TWI271994B - Scanning device calibration system and method - Google Patents

Description

1271994 玖、發明說明： I：發明所屬技術領域】 本發明提供一種新穎有用之校準掃描裝置之方法及系 統。 5 【先前技術】 發明背景 多種不同類型之掃描器裝置，由平常掃描器之高階影 印機係使用來自光源的反射照明而產生影像之拷貝。典型 地此等掃描器裝置中，各個像素間的光反應不完美。供程 10式研究開發校準系統來改良反應，且輔助因應變化問題。 傳統校準糸統係於預期反應之上區及下區典型於專以及於 白執行校正。但於掃描所得影像經常看到帶狀、條紋、色 彩偏移以及其它成像之人為瑕疵。 I[發明内容3 15 一具體實施例中，一種掃描裝置包括一光源其係組配 成可選擇性照明感興趣區域’以及一感光接受器盆係組配 成可接收來自光源之光且基於該接收之光而產生信號。抑 制邏輯其係組配成可對光源以至少一種功率位準供電，俾 於感光接收器產生中色調掃描信號。校準邏輯係組配成1 2〇對基於選定之像素資料（包括該中色調信號)決定校準因數 圖式簡單說明 附圖結合於本說明書且構成說明書之一部分，系統及 方法之具體實施例係連同後文詳細說明舉例說明，用來^ 述系統及方法之具體實施例。須了解圖中所示各元件（例如 1271994 框、成組之框或其它形狀)之邊界表示邊界範例。熟諳技藝 人士了解一個元件可設計為複數個元件，或複數個元件可 設計為一個元件。顯示為另一元件之内部組成元件的元件 也可以外部組成元件實施，反之亦然。 5 第1圖為掃描裝置之一具體實施例。 第2圖為掃描裝置光學裝置之一具體實施例。 第3圖為掃描裝置之一具體實施例。 第4圖為校準邏輯之一具體實施例之格式化說明。 第5圖為線圖顯示校準邏輯之一具體實施例使用之變 10 數以及已知值。 第6圖為校準方法之一具體實施例。 第7圖為校準方法另一具體實施例。 第8圖為校準方法另一具體實施例。 I：實施方式3 15 較佳實施例之詳細說明 後文包括本說明書全文使用之選定術語之定義。該定 義包括落入術語範圍其可用於實施之組成元件之多種具體 實施例及/或形式範例。當然該等實施例絕非意圖為限制 性，也可實施其它具體實施例。全部術語之單數型以及複 20 數型皆係落入個別定義範圍。 「電腦可讀取媒體」一詞用於此處表示任一種媒體， 其直接或間接參與提供信號、指令及/或資料給一或多個處 理器或邏輯供執行。此種媒體可呈多種形式，包括但非限 於非依電性媒體、依電性媒體以及傳輸媒體。非依電性媒 1271994 5 10 體 包括例如光碟或磁碟。依電性媒體包括動態記懷體 輸媒體包括同轴境線、銅線及光纖電欖。傳輸媒體 聲波或光波形式，例如於射頻波通訊以及紅外線資料^ 產生的杨’或呈—或多組信號波形。常見之電腦可讀取 媒_式包_如磁碟片、軟碟、硬碟、磁帶、或任料 它=性媒體、CD_R0M、任何其它光學媒體、衝孔卡片’、、 紙▼、任何其它具有孔洞圖案之實體媒體、RAM、PROM、 傳 EPR〇M、快閃EPR〇M、任何其它記憶晶片或記憶載具、載 波/脈波或任何其它電腦、處理11或其它電子裝置可讀取之 媒體。用來透過網路例如網際網路傳播指令或其它軟體之 信號也被視為「電腦可讀取媒體」。 15 邏輯」一岡用於此處包括（但非限於)硬體、韌體、軟 體及/或其個別之組合來執行功能或動作及/或造成來自另 一組成it件之功能或動作。舉例言之，基於預定應用或需 求，邏輯可包括軟體控制之微處理器、個簡輯例如特殊 應用積體電路(ASIC)、程式規劃邏輯裝置、含有指令之記 憶裝置等。邏輯也可完全呈軟體而具體實施。 「信號」一詞用於此處包括(但非限制性）一或多個電信 號、類比或數位信號、一或多個電腦或處理器指令、訊息、 位兀或位元流或其它可被接收、傳輸及/或偵測之手段。 「軟體」用於此處包括(但非限制性）一或多個電腦可讀 取及/或電腦可執行指令，其造成電腦或其它電子裝置可以 預定方式執行功能、動作及/或表現。指令也可以其它形式 具體實施，例如常式、演繹法則、模組或程式包括分開應 20 1271994 用或得自動悲連結存庫之碼。軟體也可以多種形式執行 例如孤立程式、功能呼叫、伺服小程式、應用小種式仃儲 存於記憶體之指令、部分操作系統或其它類型之可執行扑 令。熟諳技藝人士須了解軟體形式例如係依據預定應= 5求、執行環境需求及/或設計者/程式師期望等決定。、而 「使用者」一詞用於此處包括（但非限制性）—戈多個 人、軟體、電腦或其它裝置或其組合。 概略言之，提供系統及方法之具體實施例供用於掃描 裝置。系統及方法可產生掃描資料，以及基於掃描資料而 W決定校準值。-具體實施例中，系統經組配成可經由介於 選定之掃描資料與已知目標值以及計算所得目標值間藉内 插而求出校準值。其它具體實施例及特色之進一步細節說 明於下列具體實施例。 蒼照第1圖，掃描裝置例如平床掃描器1〇〇包括文件1〇5 I5置於透明平台110上，影像面向下。操作時，影像被掃描或 轉換成為可由影像處理邏輯等使用的信號。 於該具體實施例中，掃描過程需藉活動載具115達成， 活動載具含有光源120以及反射鏡125。馬達130以機械方式 耦聯至載具115 ’例如藉齒輪、纜線等耦聯，俾順著平台11〇 20之方向於Y方向移動載具115。由文件反射之反射光藉鏡140 被重新導引入透鏡145，以及由透鏡145而被導引至感光接 收器150。鏡140可安裝成與載具115同時移動，但係以載具 115之一半速度移動，故由光155掃描線之物件平面至感光 接收器150之影像平面之光鏡長度維持恆定。熟諳技藝人士 1271994 了解其它非說明性具體實施例包括接觸影像感測器（CIS)， 其無需所示移動鏡，可以較少數組成元件而達成掃描功 能。與個別組成元件無關，由光源至接收器之傳輸工具稱 作為「光徑」。 5 參照第2圖，顯示感光接收器150之一具體實施例，其 包括一電荷搞合裝置(CCD)，CCD組配成分開光感測器單元 或光偵測器單元165之線性串聯陣列。感測器陣列15〇之各 個感測器單元165定義一個文件圖像元件(PEL)。例如，可 區別每吋文件400 PEL單元之CCDs提供有用的解析度，可 10 由市面來源取得。熟諳技藝人士了解，感光接收器15〇另外 包含其它可將光能轉成信號之裝置，例如光二極體或其它 CMOS偵測器。 再度參照第1圖，光源120可經組成及排列而獲得光線 155，或光之線性腳印或線性區段於預定區域上，例如於平 15 台110或校準目標（圖中未顯示）。光線155相對於文件105係 於X(第2圖）方向延伸。光線155定義一列文件PELS。當光線 155於Y方向移動時，產生信號以多列平行列呈現文件，各 列呈數個文件pELS。光源120可包括有濾色片（例如紅、綠 或藍)之單一光、或彩色發光二極體排組。 20 第2圖中，典型8.5吋長之影像掃描線205於到達感光接

收器150之前，通過透鏡145時，長度可以光學縮小為例如 約7.7 : 1之比。其它具體實施例無需採用光縮小，如已知 其它系統例如1: 1系統如CIS掃描器系統可取代使用而未喪 失其功能。注意感光接收器150也係位在相對於文件105 X 1271994 方向之前文定義區域。換言之，接收器150係由平台no偏 位。 一具體實施例中，感光接收器150產生的信號210為類 比信號。當載具115相對於平台no於γ方向移動時，信號21〇 5 定期逐列讀取。由感測器陣列150之各個單元輸出的掃描信 號210耦合至控制邏輯220，於該處信號被轉成數位信號。 控制邏輯220將驅動h 5虎導入馬達130，也接收例如來自於 轉速計位置偵測器160以及來自於載具原位位置感測器（圖 中未顯示）輸出之，相對於載具U5及/或鏡140之位置或移動 10 回授資訊。容後詳述，控制邏輯220可被組配成也根據校準 順序而供電給光源120。 現在參照第3圖，一具體實施例中，校準順序包括對白 掃描、暗或黑掃描以及灰掃描獲得校準值。灰值另外 一 1稱 作為中色調值，表示其介於黑白兩極端中間位置。此％ 15 雖然揭示文中採用黑、白及灰等術語，但熟諳技藝人士 解也可應用至彩色處理以及彩色掃描裝置。確實，灰處王 與彩色處理之關係係屬於色彩工程師之技巧範圍。办 況下，控制邏輯220接收或產生觸發事件來引發校準。拎制 邏輯220經組配成可控制光源12〇之照明功率。例如控制$ 輯220造成光源120於介於無功率（例如無照明）至全功率（亦 即一次掃描過程使用全照明）間之任何預定位階操作。中門 照明程度係經由應用中間功率位準獲得。各種光源之砟複 性典型結果導致觀察得照明與供應至電源位準不同或偏 差。用於此處，中間或近似功率位準須了解可產生中門戈 20 1271994 近似照明。 欲接收白掃描資料，控制邏輯220以操作方式與光源 120通訊，光源應用全照明功率。然後照明光31〇照明感興 趣區域315。於校準順序中，感興趣區域315可為校準目標 5 例如長條或其它物件設置於平床掃描器之平台（圖中未顯 示）之視野外側。另外例如影印機、傳真機、卷軸饋進掃描 器等其它掃描裝置可採用感興趣區域(例如掃描影像背景） 來校準。 當校準知描於感興趣區域315進行時，表示白掃描資料 10 之信號係由感光接收器或偵測器（其偵測反射光330)取定期 讀數而獲得。此等信號係回應於感光接收器150接收來自感 興趣區域315之反射光330而產生。信號可透過控制邏輯220 而通訊給校準邏輯335，以及若有所需經過數位化。容後詳 述，扠準邏輯335接收來自數次掃描350之掃描資料，產生 15杈準因數且儲存於記憶體340或其它電腦可讀取媒體供後 來使用。 於有單一白感興趣之目標區315之系統，亦即不含黑目 才示或灰目標之系統中，暗掃描350D係經由於光源120未被供 電或暗」時由感光接收器15〇取得讀數獲得。另外，於黑 2〇目“ s括於感興趣區之系統中（圖中未顯示），係經由於光源 的^、明條件下掃描黑目標而獲得黑掃描。供此處使用， …、掃牦與暗掃描二詞互換用來表示於光譜之暗端（換言 之相對於白掃描）獲得回應值的掃描。 抆準順序也包括當光源120被部分供電，否則以其它方 11 1271994 式未產生全照明強度時，由感光接收器150取讀值獲得的之 至少-個灰掃描35GG。當需要兩次灰掃描時，控制邏輯22〇 可與光源12G通訊，來執行兩次單色、白感興趣區315的掃 描，各次採用不同照明位準或強度。另外，若感興趣區315 5含有灰或中間區域或長條，則其它校準情況也可有效獲得 多重灰階掃描。 10 參照第4圖，校準邏輯335經組配成可接收來自各次校 準掃描之信號。例如校準㈣335係顯㈣循序儲存各掃描 列，似的PEL位置彼此對準來形成行侧。於掃描完成後， 各行數值求平均’結果對各行働獲得平均行值。進一 步處理，求取跨掃贿之平均行數值之平均結果對各 次校準掃描獲得單-校準值。須了解並非必要使用各行 15 全部資料。例如可拋棄毀損資料或位在肢臨限值以外的 樣本。料，單純求取平均以外之數值操作亦屬可能。 繼續本說明’現在參照第5圖，該組校準掃描結果獲得 一個白掃描值500， 至少一個灰掃描值510以及一暗掃描值 20 520。/為了進一步區別，掃描值以圓圈舉例說明。本實施例 系U白及暗之預定目標值，例如白目標值那及暗 目標值525。再度，為了區別，财目標值於菱形顯示。但 由於中間功率設定值的不確定，控制邏輯22G不了解光源的 崔刀…、月強度所知灰值亦即目標灰值資料為未知。但 次才丁火值515可由已知值求出，本例中，已知值為校準掃描 貝料500 510 520以及已知白目標及暗目標⑽、似。計 算所得目標值”方_㈣一種計算目標灰值515之方 12 1271994 法係於已知值間之内插法。 一旦求出目標灰值515，校準邏輯335計算線性匹配補 償值加增益，其將調整各個像素由灰掃描及黑掃描中個別 行400之平均值、調整至灰及黑目標值化、525。須了解校 5準邏輯335可有二測量值、二目標值、以及二自由度，換言 之，補償值與增益。此種處理產生補償值與增益表，稱做 光反應非均勻校正表，該表儲存於校準表·，且於掃描裝 置1 〇 〇之使用期間應用至所形成之影像。 為了舉例說明-具體實施例，假設一掃描線上存在有 10兩個像素。進-步假設第—像素之反應為由白至黑的直 線，表示當使用半光強度照明時，該像素回應以半信號輪 出。假設掃描線上的第二像素具有略微非線性反應，故當 使用半光強度照明時，像素回應為輸出信號與半值略有不 15 同’例如為0.6。本具體實施例係於灰校準不含灰目伊長

條，且未對灰階校準確切如何照明有所控制或了解。S 階校準完成時，白存在有前述方法相同平均反應，原因在 =目標值可好均_插而⑼。確實因灰掃描可用於計 錢素增益及補償值，故可於灰掃描之色調壓抑變化。繼 20

續舉例說明，結果兩個像素被校準至回應於0 55， 出強度0.5。 /、有輪 現在參照第6圖，顯示校準方法之一具體實施例。 可始於觸發事件（方塊_)。進行白掃描，獲得白掃描 值例如平均值5〇0(方塊_)。㈣謂論，自校準掃描係以 光源用於工作掃描之最大照明或全照明而進行。進行暗掃 13 1271994 描，求出暗掃描平均值，例如平均值520。暗掃描另外可經 由白校準目標之非照明掃描、或黑校準目標之全照明掃描 獲得。進行灰掃描，獲得灰掃描平均值510(方塊630)。灰掃 描之另一種方式係經由進行灰校準目標之全照明掃描、或 5 進行白或黑校準目標之部分照明掃描獲得。使用掃描所得 資料，可導出目標灰值例如灰值515(方塊640)。一具體實施 例中，目標灰值515可根據如下方程式獲得： 方程式1. gray—tgt(515)=dark—tgt(525)+(white一tgt(505) -dark tgt 10 (525))*(gray 一 avg(510)-dai:k 一 avg(520))/(white-aVg(500)-dark —avg(520)) 求出校準因數（方塊650)。校準因數可再儲存於表或其 它預定資料結構。一具體實施例中，校準因數為增益與補 償值，係根據如下方程式求出： 15 方程式2.

Pixd_gain(x)=(gray—tgt)/(pixel—value—in—gmy—⑻） 方程式3.

Pixel_offset(x)=pixel_valueJn_dark_scan(x) -darkjgt) 現在參照第7圖，顯示校準方法之另一具體實施例。校 20準開始後（方塊700)，進行白掃描，獲得白掃描平均值如值 500(方塊710)。進行暗掃描，獲得暗掃描平均值如值52〇(方 塊720)。進行灰掃描，獲得灰掃描平均值如值51〇(方塊 730)。使用掃描所得資料，導出目標灰值如值515(方塊 740)。一具體實施例中，目標灰值515係根據如上方程式丄 14 1271994 求出。 也進行暗灰掃描，獲得暗灰掃描平均值（方塊735)。此 處光源係控制成以比灰掃描（方塊730)使用的功率位準更低 的功率位準或強度位準，但比暗掃描（方塊720)使用的功率 5 位準更高的功率位準或強度位準，照明感興趣區域。使用 掃描所得資料，導出目標暗灰值（方塊745)。一具體實施例 中，根據如下方程式而導出目標暗灰值： 方程式4. dark—gray—tgt=dark_tgt(525)+(white—tgt(505)-dark_tgt 10 (525))*(dark__gray 一 avg-dark 一 avg(520))/(white—avg(500)-dark 一avg(520)) 〇 然後對各個像素計算校準因數（方塊750)。一具體實施 例中，校準因數為增益與補償值，且係根據下列方程式計 算： 15 方程式5.

Pixel 一 gain(x)=(gray 一 tgt)/(pixel—value—in—gray—scan(x)) 方程式6.

Pixel_offset(x)=pixel__value_in_dark_gray_scan(x) -dark —gray—tgt) 2〇 於校準因數彩色具體實施例，對各個彩色成分重複處 理。注意各個彩色成分(例如RGB)值可不同。換言之，像素 之紅增益可與同一個像素之綠增益不同。 現在參照第8圖，顯示校準方法之另一具體實施例。校 準開始後（方塊800) ’進行灰掃描，獲得灰掃描平均值（方塊 15 1271994 830)。然後對各個像素至少計算一個校準因數（方塊85〇)。 -具體實施财，校準因數單純為增益，任何補償值皆被 拋棄或未適用。 於已經求出校準因數且儲存校準因數後，校準因數可 5於工作掃描之操作時間應用。細節顯示於1994年2月8曰核 發給Webb等人之美國專利第5,285,293號，以引用方式併人 - 此處。一具體實施例中對工作掃描之補償係根據如下方程 式達成： 方程式7. _ 1〇 Compensated_pixel_value(x)=scanned_pixel_value(x)* pixel 一 gain(x) -pixei—0ffset(x) 此處校準因數pixel—gain(x)及pixel—〇ffset(x)係由校準 表360取還。 熟諳技藝人士現在了解方便獲得其它具體實施例。舉 15例5之，雖然控制邏輯220及校準邏輯335顯示為分開但連 結的裝置，另外二裝置也可駐在同一個實體裝置上藉位址 分隔、分區、或以其它方式讓邏輯存取時可識別。舉例說 鲁 明之邏輯之元件呈現為個別組成元件，可組配在一起，或 可分開組配而未喪失功能。此外，舉例說明多項邏輯區別 20以求清晰，但實際上並未如此分立。此外，雖然某些元件 已經以特定順序舉例說明且請求專利，但此等順序非意圖 為限制性。例如經常校準順序之討論係由白掃描、進行之 ， 暗掃描至灰掃描。此種順序可改變。此外，步驟數目或討 論或舉例說明之特定處理非意圖為限制性，反而單純供舉 16 1271994 例說明隨附之申請專利範圍之結構及組成元件。雖然本發 明已經藉較佳具體實施例舉例說明，以及雖然具體實施例 係以相當細節舉例說明，但申請人絕非意圖約束或以任何 方式限制隨附之申請專利範圍於此等細節。熟諳技藝人士 5 方便了解其它優點及修改。因此本發明就廣義方面而言非 限於特定細節、代表性裝置以及所示及所述之具體實施 例。如此可未#離申請人之一般性發明構想之精髓：與範圍 對此等細節做出調整與變化。

L圖式簡單說明3 10 第1圖為掃描裝置之一具體實施例。 第2圖為掃描裝置光學裝置之一具體實施例。 第3圖為掃描裝置之一具體實施例。 第4圖為校準邏輯之一具體實施例之格式化說明。 第5圖為線圖顯示校準邏輯之一具體實施例使用之變 15 數以及已知值。

第6圖為校準方法之一具體實施例。 第7圖為校準方法另一具體實施例。 第8圖為校準方法另一具體實施例。 【圖式之主要元件代表符號表】 100…平床掃描器 105…文件 110.. .透明平台 115…活動載具 120.. .光源 125.. .反射鏡 130.. .馬達 140…鏡 145.. .透鏡 150.. .感光接收器 17 1271994 155...光線 350G···灰掃描資料 160···轉速計位置偵測器 360...校準表 165...感光單元 400…行 205...影像掃描線 410...平均行值 210...信號 420...校準值 220...控制邏輯 500···白掃描值 310...照明光 505···白目標值 315...感興趣區 510…灰掃描值 330...反射光 515…目標灰值 335…校準邏輯 520···暗掃描值 340...記憶體 525...暗目標值 350…掃描 600-650，700-750，800-850 350W…白掃描資料 ...方塊 350D...暗掃描資料

18

Claims (1)

1271994 拾、申請專利範圍： 1. 一種掃描裝置，包含： 一光源，其係組配成選擇性照明一感興趣區； 一感光接收器其係組配成接收來自感興趣區之光 5 且基於該接收得之光而產生信號； 控制邏輯，其係組配成可以至少一種功率位準供電 光源，來產生於感光接收器對應於至少一個已知目標值 之量測信號，以及以至少一近似功率位準供電給光源， 來於感光接收器產生對應一個近似目標值之第二校準 10 信號；以及 校準邏輯，其係組配成基於至少該已知目標值、以 及近似目標值，而對一選定像素決定一校準因數。 2. 如申請專利範圍第1項之掃描裝置，此處該校準邏輯係 組配成可由包括已知目標值以及近似目標值之資料計 15 算近似校準目標值。 3. 如申請專利範圍第1項之掃描裝置，此處控制邏輯係組 配成可以與該近似功率不同的第二近似功率，被以第二 近似功率供電之光源產生第二近似目標值與感光接收 20 4.如申請專利範圍第3項之掃描裝置，此處該校準邏輯係 組配成基於至少已知目標值、近似目標值、以及第二近 似目標值而對選定之像素決定一校準因數。 5.如申請專利範圍第1項之掃描裝置，進一步包含一位於 成像區外側之單色目標，其中控制邏輯係組配成造成單 19 1271994 色目標的㈣以及測量信_赵；以及造成單色目標 的照明低於顧於第-功率之照明，以及於感光接收器 產生灰掃描信號。 6· —種校準一掃描裝置之方法，包含·· 於至少兩種不同照明之下獲得測量值，此處測量值 之-係有關掃描裝置於中色調之反應；以及 由包括中色_反應相關測量值之資料導出校準因 10 甲請專利朗第6項之方法，進—步包含

15 由所得測量值求出中色調目標值。 8·如申請專利範圍第7項 u, ^ ^ χ 、 法，此處計算包含介於白為 缺暗料之相關校準資軸败之白目標1 科及暗目標資料間崎_法。 、 9.=專利範圍第7項之方法，此處計算 枓求出锼數個中色調目標值。 1〇.如申=利範圍第6項之方法，此處該獲得包含：以及回應於-光源之第-照明，跨—掃描線接收信號；

20 回應於光源之 處該第二 照:該掃描線接收信號 此 20