异彩纷呈的扫描仪世界

周新
2000年 第11期 

　　随着扫描仪的价格进一步降低，越来越多的家庭用户都购买了普通的平板式扫描仪。在很多用户的脑海里，好像所有的扫描仪都是平板式的，其实扫描仪的世界异彩纷呈，产品琳琅满目，除了普通的平板式扫描仪以外，还有多种不同用途，应用于不同行业的产品，这里就为大家介绍各种形形色色的扫描仪。
#1    大幅面扫描仪
　　大幅面扫描仪（如^11050201a^1）是指能扫描A1和A0以上幅面图纸资料的扫描仪产品，早期主要用于工程图纸输入与电子图档管理。近年来随着光栅矢量化处理软件的功能越来完善，大幅面扫描仪也很快地进入了计算机工程设计领域，有些大幅画扫描仪还有将扫描图形输出至打印机或绘图机的功能，像一台大幅面复印机，能快速地复制蓝图、地图或其它大幅面的图纸或文件。
#1　　一、技术特点及工作原理
　　早期的大幅面扫描仪使用光电倍增管（PMT）作为光/电转换器件，用三个光电倍增管分别对应R、G、B三原色，采用光电倍增管的大幅面滚筒式扫描仪精度很高，但造价昂贵。近年来由于CCD感光元件性能不断提高，新型产品大多使用性价比较高的CCD感光元件。普通CCD镜头对应的扫描宽度只适合A4幅面的对象，为了能扫描较宽的图纸，大幅面扫描仪采用了多组CCD镜头扫描的方式。如ANAtech的彩色大幅面扫描仪，为能扫描38英寸至62英寸宽度的图纸，使用了三组到七组CCD镜头。
　　为扫描较长的图纸，大幅面扫描仪多采用固定式光学成像系统，即将扫描头固定，通过特定的滚筒以走纸方式将扫描原稿送入扫描仪，让图纸相对扫描头运动进行扫描，由于采用走纸方式扫描，原则上能扫描无限长的图稿。
　　为方便扫描、处理较旧的工程蓝图，很多大幅面工程图扫描仪均固化有“硬件消蓝”，其配套软件还提供有补洞、去糙、平滑、去背景及将灰度图形转变为黑白二值图形的功能。
    扫描一幅A0幅面图纸所生成的图形文件在30MB左右，为方便地存储图形文件，大幅面扫描仪使用的软件提供有多种图形存储方式，如采用TIFgroup4图像格式，能将30MB的图像文件压缩至不到1MB。
#1　　二、选购
　　扫描仪性能指标既是衡量扫描仪档次的标准，也是决定价格的主要依据。大幅面工程图扫描仪有很多项性能指标，关键技术指标有分辨率、色彩值、灰阶值、扫描幅面、扫描速度、扫描精度、歪斜失真及接口方式等；其中以扫描幅面、分辨率灰度级、色彩位数几项指标最为重要。分辨率描述扫描图形清晰程度，灰度级、色彩位数描述扫描图形层次和色彩的分辨能力，分辨率、灰度级和色彩位数越高的扫描仪，扫描出的图像就越清晰，层次和色彩也越好，扫描仪的价格也越高。
　　大幅面扫描仪厂商主要有Contek、Anatech、Vidar等公司，生产各种黑白和彩色大幅面扫描仪。
#1    胶片扫描仪
#1　　一、技术特点和选购
　　胶片扫描仪（如^11050201b^2）是专门用来扫描胶片的，可扫描35mm的负片、正片和幻灯片，加装APS胶片承载器后可以扫描APS胶片。胶片扫描仪的光学分辨率很高，密度范围较大，能忠实地再现胶片上微妙的色彩变化和细节层次，能够实现非常出色的输入效果。此外，用胶片扫描仪获取照片省去了彩色扩印这个环节，既能节约成本，又能避免彩色扩印中产生的信息丢失。胶片扫描仪的主要扫描对象是35mm胶片，其扫描图像面积只有36mm×24mm，想要将其放大到A4幅面输出，至少需放大8倍，这就要求扫描仪具有较高的光学分辨率。胶片扫描仪的光学分辨率一般在2000dpi以上，高档胶片扫描仪可达5000dpi以上，足以重现原稿中的清晰景物。
　　胶片的信息密度很高，图像的亮部和暗部对比非常强，特别是反转片，这就要求胶片扫描仪必须有较高的密度范围。密度范围是选择专业级扫描仪的重要依据，它描述扫描仪能够分辨图像的明暗范围，用扫描获得图像的纯白区域的RGB值和纯黑区域的RGB值的对数值差表示：D=Log（H）－Log（L）。
　　一般来说，扫描仪的色彩位数越高，能反映的明暗层次就越多，密度范围也越大。如24位色彩扫描仪，理论上能表现的灰度层次为256级，其密度范围D=Log（256）－Log（1）=2.4。实际上由于CCD器件、A/D转换器的信噪比的影响，24位色彩扫描仪的有效动态范围就只有1.7左右。目前市场上主流胶片扫描仪色彩位数为36位，密度范围能达到3.4，48位的专业级胶片扫描仪的密度范围则高达4.0。
　　对于胶片扫描仪来说，动态（或密度）范围这一性能指标甚为关键，因为透明胶片的密度高于反射型介质的密度，动态范围为2.2到2.8不足以捕捉幻灯片和透明介质中的全部色调。中档胶片扫描仪的动态范围为3.0以上，高档产品动态范围可达到4.0，已相当于台式滚筒扫描仪指标。
　　胶片扫描仪主要面向专业印刷出版领域，绝大多数产品都采用SCSI接口以保证较高的传输速率和与Macintosh兼容。胶片扫描仪的色彩校正系统也十分重要，选购胶片扫描仪时须加以重视。
#1　　二、两种扫描仪的区别
　　胶片扫描仪扫描幅面小，采用最为简单的成像方式。让被光源直接照亮的胶片通过镜头成像在CCD传感器上，成像光路很短，不像平台式扫描仪那样须通过3至4个反射镜的复杂光路。这种直接光路设计可以避免大量导致图像质量劣化的干扰因素，很容易获得高质量的扫描效果。
　　平台式扫描仪采用移动扫描头方式扫描图像，扫描头移动精度和平稳度较差，对扫描质量有较大影响。而胶片扫描仪大多采用固定成像机构，将胶片装在标准的片夹中，用移动胶片的方式扫描，以提高扫描质量；采用这种方式扫描可以扩展扫描长度，一般胶片扫描仪一次可以处理20多厘米长的胶片（包含6幅胶片），在一些专业胶片扫描仪上添加附件后，甚至一次可以处理长达1.7m的整卷35mm毫米胶片。有些胶片扫描仪的光学系统可以自动放大或缩小，通过调整焦距去适应不同尺寸的胶片，以获得较满意的清晰度。某些胶片扫描仪还采用专用处理器，能高速地自动处理图像，对清晰度和色彩进行修正。
#1    透射式扫描仪
　　普通平台扫描仪的光源安置在扫描仪内，光学系统采集原稿反射的光线获得图像信号。透射式扫描仪（如^11050201c^3）则在普通平台扫描仪的上方增设了一个光源，为普通扫描仪增加了扫描透射稿的功能。在透射式扫描仪的上盖中，安装有光源和传动机构（导轨和步进电机），扫描透射稿时，关闭扫描仪中的光源，扫描时上盖中的光源与扫描仪本体中的光学成像系统一齐平行移动，由扫描仪上方光源发出的光线穿过原稿，经过数个反射镜和镜头成像在CCD表面。移动式透射扫描仪采用了单光源发光技术，并能够自动检测光源亮度，避免出现曝光过度的画面。透射式扫描仪亮度、精度较高，能扫描大幅面透射稿件，许多高档专业平台式扫描仪提供有这种透射扫描方式。
　　有些扫描仪采用固定式光盖（LightLid）实现透射稿扫描（如^11050201d^4），光盖是一个能发出均匀光线的特殊“顶棚”，照亮整个扫描区域，让成像部分从容地读取透射稿的信息。由于没有传动部件，光盖的结构非常简单，重量也比移动式的透射稿适配器轻一些。通常我们扫描的画稿面积都要小于透射稿适配器的照明面积，扫描时稿件旁边会有光线透射过来，这些杂光射入CCD传感器后将导致扫描图像的清晰度、色彩、反差劣化。为了解决这一问题，透射稿适配器通常都配有与各种胶片尺寸相应的片框，在扫描时可以遮挡住画面旁边的区域，保证良好的图像效果。
#1    双平台扫描仪
　　虽然普通平板式扫描仪配透射适配器也能扫描透射稿，但由于扫描35mm胶片通常需要2000dpi以上的光学分辨率，普通600dpi光学分辨率的扫描仪无法满足扫描高质量透射片和胶片的要求。能不能使平板式扫描仪也高质量地完成扫描各种胶片的任务呢？反射/透射双平台技术是解决这一问题的成功方法。
　　采用双平台扫描仪技术的扫描仪专门为扫描透射片设立了一个新通道，在扫描仪中部有一透射片槽，将透射片放置在不同格式的透射片匣里，直接插入扫描仪中，利用扫描仪底部的光源照明，在图像传感器上成像，使得普通平板扫描仪也可以进行高质量的透射片扫描。透射片匣中间不设玻璃片，能免除由玻璃片导致的聚焦扭曲、散光等问题。
　　双平台技术是采用减小扫描幅面的方法增大扫描分辨率，如1000dpi光学分辨率的扫描仪，扫描A4幅面的图片时能获得8000像素的分辨率，如将8000像素仅用于采集35mm胶片宽度的图片信息，就可以获得很高的分辨率。采用双平台技术的扫描仪均对透射片的扫描光路做了相应的调整，用不同的镜头（多镜头技术）和光路分别扫描透射稿和反射稿。扫描反射稿时采用较低分辨率以增大扫描幅面，扫描透射片时改变镜头和光路减小扫描幅面以提高分辨率。
　　双平台扫描仪（如^11050201e^5）是集普通平板式扫描仪和透明胶片扫描仪为一体的产品，让用户不须花钱再添购配件也能轻松扫描透射稿。由于采用双光源和双平台设计，再加上光路的巧妙设计，机械结构紧凑，其体积并不比一般的平板扫描仪大。
　　双平台扫描仪是高档平板式扫描仪增加透扫功能后的改良品种，从性能参数上来说只是增加了一些用于描述扫描透射片的参数。双平台扫描仪品种较多，有AGFA的DUOSCAN系列、Microtek Scan Maker系列和Artix Scan系列、UMAX的Power Look系列，这些扫描仪大多是采用双镜头结构。
#1    批图档扫描仪
　　扫描多页图形档案需要很长时间，且以手动方式一页一页地更换扫描对象很不方便，批量扫描图档对扫描质量的要求一般不高，但要求扫描仪能自动进纸，自动处理数据。普通平板扫描仪选配自动进纸器也是一种较好的解决方案，如Uniscan M1200、HP 6100C、SNAPSCAN 600等平板扫描仪配以自动进纸器后，均可以自动批量扫描多页图形档案，批图档扫描仪（如^11050201f^6）能为办公用户节约很多时间。
　　金融、税务等商业领域需要处理大量单据，须要能进行批量扫描、自动处理数据的扫描仪，单据扫描仪带有自动进纸机构，能以较快的速度（40页～80页/分钟）进行单面或双面扫描。Microtek Turbo Scan 4020是一款较为方便、实用的单据扫描仪。Turbo Scan 4020的光学分辨率为300dpi，A4幅面，SISC接口，带有自动进纸机构，能以黑白、灰度和彩色方式工作，可扫描传真纸、NCR纸、无炭复写纸等多种纸张。
#1    脱机式扫描仪
　　大多扫描仪需采用连机方式进行扫描，由计算机处理扫描数据。脱机式扫描仪内置一套完整的扫描、压缩、存储系统，将扫描驱动、功能软件移植到扫描仪中，以方便的脱机方式进行扫描采集数据。
　　Microtek公司推出的Image Deck－“立扫得”（如^11050201g^7）是一款独特的脱机式扫描仪，Image Deck内置CPU，不需要连接计算机即可完成扫描，它配置有Zip驱动器和1.44MB软盘驱动器，并设有打印机并口，能将扫描结果直接输出到1.44MB软磁盘或100MB Zip磁盘上，Image Deck支持五十多种打印机，可直接将扫描结果打印输出。
　　Image Deck面板上有一组操作按钮，用户只需简单按下一键，就可直接把书本上的信息存成电子文档，或通过打印机方便快捷地得到彩色复印结果。Image Deck操作简单，利用操作按钮即可设置高、中、低分辨率、彩色或黑白扫描模式、存储压缩比例。
　　Image Deck扫描仪具有最先进的自动追踪扫描文件功能，由最大的A4幅面图像到极细小的字都能自动追踪扫描，省去了不少手工操作的麻烦，即使不懂使用电脑进行扫描的人，也能简单操作Image Deck扫描仪。“立扫得”还内置了OCR功能，能将扫描结果转换为文本输出。在图书馆、资料室、阅览室收集资料，传统的方式是采用复印机复印，复印机不光需要消耗纸张、碳粉，还无法获得清晰的图像。将Image Deck接上打印机后，按下“Copy”按钮即可驱动打印机，将扫描文件打印出来。打印图像效果比彩色复印机复印出来的效果好。图书馆、资料室、阅览室配置这种方便实用的脱机式扫描仪，能为读者提供很大的方便。
#1    走纸式扫描仪
　　走纸式扫描仪（如^11050201h^8）出世很早，输入机构类似打印机的进纸器，只需将被扫描的图档、照片送入进纸机构，即可采集图像。使用CIS感光元件的走纸式扫描仪由于没有平板式扫描仪的玻璃平板，能使扫描原稿更加接近传感器，能获得更为清晰的图像。由于走纸机构可以制造得很精密，能有效地控制扫描速度，扫描的图片也不会歪斜，非常适合扫描单页文件。有些走纸式扫描仪还可以选配自动进纸器批量扫描文档。
　　早期的走纸式扫描仪产品采用SISC接口，且分辨率不高，没有太大的实用价值。目前已有300dpi分辨率、采用并行口的产品，如Microtek的Color Page Wiz，以后还会出现600dpi分辨率、采用USB接口的产品。走纸式扫描仪价格便宜、体积小、结构简单、操作使用方便，配套提供的软件大多能完成扫描、发传真、打印、OCR及发电子邮件功能，相信会受到办公用户的欢迎。
#1    手持式扫描仪
　　手持式扫描仪（如^11050201i^9）具有体积小、价格低廉、安装维修方便等特点。分辨率超过300dpi，色彩位数可达24位，手持式扫描仪对扫描长度没有限制，最大扫描宽度为105mm，正好可以扫描一页普通的16开书本或一张普通的彩色照片。手持式扫描仪用手推动扫描仪对文字和图像进行扫描，故其扫描过程受人为因素的影响较大，需要反复练习和实践才能较好地掌握。Abera Systems公司的Note Taker是一种脱机型手持式扫描仪，它内置可充电电池和4MB闪速存储器，能在脱机方式下采集文字或图像信息，经过数据压缩后存储在闪速存储器中，以后可通过USB接口或IrDA（无线红外接口）将数据传给电脑，还可以通过IrDA接口向移动电话和PDA传送数据和图像。
　　Note Taker能在任意平面上逐行捕捉文字信息，捕获黑白或彩色图像。体积小（24.5cm×6cm×4.5cm）、重量轻（不足500g），可以装进书包里随身携带，脱机收集信息，使用十分方便。Note Taker内置存储器容量不大，采集大量信息最好采用连机操作方式。
　　Note Taker系列产品的最高分辨率为300×300，有A4幅面的Note Taker 848以及A6幅面的Note Taker 868G、Note Taker 868C。Note Taker 868G只能描单色或灰度图像，Note Taker 868C还可以扫描彩色图像信息。Note Taker系列产品捆绑了与TWAIN兼容的ICR（手写体）、OCR（打印文本）、PIM（个人信息管理，包括名片管理）、图形处理和编辑、照片管理和扫描相关软件，可以满足大多数应用需要。
#1    滚筒式扫描仪
　　滚筒式扫描仪属最高档次的扫描仪，采用PMT（光电倍增管）作为感光元件，大多以30位到48位色采样，动态范围可达3.6到4.2，光学分辨率一般在2500dpi到8000dpi之间，能放大非常小的原始图像（如幻灯片和透明介质），且不会降低质量和丢失细节。滚筒式扫描仪具有高保真的彩色或灰度图像再现能力，可用于制作精美的广告、艺术图册、各种各样彩色杂志的封面，主要应用于印刷出版、演示、多媒体、商务通信、视频等领域。
　　滚筒式扫描仪的扫描原稿贴在很干净的有机玻璃圆柱体（转鼓）的外表面上，转鼓以很高的速度绕扫描探测器旋转，探测器内的固定光源将光线射向原稿，经原稿反射或透射的光线由分光镜将其分为三束，再经RGB三只滤色镜后由三只光电倍增管（PMT）接收，并生成放大的模拟信号，最后由模/数转换器将这些模拟信号变换成数字信号。
　　滚筒式扫描仪光源亮度很高，即使扫描阴影区域也能获得非常丰富的细节。由于一次仅采集一个像素的数据，不存在来自相邻像素的干扰，从而可以精确地采集图像中的所有色调，能捕获非常宽的色调范围。
　　滚筒式扫描仪可用于扫描透射稿和反射稿，适合于幻灯片、透明介质、负片、印刷品、手画原图等图形的扫描，但要求扫描介质柔软，能固定在转鼓上。扫描具有很强的高光或暗调难度较大的照片时，滚筒式扫描仪扫描效果很好。
　　滚筒式扫描仪都带有独立的软件包，可以提供很多种自动化功能，可以预置和设置图像处理操作。滚筒式扫描仪价格很高，在几万到十几万美元之间，日常维护费用也高，适合于广告公司、通信部门、服务中心、全方位服务的印刷厂及对扫描质量要求很高的行业。
　　扫描仪品种繁多，还有用于商业、图书领域的条形码扫描仪，打印机配套的扫描头等，以后本刊还会进一步对各类扫描仪产品作进一步介绍。