扫描仪的工作原理课件

扫描仪

工作原理扫描仪简介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。扫描仪从20世纪80年代诞生至今，其种类已经发展为手持式、平板(平台)式、滚筒(馈纸)式三大类。目前，平板式扫描仪已成为市场主流。扫描仪是一种被广泛应用于计算机的输入设备。作为光电、机械一体化的高科技产品，自问世以来以其独特的数字化“图像”采集能力，低廉的价格以及优良的性能，得到了迅速的发展和广泛的普及。经过多年发展，目前平板式扫描仪的技术已经相当成熟。平板式扫描仪的扫描幅面主要为A4和A3，分辨率通常为300～2400dpi（每英寸内可扫描到的点数），色彩位数可达36位。扫描时将图稿放在扫描仪玻璃板上，由软件控制整个扫描过程，扫描精度很高。目前，平板式扫描仪在办公自动化、平面设计、广告制作等许多领域都得到了广泛的应用。手持式扫描仪

滚筒式扫描仪

一、扫描仪的组成结构

上盖。主要是将要扫描的原稿压紧，以防止扫描灯的光线泄露。原稿台主要是用来放置扫描的原稿的地方，其四周设有标尺线以方便协助原稿放置，并能及时确定原稿扫描尺寸。中间为透明玻璃，称为稿台玻璃。光学成像部分俗称扫描头，即图像信息读取部分，它是扫描仪的核心部件，其精度直接影响着扫描图像的还原逼真程度。它包括以下主要部件：灯管、反光镜、镜头以及电荷耦合器件(CCD)。光电转换部分是指扫描仪内部的主板，扫描仪的光电转换部分主板就这么一小块，但它却是扫描仪的心脏。它是一块安置有各种电子元件的印刷电路板。它是扫描仪的控制系统，在扫描仪扫描过程中，它主要完成CCD信号的输入处理，以及对步进电机的控制，将读取的图像以任意的解析度进行处理或变换所需的解析度。其包括有A／D变换器、BIOS芯片、I／O控制芯片和高速缓存(Cache)。扫描仪工作模拟流程图光学成像部分

光电转换部分

除此之外，扫描仪还包括机械传动部分，主要有步进电机、驱动皮带、滑动导轨和齿轮组组成。二、扫描仪的工作原理了解了扫描仪的构成之后，下面来谈谈扫描仪的工作原理。一般来讲，扫描仪扫描图像的方式大至有三种，即：以光电耦合器(CCD)为光电转换元件的扫描.以接触式图像传感器CIS(或LIDE)为光电转换元件的的扫描.以光电倍增管(PMT)为光电转换元件的扫描.2．接触式图像传感器CIS(或LIDE)的扫描仪工作原理

CIS（Contactimagesensor，简称CIS）感光器件一般使用制造光敏电阻的硫化镉作感光材料，硫化镉光敏电阻本身漏电大，各感光单元之间干扰大，严重影响清晰度，这是该类产品扫描精度不高的主要原因。但它具有具有结构简单、体积小、应用方便等优点。在一些应用场合，CIS传感器比CCD或CMOS等传感器有无法比拟的优点。LIDE(LEDInDirectExposure)二极管直接曝光技术是佳能公司独创的技术，是一种基于CIS技术的革新技术，它使用三色二极管作为光源。LIDE通过接触式图像传感器CIS从近距离接触以1：1的比例对原稿进行扫描，不需要复杂的光学系统，这就使扫描仪的尺寸可以做的较小，同时也使扫描仪变得非常轻巧。此外，由于二极管光源及扫描头移动所需要的功耗极小，这类产品能够通过PC机的USB端口提供所需的电力。

3．光电倍增管(PhotoMultiplierTube)工作原理与采用线性CCD为图像传感器的平板式扫描仪不同，光电倍增管(PMT)为滚筒式扫描仪采用的光电转换元件。光电倍增管实际是一种电子管，其感光材料主要是由金属铯的氧化物及其他一些活性金属(一般是镧系金属)的氧化物共同构成。这些感光材料在光线的照射下能够发射电子，经栅极加速后冲击阳电极，最后形成电流，再经过扫描仪的控制芯片进行转换，就生成了物体的图像。在所有的扫描技术中，光电倍增管是性能最为优秀的一种，其灵敏度、噪声系数、动态密度范围等关键性指标远远超过了CCD及CIS等感光器件。这种感光材料几乎不受温度的影响，可以在任何环境中工作但是这种扫描仪的成本极高，一般只用在最专业的滚筒式扫描仪上。三、彩色扫描技术真实色彩的还原主要依靠扫描仪独特的色分离技术。由于CCD只是将所感应的光的强弱转换成相应大小的电流，它不可能对所扫描图像的颜色进行识别。因此，扫描仪需要将这些颜色进行分离。

目前，应用于扫描仪的色分离技术常见的有4种：滤光片色分离技术、光源交替色分离技术、三CCD色分离技术和单CCD色分离扫描技术。扫描仪在扫描图像时，先生成分别对应于红(R)、绿(G)、蓝(B)的三基色的3幅图像，也就是说每幅图像中只包含相应的单色信息，红基色图像中只包含红色的信息、绿基色图像中只包含绿色信息，蓝基色图像中自然只包含蓝色信息。最后，将这3幅图像合成即得到了彩色的图像。如下图示：

1.滤光片色分离技术各种形状的滤光片各色滤光片其基本原理是：在线性CCD图像传感器的前面加装一滤光片，滤光片从上向下分为3等份，第1部分为红色滤光片，第2部分为绿色滤光片，第3部分为蓝色滤光片，扫描时通过滤光片的移动使得CCD传感器分别记录相应基色下的图像信息，从而得到三基色的3幅图像信息。2.光源交替色分离技术

与滤光片色分离技术的原理类似，这种技术是在镜头与扫描原稿之间加设3根发光灯管，其颜色分别为红(R)、绿(G)和蓝(B)，扫描图像时，3根不同颜色的灯管交替发光，从而使CCD得到3幅三基色图像信息。扫描仪发光灯管3.三CCD色分离技术与前两种色分离技术不同，三CCD色分离技术中使用了3个CCD完成扫描成像：光线通过镜头，经过一个特殊设计的分光棱镜将相应颜色的光线反射到相应的CCD图像传感器中，每一个CCD产生一种颜色的图像数据，经过一次扫描即可得到彩色的图像。因此，可以看出这种分色技术成像速度最快，但其造价最高。4.单CCD色分离技术单CCD色分离技术仍然是采用单个线性CCD，不过，在CCD的感光面上加入了滤色镜，在感光的同时直接进行分色。

滤色镜色彩位数

扫描仪的色彩位数表示彩色扫描仪所能产生的颜色范围，标志着扫描仪对色彩的识别能力。色彩的位数越高，对颜色的区分就越细腻，所表达的色彩种类就越丰富。色彩位数通常表示每个像素点上颜色的数据位数。扫描仪接口

SCSI(SmallComputerSystemInterface/小型计算机系统接口)是扫描仪最早使用的接口标准。

EPP(EnhancedParallelPort，增强型并行接口)的优势在于安装方便，价格也比SCSI扫描仪便宜。

USB(UniversalSerialBus，通用串行总线)是一种新型的支持即插即用的接口标准。扫描速度扫描一幅彩色图像需经过预热、采样、数据处理、传输、还原等步骤，其中每一个步骤都可能制约扫描速度。而且扫描速度与系统硬件配置、扫描分辨率设置和扫描图稿的尺寸等有密切关系，一般扫描黑白、灰度图像为2毫秒