以光電耦合器(CCD)為光電轉(zhuǎn)換元件的掃描儀工作原理
多數(shù)平板式掃描儀使用光電耦合器(CCD)為光電轉(zhuǎn)換元件，它在圖像掃描設(shè)備中最具代表性。其形狀像小型化的復(fù)印機(jī)，在上蓋板的下面是放置原稿的稿臺玻璃。掃描時(shí)，將掃描原稿朝下放置到稿臺玻璃上，然后將上蓋蓋好，接收到計(jì)算機(jī)的掃描指令后，即對圖像原稿進(jìn)行掃描，實(shí)施對圖像信息的輸入。
與數(shù)字相機(jī)類似，在圖像掃描儀中，也使用CCD作圖像傳感器。但不同的是，數(shù)字相機(jī)使用的是二維平面?zhèn)鞲衅?#xff0c;成像時(shí)將光圖像轉(zhuǎn)換成電信號，而圖像掃描儀的CCD是一種線性CCD，即一維圖像傳感器。
掃描儀對圖像畫面進(jìn)行掃描時(shí)，線性CCD將掃描圖像分割成線狀，每條線的寬度大約為10 μm。光源將光線照射到待掃描的圖像原稿上，產(chǎn)生反射光(反射稿所產(chǎn)生的)或透射光(透射稿所產(chǎn)生的)，然后經(jīng)反光鏡組反射到線性CCD中。CCD圖像傳感器根據(jù)反射光線強(qiáng)弱的不同轉(zhuǎn)換成不同大小的電流，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換處理，將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，即產(chǎn)生一行圖像數(shù)據(jù)。同時(shí)，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在控制電路的控制下，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)皮帶，從而驅(qū)動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)和CCD掃描裝置在傳動(dòng)導(dǎo)軌上與待掃原稿做相對平行移動(dòng)，將待掃圖像原稿一條線一條線的掃入，最終完成全部原稿圖像的掃描。如圖5所示。
通常，用線性CCD對原稿進(jìn)行的“一條線”掃描被稱為“主掃描”，而將線性CCD平行移動(dòng)的掃描輸入稱為“副掃描”。
（1）線性CCD的結(jié)構(gòu)
圖6所示為線性CCD。CCD圖像傳感器是平板式掃描儀的核心，其主要作用就是將照射到其上的光圖像轉(zhuǎn)換成電信號。將CCD圖像傳感器放大，可以發(fā)現(xiàn)在10μm的間隔上并行排列著數(shù)千個(gè)CCD圖像單元，這些圖像單元規(guī)則地排成一線，當(dāng)光線照射到圖像傳感器的感光面上時(shí)，每個(gè)CCD圖像單元都接受照射其上的光線，并根據(jù)感應(yīng)到的光線強(qiáng)弱，產(chǎn)生相應(yīng)的電荷。然后，若干電荷以并行的順序進(jìn)行傳輸。
（2）光學(xué)成像系統(tǒng)
一般掃描儀使用的光學(xué)成像系統(tǒng)有兩種：縮小掃描型光學(xué)成像系統(tǒng)和等倍掃描型光學(xué)成像系統(tǒng)。
縮小型光學(xué)系統(tǒng)成像采用2-5cm長度的線性CCD作為光學(xué)系統(tǒng)中的圖像傳感器，由于CCD的尺寸遠(yuǎn)不及掃描原稿的寬度，因此，這種成像系統(tǒng)中，在CCD的前面有一個(gè)鏡頭，像數(shù)字相機(jī)一樣，用于在掃描時(shí)將原稿圖像通過鏡頭縮小后投射到線性CCD上。
等倍掃描型光學(xué)成像系統(tǒng)則采用與掃描原稿寬度相等的線性CCD作為圖像傳感器。這種光學(xué)成像系統(tǒng)中采用了一種特殊的鏡頭——特殊鏡頭組系列，它由上下排列整齊的兩排棒狀鏡頭組成。這種棒狀鏡頭的直徑為1mm，長約6mm，每一列都有100個(gè)以上這樣的鏡頭陣列構(gòu)成，這種成像系統(tǒng)在手持式掃描儀中較為常見。
（3） 色分離技術(shù)
目前，彩色掃描儀已成為市場的主流，它能夠很真實(shí)地還原原稿圖像的品質(zhì)。通過彩色掃描儀掃描得到的數(shù)字圖像，可以看到不論是形狀還是色彩，掃描得到的圖像都很好地保持了原稿的品質(zhì)。
真實(shí)色彩的還原主要應(yīng)歸功于掃描儀獨(dú)特的色分離技術(shù)。由于CCD只是將所感應(yīng)的光的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的電流，它不可能對所掃描圖像的顏色進(jìn)行識別。因此，掃描儀需要將這些顏色進(jìn)行分離。我們都知道，紅、綠、藍(lán)是光的三基色，即用這3種顏色疊加可以組合出其他任意顏色。就是根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，掃描儀在掃描圖像時(shí)，先生成分別對應(yīng)于紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)的三基色的3幅圖像，也就是說每幅圖像中只包含相應(yīng)的單色信息，紅基色圖像中只包含紅色的信息、綠基色圖像中只包含綠色信息，藍(lán)基色圖像中自然只包含藍(lán)色信息。最后，將這3幅圖像合成即得到了彩色的圖像。其原理如圖7所示。
目前，應(yīng)用于掃描儀的色分離技術(shù)常見的有4種：濾光片色分離技術(shù)、光源交替色分離技術(shù)、三CCD色分離技術(shù)和單CCD色分離掃描技術(shù)。
1）濾光片色分離技術(shù)
其基本原理是：在線性CCD圖像傳感器的前面加裝一濾光片，濾光片從上向下分為3等份，第1部分為紅色濾光片，第2部分為綠色濾光片，第3部分為藍(lán)色濾光片，掃描時(shí)通過濾光片的移動(dòng)使得CCD傳感器分別記錄相應(yīng)基色下的圖像信息，從而得到三基色的3幅圖像信息。
2）光源交替色分離技術(shù)
與濾光片色分離技術(shù)的原理類似，這種技術(shù)是在鏡頭與掃描原稿之間加設(shè)3根發(fā)光燈管，其顏色分別為紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)，掃描圖像時(shí)，3根不同顏色的燈管交替發(fā)光，從而使CCD得到3幅三基色圖像信息。
3）三CCD色分離技術(shù)
與前兩種色分離技術(shù)不同，三CCD色分離技術(shù)中使用了3個(gè)CCD完成掃描成像：光線通過鏡頭，經(jīng)過一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的分光棱鏡將相應(yīng)顏色的光線反射到相應(yīng)的CCD圖像傳感器中，每一個(gè)CCD產(chǎn)生一種顏色的圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過一次掃描即可得到彩色的圖像。因此，可以看出這種分色技術(shù)成像速度最快，但其造價(jià)最高。
4）單CCD色分離技術(shù)
單CCD色分離技術(shù)仍然是采用單個(gè)線性CCD，不過，在CCD的感光面上加入了濾色鏡，在感光的同時(shí)直接進(jìn)行分色。
(4)VAROS技術(shù)
普通的CCD掃描儀在掃描時(shí)，須在被掃描物體表面形成一條細(xì)長的白色光帶，光線通過一系列鏡面和一組透鏡，最后由CCD元件接收光學(xué)信號。但是，在這種條件下，光學(xué)分辨率被CCD像素?cái)?shù)量所限制。在VAROS技術(shù)中，CCD元件與透鏡之間放置一片平板玻璃，首先，掃描儀進(jìn)行正常的掃描工作。這一步得到的圖像與其他掃描儀基本相同。然后，平板玻璃傾斜，使掃描圖像移動(dòng)1/2個(gè)像素，掃描過程重復(fù)一次。這樣可以使掃描儀讀取被移動(dòng)后的像素的數(shù)據(jù)。最后，運(yùn)用軟件合成第一次與第二次的掃描數(shù)據(jù)，得到兩倍數(shù)量的圖像信息。換言之，運(yùn)用VAROS技術(shù)，我們可以將普通600dpi的掃描儀變成1200dpi高分辨率的掃描儀。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的CCD扫描技术的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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