本發(fā)明涉及信息采集技術領域，更具體地說，它涉及一種圖像采集設備，尤其涉及一種高拍儀及其圖像校正方法。

背景技術：

隨著社會信息化程度提高，辦公領域對于各種紙質文檔電子化的要求越來越強烈，高速掃描或者高速拍攝越來越多被利用。但隨著人工成本的提高，越來越多的企業(yè)更傾向于使用無人值守的快速文檔電子化設備。

高拍儀可以很好的解決以上問題，利用攝像頭拍攝紙質文檔，形成電子文件。在將拍攝的圖像轉換為電子文件的過程中，由于拍攝角度的偏差，往往需要對拍攝到的圖像進行校正，將圖像旋轉、裁切等，最終方便高拍儀準確識別圖像中的文字。

現(xiàn)有的高拍儀一般是采用軟件算法來對圖像校正，其校正效果受到拍攝角度的很大影響，如果高拍儀與被拍攝紙質文件存在較大的角度偏差，將導致后續(xù)的軟件校正效果十分差。因此，要保證良好的軟件校正效果，在進行拍攝前就需要仔細調整高拍儀的攝像頭與紙質文件的相對角度，使攝像頭盡量正對紙質文件，這樣操作起來并不是十分方便。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高拍儀，其具有活動式的攝像頭，可以自動調整攝像頭的角度，使攝像頭能夠自動對準紙質文件，實用十分方便。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案：

一種高拍儀，包括底座、支架以及與支架轉動連接的活動臂，活動臂的前端裝有攝像頭，在高拍儀內集成有單片機，所述活動臂的內部設有懸架，所述懸架的上部與活動臂轉動連接且懸架可繞在豎直平面內垂直于活動臂的軸線轉動，所述懸架的兩側向下伸出，在懸架的下部設有活動環(huán)，所述活動環(huán)的兩側與懸架的兩側固定，所述攝像頭位于活動環(huán)內并與活動環(huán)轉動連接，且攝像頭的轉動軸線垂直于懸架的轉動軸線，且懸架與活動環(huán)的兩個連接處中心位置的連線垂直于攝像頭的轉動軸線，所述活動環(huán)的外周上沿其周向設有齒槽，在活動臂內部固定有主電機，主電機的動力輸出軸上同軸固定有主齒輪，所述主齒輪與活動環(huán)嚙合，所述懸架的一側設有副齒輪并在懸架上固定有用于驅動副齒輪的副電機，所述攝像頭上與副齒輪對應的部位的上部固定有向上延伸且朝懸架內側彎曲的弧形的齒條，所述副齒輪與齒條嚙合，所述主電機和副電機均與單片機連接并由單片機控制轉動，所述攝像頭上裝有與單片機連接的用于檢測攝像頭的仰角的角度傳感器。

采用上述方案，在活動臂內設置可水平旋轉的懸架，在懸架下方設置活動環(huán)并在活動環(huán)內裝設可轉動調節(jié)仰角的攝像頭，是攝像頭的鏡頭可以在水平維度和豎直維度內自由活動，從而調節(jié)攝像頭的拍攝角度，再利用電機驅動攝像頭在兩個維度內的活動，可以實現(xiàn)鏡頭自動對準紙質文件的功能，從而無需手動完成精確的對準步驟，大大降低了手動擺放高拍儀的角度要求，用戶只需把握好大致的擺放角度即可，十分便捷。

作為優(yōu)選方案：所述懸架的上部固定有連接軸，所述連接軸的上部為由兩個互相平行且間隔設置的限位盤構成的活動連接部，所述活動臂內部設有與該活動連接部配合的環(huán)形卡位結構。

采用上述方案，該種結構在保證懸架可以自由旋轉的前提下，使懸架和活動環(huán)不與活動臂接觸，從而使懸架的轉動阻力最小化，降低主電機的輸出力矩，節(jié)省電能。

作為優(yōu)選方案：所述懸架的側部為彎曲方向與所述齒條一致的弧形部，所述懸架安裝副齒輪的一側開設有貫穿的懸架內外側的安裝槽，所述副齒輪位于安裝槽中，所述副電機固定在副齒輪的一側，副齒輪與副電機的動力輸出軸同軸固定。

采用上述方案，可以使二軸活動結構結構緊湊，減小對空間的占用。

作為優(yōu)選方案：所述主電機和副電機均為步進電機。

采用上述方案，可以便于精準控制主電機和副電機的轉動行程。

本發(fā)明的另一個目的在于一種圖像校正方法，該方法利用在該高拍儀上，可以使該高拍儀將被拍攝的紙質文件準確、快速地轉化為高質量的電子文件，大幅提升高拍儀的圖像處理性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案：

一種圖像校正方法，適用于上述高拍儀，包括如下步驟：

s1、擺放好紙質文件后打開高拍儀，拍攝紙質文件形成圖像，對圖像進行黑白化處理，計算黑白圖像中的各個區(qū)域的平均灰度值，以參考灰度值來篩選這些區(qū)域，保留平均灰度值接近參考灰度值的區(qū)域將保留的區(qū)域順次連接形成文字區(qū)域h的邊緣線；

采用上述方案，可以快速形成圖像的文字區(qū)域的邊緣線，形成的邊緣線具有較高的準確性和參考性，方便進行后續(xù)的操作。

s2、確定文字區(qū)域的邊緣線后，以攝像頭的拍攝區(qū)域s的中心為坐標原點(x0，y0)，建立坐標系，并將坐標原點與拍攝區(qū)域的上邊框的中點的連線定義為坐標系的縱軸，利用文字區(qū)域h的相對的兩段邊緣線的四個端點坐標確定文字區(qū)域h的中心坐標(xi,yi)，將坐標(xi,yi)與原點(x0,y0)進行計算得到偏移向量，計算得到h區(qū)域的上邊框的中點坐標(xn,yn)，再將坐標(xn,yn)與偏移向量進行計算得到糾正坐標(xr,yr)，之后計算得到拍攝區(qū)域s與文字區(qū)域h在水平方向上的相對偏差角度；

s3、根據相對偏差角度計算出主電機的轉動行程；

s4、利用單片機控制主電機完成轉動行程；

采用上述方案，可以調整攝像頭的水平方向的拍攝角度，使拍攝區(qū)域與紙質文件的文字區(qū)域在水平面內的夾角變小，被限制在符合要求的范圍內，便于后期形成高質量的電子文件。

s5、利用角度傳感器檢測攝像頭的實時仰角并向單片機輸出角度檢測信號，利用單片機控制副電機驅動攝像頭進行仰角的反饋調節(jié)，直至攝像頭的鏡頭正對紙質文件。

采用上述方案，在攝像頭的水平方向的拍攝角度校正后，再對攝像頭的仰角進行調節(jié)，使攝像頭最終能夠正對紙質文件，從而能使攝像頭能夠拍攝出基本無角度偏差、無變形的圖像，有利于后續(xù)的步驟中產生高質量的電子文件。

s6、再次拍攝紙質文件，形成圖像，提取圖像的各個部位的灰度值，再對圖像進行二值化處理，確定出需要裁切的目標區(qū)域；隨后根據灰度值篩分出目標區(qū)域的邊緣部位，再從邊緣部位提取目標區(qū)域的邊緣線；

s7、完成裁邊目標區(qū)域的裁切，得到裁切圖像。

s8、圖像糾偏為矩形，保存目標區(qū)域圖像。

作為優(yōu)選方案：在進行s7步驟前還包括對裁邊目標區(qū)域的邊緣線過濾的步驟，具體如下：

選取裁邊目標區(qū)域的某一條邊緣線，在其附近區(qū)域以一定的空間間隔尋找其余邊緣線，若附近區(qū)域無其他邊緣線，則停止尋找，若其附近區(qū)域有其他邊緣線，則隨即選取一條邊緣線作為有效邊緣線，濾除掉其他重復的邊緣線。

作為優(yōu)選方案：完成邊緣線過濾的步驟之后且在s7步驟之前還包括不補邊的步驟，具體如下：

利用圖像灰度值的過渡來確定裁邊目標區(qū)域的各個邊的邊緣線的端點數(shù)量和端點坐標，從而判斷是否有缺邊區(qū)域，當某一邊緣線出現(xiàn)斷線，則直接利用圖像處理算法填補斷線處；當某相鄰兩邊的邊緣線并未交叉，則建立各個邊緣線的解析方程，利用方程計算出相鄰兩邊的邊緣線的交點坐標，再進行填補。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、由于該高拍儀的攝像頭的水平方向的角度以及仰角均可自動調節(jié)，在拍攝紙質文件前，擺放高拍儀時，用戶只需將其擺放在大致的方位，使紙質文件處于高拍儀的拍攝范圍內即可，高拍儀對攝像頭自動進行機械校正，完成攝像頭精確對準紙質文件的步驟，這樣就省去了用戶調整高拍儀的角度的步驟，極大方便了用戶。

2、由于該高拍儀在軟件校正之前進行機械校正，使軟件校正步驟開始之前攝像頭的拍攝區(qū)域與紙質文件的文字區(qū)域的相對偏差角度很小，攝像頭基本對準文字區(qū)域，這樣可以極大提升后續(xù)的軟件校正的效果，得到高質量的電子文件。

3、該高拍儀采用了結構緊湊的攝像頭調節(jié)機構，不會額外占用高拍儀太多的空間，可以在現(xiàn)有高拍儀的基礎之上對活動臂進行簡單的改裝就能輕松實現(xiàn)安裝，而無需重新設計高拍儀的整體結構。

附圖說明

圖1為高拍儀的整體結構示意圖；

圖2為攝像頭及其調節(jié)機構的第一視圖；

圖3為攝像頭及其調節(jié)機構的第二視圖；

圖4為攝像頭及其調節(jié)機構的第三視圖；

圖5為高拍儀的電路原理圖；

圖6為角度糾正的原理示意圖；

圖7為圖像校正方法的流程圖。

附圖標記說明:1、底座；2、支架；3、活動臂；4、攝像頭；401、主體；402、鏡頭；403、轉軸；5、補光燈；6、活動環(huán)；7、懸架；8、連接軸；9、活動連接部；901、上限位盤；902、下限位盤；10、主電機；11、主齒輪；12、安裝槽；13、副齒輪；14、齒條；15、副電機；16、電機座；17、肋板。

具體實施方式

實施例一：

一種高拍儀。

參照圖1，該高拍儀包括底座1、支架2以及與支架2轉動連接的活動臂3，活動臂3的前端設有攝像頭4和補光燈5,攝像頭4為活動式攝像頭4。

參照圖2，為實現(xiàn)攝像頭4活動的結構。攝像頭4位于活動環(huán)6內并與活動環(huán)6轉動連接，活動環(huán)6的上方固定有“門”形的懸架7，其包括橫向部位為位于橫向部位兩端且向下延伸的兩個側部，懸架7的兩側部為向活動環(huán)6的內側彎曲的弧形，懸架7的上方且位于懸架7的中部固定有豎直方向上的連接軸8，連接軸8的上端為將懸架7與活動臂3連接的活動連接部9，活動連接部9有平行設置的上限位盤901和下限位盤902構成，上限位盤901和下限位盤902均與連接軸8同軸固定，兩限位盤之間存在空間。在活動臂3的內部設置環(huán)形的卡位結構，將環(huán)形卡塊伸入兩個限位盤之間的空間內，使兩個限位盤分別位于環(huán)形卡塊的上方和下方，就能完成連接軸8與活動臂3的活動連接。

活動環(huán)6的外周均勻地設有齒槽，主電機10倒立設置，主電機10固定在活動臂3的內部，主電機10的動力輸出軸的下端同軸固定有主齒輪11，主齒輪11與活動環(huán)6嚙合。主電機10工作時，其動力輸出軸轉動帶動主齒輪11轉動，最終驅動活動環(huán)6繞連接軸8轉動，攝像頭4隨著活動環(huán)6一起繞連接軸8轉動，攝像頭4的水平方向上的拍攝角度發(fā)生改變。

懸架7的一側開設有安裝槽12，安裝槽12內設有副齒輪13，副齒輪13的軸向為水平方向。在攝像頭4的主體401上對副齒輪13對應的部位（該部位定義為攝像頭4的主體401的前部）固定有齒條14，齒條14向上伸出并朝活動環(huán)6的內側彎曲，副齒輪13與齒條14嚙合。本實施例中，通過設置，使鏡頭402的拍攝區(qū)域的上邊框（圖4中虛線所示）與齒條14所在的部位相對應。

參照圖3，在懸架7上開設有安裝槽12的一側固定有電機座16，電機座16的下方設有器支撐作用的肋板17，電機座16的上方固定有副電機15，副電機15的動力輸出軸處于水平方向，副電機15的動力輸出軸伸入安裝槽12內，副齒輪13與副電機15的動力輸出軸同軸固定。攝像頭4的主體401的兩側部固定有轉軸403，在活動環(huán)6的內側上開設有與攝像頭4的主體401兩側的轉軸403對應的安裝孔，安裝孔的孔徑大于轉軸403的直徑，轉軸403插入安裝孔內。攝像頭4可隨轉軸403繞轉軸403的軸線一起轉動。攝像頭4兩側轉軸403的連線垂直于懸架7的橫向部位的長度方向。副電機15工作時，其動力輸出軸轉動帶動副齒輪13轉動，副齒輪13帶動齒條14，驅動攝像頭4繞轉軸403轉動，攝像頭4的拍攝仰角發(fā)生改變。

本實施例中，主電機10和副電機15均為步進電機，在高拍儀內部集成有用于控制主電機10轉動以及用于控制副電機15轉動的單片機，在攝像頭4內部集成有用于檢測攝像頭4的仰角的角度傳感器。

參照圖5，角度傳感器連接單片機的信號輸入端，角度傳感器實時檢測攝像頭4的仰角并向單片機輸出角度檢測信號；主電機10和副電機15均連接單片機的脈沖信號輸出端；攝像頭4連接單片機的數(shù)據串口；圖像編輯器件連接單片機的內部緩存。

實施例二：

一種圖像校正方法，該方法適用于實施例一中的高拍儀。

該方法包括以下步驟:

s1、紙質文件的文字區(qū)域的邊緣線的確定步驟：

將高拍儀展開，將紙質文件放置在高拍儀的攝像頭下方后，打開高拍儀，高拍儀開啟后，單片機控制攝像頭拍攝紙質文件，單片機內置圖像處理算法，攝像頭拍攝的圖片被單片機存儲在內部緩存中，隨后圖像編輯器件將緩存中的圖像進行黑白化處理，使之成為黑白圖像，這樣圖像中的文字區(qū)域和空白區(qū)域就具有明顯的明暗度差異。隨后，單片機利用圖像處理算法對黑白圖像中的各個區(qū)域的灰度值進行計算得到各個區(qū)域的平均灰度值數(shù)據，再根據黑白圖像中的空白區(qū)域與文字區(qū)域的平均灰度值作為的參考灰度值來篩選這些區(qū)域，將灰度值平均灰度值接近參考灰度值的區(qū)域保留而篩除其他區(qū)域，再將這些區(qū)域順次連接起來就確定了黑白圖像中文字區(qū)域的邊緣線，理論上，采樣區(qū)域劃分得越小，其包含的采樣點就越少，所得到的文字區(qū)域的邊緣線就越精確。

s2、攝像頭的拍攝邊框與紙質文件的文字區(qū)域的邊緣線的相對偏差角度的確定步驟：

參照圖6，確定黑白圖像中文字區(qū)域的邊緣線后，以攝像頭的拍攝覆蓋區(qū)域s的中心為坐標原點(x0,y0)，建立坐標系，并將坐標原點(x0,y0)與拍攝區(qū)域的上邊框的中點(xm,ym)的連線定義為坐標系的縱軸。

根據黑白圖像中的文字區(qū)域h的相對的兩段邊緣線的端點坐標(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)和(x4,y4)，以四個端點坐標為準，建立兩條對角線的方程，計算出兩條對角線的交點坐標(xi,yi)，利用對角線原理，計算出的坐標即為文字區(qū)域的中心坐標。再將文字區(qū)域的中心坐標(xi,yi)與坐標原點(x0,y0)進行計算得到偏移向量，利用端點坐標(x2,y2)、(x3,y3)計算出h區(qū)域的上邊框的中點坐標(xn,yn)，再將坐標(xn,yn)與偏移向量進行計算得到糾正坐標(xr,yr),如圖6所示。之后，利用坐標(x0,y0)、(xm,ym)以及(xr,yr)進行計算得到夾角α——即s區(qū)域與h區(qū)域在水平方向上的的相對偏差角度。

s3、將攝像頭的拍攝邊框與紙質文件的文字區(qū)域的邊緣線的相對偏差角度轉換為主電機所需走動的步數(shù)的步驟：

若主電機的動力輸出軸轉動一周所需的步數(shù)為n步，則可以換算出要驅動滑動環(huán)轉過α角度就要使主電機轉動n*α/360步。

s4、攝像頭水平方向的角度調節(jié)的步驟：

單片機向主電機發(fā)出n*α/360個脈沖信號，驅動主電機走動n*α/360步。

s5、攝像頭的仰角調節(jié)的步驟；

攝像頭內部的角度傳感器檢測攝像頭的實時仰角并向單片機輸出角度檢測信號，單片機將接收到的角度檢測信號與水平方向的角度信號進行比較，若前者大于后者，則單片機向副電機輸出脈沖信號，控制副電機正轉，攝像頭的前部被壓低，攝像頭趨于水平拍攝角度；若前者小于后者，則單片機向副電機輸出脈沖信號，控制脈沖副電機反轉，攝像頭的前部被太高，攝像頭趨于水平拍攝角度。在攝像頭的仰角調節(jié)的過程中，副電機每走一步，單片機都將接收的角度檢測信號進行比較，直至攝像頭的仰角停止調節(jié)，此時攝像頭的仰角為0度，其鏡頭正對紙質文件。

經過水平偏差角度的調節(jié)和仰角的調節(jié)后，就完成了攝像頭的校正。

校正后即進行正式的拍攝、生成電子文件的步驟。

s6、拍攝圖像并確定裁邊目標區(qū)域的步驟：

單片機再次控制攝像頭拍攝紙質文件，形成圖像，利用圖像處理算法提取圖像的各個部位的灰度值，再利用二值化的處理方法將圖像的灰度值進行處理，將圖像中的高灰度區(qū)域標為1，低灰度區(qū)域標為0，從而確定出需要裁切的目標區(qū)域。隨后根據灰度值篩分出目標區(qū)域的邊緣部位，再從邊緣部位提取目標區(qū)域的邊緣線。

若邊緣線有重復的，則需要進行過濾。

s7、裁邊目標區(qū)域的邊緣線過濾的步驟：

選取某一條邊緣線，在其附近區(qū)域以一定的空間間隔尋找其余邊緣線，若附近區(qū)域無其他邊緣線，則停止尋找，若其附近區(qū)域有其他邊緣線，則隨即選取一條邊緣線作為有效邊緣線，濾除掉其他重復的邊緣線。

若各個有效邊緣線不能形成完整的四邊形的，則需要進行補邊處理。

s8、補邊處理的步驟:

利用灰度二值化后的圖像灰度值的過渡來確定裁邊目標區(qū)域的各個邊的邊緣線的端點數(shù)量和端點坐標。根據各個邊的邊緣線的端點數(shù)量和端點坐標判斷是否有缺邊區(qū)域，例如，當某一邊的邊緣線具有至少四個端點，則說明該邊緣線出現(xiàn)斷線的情況，針對這種情況，則直接利用圖像處理算法填補斷線處，使該邊緣線變得完整；而當某兩邊的邊緣線的對應的端點的坐標不一致時，說明相鄰兩邊的邊緣線并未交叉，存在缺邊區(qū)域，則建立各個邊緣線的解析方程，利用方程計算出相鄰兩邊的邊緣線的交點坐標，在進行補邊處理。經過補邊處理后，裁邊目標區(qū)域的邊緣線就是完整的四邊形了。

s9、完成裁邊目標區(qū)域的裁切，得到裁切圖像。

s10、圖像糾偏為矩形，保存目標區(qū)域圖像。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。