扫描仪技术术语

2008年03月

解读扫描仪

     其实从技术层面上来讲，半年多来，平板式扫描仪并没有给我们带来多少令人惊喜的突破，但这也从一个侧面反映出，平板式扫描仪已是一种较为成熟的产品类型。不过我们还应看到，当最终用户在选购这些"成熟"产品时，往往要面对各种各样的技术名词、参数及其他针对性能、功能、规格等的说明，而他们又并不一定真正了解这些技术和参数的含意，对各种说明也不一定有一个正确的认识。所以，我们在这里对当前平板式扫描仪所涉及的一些技术和概念进行一番简要的介绍或曰解读，对于用户也还是具有实际意义的。

 感光器件

     感光器件是扫描仪中的核心部件，其品质的高低在很大程度上就决定了扫描图像的质量。当前平板式扫描仪所采用的感光器件主要有两种：CCD和CIS。

     CCD(Charge Coupled Device)即电荷耦合器件，其感光原理与数码相机中的CCD相类似:通过光源照射形成的影像光线经镜头组反射后，再由CCD捕获并转换为扫描影像的电信号。CCD具有较高的分辨率，可捕捉较丰富的细节，并可扫描具有一定景深的立体实物，而且制造成本也呈逐渐下降趋势。目前无论是1200dpi分辨率的扫描仪，还是2400dpi分辨率的扫描仪，所用的感光器件大多都是CCD。

     CIS（Contact Image Sensor）即接触式感光器件，它不具有成像镜头，需要通过贴近扫描对象来获取影像信息，所以较难实现很高的光学分辨率，但它也具有自身的优势--制造成本较低（约为CCD的1/3），色彩还原较好，且体积、重量和功耗均较小，而如果基于CIS的平板式扫描仪同时采用USB端口，则还可以省掉电源适配器（功耗较小，可直接通过USB端口取电），使整机更加轻薄化。CIS多用于低分辨率的家用扫描仪，不过佳能采用LIDE技术（基于CIS）的"酷"系列扫描仪也实现了1200dpi的分辨率。

     注：光电倍增管也是一种扫描仪中所用的感光器件，它属于纯模拟器件（电子管），现在只多用于高端专业领域。

 内部光源

     现在扫描仪内部用得较多的光源类型主要有冷阴极荧光灯、RGB三色发光二极管（即LED），少部分扫描仪采用了卤素灯光源。

     冷阴极荧光灯具有体积小、亮度高、寿命长的特点，但工作前需要预热。该类光源已经广泛应用于平板式扫描仪中。

     发光二极管功耗小，噪音低，发热量小，且无需预热，但亮度低，亮度均匀性略差，寿命一般也比较短（一些CIS型扫描仪采用了此类光源）。

     卤素灯多应用于一些高端平板式扫描仪乃至某些胶片扫描仪中，亮度非常高，预热时间短（如Epson GT系列扫描仪所用的氙光源灯就具有"零预热"的特性），而且维护、更换容易，但它的发热量也较高，使用一定时间后即可能出现衰减。

 分辨率

     扫描仪的标称光学分辨率如600×600dpi、1200×1200 dpi 、2400×4800 dpi等分别列出了水平和垂直方向上的物理分辨率，其中的水平光学分辨率也称为主光学分辨率，这也是我们最应当关注的--其他如9600dpi、19200dpi的差值分辨率都是通过软件模拟运算而得，并没有多少实际的意义。

     光学分辨率越大，当然扫描的图像也就会越精细。但需注意的是，对于不同品牌的扫描仪，即使标称光学分辨率相同，扫描而得的图像清晰度也可能会有较大的差别，因为扫描清晰度不仅仅取决于光学分辨率，还与CCD的品质、镜头组件的结构与质量、A/D转换电路的设计以及其他电子元件的选择等密切相关。

     另外，用户也不应盲目追求过高的光学分辨率--包括购买高分辨率的扫描仪和在使用中设定高分辨率，而应在了解自己实际需求的基础上"量入而购"、视情况而定：如果扫描图像是用于网页，则设定75dpi的扫描分辨率即已足矣；如果是属于普通办公应用，如扫描黑白文稿或一般质量的图片，则选择300dpi的分辨率即可以同时获得效率与质量;如扫描输出原大尺寸乃至A4幅面的4英寸×6英寸照片，则选择600×600dpi的分辨率也能获得较好的扫描效果，而且无需长久的等待（对于此类应用，如果选择更大的分辨率，则并不会使得扫描质量有明显的提升，而扫描时间将大幅增加）；如果是扫描输出A4幅面以上的照片，则最好选择1200×1200dpi或更高的分辨率，这样才能保证精美的大幅面扫描效果;如对照片扫描质量要求较高，经常要进行胶片数字化工作或需要借助胶片扫描获得高质量的影像打印输出，而同时又较难承受胶片扫描仪的价格，则可考虑选择一款带透扫适配器的2400dpi平板式扫描仪--设定2400dpi往往要付出较长的等待时间的代价，并不得不面对急剧增大的文件容量。

 色彩深度

     色彩深度代表了扫描仪能够反映的色彩范围。它通常以用来描述颜色的二进制数据的位数表示，如48位色彩深度即表示可以分辨出248种（约281万亿种）色彩，这已超出显示器的色彩显示范围。

     理论上，更高的色彩深度会获得更好的色彩还原。对于日常扫描，采用42位甚至36位色彩深度也就够了；如果对色彩表现要求较高，则可选用达到48位色彩深度的机型--最好也是分辨率达2400dpi的机型。另外需注意的是，有些扫描仪所标称的42位/48位色彩深度是差值运算得到的，它可以作为参考，而用户真正需要了解的是扫描仪产品的真实（物理）色彩深度（与选取差值分辨率的结果相似，选择更高的"软件"色彩深度不会使色彩还原有明显改观，但却会增加计算机系统的负担，同时延长扫描时间）。

 灰度位宽

     灰度位宽表明了扫描仪可以表现出来的灰度范围，更大的灰度范围就会有更好的色阶过渡。灰度位宽表示方法与色彩深度相同，如16位灰度位宽就表示扫描仪可以反映216级（65536级）灰度。目前的1200dpi平板式扫描仪的灰度位宽多为12～16位，2400dpi平板式扫描仪的灰度位宽多为16位。

 连接方式

     数据传输环节是扫描仪提高处理速度的一大瓶颈，所以厂商也在尝试使用更高效率的连接端口。并口已经基本上从当前的平板式扫描仪中消失，USB端口为众多机型所采用，一些较高端的型号还兼有SCSI接口和IEEE 1394端口。就目前而言，支持USB2.0的平板式扫描仪还相对较少，但此类机型在理论传输速度上40倍于USB1.1机型的特点使得用户没有理由毫不动心（实际传输速度还将受到PC系统与扫描仪内部控制芯片、缓存等的影响），而随着USB2.0的日渐普及，厂商也会适时推出更多的USB2.0平板式扫描仪。

     注：USB1.1、USB2.0、IEEE1394和SCSI端口的最高数据传输速度分别为12Mbps、480Mbps、400Mbps和160Mbps（Ultra SCSI 3）。

 独有技术

     表面看来，各种品牌的平板式扫描仪呈现出一定程度的同质化倾向，但事实上许多主流扫描仪厂商都在自己的产品中注入了"独门秘技"，在此不妨列举一二。

     BenQ普通平板式扫描仪的部分型号采用了A.C.E.色彩增强技术(亦称"微雕"技术)，该技术根据内置于扫描仪硬件中的色彩还原特性数据库，通过软件的模拟运算调整输入图像的色彩，弥补扫描仪系统前端（光源和CCD部分）产生的信号损失，以获得更丰富的色彩细节，实现更好的色彩还原--与此相似的技术以往多用于采用ICC色彩校正模式的高端专业机型。

    Canon的一些高端平板式扫描仪采用了著名的超级伽利略镜头技术、超级6 线CCD技术、FARE/QARE图片优化技术等。超级伽利略镜头为6组6单元结构，并采用了非球面镜片，它可以从根本上消除色彩条纹，抑制信号噪声，将最精确的图像信息传递到CCD表面。QARE(Quick Automatic Retouching Enhancement)即快速自动修饰和增强技术，FARE(Film Automatic Retouching Enhancement)即胶片自动修饰和增强技术，前者通过软方式实现，可以在不增加成本的情况下自动检测并去除原稿中的灰尘，获得良好的稿件还原，后者通过软硬结合方式实现，可以利用红外线检测胶片表面的划痕和灰尘等，并运用智能算法修补破损区域，从而获得完美的扫描效果。超级6线CCD可实现2400dpi的扫描精度，而且它在保持CCD灵敏度的同时，提高了对光线的捕捉能力：在每个CCD单元上都增设了铝质防护片，避免了外来信号的干扰，为获得良好的图像还原和明丽的色彩提供了保证。

     Epson Perfection 系列扫描仪的部分机型采用了按需像素优化（On-Demand Pixel Optimizer）技术、动态范围控制（DRC，Dynamic Range Control）技术和片上微镜（On Chip Micro-Lens）技术等先进技术。按需像素优化技术即指根据所设扫描分辨率的高低自动增减CCD单元的利用数目，使用户获得满意的扫描质量与扫描速度的组合（CCD采取了错位式矩阵排列，可在不牺牲CCD面积的前提下使CCD单元数目倍增，同时提供高分辨率和高感光度），此技术如图3所示；动态范围控制技术可预先对Gamma值进行优化和预设，再由扫描仪对Gamma预设值进行分析，自动重新调整预设值和曝光时间，从而使得扫描影像在亮部与暗部均可获得良好的信噪比；片上微镜技术即在每片CCD上集成了十分微小的透镜，将光线集中投射到光敏元件（光敏二极管）感光度最好的中心区域，增强感光特性，缩短曝光时间--微镜技术可以使感光特性提高约1.3倍

     HP的某些扫描仪产品采用了双CCD和智能扫描技术。所谓双CCD即在每个感光组件上设置两个CCD，分别针对高分辨率（2400dpi）扫描和低分辨率（600dpi）扫描，从而使扫描仪可以根据需要灵活使用相应的CCD，在保证扫描质量的前提下获得较高的扫描速度；智能扫描技术可以对图文混排文档中的图像和文字进行自动识别，并可以自动划分区域，选择合适的扫描分辨率进行扫描，最终还可迅速地将扫描文稿转换成Word、Excel、PDF等多种格式的电子文档（此功能一般会延长扫描处理时间，但必要时用户可在设置菜单中取消自动分区和自动识别选项，以加快扫描速度）。

 扫描仪术语解释

CCD质量：感光器件的质量好坏是决定扫描仪扫描质量的最关键因素，其主要指标包括灵敏度、噪声系数、动态范围、光谱感应曲线等参数，上述这些参数的综合结果决定了CCD的质量。高质量的CCD要求具备灵敏度高，噪声系数小，动态范围大，光谱感应曲线平滑而且与可见光谱相吻合。要实现这些要求难度非常大，甚至不得不采取超低温冷却等方式才能够满足要求。如果CCD的质量不能满足高色彩位数的要求，那么在随后的阶段中无论采用何种技术方法，也不可能获得高色彩位数应具备的效果。

色彩深度：色彩深度又称色彩位数，是指扫描仪对图像进行采样的数据位数，也就是扫描 仪所能辨析的色彩范围。目前有18位、24位、30位、36位、42位和48位等种。  应该说，色彩位数越高，扫描仪越具有提高扫描效果还原度的潜力。但是否色彩位数越高，扫描效果越好呢？不是这样的。

首先要考虑色彩位数的来源，扫描仪的色彩位数和色彩还原效果取决于如下的几个方面：感光器件的质量，数模转换器的位数，色彩校正技术的优劣，扫描仪的色彩输出位数。

色彩校正技术：扫描仪为保证良好的色彩输出，都要采用不同的色彩校正技术，色彩校正技术的好坏，直接影响扫描的色彩还原程度，当色彩校正技术水平一时，上一级的图像数据质量将成为图像输出效果的决定因素。

光学分辨率：在了解光学分辨率之前应首先明确扫描仪的分辨率分为光学分辨率和最大分辨率，由于最大分辨率相当于插值分辨率，并不代表扫描仪的真实分辨率，所以我们在选购扫描仪时应以光学分辨率为准。