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掃描儀 scanner 是一種計算機外部儀器設備,通過捕獲圖像並將之轉換成計算機可以顯示、編輯、存儲和輸出的數字化輸入設備。對照片、文本頁面、圖紙、美術圖畫、照相底片、菲林軟片,甚至紡織品、標牌面板、印製板樣品等三維對象都可作為掃描對象,提取和將原始的線條、圖形、文字、照片、平面實物轉換成可以編輯及加入文件中的裝置。

1儀器簡介

掃描儀中屬於計算機輔助設計(CAD)中的輸入系統,通過計算機軟體和計算機,輸出設備(激光印表機、激光繪圖機)介面,組成網印前計算機處理系統,而適用於辦公自動化(OA),廣泛應用在標牌面板、印製板、印刷行業等。其用途和實際意義在於:
1.1 可在文檔中組織美術品和圖片
掃描儀
1.2 將印刷好的文本掃描輸入到文字處理軟體中,免去重新打字之麻煩
1.3 對印製版、面板標牌樣品(該板即使無磁碟文件,又無菲林軟片)掃描錄入到計算機中,可對該板進行布線圖的設計和複製,解決了抄板問題,提高抄板效率。
1.4 可實現印製板草圖的自動錄入、編輯、實現漢字面板和複雜圖標的自動錄入,和圖片的修改。
1.5 在多媒體產品中添加圖像。
1.6 在文獻中集成視覺信息使之更有效地交換和通訊。

2儀器分類

筆式
筆式掃描儀出現於2000年左右,才開始的掃描寬度大約只有四號漢字相同,使用時,貼在紙上一行一行的掃描,主要用於文字識別,其主要的代表有漢王、晨拓系列的翻譯筆與摘錄筆都是這麼一個設計;而另外一個代表是2002年引入中國,由3R推出的普蘭諾(planon),其可進行文字與A4的圖片掃描,其長227mm寬20mm高20mm最大掃描幅度可達到A4,其可應用於移動辦公與現場執法;掃描解析度最高可達到400DPI;而到了2012年3月,3R推出的第四代掃描儀、掃描筆,艾尼提(anyty)微型掃描儀HSA619PW與HSAP700,其不僅可掃描A4幅度大小的紙張,而且掃描解析度可高達900dpi,並以其TF卡即插即用的移動功能可隨處可掃可讀數據,掃描輸出彩色或黑白的JPG和PDF圖片格式。
滾筒式
滾筒式掃描儀一般使用光電倍增管PMT(Photo Multiplier Tube),因此它的密度範圍較大,而且能夠分辨出圖像更細微的層次變化;而平面掃描儀使用的則是光電耦合器件CCD(Charged-Coupled Device)故其掃描的密度範圍較小。所庫CCD(光電耦合器件)是一長條狀有感光元器件,在掃描過程中用來將圖像反射過來的光波轉化為數位信號,平面掃描儀使用的CCD大都是具有日光燈線性陳列的彩色圖像感光器。

3性能參數

密度範圍對掃描儀來說是非常重要的性能參數,密度範圍又稱像素深度,它代表掃描儀所能分辨的亮光和暗調的範圍,通常滾筒掃描儀的密度範圍大於3.5,而平面掃描儀的密度範圍一般在2.4~3.5範圍之間。

4工作原理

核心部件
掃描儀的核心部件是光學讀取裝置和模數(A/D)轉換器。常用的光學讀取裝置有兩種:CCD和CIS。
① CCD(Charge Coupled Device)
CCD的中文名稱是電荷耦合器件,與一般的半導體集成電路相似,它在一塊硅單晶上集成了成千上萬個光電三極體,這些光電三極體分成三列,分別被紅、綠、藍色的濾色鏡罩住,從而實現彩色掃描。光電三極體在受到光線照射時可產生電流,經放大后輸出。採用CCD的掃描儀技術經多年的發展已相當成熟,是市場上主流掃描儀主要採用的感光元件。
CCD的優勢在於,經它掃描的圖像質量較高,具有一定的景深,能掃描凹凸不平的物體;溫度係數較低,對於一般的工作,周圍環境溫度的變化可以忽略不計。CCD的缺點有:由於組成CCD的數千個光電三極體的距離很近(微米級),在各光電三極體之間存在著明顯的漏電現象,各感光單元的信號產生的干擾降低了掃描儀的實際清晰度;由於採用了反射鏡、透鏡,會產生圖像色彩偏差和像差,需要用軟體校正;由於CCD需要一套精密的光學系統,故掃描儀體積難以做得很小。
② CIS(Contact Image Sensor)
CIS的中文名稱是接觸式圖像感應裝置。它採用觸點式感光元件(光敏感測器)進行感光,在掃描平台下1mm~2mm處,300~600個紅、綠、藍三色LED(發光二極體)感測器緊緊排列在一起,產生白色光源,取代了CCD掃描儀中的CCD陣列、透鏡、熒光管和冷陰極射線管等複雜機構,把CCD掃描儀的光、機、電一體變成CIS掃描儀的機、電一體。用CIS技術製作的掃描儀具有體積小、重量輕、生產成本低等優點,但CIS技術也有不足之處,主要是用CIS不能做成高解析度的掃描儀,掃描速度也比較慢。
⑶ 光學字元識別OCR(Optic Character Recognize)技術
OCR技術是在掃描技術的基礎上實現字元的自動識別。在獲得紙面上反射光信號后,由OCR內部電路識別出字元,並將字元代碼輸入到計算機中。
預處理包括文字分離、正規化、平滑化、二值化和雜訊消除等。預處理的方法是將字元逐個分開,規範成大小一致的圖像,經特殊處理和消除雜訊,為後續處理創造條件。
如果被識別的是正規的鉛印字元,一般可利用與基準圖像重合比較的方法來識別字元,不必抽取字元圖像中的特徵。若是手寫字元,則需利用輪廓跟蹤法抽取相應的字元特徵。抽取的特徵是識別的依據,如筆劃的長度、角度、端點、筆劃分佈、四周特徵等,它們以多維數據的形式表示。作為識別標準的學習圖形,也以多維矢量的形式存放在識別辭典中。
所謂判決就是將事先保存的基準字元特徵與抽取的字元特徵進行比較,直至找到相應的基準字元為止。
OCR技術在識別數字、英文字元及印刷體漢字方面已獲得成功。
除了鍵盤、滑鼠器、掃描儀之外,還有觸摸屏、聲音識別器等輸入設備,在此就不作介紹了。
掃描不透明的材料
當掃描不透明的材料如照片,列印文本以及標牌、面板、印製板實物時,由於材料上黑的區域反射較少的光線,亮的區域反射較多的光線,而CCD器件可以檢測圖像上不同光線反射回來的不同強度的光通過CCD器件將反射光光波轉換成為數字信息,用1和0的組合表示,最後控制掃描儀操作的掃描儀軟體讀入這些數據,並重組為計算機圖像文件。
掃描透明材料
而當掃描透明材料如製版菲林軟片,照相底片時,掃描工作原理相同,有所不同的是此時不是利用光線的反射,而是讓光線透過材料,再由CCD器件接收,掃描透明材料需要特別的光源補償-透射適配器(TMA)裝置來完成這一功能。詳見:掃描儀原理

5儀器結構

掃描系統中除了掃描儀外,掃描的有效組成要素由以下組件構成。
連接掃描儀和計算機的SCSI訊號線 ,多使用usb線。
控制掃描儀的工作軟體,它是建立於掃描儀和應用程序之間的橋樑。
圖像編輯軟體、光學文件識別軟體和印製板圖形自動識別軟體等。
顯示彩色或灰色圖像的顯示器。
輸出設備:黑白或彩色激光印表機、熱升華印表機,圖文輸出機或其它彩色列印設備。
除上述基本組件外還可以和下述附加設備匹配,使其具有更多的功能。
透射適配器(TMA)用於掃描透明膠片材料。
自動進紙器(ADF)自動進行最多達500頁文本材料的連續掃描。

6技術指標

灰度級
灰度級表示圖像的亮度層次範圍。級數越多掃描儀圖像亮度範圍越大、層次越豐富,多數掃描儀的灰度為256級。256級灰階中以真實呈現出比肉眼所能辨識出來的層次還多的灰階層次。
掃描速度
掃描速度有多種表示方法,因為掃描速度與解析度,內存容量,軟盤存取速度以及顯示時間,圖像大小有關,通常用指定的解析度和圖像尺寸下的掃描時間來表示。
使用技巧
(1)確定合適的掃描方式
使用掃描儀可以掃描圖象、文字以及照片等,不同的掃描對象有其不同的掃描方式。打開掃描儀的驅動
掃描儀

  掃描儀

界面,我們發現程序提供了三種掃描選項,其中「黑白」方式適用於白紙黑字的原稿,掃描儀會按照1個位來表示黑與白兩種像素,這樣會節省磁碟空間。「灰度」則適用於既有圖片又有文字的圖文混排稿樣,掃描該類型兼顧文字和具有多個灰度等級的圖片。「照片」適用於掃描彩色照片,它要對紅綠藍三個通道進行多等級的採樣和存儲。在掃描之前,一定要先根據被掃描的對象,選擇一種合適的掃描方式,才有可能獲得較高的掃描效果。
(2)優化掃描儀解析度
掃描解析度越高得到的圖像越清晰,但是考慮到如果超過輸出設備的解析度,再清晰的圖像也不可能列印出來,僅僅是多佔用了磁碟空間,沒有實際的價值。因此選擇適當的掃描解析度就很有必要。例如,準備使用600dpi解析度的印表機輸出結果,以600dpi掃描。如果可能,在掃描后按比例縮小大幅圖象。例如,以600dpi掃描一張4*4英寸的圖象,在組版程序中將它減為2*2英寸,則它的解析度就是1200dpi。
(3)設置好掃描參數
掃描儀在預掃描圖像時,都是按照系統默認的掃描參數值進行掃描的,對於不同的掃描對象以及不同的掃描方式,效果可能是不一樣的。所以,為了能獲得較高的圖象掃描質量,可以用人工的方式來進行調整參數,例如當灰階和彩色圖像的亮度太亮或太暗時,可通過拖動亮度滑動條上的滑塊,改變亮度。如果亮度太高,會使圖像看上去發白;亮度太低,則太黑。應該在拖動亮度滑塊時,使圖像的亮度適中。同樣的對於其他參數,可以按照同樣的調整方法來進行局部修改,直到自己的視覺效果滿意為止。總之,一幅好的掃描圖像不必再用圖像處理軟體中進行更多的調整,即可滿足列印輸出,而且最接近印刷質量。
(4)設置好文件的大小
無論被掃描的對象是文字、圖象還是照片,通過掃描儀輸出后都是圖象,而圖象尺寸的大小直接關係到文件容量的大小,因此在掃描時應該設置好文件尺寸的大小。通常,掃描儀能夠在預覽原始稿樣時自動計算出文件大小,但了解文件大小的計算方法更有助於你在管理掃描文件和確定掃描解析度時作出適當的選擇。二值圖像文件的計算公式是:水平尺寸×垂直尺寸×(掃描解析度)2/8。彩色圖像文件的計算公式是:水平尺寸×垂直尺寸×(掃描解析度)2×3。
(5)存儲曲線並裝入掃描軟體
有時,為了得到最好的色彩和掃描對比度,先做低解析度的掃描,在Photoshop中打開它,並用Photoshop的曲線功能來作色彩和對比度的改進。存儲曲線並裝載回掃描軟體,掃描儀將使用此色彩糾正曲線來建立更好的高解析度文件。如果用一類似的色域範圍掃描若干個圖象,可使用相同的曲線,並且也可以經常存儲曲線,再根據需要裝載回它們。
(6)根據需要的效果放置好掃描對象
在實際使用圖象的過程中,有時希望能夠傾獲得斜效果的圖象,有很多設計者往往都是通過掃描儀把圖象輸入到電腦中,然後使用專業的圖象軟體來進行旋轉,以使圖象達到旋轉效果,殊不知,這種過程是很浪費時間的,根據旋轉的角度大小,圖象的質量會下降。如果事先就知道圖象在頁面上是如何放置的,那麼使用量角器和原稿底邊在滾筒和平台上放置原稿成精確的角度,會得到最高質量的圖象,而不必在圖象處理軟體中再作旋轉。
(7)在玻璃平板上找到最佳掃描區域
為了能獲得最佳的圖象掃描質量,可以找到掃描儀的最侍掃描區域,然後把需要掃描的對象放置在這裡,以獲得最佳,最保真的圖象效果。具體尋找的步驟如下:首先將掃描儀的所有控制設成自動或默任狀態,選中所有區域,接著再以低解析度掃描一張空白,白色或不透明塊的樣稿;然後再用專業的圖象處理軟體Photoshop來打開該樣稿,使用該軟體中的均值化命令(Equalize菜單項)對樣稿進行處理,處理后就可以看見在掃描儀上哪兒有裂紋,條紋,黑點。可以列印這個文件,剪出最好的區域(也就是最穩定的區域),以幫助放置圖象。
(8)使用透明片配件來獲得最佳掃描效果
許多平板掃描儀配有放在掃描床頂端的透明片配件。為得到透明片或幻燈片的最佳掃描,從架子和幻燈片安裝架上取下圖片並安裝其在玻璃掃描床上,反面朝下(反面通常是毛面)。用黑色的紙張剪出面具,覆蓋除稿件被設置的地方之外的整個掃描床。這將在掃描期間減少閃耀和過份暴光。同樣地,掃描三維物體時,用顏色與你掃描的物體對比強烈的物體覆蓋掃描儀的蓋子。這將幫助你更容易用PhotoshopColorRange工具選擇它。
(9)使掃描圖象色域最大化
為充分利用30或36位的掃描儀增加色彩範圍,使用掃描儀軟體(象Agfa的FotoTune)或其它公司的軟體盡量對色彩進行調節.因為Photoshop軟體僅限24點陣圖象,所以圖象可能以最寬的色域範圍被插入。
(10)使用無網花技術來掃描印刷品
當掃描印刷品時,在圖象的連續調上會有網花出現。如果掃描儀沒有去網功能,嘗試尋找使網花最小的解析度。常常,與印刷品網線一樣或一倍的解析度可能奏效。一旦你得到相當好的掃描,使用Photoshop是Gaussian Blur過濾器(用小於1象素的設置)稍微柔化網花直至看不出。然後應用Unsharp Mask使圖象銳利回來。也能通過稍微旋轉圖象來改進掃描,這是因為改變了連續調的網角。對黑白圖象旋轉45度正好,對於CMYK圖象,將需要實驗。
線條圖像
線條圖像是最簡單的圖像,每個像素只用一個bit來記錄,單bit的圖像又可分為兩種:線條圖(Line Art)和半色調(Half one)。
線條圖包含簡單的黑白信息,例如鋼筆、鉛筆的素描,也可以包括機械藍圖等單一顏色的彩色圖。
半色調圖像具有灰度圖像的模擬效果,不過這是人眼的主觀感受,對於半色調圖像黑的部分以較多的點來表示,而較亮的區域用較少的點來表示,報紙上的圖片就是屬於這種半色調圖像。
彩色圖像
彩色包含的信息更加複雜。為了獲取彩色圖像,掃描信使用基於RGB(紅Rde、綠Green,和藍Blue)三原色模型,因為所有的顏色可以用紅綠藍三原色以不同數量組合而成,根據掃描機型不同,可以記錄24bits或36bits的RGB像素。
選擇最佳
在設定,選擇掃描解析度時,需要綜合考慮掃描的圖像類型和輸出列印的方式。如果以高的解析度掃描圖像需更長的時間,更多內存和磁碟空間,同時解析度越高,掃描得到的圖像就越大,因此在保持良好圖像質量的前提下應盡量選擇最低的解析度,使文件不至於太大。
印刷行業所採用的解析度用LPI(LinePer Inch)每英寸線數來度量。與電子圖像的解析度(DPI)是不同的。計算最佳解析度簡易辦法是用輸出設備所列印的線數(LPI)乘以1.5~2.0,例如掃描圖像適用133LPI的雜誌印刷,最佳解析度應該是133×1.5≈200PPI。
在通常情況下,推薦使用的解析度如下表,表中MPR表示「Match Printers Resolution」即與列印相匹配的解析度。
插值使用
掃描墨白圖像或放大較小的原稿時,插值解析度十分有用。
2.1 當掃描黑白圖像時,將解析度設為和輸出的解析度相等。如黑白圖像用1200DPI的輸出設備列印線條圖像,就用1200PPI的插值解析度可得到良好的圖象,產生平滑的線條,消除部分鋸齒影響。
2.2 放大較小的圖像
當使用最大光學解析度是300PPI掃描儀掃描1×2英寸的圖片,如果用300PPI的解析度可得到原尺寸,而希望將圖像放大兩倍而不失其細節,則掃描解析度仍定於300PPI,而縮放比例設定於200%,掃描時相當於使用600PPI的插值解析度,雖然列印出來的尺寸放大一倍,但圖像的細節和清晰度仍相當好。
圖像增強
在掃描過程中,提供一系列工具用來調整圖像的色彩和提高圖像的質量。這些工具包括亮度、對比度和曝光工具,暗調與高光工具、曲線工具、濾波器工具、差色工具、自動工具以及色彩校正工具。
4.1 亮度,對比度和曝光工具
該工具可改變整個圖像的亮度和對比度,對比度小的圖像,在黑與與白之間的灰度層次較多,可分辨的細節也多,顯得平滑順暢一些;反之,對比度大的圖像,在黑與白之間的灰度層次較少,可分辨的細節也少,顯得反差明顯。
對比度獲得明暗層次的數目,亮度則確定這些層次的光亮程度,同時,曝光工具則會增減圖像中光線的強度,使得圖像在處理中顯現更多的細節。
4.2 暗調和高光工具
該工具可調整圖像的暗調和高光區,可以選擇新的暗調點作為最暗的數據值;也可以選擇新的高光點作為最亮的數據值,其效果是顯示出圖像的更多細節,很適用於圖像數據局限於很小的灰度及彩色範圍。
4.3 曲線工具
曲線工具可以修改Gamma曲線,Gamma曲線修改圖像的灰度中間調範圍的對比度,修改時不影響暗調和高光特性,配合使用曲線和高光工具,可有效地控制圖像的色調值。
4.4 濾波器工具
濾波器工具可以產生特殊的圖像效果,濾波器工具包括模糊、更模糊,銳化、更銳化,邊緣增強和圖像的立體效果等。
4.5 自動對比度控制
該工具通過調整Gamma曲線以及暗調和高光值,改善掃描圖像的對比度。
4.6 著色工具及色彩校正工具
著色工具調整圖像的色調和飽和度,所謂圖像的色調就是不同顏色之間的區別,而飽和度是指彩色的密度。
色彩校正工具為圖像提供一般特性文件,使圖像形成準確而栩栩如生的色彩。
列印方式
掃描圖像可以使用不同的設備列印輸出,如激光噴墨和點陣式黑白印表機,彩色噴墨印表機、彩色熱升華印表機以及印刷機等。
其它操作
在掃描時要選用好的原稿
因為原稿對於得到質量的掃描結果是十分得要的,即使掃描儀軟體和圖像編輯程式有改善圖像質量的能力,但對於那些焦距不準、畫面模糊、污損或者光敏很差的圖像,不管花費多大精力處理都是無濟於事的。
保持掃描儀的清潔
掃描儀鏡面如果有灰塵、斑點,要用乾淨的抹布蘸無水酒精擦拭乾凈,以免影響掃描效果。
合理使用掃描儀的錯誤偵測和自我診斷功能以達到最大的操作方便性

7選購指南

就像印表機一樣,掃描儀的技術也在日新月異地發展著,也越來越人性化,了解清楚關於掃描儀的技術發展以及未來的發展趨勢,對我們選購機器是十分有利的。我們就從選購時需要注意的參數入手對掃描儀的技術發展做一個介紹:
1. 光學解析度
光學解析度是我們選購掃描儀最重要的因素,掃描儀有兩大解析度,即最大解析度和光學解析度,直接關係到平時使用的就是光學解析度,掃描儀的解析度的單位嚴格定義應當是ppi,但人們也通誤稱為dpi。ppi是指每英寸的pixel數,一般使用橫向分辨來判定掃描儀的精度,因為縱向解析度可通過掃描儀的步進電機來控制,而橫向解析度則完全由掃描儀的CCD精度來決定。剛開始的時候,主流光學解析度為300ppi,1999年之後就大概為600ppi,2000年以後逐步過度到1200ppi,主流光學解析度已經到了2400ppi。因此,作為普通用戶,我們購買2400ppi光學解析度的掃描儀就足以應付了。
2.掃描方式
這主要是針對感光元件來說的,感光元件也叫掃描元件,它是掃描儀完成光電轉換的部件。。1969年美國貝爾實驗室發明CCD(Charge Coupled Device,電荷藕合裝置),體積小、造價低,廣泛應用於掃描儀。
1998年CMOS誕生了,它是一種新型的圖像感測技術。CMOS的優點是結構簡單,製造成本比CCD要低。
也是在1998年,CIS也誕生了。CIS掃描儀體積比CCD掃描儀小,製造成本也更少,但品質上還是比不上。,前者通過鏡頭聚焦到CCD上,將光信號轉換成電信號成像,後者緊貼掃描稿件表面進行接觸式的掃描。比較兩種掃描方式,可以看到作為接觸式掃描器件CIS景深較小,對實物及凹凸不平的原稿掃描效果較差;CCD掃描儀通過鏡頭聚焦到CCD上直接感光,因此它的景深較CIS掃描儀大的多,可以十分方便地進行實物掃描。一般我們在選購掃描儀多是選擇CCD的就可以了。而且市場上CCD的掃描儀也是最多的。
3. 色彩位數
色彩位數是掃描儀所能捕獲色彩層次信息的重要技術指標,高的色彩位可得到較高的動態範圍,對色彩的表現也更加艷麗逼真。色位是影響掃描效果的色彩飽和度及準確度的。色位的發展很快,從8位到16位,再到24位,又從24到36.48。這與我們對掃描的物件色彩還原要求越來越高是直接聯繫的,因此,色位值越大越好。,但48bit的掃描儀正在逐漸向主流行列邁進。
4.介面類型
掃描儀的介面是指掃描儀與電腦主機的聯接方式,發展是從SCSI介面到EPP(Enhanced Parallel Port的縮寫)介面技術,而如今都步入了USB時代,並且多是2.0介面的。USB介面作為新興的行業標準,在傳輸速度、易用性及計算機相容方面均有較好的表現,自1999年推出以後,在家用市場的佔有率節節上升,已經成為公認的標準。雖然市場上還能看到EPP介面的掃描儀,但是幾乎所有的廠商都已經停產。
5.軟體配置及其他
掃描儀配置包括軟體圖像類、OCR類和矢量化軟體等,OCR是掃描儀市場比較重要的軟體技術,它實現了將印刷文字掃描得到的圖片轉化為文本文字的功能,提供了一種全新的文字輸入手段,大大提高了用戶工作的效率,同時也為掃描儀的應用帶來了進步。
此外,。快捷鍵已經成為發展潮流,對於家用掃描儀來說,除了解析度、色彩位、介面類型外還有其他一系列輔助的技術指標,來增強掃描儀的易用性和其他功能。如Microtek系列掃描儀中配備自動預掃描功能、「GO」鍵設計、節能設計等。由於快捷功能鍵的出現,簡化了用戶使用掃描儀的步驟。
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