掃描儀的工作原理

掃描儀

工作原理掃描儀簡介掃描儀是圖像信號輸入設備。它對原稿進行光學掃描，然后將光學圖像傳送到光電轉換器中變?yōu)槟M電信號，又將模擬電信號變換成為數(shù)字電信號，最后通過計算機接口送至計算機中。掃描儀從20世紀80年代誕生至今，其種類已經(jīng)發(fā)展為手持式、平板(平臺)式、滾筒(饋紙)式三大類。目前，平板式掃描儀已成為市場主流。掃描儀是一種被廣泛應用于計算機的輸入設備。作為光電、機械一體化的高科技產(chǎn)品，自問世以來以其獨特的數(shù)字化“圖像”采集能力，低廉的價格以及優(yōu)良的性能，得到了迅速的發(fā)展和廣泛的普及。經(jīng)過多年發(fā)展，目前平板式掃描儀的技術已經(jīng)相當成熟。平板式掃描儀的掃描幅面主要為A4和A3，分辨率通常為300～2400dpi（每英寸內可掃描到的點數(shù)），色彩位數(shù)可達36位。掃描時將圖稿放在掃描儀玻璃板上，由軟件控制整個掃描過程，掃描精度很高。目前，平板式掃描儀在辦公自動化、平面設計、廣告制作等許多領域都得到了廣泛的應用。手持式掃描儀

滾筒式掃描儀平板式掃描儀

一、掃描儀的組成結構

上蓋。主要是將要掃描的原稿壓緊，以防止掃描燈的光線泄露。原稿臺主要是用來放置掃描的原稿的地方，其四周設有標尺線以方便協(xié)助原稿放置，并能及時確定原稿掃描尺寸。中間為透明玻璃，稱為稿臺玻璃。光學成像部分俗稱掃描頭，即圖像信息讀取部分，它是掃描儀的核心部件，其精度直接影響著掃描圖像的還原逼真程度。它包括以下主要部件：燈管、反光鏡、鏡頭以及電荷耦合器件(CCD)。光電轉換部分是指掃描儀內部的主板，掃描儀的光電轉換部分主板就這么一小塊，但它卻是掃描儀的心臟。它是一塊安置有各種電子元件的印刷電路板。它是掃描儀的控制系統(tǒng)，在掃描儀掃描過程中，它主要完成CCD信號的輸入處理，以及對步進電機的控制，將讀取的圖像以任意的解析度進行處理或變換所需的解析度。其包括有A／D變換器、BIOS芯片、I／O控制芯片和高速緩存(Cache)。掃描儀工作模擬流程圖光學成像部分

光電轉換部分

除此之外，掃描儀還包括機械傳動部分，主要有步進電機、驅動皮帶、滑動導軌和齒輪組組成。二、掃描儀的工作原理了解了掃描儀的構成之后，下面來談談掃描儀的工作原理。一般來講，掃描儀掃描圖像的方式大至有三種，即：以光電耦合器(CCD)為光電轉換元件的掃描.以接觸式圖像傳感器CIS(或LIDE)為光電轉換元件的的掃描.以光電倍增管(PMT)為光電轉換元件的掃描.1．以光電耦合器(CCD)為光電轉換元件的掃描儀工作原理

多數(shù)平板式掃描儀使用光電耦合器(CCD)為光電轉換元件，它在圖像掃描設備中最具代表性。其形狀像小型化的復印機。圖像掃描儀的CCD是一種線性CCD，即一維圖像傳感器。掃描儀對圖像畫面進行掃描時，線性CCD將掃描圖像分割成線狀，每條線的寬度大約為10μm。光源將光線照射到待掃描的圖像原稿上，產(chǎn)生反射光,CCD圖像傳感器根據(jù)反射光線強弱的不同轉換成不同大小的電流，經(jīng)A／D轉換處理，將電信號轉換成數(shù)字信號，即產(chǎn)生一行圖像數(shù)據(jù).同時，機械傳動機構在控制電路的控制下,驅動光學系統(tǒng)和CCD掃描裝置在傳動導軌上與待掃原稿做相對平行移動，將待掃圖像原稿一條線一條線的掃入。2．接觸式圖像傳感器CIS(或LIDE)的掃描儀工作原理

CIS（Contactimagesensor，簡稱CIS）感光器件一般使用制造光敏電阻的硫化鎘作感光材料，硫化鎘光敏電阻本身漏電大，各感光單元之間干擾大，嚴重影響清晰度，這是該類產(chǎn)品掃描精度不高的主要原因。但它具有具有結構簡單、體積小、應用方便等優(yōu)點。在一些應用場合，CIS傳感器比CCD或CMOS等傳感器有無法比擬的優(yōu)點。LIDE(LEDInDirectExposure)二極管直接曝光技術是佳能公司獨創(chuàng)的技術，是一種基于CIS技術的革新技術，它使用三色二極管作為光源。LIDE通過接觸式圖像傳感器CIS從近距離接觸以1：1的比例對原稿進行掃描，不需要復雜的光學系統(tǒng)，這就使掃描儀的尺寸可以做的較小，同時也使掃描儀變得非常輕巧。此外，由于二極管光源及掃描頭移動所需要的功耗極小，這類產(chǎn)品能夠通過PC機的USB端口提供所需的電力。

接觸式圖像傳感器CISLIDE(佳能canoscanlide70掃描儀)3．光電倍增管(PhotoMultiplierTube)工作原理與采用線性CCD為圖像傳感器的平板式掃描儀不同，光電倍增管(PMT)為滾筒式掃描儀采用的光電轉換元件。光電倍增管實際是一種電子管，其感光材料主要是由金屬銫的氧化物及其他一些活性金屬(一般是鑭系金屬)的氧化物共同構成。這些感光材料在光線的照射下能夠發(fā)射電子，經(jīng)柵極加速后沖擊陽電極，最后形成電流，再經(jīng)過掃描儀的控制芯片進行轉換，就生成了物體的圖像。在所有的掃描技術中，光電倍增管是性能最為優(yōu)秀的一種，其靈敏度、噪聲系數(shù)、動態(tài)密度范圍等關鍵性指標遠遠超過了CCD及CIS等感光器件。這種感光材料幾乎不受溫度的影響，可以在任何環(huán)境中工作但是這種掃描儀的成本極高，一般只用在最專業(yè)的滾筒式掃描儀上。使用光電倍增管的滾筒式掃描儀的結構三、彩色掃描技術真實色彩的還原主要依靠掃描儀獨特的色分離技術。由于CCD只是將所感應的光的強弱轉換成相應大小的電流，它不可能對所掃描圖像的顏色進行識別。因此，掃描儀需要將這些顏色進行分離。

目前，應用于掃描儀的色分離技術常見的有4種：濾光片色分離技術、光源交替色分離技術、三CCD色分離技術和單CCD色分離掃描技術。掃描儀在掃描圖像時，先生成分別對應于紅(R)、綠(G)、藍(B)的三基色的3幅圖像，也就是說每幅圖像中只包含相應的單色信息，紅基色圖像中只包含紅色的信息、綠基色圖像中只包含綠色信息，藍基色圖像中自然只包含藍色信息。最后，將這3幅圖像合成即得到了彩色的圖像。如下圖示：

1.濾光片色分離技術各種形狀的濾光片各色濾光片其基本原理是：在線性CCD圖像傳感器的前面加裝一濾光片，濾光片從上向下分為3等份，第1部分為紅色濾光片，第2部分為綠色濾光片，第3部分為藍色濾光片，掃描時通過濾光片的移動使得CCD傳感器分別記錄相應基色下的圖像信息，從而得到三基色的3幅圖像信息。2.光源交替色分離技術

與濾光片色分離技術的原理類似，這種技術是在鏡頭與掃描原稿之間加設3根發(fā)光燈管，其顏色分別為紅(R)、綠(G)和藍(B)，掃描圖像時，3根不同顏色的燈管交替發(fā)光，從而使CCD得到3幅三基色圖像信息。掃描儀發(fā)光燈管3.三CCD色分離技術與前兩種色分離技術不同，三CCD色分離技術中使用了3個CCD完成掃描成像：光線通過鏡頭，經(jīng)過一個特殊設計的分光棱鏡將相應顏色的光線反射到相應的CCD圖像傳感器中，每一個CCD產(chǎn)生一種顏色的圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過一次掃描即可得到彩色的圖像。因此，可以看出這種分色技術成像速度最快，但其造價最高。4.單CCD色分離技術單CCD色分離技術仍然是采用單個線性CCD，不過，在CCD的感光面上加入了濾色鏡，在感光的同時直接進行分色。

濾色鏡四、掃描儀的性能指標

1.分辨率掃描儀對圖像細節(jié)的表現(xiàn)能力用分辨率來衡量。分辨率通常用每英寸掃描圖像上所含有的像素點個數(shù)表示，記作dpi(dotperinch，每英寸的點數(shù))。光學分辨率為300×600dpi的掃描儀，適用于對圖像掃描質量要求不高的場合，如普通家庭用戶的圖像掃描、辦公室文檔資料的掃描等。光學分辨率為600×1200dpi的掃描儀，適用于有一定質量要求的專用圖像處理。在使用高分辨率對圖像進行掃描后，可保證圖像被放大數(shù)倍后仍保持一定的圖像分辨率以滿足輸出精度要求。光學分辨率在1000×1200dpi以上的掃描儀屬于專業(yè)掃描儀，價格比較昂貴。掃描速度慢，生成文件大。

色彩位數(shù)

掃描儀的色彩位數(shù)表示彩色掃描儀所能產(chǎn)生的顏色范圍，標志著掃描儀對色彩的識別能力。色彩的位數(shù)越高，對顏色的區(qū)分就越細膩，所表達的色彩種類就越豐富。色彩位數(shù)通常表示每個像素點上顏色的數(shù)據(jù)位數(shù)。掃描儀接口

SCSI(SmallComputerSystemInterface/小型計算機系統(tǒng)接口)是掃描儀最早使用的接口標準。

EPP(EnhancedParallelPort，增強型并行接口)的優(yōu)勢在于安裝方便，價格也比SCSI掃描儀便宜。

USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)是一種新型的支持即插即用的接口標準。掃描速度掃描一幅彩色圖像需經(jīng)過預熱、采樣、數(shù)據(jù)處理、傳輸、還原等步驟，其中每一個步驟都可能制約掃描速度。而且掃描速度與系統(tǒng)硬件配置、掃描