航片扫描仪中自动卷片控制系统

摘要

本发明公开了一种航片扫描仪中的自动卷片控制系统，主要解决现有技术需要人工卷片，无法完成对不同结构和尺寸底片自动卷片的问题。其包括底片引导固定装置(1)、压片控制装置(2)和卷片筒传动装置(3)，底片引导固定装置和压片控制装置固定在扫描仪上，卷片筒传动装置固定在底片引导固定装置的侧面，该压片控制装置包括压片玻璃(21)、铰链(22)、玻璃升降杆(23)和传感器(24)，压片玻璃通过铰链固定在扫描仪机壳中部，玻璃升降杆位于压片玻璃的下沿中间，玻璃升降杆与铰链协同工作完成压片玻璃的抬起，传感器检测压片玻璃上金属片是否落下。本发明稳定性好、可靠性高、积累误差小，图像质量好，可用于连续走片的航片扫描仪。

权利要求

1.一种航片扫描仪中的自动卷片控制系统，包括底片引导固定装置（1）、压片控制装置（2）和卷片筒传动装置（3），底片引导固定装置（1）和压片控制装置（2）分别固定在扫描仪机壳上，卷片筒传动装置（3）固定在底片引导固定装置（1）的侧面，其特征在于：压片控制装置（2）包括压片玻璃（21）、铰链（22）、玻璃升降杆（23）和传感器（24），压片玻璃（21）通过铰链（22）固定在扫描仪机壳中部，玻璃升降杆（23）位于压片玻璃（21）的下沿中间位置且数量只有一个，通过玻璃升降杆（23）与铰链（22）的协同工作完成压片玻璃（21）的抬起，传感器（24）为霍尔传感器，位于玻璃升降杆（23）左侧，用来检测压片玻璃（21）前端的金属片是否完全落下；

所述底片引导固定装置（1）包括主动卷片筒（11）、从动卷片筒（14）、导片轮（12）和左右卷片支架（13），左右卷片支架（13）固定在扫描仪机壳的左右两端，导片轮（12）位于扫描仪机壳上的L型卡槽内，且水平位置介于左右卷片支架（13）与压片玻璃（21）之间，主动卷片筒（11）与从动卷片筒（14）分别固定在左右卷片支架（13）上。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：卷片筒传动装置（3）包括齿形带（31）和带轮（32），该带轮（32）上设有凹槽，齿形带（31）卡在带轮（32）的凹槽上。

3.利用权利要求1所述的系统进行自动卷片控制的方法，其特征在于，包括：

1)在整卷航片进行正式扫描前，先对航片进行预扫描，选择航片上标识符的几何中心，以此标识符为模板进行图像识别；

2)对航片进行首部扫描，检测航片是否行进至正确位置；

3)首部扫描后对航片进行整片扫描，并将扫描后的航片图片文件储存到电脑内；

4)整片扫描完成后开始卷片，压片玻璃（21）在玻璃升降杆（23）与铰链（22）的协同控制下逐渐抬起，步进电机工作使齿形带（31）转动，带动带轮（32）转动，使主动卷片筒（11）围绕轴心转动，控制航片由从动卷片筒（14）依次通过导片轮（12）和压片玻璃（21）逐渐向主动卷片筒（11）行进；

5)根据步进电机的步长预测算法以得到下一次的步长Zn，通过下式消除航片由从动卷片筒（14）向主动卷片筒（11）卷片过程产生的误差Wn‑1:Wn‑2为第n‑2次的卷片误差、Wn‑1为第n‑1次的卷片误差、len为单张航片长度、Zn‑1为第n‑

1次电机行进步数、Zn为第n次电机行进步数、Kn‑1为步进电机卷片步距；

6)步进电机行进Zn步后，航片行进停止，压片玻璃（21）落下将航片压平，再由传感器（24）判定压片玻璃（21）是否完全落下：若没有完全落下，则需人工检查机械故障；

若完全落下，则整个卷片过程完成，进行下一次扫描。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤（2）对航片进行首部扫描，检测航片是否行进至正确位置，其实现如下：

2a）对航片进行预扫描，人工选择航片上标识符的几何中心，以此标识符为模板进行图像识别，识别的相似度初始值为0.99；

2b）对航片进行首部扫描，将与标识符内点的相似度大于0.99的点进行聚类，得到两个聚类中心，若两个聚类中心均处在首部扫描所设定的0‑10cm扫描范围内，则认定航片行进至正确位置，否则属于不正确位置。

说明书

航片扫描仪中自动卷片控制系统

技术领域

[0001] 本发明属于电子设备技术领域，特别涉及一种自动卷片控制系统，可用于连续走片的航片扫描仪。

背景技术

[0002] 目前，航拍胶片的扫描数字化仍是我国数字摄影测量最基本的数字化手段。地理信息系统的特殊性对航片数字化的精度提出了很高的要求，通用的扫描仪很难满足。针对航片数字化的高精度要求而专门研制生产的专业扫描仪称为航片扫描仪，作为生产航片数字图像的关键设备，航片扫描仪已在国内外测绘生产单位广泛应用。现有的航片扫描仪需要手动完成卷片过程，而一卷航片通常由数百张航片组成，手动卷片将耗费大量人力资源。

[0003] 温州宏泰无损检测有限公司申请的专利“工业射线底片扫描仪”(公开号为206422825U)，其结构包括箱体、面阵摄像机、托盘、LED光源。该扫描仪虽然加强了扫描时的稳定性，但其不含自动卷片系统，在扫描后需要打开扫描仪箱体，手动更换底片，才能继续进行扫描。一卷航片通常由数百张航片组成，使用该扫描仪完成一卷航片的扫描需要数日，同时还将耗费大量人力完成底片更换的工作。

[0004] 深圳威虎光电有限公司申请的专利“一种自动连续进底片的底片扫描仪”(公开号为202309855U)，其包括壳体、摄像头、带有传感器的PCB板。与上述的专利相比，其包含了自动卷片控制系统。该自动卷片控制系统包括步进马达、蜗杆、蜗杆旋钮和光电开关，其中蜗杆固定在步进马达的转子上，通过蜗杆带动蜗杆旋钮转动，光电开关通过侦测底片上的透光孔判断底片的前进距离，并控制步进马达的转动。该装置在自动卷片过程中对前进距离的判断，依靠的是光电开关对底片上透光孔的检测。该发明针对的是传统相机底片这一特殊底片结构，若底片上无透光孔这一特殊结构，如：航片、医用胶片，则光电开关无法进行正常判断，自动扫描这一过程无法顺利进行。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种航片扫描仪中的自动卷片控制系统，以在航片扫描仪扫描过程中，避免人工卷片，完成对不同结构和尺寸底片的自动卷片过程。

[0006] 为实现上述目的，本发明的实现方案如下：

[0007] 1.一种航片扫描仪中的自动卷片控制系统，包括底片引导固定装置、压片控制装置和卷片筒传动装置，底片引导固定装置和压片控制装置分别固定在扫描仪机壳上，卷片筒传动装置固定在底片引导固定装置的侧面，其特征在于：

[0008] 压片控制装置包括压片玻璃、铰链、玻璃升降杆和传感器，压片玻璃通过铰链固定在扫描仪机壳中部，玻璃升降杆位于压片玻璃的下沿中间位置且数量只有一个，通过玻璃升降杆与铰链的协同工作完成压片玻璃的抬起，传感器为霍尔传感器，位于玻璃升降杆左侧，用来检测压片玻璃前端的金属片是否完全落下。

[0009] 2.一种利用上述系统进行自动卷片控制的方法，其特征在于，包括：

[0010] 1)在整卷航片进行正式扫描前，先对航片进行预扫描，选择航片上标识符的几何中心，以此标识符为模板进行图像识别；

[0011] 2)对航片进行首部扫描，检测航片是否行进至正确位置；

[0012] 3)首部扫描后对航片进行整片扫描，并将扫描后的航片图片文件储存到电脑内；

[0013] 4)整片扫描完成后开始卷片，压片玻璃在玻璃升降杆与铰链的协同控制下逐渐抬起，步进电机工作使齿形带转动，带动带轮转动，使主动卷片筒围绕轴心转动，控制航片由从动卷片筒依次通过导片轮和压片玻璃逐渐向主动卷片筒行进；

[0014] 5)根据步进电机的步长预测算法以得到下一次的步长Zn，通过下式消除航片由从动卷片筒(14)向主动卷片筒(11)卷片过程产生的误差Wn‑1：

[0015] Kn‑1＝(len‑Wn‑1+Wn‑2)/Zn‑1

[0016] Zn＝(len+Wn‑1)/Kn‑1

[0017] 其中，Wn‑2为第n‑2次的卷片误差、Wn‑1为第n‑1次的卷片误差、len为单张航片长度、Zn‑1为第n‑1次电机行进步数、Zn为第n次电机行进步数、Kn‑1为步进电机卷片步距；

[0018] 6)步进电机行进完第Zn步后，航片行进停止，压片玻璃落下，将航片压平，由位置传感器判定压片玻璃是否完全落下：

[0019] 若没有完全落下，则需人工检查机械故障；

[0020] 若完全落下，则整个卷片过程完成，进行下一次扫描。

[0021] 本发明与现有技术相比较有如下优点：

[0022] 1、稳定性好

[0023] 现有扫描仪中有四个玻璃升降杆，分别位于压片玻璃的四个角，若四个升降杆的上升速度略有不同，则压片玻璃上升时会产生倾斜，使得设备的稳定性不能得到保证；

[0024] 本发明的压片控制装置中由于只设有一个玻璃升降杆，可保证压片玻璃在上升过程中不会产生倾斜，提升设备的稳定性。

[0025] 2、可靠性高

[0026] 现有扫描仪中有四个玻璃升降杆，若四个玻璃升降杆中的任何一个发生故障，则设备无法正常工作；

[0027] 本发明由于只有一个玻璃升降杆，发生故障的几率为原有发明的四分之一，因此本发明使设备的可靠性得到提升；

[0028] 3、图像质量好

[0029] 原有扫描仪使用人眼观测压片玻璃是否落下，因此不能保证压片玻璃完全落到扫描仪机壳上，若压片玻璃未完全落到扫描仪机壳上，则不能保证航片的平整性，扫描出的图像会出现变形；

[0030] 本发明由于使用霍尔传感器，可保证航片的平整性，使图像不产生变形，因此提高了图像质量；

[0031] 4、可扫描无透光孔结构的底片

[0032] 原有扫描仪中由于仅针对有特殊透光孔结构的底片，因此卷片时只需行进固定的透光孔数量，完成自动卷片的过程，而面对无透光孔的底片，如：航片、医用胶片，则无法正常工作；

[0033] 本发明由于采用图像识别算法，并结合规定范围的识别相似度来判定航片边界，使得该系统可以实现无透光孔底片的自动卷片过程；

[0034] 5、卷片误差不累积

[0035] 原有设备中无误差消除措施，每次卷片的过程都会产生误差，随着卷片数量的增多，误差也会随之累积；

[0036] 本发明由于采用误差消除算法，在每一次卷片前，都会消除前一次卷片过程中的误差，使卷片过程中的误差不会累积。

附图说明

[0037] 图1为本发明航片扫描仪中的自动卷片控制系统结构示意图；

[0038] 图2为本发明进行自动卷片控制的实现流程图。

具体实施方式

[0039] 为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

[0040] 参照图1，本发明航片扫描仪中的自动卷片控制系统，包括底片引导固定装置1、压片控制装置2和卷片筒传动装置3，底片引导固定装置1和压片控制装置2分别固定在扫描仪机壳上，卷片筒传动装置3固定在底片引导固定装置1的侧面，其中：

[0041] 所述底片引导固定装置1，包括主、从动卷片筒(11，14)、导片轮12和左右卷片支架13，左右卷片支架13固定在扫描仪机壳的左右两端，其间距可进行调整，以适应不同尺寸的底片，导片轮12位于扫描仪机壳上的L型卡槽内，且水平位置介于左右卷片支架13与压片玻璃21之间，用于底片的限位与引导，使底片在行进过程中不触碰到扫描仪上其它部件，使底片不产生磨损，主动卷片筒11与从动卷片筒14分别固定在左右卷片支架13上，可围绕轴心转动，开始卷片前，将成卷的底片放在从动卷片筒14上。

[0042] 所述压片控制装置2，包括压片玻璃21、铰链22、玻璃升降杆23和传感器24，压片玻璃21通过铰链22固定在扫描仪机壳中部，用来将底片压平，使扫描出的图像不产生变形，玻璃升降杆23位于压片玻璃21的下沿中间位置且数量只有一个，通过玻璃升降杆23与铰链22的协同工作完成压片玻璃21的抬起，传感器24采用霍尔传感器，且位于玻璃升降杆23左侧，用来检测压片玻璃21前端的金属片是否完全落下。

[0043] 所述卷片筒传动装置3，包括齿形带31和带轮32，该带轮32上设有凹槽，齿形带31卡在带轮32的凹槽上，通过步进马达带动该装置，使主动卷片筒11围绕轴心转动，带动航片行进。

[0044] 所述航片扫描仪中的自动卷片控制系统执行卷片动作时，压片控制装置2中的压片玻璃21通过玻璃升降杆23与铰链22的协同工作完成抬起，步进电机工作使齿形带31转动，带动带轮32转动，使主动卷片筒11围绕轴心转动，控制航片由从动卷片筒14依次通过导片轮12和压片玻璃21逐渐向主动卷片筒11行进。

[0045] 参照图2，本发明航片扫描仪中的自动卷片控制系统进行自动卷片控制的方法，其实现步骤如下：

[0046] 步骤1，准备扫描

[0047] 在整卷航片进行正式扫描前，将成卷的底片放在从动卷片筒14上，拉出航片的头部，手动抬起压片玻璃21，使航片依次通过导片轮12和压片玻璃21下方，并将航片头部粘贴到主动卷片筒11上，人工将成卷航片的前3‑5张废片卷到主动卷片筒11上，并将压片玻璃21放下；

[0048] 步骤2，对航片进行预扫描

[0049] 预扫描是对航片头部的识别扫描过程，目的是找出航片上的标识符；预扫描完成后弹出对话框，人工选择航片上标识符的几何中心，以此标识符为模板进行图像识别，识别的相似度初始值为0.99，该相似度值可适用于大部分航片的识别，用户可根据航片磨损情况对该值进行调整，调整范围在0.9852‑0.99之间。

[0050] 步骤3，对航片进行首部扫描

[0051] 首部扫描是对航片头部的判定扫描过程，目的是检测航片是否行进至正确位置，首部扫描完成后，将与标识符内点的相似度大于0.99的点进行聚类，得到两个聚类中心，若两个聚类中心均处在首部扫描所设定的0‑10cm扫描范围内，则认定航片行进至正确位置，否则属于不正确位置。

[0052] 步骤4，对航片进行整片扫描

[0053] 在整片扫描前需进行扫描参数设置，本系统设有一套默认的扫描参数，用户可根据需要对扫描参数进行修改，参数设置完成后进行航片的整片扫描，扫描完成后图像自动储存至扫描参数中的存储路径。

[0054] 步骤5，卷片

[0055] 整片扫描完成后开始卷片，压片玻璃21在玻璃升降杆23与铰链22的协同控制下逐渐抬起，步进电机工作使齿形带31转动，带动带轮32转动，使主动卷片筒11围绕轴心转动，控制航片由从动卷片筒14依次通过导片轮12和压片玻璃21逐渐向主动卷片筒11行进。

[0056] 步骤6，误差消除

[0057] 从动卷片筒14上的航片被逐步卷到主动卷片筒11上，随着主动卷片筒11上胶片层数增加，主动卷片筒11的半径逐渐增加，导致步进电机每一步的移动距离，即步距也不同，因而每一次卷片过程都会存在误差。采用步进电机的步长预测算法可以消除卷片过程中产生的误差。其步骤如下：

[0058] 1)在第n次卷片后，根据第n‑1次的走片位置，得到第n‑1次的卷片误差Wn‑1，并根据第n‑2次的走片位置，得到第n‑2次的卷片误差Wn‑2；

[0059] 2)根据第n‑1次电机行进步数Zn‑1、单张航片长度len、第n‑1次的卷片误差Wn‑1和第n‑2次的卷片误差Wn‑2，计算出第n‑1次的卷片步距Kn‑1：

[0060] Kn‑1＝(len‑Wn‑1+Wn‑2)/Zn‑1

[0061] 3)根据第n‑1次的走片距离Len+Wn‑1和2)中得到的第n‑1次的卷片步距Kn‑1，计算出第n次电机行进步长Zn：

[0062] Zn＝(len+Wn‑1)/Kn‑1

[0063] 4)在每次卷片之后根据1)‑3)计算出的结果，得到第n次电机行进步长Zn与第n‑1次的卷片步距Kn‑1，不断更新卷片长度，即可达到误差消除的目的。

[0064] 步骤7，卷片后检查

[0065] 步进电机行进Zn步后，航片行进停止，压片玻璃21在玻璃升降杆23与铰链22的协同控制下逐渐落下将航片压平，再由传感器24判定压片玻璃21是否完全落下：

[0066] 若没有完全落下，则需人工检查机械故障；

[0067] 若完全落下，则整个卷片过程完成，进行下一次扫描；

[0068] 重复执行步骤3至步骤7，直至整卷航片扫描完成。

[0069] 以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。