一种分辨率可调的线性扫描装置

技术领域

本发明涉及图像采集和图像处理技术领域，尤其涉及一种分辨率可调的线性扫描装置。

背景技术

影像拼接(image stitching)是指将两张或更多的有重叠部分的影像，拼接成一张全景图或是高分辨率影像的技术。影像拼接有两大步骤：影像对准(image alignment)和影像混合(blending)。

现有技术中如公开号为CN110754081A的专利文献所提出的用于对局部视场成像的设备、多孔径成像设备及提供这些设备的方法，其中，每个光学通道包括用于将总视场的局部视场投影到图像传感器的图像传感器区域上的光学器件。阵列的第一光学通道被配置为对总视场的第一局部视场成像。阵列的第二光学通道被配置为对总视场的第二局部视场成像。该设备包括计算单元，该计算单元被配置为基于所成像的局部视场获得第一局部视场和第二局部视场的图像信息，获得总视场的图像信息，并将局部视场的图像信息与总视场的图像信息组合以产生总视场的组合图像信息。

如公开号为CN1287588A所提出的一种用于捕捉目标的高分辨率照片的方法和装置，使线性图像传感阵列的聚焦区移位通过包含将被拍摄的目标的整个区域，该移位可以是角度的或线性的，具有适当的缩放比例，以便产生最终的照片，通过改变聚焦深度，可以在一次或多次通过中将目标的凸纹完全聚焦。

上述专利所提出的方案一定程度上提高了图像的分辨率，但对实际拼接过程中出现的配准误差未进行充分考虑，且拼接线大致处于同一延伸线上，视觉上更加容易被分辨，对于文字、条纹等配准难度更高的部分未进行适配容易造成上述细节部分产生拼接误差。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

本发明公开了一种分辨率可调的线性扫描装置，包括配置有若干个扫描单元的扫描模块，扫描单元能够对扫描对象进行局部成像以生成具有重叠区域的局部图像以使扫描模块对扫描对象进行全景成像，若干个扫描单元沿第一方向周期性和/或非周期性排列以形成扫描模块，以使扫描模块在第一方向上所生成的局部图像与其相邻的局部图像具有不同尺寸的重叠区域，若干个扫描单元沿第二方向周期性和/或非周期性采集局部图像以使扫描模块沿第二方向所采集的若干个局部图像至少具有不同尺寸的重叠区域。

现有技术中的扫描装置大多将具有相同尺寸以及相同重叠区域尺寸的多个局部图像进行拼接以获得扫描对象的具有更高分辨率的全景图像，其所采集的用于拼接出全景图像的局部图像一般选择具有相同尺寸(或者尺寸大致相同)且沿步进方向上的同一扫描单元所采集的相邻的局部图像(或者扫描单元等间距排布使得相邻扫描单元采集的相邻的局部图像)的重叠部分尺寸相等。在对上述方式所采集的局部图像进行拼接时，基于重叠部分进行配准，选取最优拼接线进行拼接，而后使用融合算法(如小波变化、模糊推理等)使得相邻局部图像在拼接线附近进行自然过渡，局部图像尺度变化较小的特性一定程度上降低了拼接的难度，简化了图像拼接过程中配准融合的计算量，极大程度上减小了相邻局部图像之间的视觉差异以及拼接缝两侧区域的视觉差异，但采集的图像具有相同尺寸且重叠区域尺寸大致相等使得重叠区域处于同一延伸线上，重叠区域的处理算法一致，因此在重叠区域具备相似的画面特征且与非重叠区域具有一定差别，这使得重叠区域在视觉上更加容易被辨别出来，从而在视觉上更容易观察到拼接痕迹进而影响拼接效果，因此本发明所采取周期性或非周期性的采集方法将重叠区域(拼接缝)进行分散，避免基于相同算法处理后的具有相似画面特征的重叠区域处于同一延伸线上，通过分散重叠区域的方式能够有效弱化拼接所造成的视觉差异，进而提高画面成像效果。

在配准融合的过程中，全景图像是由若干个局部图像拼接而成的，尽管现有的配准技术能够减少相邻局部图像拼接所产生的误差，但误差不可能完全消失，同一延伸方向上的多个图像进行拼接，误差也将逐渐积累，从而在整体上产生误差，这部分误差是小误差积累的结果，在视觉上容易察觉进而影响成像效果，因此本发明的非周期性的图像采集方法能够通过分散重叠区域的方式将配准拼接过程中所造成的整体误差分散至整个画面或者视觉上不易察觉的区域(如书画作品的边缘和文字作品的行间距的空白部分等区域)，以将拼接配准的误差分散至观察者不能察觉到的程度，以减弱整体误差所造成的视觉差异。

进一步地，在对部分扫描对象(如书画作品)进行成像的过程中，需要进行多次扫描以确保成像效果。因此本发明的处理模块对初始扫描的结果不限于上述参数，处理模块还能够对扫描对象的轮廓线和缺陷部位进行识别。在最终的扫描过程中，将局部图像的重叠区域与轮廓线进行匹配，尽可能让重叠区域处于轮廓线上，融合后的图像的拼接线主要集中于轮廓线上，因而图像拼接所造成的视觉上的容易分辨出的拼接线以及多个重叠区域所造成的视觉上的拼接痕迹融合进画面本身所具有的轮廓线中。

在进行扫描时，预扫描对象自身所存在小尺度扭曲或者预扫描对象不能够平整贴合于扫描平台所产生的微小尺度凸起或凹陷等缺陷使得上述缺陷所在的区域画面细节丢失影响扫描效果，而本发明中非周期性地排列的多个扫描子单元能够在较小角度偏差的情况下对上述缺陷区域的细节特征进行多次采集，处于重叠区域的缺陷部位的细节能够在局部图像配准融合的过程中实现融合进而提高扫描质量。

待扫描物品的画面中必然存在具有不同处理难度的多个区域(如书画作品的边缘和文字作品的行间距的空白部分等区域不同局部图像之间的图像差别较小，而富含文字的部分由于文字与其所在的背景的区别较大且文字的细节特性使得微小的差别就会影响视觉效果造成肉眼可识别的拼接错位问题，因而需要更高的拼接精度)，基于相同的采集方式或者配准融合方法无法实现快速且高分辨率地采集目标，如采取更高精度的采集和拼接方法对边缘等不会包含重要特征的区域进行处理会进一步增加采集的数据量，进而增加计算量造成不必要时间和算力浪费，而降低精度后文字部分则会出现文字内容错位、文字模糊等影响视觉效果的问题。

因此本发明所采取的非周期性的采集方式能够对预扫描物品的具有不同处理难度的区域采取不同的采集方式，增大文字部分等具有更加精细的拼接要求的部分的采集密度，使得文字部分的相邻局部图像具有更大尺寸的重叠区域，进一步提高相邻局部图像的配准精度，部分相似性较高、处理难度较低的区域则降低采集密度，减小重叠区域的尺寸进而减小数据采集量和处理计算量，基于相同的数据处理方式能够使不同处理难度区域实现其预定处理效果，通过在采集过程中对不同区域进行差异采集的方式将影响画面效果的因素在采集过程中进行预处理，降低了后续的配准融合的难度。

优选地，线性扫描装置还包括照明模块和数据处理模块，照明模块包括若干个用于提供照明的发光单元，发光单元沿第一方向和/或第二方向周期性或非周期性排列。

优选地，在扫描模块沿第二方向步进的过程中，数据处理模块能够基于其对扫描单元所采集的局部图像信息的预处理调节扫描模块的相邻扫描单元之间的间距。

优选地，数据处理模块能够基于其对局部图像信息的预处理调整扫描模块的扫描参数使得扫描模块沿第二方向步进的过程中具有不同尺寸的重叠区域的局部图像。

优选地，扫描参数至少包括扫描单元的步进速度和Z轴高度。

优选地，数据处理模块对局部图像信息的预处理至少包括计算局部图像的频域信息、亮度信息和颜色信息。

优选地，数据处理模块能够基于操作人员输入的信息设置扫描参数。

优选地，扫描单元能够采集扫描对象的局部图像以形成以数字形式存在的相关于扫描对象的局部图像阵列，局部图像阵列中的若干个重叠区域能够周期性和/或非周期性排列。

优选地，数据处理模块能够对具有第一区别度的图像和第二区别度的图像的交叉区域进行处理，以使数据处理模块能够基于交叉区域的图像处理实现具有交叉区域的多个局部图像的配准。

附图说明

图1是本发明的分辨率可调的线性扫描装置的简化整体结构示意图；

图2是现有技术中局部图像采集拼接结构示意图；

图3是本发明的分辨率可调的线性扫描装置的局部图像采集拼接结构示意图。

附图标记列表

1：扫描模块；2：扫描对象；3：数据处理模块；10：扫描单元；11：第一扫描单元；12：第二扫描单元；13：第三扫描单元；21：第一方向；22：第二方向；40：第一局部图像；41：第二局部图像；42：第三局部图像；50：第四局部图像；60：第五局部图像；70：第三重叠区域；71：第四重叠区域；80：第一重叠区域；81：第二重叠区域；101：最佳视角范围；200：局部图像阵列。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示的本发明公开了一种分辨率可调的线性扫描装置，包括配置有若干个扫描单元10的扫描模块1、照明模块(图中未示出)和数据处理模块3，扫描单元10能够对扫描对象2进行局部成像以生成具有重叠区域的局部图像以使扫描模块1对扫描对象进行全景成像，照明模块包括若干个用于提供照明的发光单元，发光单元沿第一方向和/或第二方向周期性或非周期性排列，若干个扫描单元10沿第一方向21周期性和/或非周期性排列以形成扫描模块1，以使扫描模块1在第一方向上所生成的局部图像与其相邻的局部图像具有不同尺寸的重叠区域。

可选地，照明模块设置于扫描模块1上，发光单元分布于扫描单元10近旁，使得发光单元的光线能够投射于扫描对象2，发光单元的光线经扫描对象2反射被扫描单元10捕获。

如图2所示，在扫描模块1的成像过程中，扫描单元10的透镜的中央区的放大率与边缘区的放大率不一致导致成像边缘出现畸变。在利用扫描单元10进行扫描时，拍摄的视场越大，所用的镜头的焦距越短，畸变的程度就越明显，使得图像边缘存在畸变等不便于进行拼接的部分，因此可根据扫描模块10的最佳视角范围101对扫描对象2进行成像。在第一方向21对扫描单元10进行排布的过程中，使得扫描单元10的最佳视角范围101能够对扫描对象2进行覆盖，以便去除成像的畸变边缘。在对扫描模块1采集到的多个图像进行拼接时，对多个图像之间的重叠部分进行配准融合以形成最终的包含多个图像的全景图像，上述的重叠部分特指最佳视角范围101内形成的多个图像具有的重叠部分。

为便于描述用于拼接的图像采集过程，将扫描模块1和扫描对象2的相对运动方向设置为第二方向22，与第二方向22呈一定夹角的方向为第一方向21。优选地，第二方向22垂直于第一方向21。若干个扫描单元10能够在第一方向21上对扫描对象2进行全视角覆盖，并且沿第二方向22对扫描对象2进行全区域图像采集。

如图3所示的扫描模块1的第一扫描单元11所采集的图像为第一局部图像40，第二扫描单元12所采集的图像为第二局部图像41，第三扫描单元13所采集的图像为第三局部图像42。第一局部图像40与第二局部图像41的重叠区域为第一重叠区域80，第二局部图像41与第三局部图像42的重叠区域为第二重叠区域81，其中第一局部图像40与第四局部图像50的重叠区域为第三重叠区域70，第四局部图像50与第五局部图像60的重叠区域为第四重叠区域71。

以第一扫描单元11为例，沿第二方向22线性步进过程中，第一扫描单元11所采集的图像依次为第一局部图像40、第四局部图像50和第五局部图像60，第一局部图像40与第四局部图像50的重叠区域为第三重叠区域70，第四局部图像50与第五局部图像60的重叠区域为第四重叠区域71。

实施例1

如图3所示，现有技术中采用线性阵列对扫描对象(包含文字、图像的以纸等物品为载体的信件、画作等)以等间距步进的形式进行扫描，以使所采集的多个用于拼接的图像具有相同尺寸且沿步进方向上的同一扫描单元所采集的相邻图像之间的重叠部分尺寸相等以便于对图像进行拼接。扫描单元10等间距排布和光源的等间距排布的设置使得扫描对象2处于相同或相近的光照条件，并且以相同的步进速度采集扫描对象2的全景图像，所采集的图像具有相同的尺寸和光照条件且重叠区域具有相同尺寸，减小了所采集的多个图像的参数差异以便于拼接，但其拼接后的图像的重叠区域大致处于同一延伸线上，容易出现视觉上容易觉察到的拼接痕迹，并且拼接时产生的误差容易积累，进而造成后拼接的部分的边缘出现更易觉察的误差，因此本发明通过周期性或非周期性的采集方式通过改变多个扫描子单元的重叠区域尺寸的方式将重叠区域进行分散。

优选地，扫描单元10能够采集扫描对象2的局部图像以形成以数字形式存在的相关于扫描对象2的局部图像阵列200，局部图像阵列200中的若干个重叠区域能够周期性和/或非周期性排列。

具体地，在扫描模块1沿第二方向22步进的过程中，数据处理模块3能够基于其对扫描单元10所采集的局部图像信息的预处理调节扫描模块1的相邻扫描单元10之间的间距，数据处理模块3能够基于其对局部图像信息的预处理调整扫描模块1的扫描参数使得扫描模块1沿第二方向22步进的过程中具有不同尺寸的重叠区域的局部图像。

优选地，若干个扫描单元10沿第二方向周期性和/或非周期性采集局部图像以使扫描模块1沿第二方向所采集的若干个局部图像至少具有不同尺寸的重叠区域。

优选地，扫描参数至少包括扫描单元10的步进速度和Z轴高度。

优选地，数据处理模块3对局部图像信息的预处理至少包括计算局部图像的频域信息、亮度信息和颜色信息。

优选地，数据处理模块3能够基于操作人员输入的信息设置扫描参数。

优选地，线性扫描装置还包括照明模块和数据处理模块，照明模块包括若干个用于提供照明的发光单元，发光单元沿第一方向和/或第二方向周期性或非周期性排列。

优选地，在扫描模块沿第二方向步进的过程中，数据处理模块能够基于其对扫描单元所采集的局部图像信息的预处理调节扫描模块的相邻扫描单元之间的间距。

优选地，数据处理模块3能够对具有第一区别度的图像和第二区别度的图像的交叉区域进行处理，以使数据处理模块3能够基于交叉区域的图像处理实现具有交叉区域的多个局部图像的配准。

实施例2

根据一种优选的实施方式，在进行扫描时，扫描对象2自身所存在小尺度扭曲或者扫描对象2不能够平整贴合于扫描平台所产生的微小尺度凸起或凹陷等缺陷使得上述缺陷所在的区域画面细节丢失影响扫描效果，而本发明中非周期性的排列的多个扫描子单元能够在较小角度偏差的情况下对上述缺陷区域的细节特征进行多次采集，并且通过调节Z轴高度使得能够以多焦距的方式对上述处于重叠区域的缺陷部位的细节部分进行成像，进而在局部图像配准融合的过程中实现融合进而提高扫描质量。

具体地，微尺度扭曲的部位相较于其他部分具有一定起伏，焦距固定的扫描情况下，处于焦距最佳成像范围内的微尺度扭曲的部分则会实现清晰的成像效果，图像在空域中表现为边缘特征明显，细节丰富，在频域中表现为具有较多的高频分量。但焦距最佳成像范围外的部分的成像则会模糊，空域中表现为边缘特征模糊，频域中低频分量较多。基于上述特征，数据处理模块3进行图像预处理的过程中对模糊区域进行判断进而调整扫描单元调整Z轴高度的方式在微尺度扭曲的部位进行多距离成像，或者调整步进的距离，使得步进方向上的若干个图像能够从不同角度对微尺度扭曲的部位进行成像以调节与微尺度扭曲的部位的距离的方式实现微尺度扭曲的部位能够进行多焦距成像进而提高微尺度扭曲部位的成像效果。

根据一种优选的实施方式，待扫描物品的画面中的必然存在具有不同处理难度的多个区域(如书画作品的边缘和文字作品的行间距的空白部分等区域不同局部图像之间的图像差别较小，而富含文字的部分由于文字与其所在的背景的区别较大且文字的细节特性使得微小的差别就会影响视觉效果造成肉眼可识别的拼接错位问题，因而要更高的拼接精度)，基于相同的采集方式或者配准融合方法无法实现快速且高分辨率地采集目标，如采取更高精度的采集和拼接方法对边缘等不会包含重要特征的区域进行处理会进一步增加采集的数据量，进而增加计算量造成不必要时间和算力浪费，而降低精度后文字部分则会出现文字内容错位、文字模糊等影响视觉效果的问题。

因此本发明所采取的非周期性的采集方式能够对预扫描物品的具有不同处理难度的区域采取不同的采集方式，增大文字部分等具有更加精细的拼接要求的部分的采集密度，使得文字部分的相邻局部图像具有更大尺寸的重叠区域，进一步提高相邻局部图像的配准精度，部分相似性较高、处理难度较低的区域则降低采集密度，减小重叠区域的尺寸进而减小数据采集量和处理计算量，基于相同的数据处理方式能够使不同处理难度区域实现其预定处理效果，通过在采集过程中对不同区域进行差异采集的方式将影响画面效果的因素在采集过程中进行预处理，降低了后续的配准融合的难度。

具体地，对于肉眼观察富含文字或者内容变化较多的区域，会觉得上述具有信息的部分与其所在的背景具有较大差别，且具有信息的部分较为分散，与之对应的局部图像的频域信息和颜色信息等信息变化更为明显，因此预处理过程中可对画面的复杂程度做出判断，从而基于操作人员的输入信息或者预处理结果调节采集局部图像的频次，进而可根据局部图像中画面的差异程度对其采集密度做出适应性调整，基于前一个局部图像的预处理结果选择适当的步进速度，设置多个采集密度，减小数据处理量提高扫描速度。

实施例3

在对部分扫描对象(如书画作品)进行成像的过程中，现有技术中需要进行多次扫描以确保成像效果。因此本发明的数据处理模块对初始扫描的结果不限于上述实施例的内容，数据处理模块3还能够对扫描对象的轮廓线和缺陷部位进行识别(利用现有技术中的轮廓识别算法)。在最终的扫描过程中，将局部图像的重叠区域与轮廓线进行匹配，尽可能让重叠区域处于轮廓线上，融合后的图像的拼接线主要集中于轮廓线上，因而图像拼接所造成的视觉上的容易分辨出的拼接线以及多个重叠区域所造成的视觉上的拼接痕迹融合进画面本身所具有的轮廓线中。

具体地，利用数据处理模块3对初次扫描所形成的全景图像进行轮廓识别以对其画面的轮廓线进行提取，结合实施例1中分散拼接缝的方法进行匹配性融合以调整扫描模块1的扫描参数。

进一步地，在对本发明的局部图像进行拼接时，主要利用重叠区域进行配准而后在重叠区域的范围内利用拼接算法计算出一条拼接线而后基于拼接线融合局部图像。基于上述原理，在扫描模块1进行扫描的过程中，初步扫描的全景图像的轮廓已经被提取出来，因此可基于上述轮廓线在画面中的位置调节扫描模块1的扫描参数使得扫描模块1采集的局部图像的重叠部分大致位于轮廓线所在位置，进而在初步扫描后的再次扫描过程中，其扫描的局部图像的重叠区域能够覆盖部分轮廓线而分布于轮廓线所在位置，从而在配准融合处理过程中的拼接线能够极大程度与初次扫描的轮廓线处于同一位置以弱化拼接痕迹。

进一步地，轮廓线多为形状不规则的线，在对轮廓线进行提取的过程中，对轮廓线所在一定范围内的区域都进行选取，使选取后的形状类似于重叠区域的轮廓框，因而可将提取的轮廓框作为重叠区域进行局部图像采集，之后的配准融合过程中，由于轮廓线的两侧区域具有较大差别，现有技术中拼接线的算法(最小二乘法等)趋向于选取差别较小的区域，通常上述区域的轮廓是沿着轮廓线的大致走向进行分布的，因此配准融合的过程中可将拼接线与轮廓线的走向更为一致，且拼接线两侧的差别较小，使得拼接线与轮廓线的融合更加自然。

在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。