一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置及方法与流程

1.本发明涉及图像采集领域，尤其涉及到一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置及方法。


背景技术：

2.图像采集是指图像经过采样、量化以后转换为数字图像并输入、存储到存储器的过程，通常图像采集装置被应用于各个领域，例如图画原稿的采集，为了提高测量画面范围和光学镜头倍率则需要多相机的方案，这极大的提高了成本。
3.申请号：cn202210774749.6一种基于位置锁存技术的线扫测量系统及线扫图像拼接方法，包括：运动平台，用于安装产品，并通过驱动组件带动沿导轨滑动调整产品的扫描位置；光栅尺，与导轨平行；读数头，跟随所述运动平台运动，并与所述光栅尺对应；线阵相机，悬设在所述运动平台的上方；所述运动平台运动到达预设扫描起点时，控制线阵相机开始按照预设频率扫描所述产品，并控制读数头开始所述按预设频率锁存所述光栅尺的位置数据。
4.上述方案通过设置可移动的运动平台以及可移动的线阵相机，从多个角度对设置在运动平台上的物体进行扫描，但是上述装置只能从x轴和z轴两个方向进行移动调整，受限于成像传感器尺寸和成本，需要通过变焦技术完成尺寸超过成像传感器的原稿的采集，变焦技术的存在导致了扫描精度随原稿幅面增大而下降，原稿的厚度也会对变焦精度产生影响，同时，在图像采集开始时，图像采集模块需要在扫描起始端进行定位和做白平衡，因此图像采集模块在回程运动时不采集数据，降低的采集效率。因此，为了本技术提供一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置及方法，以克服上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置及方法，用于解决现有的图像采集系统只能从x轴和y轴两个方向进行移动调整，受限于成像传感器尺寸和成本，需要通过变焦技术完成尺寸超过成像传感器的原稿的采集，变焦技术的存在导致了扫描精度随原稿幅面增大而下降，原稿的厚度也会对变焦精度产生影响，同时，在图像采集开始时，图像采集模块需要在扫描起始端进行定位和做白平衡，因此图像采集模块在回程运动时不采集数据，降低的采集效率的问题。
6.本发明的上述技术目的是用过以下技术方案实现的：
7.一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置，包括定位支撑组件、x轴移动组件、y轴移动组件、z轴移动组件以及图像采集组件：
8.所述定位支撑组件位于整个图像采集装置的最下方，用于对所述x轴移动组件、y轴移动组件、以及z轴移动组件进行定位支撑，所述x轴移动组件安装于所述y轴移动组件上，用于带动所述图像采集组件沿x轴移动，所述y轴移动组件安装于所述定位支撑组件上，
用于带动所述图像采集组件沿y轴移动，所述z轴移动组件安装于所述定位支撑组件上，用于带动所述图像采集组件沿z轴移动，所述图像采集组件安装于所述x轴移动组件上，用于对待扫描物体进行图像采集。
9.本发明的进一步设置为：所述定位支撑组件包括呈现左右对称设置的侧板以及设置在两个侧板之间的横板，所述横板的左右两端分别与所述侧板固定连接，所述横板上开有用于容纳z轴移动组件的安装腔。
10.本发明的进一步设置为：所述x轴移动组件包括顶梁支架、顶梁滑轨、顶梁链条、以及顶梁滑块；
11.所述顶梁支架上开有用于容纳所述图像采集组件的移动槽，所述顶梁滑轨设置在所述移动槽内，所述顶梁滑块滑动设置在所述顶梁滑轨上并能够沿着顶梁滑轨的长度方向移动，所述顶梁链条的一端于所述图像处理模块固定连接，所述顶梁链条的另一端与所述顶梁滑块固定连接。
12.本发明的进一步设置为：所述y轴移动组件包括链条、滑轨连接件、滑轨、以及滑轨罩；
13.所述滑轨设置在所述定位支撑组件上，所述滑轨连接件滑动安装在滑轨上，所述滑轨上设置有滑轨罩，所述滑轨连接件的顶部与顶梁支架连接，所述链条的一端与所述顶梁支架连接，所述链条的另一端固定在定位支撑组件上。
14.本发明的进一步设置为：所述z轴移动组件置物平台、电机、传动带、以及升降件；
15.所述电机的输出轴上安装有主动轮，所述主动轮通过传动带与从动轮传动连接，所述从动轮安装在升降件的下端，所述升降件的上端与所述置物平台连接。
16.本发明的进一步设置为：所述图像采集组件包括第一固定件和第二固定件、同步灯、远心透镜、以及成像传感器；
17.多个所述同步灯安装在第一固定件内，所述第二固定件设置在所述第一固定件的中心，所述远心透镜设置在所述第二固定件内，所述成像传感器位于所述远心透镜的上方。
18.本发明的进一步设置为：其中一个所述侧板的侧面设置有用于固定链条的支撑板。
19.本发明的进一步设置为：还包括外接控制器，所述外接控制器与图像采集装置连接，用于控制图像采集装置的工作状态。
20.本发明的进一步设置为：所述滑轨的端部设有紧急停止按钮。
21.一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置的使用方法，包括以下步骤：
22.步骤1：图像对焦，将需要扫描的原稿放置于置物平台上，接着通过z轴移动组件升降置物平台的高度，调整到适合对焦的位置，接着将即原稿左下方设定为图像采集原点，通过图像采集模块对原稿进行对焦；
23.步骤2：参数设定，通过外接控制器设置扫描参数、扫描方向等具体参数；
24.步骤3：数据采集，以原稿左下方为采集起始点，图像采集模块沿着顶梁支架上做x轴方向双向往复运动，顶梁支架在y轴运动机构带动下做y轴方向运动，图像采集模块以左
→
右
→
上
→
右
→
左
……
的轨迹运动，将大幅面原稿分为多个区域，分别进行扫描采集数据；
25.步骤4：数据合并，通过外接控制器按扫描顺序和方向，将扫描得到的原稿各区域
信息进行拼接计算，得到最终的图像数据并保存。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27.1.设置有x轴移动组件、y轴移动组件、z轴移动组件，图像采集组件,x轴移动组件、y轴移动组件用于驱动图像采集组件做x轴移动组件、y轴移动组件方向的移动，z轴移动组件能带动原稿在垂直方向上移动，使不同的厚度的原稿表面与图像采集模块的距离保持一致，解决了厚度较大的原稿对焦不准的问题。
28.2.本技术提出的一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置的使用方法将原稿分为多个区域分别进行扫描，扫描过程中，不需要变焦，消除了原稿幅面对扫描精度的影响，扫描完成后通过外界控制器对图像进行拼接，使图像采集结果的精度不受原稿在扫描平台上的位置、原稿尺寸大小的限制。
29.3.图像采集模块使用远心镜头成像，图像无视差，采集景深大，有效避免反光干扰，并最大程度上减小了图像失真变形。
30.4.对大幅面原稿按左
→
右
→
上
→
右
→
左
……
的蛇形轨迹扫描，图像采集模型在顶梁上左右移动时双向扫描采集，提高了图像采集的工作效率。
附图说明
31.图1是本发明的结构示意图。
32.图2是本发明z轴移动组件的结构示意图。
33.图3是本发明x轴移动组件的结构示意图。
34.图4是本发明x轴移动组件的俯视图。
35.图5是本发明y轴移动组件的结构示意图。
36.图6是本发明y轴移动组件的俯视图。
37.图7是本发明图像采集组件的结构示意图。
38.图8是本发明实施例1的扫描轨迹示意图。
39.图9是本发明实施例2的扫描轨迹示意图。
40.图10是x变焦技术的示意图。
41.图11是x+y变焦技术的示意图。
42.数字标记：侧板3、置物平台100、电动长梁101、电机102、传动带103、升降装置104、顶梁支架200、顶梁滑轨201、顶梁链条202、顶梁滑块203、左右支架300、链条301、顶梁连接车302、滑轨303、滑轨罩304、紧急停止按钮305、同步灯401、远心透镜402、成像传感器403
具体实施方式
43.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.如图10至图11所示，在现有的图像采集装置中，图像扫描技术被广泛使用，其包括:x变焦技术、x+y变焦技术。
45.其中x变焦技术在物体进行扫描时存在以下问题：扫描头沿着单方向(x轴)，在扫描头移动过程中扫描头要进行变焦。ccd(电荷耦合元件)长度一般为72mm，因此，采用x变焦技术的平台式扫描仪在72mm范围内，且原稿放置在扫描台中央时可以保证成像精度，最大的光学分辨率也可保证。当原稿宽度大于72mm时，扫描头根据原稿位置，扫描时沿x方向移动，同时调整焦距。由于分辨率＝ccd像素/原稿宽度，因此原稿越宽，得到的扫描分辨率越低，而且原稿边缘的成像精度也会降低；原稿尺寸小于72mm，但位置若不在扫描台中央，由于扫描头要调焦后进行扫描，因此成像精度与光学分辨率会受到限制。
46.x+y变焦技术的扫描头可以沿着两个方向(x轴，y轴)移动，扫描头也需变焦。由于扫描头既可沿x轴方向移动又可沿y轴方向移动，因此无论原稿放在扫描台的什么位置，扫描头均可捕获到原稿的位置。只要原稿不超过72mm，扫描精度均可达到最大光学分辨率，也可保证扫描精度。但是扫描精度受原稿大小的制约。
47.实施例1
48.如图1至图8所示，本发明提出的一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置，包括定位支撑组件、x轴移动组件、y轴移动组件、z轴移动组件以及图像采集组件：
49.所述定位支撑组件位于整个图像采集装置的最下方，用于对所述x轴移动组件、y轴移动组件、以及z轴移动组件进行定位支撑，所述x轴移动组件安装于所述y轴移动组件上，用于带动所述图像采集组件沿x轴移动，所述y轴移动组件安装于所述定位支撑组件上，用于带动所述图像采集组件沿y轴移动，所述z轴移动组件安装于所述定位支撑组件上，用于带动所述图像采集组件沿z轴移动，所述图像采集组件安装于所述x轴移动组件上，用于对待扫描物体进行图像采集。
50.所述定位支撑组件包括呈现左右对称设置的侧板以及设置在两个侧板3之间的横板101，所述横板的左右两端分别与所述侧板固定连接，所述横板上开有用于容纳z轴移动组件的安装腔。
51.所述x轴移动组件包括顶梁支架200、顶梁滑轨201、顶梁链条202、以及顶梁滑块203；所述顶梁支架200上开有用于容纳所述图像采集组件的移动槽，所述顶梁滑轨201设置在所述移动槽内，所述顶梁滑块203滑动设置在所述顶梁滑轨201上并能够沿着顶梁滑轨201的长度方向移动，所述顶梁链条202的一端于所述图像处理模块固定连接，所述顶梁链条202的另一端与所述顶梁滑块203固定连接，在本实施例中，顶梁滑轨为电动滑轨，使用时，启动顶梁滑轨通过顶梁滑块带动顶梁链条从而驱动图像处理模块沿着顶梁支架移动。
52.所述y轴移动组件包括链条301、滑轨连接件302、滑轨303、以及滑轨罩304；所述滑轨303设置在所述定位支撑组件上，所述滑轨连接件302滑动安装在滑轨303上，所述滑轨303上设置有滑轨罩304，所述滑轨连接件302的顶部与顶梁支架200连接，所述链条301的一端与所述顶梁支架200连接，所述链条301的另一端固定在定位支撑组件上，在本实施例中，滑轨为电动滑轨，使用时，启动滑轨驱动滑轨连接件，进行带动链条以及顶梁支架移动。
53.所述z轴移动组件置物平台100、电机102、传动带103、以及升降件104；所述电机102的输出轴上安装有主动轮，所述主动轮通过传动带103与从动轮传动连接，所述从动轮安装在升降件104的下端，所述升降件104的上端与所述置物平台100连接，在本实施例中，
所述升降件104为螺杆，所述置物平台100上开有用于容纳螺杆的通孔，所述通孔内设置于与螺杆匹配的内螺纹，电机的数量为四个，位于安装腔的四个边角,使用时通过电机102、传动带103、主动轮、从动轮带动螺杆转动，从而实现对置物平台100的高度调节。
54.所述图像采集组件包括第一固定件和第二固定件、同步灯401、远心透镜402、以及成像传感器403；多个所述同步灯401安装在第一固定件内，所述第二固定件设置在所述第一固定件的中心，所述远心透镜402设置在所述第二固定件内，所述成像传感器403位于所述远心透镜的上方，远心透镜能够使通过使系统的入瞳在透镜系统的前焦点位置来使聚焦光束的主光线在任何视场角的情况下都垂直于焦平面，图像无视差，采集景深大，有效避免反光干扰，并最大程度上减小了图像失真变形，使用时，同步灯发出的光线照射在原稿上，图像反射回来，穿过远心透镜进入成像传感器。一般的扫描仪内部布置有多组反射镜片，光信息通过这些镜片的反射被传输到ccd进行处理，光信号在传送的过程中会因为衍射等原因，导致信号丢失。本技术提出的方案可以使光源直接到ccd，中间不设置其他反射镜片，在最大程度上减小了误差。
55.其中一个所述侧板的侧面设置有用于固定链条的支撑板。还包括外接控制器，所述外接控制器与图像采集装置连接，所述外接控制器上设置有相应的软件控制系统，用于控制图像采集装置的工作状态，同时外接控制器能够对收集到的图像数据进行整合并保存。所述滑轨的端部设有紧急停止按钮，通过紧急停止按钮可以关闭滑轨，用于紧急情况下停止图像采集过程，保护设备、人员安全。
56.一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置的使用方法，包括以下步骤：
57.步骤1：图像对焦，将需要扫描的原稿放置于置物平台上，接着通过z轴移动组件升降置物平台的高度，调整到适合对焦的位置，接着将即原稿左下方设定为图像采集原点，通过图像采集模块对原稿进行对焦；
58.步骤2：参数设定，通过外接控制器设置扫描参数、扫描方向等具体参数；
59.步骤3：数据采集，以原稿左下方为采集起始点，图像采集模块沿着顶梁支架上做x轴方向双向往复运动，顶梁支架在y轴运动机构带动下做y轴方向运动，图像采集模块以左
→
右
→
上
→
右
→
左
……
的轨迹运动，将大幅面原稿分为多个区域，分别进行扫描采集数据；
60.步骤4：数据合并，通过外接控制器按扫描顺序和方向，将扫描得到的原稿各区域信息进行拼接计算，得到最终的图像数据并保存。
61.每个区域的宽度由图像采集模块中的图像传感器尺寸和分辨率决定，每个区域的宽度可以根据设备的性能进行调整。
62.实施例2
63.在本实施例，以原稿右下方为采集起始点，图像采集模块的运动轨迹为右
→
左
→
上
→
右的轨迹运动，将大幅面原稿分为多个区域，分别进行扫描采集数据，然后将收集到的数据进行集中整合，图像采集模块的移动轨迹可以根据图像的尺寸大小进行调整，同时采集起始点起始点也可进行调整，实施例1和实施例2中的移动轨迹和采集起始点仅是为了解释说明，不因理解为对本发明的限制。
64.本发明的使用过程和原理如下:所述本发明x轴运动机构和y轴运动机构，x轴移动组件安装于y轴移动组件上，用于收集原告图像数据的图像采集模块设置再x轴移动组件，
通过x轴运动机构和y轴运动机构可对带动图像采集模块在x轴方向或y轴方向移动，同时本发明还设置有z轴移动组件，z轴上设置有用于防止原稿的置物平台，使用启动z轴移动组件，带动原稿做z轴方向垂直升降移动，实现对画稿高度的调整，从而使不同厚度的原稿与图像采集模块的距离保持相同，解决了厚度较大的原稿对焦不准的问题。
65.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
66.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

技术特征：
1.一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置，其特征在于，包括定位支撑组件、x轴移动组件、y轴移动组件、z轴移动组件以及图像采集组件：所述定位支撑组件位于整个图像采集装置的最下方，用于对所述x轴移动组件、y轴移动组件、以及z轴移动组件进行定位支撑，所述x轴移动组件安装于所述y轴移动组件上，用于带动所述图像采集组件沿x轴移动，所述y轴移动组件安装于所述定位支撑组件上，用于带动所述图像采集组件沿y轴移动，所述z轴移动组件安装于所述定位支撑组件上，用于带动所述图像采集组件沿z轴移动，所述图像采集组件安装于所述x轴移动组件上，用于对待扫描物体进行图像采集。2.根据权利要求1所述的一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置，其特征在于，所述定位支撑组件包括呈现左右对称设置的侧板以及设置在两个侧板之间的横板，所述横板的左右两端分别与所述侧板固定连接，所述横板上开有用于容纳z轴移动组件的安装腔。3.根据权利要求1所述的一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置，其特征在于，所述x轴移动组件包括顶梁支架、顶梁滑轨、顶梁链条、以及顶梁滑块；所述顶梁支架上开有用于容纳所述图像采集组件的移动槽，所述顶梁滑轨设置在所述移动槽内，所述顶梁滑块滑动设置在所述顶梁滑轨上并能够沿着顶梁滑轨的长度方向移动，所述顶梁链条的一端于所述图像处理模块固定连接，所述顶梁链条的另一端与所述顶梁滑块固定连接。4.根据权利要求1所述的一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置，其特征在于，所述y轴移动组件包括链条、滑轨连接件、滑轨、以及滑轨罩；所述滑轨设置在所述定位支撑组件上，所述滑轨连接件滑动安装在滑轨上，所述滑轨上设置有滑轨罩，所述滑轨连接件的顶部与顶梁支架连接，所述链条的一端与所述顶梁支架连接，所述链条的另一端固定在定位支撑组件上。5.根据权利要求1所述的一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置，其特征在于，所述z轴移动组件置物平台、电机、传动带、以及升降件；所述电机的输出轴上安装有主动轮，所述主动轮通过传动带与从动轮传动连接，所述从动轮安装在升降件的下端，所述升降件的上端与所述置物平台连接。6.根据权利要求1所述的一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置，其特征在于，所述图像采集组件包括第一固定件和第二固定件、同步灯、远心透镜、以及成像传感器；多个所述同步灯安装在第一固定件内，所述第二固定件设置在所述第一固定件的中心，所述远心透镜设置在所述第二固定件内，所述成像传感器位于所述远心透镜的上方。7.根据权利要求2所述的一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置，其特征在于，其中一个所述侧板的侧面设置有用于固定链条的支撑板。8.根据权利要求1所述的一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置，其特征在于，还包括外接控制器，所述外接控制器与图像采集装置连接，用于控制图像采集装置的工作状态。9.根据权利要求4所述的一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置，其特征在于，所述滑轨的端部设有紧急停止按钮。
10.一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：图像对焦，将需要扫描的原稿放置于置物平台上，接着通过z轴移动组件升降置物平台的高度，调整到适合对焦的位置，接着将即原稿左下方设定为图像采集原点，通过图像采集模块对原稿进行对焦；步骤2：参数设定，通过外接控制器设置扫描参数、扫描方向等具体参数；步骤3：数据采集，以原稿左下方为采集起始点，图像采集模块沿着顶梁支架上做x轴方向双向往复运动，顶梁支架在y轴运动机构带动下做y轴方向运动，图像采集模块以左
→
右
→
上
→
右
→
左
……
的轨迹运动，将大幅面原稿分为多个区域，分别进行扫描采集数据；步骤4：数据合并，通过外接控制器按扫描顺序和方向，将扫描得到的原稿各区域信息进行拼接计算，得到最终的图像数据并保存。

技术总结
本发明公开了一种基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置及方法；其技术方案要点是：包括定位支撑组件、X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件以及图像采集组件：定位支撑组件位于整个图像采集装置的最下方，用于对X轴移动组件、Y轴移动组件、以及Z轴移动组件进行定位支撑，X轴移动组件安装于所述Y轴移动组件上，Z轴移动组件安装于所述定位支撑组件上，Y轴移动组件安装于定位支撑组件上，用于带动图像采集组件沿Y轴移动，图像采集组件安装于X轴移动组件上。本发明能够提出的基于图像拼接技术的双向扫描大幅面图像采集装置的方法，对大面积的原稿分多个区域分别扫描，扫描过程中不需要变焦，消除了原稿幅面对扫描精度的影响。响。响。


技术研发人员：武兵 郑亮
受保护的技术使用者：上海赛图图像设备有限公司
技术研发日：2022.10.11
技术公布日：2023/9/25