扫描仪工作原理

典型平板扫描仪的组成部分包括

扫描仪的核心部件是CCD阵列。CCD是扫描仪中最常用的图像捕获技术。CCD是微小光敏二极管的集合，它们将光子（光）转换为电子（电荷）。这些二极管被称为感光点。简而言之，每个感光点都对光敏感——击中单个感光点的光越亮，在该点积累的电荷就越大。

光子撞击感光点并产生电子

您扫描的文档图像通过一系列镜子、滤光片和镜头到达CCD阵列。这些组件的具体配置将取决于扫描仪型号，但基本原理大体相同。

在下一页，您将看到扫描仪的所有部件是如何协同工作的。

以下是扫描仪扫描文档的步骤

滤光片和镜头排列因扫描仪而异。一些扫描仪使用三程扫描方法。每个扫描行程在镜头和CCD阵列之间使用不同的滤色片（红色、绿色或蓝色）。完成三次扫描行程后，扫描仪软件将这三幅经过滤色的图像组合成一幅全彩图像。

扫描过程

如今大多数扫描仪都采用单程扫描方法。镜头将图像分成三个较小的版本。每个较小版本通过一个滤色片（红色、绿色或蓝色）到达CCD阵列的一个独立部分。扫描仪将CCD阵列三个部分的数据组合成一个全彩图像。

另一种在廉价平板扫描仪中流行的成像阵列技术是接触式图像传感器 (CIS)。CIS用红、绿、蓝三色发光二极管（LEDs）阵列取代了CCD阵列、镜子、滤光片、灯和镜头。图像传感器机制由300到600个跨越扫描区域宽度的传感器组成，放置在非常靠近文档所放置的玻璃板的位置。扫描图像时，LED组合起来提供白光。然后由传感器阵列捕获被照亮的图像。CIS扫描仪更便宜、更轻、更薄，但不能提供大多数CCD扫描仪所具备的相同质量和分辨率水平。

我们将看看计算机和扫描仪之间发生了什么，但首先，让我们谈谈分辨率。

扫描仪在分辨率和清晰度上各不相同。大多数平板扫描仪的真实硬件分辨率至少为300x300每英寸点数 (dpi)。扫描仪的dpi由CCD或CIS阵列单行中的传感器数量（X方向采样率）与步进电机的精度（Y方向采样率）决定。

例如，如果分辨率为300x300 dpi且扫描仪能够扫描信纸大小的文档，则CCD在每个水平行中排列有2,550个传感器。单程扫描仪将有三行这样的传感器，总计7,650个传感器。我们示例中的步进电机能够以等于1/300英寸的增量移动。同样，分辨率为600x300的扫描仪其CCD阵列在每个水平行中拥有5,100个传感器。

清晰度主要取决于用于制造镜头的光学器件质量和光源的亮度。明亮的氙灯和高质量镜头将比标准荧光灯和基本镜头产生更清晰、因此更锐利的图像。

当然，许多扫描仪宣称其分辨率高达4,800x4,800甚至9,600x9,600。要实现X方向采样率为9,600的硬件分辨率，将需要一个拥有81,600个传感器的CCD阵列。如果您查看规格，这些高分辨率通常被标记为软件增强、插值分辨率或类似名称。这到底意味着什么？

插值是扫描软件用来提高图像感知分辨率的过程。它通过在CCD阵列实际扫描的像素之间创建额外像素来实现这一点。这些额外像素是相邻像素的平均值。例如，如果硬件分辨率为300x300，插值分辨率为600x300，那么软件在每一行中每个CCD传感器扫描的像素之间添加一个像素。

讨论扫描仪时使用的另一个术语是位深度，也称为色彩深度。这简单地指扫描仪能够再现的颜色数量。每个像素需要24位来创建标准真彩色，并且市场上几乎所有扫描仪都支持这一点。许多扫描仪提供30或36位的位深度。它们仍然只输出24位颜色，但会进行内部处理，从增加的调色板中选择最佳颜色。关于24位、30位和36位扫描仪之间是否存在显著质量差异，存在许多不同意见。

扫描文档只是过程的一部分。要使扫描的图像有用，必须将其传输到您的计算机。扫描仪有三种常见的连接方式：

在您的计算机上，您需要一款名为驱动程序的软件，它知道如何与扫描仪通信。大多数扫描仪都使用一种通用语言——TWAIN。TWAIN驱动程序充当任何支持TWAIN标准的应用程序和扫描仪之间的解释器。这意味着应用程序无需了解扫描仪的具体细节即可直接访问它。例如，您可以在Adobe Photoshop中选择从扫描仪获取图像，因为Photoshop支持TWAIN标准。

除了驱动程序，大多数扫描仪还附带其他软件。通常包括扫描工具和某种图像编辑应用程序。许多扫描仪还包括OCR软件。OCR允许您扫描文档中的文字并将其转换为计算机文本。它使用平均过程来确定字符的形状，并将其与正确的字母或数字匹配。

如今扫描仪技术的一大优点是，您可以精确获得所需的产品。您可以花不到200美元买到一款不错的扫描仪，附带良好的软件；也可以花不到1000美元买到一款功能强大的扫描仪，附带出色的软件。这一切都取决于您的需求和预算。

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