扫描仪是一种捕获影像的装置,可将影像转换为计算机可以显示、编辑、储存和输出的数字格式。扫描仪的应用范围很广泛,例如将美术图形和照片扫描结合到文件中;将印刷文字扫描输入到文字处理软件中,避免再重新打字;将传真文件扫描输入到数据库软件或文字处理软件中储存;以及在多媒体中加入影像等等。
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。
扫描仪是19世纪80年代中期才出现的光机电一体化产品,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。从诞生到现在扫描仪产品种类纷繁复杂,从下面的表格简单地介绍一些常见的类型。
手持式扫描仪 诞生于1987年,当时使用比较广泛,手持式扫描仪扫描幅面窄,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。
馈纸式扫描仪 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。
鼓式扫描仪 又称为滚筒式扫描仪,鼓式扫描仪是专业印刷排版领域应用最广泛的产品,它使用的感光器件是光电倍增管。这种电子管,性能远远高于CCD类扫描仪。
平板式扫描仪 又称平台式扫描仪、台式扫描仪,这种扫描仪诞生于1984年,是目前办公用扫描仪的主流产品。扫描幅面一般为A4或者A3
大幅面扫描仪 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。 底片扫描仪 又称胶片扫描仪>英寸甚至更大,光学分辨率一般可以达到2700dpi的水平,更高精度的产品则属于专业级产品。
笔式扫描仪 又称为扫描笔,该扫描仪外形与一支笔相似,扫描宽度大约只有四号汉字相同,使用时,贴在纸上一行一行的扫描,主要用于文字识别。
条码扫描仪 又称为条码阅读器、笔式扫描仪。有很多类型,其中一种与笔式扫描仪外形相似,主要用于条码的扫描识别,不能用来扫描文字和图像。
实物扫描仪 其结构原理类似于数码相机,它拥有支架和扫描平台,分辨率远远高于市场上常见的数码相机,只能拍摄静态物体,扫描一幅图像所花费的时间与扫描仪相当。
3D扫描仪 结构原理也与传统的扫描仪完全不同,生成的文件是能够精确描述物体三维结构的一系列坐标数据,输入3DMAX中即可完整地还原出物体的3D模型,无彩色和黑白之分。
应用扫描仪最多的领域是出版、印刷行业,此外还可以在办公中用于资料制作、资料管理和档案管理等。另外,如专用的卡片扫描仪、CT扫描仪等其它的扫描仪不在列举之中。
二、技术
自1984年第一台扫描仪问世以来,扫描仪经历了从黑白扫描、彩色三次扫描过度到现在的彩色、一次扫描仪,扫描仪技术的发展日新月异。下面笔者从扫描仪五个比较重要的因素的技术革新进行分析,以此来探索扫描仪的发展道路。
(1)光学分辨率
扫描仪的分辨率可分为光学分辨率和最大分辨率,我们主要以“光学分辨率”为准。光学分辨率一直是扫描仪产品最为关键的性能指标,是影响扫描效果的清晰程度的最重要因素之一。
300dpi的产品曾经在市场上盘踞多年,在经过1999年的一场价格大战的厮杀后终于黯然退出历史舞台,把扫描仪市场的主流地位让给了600dpi的产品。2002年,国内外几大厂家风风火火地将1200dpi光学分辨率的扫描仪产品推向市场,从此600dpi难觅踪影。到了2004年,2400dpi光学分辨率的扫描仪成为市场的热点。
(2)色位
色位是影响扫描效果的色彩饱和度及准确度的最重要因素之一。这里先介绍一个用来度量概念--位。位(Bit)是计算机最小的储存单位,以0或1来表示位的值。愈多的位数可以表现愈复杂的影像信息。
依次从8 位灰阶用来更精确地表现一般的黑白照片到用24 位彩色,通过红绿蓝信道结合后可产生 1677 万种颜色的组合,此时的24 位的色彩也称作全彩。然后又从36 位彩色到42位,再到48位,发展相当迅速。
(3)扫描元件
扫描仪的核心部分是完成光电转换的部件——扫描元件(也称为感光器件)。目前市场上扫描仪所使用的感光器件主要有四种:电荷藕合元件CCD、接触式感光器件CIS、光电倍增管PMT和互补金属氧化物导体CMOS。
1969年美国贝尔实验室于发明CCD(Charge Coupled Device,电荷藕合装置),与电脑晶片CMOS技术相似,也可作电脑记忆体及逻辑运作晶片。CCD的感光能力相对低,但CCD技术不断发展,又由于CCD的体积小、造价低,所以广泛应用于扫描仪。
1998年,互补氧化金属半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,简称CMOS) 诞生了,它是一种新型的图像传感技术。对于CMOS技术的研究已有数十载,但直到20世纪末把它应用于制作图像传感器。CMOS的优点是结构比CCD简单,耗电量只有普通CCD的1/3左右,而且制造成本比CCD要低。
同年,一种基于CMOS技术的传感器的接触式图像传感器(Contact lmage Sensor,简称CIS)也诞生了。CIS扫描仪将光源、聚焦镜片及感应器一同固定于一个外罩内,不须调节、预热,所以比CCD扫描仪起动快。CIS扫描仪体积比CCD扫描仪更小,而制造成本也更少,但品质上还是比CCD稍逊一筹,并且CCD的技术比CIS要成熟。
(4)接口类型
扫描仪的接口是指扫描仪与电脑主机的联接方式,目前扫描仪常见的接口方式有SCSI、EPP、USB三种。
1979年SCSI技术诞生。早期的扫描仪大都是SCSI接口。优点是传输速度较快,扫描质量高;缺点是需要开机箱安装一块SCSI卡,要占用一个ISA或PCI槽以及相应的中断,安装相对复杂,有可能和其他配件发生冲突。
没过几年,EPP(Enhanced Parallel Port的缩写)接口技术诞生。和SCSI的扫描仪相比,其速度较慢,扫描质量稍差,但安装方便,兼容性好,大多采用EPP接口的扫描仪后部都有两个接口,一个接计算机,另一个接其他的并口设备(一般是打印机)。
1994年诞生USB(Universal Serial Bus的缩写)技术,当时是由 PC 界的几位“巨人”——康柏、IBM、Intel和Microsoft共同推出的,旨在统一外设如打印机、外置Modem、扫描仪、鼠标等的接口,以便于安装使用,取代以往的串口、并口和PS/2接口,USB 标准真正颁已经是1996年了。又过了两年,USB才迎来了真正的春天——业界巨头们共同制定了USB1.1标准,使USB技术更加成熟可靠,真正发展起来。
(5)扫描仪配置软件
扫描仪配置包括软件图像类、OCR类和矢量化软件等,这里不能不介绍OCR。简单地说,OCR的基本原理就是通过扫描仪将一份文稿的图像输入给计算机,然后由计算机取出每个文字的图像,并将其转换成汉字的编码。
早在1929年,Taushek就在德国获得了一项有关OCR(光学字符识别)的专利。欧美国家为了将浩如烟海、与日俱增的大量报刊杂志、文件资料和单据报表等文字材料输入计算机进行信息处理,从50年代就开始了西文OCR技术的研究,以便代替人工键盘输入。文字识别软件(OCR)的出现,实现了将印刷文字扫描得到的图片转化为文本文字的功能,提供了一种全新的文字输入手段,大大提高了用户工作的效率,同时也为扫描仪的应用带来了进步。这是扫描仪发展史上一个具有重要意义的里程碑。