CN105979117A - 基于激光线的弯曲书页图像展平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光线的弯曲书页图像展平方法，应用于包括扫描台和固定在扫描台上方的图像采集装置以及激光发生装置；所述的展平方法包括如下步骤：在水平放置的扫描平台上翻开书页，向待扫描的弯曲书页发射激光束，激光束在弯曲书页上形成走向平行的激光线条；采集带有走向平行激光线条的弯曲书页的水平图像，获得所述激光线条在水平图像中每个像素点的平面二维坐标(x，y)；根据平面二维坐标中的y坐标、激光束与扫描台交线的y坐标以及激光束与扫描台的交角，通过正切函数计算得出激光线条上每个像素点的高度，即实际空间高度；计算获得所述的每条激光线条中的全部像素点的实际空间高度，即z坐标，得到激光线条的空间3D曲线；进而通过曲线构造出实际拍摄书面的3D曲面；展平转移像素值后的3D曲面，完成弯曲书页的展平。

Description

基于激光线的弯曲书页图像展平方法

技术领域

本发明涉及一种基于激光线的弯曲书页图像展平方法。涉及专利分类号H04电通信技术H04N图像通信，如电视H04N1/00文件或类似物的扫描、传输或重现，例如传真传输；其零部件H04N1/04扫描装置H04N1/10应用平面图像支承面。

背景技术

随着视频采集和处理技术的发展，扫描仪已从传统的光敏扫描仪升级到了主要基于视频图像采集的新一代图像采集扫描仪，这种新型扫描仪通过位于扫描物上方的摄像头采集书页照片即可完成扫描，免去了人工将待扫描的印刷品按压在扫描面的传统扫描方式带来的繁重工作量，具有扫描速度快的巨大优势。

但是此类图片采集类的扫描仪在扫描具有一定厚度的扫描物时，比如厚度较大的字典、教科书等，在扫描处于书籍中部书页的扫描图像会产生巨大的弯曲度，严重影响阅读质量，而且弯曲对后续的OCR文字识别也会产生严重的影响。

在现有专利中也公开的了能够在一定程度解决上述技术问题的技术方案，但是算法原理复杂，计算量大，而且需要特定的双摄像头应用场景。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种基于激光线的弯曲书页图像展平方法，应用于包括扫描台和固定在扫描台上方的图像采集装置以及激光发生装置；所述的展平方法包括如下步骤：

—在水平放置的扫描平台上翻开书页，向待扫描的弯曲书页发射激光束，激光束在弯曲书页上形成走向平行的激光线条；

—采集带有走向平行激光线条的弯曲书页的水平图像，获得所述激光线条在水平图像中每个像素点的平面二维坐标(x，y)；

—根据平面二维坐标中的y坐标、激光束与扫描台交线的y坐标以及激光束与扫描台的交角，通过正切函数计算得出激光线条上每个像素点的高度，即实际空间高度；

—计算获得所述的每条激光线条中的全部像素点的实际空间高度，即z坐标，得到激光线条的空间3D曲线；进而通过曲线构造出实际拍摄书面的3D曲面；

—通过计算，得到与所述弯曲书页水平图像中像素点对应的3D曲面中像素点，将3D曲面中像素点的像素值替换为对应点的像素值，完成书页内容从弯曲书页平面图像到3D曲面的图像转移；

—展平转移像素值后的3D曲面，完成弯曲书页的展平。

作为优选的实施方式，在于所述通过正切函数计算每个像素点具体步骤为：

—根据所述的平面二维坐标(x，y)中的y坐标，计算得出激光线条中每个像素点与书页曲面交点在扫描台上的正投影点与所述的激光束与扫描台相交线的距离差值d，d＝I1-y，I1即为激光束与扫描台的相交线至激光束起点在扫描台上正投影的距离；

将差值d和所述激光束与扫描台的交角a代入公式(1)；

f(a,d)＝tan(a)*d (1)

计算得出所述的水平图像中激光线条中每个像素点的实际空间高度f(a,d)，即像素点的z坐标。

作为优选的实施方式，所述步骤得到与所述弯曲书页平面图像中像素点对应的3D曲面中像素点具体包括如下步骤：

—根据构造得到的3D曲面中每个点(x，y，z)中的z坐标，以及预先标定高度的图像采集装置中摄像头的焦点与所述点连线与虚拟平面的交角，通过三角函数计算得到激光线条上的该点到其所在与扫描台平面平行的平面的中心点的距离d，代入如下公式，计算得到投影系数f(x)；所述的虚拟平面为3D曲面上点所在的与扫描台平行的平面；

f(x)＝L/d

其中，L为由扫描台几何中心正上方的点C引出的经过所述点的直线与扫描台平面的交点至扫描台几何中心的距离；

—根据如下公式，

T＝P·f(x)

得出与平面图像中像素点对应的构造得出的3D曲面中的点T，P为3D像素的在所述水平图像中的坐标位置(x，y)。

作为优选的实施方式，所述的弯曲书页展平包括如下步骤：

将所述的转移像素值后的3D曲面按沿x坐标轴方向拆分成多个3D曲线，将3D曲线上的像素点在同一平面沿一直线排列，完成一条3D曲线的拉直，将拉直后形成的2D直线段上的距离端部x长度的像素点与3D曲线上距离相同端部的弦长为x的点的像素值对应，完成单条3D曲线的拉直；

重复上述步骤，拉直所有构成所述3D曲面的3D曲线，完成3D曲面的拉直。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的标定原理图

图2为本发明构造的3D曲线示意图

图3为本发明构造的3D曲面示意图

图4为本发明投影系数计算示意图

图5为本发明完成像素转换，带有内容的3D曲面示意图

图6为本发明的算法流程图

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：

如图1-图6所示：一种基于激光线的弯曲书页图像展平方法，方法特别适用于基于图像采集原理的扫描仪，能够将翻开时，呈现一定弯曲度的书籍通过算法将弯曲度展平，最终呈现出平整的扫描图片。

在本实施例中，特别定义扫描仪，包括使用状态下，通常为水平放置的扫描台(在本发明/实施例中定位扫描台为矩形，或者带有明确的集合中心的形状)以及固定在扫描台上方的图像采集装置(摄像头)。为了能够发生作为弯曲展平基准的激光线，还具有必要的激光束发射装置，为了方便计算，在本发明/实施例中激光发生装置所发出的激光束的起点位于扫描台底部边缘的正上方，当扫描台为矩形时，所述的底部优选为长边，另一长边则相应的定义为顶部，两短边定义为两侧。

相应的，平面坐标系，x轴平行于所述扫描台的长边，y轴则平行于扫描台矩形的短边，z轴则垂直于扫描台平面，定义x轴和y轴的起点为矩形的一个角。

将待扫描的书页水平打开放置在扫描台上，控制激光发生装置向书页激光束，由于发生装置设置在底部，所以每道扇形激光束都是倾斜的，即扇形激光束与扫描平台带有交角，且在扫描平台上形成一直线段。

当书页上出现激光线条后，(在本实施例中，为了保证构造精度，激光线条的数量设置为3道，且走向平行的激光线条。在算法原理上，1条即可满足后续构造曲面的要求。注：由于书页弯曲度的存在，在平面图像中的激光线条带有与书页弧度相同的弯曲度，所以在本发明中全部描述为走向平行)的激光线条或者说线段时，即可通过图像采集装置采集弯曲书页的水平图像。

通过算法，比如简单的二值化即可获取出激光线条的图像，通过提到的平面坐标系(x，y)，即可获得激光线条在所述水平图像中的平面二维坐标(x，y)。

如图1所示，根据所述的平面二维坐标(x，y)中的y坐标，计算得出激光线条中每个像素点与书页曲面交点在扫描台上的正投影点与所述的激光束与扫描台相交线的距离差值d，d＝I1-y，I1即为激光束与扫描台的相交线至激光束起点在扫描台上正投影的距离。

将计算得到差值d和所述激光束与扫描台的交角a(作为可选的实施方式，可直接在设定激光束的发射角度，相应的即可得到交角a)代入公式(1)；

f(a,d)＝tan(a)*d (1)

计算得出所述的水平图像中激光线条中每个像素点的实际空间高度f(a,d)，即像素点的z坐标。

重复上述的步骤，遍历所述的3道激光线条上的全部像素点，得到像素点的z坐标后，结合平面图像中的(x，y)坐标即可得到每个像素点的空间坐标(x，y，z)，进而可以从平面图像中还原出3道激光线条的空间立体结构，如图2所示。

在得到的3道激光线空间立体结构的基础上，即可还原出展开书页表面在空间中的实体形态。作为一个可选的实施方式，通过采用常用的曲线-曲面构造方法，放样算法即可得到展开书页表面在xyz坐标系中的实体结构，即文中前述的3D曲面，如图3所示。

通过投影原理，建立3D曲面中点和平面图像中像素点的对应关系。根据构造得到的3D曲面中每个点(x，y，z)中的z坐标以及预先标定高度的图像采集装置中摄像头的焦点与所述点连线与虚拟平面的交角，通过三角函数的计算得出得出激光线条上的点到该点所在的与扫描台平行的平面的中心点的距离d，

将距离d带入如下函数得到投影系数f(x)：

f(x)＝L/d

其中，L为由扫描台几何中心正上方的点C引出的经过所述点的直线与扫描台平面的交点至扫描台几何中心的距离；所述的虚拟平面为3D曲面上点所在的与扫描台平行的平面；

根据如下公式，

T＝P·f(x)

得出所述平面图像中像素点与构造得出的3D曲面对应的点；式中，T＝最终像素位置；P为3D像素的在所述水平图像中的坐标位置(x，y)。

在取得了平面图像中像素点和3D曲面点的对应关系之后，将3D曲面中的点初始为空白像素的曲面，替换成平面图像中对应点的像素值，即完成平面图像到空间实体的真实还原，还原后得到的3D曲面如图5所示。

得到书页平面图像真实还原得到的3D曲面后，将3D曲面拉直即可最终完成当前书页的扫描。

作为优选的实施方式，可以将所述的转移像素值后的3D曲面按沿x坐标轴方向拆分成多个在扫描台上的正投影与x轴平行的3D曲线，在实际操作中，可按像素点的宽度(y轴方向宽度按像素点尺寸设定)进行平面的拆分，得到一定数量的3D曲线。

然后，将每一根3D曲线上的像素点或者描述为同等尺寸的点在同一平面沿一直线排列，完成一条3D曲线的拉直，将拉直后形成的2D直线段上的距离端部x长度的像素点与3D曲线上距离相同端部的弦长为x的点的像素值对应，完成单条3D曲线的拉直。

重复上述步骤，拉直所有构成所述3D曲面的3D曲线，完成3D曲面的拉直，即可得到展开的弯曲书页的平整的平面图像。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于激光线的弯曲书页图像展平方法，应用于包括扫描台和固定在扫描台上方的图像采集装置以及激光发生装置；其特征在于所述的展平方法包括如下步骤：

—在水平放置的扫描平台上翻开书页，向待扫描的弯曲书页发射激光束，激光束在弯曲书页上形成走向平行的激光线条；

—采集带有走向平行激光线条的弯曲书页的水平图像，获得所述激光线条在水平图像中每个像素点的平面二维坐标(x，y)；

—根据平面二维坐标中的y坐标、激光束与扫描台交线的y坐标以及激光束与扫描台的交角，通过正切函数计算得出激光线条上每个像素点的高度，即实际空间高度；

—计算获得所述的每条激光线条中的全部像素点的实际空间高度，即z坐标，得到激光线条的空间3D曲线；进而通过曲线构造出实际拍摄书面的3D曲面；

—通过计算，得到与所述弯曲书页水平图像中像素点对应的3D曲面中像素点，将3D曲面中像素点的像素值替换为对应点的像素值，完成书页内容从弯曲书页平面图像到3D曲面的图像转移；

—展平转移像素值后的3D曲面，完成弯曲书页的展平。

2.根据权利要求1所述的基于激光线的弯曲书页图像展平方法，其特征还在于所述通过正切函数计算每个像素点具体步骤为：

—根据所述的平面二维坐标(x，y)中的y坐标，计算得出激光线条中每个像素点与书页曲面交点在扫描台上的正投影点与所述的激光束与扫描台相交线的距离差值d，d＝I1-y，I1即为激光束与扫描台的相交线至激光束起点在扫描台上正投影的距离；

将差值d和所述激光束与扫描台的交角a代入公式(1)；

f(a,d)＝tan(a)*d (1)

计算得出所述的水平图像中激光线条中每个像素点的实际空间高度f(a,d)，即像素点的z坐标。

3.根据权利要求1所述的基于激光线的弯曲书页图像展平方法，其特征还在于所述步骤得到与所述弯曲书页平面图像中像素点对应的3D曲面中像素点具体包括如下步骤：

—根据构造得到的3D曲面中每个点(x，y，z)中的z坐标，以及预先标定高度的图像采集装置中摄像头的焦点与所述3D曲面上点连线与虚拟平面的交角，通过三角函数计算得到激光线条上的该点到其所在与扫描台平面平行的平面的中心点的距离d，代入如下公式，计算得到投影系数f(x)；所述的虚拟平面为3D曲面上点所在的与扫描台平行的平面；

f(x)＝L/d

其中，L为由扫描台几何中心正上方的点C引出的经过所述点的直线与扫描台平面的交点至扫描台几何中心的距离；

—根据如下公式，

T＝P·f(x)

得出与平面图像中像素点对应的构造得出的3D曲面中的点T，P为3D像素的在所述水平图像中的坐标位置(x，y)。

4.根据权利要求1所述的基于激光线的弯曲书页图像展平方法，其特征还在于所述的弯曲书页展平包括如下步骤：

将所述的转移像素值后的3D曲面按沿x坐标轴方向拆分成多个3D曲线，将3D曲线上的像素点在同一平面沿一直线排列，完成一条3D曲线的拉直，将拉直后形成的2D直线段上的距离端部x长度的像素点与3D曲线上距离相同端部的弦长为x的点的像素值对应，完成单条3D曲线的拉直；

重复上述步骤，拉直所有构成所述3D曲面的3D曲线，完成3D曲面的拉直。