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菜鸟必看的入门知识:扫描仪的基础原理解析
2006年6月27日 8:53  来源:PCSHOW

 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,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知道原因,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。

  扫描仪扫描图像的步骤是:首先将欲扫描的原稿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;然后启动扫描仪驱动程序后,安装在扫描仪内部的可移动光源开始扫描原稿。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;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,又经过一组反光镜,由光学透镜聚焦并进入分光镜,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,它是利用微电子技术制成的表面光电器件,可以实现光电转换功能。

  CCD在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛,只不过摄像机中使用的是点阵CCD,即包括x、y两个方向用于摄取平面图像,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。实际上,CCD的性能决定了扫描仪的x方向的光学分辨率。

  2.什么是A/D变换器?

  A/D变换器是将模拟量(Analog)转变为数字量(Digital)的半导体元件。从CCD获取的电信号是对应于图像明暗的模拟信号,就是说图像由暗到亮的变化可以用从低到高的不同电平来表示,它们是连续变化的,即所谓模拟量。

  A/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。

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