本发明属于图像处理的技术领域，具体而言，涉及一种用于纸张扫描装置的卡纸预测方法及系统。
背景技术：
纸质处方单据是指由注册的执业医师和执业助理医师在诊疗活动中为患者开具的、由取得药学专业技术职务任职资格的药学专业技术人员审核、调配和核对，并作为患者用药凭证的医疗文书。处方是医生对病人用药的书面文件，是药剂人员调配药品的依据，具有法律、技术、经济责任。在纸质处方单的具体使用过程中，往往需要进行对其扫描存档，以便于医师进行调取分析。
在上述背景下，专利号为：CN201410620959.5的发明专利中公开了一种纸张扫描设备，其包括扫描机架、传输通道、用于纸张图像纠偏的纠偏装置等，在纸张边界不超过扫描设备边界的情况下，可在无伤的情况下对纸张进行双面扫描、输送与收集等，极大的提高了效率，使用便捷。
通过现有公开的纸张扫描设备扫描得到的纸张图像，可以自动完成图像纠偏、切边，图像采集分辨率200dpi、300dpi，对于自动化的单据OCR识别，处方OCR识别以及进一步的智能审方等有很重要意义；且相对于传统的高清抓拍仪采集的图像，可以避免因纸张褶皱、纸张光照不均、纸张倾斜造成获取的最终图像产生变形，进而造成识别率低下的问题。
但是，在采用在纸张扫描设备扫描纸张的过程中发现，当纸张投歪，纸张一旦超过纸张扫描设备的左右边界，此时，纸张尚未完全通过扫描口，就会出现卡纸现象，而纸张扫描设备并不会停下来，则会造成纸张的损坏，因此，需要开发用于预测纸张在扫描过程中是否会卡纸的方法，以减少纸张在扫描过程中，纸张出现卡纸损坏，确保纸张扫描图像完整清晰。
技术实现要素：
有鉴于此，为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于纸张扫描装置的卡纸预测方法及系统。
本发明所采用的技术方案为：一种用于纸张扫描装置的卡纸预测方法，主要包括以下步骤：
(1)获取当前纸张扫描后的图像，并对图像进行处理以生成二值化图像，计算二值化图像的倾斜角度；
(2)根据步骤(1)中的倾斜角度估算在入纸口处纸张的左右边界，并判断是否超过入纸口的尺寸，若超过，则进行退纸；若未超过，则进入至步骤(3)；
(3)估算下次获取扫描图像前可能越界的纸张，并判断是否会出现卡纸，若判断结果为会卡纸，则提示退纸；若判断结果为不会卡纸，则继续扫描进纸。
进一步地，所述步骤(1)中倾斜角度的具体算法如下：
1)获取当前纸张扫描后的图像，将图像缩放且缩放倍数为r_size，并将彩色图像转换为灰度图像；
2)当图像高度超过高度值H时，只取最下面的图像；
3)进行轮廓提取并将轮廓画出，以得到轮廓二值化图像，轮廓用黑色0表示，其他区域用白色255表示；
4)从左到右，从上到下扫描轮廓二值化图像，当找到第一个为0的点时，此点为最左边的点A，该点横坐标用x1表示，纵坐标用y1表示，表示为(x1，y1)；
5)从右到左，从上到下扫描轮廓二值化图像，当找到第一个为0的点时，此点为最右边边的点B，该点横坐标用x2表示，纵坐标用y2表示，表示为(x2，y2)；
6)根据点A和点B的纵向距离关系进行如下计算：
(a)当y1>y2时，表明x1为左下角的点；令轮廓二值化图像的下边界纵坐标为Y，若Y-y1>0，则表明纸张边界已扫描完成，不需要再估算，退出卡纸预测，继续进纸扫描；反之，进入步骤7)估算倾斜角度；
(b)当y1<y2时，表明x2为右下角的点，令轮廓二值化图像的下边界纵坐标为Y，若Y-y2>0，则表明纸张边界已扫描完成，不需要再估算，退出卡纸预测，继续进纸扫描；反之，进入步骤7)估算倾斜角度；
(c)当y1＝y2时，令轮廓二值化图像的下边界纵坐标为Y，若Y-y2>0，则表明纸张边界已扫描完成，不需要再估算，退出卡纸预测，继续进纸扫描；反之，进入步骤7)估算倾斜角度；
7)计算轮廓二值化图像边界上的其他点，估算倾斜角度，将C点表示为(x3，y3)，D点用坐标表示为(x4，y4)；
(a)当y1＝y2时，表明轮廓二值化图像为三角形形状，计算倾斜角度倾斜角度
(b)当y1>y2时，表明x1为左下角的点，则y1向上纵向取th2的距离，得到边界点C，根据点A和点C计算倾斜角度以y2向下取th2的距离，得到边界点D，根据点B和点D得到的倾斜角度
(c)当y1<y2时，表明x2为右下角的点，则y2向上纵向取th2的距离，得到边界点D，根据点B和点D得到的倾斜角度y1向下取边界点C，根据点A和点C计算的倾斜角度
进一步地，所述步骤(2)中计算入纸口处纸张的左右边界的具体方法如下：
1)当y1>y2时，令入纸口到扫描口的距离为L，根据角度和纵向距离估算入纸口处纸张的左点，则左点的横坐标为右边不必估算；
2)当y1<y2时，令入纸口到扫描口的距离为L，根据角度和纵向距离估算入纸口纸张的右点，则右点的横坐标为左边不必估算；
3)当y1＝y2时，
(a)若满足(abs(x3-x4)<3)||((abs(y1-y3)<(th2-8)))||((abs(y2-y3)<(th2-8))))，则不估算；
(b)若θ1>θ2，估算入纸口处纸张左边边界点的横坐标为右边不必估算；
(c)若θ1＜θ2，估算入纸口处纸张右边边界点的横坐标为左边不必估算。
进一步地，所述步骤(3)中，每隔Z行像素取一次图像处理进行卡纸预测，下次卡纸预测时，纸张在入纸口的可能位置为：
1)当y1>y2时，根据角度和纵向距离估算下次扫描图像时入纸口处纸张的最左点位置的横坐标
2)当y1<y2时，根据角度和纵向距离估算下次扫描图像时入纸口处纸张的最右点位置的横坐标
3)当y1＝y2时，不必估算；
判断是否会出现卡纸，将上述估算的坐标mx1、mx2、mx3、mx4通过统一乘以缩放的倍数r_size换算到缩放前的位置，令完整扫描后图像的宽度为W，若满足(mx1*r_size＜2)Pmx2>(w-2)P(mx3＜1)P(mx4>(w-1))，则判断为会卡纸，并提示退纸单元退纸；否则，继续扫描进纸。
本发明还提供了一种应用于纸张扫描装置的卡纸预测方法的系统，包括扫描单元、卡纸预测单元、退纸单元和主控单元，所述主控单元分别与扫描单元、卡纸预测单元和退纸单元电连接，卡纸预测单元将预判结果反馈至主控单元，主控单元发送执行信号至退纸单元，退纸单元执行相应动作以实现对待扫描的纸张进行及时退纸。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过在纸张扫描设备中加入卡纸预测单元，当纸张投的严重倾斜时，预先判断会出现卡纸就退出纸张，提示用户重新投纸张扫描，保证纸张不被损坏；
2.本发明中通过计算扫描纸张的倾斜角度，再根据倾斜角度估算纸张入纸口的尺寸边界尺寸，估算下次获取扫描图像前可能越界的纸张，以对纸张在进纸过程中能够进行预判，防止纸张在扫描过程中出现卡纸的情况会造成纸张的损坏，以提示操作者对纸张的摆放角度进行及时调整，减少卡纸和纸张的损坏。
附图说明
图1是本发明提供的用于纸张扫描装置的卡纸预测方法中纸张扫描设备在扫描图像时的示意图；
图2是本发明提供的用于纸张扫描装置的卡纸预测方法中纸张无倾斜扫描的状态图；
图3是本发明提供的用于纸张扫描装置的卡纸预测方法中纸张倾斜角度45度扫描的状态图；
图4是本发明提供的用于纸张扫描装置的卡纸预测方法中纸张左倾斜扫描的状态一示意图；
图5是本发明提供的用于纸张扫描装置的卡纸预测方法中纸张左倾斜扫描的状态二示意图；
图6是本发明提供的用于纸张扫描装置的卡纸预测方法中纸张右倾斜扫描的状态一示意图；
图7是本发明提供的用于纸张扫描装置的卡纸预测方法中纸张右倾斜扫描的状态二示意图；
图8是本发明提供的用于纸张扫描装置的卡纸预测方法中三角形图像估算角度方法示意图；
图9是本发明提供的用于纸张扫描装置的卡纸预测方法中纸张左倾斜估算角度方法示意图；
图10是本发明提供的用于纸张扫描装置的卡纸预测方法中纸张右倾斜估算角度方法示意图；
图11是本发明提供的用于纸张扫描装置的卡纸预测系统的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提供了一种用于纸张扫描装置的卡纸预测方法，本发明是在如下假设条件下进行的：纸张1是规则的四边形，而不是无规则的任何纸张。
在本发明中，所说的坐标系为图像坐标系，即左上角的像素点为(0，0)，x轴方向越往右越大，y轴方向越往下越大。在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常以本公开示例性实施例提供的示意图在正常视角的情况下定义的。
本发明可适用于可以纸张扫描设备进行扫描的各种大小小于A4的纸张1，包含但不仅限于电子处方，也可以其他纸张1、单据等。
根据纸张扫描设备的特点，纸张1最上面的边界只要当前不越界就永远不会越界，只有下面的边界才需要估算是否存在卡纸的情形。如图1所示，第一直线2以上的部分为纸张扫描设备扫描输出的图像，根据当前图像可以判断出当前纸张1的倾斜角度，进一步判断出在第二直线3处就会出现卡纸现象，但是因为获取到的图像没有越界，所以，纸张扫描设备自带的纠偏装置并没有进行机械纠偏，此时如果继续吸纸，纸张1就会因为卡纸出现撕裂，折角等损坏，在本发明中公开的卡纸预测方法正是通过已获取的图像信息，预测纸张1在入纸口处是否越界，进一步判断是否会出现卡纸的情况。同时，预估当前纸张扫描图像所形成的倾斜角度情况下，该纸张1还可以前进多少毫米，也即扫描多少像素点而不会卡纸。
为实现上述所提供的用于纸张扫描装置的卡纸预测方法，主要包括以下步骤：
(1)获取当前纸张扫描后的图像，并对图像进行处理以生成二值化图像，计算二值化图像的倾斜角度；通过现有的纸张扫描设备对纸张1进行图像扫描(优选的，纸张扫描设备采用专利CN201410620959.5所公开的设备)，如图1所示，在图1中以第一直线2表示扫描灯的所在位置，以第二直线3表示纸张1入纸口的所在位置，其第一直线2和第二直线3之间的间隔为入纸口到扫描灯之间的距离，第一直线2以上为已经生成的扫描图像，由于纸张扫描设备的结构特征，当由入纸口吸入纸张1时，采集得到的图像仅有第一直线2上面的部分，第一直线2下面的部分没有生成图像，无法知道图像信息。优选的，在本发明实施例中，我们采用的用纸张扫描设备完整扫描后图像的宽度为1728个像素(即为后述中图像的宽度W)，入纸口到扫描灯的距离为63mm，换算到像素为530行像素(即为后述中入纸口到扫描口的距离为L。)
(2)根据步骤(1)中的倾斜角度估算在入纸口处纸张1的左右边界，并判断是否超过入纸口的尺寸，若超过，则进行退纸；若未超过，则进入至步骤(3)；在判断过程中，通过计算出扫描图像的边界点坐标值，将该坐标值与入纸口的边界点坐标值进行比较，以判断纸张1的边界是否会超过入纸口的边界。
(3)估算下次获取扫描图像前可能越界的纸张1，并判断是否会出现卡纸，若判断结果为会卡纸，则提示退纸；若判断结果为不会卡纸，则继续扫描进纸。
所述步骤(1)中倾斜角度的具体算法如下：
1)获取当前纸张扫描后的图像，将图像缩放且缩放倍数为r_size，并将彩色图像转换为灰度图像；在本发明实施例中，缩放倍数为4；
2)当图像高度超过高度值H时，只取最下面的图像；在本实施例中，取固定高度为120；
3)进行轮廓提取并将轮廓画出，以得到轮廓二值化图像，轮廓用黑色0表示，其他区域用白色255表示；
4)从左到右，从上到下扫描轮廓二值化图像，当找到第一个为0的点时，此点为最左边的点A，该点横坐标用x1表示，纵坐标用y1表示，表示为(x1，y1)；
5)从右到左，从上到下扫描轮廓二值化图像，当找到第一个为0的点时，此点为最右边边的点B，该点横坐标用x2表示，纵坐标用y2表示，表示为(x2，y2)；
6)根据点A和点B的纵向距离关系进行如下计算：
(a)当y1>y2时，如图4-图5所示，表明x1为左下角的点；令轮廓二值化图像的下边界纵坐标为Y，即图4、图5中直线C的纵坐标，若Y-y1>0，即如图5所示，直线C的纵坐标大于点A的纵坐标，则表明纸张1边界已扫描完成，不需要再估算，退出卡纸预测，继续进纸扫描；反之，即如图4所示，进入步骤7)估算倾斜角度；其中，直线C即为扫描灯的所在位置；
(b)当y1<y2时，如图6、图7所示，表明x2为右下角的点，令轮廓二值化图像的下边界纵坐标为Y，即图6、图7中直线C的纵坐标，若Y-y2>0，图6所示，直线C的纵坐标大于点B的纵坐标，则表明纸张1边界已扫描完成，不需要再估算，退出卡纸预测，继续进纸扫描；反之，如图7所示，进入步骤7)估算倾斜角度；其中，直线C即为扫描灯的所在位置；
(c)当y1＝y2时，如图2、图3所示，令轮廓二值化图像的下边界纵坐标为Y，若Y-y2>0，如图2所示，纸张1处于正确的摆放姿态，则表明纸张1边界已扫描完成，不需要再估算，退出卡纸预测，继续进纸扫描；反之，如图3所示，进入步骤7)估算倾斜角度；
7)计算轮廓二值化图像边界上的其他点，估算倾斜角度，将C点表示为(x3，y3)，D点用坐标表示为(x4，y4)；
(a)当y1＝y2时，表明轮廓二值化图像为三角形形状，如图8所示，则估算角度用到的x3，x4由图8中C点、D点所决定，计算倾斜角度倾斜角度以作为参考；
(b)当y1>y2时，表明x1为左下角的点，如图9所示，则y1向上纵向取th2的距离，得到边界点C，根据点A和点C计算倾斜角度以y2向下取th2的距离，得到边界点D，根据点B和点D得到的倾斜角度以作为参考；
(c)当y1<y2时，表明x2为右下角的点，如图10所示，则y2向上纵向取th2的距离，得到边界点D，根据点B和点D得到的倾斜角度y1向下取边界点C，优选的，y1向下纵向取th2的距离，根据点A和点C计算的倾斜角度以作为参考。
所述步骤(2)中计算入纸口处纸张1的左右边界的具体方法如下：
1)当y1>y2时，令入纸口到扫描口的距离为L，L＝530行像素，根据角度和纵向距离估算入纸口处纸张1的左点，则左点的横坐标为由于右边界肯定不会越界，因此右边不必估算；根据计算的mx1的具体值与入纸口左点的横坐标相比较，在本实施例中，入纸口左点的横坐标为0，若mx1小于0，则表示纸张1的左边界已超出了入纸口的左边界尺寸范围；反之，则未超出入纸口的左边界。
2)当y1<y2时，令入纸口到扫描口的距离为L，L＝530行像素，根据角度和纵向距离估算入纸口纸张1的右点，则右点的横坐标为由于左边界肯定不会越界，因此左边不必估算；同上，根据计算的mx2的具体值与入纸口右点的横坐标相比较，在本实施例中，入纸口右点的横坐标为S，若mx2大于S，则表示纸张1的右边界已超出了入纸口的右边界尺寸范围；反之，则未超出入纸口的右边界。
3)当y1＝y2时，在本实施例中，应限定纸张1相对于纵向方向的倾斜角度小于45°，因为，若倾斜角度大于45°，纸张1在扫描过程中必然会出现卡纸的情况，不需要进行估算预判。
(a)若满足(abs(x3-x4)<3)||((abs(y1-y3)<(th2-8)))||((abs(y2-y3)<(th2-8))))，则不估算，即表明纸张1在入纸口处呈正确的摆放角度，不会出现越界的情况发生；
(b)若θ1>θ2，估算入纸口处纸张1左边边界点的横坐标为右边不必估算；
(c)若θ1＜θ2，估算入纸口处纸张1右边边界点的横坐标为左边不必估算。
所述步骤(3)中，每隔Z行像素取一次图像处理进行卡纸预测，Z＝207行像素，在本实施例中，每隔207行像素取一次图像处理进行预测，因为如果每采集一行都对扫描图像做卡纸预测太耗时，并且也没必要，因为本发明针对的纸张1是规则的四边形，扫描一边时，该边的倾角是相同的，根据上一行的图像信息可以预估当前行的，但是行数又不能设置太大，避免有边角变换时，不满足相同倾角的规律，在进行下次卡纸预测时，纸张1在入纸口的可能位置为：
1)当y1>y2时，根据角度和纵向距离估算下次扫描图像时入纸口处纸张1的最左点位置的横坐标右边肯定不会越界；
2)当y1<y2时，根据角度和纵向距离估算下次扫描图像时入纸口处纸张1的最右点位置的横坐标左边肯定不会越界；
3)当y1＝y2时，不必估算；因为当出现y1＝y2的情况，要么是纸张1处于正确的摆放角度，不会出现越界，不必估算；要么是纸张1处于刚刚进入入纸口的状态，会随着纸张1的吸入，按照隔Z行像素取下一次图像时，y1与y2之间的关系会发生变化，因此，估算不具备参考意义也无法进行预判，同时，若纸张1的投入严重倾斜，在上述的步骤(2)中便会判断为超出入纸口的尺寸边界，进行相应的退纸操作。
判断是否会出现卡纸，将上述估算的坐标mx1、mx2、mx3、mx4通过统一乘以缩放的倍数r_size换算到缩放前的位置，令完整扫描后图像的宽度为W，W＝1728个像素，若满足(mx1*r_size＜2)Pmx2>(w-2)P(mx3＜1)P(mx4>(w-1))，则判断为会卡纸，并提示退纸单元退纸，表明纸张1投的严重倾斜，预先判断会出现卡纸就退出纸张1，提示用户重新投纸张扫描，保证纸张1不被损坏；否则，继续扫描进纸。
如图11所示，本发明还提供了一种应用于纸张扫描装置的卡纸预测方法的系统，包括扫描单元、卡纸预测单元、退纸单元和主控单元，所述主控单元分别与扫描单元、卡纸预测单元和退纸单元电连接，扫描单元将对纸张1的扫描图像传送至主控单元，主控单元将扫描图像反馈至卡纸预测单元，卡纸预测单元对扫描图像进行处理并分析计算，卡纸预测单元将预判结果反馈至主控单元，主控单元发送执行信号至退纸单元，退纸单元的执行机构执行相应动作以实现对待扫描的纸张1进行及时退纸，以防止纸张1在进纸过程中出现严重的损坏、破损等。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。