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发信人: Bulls (音乐虫子), 信区: Hardware
标  题: 扫描仪的工作原理与应用
发信站: BBS 荔园晨风站 (Fri Oct 15 01:57:06 1999), 转信


  序言
  扫描仪是除键盘和鼠标之外被广泛应用于计算机的输
入设备。你可以利用扫描仪输入照片建立自己的电子影集
;输入各种图片建立自己的网站;扫描手写信函再用E-mail
发送出去以代替传真机;还可以利用扫描仪配合OCR软件
输入报纸或书籍的内容,免除键盘输入汉字的辛苦。所有
这些为我们展示了扫描仪不凡功能,它使我们在办公、学
习和娱乐等各个方面提高效率并增进乐趣。
  在选购扫描仪时,我们常常遇到许多难懂的专业技术
名词,如光学分辨率(光学解析度)、最大分辨率(最大
解析度)、色彩分辨率(色彩深度)、扫描模式、接口方
式(连接界面)等等。在使用扫描仪当中,又会遇到到扫
描速度慢,占用硬盘空间多,以及一些不知所云的设置等
诸多困扰。然而说明书提供给我们的操作指导并不能让所
有的人成为应用专家,即使照着说明书去进行某些设置,
也不知道为什么要这样做,这无疑给我们用好用巧机器带
来了障碍。本文针对这些问题,试图从扫描仪的基本结构
入手,阐述它的工作原理,使我们对每一项设置或操作都
能知其然又知其所以然,在应用水平上有一个提高。
  一、扫描仪的工作原理
  扫描仪是图像信号输入设备。它对原稿进行光学扫描
,然后将光学图像传送到光电转换器中变为模拟电信号,
又将模拟电信号变换成为数字电信号,最后通过计算机接
口送至计算机中。图1为扫描仪的结构示意图。
  扫描仪扫描图像的步骤是:1.首先将欲扫描的原稿即
图1中的“B”正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上,原稿可以
是文字稿件或者图纸照片;2.启动扫描仪驱动程序后,安
装在扫描仪内部的可移动光源“C”开始扫描原稿。为了
均匀照亮稿件,扫描仪光源为长条形,并沿y方向扫过整
个原稿;3.照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的
缝隙,形成沿x方向的光带(图1中只表示出光路而没有表
示光带),又经过一组反光镜“D”,由光学透镜“E”聚
焦并进入分光镜“F”,经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得
到的RGB三条彩色光带分别照到各自的CCD“G”上,CCD将RGB
光带转变为模拟电子信号,此信号又被A/D变换器“H”转
变为数字电子信号。至此,反映原稿图像的光信号转变为
计算机能够接受的二进制数字电子信号,最后通过串行或
者并行等接口送至计算机。扫描仪每扫一行就得到原稿x
方向一行的图像信息,随着沿y方向的移动,在计算机内
部逐步形成原稿的全图。
  在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CCD,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

  1.什么是CCD?
  CCD是Charge Couple Device的缩写,称为电荷耦合
器件,它是利用微怠平面图像,而扫描仪中使用的是线性CCD
,它只有x一个方向,y方向扫描由扫描仪的机械装置来完
成。CCD芯片上有许多光敏单元,它们可以将不同的光线
转换成不同的电荷,从而形成对应原稿光图像的电荷图像
。如果我们想增加图像的分辨率,就必须增加CCD上的光
敏单元数量。实际闪俊/D
变换器的工作是将模拟量数字化,例如将0至1V的线性电
压变化表示为0至9的10个等级的方法是:0至小于0.1V的
所有电压都变换为数字0、0.1至小于0.2V的所有电压都变
换为数字1……0.9至小于1.0V的所有电压都变换为数字9
。实际上,A/D变换器能够表示的范围远远大于10,通常
是2^8=256、2^10=1024或者2^12=4096。如果扫描仪说明
书上标明的灰度等级是10bit,则说明这个扫描仪能够将
图像分成1024个灰度等级,如果标明色彩深度为30bit,
则说明红、绿、蓝各个通道都有1024个等级。显然,该等
级数越高,表现的彩色越丰富。
  二、扫描仪的性能
  扫描仪按种类可以分为手持扫描仪,台式扫描仪和滚
筒式扫描仪(鼓形扫描仪)。价格方面,手持型在400~600
元左右;台式机从1000至上万元不等;鼓形扫描仪的分辨
率在8000dpi以上,动态范围,彩色位数等指标都较高,
价格也不适合于一般家庭和办公室。扫描仪的主要性能指
标有x、y方向的分辨率、色彩分辨率(色彩位数)、扫描
幅面和接口方式等。各类扫描仪都标明了它的光学分辨率
和最大分辨率。分辨率的单位是dpi,dpi是英文Dot Per Inch
的缩写,意思是每英寸的像素点数。
  1.什么是光学分辨率?
  光学分辨率是指扫描仪的光学系统可以采集的实际信
息量,也就是扫描仪的感光元件——CCD的分辨率。例如
最大扫描范围为216mm×297mm(适合于A4纸)的扫描仪可
扫描的最大宽度为8.5英寸(216mm),它的CCD含有5100
个单元,其光学分辨率为5100点/8.5英寸=600dpi。常见
的光学分辨率有300×600、600×1200、1000×2000或袼厥荒茉鎏碚嬲耐枷裣附冢
虼耍?
我们应更重视光学分辨率。
  3.什么是色彩分辨率?
  色彩分辨率又叫色彩深度、色彩模式、色彩位或色阶
,总之都是表示扫描仪分辨彩色或灰度细腻程度的指标,
它的单位是bit(位)。色彩位确切的含义是用多少个位
来表示扫描得到分别占用8bit,它们
各有2^8=256个等级,一般称24bit以上的色彩为真彩色,
当然还有采用30bit、36bit、42bit的机种。从理论上讲
,色彩位数越多,颜色就越逼真,但对于非专业用户来讲
,由于受到计算机处理能力和输出打印机分辨率的限制,
追求高色彩位给我们带来的只会是浪费。
  4.什么是TWAIN?
  TWAIN(Technology Without An Interesting Name
)是扫描仪厂商共同遵循的规格,是应用程序与影像捕捉
设备间的标准接口。只要是支持TWAIN的驱动程序,就可
以启动符合这种规格的扫描仪。例如在Microsoft Word中
就可以启动扫描仪,方法是打开菜单栏的“插入”→“图
片”→“来自扫描仪”。利用Adobe Photoshop也可以做
到这一点,方法是打开“File”→“Import”→“Select TWAIN_32 Source
”。
  5.什么是接口方式?
  接口方式(连接界面)是指扫描仪与计算机之间采用
的接口类型。常用的有USB接口、SCSI接口和并行打印机
接口。SCSI接口的传输速度最快,而采用并行打印机接口
则更简便。
  三、扫描仪的应用
  1.选择原稿类型
  扫描仪驱动程序的用户界面会提供扫描原稿类型的选
择菜单。“文件”适用于白纸黑字的原稿,扫描仪会按照1
个位来表示黑与白两种像素,这样会节省磁盘空间。“杂
志和书籍”则适用于既有图片又有文字的图文混排稿样,
扫描该类型兼顾文字和具有多个灰度等级的图片。“照片
”适用于扫描彩色照片,它要对红绿蓝三个通道进行多等
级的采样和存储。进行适当的选择可以在满足要求的情况
下节省磁盘空间,不同的扫描仪,可能会提供不有实际的价值。因此选择
适当的扫描分辨率就很有必要。
  4.使用OCR软件
  OCR是字符识别软件的简称,它是英文Optical character recognition
的缩写,原意是光学字符识别。它的功能是通过扫描仪等
光学输入设备读取印刷品上的文字图像信息,利用模式识
别的算法,分析文字的形态特征从而判别不同的汉字。中
文OCR 一般只适合于识别印刷体汉字。使用扫描仪加OCR
可以部分地代替键盘输入汉字的功能,是省力快捷的文字
输入方法。常见的OCR有清华紫光、尚书、蒙恬等等。

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