用于在不同方式中记录信息的设备 本发明涉及一种通过使信息成象用于记录信息的设备。
在很多情况下，某人想要把文本的选择部分或图像信息组合成借助于计算机中合适的软件能被编辑的文件。将文本或图像信息输入计算机的已知方法是使用一台扫描仪。固定和便携式二种类型的扫描仪都可利用。固定式扫描仪被用于扫描整页的文本和图像信息，扫描仪以恒定的速度自动地扫过该页。这种类型的扫描仪不适合扫描一页上选择的信息部分。在另一方面，便携式扫描仪可以适合这种功能。
US 5 301 243公开一种用于从一个衬底(Substrate)上的字符串扫描字符的手持扫描仪。与该衬底相接触的扫过要被读入的字符地扫描仪，具有“看见”一小部分衬底的一个光学系统。该光学系统包括一个CCD型的线性传感器，它具有一组排成一行的光感应元件。当扫描仪扫过衬底上的字符时，在字符和空间之间的一序列垂直“薄片”被记录。该“薄片”作为数字位图被存储于扫描仪中。接着，OCR软件(OCR=光学字符识别)被用来识别扫描的字符并将它们以字符编码格式，例如借助于ASCII码，存储于一个存储器中。字符识别或者可以在扫描仪中或者在位图字符已被传至其中的一个外部计算机中被完成。
用于输入文本的手持扫描仪的另一种类型在US 4 949 391中被叙述。与上文所述的不一样，这个扫描仪具有一个二维传感器，它在扫描仪扫过下面的表面时记录该表面的图像。扫描仪只能在由紧靠着相对的表面的一个轮子所确定方向上被移动。重复的信息从记录的图像中被除去，它们随后被组成一幅更大的图像。该更大的图像可以在计算机中被分析用于识别字符。
上述的扫描仪和类似的手持扫描仪的缺点是它们的“视野”相对较小。因此，为了记录更多的信息，比如包括几行的文本部分，使用者必须往复重复地将扫描仪扫过该表面，这通常是令人厌烦的且浪费时间。
本发明的目的是要提供一种上述问题的解决方案。
这个目的根据本发明的设备来实现：
一种用于在信息载体上通过使信息成象记录可利用信息的设备，该信息借助于带有二维传感器表面的光感应传感器被成象，其特征在于该设备在第一操作模式和第二操作模式之间是可调节的，其中带有第一小尺寸和第二大尺寸的信息载体的区域图像被记录以便在信息载体上的信息可以在不同的选择度上被记录，在第一操作模式的设备适于扫过信息记录多个图象并带有部分重叠内容，它们被组合成信息的复合图像并且其每个都涉及带有第一小尺寸信息载体的一个区域，而在第二操作模式的设备适于借助至少一个图像使信息成象，它涉及带有第二大尺寸信息载体的一个区域。
更具体地，该设备可在第一操作模式和第二操作模式之间调节，其中带有第一小尺寸和第二大尺寸信息载体的区域的图像被记录，以便在信息载体上的信息可以在不同的选择性程度上被记录。在第一操作模式中，该设备适于扫过该信息，记录多个图像并带有部分重叠内容，它们被组合成信息的复合图像并且其每个都涉及带有第一小尺寸信息载体的区域。在第二操作模式中，该设备适于借助于至少一个图像使信息成象，该图像涉及带有第二大尺寸信息载体的区域。
因此该设备同时具有在高选择性程度上，例如单独的字或字符串，用于记录信息的第一模式，和在低选择度上，例如几行文本或一幅图像，用于记录大量信息的第二操作模式。
这个设备的一个优点是使用者可以选择他或她想要在高或低选择程度上记录信息。这可以通过该设备的简单调节来获得。因此使用者首先可以在第一模式下使用该设备用于记录文本中的一个句子并且随后将它调到第二模式并将它用于半页说明的快速记录。
信息载体可以是任何二维或三维对象。当然，它通常是一页纸。在表面上的信息可以由字母、数字或其它书写的字符或符号形式的字符所组成，或者由各种类型的图像组成。
记录借助于具有二维传感器表面的光感应传感器来进行。在这篇文章中，二维传感器表面实际上是指传感器表面必须能使带有一个象素矩阵的表面成象，以便带有重叠内容的图像能被记录。光感应传感器最好是CCD或CMOS型。它可以记录灰度或彩色的图像。该图像包括多个每个具有一个亮度值的象素。
该设备可由使用者或由设备自动地调节。该调节包括该设备以某种方式，例如物理地或利用软件的改变，使它适于在上述模式中使用。
由于不同尺寸区域在不同模式下成象，对于使用者可能难于准确地了解他正记录的信息。要解决这个问题，该设备最好装有指示图像区域尺寸的指示装置。尤为重要的是使用者要知道在第二模式下成象区域的尺寸，因为这个区域在这个模式下更大。然而，成象区域尺寸最好在第一模式下也被指示。
更有益地，成象区域的尺寸可以在信息载体自身上被指示以便使用者能确切地看到将被记录的信息。它可以通过比如点、线或颜色等被指示。在第一模式中，指示可以借助于一个单独的发光点或借助于表示记录开始的一行的一条线来实现。重要的是使用者得到了成象区域尺寸的概念。
在一个最佳实施例中，指示装置包括一个照明装置，例如，一个发光二极管或一个激光二极管。
最好，至少在第二模式中，成象区域由一组确定成象区域的发光点所指示。该设备的较低复杂程度的光学设计以及更准确的图像记录用这种方式被获得，因为无彩色的光线在图像中被记录。这在感色传感器的使用方面尤为重要。
指示成象区域的另一种方法可能是将位于设备的视野内的对象显示在显示器上，它在这种情况下构成了指示装置。在某些情况下，指示装置可以包括一个显示器以及用于在信息载体上指示的一个照明装置。
在一个最佳实施例中，该设备可以被用于在第一模式中第一小的尺寸和在第二模式中第二大的尺寸之间要被成象的区域尺寸的连续调节。用这种方式，使用者可以自己确定，比如借助于滑块控制，成象区域的准确尺寸，有些事情，例如在图像的记录方面可能是有益的。最好，指示装置在连续调节时也执行以便使用者能看见成象区域的尺寸如何变化。
在第一和第二模式之间成象区域的尺寸变化可以通过利用在第一模式中的传感器表面的较小部分和在第二模式中传感器表面的较大部分被有益地实现。这可以通过仅从传感器表面所希望的部分保存信息被获得。成象区域的连续调节也可以用这种方式被获得。在传感器表面的调节方面，指示装置最好包括一个显示器。
改变成象区域尺寸的一种替换方式是将设备装备一透镜装置，它适于将信息载体的图像投射到传感器表面上并且它是可调节的用于改变成象区域。透镜装置可以包括一个或多个透镜。这个替换的优点是它提供了更好的分辨率。
借助透镜装置改变成象区域尺寸的一种方法是改变透镜装置的焦距。这可以通过透镜装置在第一模式中的第一位置和在第二模式中的第二位置之间调节被实现。透镜装置也可以是连续调节的，用于在第一和第二位置之间透镜装置位置的连续调节，以便成象区域的一个选择的尺寸可以被获得。
在另一个实施例中，该设备包括另一个带有二维传感器表面的光感应传感器，一个光感应传感器被用在第一模式中而其它的光感应传感器被用在第二模式中。在这个实施例中，该设备因此具备二个不同的光束通道和二个不同的开口，例如在壳的每个末端有一个，其中使用者被允许选择的情况是根据他或她要使用的模式哪个开口被引导到要被记录的信息上。这个实施例的优点是它能具有用于每传感器的一个固定的光束通道。
该设备可能有益地适于在距信息载体一定的距离上以第一和第二模式被持有。这具有信息载体既不需要是平面也不仅具有与利用现有技术扫描仪有关的二维范围的优点。借助于根据本发明的设备，基于或以三维对象的形式出现的信息，或部分如此的信息，也可以被成象。
最好，该设备适于在距信息载体同样的距离上在两种模式下被保持以便使用者在改变成象区域的尺寸时不需要改变它的手的位置。一个合适的距离可以是5-15cm。
对于该设备为了在各种记录状态下易于控制，它适合于手持。
在一个最佳实施例中，该设备进一步包括适于利用图像的部分重叠内容用于在第一模式中将图像组合成一幅复合图像的一个信号处理单元。由于实际上图像的重叠内容被用于组合图像，该设备不需要包含用于记录该设备相对于信息载体的位置或用于测量图像之间距离的任何装置，例如一个轮子。结果极大地改善了用户友好。
组合最好垂直和水平地被进行。这具有设备可以被保持在不同的角度甚至可以在扫过信息载体时被旋转并且图像还可以较好地组合的优点，使得在复合图像中的字符可以被识别和OCR处理。
为了使尽可能多的信息被存储于设备中，信息处理单元最好包括用于在复合图像中识别字符及用于在设备中以字符编码格式，如ASCII码，存储上述信息的软件。字符的识别可以，比如，借助于神经网络来进行。
此外，该设备可以包括用于与一个外部单元无线联系的收发信机。用这种方式，信息可以在设备和例如，一台外部计算机之间被传递。收发信机可能是IR收发信机，移动无线电收发信机，或其它一些合适的收发信机。
如上面所提到的，设备也可以作为一台扫描仪在第二操作模式中有益地操作，在这种情况下它适于扫过信息并记录多个图象，带有部分重叠内容，图像被组合成信息的复合图像并且其每个都涉及第二大尺寸的区域。
本发明将在下面通过表示本发明可以如何被执行的一个例子被说明。该说明参照附图，其中
图1示意地表示根据本发明设备的第一实施例；
图2是在根据本发明设备的第一实施例中电子电路的框图；
图3示意地表示与设备分别在第一模式和第二模式中的使用有关的指示区域；
图4是表示设备要如何被用于第一模式的流程图；
图5是表示设备要如何被用于第二模式的流程图；及
图6示意地表示根据本发明设备的第二实施例。
在图1中表示的根据本发明设备的实施例中，它包括一个具有大概与传统的强光笔同样形状的外壳1。外壳的一个短边具有一个窗2，它要被引导到一个区域上使用者要成象的信息载体上。该信息载体可以由，比如，一页纸或者由其使用者要以字符或图像的格式记录信息的一些其它类型的存储介质所组成。
窗2稍微凹入外壳1中以便在设备不使用时减少尾部碰撞或其它的危害。
外壳1基本上包含一个光学部件3，一个电子电路部件4及一个电源部件5。
光学部件3包括共同构成指示装置的4个发光二极管6，但其中只有二个在图中是可见的，以及一个可调节的透镜系统7和构成与电子电路部件4的接口的一个光感应传感器8。
发光二极管(LEDS)6被用于指示在设备下能借助于该设备成象的信息载体上的区域。
透镜系统7同时履行两种任务。任何之一是从发光二极管将光线投射到设备的窗朝向其被引导的信息承载表面，用于规定成象区域。来自LED的光可以在该表面上以发光点的形式被看到。
透镜系统7的其它任务是要在光感应传感器8上使由设备指示的区域尽可能准确地成象。为了在设备被保持在距信息载体一个给定的距离时获得不同尺寸的区域图像，透镜系统7在二个位置之间是可调节的。透镜系统的调节可以借助于与用在摄像中的相同的技术来实现。
图3示意地表示设备如何分别以第一模式和第二模式被保持在表面上方并由此二个不同尺寸的成象区域如何被提供。此外，透镜系统7也在图中分别以对应于第一模式和第二模式的二个不同的位置示意地表示。
在这个例子中，光感应传感器8包括带有一个内装A/D转换器的二维，方形CCD单元(CCD=充电耦合设备)。这样的传感器可在市场上购买。在这种情况下，传感器8被装在它自己的印刷电路板11上。
设备的电源从被装在外壳内隔离仓13中的一个电池12来获得。
图2中的框图示意地表示了电子电路部件4。这包括一个处理器20，它借助于总线21被连接到其中处理器的程序被存储的ROM22，构成处理器的工作存储器并且其中来自传感器的图像以及识别和翻译的字符被以第一模式存储的读/写存储器23，控制逻辑单元24，传感器8以及透镜系统7和LED6。
控制逻辑单元24依次被连接到多个外围单元，包括被装在外壳内的一个显示器25，用于传送到/来自一台外部计算机的信息的收发信机26，借助于它使用者能控制设备的按钮27，以及包括比如指示设备所处模式及记录是否产生的一对附加LED的一个操作指示器28，在控制逻辑单元24中产生到存储器，传感器及外围单元的控制信号。控制逻辑也控制到处理器的中断信号的产生及优先次序。按钮27,IR收发信机26，显示器25和LED6通过处理器在控制逻辑单元中寄存器上的写和读被存取。按钮27在它们被启动时产生至处理器20的中断信号。
该设备要如何被使用的一个例子现在将被叙述。假设使用者想要从一页纸记录一段文本和一幅图像。在这种情况下，他将设备保持在距该页纸合适的距离上。当然，该距离对人和人是变化的，但通常在5-15cm范围之内。在第一模式中，设备的功能如下。首先，使用者想要记录文本的一部分。他通过按动按钮27启动设备，从而两个LED6被接通将二个发光点投射到该页纸上。这些发光点表示了成象区域的高度，由此指示它的尺寸因为成象区域是方形的。使用者将这些点放在他想要记录的文本部分中第一个字母的左边。接着，他按动按钮27启动该设备并移动该设备，以便发光点用与某人阅读文本同样的方式移过要记录的文本。当使用者启动设备时，处理器20命令设备开始以一个预定频率，比如25Hz记录图像，因此由传感器记录的图像被存储在读/写存储器23中。然而，以图像格式被存储的文本需要大量的存储器空间。因此，要节省在这种模式中的存储器空间，图像中的字符借助于ASCII码被识别和存储。当使用者已来到一行的末端或者已让发光点移过了所选择的文本部分时，他释放启动按钮，于是处理器20切断图像记录。当选择的文本部分已被记录时，使用者可以控制设备在显示器25上显示记录的文本或者通过IR收发信机26将文本传递到一台外部计算机。直接地在显示屏上显示扫描信息的可能性已证实很重要，因为使用者经常想要验证正确的信息已被扫描。
图4中的流程图表示设备是如何适于在第一模式中操作的。在步骤401中，设备借助于来自LED6的发光点指示成象区域。在步骤402中，使用者移动发光点穿过他想要记录的区域，因此设备记录带有重叠内容的图像并将它们存储于读/写存储器23中目前的成象区域内。该图像作为图像被存储，即，借助于多个每个具有从白到黑范围内的灰度值的象素。
一旦图像已被存储在当前成象区域内，带有前面图像的图像组合相应地开始，步骤403，如果这样的图像是可利用的。如果没有前面的图像，现在的图像直接进入读/写存储器中的行(line)图像区域。
为了确定当前的图像是要如何与前面的图像组合，以便在图像的内容之间获得最佳匹配，在图像之间每一个可能的重叠位置在象素级上被检验并且重叠测量被确定如下：
1)对于每个重叠的象素位置，如果两个相关象素不是白的则将它们的灰度值加起来。其中没有象素是白的这样的象素位置被指定为一个加位置。
2)所有加位置的灰度和被加起来。
3)每个象素位置的相邻位置被检验。如果一个重叠象素位置不是加位置的相邻位置并且由白色的和非白色的象素位置所组成时，则非白象素的灰度值可以乘以一个常数从2)项的和中减去。
4)如上面所表示的提供最高重叠测量的重叠位置被选择。在复合图像中，重叠象素灰度值的平均值被使用。用这种方式，可以在重叠区域内抑制噪声。组合由此被垂直和水平地进行。如果它在组合时被检测到图像未在水平线上结束，复合图像被相应地调节以便例如通过旋转复合图像使它变为水平。
我们的瑞典专利申请No.9704924-1和相应的美国申请No 024 641叙述了一种比较图像以便找到最佳重叠位置的替换方式。这些申请的内容通过参考的方法被结合起来。
复合图像在读/写存储器中的行图像区内逐渐地扩大。最好行图像区域足够大以存储普通书写型文本的A4行。
在步骤404中，处理器20的软件将在行图像存储区域内的复合图像分成每个只包含一个字符的子图像。这个步骤的目的是要产生输入信号给要翻译字符的神经网络软件。这个细分通过把在复合图像中用于每行和每列象素的象素灰度值加起来而实现。通过研究所获得的行和和列和的局部强度最小值，对于图像中每个字符的外围轮廓可以被确定。
接着，在步骤405中，成象的字符串的复合图像中的每个字符被翻译。一起构成只包含一个字符的子图像的象素灰度值作为输入信号被馈送到神经网络。神经网络的每个输出代表网络可以识别的一个字符。具有最高输出信号的网络输出被选择并且由此选择的字符在步骤406中使用一个预定的字符编码格式，例如ASCII码，被存储于存储器区域中用于翻译字符的读/写存储器23中。当字符识别和存储以字符编码格式被完成时，处理器启动操作指示器28以通知使用者它准备记录新的字符串，步骤407。接着，它回到步骤401。
在第一模式中，上述的步骤由此由处理器20借助于相关的单元和合适的软件被进行。这样的软件可以由熟练的技术人员借助于上述说明来开发。字符的识别借助于神经网络软件被执行，它以合适的方式被训练。神经网络软件是可在市场上购买的，例如从美国MA01760,Natick,24prime park way,MathWorks公司，MATLAB神经网络工具箱。
在这个例子中，使用者也想要记录在该页纸上包含的图像。为了做到这点，他按动按钮27，因此该设备改变模式并且处理器将一个信号发送到透镜系统7。透镜系统7从它在第一模式的位置被移动到需要的用于第二模式的位置。此外，先前被切断的两个LED6被接通。在调节方面，透镜系统7的焦距被改变并且四个发光点从可成象部分的中心斜对着向外移动，以便提供更大的可成象部分，其也在图3中被表示。接着使用者引导设备以便发光点投射到环绕着他想要记录的图像周围的纸上。在这方面，他可以通过改变到该纸的距离调节成象区域的尺寸。然后他按动按钮27启动设备，随后记录在发光点之间的部分的图像。当图像已被记录时，使用者可以控制设备或者在显示器25上显示记录的图像或者通过IR收发信机26将图像传递到一台外部计算机。如果在纸上使用者想要记录的图像太大以致于不在由发光点所限定部分的范围之内时，使用者可以记录一些子图像，它们以在第一模式中设备的使用相同的方式组合成的更大的图像。接着，由使用者记录的文本和图像信息可以在设备的显示器25上或在一台外部计算机上被显示。
图5的流程图表示了设备如何适于第二模式中的功能。在步骤501中，可成象部分的范围由从LED6被投射在纸上的四个发光点所指示。当使用者确定纸的正确部分已被标出，他按动按钮27并在步骤502中，图像随后被记录。该图像借助于多个象素被记录在读/写存储器的当前图像区域中，象素即可以具有灰度值也可以具有色彩值。使用者现在可以选择他是否想要保留当前的图像。如果使用者决定保留该图像，程序沿着实线继续到步骤503，其中图像被存储于存储器23中。当图像已被存储时，设备在步骤504中指示它准备扫描新的图像。如果使用者不希望保留图像，程序从步骤502沿虚线继续回到步骤501，以便用于要记录的新图像。
在上述的实施例中，该设备具有一个被用在第一及第二模式的单独的光感应传感器。然而如上面所提到的，该设备可有选择地具有用于每种模式的一个传感器。图6示意地表示了图1中的实施例如何可以被改成具有两个传感器。在图6的实施例中，该设备具有在外壳的侧面的第二个窗2’，一个带有二维传感器表面的第二光感应传感器8’，和可以具有可变焦的第二透镜装置7’。电子电路部件与根据图1的实施例相同。当从一种模式调节到另一种模式时，调节哪个传感器被启动用于成象以及调节从哪个传感器电子电路部件采集图像。