提高的掃描設(shè)備設(shè)計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的掃描設(shè)備設(shè)計以提高成像以及減小掃描過程中的誤差。公開的實施例包括，例如，使用雙相機(jī)以提高影像以及降低掃描設(shè)備外殼體積，在掃描過程中的同步光照技術(shù)，為相機(jī)掃描設(shè)備屏蔽鏡頭，至少三個側(cè)面進(jìn)行屏蔽的掃描設(shè)備，對掃描照明的基于周圍環(huán)境的亮度級進(jìn)行調(diào)整，組合的烙印以及掃描設(shè)備裝置，萬向掃描設(shè)備安裝，以及用于文檔對齊的帶止動的傾斜的壓板。
【專利說明】提高的掃描設(shè)備設(shè)計
[0001]本申請是2008年8月29日提出的申請?zhí)枮?00880114430.9的“提高的掃描設(shè)備設(shè)計”的分案申請。
_2] 優(yōu)先權(quán)聲明
[0003]本申請要求2007年8月29日提交的美國臨時申請N0.60 / 966，582的優(yōu)先權(quán)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0004]一種嵌入式光學(xué)標(biāo)記(Embedded Optical Signature,EOS)可以作為，例如刮涂層下面的圖像，被添加到一個刮開型彩票上。從刮掉的刮涂層下面露出的EOS確認(rèn)數(shù)據(jù)可與彩票的條形碼資料(未被隱藏在刮涂層下面)一同被處理以使彩票被驗證，而不需要此單業(yè)務(wù)的發(fā)起人再做其他事情。EOS也可被用于保證一份打印文檔的真實性，例如在線彩票，或者用于提供版權(quán)保護(hù)，或者用于承載額外信息，例如個人表格填寫的姓名和地址。
[0005]為了處理來自文檔(例如，刮開型彩票，在線彩票，收據(jù)，投注單等)的E0S，一般需要掃描設(shè)備或照相機(jī)以采集該文檔的數(shù)字圖像。廉價的攝像頭，線性傳感器，或接觸式圖像傳感器可以用來提供這種圖像采集功能。然而，在這類應(yīng)用中可能會遇到某些問題。
[0006]例如，無論要采集打印文檔上的EOS或其他信息，優(yōu)選地，掃描設(shè)備應(yīng)該能采集相關(guān)的數(shù)據(jù)而不受周圍環(huán)境的干擾。線性或者接觸式圖像傳感器(Contact Image Sensors,CIS)典型地包括一個能夠?qū)⑽臋n移動經(jīng)過傳感器或者將傳感器移動經(jīng)過文檔的機(jī)械裝置。一種將掃描頭與環(huán)境的光污染相隔絕的方法是在暗化環(huán)境下提供內(nèi)部照明。然而，對于這種系統(tǒng)，在掃描頭上的微量的灰塵或者碎屑可以產(chǎn)生大量的圖像噪聲，因為隨著文檔或者掃描頭在一個維度的移動，掃描頭只采集到另一個維度的圖像。圖1中示出了這個問題:掃描100是用帶有小顆?；覊m的掃描頭掃描的空白文檔，同時，掃描105示出了使用干凈的掃描頭掃描的同一份文檔。由于容易受到灰塵造成的噪聲干擾，這種掃描設(shè)備不適合工作于灰塵環(huán)境，例如處理刮開型彩票的環(huán)境。另外，如果調(diào)查問卷或投注單(bet slip)是用圓珠筆填寫并且未留足夠時間使墨跡完全干，則墨水會轉(zhuǎn)移到掃描頭上并在線，生或CIS掃描設(shè)備上造成這種沾污引入的噪聲。另外，從內(nèi)在性質(zhì)上說，機(jī)械掃描設(shè)備的可靠性比全電子設(shè)備的可靠性差
[0007]二維相機(jī)掃描設(shè)備可以最小化灰塵和墨水噪聲的影響，同時通過消除物理地移動文檔或者掃描頭的必要而增加可靠性。另外，與目標(biāo)文檔相隔一段距離地安裝相機(jī)，這提供了一個開放空間使得相機(jī)鏡頭與灰塵/墨水噪聲源相隔離。如果相機(jī)設(shè)置在壓板上方，因為新文檔被提供用于每次的掃描，而在文檔表面向上被掃描的情況下將不存在可見的殘留的灰塵被留在掃描表面上或者玻璃壓板上，所以灰塵和墨水噪聲問題可以被進(jìn)一步減少。然而，在壓板之上的相機(jī)間距使得環(huán)境光或者放置不當(dāng)?shù)膾呙柙O(shè)備照明光源造成直接反射噪音(即，眩光)。參考圖2，圖像200示出了帶有環(huán)境眩光的刮開型彩票，同時圖像205示出了不帶有環(huán)境眩光的刮開型彩票。圖像210示出了帶有內(nèi)部光照造成的眩光的刮開型彩票的相機(jī)圖像，同時，圖像215示出了不帶有內(nèi)部光照造成的眩光的相同的刮開型彩票。
[0008]來自環(huán)境光源的眩光噪聲可以通過將相機(jī)掃描設(shè)備包圍于一個不透光的外殼內(nèi)而被消除。然而，打開門或者移動遮簾對操作者來說可能很不方便且很慢。精心設(shè)置光源也可以消除掃描設(shè)備內(nèi)在的眩光噪聲。例如圖3A所示，當(dāng)光源300被移入非反射區(qū)305時，眩光被消除或者減少。圖3B示出了，在兩邊之上大約2英寸各有一個光源的情況下，壓板320的一個相機(jī)視圖，同時在兩邊之上大約2英寸各有一個光源以及一個擴(kuò)散器的情況下，壓板325上的眩光更少。圖4示出使用不同的光源位置時，光強(qiáng)與x-y位置之間的關(guān)系。例如，圖400說明了一個在其上I英寸處有側(cè)面照明源的壓板，圖405說明了一個在其上2英寸處有側(cè)面照明源的壓板，圖410說明了一個在其上4英寸處有側(cè)面照明源的壓板，圖415說明了一個在其上5英寸處有側(cè)面照明源的壓板。如圖3A，3B以及4所示，將光源移動進(jìn)一步遠(yuǎn)離壓板將大幅提高側(cè)向照明均勻性并充分地提高前后向的照明均勻性，但需要具有更大空間的掃描設(shè)備外罩。另外，在壓板上方安裝相機(jī)且不固定文檔在一個平面之內(nèi)，在該文檔被彎曲時將引入潛在的新的誤差源。更具體地，被掃描平面與相機(jī)之間距離的可變性可能引入限制符號大小的位置誤差。
[0009]如果相機(jī)未被理想地平行于壓板平面地安裝，則會產(chǎn)生梯形誤差(trapezoidalerror)。如果引入反光鏡以求減小掃描設(shè)備外罩的體積，則合適的對齊變得更加重要，這是因為任何的對齊誤差將被以兩倍地放大。
[0010]最后，基于相機(jī)和壓板的掃描系統(tǒng)對由人操作者不正確的對齊壓板上文檔所造成的誤差敏感。而這個問題因機(jī)動化的一維掃描設(shè)備(例如，CIS)的使用變得無足輕重，因為電機(jī)可被用以幫助對齊文檔。
[0011]因此，二維相機(jī)掃描可從實質(zhì)上消除灰塵和墨水引入的噪聲并提高掃描設(shè)備(即，沒有移動部件)的可靠性的同時，這個設(shè)計也可能引入它自身的掃描誤差源，這在目標(biāo)文檔體積加大時變得更加棘手。能處理大文檔(例如，調(diào)查問卷，帶有EOS的大的立等可取的票據(jù)，或者帶有小的決策格(decision grid)的投注單)的新的掃描設(shè)備設(shè)計將尤其有利。因此，本發(fā)明提供了一種可選方案，通過這種方案，相機(jī)以及其他圖像掃描設(shè)備的性能可被提聞和改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]在以下說明書的文字描述中，或者從說明書中可顯而易見地得到或者通過實施本發(fā)明可獲知本發(fā)明的部分的目的和優(yōu)點(diǎn)。
[0013]在一個示例性實施例中，本發(fā)明包括一個掃描設(shè)備，該掃描設(shè)備具有包圍該掃描設(shè)備的屏蔽，該屏蔽用于阻擋環(huán)境或者干擾光源。
[0014]在另一不例性實施例中，本發(fā)明包括一個用于掃描設(shè)備的外殼,該外殼限定了一個開口以通入壓板所在的內(nèi)部空間。該外殼用以對上述壓板沿至少三個側(cè)面進(jìn)行屏蔽，以此將來自外界光源的眩光或者干擾最小化或者徹底消除。
[0015]本發(fā)明還包括一個示例性實施例，其中，掃描設(shè)備壓板以略向下的角度傾斜在上述開口和外殼之間。上述外殼的一個面或者在外殼之內(nèi)的制動兀件幫助在文檔插入后將其固定到位。這樣，傾斜的壓板就幫助確保被掃描文檔正確定位和/或定向。
[0016]本發(fā)明的另一示例性實施例包括一個用于相機(jī)掃描設(shè)備的萬向架。該萬向架使相機(jī)相對于壓板正確對齊以最小化梯形誤差。鎖定裝置可被用于在相機(jī)對齊之后的位置固定。在本發(fā)明的另一實施例中，制造掃描設(shè)備的外殼，使其在精確的公差范圍之內(nèi)，以保證正確的對齊以及減少或者消除梯形誤差。
[0017]在另一示例性實施例中，掃描設(shè)備的設(shè)計中，光源位于反光鏡下方以減小外殼高度。反光鏡位于目標(biāo)文檔附近，這樣，光源之間的水平距離減小至大約上述目標(biāo)的寬度與偏移量之和。
[0018]本發(fā)明還包括一個實施例，其中，掃描設(shè)備的光源與相機(jī)的光柵掃描同步。多光源相對于壓板設(shè)置在特定位置上，這樣，當(dāng)相機(jī)掃描文檔時，光源以照亮文檔的次序被點(diǎn)亮和熄滅，同時將眩光或直接反射消除或者最小化。本發(fā)明還包括一個改進(jìn)掃描設(shè)備實施例，其中，掃描設(shè)備的內(nèi)部光照的亮度被提高以減少掃描設(shè)備對環(huán)境或者其他外部光源的敏感性。
[0019]在本發(fā)明的另一個示例性實施例中，一種改進(jìn)的掃描設(shè)備設(shè)計中包括單色或者準(zhǔn)單色的光源以及窄帶濾波器，用于將干擾光最小化或者消除。
[0020]本發(fā)明還包括另一個示例性實施例，其中，不同顏色的光源(例如，紅色，綠色，藍(lán)色)被內(nèi)置于掃描設(shè)備中。在這個實施例中，當(dāng)文檔插入掃描設(shè)備以供采集圖像，上述相機(jī)可被編程以首先在掃描設(shè)備燈光熄滅時采集一個幀。因此，任何被記載在該幀中的光讀入代表了周圍環(huán)境的光噪聲。對相機(jī)的所有紅色，藍(lán)色和綠色像素的強(qiáng)度的平均幅度進(jìn)行比較，平均讀入最低的顏色被選用作照明和處理，因為它代表了環(huán)境噪聲的最低亮度級。
[0021 ] 在本發(fā)明的另一不例性實施例中，一種改進(jìn)的掃描設(shè)備有多個相機(jī)，它們對同一個壓板具有重疊或者接近重疊的視場。在處理過程中，得到的圖象的重疊區(qū)域被消除或者結(jié)合以獲得合成圖像。在本發(fā)明的另一實施例中，多個相機(jī)中每個都被設(shè)置以看到整個壓板的全部或者其大部分。得到的圖像被評估(例如，使用軟件)以消除或者減小一個或者更多的此前所述的掃描設(shè)備誤差。
[0022]參考下述說明書以及附加的權(quán)利要求，本發(fā)明的這些以及其他的技術(shù)特征，方面和優(yōu)點(diǎn)，可以被更好的理解。被合并在此并組成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并結(jié)合說明書用以解釋本發(fā)明的原理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在說明書中對包括其最佳實施方式的本主題進(jìn)行了完整的和可實現(xiàn)的披露，其中說明書參照了附圖，這些附圖為:
[0024]圖1示出了使用存在沾污和不存在沾污的掃描頭所掃描的文檔的對照圖；
[0025]圖2示出了在帶有和不帶有來自不同光源的眩光的不同的掃描圖像的對照圖；
[0026]圖3A不出了對于一個相機(jī)掃描設(shè)備的優(yōu)選的光源定位不意圖，圖3B不出了由光源重新定位造成的掃描中的差異；
[0027]圖4示出了基于光源相對于壓板的位置的光強(qiáng)度的不同；
[0028]圖5至13示出了各種另外的本發(fā)明的示例性的實施例；
[0029]圖14和15示出了一包括用戶輸入的位置信息的投注單文檔；
[0030]圖16至18示出了一個雙相機(jī)掃描系統(tǒng)的視角的差異。
【具體實施方式】
[0031]現(xiàn)在將對本發(fā)明的各個實施例、附圖中示出的一個或多個例子作出詳細(xì)的說明。各個例子以解釋本發(fā)明的方式給出，并不意味著對本發(fā)明構(gòu)成限制。例如，作為某個實施例的一部分示出或者說明的特征可以用在其他實施例中或與其他實施例相結(jié)合以得到另一個實施例。這就意味著本發(fā)明包括這些及其他修改和變形。
[0032]本發(fā)明包括用以使用基于二維相機(jī)的掃描系統(tǒng)以采集文檔信息同時最小化上述誤差源的裝置和方法。本發(fā)明中討論了依據(jù)需要可以單獨(dú)使用也可以組合使用的不同的實施例以及方法。另外，還披露了一種對齊在線票據(jù)的方法，以允許對票據(jù)進(jìn)行烙印(branding,明顯地改變票據(jù)以顯示其狀態(tài)已改變-例如，已付款或者作廢)。
[0033]—種用于保護(hù)基于相機(jī)的掃描設(shè)備免于環(huán)境引入的噪聲(例如，眩光)的不例性的技術(shù)為:部分地包圍掃描區(qū)域并在物理上改變壓板。參考圖5，相機(jī)和鏡頭500被屏蔽物505所保護(hù)以免于周圍環(huán)境光510可能造成鏡頭光斑(lens flaring)，即由直接照向鏡頭的光源所造成的亮點(diǎn)。多數(shù)的零售環(huán)境都有天花板上安裝的光源，不論是否有屏蔽，該光源都不會干擾一個直接指向下方的相機(jī)，而低角度光源可以引入在一些位置上的鏡頭光斑或者眩光。在低角度光源為清晨或傍晚陽光的情況下，噪聲源可能被誤診斷為一個間歇的掃描設(shè)備問題。這個潛在的間歇的問題可以通過以下方式避免:擴(kuò)大一個在相機(jī)鏡頭500下方的不透明的屏蔽物505，從而，與壓板515在一條直線上或者在其上方的干擾光源510不會直接照亮相機(jī)鏡頭500。有效的方法是，光的遮蔽物505優(yōu)選地呈360度包圍相機(jī)并具有一個不平滑的或者無反射作用的表面以避免文檔未覆蓋壓板之處的來自周圍環(huán)境光源510的眩光。
[0034]如圖6所示，該示例性的技術(shù)可被擴(kuò)展以從三面包圍相機(jī)和壓板以及頂部和底部，留下一面以供操作人員進(jìn)行操作。圖6包括機(jī)殼或者外殼600,605,610,以及615的多個實施例，其中每個都具有一個開口 620以供操作者進(jìn)行操作。每個外殼包括一個掃描設(shè)備(例如一個基于相機(jī)的掃描設(shè)備)但是也有可能包括其他組件例如顯示監(jiān)視器或者事務(wù)登記器(transaction register)。由于有這些屏蔽配置600,605,610,以及615,基于相機(jī)的掃描設(shè)備僅有的一個面暴露于潛在環(huán)境光噪聲之中，操作人員通常會以他/她的身體阻擋該面，實際上是從周圍環(huán)境源中消除了眩光噪聲。這種三面外殼600，605，610，以及615也允許多個掃描燈被設(shè)置以提供均衡的照明，同時也避免了向相機(jī)的直接反射。正如相機(jī)屏蔽和壓板一樣，三面外殼的內(nèi)部也可以是不平滑的或者無反射作用的表面。通過例子中的方式，三面外殼600,605,610,以及615產(chǎn)生了一個半黑暗掃描區(qū)域使得基于相機(jī)的掃描設(shè)備使用不同的光技術(shù)以鑒別文檔，例如，照亮并檢測來自可信文檔上的標(biāo)簽的紫外線或者紅外線熒光。應(yīng)當(dāng)注意，這種文檔鑒別在允許過多的環(huán)境光進(jìn)入掃描區(qū)域的外殼設(shè)計(housing design)中實際上是不可能的。
[0035]上述披露的基于相機(jī)的掃描設(shè)備外殼的改進(jìn)幫助減少或者消除外界光噪聲的同時，不能保證操作人員將目標(biāo)文檔合適地放置于相機(jī)的視場之中。根據(jù)本發(fā)明的另一種技術(shù)提供了一種從文檔輸入口以微小角度(例如，10° )傾斜向下的壓板。例如，一個傾斜壓板被提供于外殼600，605，610，以及615的開口 620之內(nèi)。這種傾斜壓板使得文檔滑動并且抵著掃描設(shè)備的壁或者其他元件而定位，從而，文檔被正確的定位在相機(jī)的視場內(nèi)(假定相機(jī)也是在物理上被設(shè)置成與傾斜的壓板平行)。結(jié)果，許多文檔插入誤差可得以自動糾正。另外，使壓板傾斜于開口之下還將幫助減小來自周圍環(huán)境光源的眩光。
[0036]如前所述，如果相機(jī)未被平行于壓板平面安裝，則也可引入梯形誤差。例如，假定一個8.1英寸(206mm)焦距和4英寸(102mm)視場,壓板相對于相機(jī)所偏移的每一度,在壓板的最遠(yuǎn)的邊緣上梯形誤差增大大約1.2%。如果增加一個反光鏡，對齊問題產(chǎn)生的機(jī)會則更多，因為對齊誤差通過相機(jī)的直觀式設(shè)計以兩倍的因數(shù)增加。例如，以標(biāo)稱45°角在相機(jī)視角和壓板之間增加一個反光鏡，則總和1°的傾斜誤差(例如，壓板，反光鏡，以及相機(jī)組合的誤差)導(dǎo)致在壓板的遠(yuǎn)端產(chǎn)生2.4%的扭曲。2。的傾斜導(dǎo)致4.8%的扭曲等等。
[0037]因此，另外一個根據(jù)本發(fā)明的示例性的技術(shù)為:規(guī)定對外殼的非常嚴(yán)格的公差容限。然而，嚴(yán)格的公差容限總是導(dǎo)致外殼的成本更高。因此，另外一個根據(jù)本發(fā)明的示例性的技術(shù)為:使用一個可萬向(gimbaled)相機(jī)架，其允許相機(jī)在最后裝配中平行于壓板對齊。圖7A和7B提供了一個萬向相機(jī)架700的示例性的實施例。如圖所示，該架包括一個在該其上安裝相機(jī)的表面710。支點(diǎn)715，720，725，和730使得相機(jī)的方位可按照需要對齊。一旦萬向相機(jī)架700對齊，鎖定螺絲(未示出)可被用以保證裝配在運(yùn)輸過程中不會移動。萬向架的對齊可在裝配過程中容易地完成，例如，通過使用矩形目標(biāo)柵格以及軟件程序。
[0038]如前所述，在掃描設(shè)備中文檔的正確照明是一個難題。如果光源設(shè)置不當(dāng)，來自文檔或者壓板的直接反射會使相機(jī)致盲。移動光源以避免直接反射增加了掃描設(shè)備外殼所需的物理空間。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的技術(shù)，如圖3A所示，當(dāng)光源300移入非反射區(qū)305時眩光被消除或者被減少。文檔照明的均衡性也隨著光源和目標(biāo)文檔之間距離的增加而提高了。如果，例如，光源位于相機(jī)和目標(biāo)文檔之間的中點(diǎn)，并且兩個光源被用以平衡地照亮文檔，掃描設(shè)備外殼的寬度至少需為文檔寬度的1.5倍。例如，對一 4英寸寬的票據(jù)，需要一個大于6英寸寬的外殼(以容納光源和外殼厚度的物理維度)，從而來自光源的光線中沒有光線可直接反射進(jìn)入相機(jī)光圈中。如果將一個反光鏡引入外殼中以減少高度，則問題可能更加復(fù)雜，原因在于除非光源位于該反光鏡下方，否則，反光鏡可向目標(biāo)上投上一部分陰影。因此，一種有利的技術(shù)包括向目標(biāo)接近地移動光從而多個光源之間的水平距離減少至大約目標(biāo)寬度與偏移量之和。當(dāng)然，文檔中心的欠照明也可能是不利的，原因在于光必須傳播更遠(yuǎn)的距離并因強(qiáng)度變?nèi)酢?br> [0039]光源的精確放置可以消除直接反射以及最小化目標(biāo)文檔的不均勻的照明，同時如上所述，光源布置的幾何結(jié)構(gòu)可增加掃描設(shè)備的尺寸和形狀，這在某些情況下可能并不合乎需要。因此根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的技術(shù)，將多個掃描設(shè)備光源同步于相機(jī)的光柵掃描。在此項技術(shù)之中，掃描設(shè)備燈光可被設(shè)置于直接反射會發(fā)生在部分目標(biāo)之上的位置。當(dāng)相機(jī)僅對不會產(chǎn)生直接反射的一部分目標(biāo)進(jìn)行掃描時，點(diǎn)亮光源。當(dāng)掃描完成，熄滅任何干擾光源，并且點(diǎn)亮不同的光源，從而在照明且無直接反射的情況下持續(xù)掃描。該設(shè)計可被用于產(chǎn)生一個較小的掃描設(shè)備設(shè)計，并因此，可得到相機(jī)掃描設(shè)備的較小的外殼設(shè)計。另外，通過同步柵格掃描和照明，可能得到文檔目標(biāo)的更均衡的照明。例如，參考圖8，當(dāng)相機(jī)掃描設(shè)備805掃描目標(biāo)810的一部分時，光源800被點(diǎn)亮，該光源產(chǎn)生了照明但并不產(chǎn)生直接反射。光源815或者被熄滅或者被設(shè)置使其不產(chǎn)生眩光或者直接反射。當(dāng)相機(jī)掃描設(shè)備805完成掃描，掃描動作與光源815的點(diǎn)亮以及光源800的熄滅(或其移動)達(dá)到同步從而繼續(xù)保證產(chǎn)生沒有直接反射的照明。
[0040]如圖9A所示，將掃描與照明同步是可能的，原因在于相機(jī)光感矩陣900由兩維像素排列組成，每個像素905,910, and915,例如,對或者紅色,綠色,或者藍(lán)色光敏感。相機(jī)通過在柵格掃描過程中一次采集一行像素從而采集一張圖像。因而，在掃描過程中的任一時亥IJ，只有一行相機(jī)像素對來自掃描設(shè)備光源的直接反射敏感。因此，如果掃描設(shè)備的光源按照合適的速度和時序進(jìn)行開關(guān)，則只有不會直接反射入相機(jī)工作的掃描行(active scanline)的燈被點(diǎn)亮。發(fā)光二極管(LEDs)典型地具有小于IOOns的開/關(guān)時間因而適合柵格掃描相機(jī)的同步照明。然而，白熾燈具有500ms量級的開關(guān)時間，一般不適合此處使用。
[0041]例如，圖9B示意性的示出了自相機(jī)的頂部的第三掃描線920，該掃描線正工作在柵格掃描過程中。此刻，只有不會直接反射入工作的掃描線的LEDs925是被點(diǎn)亮的。會產(chǎn)生直接反射的掃描線LEDs930未被點(diǎn)亮。因此，只有非直接照明(即，無直接反射)被提供給被相機(jī)的第三掃描線所觀察的部分目標(biāo)。圖9C示出了同一個相機(jī)，自其頂部第十一掃描線925工作在柵格掃描過程中。同樣，被點(diǎn)亮的LEDs925被改變以保證被第十一掃描線所觀察的目標(biāo)區(qū)域沒有任何直接反射且同時提供均勻的照明。最后，圖9D示出了同一個相機(jī)，自其頂部第二十二掃描線925工作在柵格掃描過程中。在這中情況下，被點(diǎn)亮的LEDs925靠近頂部以保證沒有直接反射并且照明均勻。
[0042]因此，通過將快速切換光源(例如，LEDs)與相機(jī)的柵格掃描同步，基本上，目標(biāo)文檔的無反射均衡照明是可能的。同時，掃描設(shè)備外殼的體積可被最小化。應(yīng)當(dāng)注意到，快速掃描和對應(yīng)的掃描設(shè)備照明對人眼來說是一個連續(xù)照射過程。
[0043]同步的照明充分消除了掃描設(shè)備內(nèi)部光源所帶來的直接反射噪聲的同時，該技術(shù)并未涉及由周圍環(huán)境引入的外部照明噪聲(例如，直接反射)。在根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的技術(shù)中，掃描設(shè)備的內(nèi)部光照的亮度被增加以減小相機(jī)從整體上對光的敏感度。這些改進(jìn)可以減小相機(jī)的對可能存在的較為不強(qiáng)的周圍環(huán)境的光照的敏感性。進(jìn)而，增強(qiáng)的掃描設(shè)備的光照強(qiáng)度可與本發(fā)明的其他技術(shù)，例如前述討論的那些技術(shù)，相組合以進(jìn)一步消除周圍環(huán)境的光噪聲。
[0044]在根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的技術(shù)中，通過應(yīng)用一個單色或者準(zhǔn)單色光源(例如，LED)提供了一種改進(jìn)的掃描設(shè)備設(shè)計，該單色或者準(zhǔn)單色光源與一個置于相機(jī)前方的窄帶濾波器一起使用，如圖10所示。這些示例性的技術(shù)在實質(zhì)上可以消除大部分周圍環(huán)境光噪聲源。
[0045]或者，在根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的實施例中，使用安裝在掃描設(shè)備內(nèi)部的不同顏色光源(例如，紅色，綠色，藍(lán)色)，取代安裝在相機(jī)上的固定波段濾波器。在本實施例中，當(dāng)一個文檔被插入掃描設(shè)備進(jìn)行采集時，相機(jī)可被編程以首先在掃描設(shè)備燈光熄滅時采集一個幀。因此，任何被記載在該幀中的光讀入代表了周圍環(huán)境的光噪聲。之后對相機(jī)的所有紅色，藍(lán)色和綠色像素的強(qiáng)度的平均幅度進(jìn)行比較，平均讀入最低的顏色被選用作照明和處理，因為它代表了環(huán)境噪聲的最低亮度級。例如，假定來自相機(jī)的第一(周圍環(huán)境的光)幀中的紅色，藍(lán)色，和綠色像素平均值顯示了相對的強(qiáng)度如下:紅色=212，綠色=87，以及藍(lán)色=132。在本實施例中，掃描設(shè)備會自動點(diǎn)亮它的綠色LEDs以進(jìn)行照明，并且只使用相機(jī)的綠色像素來進(jìn)行文檔處理。這樣，任何彩色相機(jī)的紅色，藍(lán)色，以及綠色的像素濾波器，以及內(nèi)置于掃描設(shè)備之中的紅色，藍(lán)色，以及綠色LEDs將作為一個動態(tài)濾波器而起作用從而提高掃描設(shè)備的光源對于其周圍環(huán)境的信噪比。應(yīng)當(dāng)注意到這些動態(tài)的信號相對于噪聲減小的選擇頻譜的技術(shù)需要一個具有足夠像素密度的相機(jī)以允許僅使用一個像素顏色類型對文檔進(jìn)行解碼。
[0046]在根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的技術(shù)中，大量的相機(jī)掃描設(shè)計所固有的噪聲源通過聯(lián)合使用兩個(或者更多的)具有對相同壓板的重疊視場的相機(jī)被減小或者甚至被消除。如果兩個相機(jī)的視場被設(shè)置使其并不完全重疊，該技術(shù)也增加了將掃描區(qū)所需要的外殼體積最小化的優(yōu)點(diǎn)。例如，圖1lA至IlC示出了一個前端帶有一個開放的掃描訪問區(qū)(scanning access area) 1105的抽獎終端1100。終端1100利用，作為不例，兩個1.3兆像素相機(jī)1110以及1115還有一個反光鏡1120以提供一個大掃描尺寸7.1x5.4英寸(181x136mm)的分辨率為280dpi的視場。對此示例性實施例，兩相機(jī)1110和1115之間的重合可被數(shù)字化處理以消除兩相機(jī)之一的重疊區(qū)或者處理兩個相機(jī)重疊圖像區(qū)以獲取一張合成圖像。
[0047]通過使用一個小重疊區(qū)或者消除重疊的相機(jī)圖像之一，根據(jù)本發(fā)明的本實施例，使用廉價相機(jī)在一個小外殼中提供了一個具有相對較高的相機(jī)分辨率的較大的掃描區(qū)。換言之，相比于使用單臺更昂貴以及具有高分辨率的相機(jī)所做的相似的設(shè)置，被兩個相對分辨率較低的相機(jī)(例如，1.3兆像素)所覆蓋的掃描區(qū)可以更大一些，提供更大的分辨率，以及更廉價。以兩個相機(jī)形成的小重疊區(qū)的另一個優(yōu)點(diǎn)為在處理相同區(qū)域(即，在兩臺相機(jī)之間的平行處理)的單臺相機(jī)所需要的更少的時間里(時間大約減半)可處理更大掃描區(qū)。除了低亮度級的情況或者當(dāng)進(jìn)行圖像的數(shù)字預(yù)處理(在后討論)時，當(dāng)掃描相機(jī)中的改進(jìn)增加時，這個優(yōu)點(diǎn)可以被最小化。
[0048]可替換地，如果兩個相機(jī)面對面地被安裝且每個相機(jī)都可以觀察到整個文檔，則得到的合成圖像可使用數(shù)字處理技術(shù)被評估以實現(xiàn)下述一個或多個:a)基本上或者徹底地除去來自于所有來源的眩光(直接反射)；b)減少彎曲(或翹曲)文檔所引入的誤差；c)減小壓板與相機(jī)不平行帶來的誤差；以及d)允許同時對相同文檔的多光譜掃描。當(dāng)然所有的這些優(yōu)點(diǎn)的代價是如上所述的減小了掃描區(qū)而同時增大了外殼。根據(jù)本發(fā)明的示例性的技術(shù)，這些校正中的每一處連同改進(jìn)一起在下文進(jìn)行討論。
[0049]a)消除眩光
[0050]如前所述，眩光是一種光源對相機(jī)鏡頭的直接反射，眩光使掃描設(shè)備無法讀入部分的文檔。然而，由于眩光為光源對相機(jī)鏡頭的直接反射，大部分眩光源不會同時直接反射進(jìn)入兩個相機(jī)-假定兩個相機(jī)并排地安裝，如圖1IA-1IC所示。這種安裝設(shè)置意味著，通常，從兩個相機(jī)的視角來看，眩光會出現(xiàn)在文檔的不同區(qū)域。因此，通過數(shù)字交換每個相機(jī)的好的圖像區(qū)域，可以構(gòu)建一個幾乎沒有眩光的合成圖像。當(dāng)然這個減少眩光的合成成像方法可以被結(jié)合前述的其他方法(例如，三面環(huán)繞，同步照明等等)共同使用?；蛘?，這個合成成像方法可被用以減小掃描設(shè)備對于這些方法的依賴-例如，可以使用更開放的掃描設(shè)備夕卜殼。
[0051]b)減小彎曲文檔誤差
[0052]彎曲文檔誤差，如前所述，產(chǎn)生于當(dāng)實際的和感知到的在彎曲的或翹曲的文檔上的影像的位置不一致的時候。如果文檔的彎曲的部分位于兩個并排的相機(jī)的視場之內(nèi)，則得到的一個相機(jī)相對于另一個相機(jī)之間的文檔上的相同點(diǎn)的視差位移可被用于在一個虛擬的平壓板上對點(diǎn)的位置進(jìn)行歸一化。在本篇臨時申請的上下文中，視差位移(parallaxshift)這個術(shù)語的意思是測量沿相同基線安裝的兩個平行的相機(jī)所感知的光學(xué)變形中的差。然后，這些在光學(xué)變形中的差可在兩個相機(jī)之間被三角剖分以數(shù)字創(chuàng)建一個虛擬的理想圖(即，無變形的圖像)以供以數(shù)字方式構(gòu)建。這個相關(guān)性以及相對應(yīng)的校正對例如投注單等文檔尤其顯示其優(yōu)點(diǎn)，在該二維文檔上標(biāo)記的位置傳達(dá)信息。
[0053]圖14A和14B示出了典型的在壓板上平對齊的投注單的圖像。已被用鋼筆填充的柵格位置1400表示了游戲者對“選擇1，2和3”所期望的數(shù)字一例如，游戲者對選擇1(1405)的選擇是“657029”，如圖14A所示。圖14A示出了投注單在正常的白光下的顯示。圖14B示出了相同的投注單在紅色光照下的顯示。這類選擇性照明過濾為本領(lǐng)域人員廣泛知曉且用于為僅相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)字處理消除背景。因而，當(dāng)對顏色過濾的圖像進(jìn)行掃描時，終端的處理器僅需要對預(yù)先打印的時鐘標(biāo)記1410以及被用戶所做的標(biāo)記1400進(jìn)行識別以推導(dǎo)出在虛柵格上選擇的數(shù)字。例如，圖14B示出了游戲者在選擇I中所選的第二個數(shù)字1420以及在選擇3中所選的第六個數(shù)字1425的虛柵格線1415。如果投注單保持平整并平行于相機(jī)從而垂直的虛柵格疊層準(zhǔn)確地映射(map)投注單的表面，則這個過程可以順利進(jìn)行。然而，如果投注單翹曲或者壓板不平行，則垂直的虛柵格疊層可能傳達(dá)不正確信息，如圖15所示。
[0054]即使可以使用單個相機(jī)進(jìn)行時鐘標(biāo)記(clock marks)變形的票據(jù)的邊緣映射或測量從而補(bǔ)償翹曲變形，從單相機(jī)的視角推測三維表面的所有細(xì)微差別是非常困難的。一種比較好的方法是映射兩臺相機(jī)的視角之間的差異(即:視差位移)從而推測得在非平整/非平行的文檔中的變形量以及變形類型。在視角中的這個差異可以通過多種包括映射，三角法，三邊測量原理等在內(nèi)的數(shù)學(xué)工具被分析和校正。這里將討論映射，并且應(yīng)當(dāng)理解，使用此處披露的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)⑵渌麛?shù)學(xué)工具應(yīng)用于該問題中。
[0055]圖16示出了一個對虛平面(即，相對于相機(jī)A和B理想的平行且平整)上的D點(diǎn)具有不同視角的兩個相機(jī)的掃描系統(tǒng)。在本例中，點(diǎn)A’和B’分別代表在相機(jī)A和B的中心像素的正下方的虛平面上的點(diǎn)。線段C代表在相機(jī)A和B的中心之間的距離，該距離造成兩相機(jī)之間的視角之差。根據(jù)簡單的幾何學(xué)，應(yīng)當(dāng)理解，線段C在長度上等于在點(diǎn)A’和B’之間形成的虛平面上的線段。因而，兩相機(jī)視角之差作為不同的起始點(diǎn)，即點(diǎn)A’代表相機(jī)A且點(diǎn)B’代表相機(jī)B，可被直接映射至虛平面。注意:即使D點(diǎn)的選擇使得在虛平面上從線段A’B’上從兩個起始點(diǎn)至D點(diǎn)的角度大約相同,這兩個不同的起始點(diǎn)(points of origin)產(chǎn)生對于在虛平面上的任意點(diǎn)D的不同參考坐標(biāo)。
[0056]如果虛平面上的點(diǎn)的概念等同于在兩個相機(jī)中的像素，其中，為每個相機(jī)相對于其中心像素(即，A’orB’)分配像素坐標(biāo)，可在圖16中的兩個相機(jī)之間建立一對一的映射。從而，任何包含信息點(diǎn)的像素(點(diǎn))在每個相機(jī)上具有不同坐標(biāo)系。按照定義，虛平面為理想地平整且平行于兩相機(jī)，因而存在一個映射函數(shù)用以將任何帶有信息的像素從相機(jī)A到相機(jī)B做等同化處理，反之亦然。例如，參考圖17，從相機(jī)A的視角看到的點(diǎn)D具有正交柵格坐標(biāo)8,9 ;但是，同樣的D點(diǎn)從相機(jī)B的視角具有正交柵格坐標(biāo)-5,9。
[0057]之后，這個理想虛平面可被用于歸一化由兩個相機(jī)在一個翹曲或者不平行的文檔上觀測到的共同信息點(diǎn)。在前述例子中，在兩個相機(jī)之間的先驗映射函數(shù)限定:如果點(diǎn)D被相機(jī)A觀測到坐標(biāo)為8，9，那么，同樣的參考點(diǎn)D應(yīng)位于相機(jī)B的坐標(biāo)系統(tǒng)的-5，9的位置。如果發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)在相機(jī)B上具有不同于_5，9的坐標(biāo)，則坐標(biāo)差值會被歸因于翹曲(即，不平整的)文檔，或一個非平行的平面，或上述因素的組合。在任意情況下，一個映射函數(shù)(例如，橫向墨卡托投影)可被用以將點(diǎn)的在坐標(biāo)系統(tǒng)A和B上的位置歸一化至如圖18所示的虛平面上。因此，在一些情況下，可通過比較兩個并列安裝的相機(jī)的圖像從而減少彎曲文檔所引入的圖像誤差。這種比較可通過，例如軟件，自動進(jìn)行。
[0058]c)減少非平行壓板/相機(jī)噪聲
[0059]如上所述，非平行壓板/相機(jī)誤差也可以導(dǎo)致目標(biāo)文檔的感知到的位置和實際位置之間的偏移。再次，通過前述方法論，兩個并排相機(jī)的視角之間的視差位移可被用于數(shù)字校正非平行壓板和相機(jī)。然而，對于非平行的壓板/相機(jī)(對照于“彎曲文檔”情況)，誤差源則是掃描設(shè)備本身。在本發(fā)明的另一示例性的技術(shù)中，通過掃描打印于專門的校準(zhǔn)文檔上的精度矩陣，可以自動計算出一個固定的數(shù)字校正因數(shù)。
[0060]d)多光譜掃描
[0061]對在圖11A-11C的實施例中的每個相機(jī)提供一個不同的帶通濾波器，前述的選擇頻譜的技術(shù)在這里可以結(jié)合使用。對本發(fā)明的這個示例性的方面，可以同時掃描兩個不同的光波段。這種設(shè)置可被用以幫助消除噪聲或也可以鑒別文檔。例如，一個文檔具有使用白光激發(fā)的在紅外波段的熒光標(biāo)簽，則該文檔可被同時在白光以及紅外線下進(jìn)行觀察。應(yīng)當(dāng)注意，多光譜掃描技術(shù)不要求兩個相機(jī)并排設(shè)置。更具體地，相機(jī)可被安裝于與分束器(beam splitter)相同光路中，其中，該分束器發(fā)送一部分反射光至每個相機(jī)，如圖12所示，圖中描述了兩個相機(jī)1200和1210以及一個部分鍍銀的反光鏡1215。然而，這個共享光路/束的分束器設(shè)計有可能不會起作用于任何對于歸一化要求不同的視角或者視差位移的技術(shù)。
[0062]一些用于減小周圍環(huán)境噪聲的技術(shù)可能要求做智能化處理以配合硬件配置。掃描設(shè)備的主機(jī)終端的主處理器可能用于執(zhí)行這個功能，而通過在掃描設(shè)備中增加一個數(shù)字信號處理器(DSP)用以執(zhí)行圖像過濾和預(yù)處理，可以大量減少對主處理器的負(fù)荷和通信帶寬的需求。在一個基本水平上，根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性的技術(shù)，掃描設(shè)備安裝的DSP可以對相機(jī)芯片提供低層的接口并協(xié)調(diào)光柵掃描以及其他參數(shù)-例如，曝光。如果DSP被編程以協(xié)調(diào)光同步；選擇紅色，綠色，藍(lán)色像素過濾(在前已述)；或者雙相機(jī)的協(xié)調(diào)以及同步-此前都已有所討論，則DSP的功用可被進(jìn)一步提高。最后，DSP可通過執(zhí)行圖像預(yù)處理而進(jìn)一步減小主處理器的負(fù)擔(dān)，該預(yù)處理可包括，例如I)旋轉(zhuǎn)和獲取掃描的圖像以僅向主處理器提供來自實際文檔的數(shù)據(jù)；2)檢測重疊文檔-即，獲取并僅提供頂部文檔圖像數(shù)據(jù)；3)壓縮掃描的圖像；4)僅傳輸手頭任務(wù)所必要的信息；和/或5)通過例如檢測相機(jī)中的深色像素(滿標(biāo)度讀數(shù))以檢測直接反射，并傳遞一個警告消息至主處理器以向操作員報警
[0063]前述披露的二維掃描設(shè)備設(shè)計提高了圖像數(shù)據(jù)的處理和獲取，本發(fā)明的另外一個示例性的技術(shù)為對齊在線票據(jù)以進(jìn)行烙印以及允許其數(shù)字圖像被掃描設(shè)備采集提供了一種方法。烙印的概念是用在彩票行業(yè)中為完整的圖樣(completed drawing)永久地標(biāo)記提交的在線票據(jù)(收據(jù))。一旦提交的票據(jù)被核實為獲獎?wù)?，則烙印系統(tǒng)在票據(jù)的表面，通常通過使用一個熱打印頭，打印“已付款(PAID) ” (或者作用相同的其他字樣)。烙印可被用于彩票行業(yè)中的其他目的，例如在打印錯誤的票據(jù)上打印“作廢(CANCELED)”。無論怎樣，在各種情況中處理流程基本都是相同的。一旦票據(jù)被核實(即，從票據(jù)上讀入的條形碼或者其他數(shù)據(jù))，次級打印過程疊印語句或者其他符號以標(biāo)示該票據(jù)的狀態(tài)的改變。
[0064]如圖13A-13D所示，烙印裝置1300 (例如，烙印熱打印頭1305和用于移動票據(jù)1315的電機(jī)1310)被安裝于終端1320的掃描設(shè)備壓板的正下方。終端1320，例如，使用與前述相同的二維掃描系統(tǒng)，其中，相機(jī)1325用于讀入票據(jù)的條形碼。在這個掃描/烙印系統(tǒng)中，操作人員將提交的票據(jù)1315以條形碼在前的方式放置進(jìn)入壓板下面的輸入槽1330。電機(jī)1310傳遞票據(jù)1315以使得票據(jù)1315及其條形碼出現(xiàn)在壓板上可被掃描的部位(圖13D)。通過在帶有一個獨(dú)立的輸入槽1330的壓板下方安裝烙印裝置，操作人員可接近他/她用來處理其他事務(wù)的相同區(qū)域。票據(jù)通道示出在圖13B中。假定票據(jù)的條形碼解碼為正確信息，則正確的烙印狀態(tài)被打印于票據(jù)1315的留在裝置內(nèi)的部分上，然后票據(jù)1315被輸出至壓板上。相反地，如果條形碼解碼為無效信息或者無法被解碼，則裝置倒轉(zhuǎn)電機(jī)將票據(jù)1315從輸入槽1330退出。
[0065]雖然本發(fā)明的優(yōu)選的實施例在前述的說明書中已被披露，但本【技術(shù)領(lǐng)域】人員通過使用此處披露的教導(dǎo)應(yīng)當(dāng)理解:多種變形以及其他實施例都屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種改進(jìn)的用于操作掃描設(shè)備的方法，包括步驟: 將待掃描目標(biāo)放置在多個掃描燈以及一個光學(xué)元件的附近； 點(diǎn)亮所述多個掃描燈的第一子集； 掃描所述目標(biāo)的第一部分，所述第一部分被選取為所述目標(biāo)的不造成由所述第一子集的光向所述光學(xué)元件的直接反射的部分； 熄滅所述多個掃描燈的所述第一子集； 點(diǎn)亮所述多個掃描燈的第二子集；以及 掃描所述目標(biāo)的第二部分，所述第二部分被選取為所述目標(biāo)的不造成由所述第二子集向所述光學(xué)元件的直接反射的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的用于操作掃描設(shè)備的方法，其中，所述光學(xué)元件包括光柵掃描相機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的用于操作掃描設(shè)備的方法，其中，所述掃描燈包括發(fā)光二極管。
4.一種改進(jìn)的掃描設(shè)備，包括: 光柵掃描相機(jī)，用于掃描對象； 多個光源，被放置以在掃描時照亮所述對象；以及 開關(guān)裝置，用于同步點(diǎn)亮所述多個光源，所述開關(guān)裝置被配置以用于在掃描時點(diǎn)亮及熄滅所述光源中的部分從而防止向所述光柵掃描相機(jī)的直接反射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改進(jìn)的掃描設(shè)備，其中，所述多個光源包括發(fā)光二極管。
【文檔編號】H04N1/195GK103873733SQ201410090106
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2007年8月29日
【發(fā)明者】小肯尼思·E·歐文, 斯滕·梅延博爾格, 喬納森·霍爾布魯克, 伯班克·赫恩登, 威廉·F·貝姆, G·R·斯特里特 申請人:科學(xué)游戲控股有限公司