下面討論?？梢匝赜肂resenham算法實(shí)現(xiàn)糾正，如在國際專利申請公布號WO96/27257和美國專利US-5578813中所討論的那樣。然而，更簡單的方法例如在歐洲專利申請NO.97302519.0所討論的方法是優(yōu)選的，其內(nèi)容在國家法律許可范圍內(nèi)被包括到本申請內(nèi)。
圖17示出由為形成最后的糾正圖象把增量流88映射到的片陣列所提供的坐標(biāo)幀。如在國際專利申請公布號WO96/27257和美國專利US-5578813中那樣，沒有預(yù)定大小的直線圖象緩沖器，而是未確定總尺寸但預(yù)定刻度的一個(gè)鋪砌的直線圖象空間。與每個(gè)增量有關(guān)的位置標(biāo)記的x和y坐標(biāo)相應(yīng)于直線圖象空間中的水平和垂直坐標(biāo)(列和行索引)。也示出與增量流有關(guān)的線性圖象傳感器的每個(gè)終點(diǎn)的位置標(biāo)記(在右邊一小部分被放大示出)的軌跡。在這些中，一對增量(增量#1和增量#2)通過用直線連結(jié)它們的位置標(biāo)記被強(qiáng)調(diào)。當(dāng)在掃描本身兩次返回處的重疊區(qū)域中幾乎相交時(shí)，這些被選擇。
有可能的是，由掃描儀所要求的輸出分辨率(一般不是200就是300dpi)確定的直線圖象緩沖器的分辨率不同于測得終點(diǎn)位置數(shù)據(jù)所用的分辨率。那個(gè)由導(dǎo)航傳感器24依次確定(其取決于在導(dǎo)航期間所成象的特性例如紙纖維的空間范圍)。為了適應(yīng)這樣的差別，必須將終點(diǎn)位置數(shù)據(jù)換算成輸出象素分辨率。
下一個(gè)操作是將一幅內(nèi)的位置標(biāo)記圖象增量映射為被鋪砌的直線圖象空間。十分重要的是，在這個(gè)進(jìn)程中保持足夠的圖象質(zhì)量。一種方法是只要將每個(gè)增量內(nèi)的元素映射到在終點(diǎn)位置通路之間畫直線所經(jīng)過的直線圖象陣列的象素。映射應(yīng)最靠近每個(gè)圖象象素的線性傳感器元素，或包括傳感器元素之間的內(nèi)插值。在這個(gè)上下文中應(yīng)用的適當(dāng)?shù)木€性或三次內(nèi)插法在Wolberg，“Digital Image Warping”，pp.127-131，IEEE Computer Society Press，Los Alamitos，CA，1992中描述。
以這種方式實(shí)現(xiàn)糾正必然引入取樣人工產(chǎn)品，因?yàn)槊總€(gè)增量有不同的影響。此外，在實(shí)踐中將有必要的是，位置標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)的原有幅被相對于直線象素柵格(為方便起見，它可能為以比線性傳感器本身的象素節(jié)距要高的空間分辨率)嚴(yán)格地過取樣，否則在直線圖象中將出現(xiàn)象素的意外丟失。在圖18中示出一個(gè)解決辦法。在這個(gè)圖中，一對增量I1和I2的終點(diǎn)位置規(guī)定一個(gè)區(qū)域。這些增量可以是相鄰的一對線性傳感器讀數(shù)—使用連續(xù)的讀數(shù)這里被稱為PAIRWISE法。另一方面，增量I1和I2可以是約束的一對較大的傳感器增量組—使用這樣的增量這里被稱為CHUNKWISE法。將會指出，在CHUNKWISE法中具有處理一組增量所獲得的計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)當(dāng)與PAIRWISE法相比時(shí)以圖象質(zhì)量的一些小的降低為代價(jià)。
在鋪砌的直線圖象空間中的象素單元與整數(shù)單元有關(guān)。對于由一對增量規(guī)定的區(qū)域內(nèi)的每個(gè)這樣的象素，通過綜合映射到線性傳感器象素周圍區(qū)域的許多線性傳感器象素，一個(gè)強(qiáng)度值則被計(jì)算。在特定的優(yōu)選實(shí)施例中，各種形式的雙線性內(nèi)插法被用于綜合從跨越象素單元的一對相鄰增量所獲取的特定四個(gè)線性傳感器象素來自于映射到位于直線陣列象素一邊的一根線的增量的兩個(gè)傳感器象素，以及來自于映射到在直線陣列象素另一邊上的一根線的相鄰象素的另外兩個(gè)傳感器象素。
在圖18中，示出一對增量I1和I2，其被映射到規(guī)定被掃描圖象的直線空間的一部分。為簡單起見，使終點(diǎn)位置P1、P2和P1’、P2’分別相應(yīng)于增量I1和I2的頭一個(gè)和最后一個(gè)傳感器元件的中央。中間的傳感器元件例如A1、A2和B1、B2也被示出。在直線圖象陣列中的象素單元被選擇以使相應(yīng)于關(guān)于終點(diǎn)位置幾何形狀的整數(shù)單元。輸出直線圖象的分辨率不可能與線性圖象傳感器的分辨率相同。然而，不管實(shí)際分辨率，N傳感器象素沿著連結(jié)每個(gè)增量終點(diǎn)的一根線映射。為說明簡單起見，在圖18中N＝8，也就是每個(gè)線性傳感器在其中只有8個(gè)元件，每個(gè)增量的長度為N-1＝7乘以當(dāng)以輸出直線象素分辨率單位測量時(shí)的線性傳感器的象素節(jié)距。
落在由約束的一對增量所規(guī)定區(qū)域內(nèi)的特定象素可以根據(jù)每個(gè)直線圖象行與兩個(gè)增量相交的X分量給出的間隔來識別。在圖18中用直線圖象行D上的象素C1和C2提供一個(gè)例子。根據(jù)簡單的幾何形狀，如果增量I1有終點(diǎn)坐標(biāo)(x1，y1)和(x2，y2)，則它與具有整數(shù)值yD的行D的交點(diǎn)的x坐標(biāo)由下式給出
xD＝(yD-y1)*(x2-x1)/(y2-y1)因而與行D+1的交點(diǎn)為
x(D+1)＝xD+(x2-x1)/(y2-y1)＝xD+xInc式中xInc為對每個(gè)相鄰行的常數(shù)增量。同樣地，如果增量I2有終點(diǎn)坐標(biāo)(x1’，y1’)和(x2’，y2’)，則它與具有整數(shù)值yD的行D的交點(diǎn)由下式給出
xD’＝(yD-y1’)*(x2’-x1’)/(y2’-y1’)因而對于行D+1的交點(diǎn)
x(D+1)’＝xD’+(x2’-x1’)/(y2’-y1’)＝xD’+xInc’這提供一個(gè)有效計(jì)算方法以便依次計(jì)算每行的交點(diǎn)范圍。與當(dāng)前行的交點(diǎn)用簡單增加與上一行的交點(diǎn)來計(jì)算。
首先我們必須規(guī)定落在該區(qū)域內(nèi)的行的范圍。這由對兩個(gè)增量公用的整數(shù)y值的范圍給出。這些是在如下范圍中的整數(shù)值＝[Y1，Y2]假設(shè)掃描儀相對于紙張的取向保持大致垂直。這個(gè)方法可以很容易被擴(kuò)展到允許掃描儀為以相對于頁的任意取向。例如，如果掃描儀被顛倒，則線性傳感器數(shù)據(jù)可以被反向，終點(diǎn)位置數(shù)據(jù)的極性被反向。此外，如果掃描儀的角度為偏離垂直超過45％，那么糾正可以通過倒轉(zhuǎn)x/y位置坐標(biāo)以及圖象的行與列的極性來實(shí)現(xiàn)。為說明簡單起見，該實(shí)施例的討論將僅處理大致垂直的情況，可是擴(kuò)展到上面所指出的更一般的情況對本專業(yè)人員是一種輕而易舉的事情。
在該區(qū)域中的活動(dòng)象素可以依次使用下面的偽碼識別。
TRANSFORMLOOP1{∥INITIALISATIONy＝Y(jié)1xInc＝(x2-x1)/(y2-y1)xInc’＝(x2’-x1’)/(y2’-y1’)xD＝x1+(y-y1)*xIncxD’＝x1’+(y-y1’)*xInc’∥MAINLOOPwhile(y＜＝Y(jié)2){[X1，X2]＝[Ceiling(xD)，F(xiàn)loor(xD’)]x＝X1∥INNERLOOPwhile(x＜＝X2)VISIT PIXEL(x，y)xD+＝xIncxD’+＝xInc’y++；}}
其中運(yùn)算符floor和ceiling具有它們通常的數(shù)字解釋。初始化和內(nèi)循環(huán)的實(shí)際細(xì)節(jié)對下面所述的不同方法是明確的。為了在所示出的TRANSFORM LOOP的實(shí)施例中表達(dá)的簡單起見，假設(shè)xD總是小于xD’。通過測試在每行上xD和xD’的次序，不難把這個(gè)擴(kuò)展到一般情況。
下一個(gè)步驟是確定哪個(gè)線性傳感器象素對每個(gè)直線柵格象素作出貢獻(xiàn)和以什么比例?，F(xiàn)在描述PAIRWISE法的一個(gè)實(shí)施例。
在按照本發(fā)明方法的PAIRWISE法的實(shí)施例中，糾正基于如在計(jì)算機(jī)圖形紋理映射(見上面引用的Wolberg的188頁上的例子)中所使用的逆映射，因而在由連結(jié)增量I1和I2的終點(diǎn)位置的兩根線所限定的間隔中的每個(gè)象素，被反向映射到在一對增量本身之間所規(guī)定的坐標(biāo)空間內(nèi)的一個(gè)子象素位置。這個(gè)情況在圖19中說明，其中所示出的映射到圖18中的直線圖象的該對增量I1和I2也規(guī)定一個(gè)簡單增量空間，其中單位是線性傳感器象素間隔，該增量與y軸對準(zhǔn)同時(shí)該增量被安排相距一個(gè)單位象素。在這個(gè)空間內(nèi)，左邊增量的頂上的傳感器元件具有坐標(biāo)(0，0)。
映射到增量I1和I2之間的來自直線圖象的象素C1被示出。它具有子象素坐標(biāo)(x，Y.y)，其中Y是沿增量的坐標(biāo)的整數(shù)分量，x和y是子象素偏移。一個(gè)代表性的象素值則可以使用四個(gè)周圍象素的雙線性內(nèi)插法來確定。也就是說
BiLinear(I1，I2，Y，y，x)＝I1[Y]*(1-x)*(1-y)+I2[Y]*(1-y)*x
+I1[Y+1]*(1-x)*y+I2[Y+1]*x*y
從直線圖象至增量之間的空間的變換的最好近似涉及每個(gè)象素的二項(xiàng)式求解。這不是一個(gè)令人滿意的實(shí)際解決方法，因?yàn)樗婕暗挠?jì)算量太大。盡管有可能導(dǎo)出從直線圖象坐標(biāo)至由一對增量所規(guī)定的坐標(biāo)空間的近似線性齊次映射，但非齊次求解是最好的。在這樣的非齊次求解中，不要求局部變換性質(zhì)的假設(shè)。也有可能很容易解決轉(zhuǎn)彎處的情況，例如當(dāng)相鄰一對增量的投影涉及在直線圖象空間中一個(gè)交叉時(shí)。
在這樣的非齊次法中，對在間隔[Y1，Y2]中直線圖象的每行規(guī)定不同的映射。這再次根據(jù)那行與連接終點(diǎn)位置的線的交點(diǎn)來確定。在此情況下，沿線本身的相交點(diǎn)的距離被找到。在分辨率差別所要求的任何換算之后，這相應(yīng)于沿線性傳感器的物理位置。在圖19中，aD和aD’是直線行D分別沿增量I1和I2的交點(diǎn)；根據(jù)簡單的幾何形狀有
aD＝(yD-y1)*(N-1)/(y2-y1)和
aD’＝(yD-y1’)*(N-1)/(y2’-y1’)因此行D+1的交點(diǎn)為
a(D+1)＝aD+(N-1)/(y2-y1)＝aD+aRowInc和
a(D+1)’＝aD’+(N-1)/(y2’-y1’)＝aD+aRowInc’其再次給出對有效串行實(shí)施的每個(gè)相鄰行的簡單遞歸關(guān)系。
在間隔[x1，x2]中沿行D的直線圖象中的每個(gè)象素分別映射到沿在增量空間中連結(jié)在(0，aD)和(1，aD’)上的兩個(gè)相交點(diǎn)的一根線的不同點(diǎn)。假設(shè)沿這行的線性映射，在直線圖象中位置(xE，yD)上的象素將映射為在增量空間中的位置(aE，bE)其中
aE＝aD+(xE-xD)*(aD’-aD)/(xD’-xD)和
bE＝(xE-xD)/(xD’-xD)以及再次由此得到對于沿行D的下一個(gè)象素為
a(E+1)＝aE+(aD’-aD)/(xD’-xD)＝aE+aInc和
b(E+1)＝bE+1/(xD’-xD)＝bE+bInc式中在(aE，bE)上的強(qiáng)度由雙線性內(nèi)插法確定。TRANSFORM LOOP的附加初始化和改進(jìn)的內(nèi)部循環(huán)為
TRANSFORM LOOP2{∥INITIALISATIONy＝Y(jié)1xInc＝(x2-x1)/(y2-y1)xInc’＝(x2’-x1’)/(y2’-y1’)xD＝x1+(y-y1)*xIncxD’＝x1’+(y-y1’)*xInc’aRowInc＝(N-1)/(y2-y1)aRowInc’＝(N-1)/(y2’-y1’)aD＝(y-y1)*aRowIncaD’＝(y-y1’)*aRowInc’∥MAINLOOPwhile(y＜＝Y(jié)2){[X1，X2]＝[Ceiling(xD)，F(xiàn)loor(xD’)]x＝X1aInc＝(aD’-aD)/(xD’-xD)bInc＝1/(xD’-xD)a＝(x1-xD)*aIncb＝(x1-xD)*bInc∥INNERLOOPwhile(x＜＝X2){A＝Floor(a)pixel[Y][x]＝BiLinear(I1，I2，A，a-A，b)a+＝aIncb+＝bInc}<!-- SIPO <DP n="32"> --><dp n="d32"/>xD+＝xIncxD’+＝xInc’aD+＝aRowIncaD’+＝aRowIInc’y++；}}
在按照本發(fā)明的方法執(zhí)行PAIRWISE直線象素內(nèi)插法的其它實(shí)施例中也可以使用更直接的幾何圖形內(nèi)插法。這樣的方法不要求把直線圖象象素顯式映射回到一個(gè)增量坐標(biāo)空間。
一個(gè)特別簡單的具有與反投影法相比減少計(jì)算要求的實(shí)施例是沿每個(gè)增量執(zhí)行內(nèi)插，然后把這些值直接內(nèi)插在直線圖象中。通過把每個(gè)直線圖象象素映射到在每個(gè)增量上最靠近的點(diǎn)，以增加計(jì)算為代價(jià)，可獲得更好的圖象質(zhì)量。這些是在增量上的點(diǎn)，其被內(nèi)插的強(qiáng)度更好地反映所考慮的直線象素的強(qiáng)度。然后再次利用線性內(nèi)插法把該對被內(nèi)插的增量強(qiáng)度值組合起來，以便給出該象素的最好代表性的強(qiáng)度。這樣的實(shí)施例在歐洲專利申請NO.97302519.0中描述。
采用直線映射的CHUNKWISE法的糾正方案的下一個(gè)另外的實(shí)施例將被介紹。CHUNKWISE法有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，適當(dāng)?shù)腡RANSFORMLOOP版本的外部循環(huán)不太經(jīng)常被計(jì)算，以及較大數(shù)目的輸出象素被順序地訪問，其直接導(dǎo)致(不需要高速緩存)改善存儲器帶寬。
圖20示出由M(在本例中為4)個(gè)增量組成的一個(gè)塊。標(biāo)記為I1和I2的外部的一對增量再次被TRANSFORM LOOP的外部循環(huán)使用，以便識別映射在塊內(nèi)的有效象素。優(yōu)選實(shí)施例確定具有如前面對PAIRWISE例子所述的非齊次反投影算法的擴(kuò)展形式的直線陣列象素列值。圖21示出在圖20中標(biāo)記為D的行變換為包含由I1和I2約束的4個(gè)增量的一個(gè)增量空間。它連結(jié)行D與每個(gè)外部增量的相交點(diǎn)。按照PAIRWISE例子繼續(xù)，如圖19所示，這些交點(diǎn)具有沿分別對I1和I2的aD和aD’的線性傳感器的偏移距離。在增量空間中交點(diǎn)的坐標(biāo)因而為(0，aD)和((M-1)，aD’)。
在間隔[X1，X2]中沿行D的直線圖象中的每個(gè)象素映射到沿增量空間中一根分別連結(jié)在(0，aD)和((M-1)，aD’)上的兩個(gè)交點(diǎn)的線的不同點(diǎn)。假設(shè)沿這個(gè)行的一個(gè)線性映射，在直線圖象中位置(xE，yD)上的象素將映射到增量空間中的位置(aE，bE)，其中
aE＝aD+(xE-xD)*(aD’-aD)/(xD’-xD)和
bE＝(M-1)*(xE-xD)/(xD’-xD)以及對于沿行D的下一個(gè)象素可以再次得到為
a(E+1)＝aE+(aD’-aD)/(xD’-xD)＝aE+aInc和
b(E+1)＝bE+(M-1)/(xD’-xD)＝bE+bInc其中在(aE，bE)上的強(qiáng)度由雙線性內(nèi)插法確定。
因此，TRANSFORM LOOP變成
TRANSFORM LOOP3{∥INITIALISATIONy＝Y(jié)1xInc＝(x2-x1)/(y2-y1)xInc’＝(x2’-x1’)/(y2’-y1’)xD＝x1+(y-y1)*xIncxD’＝x1’+(y-y1’)*xInc’aRowInc＝(N-1)/(y2-y1)aRowInc’＝(N-1)/(y2’-y1’)aD ＝(y-y1) *aRowIncaD’＝(y-y1’)*aRowInc’∥MAINLOOPwhile(y＜＝Y(jié)2){[X1，X2]＝[Ceiling(xD)，F(xiàn)loor(xD’)]x＝X1aInc＝(aD’-aD)/(xD’-xD)bInc＝(M-1)/(xD’-xD)<!-- SIPO <DP n="34"> --><dp n="d34"/>a＝(x1-xD)*aIncb＝(x1-xD)*bInc∥INNER LOOPwhile(x＜＝X2){A＝Floor(a)B＝Floor(b)pixel[y][x]＝BiLinear(IB，IB+1，A，a-A，b-B)a+＝aIncb+＝bInc}xD+＝xIncxD’+＝xInc’aD+＝aRowIncaD’+＝aRowIInc’y++；}}
其中IB是在塊中第B個(gè)增量，IB+1是在塊中第(B+1)個(gè)增量。
CHUNKWISE法依賴于下列事實(shí)，即掃描路徑幾乎均勻并僅平滑地變化。這必須既對空間分布(掃描應(yīng)是一均勻的形狀)正確，也對治掃描路徑的取樣頻率(掃描應(yīng)當(dāng)被均勻地取樣)來說正確。CHUNKWISE法特別適合于在圖14中所示的鋪砌法。如果增量保持緩沖器232被改編以便保持(S+1)個(gè)增量，那么具有(T+1)增量的均勻塊被采用，其中T是S的一個(gè)整數(shù)系數(shù)。例如，如果在增量保持緩沖器232中保持33增量，那么可以構(gòu)成任何2(PAIRWISE極限)，3，5，9，17或33增量的均勻糾正塊。糾正步驟將在增量保持緩沖器232的相鄰容量之間的S/T時(shí)刻發(fā)生。
通過動(dòng)態(tài)地取決于掃描路徑的均勻性程度改變塊尺寸，CHUNKWISE法的擴(kuò)展也是可能的。均勻性好的場合，可以適應(yīng)大的塊，不會引入圖象畸變，但掃描路徑或取樣方式變化很快，只適合小塊尺寸不引入副產(chǎn)品。在有限的例子中，這樣的實(shí)施例回復(fù)到PAIRWISE法。
如上面已討論的那樣，直線圖象空間可利用的存儲器可以以線性傳感器分辨率(一般不是200就是300dpi)很容易容納一個(gè)單一文字尺寸或A4尺寸頁。由于對直線圖象空間沒有尺寸限制，能形成的最后圖象與開始的起始位置或掃描路徑無關(guān)。為了獲得適當(dāng)?shù)膶R，掃描或必須在假設(shè)的取向(例如總是與頁邊平行)開始，或取向必須根據(jù)掃描內(nèi)容被恢復(fù)并被用于最后圖象的重取向。自動(dòng)確定頁上文本的主取向的方法，其可以被用作今后的一個(gè)基礎(chǔ)，這在文獻(xiàn)例如H.S.Baird，“The Skew Angle of Printed Documents(打印文檔的斜交角)”，Proc 4th SPSE Conference Symposium on Hybrid Image Systems，Rochester，New York 1987中得知。
下個(gè)步驟是拼接在它們的重疊區(qū)內(nèi)相鄰圖象幅。目標(biāo)是組合多個(gè)幅以使結(jié)果是以鋪砌形式存儲的最后經(jīng)糾正的再現(xiàn)圖象—便利的是，這個(gè)圖象也將被壓縮。這應(yīng)被以這樣的方式實(shí)現(xiàn)以便識別和修正多數(shù)累積的導(dǎo)航誤差和掩蓋任何剩余誤差。
在所描述的實(shí)施例中，導(dǎo)航數(shù)據(jù)流提供拼接所需要的注冊信息。因?yàn)閷?dǎo)航信號往往引起累積誤差，所以不斷地通過反饋一個(gè)根據(jù)特性偏差的分析求得的修正信號來修正它。
然而，首先我們將描述拼接假設(shè)沒有導(dǎo)航誤差的圖象幅的方法。
有些重疊區(qū)是必須，為了拼接兩個(gè)圖象幅。幅由在原圖區(qū)域中僅一部分被掃描的掃描設(shè)備返回路徑中一個(gè)換向所限定。一個(gè)幅包括在沿被掃描原圖一次掃描期間所俘獲的圖象數(shù)據(jù)。在下面的描述中，術(shù)語“幅(swath)”有時(shí)也將被用于指根據(jù)映射這樣的數(shù)據(jù)所形成的再建圖象的一部分。
由圖17中增量終點(diǎn)軌跡所表示的掃描產(chǎn)生兩個(gè)重疊的幅。在圖22中，映射到包括幅#1的直線圖象空間的部分通過相應(yīng)于具有示出填充線的重疊區(qū)102的幅#2的部分掃描被重映射回去。在時(shí)間T，部分幅至此已被掃描。在本例中，通過單純地繼續(xù)把幅#2映射到幅#1上部直線圖象空間，可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的拼接。回到圖17，進(jìn)量#2可以沿它的整個(gè)長度以與增量#1完全相同的方式被映射，同時(shí)對圖22中重疊區(qū)102中每個(gè)象素類似地處理。由幅#1得到的直線圖象空間中的最后的再現(xiàn)容易被由幅#2得到的所替代。
結(jié)果，關(guān)于圖14提出的方法將需要作修改以便允許不再活動(dòng)的內(nèi)容，因此被壓縮的片的內(nèi)容被取代—這可能要求附加存儲器用于存儲被壓縮片，仿佛根據(jù)每個(gè)片所要求的存儲器由片壓縮器238給被壓縮片分配存儲器，如果片的第二版本壓縮后比第一版本要求更多的存儲器，則將產(chǎn)生困難。困難也可能在僅在第一幅中部分被填充但被變得不活動(dòng)的片(在線性傳感器邊緣上的片)的例子出現(xiàn)。如果這些在第一通道被壓縮，那么第二個(gè)“完全”版本將顯然占據(jù)更多的存儲器。一個(gè)可能的方案是決不壓縮不被填充的片一部分填充的片通過評價(jià)片的每個(gè)角落來檢驗(yàn)以便確定信息是否已被在壓縮階段寫入到它里面。當(dāng)部分填充的片變?yōu)椴换顒?dòng)時(shí)它們應(yīng)被刪除(依賴于幅重疊來獲得一個(gè)完整圖象)，或被存儲在單獨(dú)的存儲器區(qū)中。
在重疊區(qū)102中映射為幅#1中的填充的片的象素不被由幅#2映射的那樣所取代的方法將在鋪砌方案中造成較少的困難，只要由幅#2映射的非重疊部分的所有象素(即也不被幅#1映射)被適當(dāng)?shù)赜成?。這就是說，由幅#1映射的區(qū)域被用于切去由幅#2映射的區(qū)域。原則上，只要幅#1和幅#2正確地映射落在重疊區(qū)之外的所有象素，那么在重疊區(qū)中的象素可以從幅#1或幅#2或一個(gè)組合同等地獲得。
事實(shí)上，由于幅#1和幅#2的位置標(biāo)記之間的誤差累積，這個(gè)假設(shè)沒有導(dǎo)航誤差的簡單方案不給出非常好的結(jié)果。
現(xiàn)在參照圖23和24描述按照本發(fā)明拼接方法的一個(gè)實(shí)施例。圖23示出處理步驟和當(dāng)圖24與利用有關(guān)幅#1和幅#2的進(jìn)程時(shí)所涉及的數(shù)據(jù)緩沖器。如前面所述，圖象增量數(shù)據(jù)被映射到鋪砌的直線圖象空間。圖24示出在映射到回程通路幅#2的直線圖象空間中使用在幅#1中所俘獲的圖象。導(dǎo)航修正通過在幅#1和幅#2之間重疊區(qū)內(nèi)相關(guān)特性來計(jì)算。
圖24強(qiáng)調(diào)這個(gè)重疊區(qū)，其被分為兩部分104和105。如圖24所示，在收集幅#1期間，四邊形圖象段103(今后稱為“注冊片”)被沿在重疊區(qū)105中幅的較低邊緣周期地標(biāo)記。在后一個(gè)通路(幅#2)上，區(qū)105上面的包含幅#1的注冊片130的幅#2的重疊區(qū)104，當(dāng)幅#2被采集時(shí)，通過不允許由幅#1所提供的填充片的那些被改寫來切去，即拋棄。來自幅#1的注冊片被位于在重疊區(qū)104已被切去后仍然是幅#2部分的上部。如果導(dǎo)航數(shù)據(jù)是理想的，在注冊片130的位置與在幅#2中那個(gè)片的重掃描圖象的位置之間將沒有偏移。更實(shí)際的是，當(dāng)上次注冊被執(zhí)行時(shí)將累積一些導(dǎo)航誤差。在兩個(gè)幅中這個(gè)片的出現(xiàn)之間的偏移產(chǎn)生一個(gè)修正系數(shù)，其然后被用于更新與圖象數(shù)據(jù)有關(guān)的未來的導(dǎo)航位置標(biāo)記，以便于將總累積誤差減至最小。以這個(gè)方式防止在導(dǎo)航數(shù)據(jù)中總累積誤差增長得太大以致于在幅重疊的區(qū)域中引起明顯的畸變。
導(dǎo)航誤差可以通過在增量流中幅#1和幅#2最靠近的點(diǎn)開始拼接幅#2到幅#1來減至最小。導(dǎo)航誤差在掃描取樣中這些緊挨著的增量之間應(yīng)是最小。繼續(xù)使用相鄰幅之間“轉(zhuǎn)彎點(diǎn)”周圍配對(其中正如為便利計(jì)按照圖1所示的俘獲方法獲得)，同時(shí)逐漸使用被拼接加上被預(yù)計(jì)的幅和還有沿幅的處理誤差之間所檢測的誤差，允許以本質(zhì)上類似于閉合一個(gè)拉鏈或拉鎖的方式的拼接的自動(dòng)導(dǎo)向控制。
現(xiàn)在參照圖23和24描述拼接幅#1到幅#2的處理步驟。圖23示出圖象增量緩沖器B和鋪砌的直線圖象空間100。圖23也示出一個(gè)特性位置緩沖器131和圖象緩沖器132。這種類型的安排在國際專利申請，公布號WO96/27257中示出。然而，在這里所述的鋪砌方案中，要求一個(gè)附加的特性數(shù)據(jù)緩沖器135。當(dāng)一個(gè)注冊片130被建造時(shí)，必須獲得包含那個(gè)注冊片的圖象的拷貝。這是因?yàn)楫?dāng)這樣的圖象片成為不活動(dòng)時(shí)，它們將被壓縮器238壓縮，它們包含的數(shù)據(jù)將不再容易獲得以用于拼接。因此方便的做法是把非壓縮形式的這些片拷貝到附加特性片緩沖器，用來自特性位置緩沖器131至附加特性數(shù)據(jù)緩沖器135中每個(gè)有關(guān)片的一個(gè)指針。處理步驟如下
1.如上所述，在收集幅#1期間，注冊片被沿在重疊區(qū)105中幅的較低邊緣周期地標(biāo)記。整個(gè)注冊片應(yīng)被用于上述的相關(guān)，但在優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)由灰度圖象的長方形片(例如，15×15象素)組成的高頻對比(今后稱為“注冊特性”)的小區(qū)域被位于構(gòu)成在作為幅#1俘獲結(jié)果的直線圖象空間100中被再現(xiàn)圖象一部分的注冊片內(nèi)。包含這些注冊片130的圖象片，在如圖14的方法中所示那樣提供壓縮的實(shí)施例中，在這樣的圖象片被壓縮之前被拷貝到附加特性數(shù)據(jù)緩沖器135。
2.注冊特性的位置標(biāo)記(其規(guī)定鋪砌的直線圖象空間100內(nèi)多個(gè)注冊特性的位置)在幅#2開始映射到直線圖象空間100之前被保存在特性位置緩沖器131。
3.當(dāng)幅#2被映射時(shí)，在直線圖象空間的那個(gè)區(qū)域被幅#2寫入之前識別注冊特性位置。這通過規(guī)定一個(gè)長方形俘獲窗口107來實(shí)現(xiàn)，如圖24所示該窗口具有與一個(gè)圖象增量相等的長度和幾個(gè)象素的寬度，它在當(dāng)前正在映射到直線圖象空間100的幅#2的圖象增量之前。當(dāng)存儲在特性位置緩沖器131中的注冊特性位置落在俘獲窗口107內(nèi)時(shí)，注冊特性位置被選擇(在任一時(shí)刻只能選擇一個(gè)注冊特性位置)。
4.被選擇的注冊特性位置被用于規(guī)定當(dāng)幅#2被映射到直線圖象空間時(shí)注冊特性的預(yù)計(jì)位置。所發(fā)現(xiàn)的相對于上一個(gè)注冊特性的導(dǎo)航誤差通過使用當(dāng)前誤差估計(jì)值(存儲在誤差緩沖器134中)來考慮，以預(yù)計(jì)當(dāng)前注冊特性的位置。因此，用于探測當(dāng)前注冊特性的搜索區(qū)域則僅需要足夠大以計(jì)及可能的誤差增量。
5.專用圖象緩沖器132被用于暫時(shí)存儲直接來自增量緩沖器B的直線圖象，該直線圖象是由位于所選擇的注冊特性周圍的幅#2的圖象數(shù)據(jù)映射的以及存儲在注冊特性位置。換句話說，在時(shí)間T，圖24所示的圖象增量138被映射到緩沖器132。專用圖象緩沖器132的大小必須足以存儲注冊特性加上所要求的搜索區(qū)域，其大小根據(jù)已知的誤差估計(jì)算法計(jì)算。
6.來自存儲在專用圖象緩沖器132中的幅#2的圖象段然后與存儲在特性數(shù)據(jù)緩沖器135中的由有關(guān)注冊片130的特性位置緩沖器131所指向的相應(yīng)圖象段相比較。以這種方式求得一個(gè)偏移，當(dāng)與以前的誤差估計(jì)值累積時(shí)，其給出導(dǎo)航誤差的一個(gè)更新估計(jì)值。這個(gè)更新估計(jì)值與位置標(biāo)記一起被存儲在誤差緩沖器134。
誤差估計(jì)值的位置標(biāo)記只是相對于直線圖象空間的當(dāng)前注冊特性中央的位置。它被依次用于確定在增量緩沖器B中誤差估計(jì)值與之有關(guān)的增量(即相應(yīng)于映射到那個(gè)圖象位置的幅#2的第一增量)。這說明被測誤差估計(jì)值應(yīng)完全由其容納的增量。
盡管可以采用其它相關(guān)法，但是計(jì)算兩個(gè)圖象段之間偏移的可接受的方法是“平方差之和”相關(guān)。在特性的原有位置周圍規(guī)定一個(gè)小搜索區(qū)域，相關(guān)系數(shù)由下式確定
Ck，1＝∑i∑j(Ti,j-Ii+k，j+l)2式中Ti，j表示幅#1特性的灰度值，II+k，j+l表示幅#2所采集特性的灰度值。索引i和j規(guī)定特性內(nèi)的象素位置，而k和l規(guī)定所建議的變換偏移的大小(被約束保持在搜索空間內(nèi))。在由此得到的相關(guān)陣列中的最小元素表示兩個(gè)特性之間的偏移。注冊片內(nèi)的注冊特性被選擇使圖象方差最大，因?yàn)檫@改善相關(guān)法的準(zhǔn)確度。這個(gè)方法應(yīng)用的詳情在國際專利申請公布號WO96/27257中進(jìn)一步被討論。
在第二個(gè)處理階段中，來自幅#2的圖象數(shù)據(jù)被寫入到考慮了在所記錄位置上的誤差估計(jì)值的直線圖象空間，以致從最后再現(xiàn)圖象中消除那些誤差。這通過改變與傳感器數(shù)據(jù)的單個(gè)圖象增量的終點(diǎn)有關(guān)的位置數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)處理被方便地完成，以圖14方法的角度，先確定哪個(gè)片被要求在片的一個(gè)“回合”中作為活動(dòng)片，糾正和壓縮。
這個(gè)優(yōu)選方法給出改進(jìn)的拼接，因?yàn)樵诔善穲D象被再現(xiàn)之前，經(jīng)過幅之間重疊區(qū)移動(dòng)的導(dǎo)航傳感器位置中的誤差被識別和修正。此外，在收集以前幅期間已累積的圖象增量的上部和下部的被計(jì)算位置之間的誤差可以在下一幅開始時(shí)馬上被吸收而不引入不希望的人工產(chǎn)品。這在圖24中用從上面所述的第一和第二處理階段所獲得的幅#1和幅#2之間轉(zhuǎn)變點(diǎn)右邊沿之間的不連續(xù)表示。
拼接步驟也可以對所要求的圖象俘獲特性(更具體地不排除掃描)以不同方法實(shí)現(xiàn)。一個(gè)替代方法是要求執(zhí)行從頁項(xiàng)上到底部的掃描，在該情況中拼接僅要求在一幅的底部和下一幅的頂上之間完成。另一個(gè)方法允許掃描在頁的任何部分開始但要求保持掃描的初始取向。在那個(gè)情況下，必須能夠識別幅兩個(gè)邊的注冊特性，可是在掃描的方向被建立之后，誤差估計(jì)值僅需要對當(dāng)前幅的一邊被保存。在另一個(gè)方法中，掃描可以允許以任何方向，同時(shí)掃描方向的變化也可以被容納例如螺旋掃描。在這個(gè)第三種方法中，不僅必須能夠識別幅兩邊的注冊特性，而且誤差估計(jì)在掃描方向可能改變的例子中也必須對每幅的頂部和頂部被保持。后一種方法對用戶給出最大的靈活性，但有較大的計(jì)算輔助操作。
在優(yōu)選實(shí)施例中，圖象再現(xiàn)、拼接和圖象管理的處理電子設(shè)備被包含在規(guī)定圖1的掃描設(shè)備10的盒子內(nèi)。因此，被掃描圖象可以在圖象顯示器16上立即出現(xiàn)。然而，掃描設(shè)備可能包含存儲器以便存儲位置標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)，但沒有處理和文件管理電子設(shè)備和固件。
如根據(jù)圖3所指出的那樣，導(dǎo)航和圖象傳感器22、24和26最好被安置在轉(zhuǎn)動(dòng)式構(gòu)件20上。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)動(dòng)式構(gòu)件通過至少一個(gè)彈性體被連接到盒子的剩余部分，彈性體的一端被連接到盒子的固定部分，另一端被連接到轉(zhuǎn)動(dòng)式構(gòu)件。彈性體用作鉸鏈。這樣一來，轉(zhuǎn)動(dòng)部分被允許“浮動(dòng)”而不使用摩擦元件。電源、控制和數(shù)據(jù)信號可以經(jīng)由屏蔽以使電磁干擾減至最小的撓性電纜被引入到傳感器。可以使用其它方法轉(zhuǎn)動(dòng)式地連接轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件。如果取消轉(zhuǎn)動(dòng)式構(gòu)件，傳感器在盒子的固定位置上，那么必須小心在圖象俘獲時(shí)不能過分傾斜掃描設(shè)備10。在這個(gè)實(shí)施例中，照明和光學(xué)元件的設(shè)計(jì)必須給予特別多的注意。
雖然本發(fā)明已被描述并作為掃描一個(gè)二維原圖來介紹，但這不是關(guān)鍵的。事實(shí)上，本專業(yè)技術(shù)人員不難知道為掃描三維圖象可以使用多少種方法。然而，本優(yōu)選實(shí)施例是一種所考慮圖象在一個(gè)媒體上被形成，例如一張紙、透明膠片或相片上，同時(shí)掃描設(shè)備與該媒體相接觸的情況。
然而，如上所述，在另一方面，本發(fā)明同樣地適用于不同種類的圖象俘獲。本發(fā)明同樣地可以用于具有一個(gè)區(qū)域傳感器，例如通常的數(shù)字相機(jī)的圖象數(shù)據(jù)的俘獲。對于以增大的分辨經(jīng)用一數(shù)字相機(jī)的大圖象的俘獲，一個(gè)有效的方法是沿取一系列圖象幀的圖象掃描，每次俘獲大圖象的一部分，過取樣以便在由數(shù)字相機(jī)俘獲的不同圖象幀之間有重疊區(qū)，然后通過采用這些重疊區(qū)建立不同元素之間的相對位置。根據(jù)這些相對位置，圖象則可以按照本發(fā)明的方法被再現(xiàn)—因此不要求單獨(dú)的位置傳感器。當(dāng)然有可能提供一個(gè)具有區(qū)域圖象傳感器的位置傳感器，但在這種情況下關(guān)于優(yōu)選實(shí)施例所描述的本發(fā)明的第一個(gè)方面完全適用—然而，在有些俘獲方法，使用這樣的位置傳感器可能是昂貴的，不方便的甚至不可能的。
現(xiàn)在討論確定相對位置的步驟。雖然本專業(yè)人員將知道可能尋找更復(fù)雜的情況，但這個(gè)方法最簡捷的應(yīng)用是對下述情況，即僅具有幾個(gè)參數(shù)的單一全局變換可以被用于使按順序的一個(gè)圖象的位置相對于按順序的相鄰圖象發(fā)生關(guān)系。這將適用，如果被俘獲的圖象是二維的(例如一平的文檔或白板)或事實(shí)上的平面(特性相對于區(qū)域傳感器移動(dòng)非常不同的風(fēng)景畫)。它也將在不考慮被掃描現(xiàn)場的內(nèi)容來使用，如果傳感器的運(yùn)動(dòng)是(或非常接近于)有關(guān)圖象設(shè)備光學(xué)中心的一個(gè)旋轉(zhuǎn)—如同對來自一個(gè)不繼續(xù)快照的序列的全景圖俘獲常是這一情況。如上所述，在俘獲上不要求位置數(shù)據(jù)—它僅適合于知道哪個(gè)圖象幀是空間上相鄰的(雖然如果必須的話應(yīng)當(dāng)由更廣泛的特性映射步驟)。
在上述情況的每個(gè)中，相對位置可以通過例如2D平面投影變換的種類來確定。通用變換有8個(gè)參數(shù)且有下列形式式中(x，y)是第一個(gè)圖象的坐標(biāo)，(x’，y’)是第二個(gè)圖象的坐標(biāo)，以及(m0，m1，m2，m3，m4，m5，m6，m7)是變換參數(shù)。
正如本專業(yè)人員將了解的，確定這個(gè)變換的方法充斥圖象處理的技術(shù)文獻(xiàn)。如上所述，中心思想是使用一對圖象之間的重疊部分來確定作為整體的圖象之間存在的相對變換。逐個(gè)的圖象可以相對于單個(gè)全局坐標(biāo)幀被變換和拼接。這個(gè)方法的一個(gè)例子在Richard Szeleski，“Video Mosaics for Virtual Environments”，IEEE ComputerGraphics and Applications，March 1996，pp.22-30中和其中所引用的文獻(xiàn)內(nèi)給出。
在圖象幀相對于一全局坐標(biāo)幀被拼接之后，則可能簡單地采用上面所述的鋪砌方案和本質(zhì)上如在圖14中所述的方法實(shí)現(xiàn)一鋪砌的圖象。
權(quán)利要求
1.根據(jù)許多圖象元素再現(xiàn)一個(gè)圖象的方法，每個(gè)圖象元素包括在圖象傳感器中所俘獲的圖象數(shù)據(jù)和表示那個(gè)圖象元素相對于其它圖象元素的位置的位置數(shù)據(jù)，該方法包括以許多片的形式再現(xiàn)國家，每個(gè)片包括代表圖象的特定空間范圍的預(yù)定大小的一個(gè)象素柵格。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中位置數(shù)據(jù)從導(dǎo)航裝置獲得，導(dǎo)航裝置提供在由圖象傳感器俘獲那個(gè)圖象元素時(shí)圖象元素的位置數(shù)據(jù)。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中位置數(shù)據(jù)從根據(jù)圖象元素的特性確定每個(gè)圖象元素相對于其它圖象元素的相對位置的上述步驟獲得。
4.按照任何上述權(quán)利要求的方法，其中所述的片是鄰接的和不重疊的。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其中所說的片被改編為以兩維鑲嵌的。
6.按照任何上述權(quán)利要求的方法，其中圖象以傳感器讀數(shù)流的形式被俘獲，每個(gè)傳感器讀數(shù)包括圖象數(shù)據(jù)和相應(yīng)的位置數(shù)據(jù)。
7.按照權(quán)利要求6的方法，包括下列重復(fù)的步驟
通過根據(jù)位置數(shù)據(jù)確定相應(yīng)于在圖象中一個(gè)或多個(gè)輸入傳感器讀數(shù)的片是否存在，以及通過創(chuàng)建所必須的一個(gè)或多個(gè)新的片以使相應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)傳感器讀數(shù)的空間位置的片存在，來管理片i以及
通過根據(jù)圖象數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)把象素值分配到相應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)輸入傳感器讀數(shù)的空間位置的片的象素，來寫入到片。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其中所說的一個(gè)或多個(gè)傳感器讀數(shù)包括一組傳感器讀數(shù)，其中所說的管理片和寫入到片的步驟對逐組傳感器讀數(shù)被重復(fù)。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其中管理片的步驟對N個(gè)逐次傳感器讀數(shù)發(fā)生在寫入到片的步驟之前，其中寫入到片的步驟對M逐次傳感器讀數(shù)的組發(fā)生，其中N和M是大于1的正整數(shù)，(N-1)/(M-1)是負(fù)整數(shù)，其中寫入到片的步驟在進(jìn)一步片管理步驟之前發(fā)生(N-1)/(M-1)。
10.按照任何上述權(quán)利要求的方法，包括創(chuàng)建一個(gè)片索引，它索引用它的圖象的特定空間范圍創(chuàng)建的每個(gè)片。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其中所說的片索引被作為一棵樹提供，該樹具有樹的每個(gè)結(jié)點(diǎn)，以那個(gè)結(jié)點(diǎn)的空間分辨率的倍數(shù)指向許多位置。
12.按照權(quán)利要求11的方法，其中每個(gè)結(jié)點(diǎn)以那個(gè)結(jié)點(diǎn)的空間分辨率的兩倍指向四個(gè)位置。
13.按照權(quán)利要求7或8的方法，其中提供一個(gè)活動(dòng)片緩沖器用于在對相應(yīng)于在片管理中在其上工作的一個(gè)或多個(gè)傳感器讀數(shù)的空間位置的片的片管理步驟中存儲片。
14.按照權(quán)利要求7、8或13的方法，其中在片管理步驟中一些或全部現(xiàn)有的不相應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)傳感器讀數(shù)的空間位置的片被壓縮。
15.按照權(quán)利要求14與權(quán)利要求8有關(guān)的方法，其中在片管理步驟中，相應(yīng)于在其上工作的上一組的空間位置的片被與相應(yīng)于當(dāng)前組的空間位置相比較，其中所要求的片被建立以及其中在當(dāng)前組中不出現(xiàn)上一組的片被壓縮。
16.按照權(quán)利要求13、14或15的方法，其中被壓縮的片被寫入到被壓縮片存儲器區(qū)。
17.按照權(quán)利要求13的方法，其中一個(gè)活動(dòng)片索引被提供用于在片寫入步驟中指片。
18.按照任何上述權(quán)利要求的方法，其中導(dǎo)航裝置包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，用于檢測攜帶被俘獲圖象的媒體的與固有結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性。
19.按照任何上述權(quán)利要求的方法，其中傳感器被包括在掃描設(shè)備中。
20.按照任何上述權(quán)利要求的方法，其中該方法被更改供與能夠沿被俘獲圖象無約束移動(dòng)的傳感器一起使用。
21.實(shí)現(xiàn)按照權(quán)利要求1至20的任一權(quán)利要求的方法的一個(gè)掃描設(shè)備。
22.一個(gè)收集圖象數(shù)據(jù)的掃描設(shè)備，其被設(shè)計(jì)成與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連，用于執(zhí)行按照權(quán)利要求1至20的任一個(gè)權(quán)利要求的方法。
全文摘要
再現(xiàn)作為圖象數(shù)據(jù)流,例如作為從無約束掃描的線性傳感器所接收的輸入所俘獲的圖象的方法,包括以許多片的形式再現(xiàn)圖象。每個(gè)片包括代表圖象的特定空間范圍的預(yù)定大小的一個(gè)象素柵格。片鑲嵌為一個(gè)直線圖象空間。片可以在被要求和當(dāng)不再活動(dòng)時(shí)被壓縮時(shí)創(chuàng)建,因此對存儲器要求被減至最小。提供利用這個(gè)方法的設(shè)備。該方法特別適合于在無約束手持式掃描儀中使用,但也可被應(yīng)用于用數(shù)字相機(jī)的全景俘獲。
文檔編號H04N1/387GK1203490SQ98109770
公開日1998年12月30日 申請日期1998年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月12日
發(fā)明者S·B·波拉德, R·O·卡恩 申請人:惠普公司