第一章 绪论
1.1 课题背景介绍
随着科学技术的快速发展，打印机、复印机等办公设备早已走进人们的日常工作中。目前常见的复印、打印机只能复印、打印 A3、A4 幅面大小纸张，适用于中小企业日常办公。然而在机械设计、测绘勘测设计、建筑设计等工程领域，通常需要使用 A0、A1 大小的设计图稿，常见的复印、打印机完全不能满足需求。随着大幅面扫描及大幅面打印技术的成熟，工程复印机的推出满足了企业对大幅面和高精度办公设备的需求。工程复印机是将大幅面扫描与大幅面打印有机结合在一起的办公设备，广泛应用于机械设计、测绘勘测设计、建筑设计等工程领域。工程复印机主要以打印、复印为基本功能，各功能既可以独立使用，又能协同工作。工程复印机拥有与普通打印机相似的打印速度、打印质量以及纸张处理能力，然而在打印成本、批量打印方面，却有着明显的优势。相比于常见的扫描仪，工程复印机的扫描功能主要用于工程图扫描，在扫描速度、批量扫描等方面又是普通扫描仪所无法比拟的。工程复印机的扫描功能，不仅可以提供较高质量的输入数据，而且可以提供针对不同需求的特色扫描功能，例如宽幅工程图纸扫描消蓝功能。与传统的打印机、扫描仪等办公设备相比，工程复印机具有功能完备、工作效率高、占用空间小、节约成本等优点。与常见复印机相比，工程复印机具有大幅面、高精度以及具有工程图处理等功能的特点。近年来随着用户办公业务的增加，产品同质化日益严重，使得办公设备生产厂商在工程复印机市场的竞争更加激烈。通过满足不同用户的不同需求以增加市场份额，成为办公设备厂商普遍采用的一种手段，产品差异化是工程复印机的未来发展趋势。因此对于办公设备厂商，通过不断进行技术创新，研发增值功能，为客户提供更多的附加值，提供多层次、多价格段、多样化的产品并且保持产品的快速开发，才能扩大该品牌在办公设备市场上的份额。目前国内市场上的工程复印机设备主要是从国外进口，不仅价格昂贵，而且设备功能有限，维护成本高。因此对于国内工程复印机生产厂商，只有提供完善的配套服务系统，并且针对不同领域提供特色功能，才能占据办公设备市场。
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1.2 研究现状
在复印机领域，工程复印机的种类不多。目前国内商家代理销售的品牌主要有以下几个，按市场占有率排名如下：奥西 Oce、富士施乐 Fujixerox、理光 Ricoh、奇普 Kip 和京瓷 Kyocera、精工 SEIKO 及德国 ROWE。中低端工程复印机的价格在 10 万元左右（根据不同的设备要求，价格有所区别）。下面简要介绍几款工程复印机扫描设备的技术指标及扫描设备维护功能：1. 奥西公司生产的 TDS450 数码工程复印机采用 1 个三线 CCD 镜头（3 线RGB），最大光学分辨率 575dpi；24 位真彩色；复印时提供自动图纸宽度检测功能；通过创新的光源，保证获得精准的色彩，同时使用单反镜头来保证色彩均匀，价格为 15.6 万元。2. 京瓷 Contex HD5450 采用 4 个四线 CCD 镜头(3 线 RGB 和 1 线 B/W)；最大光学分辨率 1200dpi；24 位真彩色；最大扫描宽度为 1372mm；采用 3×3 矩阵色彩校正增强处理，独立 RGB 色调曲线(伽玛曲线)，单独黑白点设置；3C 自动维护系统、自动监测并校正（黑/白点），基本和精确的颜色校正；高速 USB2.0×DTR 接口，价格为 10.7 万元。3. 奇普 KIP7100 采用 CIS 扫描头，LED 光源；最大分辩率 600dpi；24 位真彩色；最大扫描宽度为 914mm；内置 Microsoft Windows XP 操作系统；提供对工程图消蓝功能，不需要用户对设备进行维护，价格为 9.5 万元。
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第二章 扫描维护支撑系统需求分析及方案设计
2.1 工程复印机的功能与结构
我单位研发的宽幅彩色工程复印机主要针对的是工程领域，如建筑、测绘、广告等领域，用于满足企业对于办公设备大幅面、高精度的需求。目前，该工程复印机以扫描、打印这两大功能为主，并且通过彩色扫描、打印来实现彩色复印功能。该款工程复印机通过 USB(通用串行总线，Universal Serial Bus)接口与计算机进行数据通信。同时工程复印机中扫描设备和打印设备可以分别独立使用。工程复印机在脱离计算机时，可以通过工程复印机上触摸屏启动相应功能操作。此时主控器启动扫描仪进行扫描操作，然后打印机对传送过来的扫描数据进行打印。当与计算机联机时，可以通过计算机上的工程复印机支撑系统实现复印、打印等操作。打印数据既可以来自计算机，也可以来自扫描仪。其功能结构如图 2.1 所示。该款工程复印机内扫描设备采用 5 个 CIS（接触式图像传感器,Contact ImageSensor）交叉放置的方式实现宽幅面图稿扫描。通过 USB2.0 接口，将扫描图像数据上传给计算机，通过扫描支撑系统对扫描图像数据进行处理并将结果预览显示。计算机通过扫描控制器与扫描设备进行交互，例如：要查询设备状态、对图像介质进行扫描、下传扫描控制参数等操作，需要计算机将操作指令通过 USB2.0 接口发送给扫描控制器，扫描控制器会根据接收的指令执行相应操作。
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2.2 扫描维护支持系统的需求分析
经过第一代该款工程复印机产品的试用推广之后，我单位搜集了来自于办公设备生产厂商和用户对于该款工程复印机的反馈信息。其中针对该款工程复印机扫描设备主要有两方面的需求，一方面是厂商对于设备维护方面的需求；另一方面是用户对于设备功能提出了新的需求。具体主要有以下几方面需求：1. 由于工程图纸有明显的浅蓝色背景，且经过长时间存放的工程图纸会不均匀褪色导致工程图纸底色深浅不均匀。为了实现工程图纸的长期保存和获得清晰的工程图纸副本，提出了实现宽幅工程图纸消蓝扫描的功能需求。2. 现有的扫描支持系统中必须由用户输入图纸宽度以及图纸的起始位置，很少人可以一次准确的输入扫描区域，因此用户至少需要两次扫描操作，才能获得完整扫描图像。为了方便用户扫描操作，提出了实现扫描图纸宽度自动识别的需求。3. 由于扫描设备多扫描头的特性，必须对扫描头的拼接参数进行精确设定。然而人工调校方式，需要通过多次扫描的方式，判断拼接参数的正确性，不仅费时、费力，而且带有效率低、精度差。因此提出了扫描头拼接参数的高精度获取和扫描图像自动拼接的需求。4. 由于各 CIS 的感光单元感光特性具有差别，使得扫描仪再现色彩的能力不强，会出现不均匀的彩色扫描图像和扫描图像偏色的问题。为了还原图稿的真实色彩，需要对工程复印机扫描设备进行色彩校正。
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第三章 消蓝方法的研究及逻辑分级消蓝扫描的实现......9
3.1 图像二值化方法概述 ..........9
3.2 工程图纸消蓝需求分析 ....12
3.3 逻辑分级法消蓝的研究与实现 ......16
3.4 基于自适应二值化方法实现自动识别扫描图纸宽度......20
3.5 本章小结........24
第四章 多扫描头拼接参数自动获取系统的设计实现....25
4.1 拼接参数获取方法的现状分析 ......25
4.2 自动获取拼接参数系统的设计要求 .....27
4.3 拼接参数自动获取方法的研究与设计 ........ 28
4.4 拼接参数自动获取系统的编程实现与验证 ....... 37
4.5 本章小结 ....... 41
第五章 基于色卡拟合的扫描色彩校正系统的设计实现.......43
5.1 扫描仪色彩校正的现状分析 .......... 43
5.2 基于 KODAK Q60 色卡的色彩校准模块方案设计......... 44
5.3 色卡定位的实现 ......... 46
5.4 色块取色与多项式拟合的实现 ...... 50
5.5 编程实现与验证 ......... 54
5.6 本章小结 ....... 57
第五章 基于色卡拟合的扫描色彩校正系统的设计实现
5.1 扫描仪色彩校正的现状分析
数据图像作为信息载体，已经广泛的应用在各个领域。然而随着科技的进步以及生活水平的提高，用户对于图形图像色彩质量的要求也越来越高[16]。例如，用户希望通过扫描仪可以得到颜色更加真实的数字图像，或者希望通过数码相机拍到能真实反映自然景物色彩的照片等。要满足人们对于色彩真实性的需求，必须拥有理想的彩色输入设备。但由于受诸多因素制约，比如感光元器件性能、耗材特性、机械加工装配进度、整机性价比等，使得输入设备中再现色彩的“硬件”性能并不理想，目前仍存在以下缺陷：a)大多数的输入设备仍然使用设备相关的RGB 颜色空间；b)扫描仪等数字图像输入设备存在明显的设备非线性；c)扫描头照明光源变化。基于上述设备缺陷的影响，扫描输入所得到的彩色图像存在色偏和失真的现象。为了解决这一问题，提高扫描输入设备扫描图像的质量，需要应用色彩校正技术，对扫描仪的色彩进行校正，用软件方法来弥补硬件缺陷[17]。
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结束语
本文针对用户及厂商对于降低工程复印机扫描设备维护工作、提高扫描设备性能的需求，通过处理扫描图像的方法，实现了多头扫描图像的消蓝处理、扫描图纸宽度的自动识别、扫描头拼接参数的高精度获取、扫描仪色彩校正功能，并集成到工程复印机的操作系统中，完善系统功能，同时简化用户的日常维护工作。在整个系统的设计过程中，从前期的分析扫描维护支撑系的需求到后期的程序开发，每个过程中都涉及以前未曾接触过的技术领域。在不断实践的过程中，学习新知识的同时也验证了以往所学的相关理论，使得自己对整个计算机系统的理解更加深入。现将研究设计过程中本文涉及研究内容及主要工作总结如下：
1 熟悉现有工程复印机的工作原理，分析扫描维护支撑系统的应用需求，并对扫描维护支撑系统的实现方案进行了设计；
2 分析了宽幅工程图纸扫描图像的特性，对比分析了多种二值化消蓝方法，研究并实现了逻辑分级算法，实现对多头扫描图像的消蓝处理；
3 通过对多幅带背景扫描图像的对比分析，提出一种对图纸与背景差值图像进行自适应二值化的操作方法，实现了扫描图纸宽度的自动识别。
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参考文献（略）
