Патент на изобретение №2305865

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ И ТЕКСТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для считывания графической и текстовой информации, например паспортно-визовых документов на контрольно-пропускных пограничных пунктах, в местах таможенного контроля аэропортов, железных и автомобильных дорог. Устройство включает осветитель, последовательно установленные четырехгранную призму с участком для размещения объекта считывания, трехгранную прямоугольную призму, плосковогнутую линзу, объектив, матричный фотоприемник и подключенный к нему блок обработки изображения объекта считывания. Призменная система имеет высоту значительно меньшую, чем наименьший линейный размер считываемого документа. Пучок света от освещенного объекта считывания после многократного отражения в призменной системе фокусируется объективом на матричном фотоприемнике без геометрических искажений изображения объекта считывания. Техническим результатом является упрощение и удешевление блока обработки изображения объекта считывания. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для считывания графической и текстовой информации, например паспортно-визовых документов, на контрольно-пропускных пограничных пунктах, в местах таможенного контроля аэропортов, железных и автомобильных дорог.

Известно фотосчитывающее устройство (RU 2222033 С1, кл. 7 G02B 6/24, G06K 7/14, 2004/01/20), применяемое в устройствах проверки подлинности банкнот и других ценных документов.

Известное фотосчитывающее устройство содержит центральный световод и оптически и механически связанную с ним, по крайней мере, одну пару боковых световодов с источниками излучения. Один конец центрального световода обращен к освещаемому исследуемому объекту, к другому концу обращен матричный фотоприемник, подключенный к блоку регистрации.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится необходимость сканирования находящейся на носителе информации.

Известно также фотосчитывающее устройство текстовой и графической информации (RU 2032217 С1, кл. 6 G06K 7/14, 27.03.1995), содержащее источник света, – полупроводниковый лазер, фокусирующий элемент, последовательно расположенные зеркало, установленное под углом не более 45° к нормали плоскости носителя информации и оптически связанное через него с объективом, линейку независимых фотоприемных элементов, каждый из которых подключен через усилитель к соответствующему пороговому элементу.

При перемещении носителя информации по двум координатам относительно создаваемого лазером пятна подсветки на линейку фотоэлементов последовательно проецируются изображения участков носителя информации, при этом реакция фотоэлементов несет информацию, имеющуюся на носителе.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится необходимость сканирования находящейся на носителе информации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению относится известное устройство для считывания графической и текстовой информации (RU 2237282 С2, кл. 7 G06K 7/10, G02B 6/10, H04N 1/00, 27.09.2004).

Известное устройство содержит источник излучения, выполненный в виде линейки ламп накаливания, световод с участком, оптически связанным с носителем информации, и фотоприемник – линейку фотоприемных элементов, подключенных к аналого-цифровому преобразователю. Световод выполнен в виде оптически прозрачной плоскопараллельной пластины, один из торцов которой (обращенный к считываемому документу) перпендикулярен боковым граням пластины, а противоположный торец, под которым расположен источник излучения, скошен под некоторым углом к боковым граням пластины. Вторые торцевые грани пластины выполнены отражающими.

Изображение освещенного участка носителя информации, отражаясь от скошенного торца пластины, направляется на объектив, в плоскости изображения которого размещена линейка фотоприемных элементов, сигналы от которых после аналого-цифрового преобразования в преобразователе сохраняются в памяти или обрабатываются дальше обычным образом.

Для считывания полного объема информации с носителя его перемещают (сканируют) относительно торца, перпендикулярного боковым граням пластины – входной грани световода.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится нелинейность спроецированного на линейку фотоприемных элементов изображения считываемого участка носителя вследствие его «бочкообразного» искажения у кромок рабочего поля линзы, ограниченное поле зрения устройства и необходимость сканирования находящейся на носителе информации.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение скорости считывания информации, уменьшение габаритов устройства и повышение качества изображения.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении поля зрения устройства при одновременном уменьшении его габаритов и повышении качества изображения.

Указанный технический результат при, осуществлении изобретения достигается тем, что в заявляемом устройстве для считывания графической и текстовой информации, включающем осветитель, последовательно установленные световод с участком оптической связи с объектом считывания, объектив, матричный фотоприемник и подключенный к нему блок обработки изображения объекта считывания, в отличие от известного устройства, световод выполнен в виде двух последовательно с зазором установленных призм – четырехгранной с участком для размещения объекта считывания и меньшей по ширине трехгранной прямоугольной; осветитель выполнен в виде, по крайней мере, одной пары линеек источников света, установленных симметрично вблизи противоположных боковых граней четырехгранной призмы и/или вблизи ее выходной грани симметрично относительно трехгранной призмы; у четырехгранной призмы отражающая грань, смежная с участком для размещения объекта считывания, соизмерима с ним и образует острый угол с входной гранью, обеспечивающий полное внутреннее отражение возвращенной к ней линии визирования, а отражающая грань, противоположная входной, образует с ней оптический клин; при этом другие углы между гранями четырехгранной призмы и их длины выбираются из условия трехкратного отражения от них линии визирования и ее падения на расположенную под тупым углом к входной – выходную грань и сопрягаемую с ней входную гипотенузную грань прямоугольной призмы под углом, близким к нормальному, причем параметры прямоугольной призмы выбираются из условия отражения линии визирования от ее первой катетной грани, размещенной в одной плоскости с входной гранью первой призмы, второго полного внутреннего отражения от входной гипотенузной грани и падения на выходную вторую катетную грань под нормальным углом; при этом между объективом и выходной гранью прямоугольной призмы установлена дополнительная отрицательная плоско-вогнутая линза, с центром кривизны сферической поверхности которой на линии визирования совмещен входной зрачок объектива, в плоскости изображения которого установлен матричный фотоприемник.

Указанный технический результат достигается также тем, что боковые грани и/или освещаемые участки выходной грани четырехгранной призмы выполнены матовыми, за исключением локальных участков на них, сопрягаемых с источниками света, участок для размещения объекта считывания снабжен установленным с зазором защитным стеклом в виде плоскопараллельной пластины, и между отрицательной линзой и объективом установлено поворотное зеркало.

На фиг.1 изображено заявляемое устройство, на фиг.2 – то же, вид сверху.

Заявляемое устройство для считывания графической и текстовой информации содержит осветитель 1, последовательно установленные световод 2, плосковогнутую линзу 3, объектив 4, матричный фотоприемник 5 и подключенный к нему блок 6 обработки изображения объекта считывания 7.

Световод 2 (фиг.1) представляет собой установленные последовательно четырехгранную 8 – первую призму и трехгранную прямоугольную 9 – вторую призму с зазором 10 между ними. Четырехгранная призма 8 имеет входную 11, две отражающих – 12 и 13 и выходную 14 грани. На входной грани 11 имеется участок 15 для размещения на нем объекта считывания 7 – носителя графической и текстовой информации.

Осветитель 1 объекта считывания 7 представляет собой одну или несколько пар линеек 16 источников света, предпочтительно светодиодов, которые установлены (фиг.2) попарно симметрично вблизи боковых граней 17 и 18 четырехгранной призмы 8 или вблизи участков 19 и 20 выходной грани 14 симметрично относительно трехгранной призмы 9, ширина которой меньше ширины четырехгранной призмы 8. Пары линеек 16 источников света могут быть установлены в обоих указанных местах.

У четырехгранной призмы 8 отражающая грань 12, смежная с участком 15 для размещения объекта считывания 7, соизмерима с ним и образует острый угол с входной гранью 11, обеспечивающий полное внутреннее отражение от нее возвращенной гранью 12 линии визирования. Отражающая грань 13 противоположной входной гранью 11 образует с ней оптический клин, с основанием, сопрягаемым с ребром отражающей грани 12.

Угол оптического клина между входной 11 и отражающей 13 гранями, тупой угол между входной 11 и выходной 14 гранями, а также длины всех граней четырехгранной призмы 8 выбираются минимальными из условия трехкратного отражения от них линии визирования и ее падения на выходную грань 14 и сопрягаемую с ней входную гипотенузную грань 21 прямоугольной призмы 9 под углом, близким к нормальному.

Одна катетная грань 22 прямоугольной призмы 9, размещенная в одной плоскости с входной гранью 11 четырехгранной призмы 8, образует с гипотенузной гранью 21 угол, обеспечивающий полное внутреннее отражение гипотенузной гранью 21, отраженной катетной гранью 22 возвращенной линии визирования и падение ее на выходную – другую катетную грань 23 прямоугольной призмы 9 под нормальным углом.

Отражающие грани 12 и 13 четырехгранной призмы 8 и отражающую катетную грань 22 прямоугольной призмы 9 целесообразно выполнить зеркальными.

За выходной гранью 23 прямоугольной призмы 9 установлена отрицательная плоско-вогнутая линза 3, с центром кривизны сферической поверхности которой на линии визирования совмещен входной зрачок объектива 4, в плоскости изображения которого установлен матричный фотоприемник 5, подключенный к блоку 6 обработки изображения объекта считывания 7.

Боковые грани 17 и 18 четырехгранной призмы 8 и/или участки 19 и 20 ее выходной грани 14, в зависимости от того, где будут установлены линейки 16 светодиодов, целесообразно выполнить матовыми за исключением локальных участков на них, сопрягаемых с источниками света линеек 16.

Участок 15 для размещения объекта считывания 7 на входной грани 11 четырехгранной призмы 8 целесообразно снабдить установленным с зазором защитным стеклом 24 в виде плоскопараллельной пластины.

Между отрицательной линзой 3 и объективом 4 для уменьшения продольных габаритов устройства по длине может быть установлено поворотное зеркало 25.

Устройство для считывания графической и текстовой информации работает следующим образом.

Излучение светодиодов линеек 16, прошедшее через не ослабляющие световые потоки полированные участки матовых поверхностей, например, боковых граней 17 и 18 четырехгранной призмы 8, испытывая множественные отражения внутри призмы, в том числе от матовых поверхностей, создает равномерное диффузное освещение участка 15 для размещения объекта считывания 7 и, соответственно, размещенного на защитном стекле 24 самого объекта считывания 7.

Пучок лучей, и, соответственно, линия визирования от освещенного объекта считывания 7, расположенного в предметной плоскости объектива 4, проходя через защитное стекло 24 и входную грань 11 четырехгранной призмы 8, отражается от смежной с участком 15 грани 12 в сторону входной грани 11 под углом, обеспечивающим полное внутреннее отражение от нее.

После второго отражения от грани 11 пучок падает на отражающую грань 13 и, отразившись от нее (третье отражение), направляется под углом, близким к нормальному, в сторону выходной грани 14 четырехгранной призмы 8. Далее пучок света проходя выходную грань 14 первой призмы 8 и сопрягаемую с ней входную гипотенузную грань 21 второй призмы 9, отражается от ее катетной грани 22, падает на гипотенузную грань 21 под углом, обеспечивающем полное внутреннее отражение от нее. Отразившись, пучок лучей через выходную катетную грань 23 под нормальным углом выходит из призменной системы. Далее пучок лучей проходит отрицательную плоско-вогнутую линзу 3, уменьшающую угол схождения пучка, и после поворотного зеркала 25 фокусируется объективом 4 в плоскости изображения – на матричном фотоприемнике 5, создавая изображение считываемого объекта 7.

С матричного фотоприемника 5 сигнал поступает на блок 6 обработки изображения, где происходит последующая обработка считанного изображения.

Угол между гранями 11 и 12 призмы 8 и длина грани 12 выбирается из условия обеспечения минимальной толщины четырехгранной призмы 8 и обеспечения полного внутреннего отражения входной гранью 11 возвращенного к ней пучка. За счет этого разработанная призменная система (световод 2) имеет высоту меньшую, чем наименьший линейный размер считываемого документа, а за счет многократного отражения пучка лучей в призмах увеличивает оптическую длину хода луча, что, в свою очередь, позволяет уменьшить длину световода 2 и снизить требования к качеству объектива 4.

В поле зрения оптической системы устройства находится весь считываемый документ, что исключает необходимость его сканирования и повышает скорость его считывания.

Визирная линия в оптической системе устройства перпендикулярна плоскости считываемого документа 7, что позволяет получить на матричном фотоприемнике 5 изображение считываемого документа 7 без геометрических искажений, что, в свою очередь, упрощает и ускоряет последующую обработку изображения считанного документа, одновременно упрощает и удешевляет блок 6 обработки изображения объекта считывания.

В опытном образце заявляемого устройства для считывания текстовой и графической информации в качестве комплектующих были использованы в качестве осветителя линейка со светодиодами L-314LWC фирмы «PARA LIGHT ELECTRONICS CO, Ltd», Тайвань, объектив модель TV Lens F1,4-16 фирмы «ERNITEC», Дания, в качестве приемника – матричный фотоприемник с блоком обработки изображения объекта считывания модель MAA-3150LC-U, ЗАО «Иста-техника», Россия. Испытания опытного образца показали, что время считывания и распознавания изображения паспорта составляет менее 1 с.

Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемого изобретения, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.

Формула изобретения

1. Устройство для считывания графической и текстовой информации, включающее осветитель, последовательно установленные световод с участком оптической связи с объектом считывания, объектив, матричный фотоприемник и подключенный к нему блок обработки изображения объекта считывания, отличающееся тем, что световод выполнен в виде двух последовательно с зазором установленных призм – четырехгранной с участком для размещения объекта считывания и меньшей по ширине трехгранной прямоугольной; осветитель выполнен в виде, по крайней мере, одной пары линеек источников света, установленных симметрично вблизи противоположных боковых граней четырехгранной призмы и/или вблизи ее выходной грани симметрично относительно трехгранной призмы; у четырехгранной призмы отражающая грань, смежная с участком для размещения объекта считывания, соизмерима с ним и образует острый угол с входной гранью, обеспечивающий полное внутреннее отражение возвращенной к ней линии визирования; а отражающая грань, противоположная входной, образует с ней оптический клин; при этом другие углы между гранями четырехгранной призмы и их длины выбираются из условия трехкратного отражения от них линии визирования и ее падения на расположенную под тупым углом к входной – выходную грань и сопрягаемую с ней входную гипотенузную грань прямоугольной призмы под углом, близким к нормальному, причем параметры прямоугольной призмы выбираются из условия отражения линии визирования от ее первой катетной грани, размещенной в одной плоскости с входной гранью первой призмы, второго полного внутреннего отражения от входной гипотенузной грани и падения на выходную вторую катетную грань под нормальным углом; при этом между объективом и выходной гранью прямоугольной призмы установлена дополнительная отрицательная плоско-вогнутая линза, с центром кривизны сферической поверхности которой на линии визирования совмещен входной зрачок объектива, в плоскости изображения которого установлен матричный фотоприемник.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что боковые грани и/или освещаемые участки выходной грани четырехгранной призмы выполнены матовыми, за исключением локальных участков на них, сопрягаемых с источниками света.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что участок для размещения объекта считывания снабжен установленным с зазором защитным стеклом в виде плоскопараллельной пластины.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что между отрицательной линзой и объективом установлено поворотное зеркало.

РИСУНКИ