[科普中国]-扫描仪

扫描仪（scanner），是一种捕获影像的装置，作为一种光机电一体化的电脑外设产品，扫描仪是继鼠标和键盘之后的第三大计算机输入设备，它可将影像转换为计算机可以显示、编辑、存储和输出的数字格式，是功能很强的一种输入设备。1

应用范围1 将美术图形和照片扫描结合到文件中；1

2 将印刷好的文本扫描输入到文字处理软件中，免去重新打字之麻烦；1

3 将传真文件扫描输入到数据库软件或文字处理软件中存储；1

4 在多媒体产品中添加图像。1

基本原理及组成部件基本原理利用光感器件，将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟/数字（A/D）转换器转化为数字信号，传输到计算机就中。1

光电转换部件完成光电转换的部件是感光器件，它是扫描仪的核心，其光电转换特性，如光谱相应、光的稳定性、灵敏度、噪声等，对图像信息传递很重要。1

① CCD（Charge Coupled Device）1

CCD的中文名称是电荷耦合器件，与一般的半导体集成电路相似，它在一块硅单晶上集成了成千上万个光电三极管，这些光电三极管分成三列，分别被红、绿、蓝色的滤色镜罩住，从而实现彩色扫描。光电三极管在受到光线照射时可产生电流，经放大后输出。采用CCD的扫描仪技术经多年的发展已相当成熟，是市场上主流扫描仪主要采用的感光元件。1

CCD的优势在于，经它扫描的图像质量较高，具有一定的景深，能扫描凹凸不平的物体；温度系数较低，对于一般的工作，周围环境温度的变化可以忽略不计。CCD的缺点有：由于组成CCD的数千个光电三极管的距离很近（微米级），在各光电三极管之间存在着明显的漏电现象，各感光单元的信号产生的干扰降低了扫描仪的实际清晰度；由于采用了反射镜、透镜，会产生图像色彩偏差和像差，需要用软件校正；由于CCD需要一套精密的光学系统，故扫描仪体积难以做得很小。1

② CIS（Contact Image Sensor）1

CIS的中文名称是接触式图像感应装置。它采用触点式感光元件（光敏传感器）进行感光，在扫描平台下1mm～2mm处，300～600个红、绿、蓝三色LED（发光二极管）传感器紧紧排列在一起，产生白色光源，取代了CCD扫描仪中的CCD阵列、透镜、荧光管和冷阴极射线管等复杂机构，把CCD扫描仪的光、机、电一体变成CIS扫描仪的机、电一体。用CIS技术制作的扫描仪具有体积小、重量轻、生产成本低等优点，但CIS技术也有不足之处，主要是用CIS不能做成高分辨率的扫描仪，扫描速度也比较慢。1

光源对扫描仪而言，光源是非常重要的，因为感光器件上所感受到的光线，全部来自于扫描仪自身的灯管。光源不纯或者偏色，会直接影响到扫描结果。例如再商场里看好了一件衣服，可是等到拿回家却发现衣服的颜色与在商场里看到的颜色似乎不太一样。这是因为光源变了，我们看到的结果自然有所不同。1

A/D转换器A/D转换器，将连续变化的模拟量转换成离散的数字量，主要任务是将获取的模拟电压转换成代表颜色或灰度值的数字。主要性能指标有转换精度、转换时间、输入电阻等。1

扫描仪主板扫描仪主板一块集成芯片为主，其作用是控制各部件协调一致地动作，如步进电机地移动等。主要职能是完成图像数据转换、向计算机传送数字信息等。控制扫描仪地整个协调配合及对数据进行处理地整个工作。1

机械转动部分机械转动部分是指用来控制扫描头前后移动地步进电机和托架，在主板对电机发出指令时负责扫描头按轨道移动已完成扫描。1

发展历程1884年，德国工程师尼普科夫(Paul Gottlieb Nipkow)利用硒光电池发明了一种机械扫描装置，这种装置在后来的早期电视系统中得到了应用，到1939年机械扫描系统被淘汰。虽然跟后来100多年后利用计算机来操作的扫描仪没有必然的联系，但从历史的角度来说这算是人类历史上最早使用的扫描技术。1

1984年世界上第一台扫描仪问世。它由扫描头、控制电路和机械部件组成。采取逐行扫描，得到的数字信号以点阵的形式保存，再使用文件编辑软件将它编辑成标准格式的文本储存在磁盘上。扫描仪产品纷繁复杂，简单地介绍一些扫描仪发展历史中常见的类型。1

1.手持式扫描仪1

诞生于1987年，扫描幅面窄，难于操作和捕获精确图像，扫描效果也差。1996年后，各扫描仪厂家相继停产，从此手持式扫描仪销声匿迹。1

2.馈纸式扫描仪1

诞生于20世纪90年代初，随着平板式扫描仪价格的下降，这类产品也于1997年后退出了历史舞台。1

3.鼓式扫描仪1

又称为滚筒式扫描仪，是专业印刷排版领域应用最广泛的产品，使用感光器件是光电倍增管。1

4.平板式扫描仪1

又称平台式扫描仪、台式扫描仪，这种扫描仪诞生于1984年，是办公用扫描仪的主流产品。扫描幅面一般为A4或者A3。1

5.大幅面扫描仪1

又称工程图纸扫描仪，一般指扫描幅面为A1.A0幅面的扫描仪，又称工程图纸扫描仪。1

6.底片扫描仪1

又称胶片扫描仪，分辨率很高，专门用于胶片扫描。1

7.其他扫描仪1

此外还有一部分扫描仪是专业领域使用的，如条码扫描仪、实物扫描仪、笔式扫描仪等。1

性能指标扫描仪的性能指标主要有分辨率、灰度级和色彩数，另外，还有扫描速度、扫描幅面等等。1

分辨率分辨率表示了扫描仪对图像细节的表现能力，通常用每英寸长度上扫描图像所含的像素点的多少来表示，即（Dot Per Inch)。1

灰度级灰度级表示灰度图像的亮度层次范围。级数越多说明扫描仪图像亮度范围越大、层次越丰富。1

色彩数色彩数表示彩色扫描仪所能产生颜色的范围。通常用表示每个像素点颜色的数据闰数即比特位（bit)表示。比如36bit，就是表示每个像素点上有2^36种颜色。1

扫描速度扫描速度通常用一定分辨率和图像尺寸下的扫描时间表示。1

扫描幅面表示扫描图稿尺寸的大小，常见的有A4幅面，其他有A3.A0幅面等。1

接口类型接口指扫描仪与电脑的联接方式，常见的有SCSI接口、EPP接口和USB接口。1

SCSI接口扫描仪通过SCSI接口卡与电脑相连，其主要优点是数据传输速度快，缺点是安装较为复杂，需要占用一个扩展插槽和有限的电脑资源(中断号和地址)。1

EPP接口(打印机并口)用电缆即可联接扫描仪、打印机和电脑，安装简便，能连接笔记本电脑。但其数据传输速度略慢于SCSI接口扫描仪。1

USB（又称万能接口方式）是一种支持即插即用的串行接口。扫描仪速度快，与电脑的连接非常方便。1

安装USB接口扫描仪的安装将方形的USB接头先插入到扫描仪中，然后使用USB数据线把扫描仪与计算机的USB接口连接好；接着检查一下扫描仪是否将CCD扫描元件用锁固定住，如果固定的话大家应该将扫描仪开锁，并接通扫描仪和计算机的电源，随后计算机会自动检测到当前系统中的USB扫描仪，再根据屏幕的安装提示来完成扫描仪驱动程序和配置软件的安装。安装结束后，大家可以利用扫描仪随机附带的编辑软件，来调出扫描软件的应用界面后，就能开始使用扫描仪了。此外，安装这种类型的扫描仪时，大家还必须注意，在进行对扫描仪进行物理连接时，最好先打开与扫描仪相连的计算机系统，进入到CMOS设置界面中，打开BIOS系统，确保打开通用序列总线设置；同时在扫描仪安装结束后，最好让计算机重新启动一下，以确保扫描仪的各项功能使用正常。2

SCSI接口扫描仪的安装SCSI扫描仪也是很典型的一种扫描仪，具体安装步骤如下：关闭计算机，打开机箱盖；选择一个空槽，并卸去挡板；从防静电口袋中取出SCSI卡；将SCSI卡插入空槽，并拧紧螺钉；将SCSI电缆的一端连接到扫描仪的SCSI插口，拧紧螺钉；将SCSI电缆的另一端连接到SCSI接口卡，拧紧螺钉；连接扫描仪电源线；打开扫描仪锁，很多厂商都设计了一个锁定机构，用于锁定扫描仪的镜头组建。打开扫描仪电源，等到状态指示灯停止闪烁并保持常亮。打开计算机电源，等到计算机启动完毕。安装扫描仪TWAIN驱动程序。2

日常维护1.注意噪声污染1

噪声污染往往容易被人所忽视。噪声无论是对人体还是对设备，都有不同程度的伤害。1

2.避免振动1

新型扫描仪的质量较轻，在扫描的过程中，外界的振动会使扫描效果模糊。1

3、定期清洁1

由于扫描仪的静电特性灰尘和污物十分容易吸附、堆积，使光学器件、传动器件的功率受到极大的影响。长期这样内部机械器件会受到磨损，扫描仪会发生扫描响声大、图像错位、图像模糊等问题，因此清洁是扫描仪保养至关重要的步骤。1

扫描过程为了获取高质量扫描图的基本过程：3

从物理上准备将要使用的扫描仪；3

准备和定位扫描仪中的原始图像；3

激活扫描仪的插入软件模块或软件；3

检查扫描仪的优先设置值；3

选择正确的原始图像类型；3

选择扫描方式；3

根据你打算是在监视器上浏览和编辑图像还是直接输出到打印机（或印刷）设备，选择目的的设备；3

预扫描原图像；3

剪辑或调整预览图像；3

设置分辨率和决定尺寸；3

调整高亮度和阴影点、灰度系数、有关的色调设置值；3

校准颜色沉着或其他的色不平衡；3

如果打算使用鼓形扫描仪，应锐化预扫描图像；3

扫描图像。3

选购指南分辨率扫描仪最重要性能指标是光学分辨率，但存在一个误区，分辨率越高越好。从消费角度来看，不应盲目追求高配置，否则将造成资源浪费。综合评价一台扫描仪是优是劣，不能仅从分辨率来看。选购时应根据实际工作需要和输出设备的精度进行选择。2

色彩深度扫描仪的色彩深度高，就能真实反映原稿的色彩。扫描仪所反映的色彩越丰富，扫描的图像效果就越真实，但是，随之形成的图像文件体积也会增大。2

扫描速度对于商业及办公用户来说，扫描速度是至关重要的，但是，作为家庭用户就不一定将其定为首选。一般来说，家庭用户不要过分看中扫描仪的速度，因为在一定的生产成本下，提高速度必然会降低精度，同时会简化扫描仪的色彩校正功能，如此看来就得不偿失了。2

接口方式扫描仪的接口类型对扫描仪的应用和扫描速度有一定的影响。扫描仪和其他外设产品一样，USB接口因其支持热插拔、安装简单且传输速度较快而成为市场主流。2

易用性易用性体现在硬件和软件两个方面。对硬件来说，主要看其操作是否方便快捷；软件方面主要是看其是否具有人性化的设计思想，人机交互方面是否科学合理，以及扩展性如何等。2

本词条内容贡献者为:

尚轶伦 - 副教授 - 同济大学数学科学学院