扫描仪的原理与开发应用.docx

1、 扫描仪 的 原理 与 开发应用郭繁夏 编著丁晓青 审校Scann清 华 大 学 出 版 社(京) 新登字158号内 容 提 要本 书 从 开 发 应 用 软 件 系 统 的 角 度 出 发 ， 介 绍 了 光 电 扫 描 仪 的 原 理 、 性 能 指 标 、 驱 动 方 式 及 其 应 用 软 件 开 发 的 规 范 ， 重 点 介 绍 了 扫 描 仪 驱 动 的 TWAIN界 面 标 准 和 SPI界 面 标 准 。 在 内 容 安 排 上，力求给扫描仪应用软件的开发人员提供MS-DOS和MS-Windows 环境下完整的应用程序实例， 为扫描仪应用软件系统的开发建立方便的开发流程和规范

2、的程序结构。本 书 适 合 于 高 等 院 校 师 生 、 计 算 机 工 程 技 术 人 员 、 计 算 机 应 用 人 员 和 对 扫 描 仪 感 兴 趣 的 读 者 使用。版权所有，翻印必究。 本书封面贴有清华大学出版社激光防伪标签，无标签者不得销售。图 书 在 版 编 目 (CIP)数 据扫描仪的原理与开发应用郭繁夏编著；丁晓青审校。 北京：清华大学出版社，1995I SBN 7-302-02024-8扫 郭 丁 光 电 扫 描 装 置 -软 件 开 发 扫 描 仪 -软 件 开 发 -基 本 知 识 TH74 TP335中国版本图书馆 C I P 数据核字（ 95）第 20358 号

3、出 版 者 ： 清 华 大 学 出 版 社 (北 京 清 华 大 学 校 内 ， 邮 编 100084) 印刷者：北京市海淀区清华园印刷厂 发行者：新华书店总店北京科技发行所开 本： 7871092 1 / 16 印张： 15 . 5 字数： 309 千字 版 次： 1996 年 1 月第 1 版 1996年 1 月第 1 次印刷 书 号： I SBN 7-302-02024-8 / TP936印 数： 00015000定 价： 16 . 80 元目 录 i目 录第一章 绪论 11.1 概述 11.2 扫描仪开发应用的发展 .11.3 本书的主要内容.31.3.1 本书的内容安排 .31.3.

4、2 本书的有关环境说明 .3第二章 扫描仪的基本原理 52.1 概述 52.2 扫描仪的扫描原理 .52.2.1 图象扫描原理 .52.2.2 图象扫描基本流程 .72.3 扫描仪的种类.72.3.1 按扫描光源与待扫材料之间的相对运动分类 .82.3.2 按待扫材料分类 .92.3.3 按可以扫描的图象类型分类 .102.4 扫描仪的性能指标 .102.4.1 扫描仪的分辨率 .102.4.2 扫描仪的扫描模式(数据类型) 122.4.3 扫描仪的扫描速度 .172.4.4 扫描仪的扫描区域 .182.4.5 扫描仪的亮度控制 .182.4.6 扫描仪的对比度控制 .192.4.7 扫 描

5、仪 的 校 正 .192.4.8 扫 描 仪 的 自 动 送 纸 器 (ADF).202.4.9 扫描仪的其它指标 .21扫描仪的原理与开发应用 4 第三章 扫描仪的应用开发 233.1 概述 .233.2 扫描仪的驱动方式 .243.2.1 直接驱动 .243.2.2 建立驱动设备 .243.3 有关扫描仪驱动的标准 .263.4 MS-DOS 环境下的驱动程序实例 263.4.1 几个通用的头文件 图形、鼠标与 TIFF 格式 263.4.2 一个通用的扫描平台 .483.4.3 部分台式平板扫描仪简介及其驱动模块 .79第四章 扫描仪驱动的 TWAIN 界面标准 894.1 概述 .89

6、4.2 TWAIN 标准的基本内容 .904.2.1 TWAIN 标准的基本组成部分 .904.2.2 TWAIN 标准的基本结构 .904.2.3 TWAIN 标准的界面格式 .914.2.4 TWAIN 的各部分之间的信息交换 .924.2.5 TWAIN 的基于状态的协议 .934.2.6 TWAIN 的数据传输模式 .944.3 在 MS-Windows 环境下开发 TWAIN 程序的实例 .954.3.1 TWAIN 的开发环境 .954.3.2 TWAIN 的开发要求 .964.3.3 MS-Windows 环境下 TWAIN 的程序模块实例 .99第五章 扫描仪驱动的 SPI 界

7、面标准 .1175.1 概述 .1175.2 SPI 标准的基本内容 1185.2.1 安装设备驱动程序 .1185.2.2 SPI 调用方式 .1185.3 SPI 功能介绍 1195.3.1 功能 0获取 SPI 信息 .119目 录 iii5.3.2 功能 1获取设备信息 .1205.3.3 功能 2初始化扫描仪硬件和软件 .1205.3.4 功能 3获取扫描仪的性能指标 .1205.3.5 功能 4获取扫描仪当前的参数值 .1225.3.6 功能 5设置扫描仪参数 .1235.3.7 功能 6开始扫描 .1235.3.8 功能 7中止扫描 .1265.4 SPI 出错信息 1265.5

8、 MS-DOS 环境下手持扫描仪的驱动程序实例 1275.5.1 SPI 扫描驱动的开发流程 .1275.5.2 SPI 扫描驱动的程序实例 .128第六章 一 个 完 整 实 用 的 扫 描 驱 动 系 统 (HP 系列扫描仪) 1656.1 系统简介 .1656.1.1 基本设计思想 .1656.1.2 系统操作流程 .1666.2 直接终扫描(F1) 1676.3 预 扫 描 +终 扫 描 (F2)1676.3.1 选定扫描范围 .1686.3.2 图象的倾斜校正 .1696.4 扫描参数的选择 .1706.4.1 扫描分辨率的选择 .1706.4.2 扫描亮度的选择 .1706.4.3

9、 扫描图象类型的选择 .1716.4.4 扫描页面长度的选择 .1716.4.5 其它参数的选择 .1716.5 源程序清单 .171附录 A 扫描图象格式简介 .229A.1 TIFF 图象格式 .229A.2 PCX 图象格式 .231A.2.1 PCX 图象格式的基本内容 231扫描仪的原理与开发应用 4 A.2.2 PCX 图象格式的 C 语言头文件 233A.3 BMP 图象格式 .234A.3.1 BMP 图象格式的基本内容 .234A.3.2 BMP 图象格式的 C 语言头文件 .236程序索引 238主要参考文献 239第一章 绪 论 5第一章 绪 论1.1 概 述人 类 社

10、会 已 开 始 进 入 信 息 时 代 ， 各 类 信 息 事 业 的 发 展 将 极 大 地 影 响 国 家 的 发 达 和 民 族 的 兴 旺 ， 因 此 ， 世 界 各 个 国 家 对 信 息 事 业 和 产 业 的 发 展 都 给 予 了 极 大 的 重 视 和 关 注 。 目 前 席 卷 全 球 的 兴 建 “信 息 高 速 公 路 ”的 热 潮 ， 就 是 一 个 明 证 。 而 且 ， 随 着 计 算 机 技 术 和 多 媒 体 技 术 的 飞 速 发 展 ， 人 们 已 不 再 满 足 于 纯 文 字 的 信 息 ， 代 之 以 声 、 形 、 图 、 文 并 茂 的 超 文

11、本 (Hypertext)信 息 和 多 媒 体 (Multimedia)信 息 ， 其 中 直 观 形 象 的 图 形 、 图 象 信 息 更 受 到 了 人 们 的 普 遍 重 视 ， 扮 演 着 重 要 的 角 色 。 如 何 简 单 方 便 地 将 图 形、图象输入到计算机中，成为一个重要的问题。图 形 、 图 象 输 入 设 备 的 核 心 ， 是 完 成 光 电 转 换 的 电 荷 耦 合 器 件 (CCD， Charge- Coupled Device)。80 年代前，通常使用 CCD 摄 象 机 (Camera)和 传 真 机 (FAX/Facsimile) 等 作 为 图 形

12、 、 图 象 输 入 设 备 。 摄 象 机 输 入 图 象 的 主 要 优 点 是 几 何 失 真 小 、 输 入 速 度 快 和 输 入 精 度 可 随 摄 象 机 距 离 的 变 化 任 意 调 节 。 其 缺 点 是 受 环 境 影 响 大 ， 尤 其 是 输 入 书 面 材 料 而 非 实 物 时 更 是 如 此 ； 另 外 每 次 输 入 的 幅 面 也 太 小 (一 般 最 大 为 20482048 象 素)。传真机输入图象的最大缺点则在于其精度太低，一般只有 3.5 线/毫米8 线/毫米 (约 90 点/英寸200 点/英寸 )。直到 80 年代中期，才诞生了世界上第一台光电扫

13、描仪 (Scanner)。1.2 扫 描 仪 开 发 应 用 的 发 展扫 描 仪 的 发 展 虽 然 只 有 不 到 十 年 的 历 史 ， 但 因 其 采 用 封 闭 的 光 学 扫 描 环 境 ， 受 周 围 环 境 的 影 响 小 ， 图 象 稳 定 ， 扫 描 精 度 高 ， 很 快 受 到 了 人 们 的 青 睐 ； 再 加 上 计 算 机 技 术 的 飞 速 发 展 和 图 形 环 境 的 日 益 普 遍 ， 扫 描 仪 迅 速 成 为 计 算 机 不 可 缺 少 的 图 文 输 入 工 具之一，被广泛地应用于图形、图象处理的各个领域。在 我 国 ， 扫 描 仪 的 设 计 和

14、批 量 生 产 几 乎 尚 未 起 步 ， 扫 描 仪 主 要 来 源 于 台 湾 、 日 本 和 美 国 等 地 的 厂 商 ， 也 包 括 这 些 厂 商 的 OEM(Original Equipment Manufacture)产 品 。 其应用发展大致可以分为两个阶段：第一个阶段是 80年代末期的起步阶段。由于扫描仪的性能低，价格高，应用软件 不 成 熟 ， 系 统 开 发 困 难 ， 而 且 受 当 时 计 算 机 的 速 度 、 内 存 、 图 形 环 境 等 诸 多 因 素 的 限扫 描 仪 的 原 理 与 开 发 应 用 2 制，扫描仪的应用发展非常缓慢。第二个阶段从 90年代

15、开始至今，扫描仪进入迅速发展的阶段。许多扫描仪厂商纷 纷 推 出 新 产 品 ， 提 高 扫 描 仪 的 性 能 和 产 量 ， 降 低 价 格 ， 并 提 供 了 功 能 齐 全 的 扫 描 驱 动 软件，尤其是 Windows 3.X 环境下丰富多彩的应用系统，大大促进了扫描仪的应用与 发展。近 一 、 两 年 以 来 ， 扫 描 仪 的 开 发 应 用 已 走 向 高 潮 。 计 算 机 硬 件 资 源 的 日 新 月 异 ， 特 别 是 高 档 、 低 价 的 打 印 输 出 设 备 的 出 现 ， 使 图 象 的 输 入 处 理 输 出 系 统 不 断 完 善 ， 极 大 地 拓 宽

16、 了 扫 描 仪 的 应 用 范 围 ， 为 扫 描 仪 的 广 泛 开 发 应 用 奠 定 了 硬 件 基 础 。 同 时 ， 扫 描 仪 的 各 种 应 用 系 统 如 雨 后 春 笋 ， 为 用 户 提 供 了 广 阔 的 应 用 前 景 。 这 些 应 用 系 统主要包括： 汉 字 识 别 系 统 。 如 清 华 OCR(TH-OCR/TWReader for Windows)、 集 成 OCR(NI- OCR)、 北 信 OCR(BI-OCR)、 沈 阳 OCR(SY-OCR)、 中 智 汉 王 99以 及 丹 青 OCR等 等 。 图 文 数 据 库 系 统 。 如 清 华 文 通

17、 I&T图 文 档 案 管 理 系 统 、 THDA系 统 、 ITBASE系 统、FBASE系统以及许许多多的 MIS系统等等。 工程图形管理系统。 多媒体办公系统。 桌面排版系统。 广告创意系统。 电脑动画系统。 此外，还有各种专业的图形、图象系统也开始大量使用光电扫描仪作为基本的输入 设 备 。 这 一 切 都 使 得 光 电 扫 描 仪 的 开 发 应 用 日 益 加 快 ， 扫 描 仪 市 场 的 竞 争 也 越 来 越 激 烈 。 目 前 ， 光 电 扫 描 仪 正 逐 渐 成 为 计 算 机 系 统 的 标 准 输 入 设 备 之 一 ， 日 益 普 及 。 据 不 完 全 统

18、计 ， 扫 描 仪 与 微 机 的 使 用 比 率 ， 在 美 国 等 发 达 国 家 已 经 达 到 20%； 全 球 的 平 均 值 约 为 14%； 我 国 只 有 3% 5%， 因 此 ， 扫 描 仪 的 发 展 潜 力 十 分 广 阔 。预 计 ， 在 未 来 的 一 、 两 年 内 ， 决 定 扫 描 仪 性 能 的 主 要 硬 件 技 术 ， 尤 其 是 进 行 光 电 转 换 的 CCD器 件 不 大 可 能 有 突 破 性 的 发 展 ， 因 此 ， 所 谓 的 扫 描 仪 “新 型 号 ”、 “新 技 术 ”， 也 只 可 能 在 扫 描 的 外 围 功 能 完 善 上 下

19、 一 些 功 夫 。 从 国 际 光 电 技 术 的 发 展 来 看 ， 目 前 这 种 采 用 线 状 CCD的 扫 描 仪 ， 在 技 术 应 用 方 面 正 接 近 其 顶 峰 。 提 高 扫 描 仪 的 精 度 ， 加 快 扫 描 处 理 速 度 和 图 象 传 输 速 度 等 性 能 指 标 ， 只 能 另 辟 蹊 径 ， 选 择 新 的 底 层 硬 件。专业的高分辨率大幅面扫描仪，则仍然采用光电倍增管作为光电转换器件。第一章 绪 论 31.3 本 书 的 主 要 内 容1.3.1 本书的内容安排本 书 从 应 用 软 件 系 统 的 开 发 角 度 出 发 ， 主 要 介 绍 光

20、电 扫 描 仪 的 原 理 、 性 能 指 标 、 驱 动 方 式 和 应 用 软 件 开 发 标 准 规 范 。 在 内 容 安 排 上 ， 力 求 给 扫 描 仪 的 开 发 应 用 人 员 提 供完整的程序实例，为扫描仪应用系统的开发建立方便的开发流程和程序结构。全 书 共 分 六 章 ， 第 一 章 为 绪 论 ； 第 二 章 介 绍 扫 描 仪 的 基 本 原 理 ， 包 括 扫 描 仪 的 分 类 、 扫 描 原 理 和 性 能 指 标 等 ； 第 三 章 简 单 介 绍 扫 描 仪 的 应 用 开 发 ， 包 括 扫 描 仪 的 驱 动 方 式 、 有 关 扫 描 仪 驱 动 的

21、 标 准 ， 并 给 出 了 MS-DOS环 境 下 的 驱 动 程 序 实 例 ； 第 四 章 介 绍扫描仪驱动的 TWAIN界面标准的基本内容，同时给出了 MS-Windows环境下的驱动 程 序 实 例 ； 第 五 章 介 绍 手 持 扫 描 仪 驱 动 的 SPI界 面 标 准 的 基 本 内 容 ， 考 虑 到 手 持 式 扫 描仪“手动 ”的特点，特别给出了MS-DOS环境下手持扫描仪的SPI驱动程序实例；第 六 章 以 HP系 列 扫 描 仪 为 例 ， 提 供 了 一 个 完 整 实 用 的 扫 描 驱 动 系 统 。在附录中，简单介绍几种图象存储的基本格式。1.3.2 本书的

22、有关环境说明考 虑 到 目 前 国 内 的 实 际 应 用 情 况 ， 本 书 主 要 介 绍 IBM系 列 微 机 及 其 兼 容 机 环 境 下 的 扫 描 驱 动 开 发 ， 相 应 的 软 件 环 境 主 要 为 MS-DOS(5.0以 上 版 本 )和 MS-Windows(3.0 以 上 版 本 ) 。 本 书 提 供 的 C 语 言 源 程 序 的 编 译 环 境 为 Microsoft C5.1/C6.0 和 Borland C3.1， 并 在 程 序 注 释 中 作 了 具 体 说 明 ； 本 书 提 供 的 汇 编 语 言 源 程 序 的 编 译 环 境 为 Microso

23、ft MASM5.0 和Borland TASM3.1。扫 描 仪 的 原 理 与 开 发 应 用 4 Scann第 二 章 扫 描 仪 的 基 本 原 理 5第二章 扫描仪的基本原理2.1 概 述光电扫描仪的光电转换功能通常是由CCD器件(Charge Coupled Device电荷耦合器 件 )完成的， CCD器件是一种金属 -氧化物 -半导体 (MOS)集成电路器件，实质上是一种 移 位 寄 存 器 ， 根 据 光 照 的 强 弱 ， 产 生 不 同 大 小 的 电 信 号 。 专 业 的 高 分 辨 率 大 幅 面 扫 描 仪由于受目前 CCD器件的精度的限制，采用光电倍增管作为光电

24、转换器件。各种扫描 仪 的 扫 描 原 理 大 致 相 同 ， 但 由 于 扫 描 仪 产 品 丰 富 多 彩 ， 各 种 不 同 档 次 、 不 同 类 型 扫 描 仪的扫描过程、驱动方式和性能指标也不尽相同。 本 章 主 要 介 绍 光 电 扫 描 仪 的 基 本 原 理 、 各 种 扫 描 仪 的 不 同 特 性 和 适 用 范 围 以 及 扫 描仪的性能指标。2.2 扫 描 仪 的 扫 描 原 理2.2.1 图象扫描原理扫 描 仪 可 以 作 为 计 算 机 的 眼 睛 ， 输 入 各 种 图 文 资 料 。 它 包 含 着 数 以 千 计 的 类 似 于 人 眼 感 光 细 胞 的

25、感 应 体 ， 完 成 光 电 转 换 作 用 ， 这 就 是 一 般 所 说 的 CCD器 件 (专 业 的 高 分辨率大幅面扫描仪采用的是光电倍增管)。置于扫描仪内部的 CCD器件，通常排成一个线状的线性阵列。扫描光源通过待扫 材料，再经一组镜面反射到 CCD， CCD器件将不同强弱的亮度信号转换为不同大小的 电 信 号 ， 最 后 经 A/D变 换 ， 产 生 一 行 图 象 数 据 。 然 后 ， 随 着 扫 描 光 源 与 待 扫 材 料 的 相 对运动，完成整个图象的扫描。红色 绿色 蓝色合成 彩色数据图 2.1 彩色数据产生方式目 前 ， 彩 色 扫 描 仪 已 十 分 流 行

26、， 其 原 理 更 复 杂 一 些 。 一 般 来 说 ， 彩 色 扫 描 仪 是 通扫描仪的原理与开发应用 6 过产生分别对应于红 (R)、绿 (G)、蓝 (B)三基色的三幅图象，然后将三幅图象合成在 一起来完成彩色图象的扫描，如图 2.1所示。具体地说，扫描彩色图象又分为三种不同 的扫描方式：第 一 种 方 式 采 用 单 色 光 源 ， 进 行 三 次 扫 描 ， 每 次 扫 描 分 别 通 过 红 、 绿 、 蓝 滤 光 镜 记录红、绿、蓝色图象，最后合成为彩色图象，如图 2.2 所示。90 年代初期，大部分 彩 色 扫 描 仪 都 采 用 这 种 扫 描 方 式 ， 如 TH-600

27、C、Microtek-600Z 等 ， 其 主 要 缺 点 是 扫 描速度太慢。反光镜待扫材料 红绿蓝 三色滤光镜聚焦透镜CCD图象数据反光镜 单色光源图 2.2 彩色图象扫描方式一第 二 种 方 式 采 用 红 绿 蓝 三 色 光 源 ， 在 图 象 扫 描 过 程 中 ， 三 色 光 源 依 次 闪 光 ， 分 别记录红、绿、蓝色图象从而得到彩色图象，如图 2.3所示。采用这种方式的典型扫描仪 有Epson ES-300C等 。反 光 镜 待 扫 材 料 CCD聚 焦 透 镜 图 象 数 据反 光 镜 R B 红 绿 蓝 三 色 光 源G图 2.3 彩 色 图 象 扫 描 方 式 二第 三

28、 种 方 式 使 用 三 组 CCD， 每 一 组 CCD产 生 一 种 颜 色 的 图 象 数 据 ， 经 过 一 次 扫 描得到彩色图象。典型的如 HP ScanJet IIc 扫描仪。第 二 章 扫 描 仪 的 基 本 原 理 7HP ScanJet IIc 扫 描 仪 使 用 一 对 光 源 ， 两 组 滤 光 镜 和 一 个 三 线 型 CCD， 可 以 一 次 扫描得到彩色图象，如图 2.4所示。这种扫描方式的一个明显优点是彩色数据的扫描速度 比较快。滤光镜滤光镜聚焦透镜待扫材料对光源三线型CCD图象数据图 2.4 彩色图象扫描方式三以 上 三 种 扫 描 方 式 在 扫 描 的

29、图 象 质 量 方 面 没 有 明 显 的 差 别 ， 都 难 以 保 证 三 色 的 严格 准 确 定 位 ， 不 易 套 准 (Registration)。 这 主 要 是 因 为 ， 一 方 面 ， 扫 描 光 源 与 待 扫 材 料 之 间 的 相 对 运 动 存 在 规 则 性 的 问 题 ； 另 一 方 面 ， 由 于 计 算 机 资 源 的 限 制 ， 许 多 扫 描 仪 在 扫 描 的 过 程 中 ， 往 往 走 走 停 停 地 供 给 计 算 机 处 理 图 象 数 据 。 在 扫 描 过 程 中 ， 即 使 只 丢失一、两个象素，也会影响到图象的质量。2.2.2 图象扫描基

30、本流程扫描图象的过程就是扫描光源通过待扫材料，再经一组镜面反射到 CCD，由 CCD 转 换 产 生 图 象 数 据 ， 然 后 ， 传 输 给 计 算 机 主 机 ， 最 后 ， 经 过 适 当 的 软 件 处 理 ， 以 图 象 数据文件的形式存储或使用。图象扫描的基本流程如图2.5所示。扫 描 光 源 待 扫 材 料 CCD转 换 传 输 接 口 图 象 文 件扫 描 仪 控 制 计 算 机 主 机 控 制图 2.5 图 象 扫 描 基 本 流 程2.3 扫 描 仪 的 种 类近 年 来 ， 扫 描 仪 的 发 展 十 分 迅 速 ， 出 现 了 各 种 各 样 的 适 合 于 不 同

31、用 途 的 扫 描 仪 ，扫描仪的原理与开发应用 8 其种类数不胜数。归纳起来，大致可以从以下几个角度对其进行分类。2.3.1 按扫描光源与待扫材料之间的相对运动分类扫 描 仪 的 扫 描 过 程 是 通 过 扫 描 光 源 与 待 扫 材 料 之 间 的 相 对 运 动 来 完 成 的 ， 按 照 其 相 对 运 动 方 式 的 不 同 ， 扫 描 仪 可 分 为 台 式 平 板 扫 描 仪 (Flatbed Scanner)或 手 持 式 扫 描 仪 (Hand Held Scanner ， 台 湾 和 香 港 称 之 为 掌 上 型 扫 描 器 ) 和 滚 筒 式 扫 描 仪 (Scro

32、ll Scanner)两大类。台 式 平 板 扫 描 仪 或 手 持 式 扫 描 仪 都 是 将 待 扫 材 料 静 止 放 置 ， 通 过 扫 描 光 源 (灯 管 ) 的移动来完成扫描，如图2.6所示。主 扫 描 方 向 (X方 向 )子扫描方向(Y方向)扫描灯管感 光 器 件 CCD扫描头图 2.6 台式平板扫描仪扫描示意图台式平板扫描仪的扫描幅面通常为 A4(210毫米 297毫米 )、 Legal(8.5英寸 14英寸 ) 或 A3(297毫 米 420毫 米 )。 多 数 台 式 平 板 扫 描 仪 可 以 安 装 自 动 送 纸 器 ADF(Automatic Document

33、Feeder)连 续 进 行 多 页 扫 描 。 目 前 ， 这 是 应 用 最 为 广 泛 的 扫 描 仪 ， 在 字 符 识 别 、 桌 面 排 版 、 办 公 自 动 化 、 图 形 图 象 处 理 、 工 程 图 纸 管 理 以 及 多 媒 体 数 据 库 等 方 面 发 挥 着 重 要 的 作 用 。 主 要 的 产 品 有 HP ScanJet IIp/IIpx/IIc/IIcx, Microtek ScanMakerII/IISP, TH-1200SP/2400SP, Relisys-1200C/2400SP, UMAX UC-630/1200, Mustek MFS- 6000

34、CX/MFS-12000CX, ArtiScan 600C, AV800/820, SHARP JX-325 以及 EPSON ES-300C /GT-6000，等等。 手 持 式 扫 描 仪 与 台 式 平 板 扫 描 仪 的 不 同 之 一 在 于 手 持 式 扫 描 仪 是 通 过 人 工 来 移 动扫 描 仪 (光 源 )， 而 台 式 平 板 扫 描 仪 是 通 过 步 进 马 达 控 制 和 移 动 光 源 。 另 外 ， 手 持 式 扫 描 仪 的 扫 描 宽 度 通 常 只 有 105毫 米 (约 4.1英 寸 )， 长 度 则 可 达 14英 寸 。 手 持 式 扫 描 仪

35、因 其 价 格 低 廉 、 小 巧 方 便 ， 使 用 极 为 普 遍 。 部 分 手 持 式 扫 描 仪 还 可 用 于 便 携 计 算 机 。 主 要 的 产 品 有 MUSTEK GS-800/HT-800 Turbo/MATADOR-105/CG-6000 ， Artec A400Z/A1000C/Viewscan/Walkscan，TH-105系列，Logitech ScanMan Model 32/Model 256/ ScanMan Color ， Genius NEW Genius Scanner 4500 for Windows/B105 for第 二 章 扫 描 仪 的 基

36、 本 原 理 9Windows/C105 for Windows， Primax Lector Plus/Lector 800/Gray/Color以及 QTRONIXMS-7400 GS/MS-7400 CG ，等等。与 手 持 式 扫 描 仪 相 类 似 的 ， 还 有 一 种 笔 式 扫 描 仪 (Pen Scanner)，因其外形像一支 笔而得名。笔式扫描仪一般为单象素扫描，主要用于条形码 (Bar-Code)的输入识别， 在 车 站 检 票 、 商 品 登 记 等 方 面 都 有 广 泛 的 应 用 。 松 下 (Panasonic)F55 录 象 机 的 遥 控 器 也装有一个类似

37、的数字扫描仪(Digital Scanner)，可以进行节目设定。有一类笔式扫描 仪可以扫描约 5mm 10mm 的宽度，能够输入少量的文字等信息。滚 筒 式 扫 描 仪 在 扫 描 的 过 程 中 保 持 扫 描 光 源 静 止 不 动 ， 通 过 卷 动 待 扫 材 料 来 完 成 扫描。滚筒式扫描仪因其幅面、应用需求不同而有多种多样。在 专 业 印 刷 行 业 和 精 密 图 象 处 理 系 统 中 ， 一 般 采 用 光 电 倍 增 管 作 为 光 电 转 换 器 件 的 高 速 滚 筒 扫 描 仪 ， 这 种 扫 描 仪 精 度 最 高 ， 速 度 快 ， 但 价 格 也 最 为 昂

38、 贵 ， 典 型 的 如 AgFa 系列。在 工 程 图 纸 和 地 形 、 地 貌 图 输 入 系 统 中 ， 常 常 使 用 A0(841mm 1189mm) 或A1(594mm841mm)的 大 幅 面 滚 筒 式 扫 描 仪 。 这 类 扫 描 仪 基 本 上 为 黑 白 方 式 扫 描 ， 价 格 较 高 ， 与 之 配 套 的 图 纸 处 理 软 件 目 前 还 不 太 成 熟 。 主 要 的 品 牌 有 Contex FSS 5000 和 Oce 系列等。有一类滚筒式扫描仪，功能与台式平板扫描仪相近，可以输入 A4幅面的材料，并 支 持 多 页 材 料 连 续 扫 描 ， 如 A

39、V-100， PROSCAN等 。 值 得 一 提 的 是 ， AV-100扫 描 仪 既 可 以 扫 描 A4幅 面 的 材 料 ， 也 可 以 作 为 卡 片 扫 描 仪 ， 扫 描 输 入 小 于 A4的 各 种 大 小 的 卡 片 ； AV-100扫 描 仪 还 有 一 个 重 要 的 特 点 ， 就 是 它 可 以 脱 离 计 算 机 ， 直 接 与 HP系 列 的 激 光 打 印 机 相 连 ， 完 成 类 似 于 复 印 机 的 功 能 。 PROSCAN扫 描 仪 采 用 了 与 HP台 式 平 板扫描仪完全兼容的命令。滚 筒 式 扫 描 仪 家 族 中 还 有 一 系 列 阅

40、 读 器 ， 用 于 某 些 专 门 的 场 合 ， 包 括 名 片 阅 读 机 和 阅 卷 机 ， 如 COMPUSTAR等 等 。2.3.2 按待扫材料分类按 待 扫 材 料 分 类 ， 扫 描 仪 可 分 为 反 射 式 扫 描 仪 与 透 射 式 扫 描 仪 。 反 射 式 扫 描 仪 主 要 用 于 扫 描 普 通 的 印 刷 材 料 和 图 片 等 ； 透 射 式 扫 描 仪 则 主 要 用 于 扫 描 反 转 片 ， 如 X光 片、照相底片和幻灯片等。目 前 市 场 上 绝 大 部 分 扫 描 仪 都 是 反 射 式 扫 描 仪 。 台 式 平 板 的 反 射 式 扫 描 仪 可

41、 以 通 过 安 装 透 射 板 ， 形 成 透 射 式 扫 描 仪 ， 完 成 透 射 扫 描 。 透 射 板 的 价 格 约 为 扫 描 仪 价 格 本 身的一半。扫描仪的原理与开发应用 10 透 射 式 扫 描 仪 与 反 射 式 扫 描 仪 的 根 本 区 别 在 于 ， 其 扫 描 光 源 与 CCD分 别 位 于 待 扫材料的两侧。2.3.3 按可以扫描的图象类型分类扫 描 仪 技 术 的 发 展 非 常 迅 速 ， 现 在 ， 已 经 可 以 扫 描 五 彩 斑 斓 的 大 千 世 界 。 按 可 以 扫描的图象类型分类，扫描仪分为黑白扫描仪和彩色扫描仪。黑 白 扫 描 仪 又

42、分 为 二 值 扫 描 仪 和 灰 度 扫 描 仪 ， 二 值 扫 描 仪 只 能 扫 描 黑 白 二 值 图 象 ， 其 每 一 个 象 素 为 1-bit， 非 0即 1， 分 别 代 表 黑 与 白 (或 白 与 黑 )。 多 数 的 A0或 A1幅 面工程图纸扫描仪即为这种黑白二值扫描仪。灰度扫描仪的 CCD能够辨别多个灰度或 明 暗 层 次 (不 只 是 0和 1)， 通 常 为 256级 ， 需 要 用 8-bits(一 个 字 节 )表 示 一 个 象 素 。 灰 度 扫描仪可以通过参数设置，扫描二值图象。彩 色 扫 描 仪 要 通 过 产 生 分 别 对 应 于 红 、 绿 、

43、 蓝 三 基 色 的 三 幅 图 象 ， 然 后 将 三 幅 图 象 合 成 在 一 起 来 完 成 图 象 的 扫 描 ， 它 又 分 为 三 次 扫 描 和 一 次 扫 描 。 一 般 来 说 ， 扫 描 仪 品 牌 的 尾 字 符 为 C(Color)表 示 彩 色 三 次 扫 描 ， 尾 字 符 为 SP(Single Pass)表 示 彩 色 一 次 扫 描 。 彩 色 扫 描 仪 扫 描 得 到 的 彩 色 图 象 数 据 要 比 黑 白 图 象 数 据 复 杂 ， 且 数 据 量 也 大 得 多。不难理解，彩色扫描仪也可以通过参数设置，扫描黑白图象。以 上 三 种 分 类 方 式

44、 并 不 严 格 ， 互 有 交 叉 。 除 此 以 外 ， 还 可 以 按 扫 描 仪 的 驱 动 方 式、扫描仪的应用领域和扫描仪的应用系统等来分类。2.4 扫 描 仪 的 性 能 指 标扫描仪的性能指标很多，主要有以下九个方面。2.4.1 扫描仪的分辨率扫描仪的分辨率 (Resolution，台湾和香港称之为解析度 )是扫描仪最重要的性能指 标 之 一 。 扫 描 仪 分 辨 率 的 高 低 ， 决 定 了 扫 描 仪 的 空 间 扫 描 精 度 。 扫 描 仪 分 辨 率 的 单 位 为DPI( Dot Per Inch，每英寸象素点数)，如图2.7所示。扫描仪的分辨率又分为光学分 辨

45、率和实际扫描分辨率。光学分辨率是扫描仪光电转换器件的物理精度，以 CCD为光电转换器件的台式平 板扫描仪的分辨率取决于 CCD的集成度。到 1993年为止， CCD的最高集成度为 5000个 象素，于是，分辨率高的扫描仪扫描幅面就小。以台式平板扫描仪通常的扫描幅面 A4 为 例 ， 宽 度 为 8.5英 寸 ， 其 理 论 上 的 最 大 光 学 分 辨 率 为 5000/8.5588DPI。 考 虑 到 在 实 际 中 颜 色 或 量 度 的 校 正 、 噪 声 的 干 扰 等 诸 多 因 素 ， 目 前 台 式 平 板 扫 描 仪 的 最 大 光 学 分第 二 章 扫 描 仪 的 基 本

46、原 理 111英寸寸辨率一般为400DPI600DPI。许多扫描仪在扫描的过程中，当扫描光源与待扫材料相对 运 动 时 ， 增 加 垂 直 方 向 (Y方 向 )读 取 数 据 的 频 度 ， 从 而 在 单 方 向 上 提 高 分 辨 率 。 例 如，一台光学分辨率为 400DPI的扫描仪每移动 1/800英寸读一次数据，就可以产生分辨 率 为 400800DPI的 图 象 。1英寸1/8英 1/16英寸8 DPI图 2.7 扫描分辨率示意图16 DPI用作商业印刷的专业扫描仪，其光学分辨率超过2000DPI，价格极为昂贵。实 际 扫 描 分 辨 率 是 指 扫 描 仪 在 扫 描 图 象

47、时 ， 每 英 寸 产 生 的 实 际 象 素 数 。 对 于 绝 大 多 数 扫 描 仪 ， 这 是 一 个 可 以 调 整 的 参 数 。 最 简 单 的 情 况 是 当 实 际 扫 描 分 辨 率 等 于 光 学 分 辨 率 时 ， 按 照 光 学 分 辨 率 产 生 数 据 即 可 ； 以 低 于 光 学 分 辨 率 的 实 际 扫 描 分 辨 率 扫 描 图 象 时 ， 有 些 是 直 接 间 隔 地 进 行 数 据 采 样 ， 有 些 则 是 对 每 几 个 象 素 取 一 平 均 值 ； 当 要 获 得 高 于 光 学 分 辨 率 的 图 象 时 ， 需 要 在 各 个 扫 描

48、象 素 之 间 插 入 适 当 的 值 。 不 同 的 扫 描 仪 采 用 了 不 同 的 插 值 算 法 ， 最 常 用 的 算 法 有 两 种 ， 一 种 是 以 平 均 值 插 入 ； 另 一 种 是 直 接 将 象 素 值 重 复 来 增 加 实 际 扫 描 分 辨 率 。 理 论 上 讲 ， 平 均 值 插 入 产 生 的 数 据 ， 图 象 质 量 要 好 一 些 。 例 如 ， HP ScanJet IIc 扫描仪的光学分辨率为400DPI，在提高实际扫描分 辨率时两种方法共用，在将分辨率提高到 800DPI时是在每两个象素之间插入一个平均 值，而要进一步将分辨率提高到1600D

49、PI时就直接复制了。作 为 扫 描 仪 的 主 要 性 能 指 标 之 一 ， 通 常 用 户 关 心 的 是 最 大 的 实 际 扫 描 分 辨 率 。 一 般 来 说 ， 扫 描 仪 的 最 大 实 际 扫 描 分 辨 率 是 其 光 学 分 辨 率 的 2的 整 数 倍 。 例 如 ， 一 台 光 学分辨率为 400DPI的扫描仪 ，它的最大实际扫描分辨率可能是 800DPI或 1600DPI。市场上的各种扫描仪，虽然其最大光学分辨率一般为 400DPI 600DPI，但其最大 的实际扫描分辨率可以达到1200DPI 、2400DPI 、4800DPI，有的甚至高达9600DPI。关 于 分 辨 率 ， 还 有 一 点 值 得 说 明 。 扫 描 仪 除 了 最 大 实 际 扫 描 分 辨 率 外 ， 其 最 小 实 际 扫 描 分 辨 率 和 分 辨 率 的 变 化 步 长 (Step)也 是 十 分 有 用 的 。 多 数 扫 描 仪 的 最 小 实 际 扫扫描仪的原理与开发应用 12 描分辨率约为 30DPI左右，变化步长为光学分辨率的 1%或以单点变化 (1DPI)。例如， HP