(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線タイプの撮像センサ(1)と、
デジタル化対象物(5)が配置されている走査平面(8)と、
光学系(2s、2t)と、
z軸と一致する光学軸(3)と、
y軸に包含され、前記線タイプの撮像センサ(1)の視覚によって、前記光学系(2s、2t)を通じて決定される走査線(4)であって、前記走査平面(8)の直線部または前記デジタル化対象物(5)の表面の走査線(4)と、
少なくとも2つの第1の光源(6a、6b)、前記走査線(4)と前記光学軸(3)によって画定された視覚面(Y-Z)、およびx軸に一致する順方向(7)と前記光学軸(3)とによって画定された移動面(X-Z)を備える照明システムであって、前記2つの第1の光源(6a、6b)が、前記移動面(X-Z)に対して平行な光線で前記走査線(4)を照射するように、前記視覚面(Y-Z)に対して対称に、互いに反対側に配置されており、前記2つの第1の光源(6a、6b)が独立して制御可能であり、前記2つの第1の光源(6a、6b)は、それぞれの光源が、前記光源の均一な光強度および均一な入射角で、異なる方向から前記走査線(4)の全長にわたって前記走査線(4)を照らすように配置されている照明システムと
を備える線イメージスキャナにおいて、
前記照明システムが少なくとも2つの第2の光源(6e、6f)も含み、前記第2の光源(6e、6f)が独立して制御可能であり、前記第2の光源(6e、6f)は、前記視覚面(Y-Z)に対して平行な光線を用いて前記走査線(4)を照射するように、前記移動面(X-Z)に対して対称に、互いに反対側に配置されており、
それぞれの第2の光源(6e、6f)が、線照明器(22e)と、前記線照明器(22e)に関連した光学的サブシステム(23e)とで作製されており、
それぞれの第2の光源(6e、6f)は、前記線照明器(22e)の、一定間隔(16e)で生じる光線を、前記走査線(4)の対応する個別の隣接した部分(18e)にのみ、一定間隔(16e)で集中させることができ、また、隣接した一定間隔(16e)に属する光線がオーバーラップして一続きの輝く線を形成するように、均一な光強度(9e)および均一な入射角(10e)で、前記走査線(4)の前記全長にわたって前記走査線(4)を照射することができることを特徴とする線イメージスキャナ。
【請求項２】
前記第2の光源(6e、6f)に属する前記線照明器(22e)が、LED(19e)の配列、線ランプ、蛍光灯(25e)および線LEDを含むグループからの選択物によって構成されている請求項1に記載の線イメージスキャナ。
【請求項３】
前記第2の光源(6e、6f)に属する前記線照明器(22e)がLED(19e)の配列によって構成されており、
前記第2の光源(6e、6f)に属する前記光学的サブシステム(23e)が、前記走査線(4)の対応する個別の隣接した部分にのみ前記光の放射を合焦することを目的とした対応するレンズをそれぞれのLEDが有するように、一定間隔(16e)で配置されたレンズ(20e)の配列によって構成されており、
それぞれのLEDおよび対応するレンズが、照らされる前記走査線(4)の前記個別の隣接した部分に対して均一な距離および均一な放射角で配置されており、
それぞれのLEDが、隣接したLEDの光線がオーバーラップして一続きの輝く線を形成するように、また、前記走査線(4)の前記全長にわたって、前記第2の光源(6e、6f)の均一な光強度(9e)および均一な入射角(10e)で前記走査線(4)を照射するように、レンズのタイプに依拠した振幅および変調を有する光線を、前記走査線(4)の前記対応する個別の隣接した部分に放射する請求項1に記載の線イメージスキャナ。
【請求項４】
前記第2の光源(6e、6f)に属する前記光学的サブシステム(23e)は、フィン(27e)の配列で作製された光モデル化グリッド(26e)により構成されており、フィン(27e)の配列の長さ、距離および配向が、光の放射角を、前記走査線(4)の対応する個別の隣接した部分(18e)にのみ限定するのに適しており、その結果、前記走査線(4)の前記全長にわたって、前記第2の光源(6e、6f)の均一な光強度(9e)および均一な入射角(10e)で前記走査線(4)を照射するために、前記光線がオーバーラップして一続きの輝く線を形成する請求項1に記載の線イメージスキャナ。
【請求項５】
前記第2の光源(6e、6f)に属する前記光学的サブシステム(23e)が、光の放射角を前記走査線(4)の個別の隣接した部分(18e)にのみ限定することを目的としたレンズによって構成されており、その結果、前記走査線(4)の前記全長にわたって、前記第2の光源(6e、6f)の均一な光強度(9e)および均一な入射角(10e)で前記走査線(4)を照射するために、前記光線がオーバーラップして一続きの輝く線を形成する請求項1に記載の線イメージスキャナ。
【請求項６】
光学系(2t)がテレセントリックレンズから成る請求項1から5のいずれか一項に記載の線イメージスキャナ。
【請求項７】
前記線イメージスキャナは、ステッチ可能な別々のストリップ(21)において前記デジタル化対象物(5)を走査するように、前記走査線(4)と平行な方向への、前記走査平面(8)および前記線タイプの撮像センサ(1)、前記光学系(2t)および前記照明システムを含む組の相互移動が可能なように設けられていることを特徴とする請求項6に記載の線イメージスキャナ。
【請求項８】
請求項1から7のいずれか一項に記載の線イメージスキャナを使用する走査方法において、
前記デジタル化対象物(5)の少なくとも4つの別々の画像が得られ、
前記少なくとも4つの別々の画像は、前記少なくとも4つの別々の画像間の反射光の量の変化を計算することにより得られる表面に対する法線を推定することによって、ひいては、前記変化および前記別々の光源の既知の位置、方向および角度ならびに前記撮像センサ(1)の視点の関数として前記表面の配向を推定することによって前記デジタル化対象物(5)の前記表面の3D再構成を得るために、前記少なくとも4つの別々の画像のそれぞれが、常に同一の視点からではあるが異なる方向で照らされて取得された前記デジタル化対象物(5)の同一の部分を表すように、前記少なくとも2つの第1の光源(6a、6b)および前記少なくとも2つの第2の光源(6e、6f)を含んでいる別々の光源を毎回活性化することによって得られることを特徴とする走査方法。
【請求項９】
カラーまたはグレースケールの3次元の情報が、前記デジタル化対象物(5)を走査することによって得られる請求項8に記載の走査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、1本線のセンサ、2本線のセンサ、3本線のセンサ、多線のセンサ、または類似のセンサなど、線タイプのカラーまたはグレースケールの撮像センサに基づく線イメージおよび3次元表面スキャナに関し、このスキャナは、照度差ステレオ技術による、したがって、すべて同一の視点からではあるが様々な収集の間で照明方向を変化させて取得された対象物の様々な画像の情報を組み合わせることによる、対象物および3次元表面のデジタル化から、隆起、高さおよびエンボスの3D情報を得ることができるものである。
【０００２】
デジタル化対象物は、コインもしくは花瓶などの3次元の対象物の表面の一部分、または塗装、薄浮き彫り、織物、レザー、木製パネル、大理石の板、石、陶器、壁紙、クラッチ版など、3次元の細部を伴う基本的に平坦な表面である。
【０００３】
その上、本発明は走査方法を説明するものである。
【背景技術】
【０００４】
塗装、薄浮き彫り、織物、レザー、木製パネル、大理石の板、石、壁紙などの装飾のための工業用の複製は、色情報のデジタル化ばかりでなく、元の表面の3次元構造の、最も精細な詳細を伴うコピーおよび複製のために、隆起、高さ、およびエンボスの情報のデジタル化をますます頻繁に必要とする。
【０００５】
現在、複写および保存などの最も異なる目的のための美術の複製が、装飾のための工業用の複製に対して、類似したデジタル化の必要性を有する。近年、3D印刷技術の人気の高まりに伴って、3次元の情報を得る必要性も指数関数的に増大している。3次元表面の走査、具体的には隆起、高さおよびエンボスの情報の取得は、フォーマットおよび分解能の要件に依拠して、様々な技術によって今日達成されている。具体的には、装飾のための工業用の複製には、300PPIさえ上回る高レベルの色および3D細部を有する、数平方メートルにさえ及ぶ大きい表面のデジタル化がしばしば必要とされ、とりわけ、元の表面の上に、数マイクロメートルしかない隆起、高さおよびエンボスの最小限の変動を記録する性能が必要とされる。今日、そのような高度なフォーマットおよび分解能の要件に対して、隆起、高さおよびエンボスの情報のデジタル化は、必要とされる結果を達成して保証することができるこれまで唯一の技術であった「ポイントツーポイント(Point-to-Point)走査」の技術を主に使用して得られる。ポイントツーポイント走査は、専用のスキャナを使用して隆起、高さおよびエンボスの情報をデジタル化することを含んでいるが、このスキャナは色情報を取得することができない。最も一般的な実装形態は、レーザーまたは共焦点センサを使用して達成されるポイントツーポイント走査に基づくものである。しかしながら、この技術は、画像のすべての点を個々に取得する必要性のために非常に長い走査時間を含み、大抵の場合、1平方メートルの領域の高分解能3Dマップを得るのに一週間もかかる。その上、このタイプのスキャナは色情報を取得せず、したがって、色情報は、別のデバイスを用いて取り込んでから手動で組み合わせる必要があり、したがって3D情報と合致させる必要があり、生産時間のさらなる負担になるばかりでなく、2つのデジタル化システムの間で同一の視点を得ることができないために結果が不完全になる。
【０００６】
従来技術では、ポイントツーポイントスキャナの代わりに、カラータイプでもある線スキャナと組み合わせて「マルチステレオ」技術を使用することが試されている。「マルチステレオ」技術は、表面の3Dプロファイルを得るために、デジタル化されるべき表面を様々な視点から数回取り込み、適切な「マルチステレオ」アルゴリズムによって、結果として生じる情報を組み合わせることにある。この技術には既知の本質的な制限があり、具体的には、隆起、高さおよびエンボスの情報の分解能が、収集の分解能および様々な視点の間の距離によって制限されている。したがって、大きいフォーマットをデジタル化する一方で分解能が1ミリメートルを超えることはまれであり、たとえばコインの輪郭を認識することができても、その表面上の描画の精細な細部を認識することはできず、3Dマップは、3Dの照合アルゴリズムによって生じる多くの誤差を包含しており、この技術は、実際には、画素または様々な画像の内部のグループの画素を認識する能力に基づくものであり、これは、規則的パターンを有する連続面とまさに同様に、同一の画像において画素または類似の画素のグループが繰り返される非常に高い確率に起因する誤差を含んでいる。認識問題を制限するやり方の1つには、探索領域を、画素の非常に大きいグループを含むように拡張するものがあるが、有効な分解能も比例して劣化し、したがって、非常に多くの場合、元の走査分解能のほんの数分の1になってしまう。これは既知の制限であり、「マルチステレオ」アルゴリズムの様々な実装形態は、実際には、この問題をできる限り低減するための専用である。したがって、「マルチステレオ」技術を使用することができるのは、非常に小さいフォーマット上、または必要とされる分解能および細部のレベルが低いときのみである。ポイントツーポイントスキャナの代わりに、「構造光」技術を使用することも試されているが、この技術は、小さいフォーマットに対してさえ、十分なレベルの分解能および細部をもたらすことができない。
【０００７】
装飾のための工業用複製のためのポイントツーポイントセンサの代わりに線レーザーセンサを使用することは、3次元の対象物の完全な3D走査用には非常に普及しているが、従来技術では、これらのセンサの分解能の制限ばかりでなく、別々のストリップの自動ステッチングの問題のために不可能である。
【０００８】
照度差ステレオ技術は、3D再構成技術の中であまり知られておらず、実際には、同技術に基づく既存の実装形態はまれであり、とりわけ商用の実装形態は非常にまれである。この技術は、複雑な照明システムと、より複雑な数学アルゴリズムとの実現を必要とする。その上、この技術によって得られるのは、デジタル化された対象物の絶対的な3D測定ではなく、相対スケールのみであり、したがって、たとえば測定の用途または複雑な対照物の再構成には使用され得ない。したがって、ほとんどの商用3D用途において、「線センサを用いるレーザー走査」、「マルチステレオ」および「構造光」の技術は非常に普及しており、これらの用途の必要性に対して、ともかく適切な制限された結果を得ることを可能にするものである。しかるに、その代わりとして、装飾のための3D工業用途では、従来技術には大きいオリジナルに対して高分解能の結果をもたらすことができる照度差ステレオ技術の既存の実装形態がないという事実のために、ポイントツーポイント走査技術が普及している。
【０００９】
照度差ステレオ技術は、対象物を毎回異なる方向から照らすデジタル化を繰り返すことにより、同一の対象物の1組のカラーまたはグレースケールのデジタル像から、対象物の表面の「正規図」をより詳細に推定することを可能にするものである。
【００１０】
照度差ステレオ技術は、様々な照明方向を用いて取得される様々な画像を比較して測定され得る光の変化と、デジタル化された対象物の表面の配向の間に、数学的関係があることを明示するものである。具体的には、様々な照らす方向、入射角、ならびに撮像センサの光の強度および視点の位置を知ることにより、デジタル化対象物の表面に対する法線を推定することを可能にする、様々なデジタル像間の数学的関係を確立することが可能である。
【００１１】
照度差ステレオ技術を用いると、たとえば「正規図」の統合プロセスを通じて、照度差ステレオ技術を実施するのに使用されるアルゴリズムに直接依拠して、一般に「深度図」と呼ばれている一種の隆起モデルを得ることも可能である。正規図と深度図のどちらも、デジタル化された対象物の3D表現を生成することを可能にする。照度差ステレオ技術は、適用可能なとき、撮像センサの分解能に比例した分解能レベルを有する3Dマップを得ることを可能にし、通常は、ポイントツーポイントレーザーシステムを用いなければ得ることができない隆起細部を分解することもできる。
【００１２】
しかしながら、照度差ステレオ技術は、これまではもっぱらマトリクス状のセンサと組み合わせて非常に例外的に実施されており、したがって、センサのサイズによって制限された分解能を有する。線スキャナなどにおいて、照度差ステレオ技術と高分解能の撮像センサとを組み合わせると、大きいフォーマットにわたってさえ3D詳細情報を得ることが可能になるであろう。しかし、従来技術では、依然として、線スキャナにおけるこの技術の最適な実装形態の達成を不可能にしているいくつかの未解決の問題がある。
【００１３】
図1において、デジタル化がデジタル化対象物5を次々と線収集することによって行われる線タイプの撮像センサ1に基づくイメージスキャナの一般的な従来技術の実施形態が不等角投影図に例示されている。具体的には、収集は、撮像センサ1、光学系2s、光学軸3、2つの第1の光源6a、6bを備える照明システムおよび走査線4によって形成された組を、矢印7によって示された順方向に移動させることによって、あるいは走査平面8とデジタル化対象物5とによって形成された組を移動させることによって、行われる。一般に、走査線4は、走査平面8または光学系2sを通じて線タイプの撮像センサ1の視覚(vision)によって決定されたデジタル化対象物5の表面の直線部である。x軸、y軸およびz軸は、矢印7によって示された順方向に対して平行なx軸が走査平面8に対して共面であって光学軸3上の中心にあるデカルト座標系を定義し、走査線4と平行なy軸は、走査平面8に対して共面であって光学軸3上の中心にあり、z軸は光学軸3に対して正確に一致する。この実施形態は、その請求項において2つの第1の光源と称される2つの光源6a、6bを備え、走査線4および光学軸3によって画定されてx軸上の中心にある視覚面に対して、光源6aと6bが対称に配置されている。x軸上の中心にある光源とは、光源の中心線が、x軸およびy軸によって画定された移動面にあることを意味する。光源6a、6bのこの配置は、走査線4に対して光線が垂直に入射する状態で走査線4を放射することを可能にする。光源6a、6bのこの配置は、たとえば光源6aについては、走査線4の全長にわたって光源の均一な光強度9aおよび均一な入射角10aを伴って、一方の側から他方の側へ、全体の走査線4を均一に放射することを可能にする。たとえば光源6aの光強度9aは、光源6aから放射されて走査線4へ向けられた光線によって概略的に表される図面にある。この従来技術の配置では、光源6aによって放射されて走査線4上に入射する光線が進む距離は、走査線4の全長にわたって均一であり、結果として、均一な光強度9aを決定する。光源6aの入射角10aは、光源6aから放射された光線が走査線4上に入射する角度の組から決定され、さらに、この従来技術の実施形態では、光源6aによって放射された光線が走査線4に入射する角度は、走査線4の全長にわたって均一であり、したがって、これが、光源6aの均一な入射角10aを決定する。
【００１４】
図2では、別の従来技術の実施形態が不等角投影図に例示されており、x軸およびy軸によって画定されてy軸上に中心がある前記移動面に対して、2つの光源6cと6dが対称に配置されている。y軸上の中心にある光源とは、光源の中心線が、y軸およびz軸によって画定された視覚面にあることを意味する。
【００１５】
光源6c、6dのこの配置では、走査線4に対して光線が垂直に入射する状態で走査線4を放射することは不可能である。従来技術において、光源6c、6dのこの配置では、全体の走査線4を一方の側から他方の側へ均一に放射することは不可能であり、具体的には、走査線4の全長にわたる光源の均一な光強度9cおよび均一な入射角10cは不可能である。
【００１６】
図2は普通でない実施形態を表し、この照明の構成に一般的な、照明の非均一性の問題を強調するものである。具体的には、その問題は、主に光線が進む距離に依拠する光強度9cと、光源6cの入射角10cとの両方が、異なる距離および放射角のために、走査線4の全長にわたって均一ではないという事実にある。
【００１７】
図2は、光学的視点の非均一性の問題も強調しており、具体的には、光学系2sに向けられた光線12sが互いに平行ではなく、撮像センサ1に向けられた光線11sが互いに平行ではない。実際には、図2は、標準的な光学系2sを使用すると、撮像センサ1の片側が所与の傾斜角度で元の光線を知覚する一方で、センサ1の反対側が非常に異なる角度でさえ知覚することを伴うのを強調するものである。光学系2に向けられた光線12sは視覚にとって有用な光線の組であり、走査線4から光学系2sへ進行する。撮像センサ1に向けられた光線11sは視覚にとって有用な光線の組であり、光学系2sから撮像センサ1へ進行する。具体的には、光学系2sに向けられた光線12sは、光学系2sに対して異なる入射角13sを有し、撮像センサ1に向けられた光線11sは、撮像センサ1に対して異なる入射角14sを有する。光学系2sに対する入射角13sは、光学系に向けられた光線が光学系2sに対する走査線4上に入射する角度の組である。撮像センサ1に対する入射角14sは、撮像センサ1に向けられた光線が撮像センサ1に入射する、光学系2sに対する角度の組である。
【００１８】
照度差ステレオ技術によって表面に対する法線の最適な推定を得るためには、互いから非常に異なった、対応する複数の方向によって照らされた、最低値が一般に3つの画像の組と見なされる、また、最適な値が4つの画像の組と見なされる、表面の複数の画像の組を有する必要があることが知られており、また、数学的に容易に定義され得る放射を有する光源を使用することによってのみ最適な結果が得られ、したがって、最適な結果は、実際には、デジタル化対象物の表面の至る所で均一な放射を有する光源、具体的には、異なる照明方向のそれぞれについて均一な光強度および均一な入射角を有する光源を使用することによってのみ得られることが知られている。つまり、基本的に、図1の一般的な従来技術の実施形態に対して、図2で説明されたような少なくとも2つのさらなる光源6c、6dを追加する必要があることになる。
【００１９】
しかし、これは、照度差ステレオ技術が、元の表面に対する光反射の変化と表面に対する法線との間の数学的関係を確立することが可能であると明示するので不十分であり、したがって、光源6c、6dによって放射された光線の強度および入射角が、デジタル化されるべき対象物の全表面にわたって均一でないと、有効な数学的関係を確立すること、したがって最適な結果を得ることは非常に困難であるのが明らかである。
【００２０】
上記および図2で説明された問題に関して、正確には、非常にまれな例外では、従来技術の線スキャナに光源6c、6dのタイプも含まれるが、これらは、全体の走査線4にわたって光源の均一な光強度および均一な入射角をもたらすことがないので、いずれにせよ照度差ステレオ技術向けには使用不可能である。より一般的には、従来技術の実施形態において、図2の光源6cおよび6dのような光源が走査線4の両端に配置されている場合には、これらの光源は、図1の主光源6a、6bから独立して走査線4を照らすのではなく、限定的かつ局所的な光効果をもたらす働きをするものと考えられる。実際には、図2の光源6cおよび6dは、カラー走査のみのためであっても、したがって照度差ステレオ技術から独立してさえ、走査線4を適切に照らすことができない。
【００２１】
図2において強調された従来技術の別の問題は、線スキャナにおける照度差ステレオ技術の最適な実装形態を実現する能力を制限し、撮像センサ1の視覚に関して全体の走査線4にわたる均一な光学的視点を得ることの難しさに関係がある。実際には、従来の光学系は、光学系2sに向けられた光線12sと、走査線4から来て撮像センサ1に向けられた光線11sとが互いに平行ではないことを意味し、具体的には、光線12sが光学系2sに対して入射角13sを有し、光線11sが撮像センサ1に対して入射角14sを有し、それらはすべてが不均一である。以前に強調された光源6c、6dの非均一性の問題と同様に、不均一な光学的視点は、照度差ステレオ技術の使用によって最適な結果を得る能力を激しく損なう可能性がある。これが起こるのは、撮像センサに向けられた光線の強度および入射角が、デジタル化対象物の全長にわたって均一でないと、したがって、撮像センサ1が、走査線4の異なる部分から来る光線11sを、光学系2によって違った風に検知すると明らかに、オリジナルの表面上の光の変化と表面に対する法線との間の数学的関係を確立するのが非常に困難なためである。
【００２２】
線スキャナに対する照度差ステレオ技術の適用は、特許出願CN102798351に説明されている。前述の照明の問題を所与として、特許出願CN102798351は、デジタル化対象物が、走査平面に対して、したがって、照明システム、撮像センサおよび光学系に対して、手動で4回回転されるデスクトップスキャナを説明している。これは、デスクトップスキャナの光学系を使用することによって、デジタル化対象物の4つの異なる画像を得ることを可能にするものである。しかしながら、もたらされる4つの画像は、照度差ステレオ技術によって3Dを計算する前に合致されなければならない。前述の特許出願の線スキャナは、一度に一方の側から走査線を照らすように単一の光源を有する。特許出願CN102798351の問題点は、正確には、4つの収集の別々の視点が、とりわけ大きい厚さを伴うデジタル化対象物に対して、スキャナの光学系を通じての視覚のため、デジタル化対象物の再配置のため、また、1つの走査と次の走査の間のデジタル化対象物の避けられない変形のために、完全にオーバーラップする画像を得ることが不可能なことにある。したがって、特許出願CN102798351は、不便で複雑な走査方法を提案することに加えて、照度差ステレオ技術によって詳細な3D情報を計算するための理想条件を提供することもできない。その上、特許出願CN102798351は、以前に説明された光学的問題および照明問題に対する解決策は提案せず、従来技術のデスクトップイメージスキャナにおいて照度差ステレオ技術を実施するやり方しか提案していない。
【００２３】
従来技術では、ポイントツーポイント走査は、大きいフォーマットおよび高分解能のオリジナルの3D情報を走査するのに実際に使用可能な唯一の技術であるという事実のために、前後関係的に、特に装飾のための工業用の複製用途によって必要とされる要求事項とともに、カラー情報および3D情報を取得することができるスキャナの必要性が感知される。その上、今日、3D情報とカラー情報は、よくても別々のデバイスを使用するものの、ほとんどの場合は別々のスキャナから別々のときに取得されているので、完全に合致した3D情報とカラー情報をもたらすことができるスキャナの必要性が、同じ理由で感知される。
【００２４】
装飾のための工業用の複製用途に必要な、大きいフォーマットの対象物の高分解能のデジタル化を含めて前述の問題を解決することができる、照度差ステレオ技術を最適に組み込んだ線スキャナが望ましいであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】CN102798351
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
この状況において、本発明の根底の技術的課題は、照度差ステレオ技術によって3次元表面をデジタル化することができ、前述の従来技術の問題も克服することができるイメージスキャナを提案することである。
【００２７】
本発明の目的は、照度差ステレオ技術を最適に実施することができ、したがって、すべて同一の視点からではあるが様々な収集の範囲内で照明方向を変化させて取得された対象物の様々な画像の情報を組み合わせることによって、デジタル化対象物の隆起、高さおよびエンボスの3D情報を生成することができる、1本線のセンサ、2本線のセンサ、3本線のセンサ、多線のセンサ、または類似のセンサなどの線タイプの撮像センサに基づくイメージスキャナを提供することである。
【００２８】
本発明の別の目的は、前述の非均一な照明の制限を克服する照明システムを装備したスキャナを提供することである。
【００２９】
本発明の別の目的は、照度差ステレオ技術用に最適に配置された照明システムを装備したスキャナを提供することである。
【００３０】
本発明の別の目的は、前述の光学的制限を克服することを可能にする光学系を装備したスキャナを提供することである。
【００３１】
本発明の別の目的は、基本的に同一の走査プロセスからもたらされるものとして完全に合致する、カラーまたはグレースケールの情報と3D情報とを同時にデジタル化することができるスキャナを提供することである。
【００３２】
本発明の別の目的は、撮像センサの物理的寸法および画素数と、使用される光学系の制限とによってもたらされるフォーマットおよび分解能の制限を克服する、大きい表面を非常に高い精細度においてデジタル化することができるスキャナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明の第1の態様によれば、示された技術的課題および規定された目的は、請求項1から7のうち1つまたは複数に開示された技術的特徴を含む照度差ステレオ技術によって3次元表面をデジタル化することができる線イメージスキャナによって実質的に達成される。
【００３４】
本発明の第2の態様によれば、示された技術的課題および規定された目的は、請求項8および9のうち1つまたは複数に開示された技術的特徴を含む請求項1から7に記載の線イメージスキャナを使用する走査方法によって実質的に達成される。
【００３５】
本発明のさらなる特徴および利点は、示すもの(indicative)から、したがって本明細書に同封の図面に示されるような照度差ステレオ技術によって3次元表面をデジタル化することができる線イメージスキャナの実施形態の限定的でない説明から、より明白になるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図３】4つの光源が強調されている、本発明の第1の実施形態によるスキャナの不等角投影図である。
【図４】本発明の第1の実施形態による光源の詳細な拡大側面図である。
【図５】明瞭さのために2つの光源のみが概略的に表されている、図3のスキャナ実施形態の不等角投影図である。
【図６】図5のスキャナの光源の詳細な拡大側面図である。
【図７】本発明の第2の実施形態の1つの光源の一部分に限定された詳細な拡大側面図である。
【図８】本発明によるイメージスキャナの第3の実施形態の不等角投影図である。
【図９】図8のものに類似であるが、明瞭さのために光源が省略されている、イメージスキャナの第4の実施形態の不等角投影図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下の図では、等しい参照番号または類似した参照番号は、従来技術を表す図1および図2のものと等しい部品または類似した部品を示すために使用される。
【００３８】
図3では、本発明によるイメージスキャナの第1の実施形態が不等角投影図に例示されている。この実施形態では、y軸およびz軸によって画定されてx軸上の中心にある視覚面に対して、2つの光源6aと6bが対称に配置されている。その上、2つの光源6eと6fは、x軸およびz軸によって画定された移動面に対して対称に、かつy軸を中心として、配置されている。
【００３９】
この第1の実施形態は、互いに非常に異なる対応する4つの方向によって、デジタル化対象物5を最適に照らすことを可能にし、したがって、照度差ステレオ技術の原理に従ってデジタル化対象物の表面に対する法線の最適な推定を得るのに必要な条件のうちの1つを提供するものである。
【００４０】
図4は、図3の光源6eの詳細な拡大側面図である。図3および図4の細部は、本発明が、従来技術では未解決の、走査線4を均一に照らすという問題を解決すること、具体的には、走査線4の全長にわたって、光源6eから、線分として概略的に表された均一な光強度9eと、均一な入射角10eとを得る方法を企図する様子を示すものである。
【００４１】
入射角10eは、光強度9eと走査線4の間に形成された角度である。光源6eは、線照明器22eと、線照明器22eに関連した光学的サブシステム23eとで作製されており、線照明器22eの、一定間隔16eで生じる光の放射を、走査線4上の、対応する個別の隣接した部分18eにのみ一定間隔16eで集中させることができ、また、隣接した一定間隔16eに属する光線がオーバーラップして一続きの輝く線を形成するように、走査線4の全長にわたって、均一な光強度9eおよび均一な入射角10eで走査線4を照射することができる。
【００４２】
図5では、本発明によるイメージスキャナの第1の実施形態の別の詳細が不等角投影図に例示されている。この図面では、2つの光源6a、6bが明瞭さのために省略されており、一方、光源6e、6fがさらに強調されている。
【００４３】
図6は、本発明によるイメージスキャナの第1の実施形態の光源6eのさらなる細部を示すものであり、この図から、この実施形態では、線照明器22eがLED 19eの配列によって構成されており、光学的サブシステム23eが、互いに一定間隔16eで配置されたレンズ20eの配列によって構成されており、隣接したLEDの光線がオーバーラップして、走査線4を、走査線4の全長にわたって均一な光強度9eおよび均一な入射角10eを用いて照射するように、LED 19eによって、走査線4上の、対応する個別の隣接した部分18eに放射される光線の振幅および変調は、レンズ20eのタイプに依拠するので、レンズ20eのタイプは、隣接したLEDの光線がオーバーラップして一続きの輝く線を形成するように選択されなければならないことが明らかである。
【００４４】
図7は、本発明によるイメージスキャナの第2の実施形態の光源6eの細部を示すものである。
【００４５】
この実施形態では、線照明器25eは螢光灯によって構成されており、光学的サブシステム23eは、フィン27eの配列に作製された光モデル化グリッド26eによって構成されている。フィン27eの配列は、光の放射角を、走査線4上の対応する個別の隣接した部分18eにのみ限定するのに適した長さ、距離および配向を有し、その結果、光線がオーバーラップして、走査線4の全長にわたって、光源6eの均一な光強度9eおよび均一な入射角10eを有する一続きの輝く線を形成する。
【００４６】
ここには示されていない、本発明による別の実施形態のイメージスキャナが、具体的にはその照明システムが、図6に示されたレンズ20eの代わりに使用するフレネルレンズは、全体の走査線4にわたって均一な照明を得るために、LEDの配列または蛍光灯または線LEDなどの線光源から放射された光線を導くよう設計されている。
【００４７】
ここには示されていない本発明によるイメージスキャナの別の実施形態が前述のフレネルレンズの代わりに使用するマイクロレンズの配列は、全体の走査線4にわたって均一な照明を得るために、LEDの配列または蛍光灯または線LEDなどの線ランプから放射された光線を導くように設計されている。
【００４８】
前述の、光の放射を均一にするための同じ解決策は、光源が、図面には示されていない、図3に示されたものとは異なるやり方で走査線4に対して配置され、かつ配向されているときさえ、具体的には光源6aおよび6bがx軸上の中心にないとき、または光源6eおよび6fがy軸上の中心にないときにも実施され得る。
【００４９】
図8では、本発明によるイメージスキャナの第3の好ましい実施形態が不等角投影図に例示されており、ここにおいて、本発明によって配置された4つの光源6a、6b、6e、6fを有する照明システムが、矢印7によって示された順方向に移動する。本発明によるイメージスキャナのこの第3の実施形態は、以前に第1の実施形態において説明された照明システムを使用するが、標準的な光学系の代わりにテレセントリックレンズ2tを使用している。テレセントリックレンズは、テレセントリックタイプまたは双テレセントリックタイプの光学系を意味する。
【００５０】
図8には、本発明によって配置された4つの光源6a、6b、6e、6fを有する照明システムが示されており、これは、撮像センサ1の全長にわたって均一な視点をもたらすことができるテレセントリックタイプのレンズ2tによって特徴付けられるものである。
【００５１】
結果的に、光学系2tに向けられた光線12tと撮像センサ1に向けられた光線11tとは、光学系2tの入口および出口において平行であり、したがって、光学系2tに対して均一な入射角13tと、撮像センサ1にわたって均一な入射角14tとを有する。
【００５２】
本発明によるイメージスキャナのこの第3の好ましい実施形態は、照度差ステレオ技術の原理により、デジタル化対象物5の表面に対する法線の最適な推定のための必要条件のうちの1つを提供することによって、撮像センサ1にわたって走査線4の均一な視点を得るという従来技術の問題を解決する。
【００５３】
本発明によるイメージスキャナの第4の好ましい実施形態を説明する図9には、テレセントリックレンズ2tが組み込まれているイメージスキャナが、不等角投影図に例示されており、ここにおいて、走査平面8およびデジタル化対象物5によって作製された組、または撮像センサ1、光学系2t、光学軸3、走査線4および図9には示されていないが依然としてこの実施形態にある照明システム6a、6b、6e、6fによって作製された組の、矢印7によって示された順方向の移動に加えて、走査線4に対して平行な矢印15によって示された方向の移動も追加される。
【００５４】
矢印15によって示された方向の移動は、矢印7によって示された順方向に対して垂直であり、テレセントリックレンズ2tの物理的寸法を上回るオリジナルの取得を可能にする。この場合、走査方法は、ソフトウェアによって、デジタル化対象物5の固有の画像から一旦ステッチされた、オーバーラップしている、またはオーバーラップしていない、別々の隣接したストリップ21を得るために、矢印7によって示された順方向における収集を数回繰り返す、具体的には、走査線4を、矢印15によって示された方向へ、1つの走査から次の走査へと次々に移動させることにある。矢印7および15によって示された方向の高精度かつ繰返し可能な機械的移動システムを装備した線スキャナと組み合わされたテレセントリックレンズ2tを使用すると、走査線4の全長にわたって均一な光学的視点によって、様々なストリップ21の完全なステッチングが保証される。その上、本発明による照明システム、したがって図3、図4、図5、図6、図7、図8において説明されたような、走査線4上の均一な光の放射を有する照明システムを使用すると、照度とカラーの両方に関する、画像の完全なステッチングも保証される。その上、この第4の実施形態によって得られる非常に大きいフォーマットおよび分解能の画像スキャナでは、収集のフォーマットおよび最高分解能を制限するのは、もはや撮像センサ1の画素フォーマットではなく、矢印7および15によって示された方向の機械的運動である。結論として、本発明によるイメージスキャナのこの第4の実施形態は、撮像センサ1の物理的寸法によって課される制限を克服する、大きいフォーマットのオリジナルを高分解能で取得することも可能にし、テレセントリックレンズの実装形態によってもたらされる収集サイズの制限、より詳細には、走査線4の最大サイズおよびテレセントリックレンズ2tの物理的寸法によってもたらされる収集サイズの制限を解決することも可能にする。
【００５５】
本発明によるイメージスキャナのすべての実施形態は、線タイプの撮像センサ1の使用に基づくものであり、したがってカラーまたはグレースケールの情報を、3次元の情報に対する前後関係によって得るという従来技術の問題も解決し、実際には、撮像センサ1によってもたらされるカラーまたはグレースケールの情報から、照度差ステレオ技術によって3次元の情報が正確に計算される。
【００５６】
その上、本発明によるイメージスキャナのすべての実施形態において、複数の光源を実施することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
1  撮像センサ
2s  光学系
2t  光学系
3  光学軸
4  走査線
5  デジタル化対象物
6a  光源
6b  光源
6c  光源
6d  光源
6e  光源
6f  光源
7  矢印
8  走査平面
9a  光強度
9c  光強度
9e  光強度
10a  入射角
10c  入射角
10e  入射角
11s  光線
11t  光線
12s  光線
12t  光線
13s  入射角
13t  入射角
14s  入射角
14t  入射角
15  矢印
16e  一定間隔
18e  個別の隣接した部分
19e  LED
20e  レンズ
21  ストリップ
22e  線照明器
23e  光学的サブシステム
25e  線照明器
26e  光モデル化グリッド
27e  フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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