【文章內(nèi)容簡介】 ..................................................................... 75 提出問題 ....................................................................................................... 76 解決方法 ....................................................................................................... 77 內(nèi)存映射 ....................................................................................................... 77 圖像的分層（高斯圖像金字塔） ............................................................... 78 內(nèi)存管理的設(shè)計與實現(xiàn) ............................................................................... 79 圖像拼接程序的實現(xiàn) ........................................................................................ 85 圖像拼接的原理 ........................................................................................... 86 拼接程序 ....................................................................................................... 86 圖像采集系統(tǒng)的采集軟件部分 ........................................................................ 89 多線程技術(shù) ................................................................................................... 89 線程定義 ....................................................................................................... 90 線程特點 ....................................................................................................... 91 多線程應(yīng)用 ................................................................................................... 92 大幅面掃描儀在 Windows 環(huán)境下的多線程 .............................................. 93 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) _碩士學(xué)位論文 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) _碩士學(xué)位論文 軟件系統(tǒng)的測試 ................................................................................................ 94 測試環(huán)境 ..................................................................................................... 94 測試結(jié)果 ..................................................................................................... 94 本章小結(jié) ........................................................................................................... 95 第 五章 結(jié)束語 ............................................................................................................ 96 致謝 ................................................................................................................................ 98 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 994 第二章 多 CCD 掃描儀概述 掃描儀的原理 掃描儀根據(jù)用途可分為三類，分別是滾筒式式、便攜式和平板式三種。目前 應(yīng)用最廣的是平板式掃描儀。平板式掃描儀的物理結(jié)構(gòu)與工作原理如圖 21 所示 [4] 。 掃描儀是有光學(xué)部件、機(jī)械傳動部件和信號轉(zhuǎn)換電路三個主要部分組成。掃描儀 的核心是光電轉(zhuǎn)換部件。掃描儀的三個主要部分分別是：掃描頭、步進(jìn)電機(jī)、主 板 ，幾個部分協(xié)同工作，這樣，計算機(jī)可以識別由光信號轉(zhuǎn)換成的電信號。 圖 21 掃描儀物理結(jié)構(gòu)與工作原理 采用 CCD 和鏡頭的大幅面掃描儀成像原理如圖 12 所示 [4] 。 圖 22 大幅面掃描儀光電系統(tǒng)成像示意圖 1 第一章 引言 課題的來源及其意義 如果要想將照片，圖紙，文稿等實物數(shù)字化，變成計算機(jī)可以顯示、編輯、 存貯的格式，那么，就需要這樣一 種數(shù)字化的輸入設(shè)備來實現(xiàn)，它就是掃描儀。 掃描儀可以分為兩大類，普通掃描儀和專業(yè)掃描儀分別適用不同的用途。家 庭辦公比較適合使用普通掃描儀，專業(yè)掃描儀可以適合工程制圖、藝術(shù)品復(fù)制和 軍事等領(lǐng)域要求，促進(jìn)了國家信息化的建設(shè)。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 目前國外研究大幅面工程掃描儀的主要機(jī)構(gòu)主要包括 Contex 公司、 ANAech 公司和 Colortrac 公司等。其中 Contex 公司的產(chǎn)品在全球市場的占有率超過 80%， 其產(chǎn)品主要特點有：超大幅面圖紙掃描復(fù)制、－ 30 cm/s 黑白掃描速度， cm/s 彩色掃描速度、 600dpi 超高光學(xué)分辨率，先進(jìn) 48 位 CCD 鏡頭，符合 Energy Saver 和歐洲 RoHS 標(biāo)準(zhǔn) [1] 。 掃描系統(tǒng)的需求隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷的增加，而且現(xiàn)階段國內(nèi)不少實驗 室、公司對大幅面掃描儀都有一定程度的研發(fā)，其中山東大學(xué)自動化系研制了一 種“超大型滾筒式掃描儀”，這種掃描儀原理簡單，光學(xué)接收系統(tǒng)采用的是濾光片將 光束分為三部分的方法，比較復(fù)雜，其優(yōu)點是分辨率比較高。由于掃描儀集光、 機(jī)、電于一體的輸入設(shè)備研發(fā)與生產(chǎn)困難，因此，國內(nèi)生產(chǎn)廠商少，主要 還是依 賴進(jìn)口。同時，因為其會生成大量的數(shù)據(jù)，所以要求高的計算速度，但與之響應(yīng) 的軟件卻不多，所以，在軍事，船舶工業(yè)及飛機(jī)等制造領(lǐng)域形成了很大的市場需 求。 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) _碩士學(xué)位論文 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) _碩士學(xué)位論文 [2] 。 高精度大幅面工程掃描儀作為大數(shù)據(jù)量圖像輸入設(shè)備，是數(shù)字化工程中的關(guān) 鍵設(shè)備。掃描儀軟件系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，將大大推進(jìn)掃描儀在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。 軟件系統(tǒng)的復(fù)雜度和規(guī)模隨著時間的推移規(guī)模越來越復(fù)雜，越來越大。系統(tǒng) 作為一個整體，規(guī)格和結(jié)構(gòu)，越發(fā)顯得重要。對于軟件大型化，復(fù)雜化，系統(tǒng)的 架構(gòu)設(shè)計和規(guī)范越來越重要，深刻的影響了重要的算法，也影響了選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 5 圖像采集系統(tǒng) 圖像采集卡 Matrox 公司的 SoliosXCL 圖像采集卡被課題采用，該圖像采集卡自帶處理器處 理及兩個獨立基模式或一個中模式 Camera Link 配置、 66 MHz 采集速率、 64 MB 緩沖器、可以采集面陣和線陣攝像頭，并具有多種采集模式。 線掃描的掃描儀用運動的方式取得面積圖像，即被測物運動到相機(jī)視場，通 過硬件發(fā)送觸發(fā)信號采集。 光源 因為，光源可以影響圖像的質(zhì)量，為了將物與背景進(jìn)行區(qū)別，需要明亮、穩(wěn) 定、均勻的光源。因為材料本身不發(fā)光，所以掃描儀是通過材料反射光源的光在 傳感器上成像。 根據(jù)色度學(xué)理論，由于不透明材料表面分子差異，被光照后，光譜中的某一 部分的光被選擇性吸收，反射了剩下的光，呈現(xiàn)了顏色的反射。然而，除了相關(guān) 和非透明體的反射光的頻譜有關(guān)外，與入射的光的頻譜也有關(guān)系。所以，光源的 選擇是很重要，需要選擇需要適合的類型和特征的光源， 由于掃描儀系統(tǒng)是線掃描，需要將光源均勻的打在待掃描紙張上，因白色高 頻熒光燈避免色偏應(yīng)，因此 選做光源。 在掃描儀中，除了光源、相機(jī)、鏡頭安裝于待掃描紙張的同側(cè)，并且能給 CCD 提供合適的足夠且均勻的光線。掃描儀的光源部分裝置位置應(yīng)如圖 23 所示。 圖 23 掃描儀光學(xué)部分結(jié)構(gòu)圖 6 光學(xué)系統(tǒng)對成像質(zhì)量的影響因素 不穩(wěn)定的光源性會能使圖像的色彩產(chǎn)生偏差，而且閃爍還會使圖像出現(xiàn)忽明忽 暗的現(xiàn)象；另外，光線通過鏡頭后， CCD 中心地區(qū)的感光最好，外緣感光差 ,造成 圖像亮度不均的情況 [5] 。 掃描儀性能參數(shù) 掃描儀的分辨率，顏色深度信噪比及掃描幅面是衡量掃描儀的重要參數(shù)。 （ 1）分辨率：衡量一個掃描儀最重要之一是看掃描儀的掃描精度，其衡量參 數(shù)是分辨率，即在一英寸的長度上有多少個像素點。 （ 2）色彩深度：評價掃描儀的第二個指標(biāo)是色彩位數(shù)，這個指標(biāo)能反映出掃 描儀色彩層次的捕獲能力 （ 3）灰度級：掃描儀從白過度到黑時，明到暗的層次數(shù)值由灰度級表示。 （ 4）掃描幅面：是指掃描儀一次可以掃描多大尺寸的被掃介質(zhì)。 （ 6）信噪比：即信號和噪聲之比。信噪比也很大程度上反映了掃描儀獲得的 圖像的品質(zhì)，同時也影響對有用信號的提取，顯示 CCD 的采集精度 [6] CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) _碩士學(xué)位論文 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) _碩士學(xué)位論文 。 掃描儀工作流程 掃描儀工作步驟如下： （ 1）在掃描儀的進(jìn)紙口處放入將希望被欲掃描的紙張。 （ 2）首先啟動驅(qū)動程序，之后在內(nèi)部的控制電路的控制下帶動裝著光學(xué)系統(tǒng) 和 CCD 的掃描頭與圖稿以相對運動的方式來完成掃描。 （ 3）照射到被掃描物上的光線被反射之后經(jīng)很窄的縫隙，形成光帶，被一組 反光鏡反射，由透鏡進(jìn)入分光鏡，之后各自的 CCD 上被投射經(jīng)過三色濾色鏡分解 成的紅綠藍(lán)光帶。 （ 4） CCD 將 RGB 三色的光信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。 （ 5）模擬信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。此時，圖像的光信號已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛? 算機(jī)能識別二進(jìn) 制信號。 （ 6）數(shù)據(jù)被傳送至計算機(jī)之后在計算機(jī)中形成圖像 [7] 。 7 奧普易掃描儀的特性描述 實驗室現(xiàn)階段研制的奧普易大幅面掃描儀如下圖 24 所示： 圖 24 奧普易大幅面掃描儀 本文研究的大幅面掃描儀在光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)方面和平板掃描儀有存在差 異 [8] ?，F(xiàn)列表 11 對比如下： 表 11 大幅面掃描儀與常見的平板掃描儀在光學(xué)系統(tǒng)以及機(jī)械結(jié)構(gòu)對比 普通平板掃描儀 大幅面掃描儀 幅面 常見 A4 A0 光學(xué)系統(tǒng) 單 CCD，鏡頭，反射鏡，燈管，單 CCD 多 CCD 拼接 機(jī)械結(jié)構(gòu) 塑料機(jī)械頭架，出光學(xué)系統(tǒng)外精度 不高 鈑金件等，要求保證平面度、裝配 精度 驅(qū)動程序 步進(jìn)電機(jī)及減速器 步進(jìn)電機(jī)及減速器 硬件 單片，簡單 多片，復(fù)雜 軟件 比較成熟 比較配合光學(xué)系統(tǒng)拼接重新設(shè)計 現(xiàn)階段實驗室制備的奧普易大幅面掃描儀應(yīng)用于高清地圖、工程圖紙等轉(zhuǎn)為 電子檔案領(lǐng)域，為我國自主知識產(chǎn)權(quán)高清掃描儀產(chǎn)品。 8 產(chǎn)品主要功能 （ 1）高清地圖、工程圖紙等紙質(zhì)文檔； 文檔信息直接存入硬盤，適于高保密性專業(yè)文檔掃描； （ 2）通過調(diào)節(jié)進(jìn)紙機(jī)構(gòu)高度至合適位置（有效保證進(jìn)紙滾輪與掃描檔摩擦）， 可以掃描 PCB 板、液晶板等平板材料； CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) _碩士學(xué)位論文 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) _碩士學(xué)位論文 （ 3）高清掃描（三線 CCD 光學(xué)分辨率 600dpi），高圖像壓縮比達(dá)到資料保 存的目的； （ 4）工程藍(lán)圖掃描生成