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实用介绍:爱克发平板扫描仪工作原理及应用

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:平板扫描仪是光机电一体化产品,是将最原始的图片、照片、胶片及各类文稿资料等各种形式的图像信息输入到计算机的重要工具。爱克发平板扫描仪平板扫描仪的工作原理如下:自然界的每一种物体都会吸收特定的光波,而没被吸收的光波就会反射出去。扫描仪对图像画面进行扫描时,线性CCD将扫描图像分割成线状,每条线的宽度由扫描仪的光学分辨率觉定。其极限分辨率600DPI左右,较CCD技术存在一定的差距,仅用于低档平板扫描仪中。

实用介绍:爱克发平板扫描仪工作原理及应用

这种扫描仪也称平台扫描仪,诞生于1984年,是办公用扫描仪的主流产品之一,但办公用的要求不高。如果作为印刷图像的输入设备,尤其是彩色图像,那精度等各方面的品质要求就要高很多。

平板扫描仪是光机电一体化产品,是将最原始的图片、照片、胶片及各类文稿资料等各种形式的图像信息输入到计算机的重要工具。

爱克发平板扫描仪

平板扫描仪的工作原理如下:

自然界的每一种物体都会吸收特定的光波,而没被吸收的光波就会反射出去。扫描仪就是利用上述原理来完成对稿件的读取的。扫描仪工作时发出的强光照射在稿件上,没有被吸收的光线将被反射到光学感应器上。光学感应器接收到这些信号后,将这些信号传送到模数(A/D)转换器,模数转换器再将其转换成计算机能读取的信号,然后通过驱动程序转换成显示器上能看到的正确图像。

它由扫描头、控制电路和机械部件组成。工作时对扫描件逐行扫描,得到的数字信号以点阵的形式保存,再使用图像编辑软件将它编辑成标准格式的文件储存在计算机里。

待扫描的稿件通常可分为反射稿和透射稿。前者泛指一般的不透明文件,如照片、报刊、杂志等,后者包括幻灯片(正片)或底片(负片)。

1.核心部件

扫描仪的核心部件是光学读取装置和模数(A/D)转换器。常用的光学读取装置有两种:CCD和CIS。

(1)CCD(Charge Coupled Device)

CCD的中文名称是电荷耦合器件,有几种结构,使用线性CCD结构居多。它在一块硅单晶上集成了成千上万个光电三极管,这些光电三极管分成三列,分别被红、绿、蓝色的滤色镜罩住,从而实现彩色扫描。光电三极管在受到光线照射时可产生电流,经放大后输出。扫描仪对图像画面进行扫描时,线性CCD将扫描图像分割成线状,每条线的宽度由扫描仪的光学分辨率觉定。光源将光线照射到待扫描的图像原稿上,产生反射光(反射稿所产生的)或透射光(透射稿所产生的),然后经反光镜组反射到线性CCD上。CCD图像传感器根据反射光线强弱的不同转换成不同大小的电流,经A/D模数转换处理,将电信号转换成数字信号,即产生一行图像数据。同时,机械传动机构在控制电路的控制下,步进电机旋转带动驱动皮带,从而驱动光学系统和CCD扫描装置在传动导轨上与待扫原稿做相对平行移动,将待扫图像原稿一条线一条线的扫入,最终完成全部原稿图像的扫描。

CCD的优点:经它扫描的图像质量较高,具有一定的景深,能扫描凹凸不平的物体,对隆起的书脊甚至实物都可得到清晰的扫描效果,CCD的温度系数较低,对于一般的工作,周围环境温度的变化可以忽略不计。

CCD的缺点:由于组成CCD的数千个光电三极管的距离很近(微米级),在各光电三极管之间存在着明显的漏电现象,各感光单元的信号产生的干扰降低了扫描仪的实际清晰度;由于采用了反射镜、透镜,会产生图像色彩偏差或像差,需要用扫描软件进行色彩校正;由于CCD需要一套精密的光学系统,故扫描仪体积难以做得很小。它的组成部件较为复杂,成本相对较高,扫描后对图像数据的处理也相对复杂。一般使用冷阴极管做光源,需要预热稳定发光后才可扫描。

(2)CIS(Contact Image Sensor)

CIS的中文名称是接触式图像感应装置。它采用触点式感光元件(光敏传感器)进行感光,在扫描平台下1~2毫米处,300~600个红、绿、蓝三色LED(发光二极管)传感器紧紧排列在一起,产生白色光源,取代了CCD扫描仪中的CCD阵列、透镜、荧光管和冷阴极射线管等复杂机构,把CCD扫描仪的光、机、电一体变成CIS扫描仪的机、电一体,结构、原理和光路都极为简单,没有附加的光学部件、不需要预热、功耗低、便于更换;由于传感器直接从稿件表面获取图像,理论上不会产生像差和色偏,因此能获得最接近原稿的图像效果。用CIS技术制作的扫描仪具有体积小、重量轻、生产成本低等优点,但CIS技术也有不足之处,主要是用CIS不能做成高分辨率的扫描仪,扫描速度也比较慢。其极限分辨率600DPI左右,较CCD技术存在一定的差距,仅用于低档平板扫描仪中。扫描精度较低、景深小(约为0.3毫米,只有CCD景深的1/10)、不能扫描实物、只适合扫描文稿。它的光源只能用LED发光二极管,这种光源无论在光色以及均匀度上都比较差,色域较CCD窄,获得的色彩不如CCD的丰富,而且光源的寿命比较短。此外,它不能使用镜头,只能压近原稿扫描。

比较两种扫描方式,可以看到作为接触式扫描器件CIS景深较小,对实物及凹凸不平的原稿扫描效果较差;CCD扫描仪通过镜头聚焦到CCD上直接感光,因此它的景深较CIS扫描仪大的多,可以十分方便地进行实物扫描。一般我们在选购扫描仪多是选择CCD的就可以了,而且市场上CCD的扫描仪也是最多的。

2.扫描不透明的原件

当扫描不透明的材料如照片,打印文本以及标牌、面板、印制板实物时,由于材料上黑的区域反射较少的光线,亮的区域反射较多的光线,而CCD器件可以检测图像上不同光线反射回来的不同强度的光,通过CCD器件将反射光光波转换成为数字信息,用1和0的组合表示,最后控制扫描仪操作的扫描仪软件读入这些数据,并重组为计算机图像文件。

3.扫描透明原件

而当扫描透明材料如胶片、照相底片时,扫描工作原理相同,有所不同的是此时不是利用光线的反射,而是让光线透过材料,再由CCD器件接收。扫描透明材料需要特别的光源补偿——透射适配器(TMA)装置来完成这一功能。

4.性能参数

(1)分辨率

分辨率是扫描仪最主要的技术指标,反映扫描图像的清晰程度。通常用每英寸长度上扫描图像所含像素点的个数DPI(DotPerInch)来表示。大多数扫描的分辨率在300~2400DPI之间。DPI数值越大,扫描的分辨率越高,扫描得到的数字图像的品质越好,当然这也是有限度的。当分辨率大于某一特定值时,只会使图像文件增大而不易处理,并不能显著改善图像质量。从扫描方向分为水平分辨率和垂直分辨率,水平分辨率由扫描仪光学系统真实分辨率决定,垂直分辨率由扫描仪传动机构的精密程度决定,选购时主要考察水平分辨率。一般情况下,水平和垂直分辨率相同。

从获得扫描图像的分辨率来分一般有两种:光学分辨率(又称物理分辨率)和插值分辨率。

光学分辨率就是扫描仪的实际分辨率,它决定了图像的清晰度和锐利度的关键性能指标。光学分辨率是我们选购扫描仪最重要的因素。刚开始的时候,主流光学分辨率为300DPI,1999年之后就大概为600DPI,2000年以后逐步过渡到1200DPI,主流光学分辨率已经达到了2400DPI或更高。(www.xing528.com)

插值分辨率则是通过软件运算的方式来提高分辨率的数值,即用插值的方法将采样点周围遗失的信息填充进去,因此也被称作软件增强的分辨率。例如扫描仪的光学分辨率为300DPI,则可以通过软件插值运算法将图像提高到600DPI。尽管插值分辨率不如真实分辨率,但它却能大大降低扫描仪的价格,且对一些特定的工作例如扫描黑白图像或放大较小的原稿时十分有用,但印刷用的扫描仪要以光学分辨率为主要指标。

(2)灰度层次级数

灰度层次级数表示图像的亮度层次范围。级数越多扫描仪图像亮度范围越大、层次越丰富,多数扫描仪的灰度为256级。256级灰阶中已真实呈现出比肉眼所能辨识出来的层次还多的灰阶层次。

(3)色彩位深

色彩位深表示彩色扫描仪所能产生颜色的范围。色彩位深越高的扫描仪,扫描出图像色彩越丰富。色彩位深通常用二进制位数表示,描述一个像素点的二进制数是几位,其位深就是几位,例如1位的图像,每个像素点可以携带1位的二进制信息,只能产生黑或白两种色彩,产生的是位图。位深8位可以给每个像素点8位的二进制信息,红绿蓝三色彩色通道组成三个8位二进制数,每种颜色可以产生256级,三色通道通道结合可以产生2^24=1667万种颜色。常见扫描仪色彩位深有24位、36位和48位等。

(4)动态范围

动态范围是描述扫描仪再现色调细微变化的能力,动态范围高的扫描仪,能捕捉到更多的图像细节,尤其是暗调和高光部分。扫描仪动态范围与位深、灰度级数都是有关联的,位深体现灰度级数,灰度级数的常用对数就是扫描仪的动态范围,但实际的动态范围略小于这个对数值。动态范围大于3.0的扫描仪已经能够满足印刷之需。

扫描幅面:扫描幅面通常有A4、A4加长、A3、A1、A0等规格。

(5)接口

接口指扫描仪与电脑的连接方式,常见的有SCSI接口、EPP接口和USB接口。

SCSI接口扫描仪通过SCSI接口卡与电脑相连,数据传输速度快。缺点是安装较为复杂,需要占用一个扩展插槽和有限的电脑资源(中断号和地址)。如果你经常扫描大量的图像,应当选择SCSI接口扫描仪,可节约不少时间。

EPP接口(打印机并口)用电缆即可连接扫描仪、打印机和电脑,安装简便。能连接笔记本电脑。但其数据传输速度略慢于SCSI接口扫描仪,对扫描速度要求不高、扫描量不大、不经常使用扫描仪的用户,建议选购EPP接口扫描仪。

USB接口扫描仪速度快,支持即插即用,与电脑的连接非常方便,现在的扫描仪大部分是USB接口。

5.扫描图像类型

图像可分为三种类型:黑白线条位图像、灰度图像和彩色图像。

(1)黑白线条图像

黑白线条图像是最简单的图像,每个像素只用一个bit来记录,单bit的图像又可分为两种:线条图和半色调图。

线条图包含简单的黑白信息,例如钢笔、铅笔的素描,也可以包括机械蓝图等单一颜色的彩色图。

半色调图像具有灰度图像的模拟效果,不过这是人眼的主观感受,对于半色调图像黑的部分以较多的点来表示,而较亮的区域用较少的点来表示,报纸上的图片就是属于这种半色调图像。

(2)灰度图像

灰度图像包含比单一的黑或白更多的信息,可以看到真实的灰度层次,灰度图像的每个像素用多于一个bit来表示,能记录和显示更多的层次。8个bits可以表示多达256级灰度,使黑白图片的层次更加丰富、准确。

(3)彩色图像

彩色图像包含的信息更加复杂。为了获取彩色图像,扫描仪使用基于RGB(红Red、绿Green,和蓝Blue)三原色模型,因为所有的颜色可以用红绿蓝三原色以不同数量组合而成。根据扫描机型不同,可以记录24bit、36bit和48bit等的RGB像素。

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