掃描儀的基礎(chǔ)原理解析常識(shí)
掃描儀是除鍵盤(pán)和鼠標(biāo)之外被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備。你可以利用掃描儀輸入照片建立自己的電子影集；輸入各種圖片建立自己的網(wǎng)站；掃描手寫(xiě)信函再用E-mail發(fā)送出去以代替?zhèn)髡鏅C(jī)；還可以利用掃描儀配合OCR軟件輸入報(bào)紙或書(shū)籍的內(nèi)容，免除鍵盤(pán)輸入漢字的辛苦。所有這些為我們展示了掃描儀不凡功能，它使我們?cè)谵k公、學(xué)習(xí)和娛樂(lè)等各個(gè)方面提高效率并增進(jìn)樂(lè)趣。
在選購(gòu)掃描儀時(shí)，我們常常遇到許多難懂的專業(yè)技術(shù)名詞，如光學(xué)分辨率(光學(xué)解析度)、最大分辨率(最大解析度)、色彩分辨率(色彩深度)、掃描模式、接口方式(連接界面)等等。
在使用掃描儀當(dāng)中，又會(huì)遇到到掃描速度慢，占用硬盤(pán)空間多，以及一些不知所云的設(shè)置等諸多困擾。然而說(shuō)明書(shū)提供給我們的操作指導(dǎo)并不能讓所有的人成為應(yīng)用專家，即使照著說(shuō)明書(shū)去進(jìn)行某些設(shè)置，也不知道為什么要這樣做，這無(wú)疑給我們用好用巧機(jī)器帶來(lái)了障礙。
本文針對(duì)這些問(wèn)題，從掃描儀的基本結(jié)構(gòu)入手，闡述它的工作原理，使我們對(duì)每一項(xiàng)設(shè)置或操作都知道原因，在應(yīng)用水平上有一個(gè)提高。
一、掃描儀的工作原理
掃描儀是圖像信號(hào)輸入設(shè)備。它對(duì)原稿進(jìn)行光學(xué)掃描，然后將光學(xué)圖像傳送到光電轉(zhuǎn)換器中變?yōu)槟M電信號(hào)，又將模擬電信號(hào)變換成為數(shù)字電信號(hào)，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)接口送至計(jì)算機(jī)中。
掃描儀掃描圖像的步驟是:首先將欲掃描的原稿正面朝下鋪在掃描儀的玻璃板上，原稿可以是文字稿件或者圖紙照片;然后啟動(dòng)掃描儀驅(qū)動(dòng)程序后，安裝在掃描儀內(nèi)部的可移動(dòng)光源開(kāi)始掃描原稿。為了均勻照亮稿件，掃描儀光源為長(zhǎng)條形，并沿y方向掃過(guò)整個(gè)原稿;照射到原稿上的光線經(jīng)反射后穿過(guò)一個(gè)很窄的縫隙，形成沿x方向的光帶，又經(jīng)過(guò)一組反光鏡，由光學(xué)透鏡聚焦并進(jìn)入分光鏡，經(jīng)過(guò)棱鏡和紅綠藍(lán)三色濾色鏡得到的RGB三條彩色光帶分別照到各自的CCD上，CCD將RGB光帶轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電子信號(hào)，此信號(hào)又被A/D變換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電子信號(hào)。
至此，反映原稿圖像的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能夠接受的二進(jìn)制數(shù)字電子信號(hào)，最后通過(guò)串行或者并行等接口送至計(jì)算機(jī)。掃描儀每掃一行就得到原稿x方向一行的圖像信息，隨著沿y方向的移動(dòng)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部逐步形成原稿的全圖。
在掃描儀獲取圖像的過(guò)程中，有兩個(gè)元件起到關(guān)鍵作用。一個(gè)是CCD，它將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)；另一個(gè)是A/D變換器，它將模擬電信號(hào)變?yōu)閿?shù)字電信號(hào)。這兩個(gè)元件的性能直接影響掃描儀的整體性能指標(biāo)，同時(shí)也關(guān)系到我們選購(gòu)和使用掃描儀時(shí)如何正確理解和處理某些參數(shù)及設(shè)置。
1.什么是CCD?
CCD是Charge Couple Device的縮寫(xiě)，稱為電荷耦合器件，它是利用微電子技術(shù)制成的表面光電器件，可以實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能。
CCD在攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和掃描儀中應(yīng)用廣泛，只不過(guò)攝像機(jī)中使用的是點(diǎn)陣CCD，即包括x、y兩個(gè)方向用于攝取平面圖像，而掃描儀中使用的是線性CCD，它只有x一個(gè)方向，y方向掃描由掃描儀的機(jī)械裝置來(lái)完成。
CCD芯片上有許多光敏單元，它們可以將不同的光線轉(zhuǎn)換成不同的電荷，從而形成對(duì)應(yīng)原稿光圖像的電荷圖像。如果我們想增加圖像的分辨率，就必須增加CCD上的光敏單元數(shù)量。實(shí)際上，CCD的性能決定了掃描儀的x方向的光學(xué)分辨率。
2.什么是A/D變換器?
A/D變換器是將模擬量(Analog)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量(Digital)的半導(dǎo)體元件。從CCD獲取的電信號(hào)是對(duì)應(yīng)于圖像明暗的模擬信號(hào)，就是說(shuō)圖像由暗到亮的變化可以用從低到高的不同電平來(lái)表示，它們是連續(xù)變化的，即所謂模擬量。
A/D變換器的工作是將模擬量數(shù)字化，例如將0至1V的線性電壓變化表示為0至9的10個(gè)等級(jí)的方法是:0至小于0.1V的所有電壓都變換為數(shù)字0、0.1至小于0.2V的所有電壓都變換為數(shù)字1……0.9至小于1.0V的所有電壓都變換為數(shù)字9。實(shí)際上，A/D變換器能夠表示的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10，通常是2^8=256、2^10=1024或者2^12=4096。
如果掃描儀說(shuō)明書(shū)上標(biāo)明的灰度等級(jí)是10bit，則說(shuō)明這個(gè)掃描儀能夠?qū)D像分成1024個(gè)灰度等級(jí)，如果標(biāo)明色彩深度為30bit，則說(shuō)明紅、綠、藍(lán)各個(gè)通道都有1024個(gè)等級(jí)。顯然，該等級(jí)數(shù)越高，表現(xiàn)的彩色越豐富。
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