掃描原理是什麽？

掃描儀是壹種圖像信號輸入設備。它對原稿進行光學掃描，然後將光學圖像傳輸到光電轉換器變成模擬電信號，再將模擬電信號轉換成數字電信號，最後通過計算機接口發送到計算機。用掃描儀掃描圖像的步驟如下:首先，將待掃描的原稿面朝下放在掃描儀的玻璃板上，原稿可以是文字原稿，也可以是圖畫照片；然後，在掃描儀驅動程序啟動後，安裝在掃描儀中的可移動光源開始掃描原稿。為了均勻照亮原稿，掃描儀光源較長，沿Y方向掃過整篇原稿。照射在原稿上的光經過反射後，通過壹個狹窄的縫隙形成壹個沿X方向的光帶，然後通過壹組反射鏡，由光學透鏡聚焦後進入分光鏡，通過棱鏡和紅、綠、藍三色濾光片得到的三個RGB顏色光帶分別照射在各自的CCD上，CCD將RGB光帶轉換成模擬電信號，再由A/D轉換器轉換成數字電信號。此時，反映原始圖像的光信號被轉換成計算機可接受的二進制數字電子信號，最後通過串行或並行接口發送到計算機。掃描儀每掃描壹行就得到X方向壹行的圖像信息，隨著Y方向的移動，逐漸在計算機中形成手稿的全貌。在掃描儀獲取圖像的過程中，有兩個組件起著關鍵作用。壹個是CCD，把光信號轉換成電信號；另壹個是A/D轉換器，將模擬電信號轉換成數字電信號。這兩個部件的性能直接影響到掃描儀的整體性能指標，也關系到在選購和使用掃描儀時如何正確理解和處理壹些參數和設置。

1.以光電耦合器(CCD)為光電轉換元件的掃描儀的工作原理。平板掃描儀大多采用光電耦合器(CCD)作為光電轉換元件，在圖像掃描設備中最具代表性。它的形狀像壹臺小型化的復印機，上蓋板下面是放置原稿的稿臺玻璃。掃描時，將掃描的原稿放在稿臺玻璃上，然後蓋上上蓋。收到計算機的掃描指令後，掃描圖像原稿，輸入圖像信息。與數碼相機類似，CCD也用作圖像掃描儀中的圖像傳感器。但不同的是，數碼相機采用的是二維平面傳感器，成像時將光圖像轉化為電信號，而圖像掃描儀的CCD是線陣CCD，即壹維圖像傳感器。掃描儀掃描圖像時，線陣CCD將掃描的圖像分成線，每條線的寬度約為10μ m..光源照射待掃描的圖像原稿，產生反射光(由反射原稿產生)或透射光(由透射原稿產生)，然後通過反射鏡組反射到線陣CCD中。CCD圖像傳感器根據反射光的強度，通過A/D轉換將電信號轉換為數字信號，生成壹行圖像數據。同時，在控制電路的控制下，步進電機旋轉驅動傳動帶，從而帶動光學系統和CCD掃描裝置在驅動導軌上相對平行於待掃描的原稿移動，逐行掃描待掃描的原稿，最終完成所有原稿圖像的掃描。如圖5所示。壹般用線陣CCD對原稿進行“壹線”掃描稱為“主掃描”，平行移動的線陣CCD的掃描輸入稱為“副掃描”。(1)線陣CCD的結構如圖6所示。CCD圖像傳感器是平板掃描儀的核心，其主要功能是將照射在其上的光圖像轉換成電信號。當放大CCD圖像傳感器時，可以發現成千上萬個CCD像元以10μm的間隔平行排列，這些像元有規律地排列成壹條線。當光線照射到圖像傳感器的感光面上時，每個CCD圖像單元接收照射到其上的光線，並根據所感應到的光線的強度產生相應的電荷。然後，幾個電荷以並行順序傳輸。(2)光學成像系統壹般掃描儀使用的光學成像系統有兩種:縮小掃描光學成像系統和等掃描光學成像系統。在簡化的光學系統中，使用長度為2-5cm的線陣CCD作為圖像傳感器。由於CCD的尺寸遠小於掃描原件的寬度，所以在這種成像系統中，CCD前面有壹個鏡頭，像數碼相機壹樣，用來在掃描時將原件圖像經鏡頭縮小後投射到線陣CCD上。恒定掃描光學成像系統使用與掃描原稿寬度相同的線陣CCD作為圖像傳感器。在這個光學成像系統中，使用了壹個特殊的透鏡組，由上下整齊排列的兩排棒狀透鏡組成。這個棒狀透鏡的直徑為1mm，長度約為6mm，每列由100多個這樣的透鏡陣列組成。這種成像系統在手持式掃描儀中很常見。(3)分色技術目前彩色掃描儀已經成為市場主流，可以真實還原原始圖像的質量。通過彩色掃描儀掃描的數字圖像，我們可以看到掃描的圖像很好地保持了原稿的質量，無論是形狀還是顏色。真實色彩的還原主要歸功於掃描儀獨特的分色技術。因為CCD只是把感應到的光的強度轉換成相應的電流，所以無法識別掃描圖像的顏色。因此，掃描儀需要分離這些顏色。眾所周知，紅綠藍是光的三原色，也就是這三種顏色的疊加可以組合出任何其他顏色。根據這壹特點，掃描儀在掃描壹幅圖像時，生成分別對應紅(R)、綠(G)、藍(B)三原色的三幅圖像，也就是說，每幅圖像只包含相應的單色信息，紅圖像只包含紅信息，綠圖像只包含綠信息，藍圖像自然只包含藍信息。最後，合成三幅圖像以獲得彩色圖像。其原理如圖7所示。目前掃描儀常用的分色技術有四種:濾光片分色技術、光源交替分色技術、三CCD分色技術和單CCD分色掃描技術。1)濾光片分色技術的基本原理是在線陣CCD圖像傳感器前安裝壹個濾光片，從上到下分成三等份。1部分是紅色濾光片，第二部分是綠色濾光片，第三部分是藍色濾光片。掃描時，CCD傳感器通過濾光片的移動分別記錄相應原色的圖像信息，從而獲得三原色的三個圖像信息。2)光源交替分色技術的原理與濾光片分色技術類似。在這項技術中，在鏡頭和掃描原稿之間增加了紅(R)、綠(G)和藍(B)三種顏色的發光管。掃描圖像時，三個不同顏色的發光管交替發光，使CCD獲得三個三色圖像信息。3)三CCD分色技術不同於前兩種分色技術。在三CCD分色技術中，使用三個CCD來完成掃描成像:光線通過透鏡，相應顏色的光線通過專門設計的分光棱鏡反射到相應的CCD圖像傳感器上。每個CCD產生壹種顏色的圖像數據，並且在壹次掃描之後可以獲得彩色圖像。所以我們可以看到，這種分色技術成像速度最快，但成本最高。4)單CCD分色技術單CCD分色技術仍然使用單個線陣CCD，然而在CCD的感光面上增加了壹個濾色器，同時直接進行分色。(4)VAROS技術普通CCD掃描儀掃描時，必須在被掃描物體表面形成壹條細長的白光帶。光通過壹系列的鏡子和壹組透鏡，最後CCD元件接收光信號。然而，在這種情況下，光學分辨率受到CCD像素數量的限制。在VAROS技術中，壹塊平板玻璃被放置在CCD元件和透鏡之間。首先，掃描儀執行正常掃描。這壹步得到的圖像和其他掃描儀基本相同。然後，平板玻璃傾斜以將掃描圖像移動1/2像素，並且掃描過程重復壹次。這允許掃描儀讀取移動像素的數據。最後通過軟件合成第壹次和第二次掃描數據，得到兩倍的圖像信息。換句話說，利用VAROS技術，我們可以將普通的600dpi掃描儀變成1200dpi高分辨率掃描儀。