第七章仪

第七章扫描仪扫描仪是80年代中期才出现的光电机一体化高科技产品它可以将各种形式的图像信息输入到计算机,从图片、胶片、照片到各类图纸图形以及文档资料都可以用扫描仪输入到计算机中,从而对这些图像形式的信息进行处理。目前,扫描仪已广泛应用于出版印刷、广告制作、办公自动化、多媒体应用、图文通讯等众多领域,极大地促进了这些领域的技术进步。一、扫描仪工作原理扫描仪主要由光学系统、机械机构部分、扫描头、转换电路四部分组成。光学系统包括光源、光路、镜头等；机械机构主要由步进电机和导轨组成；扫描头由线状CCD(电荷藕合器件）组成，它的作用是实现光电转换，其精度直接影响扫描图像的还原程度；扫描仪电路主要包括CPU、A/D转换器、接口等部分，主要完面图像数据转换，与计算机接口等功能。扫描仪工作时，首先由光源将光线照在欲输入的图稿上，产生表示图像特征的反射光（反射稿）或透射光（透射稿）。光学系统采集这些光线，将其聚焦在感光器件上，由感光器件将光信号转换为电信号，然后由电路部分对这些信号进行A/D（Analog/Digital）转换及处理，生成相应的数字信号，经过扫描仪CPU处理后，图像数据暂存在其缓冲器中，为输入计算机做好准备。当机械传动机构在控制电路的控制下带动装有光学系统和CCD的扫描头与图稿进行相对运动，将图稿全部扫描一遍，扫描仪会按照先后顺序把图像数据传输到计算机并储存起来，经过软件重新处理后，一幅完整的图像就输入到计算机中去了。在整个扫描仪获取图像的过程中，有两个元件起到关键作用：一个是光电器件，它将光信号转换成为电信号；另一个是A/D变换器，它将模拟电信号变为数字电信号。这两个元件的性能直接影响扫描仪的整体性能指标，同时也关系到我们选购和使用扫描仪时如何正确理解和处理某些参数及设置。二、扫描仪的性能1、分辨率扫描仪的分辨率反映了扫描仪对图像细节的表现能力,生产厂家通常用每英寸长度上扫描图像所含像素点的个数来表示,记作DPI（DOTPERINCH,从数扫描仪的分辨率在300DPI到2400DPI之间，但扫描仪的真实分辨率或光学分辨率都是由CCD的精度决定的由于受制造成本和生产工艺的限制,目前扫描仪中CCD的精度最高为600DPI,高于此数的分辨率都是用光学分辨率扫描后,再通过软件插值算法另外补上计算出来的像素而得到的,1200PDI插值一次,2400PDI插值两次等等,插值法固然可以提高分辨率,但不一定能提高图像的品质,而且插值次数的增加,使数据量以几何级数增大,给处理的存储带来困难,所以扫描仪最高分辨率的确定,是各种矛盾调和的结果。为了准确衡量扫描仪对图像细节的实际分辨能力,国际上通常用标准测试图测试扫描仪在一英寸长度上实际能分辨出的线条个数,以此来表示扫描仪的实际精度,记作LPI。DPI是生产厂家提供的指标,LPI是从用户的角度测得的,而影响扫描仪精度的因素很多,有些产品的DPI值较高,但其实际精度比一些DPI值较低的产品还差,所以扫描仪的DPI与LPI并不总成正比,并不是DPI值越高,扫描仪的LPI值也越高。2、灰度级扫描仪的灰度级用来表示图像的亮度层次范围,级数越多,扫描图像的亮度范围越大,层次越丰富，目前多数扫描仪的灰度为256级.3、色彩数色彩数表示扫描仪所能产生图像的颜色数量,由描述每个像素点颜色的数据位数（Bit）,1Bit产生两种颜色,2Bit产生四种......,真彩色扫描仪其色彩数为24Bit,,色彩数越多,扫描图像就越丰富逼真,图像从白到黑的层次也越丰满细腻,所以提高扫描仪的色彩位数,可以提高扫描图像的品质,目前最高产品为36Bit的彩色扫描仪.4、扫描速度通常用在指定的分辨率和图像尺寸下的扫描时间来表示扫描速度,一般来说,在设备相同的情况下（相同的光源、CCD和其它元件）,扫描头通过图稿的速度越快,所取得的图像信息就越少,所以,快速扫描总是以牺牲一些图像质量来换取速度的,比如预扫（prescan）和普扫(normalscan),预扫速度快,但只能扫个大概样子,一般用来取样数据,而普扫则要把全部数据都读入计算机,所以相对来说速度较慢。另外,扫描仪在不同的微机软硬件环境下（主机型号、内存容量、附加卡等）,扫描速度也不同。制约扫描速度的因素主要有以下几个方面：（1）预扫时间：预扫时间其实就是扫描仪对所有的扫描面积进行一次快速扫描所需的时间。扫描仪从打开到进行正式扫描，有一段光源预热时间，如果是进行长时间连续扫描作业，这段预热时间似乎可以接受或者忽略不记。但是如果并不是连续作业，那么在每次扫描之前都要进行光源预热，不仅浪费了大量时间，而且对扫描仪的使用寿命也是一个极大的挑战。（2）接口：接口指扫描仪与电脑的连接方式。接口技术是扫描仪除成像技术之外最重要的技术之一，直接关系到扫描仪作为输入设备的工作效率。目前扫描仪的常见接口包括并口（EPP）、SCSI、IEEE1394和USB接口，目前的家用扫描仪以USB接口居多。几种接口方式中，SCSI接口传输速度很快，但需要在电脑中额外添加价值不菲的SCSI连接卡，不但增加了扫描仪的成本，而且安装复杂，目前仅限于专业用户使用。EPP接口曾经最普及，虽然目前市场上还能看到EPP接口的扫描仪，但是几乎所有的厂商都已经停产，尤其是其较慢的数据传输效率已经极大的限制了扫描仪的速度，显然无法适合快节奏的时代需要。IEEEl394接口虽然是具有里程碑意义的变革，而且采用IEEE1394接口的扫描仪的价格比使用USB接口扫描仪高许多，但是目前由于其较昂贵的价格还很难在家庭用户中普及。而新兴的USB接口作为近年新兴的行业标准，在传输速度、易用性、扩充性及计算机兼容性方面均有较好的表现，自99年推出以后，在市场的占有率节节上升，已成为公认标准。总的来说，USB已经成为扫描仪接口的标准。SCSI接口：SCSI（SmallComputerSystemInterface）接口是一种曾备受推崇的接口，此接口的优点在于不会占用较大的系统资源，最大的连接设备数为8个，最大的传输速度是160M/s，速度较快。但这种接口均需配置SCSI卡，可能会碰到诸如地址、中断设置等问题，安装较复杂，而且这类扫描仪的价格也往往更高。优点：允许多个读写请求同时进行而无须排队等候，从而让总线更有效率，整体性能高。传输速度高，工作稳定。最新标准的传输速度已经达到40MB/S。扫描仪的接口方式-EPPEPP（EnhancedParallelPort）是一种增强了的双向并行传输接口。优点是不需在PC中用其它的卡，无限制连接数目（只要你有足够的端口），设备的安装及使用容易，最高传输速度为1.5Mbps。缺点是速度比SCSI慢。此接口因安装和使用简单方便而在中低端对性能要求不高的场合取代SCSI接口。扫描仪的接口方式-USBUSB，通用串行总线，Universalserialbus，特点：结构简单，只有四条联线（V+、V-、+5V、Gnd）。传输速度快，最高可达12MB/S。支持热插拔（外设安装或移机时，主机不用重新启动）。PC/MAC的操作平台上都支持。方正目前产品大多是USB接口，这也是以后会流行的趋势。IEEE1394接口IEEE1394接口是苹果公司开发的串行标准，中文译名为火线接口（firewire）。同USB一样，IEEE1394也支持外设热插拔，可为外设提供电源，省去了外设自带的电源，能连接多个不同设备，支持同步数据传输。IEEE1394分为两种传输方式：Backplane模式和Cable模式。Backplane模式最小的速率也比USB1.1最高速率高，分别为12.5Mbps、25Mbps、50Mbps，可以用于多数的高带宽应用。Cable模式是速度非常快的模式，分为100Mbps、200Mbps和400Mbps几种，在200Mbps下可以传输不经压缩的高质量数据电影。作为高性能的快速通讯接口，它尤其受到专业扫描仪厂商的青睐。不过，对IEEE1394规范，苹果公司采用收费授权的方式，也就是使用IEEE1394规范的产品都必须向其支付一笔使用费。IEEEl394接口虽然是具有里程碑意义的变革，但是目前由于其较昂贵的价格还很难在家庭用户中普及。所以，采用IEEE1394接口的扫描仪的价格比使用USB接口扫描仪高许多。（3）扫描介质扫描介质为扫描仪所能扫描的介质类型，一般扫描仪可以处理的介质为照片、印刷品、文稿、正负底片、幻灯片和3D实物等。（4）光源光源指的是扫描仪机身内部的灯管，与步进电机自成一体，随步进电机一起运动。对扫描仪而言，光源是非常重要的，因为CCD上所感受的光线，全部来自于扫描仪自身的灯管。光源不纯或偏色，会直接影响到扫描结果。在正午的时候，我们用肉眼去看一张白纸，看到的是白色，但黄昏的时候，在金黄色阳光的作用下，同样的一张白纸会呈现出金黄色。——光源变了，我们看到的结果自然不同。专业扫描仪或一些高端家用或商用扫描仪，在扫描前会自动检测灯管发出的光线强度，特别是在扫描仪刚启动时，由于灯管未进入稳定状态，扫描仪有一定的预热时间，只有当光线强度足够达到标准，机内的光源检测传感器才会发出通过指令。而这时的扫描仪才能以最佳的工作状态进行扫描。普通家用、办公用扫描仪基本没有自检程序，有的扫描仪灯管发出的光线甚至连肉眼看上去都感觉不到刺眼，这样的光线强度自然不足以表现原稿中的暗部细节。（5）支持网络扫描支持网络扫描顾名思义也是通过网络进行扫描的，目前，拥有网络扫描功能的扫描仪很少见到。使用者只要将扫描仪连接到任意一台已连入网络的电脑上，通过专门设计的网络扫描软件就可实现对扫描仪资源的共享，而且，特别为网络扫描设计的定向传输功能可以令扫描好的影像直接传输到使用者自己的计算机中，安全可靠。（6）支持操作系统兼容操作系统这项指标，就是指扫描仪的驱动程序是否能和目前市场上的各类操作系统良好兼容运行，如windows98、windows2000、windowsXP、MACOS、LINUX等操作系统等。一台扫描仪，其驱动程序对操作系统的支持越完善，其安装使用起来也就越方便，这也是目前衡量新款扫描仪的一项主要指标。5、扫描次数从工作方式来看,扫描仪有三次扫描和一次扫描两大类，三次扫描方式技术成熟,实现简单、成本低,但扫描彩色图像时要分别用红光、绿光、蓝光扫描三次,因而速度慢,而一次扫描方式进行扫描时要一个扫描过程就可完成,速度快,且大大降低了扫描图像套色不准的可能性,改善了图像质量,通常一次扫描的彩色质量要比三次扫描的好,但一次扫描的彩色质量是否真正优于三次扫描,取决于扫描仪色彩数的位数。三、扫描仪的分类扫描仪的种类繁多，根据扫描仪扫描介质和用途的不同，目前市面上的扫描仪大体上分为：平板式扫描仪、名片扫描仪、底片扫描仪、馈纸式扫描仪、文件扫描仪。除此之外还有手持式扫描仪、鼓式扫描仪、笔式扫描仪、实物扫描仪和3D扫描仪。平板式扫描仪平板式扫描仪又称为平台式扫描仪、台式扫描仪，这种扫描仪诞生于1984年，是目前办公用扫描仪的主流产品。从指标上看，这类扫描仪光学分辨率在300—8000dpi之间，色彩位数从24位到48位，部分产品可安装透明胶片扫描适配器用于扫描透明胶片，少数产品可安装自动进纸实现高速扫描。扫描幅面一般为A4或是A3。从原理上看，这类扫描仪分为CCD技术和CIS技术两种，从性能上讲CCD技术是优于CIS技术的，但由于CIS技术具有价格低廉，体积小巧等优点，因此也在一定程度上获得了广泛的应用。名片扫描仪名片扫描仪顾名思义能够扫描名片的扫描仪，以其小巧的体积和强大的识别管理功能，成为许多人办公人士最能干的商务小助手。名片扫描仪是由一台高速扫描仪加上一个质量稍高一点的OCR(光学字符识别系统)，再配上一个名片管理软件组成。目前市场上主流的名片扫描仪的主要功能大致上以高速输入，准确的识别率，快速查找，数据共享，原版再现，在线发送，能够导入PDA等为基本标准。尤其是通过计算机可以与掌上电脑或手机连接使用这一功能越来越为使用者所看重。此外名片扫描仪的操作简便性和携带便携性也是选购者比较的两个方面。底片扫描仪底片扫描仪又