CCD掃描儀

ccd的中文名稱是電荷耦合器件，與一般的半導體集成電路相似，它在一塊硅單晶上集成了成千上萬個光電三極管，這些光電三極管分成三列，分別被紅、綠、藍色的濾色鏡罩住，從而實現彩色掃描。光電三極管在受到光線照射時可產生電流，經放大後輸出。採用ccd的掃描儀技術經多年的發展已相當成熟，是目前市場上主流掃描儀主要採用的感光元件。ccd的優勢在於，經它掃描的圖像質量較高，具有一定的景深，能掃描凹凸不平的物體；温度係數較低，對於一般的工作，周圍環境温度的變化可以忽略不計。ccd的缺點有：由於組成ccd的數千個光電三極管的距離很近（微米級），在各光電三極管之間存在着明顯的漏電現象，各感光單元的信號產生的干擾降低了掃描儀的實際清晰度；由於採用了反射鏡、透鏡，會產生圖像色彩偏差和像差，需要用軟件校正；由於ccd需要一套精密的光學系統，故掃描儀體積難以做得很小。

通過鏡頭聚焦到 ccd（光電耦合器感應器）將光信號轉換成電信號成像的。通過三至四根鏡條對反射光線進行全反射以減少聚焦鏡頭和掃描平台之間距離。在物理上不存在真正的全反射，實際應用中反射鏡條越多則對掃描品質的影響越大，ccd的理想值是直接聚焦，實際上很難做到。 　其光路特性目前市場上有兩種：一種是採用幾組 ccd 鏡頭無反射鏡直線式光路，另一種是通過三至四根鏡頭對反射光線進行全反射以減少聚焦鏡頭和掃描平台之間的距離，存在着反射鏡頭的反射式光路. 　光路原理簡介 　採用ccd成像技術的掃描儀光學原理是光源發出的光照射在掃描原稿上產生了反射光，經光學系統（透鏡）將其聚焦到 ccd上,ccd(charge coupled device，電荷藕荷器件)是一個包含着一排有許多緊密排列的感光元件構成的集成電路，它將光信號轉換成電信號，通過模數轉換器， 生成數字圖像信號，傳送給計算機。由於 ccd中排列的感光原件有限，為了提高分辨率，通常在大幅面掃描儀上採用多組 ccd成像裝置，將分段攝取的文本資料經掃描儀處理系統組合起來，成為一條完整的線性影像。ccd感光元件的排列精度及光學系統（透鏡）的邊緣失真度都直接影響到掃描精度。ccd 是掃描儀關鍵部件，在幾釐米長度的 ccd上要非常精確地排列數千個感光元件，對加工精度的要求是非常嚴格的，很顯然，ccd上感光元件的排列間距誤差，安裝及調試的誤差都直接關係到掃描儀精度。

多數平板式掃描儀使用光電耦合器(ccd)為光電轉換元件，它在圖像掃描設備中最具代表性。其形狀像小型化的複印機，在上蓋板的下面是放置原稿的稿台玻璃。掃描時，將掃描原稿朝下放置到稿台玻璃上，然後將上蓋蓋好，接收到計算機的掃描指令後，即對圖像原稿進行掃描，實施對圖像信息的輸入。 　掃描儀對圖像畫面進行掃描時，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，產生反射光(反射稿所產生的)或透射光(透射稿所產生的)，然後經反光鏡組反射到線性ccd中。ccd圖像傳感器根據反射光線強弱的不同轉換成不同大小的電流，經a/d轉換處理，將電信號轉換成數字信號，即產生一行圖像數據。同時，機械傳動機構在控制電路的控制下，步進電機旋轉帶動驅動皮帶，從而驅動光學系統和ccd掃描裝置在傳動導軌上與待掃原稿做相對平行移動，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。 　通常，用線性ccd對原稿進行的“一條線”掃描被稱為“主掃描”，而將線性ccd平行移動的掃描輸入稱為“副掃描”。 　（1）線性ccd的結構 　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換成電信號。將ccd圖像傳感器放大，可以發現在10μm的間隔上並行排列着數千個ccd圖像單元，這些圖像單元規則地排成一線，當光線照射到圖像傳感器的感光面上時，每個ccd圖像單元都接受照射其上的光線，並根據感應到的光線強弱，產生相應的電荷。然後，若干電荷以並行的順序進行傳輸。 　（2）光學成像系統 　一般掃描儀使用的光學成像系統有兩種：縮小掃描型光學成像系統和等倍掃描型光學成像系統。縮小型光學系統成像採用2-5cm長度的線性ccd作為光學系統中的圖像傳感器，由於ccd的尺寸遠不及掃描原稿的寬度，因此，這種成像系統中，在ccd的前面有一個鏡頭，像數字相機一樣，用於在掃描時將原稿圖像通過鏡頭縮小後投射到線性ccd上。等倍掃描型光學成像系統則採用與掃描原稿寬度相等的線性ccd作為圖像傳感器。這種光學成像系統中採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個以上這樣的鏡頭陣列構成，這種成像系統在手持式掃描儀中較為常見。 　（3） 色分離技術 　目前，彩色掃描儀已成為市場的主流，它能夠很真實地還原原稿圖像的品質。通過彩色掃描儀掃描得到的數字圖像，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。真實色彩的還原主要應歸功於掃描儀獨特的色分離技術。由於ccd只是將所感應的光的強弱轉換成相應大小的電流，它不可能對所掃描圖像的顏色進行識別。因此，掃描儀需要將這些顏色進行分離。我們都知道，紅、綠、藍是光的三基色，即用這3種顏色疊加可以組合出其他任意顏色。就是根據這個特點，掃描儀在掃描圖像時，先生成分別對應於紅(r)、綠(g)、藍(b)的三基色的3幅圖像，也就是説每幅圖像中只包含相應的單色信息，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，藍基色圖像中自然只包含藍色信息。最後，將這3幅圖像合成即得到了彩色的圖像。 　目前，應用於掃描儀的色分離技術常見的有4種：濾光片色分離技術、光源交替色分離技術、三ccd色分離技術和單ccd色分離掃描技術。 　(4)varos技術 　普通的ccd掃描儀在掃描時，須在被掃描物體表面形成一條細長的白色光帶，光線通過一系列鏡面和一組透鏡，最後由ccd元件接收光學信號。但是，在這種條件下，光學分辨率被ccd像素數量所限制。在varos技術中，ccd元件與透鏡之間放置一片平板玻璃，首先，掃描儀進行正常的掃描工作。這一步得到的圖像與其他掃描儀基本相同。然後，平板玻璃傾斜，使掃描圖像移動1/2個像素，掃描過程重複一次。這樣可以使掃描儀讀取被移動後的像素的數據。最後，運用軟件合成第一次與第二次的掃描數據，得到兩倍數量的圖像信息。換言之，運用varos技術，我們可以將普通600dpi的掃描儀變成1200dpi高分辨率的掃描儀。