2024年3月28日发(作者：扶敏思)
第七章 扫描仪
扫描仪是80年代中期才出现的光电机一体化高科技产品 它可以将各种形式的图像信息
输入到计算机,从图片、胶片、照片到各类图纸图形 以及文档资料都可以用扫描仪输入到计
算机中,从而对这些图像形式的信息进行处理。目前,扫描仪已广泛应用于出版印刷、广告制
作、办公 自动化、多媒体应用、图文通讯等众多领域,极大地促进了这些领域的技术进步。
一、扫描仪工作原理
扫描仪主要由光学系统、机械机构部分、扫描头、转换电路四部分组成。光学系统
包括光源、光路、镜头等；机械机构主要由步进电机和导轨组成；扫描头由线状CCD(电荷
藕合器件） 组成，它的作用是实现光电转换，其精度直接影响扫描图像的还原程度；扫描
仪电路主要包括CPU、A/D转换器、接口等部分，主要完面图像数据转换，与计算机接口等
功能。
扫描仪工作时，首先由光源将光线照在欲输入的图稿上，产生表示图像特征的反射光（反
射稿）或透射光（透射稿）。光学系统采集这些光线，将其聚焦在感光器件上，由感光器件
将光信号转换为电信号，然后由电路部分对这些信号进行A/D（Analog/Digital）转换及处理，
生成相应的数字信号，经过扫描仪CPU处理后，图像数据暂存在其缓冲器中，为输入计算机
做好准备。当机械传动机构在控制电路的控制下带动装有光学系统和CCD的扫描头与图稿
进行相对运动，将图稿全部扫描一遍，扫描仪会按照先后顺序把图像数据传输到计算机并储
存起来，经过软件重新处理后，一幅完整的图像就输入到计算机中去了。
在整个扫描仪获取图像的过程中，有两个元件起到关键作用：一个是光电器件，它将光
信号转换成为电信号；另一个是A/D变换器，它将模拟电信号变为数字电信号。这两个元件
的性能直接影响扫描仪的整体性能指标，同时也关系到我们选购和使用扫描仪时如何正确理
解和处理某些参数及设置。
二、扫描仪的性能
1、分辨率
扫描仪的分辨率反映了扫描仪对图像细节的表现能力,生产厂家通常用每英寸长度上扫描
图像所含像素点的个数来表示,记作DPI（DOT PER INCH,从数扫描仪的分辨率在300DPI到
2400DPI之间，但扫描仪的真实分辨率或光学分辨率都是由CCD的精度决定的 由于受制造
成本和生产工艺的限制,目前扫描仪中CCD的精度最高为600DPI,高于此数的分辨率都是用
光学分辨率扫描后,再通过软件插值算法另外补上计算出来的像素而得到的,1200PDI插值一
次,2400PDI插值两次等等,插值法固然可以提高分辨率,但不一定能提高图像的品质,而且插
值次数的增加,使数据量以几何级数增大,给处理的存储带来困难,所 以扫描仪最高分辨率的
确定,是各种矛盾调和的结果。
为了准确衡量扫描仪对 图像细节的实际分辨能力,国际上通常用标准测试 图测试扫描
仪在一英寸长度上实际能分辨出的线条个数,以此来表示扫 描仪的实际精度,记作LPI。DPI
是生产厂家提供的指标,LPI是从用户的角度测得的,而影响扫描仪精度的因素很多,有些产品
的DPI值较高,但其实际精度比一些DPI值较低的产品还差,所以扫描仪的DPI与LPI并不总
成正比,并不是DPI值越高,扫描仪的LPI值也越高。
2、灰度级
扫描仪的灰度级用来表示 图像的亮度层次范围,级数越多,扫描图像的亮度范围越大,层次
越丰富，目前多数扫描仪的灰度为256级.
3、色彩数
色彩数表示扫描仪所能产生图像的颜色数量,由描述每个像素点颜色的数据位数（Bit）,
1Bit产生两种颜色,2Bit产生四种 ......,真彩色扫描仪其色彩数为24Bit,,色彩数越多,扫描图像
就越丰富逼真,图像从白到黑的层次也越丰满细腻,所以提高扫描仪的色彩位数,可以提高扫
描图像的品质,目前最高产品为36Bit的彩色扫描仪.
4、扫描速度
通常用在指定的分辨率和 图像尺寸下的扫描时间来表示扫描速度,一般来说,在设备相同
的情况下（相同的光源、CCD和其它元件）,扫描头通过图稿的速度越快,所取得的图像信息
就越少,所以,快速扫描总是以牺牲一些图像质量来换取速度的,比如预扫（prescan）和普扫
(normal scan),预扫速度快,但只能扫个大概样子,一般用来取样数据,而普扫则要把全部数据都
读入计算机,所以相对来说速度较慢。另外,扫描仪在不同的微机软硬件环境下（主机型号、
内存容量、附加卡等）,扫描速度也不同。
制约扫描速度的因素主要有以下几个方面：
（1）预扫时间：
预扫时间其实就是扫描仪对所有的扫描面积进行一次快速扫描所需的时间。扫描仪从打
开到进行正式扫描，有一段光源预热时间，如果是进行长时间连续扫描作业，这段预热时间
似乎可以接受或者忽略不记。但是如果并不是连续作业，那么在每次扫描之前都要进行光源
预热，不仅浪费了大量时间，而且对扫描仪的使用寿命也是一个极大的挑战。
（2）接口：
接口指扫描仪与电脑的连接方式。接口技术是扫描仪除成像技术之外最重要的技术之一，
直接关系到扫描仪作为输入设备的工作效率。
目前扫描仪的常见接口包括并口（EPP）、SCSI、IEEE 1394和USB接口，目前的家用扫
描仪以USB接口居多。
几种接口方式中，SCSI接口传输速度很快，但需要在电脑中额外添加价值不菲的SCSI
连接卡，不但增加了扫描仪的成本，而且安装复杂，目前仅限于专业用户使用。EPP接口曾
经最普及，虽然目前市场上还能看到EPP接口的扫描仪，但是几乎所有的厂商都已经停产，
尤其是其较慢的数据传输效率已经极大的限制了扫描仪的速度，显然无法适合快节奏的时代
2024年3月28日发(作者：扶敏思)
第七章 扫描仪
扫描仪是80年代中期才出现的光电机一体化高科技产品 它可以将各种形式的图像信息
输入到计算机,从图片、胶片、照片到各类图纸图形 以及文档资料都可以用扫描仪输入到计
算机中,从而对这些图像形式的信息进行处理。目前,扫描仪已广泛应用于出版印刷、广告制
作、办公 自动化、多媒体应用、图文通讯等众多领域,极大地促进了这些领域的技术进步。
一、扫描仪工作原理
扫描仪主要由光学系统、机械机构部分、扫描头、转换电路四部分组成。光学系统
包括光源、光路、镜头等；机械机构主要由步进电机和导轨组成；扫描头由线状CCD(电荷
藕合器件） 组成，它的作用是实现光电转换，其精度直接影响扫描图像的还原程度；扫描
仪电路主要包括CPU、A/D转换器、接口等部分，主要完面图像数据转换，与计算机接口等
功能。
扫描仪工作时，首先由光源将光线照在欲输入的图稿上，产生表示图像特征的反射光（反
射稿）或透射光（透射稿）。光学系统采集这些光线，将其聚焦在感光器件上，由感光器件
将光信号转换为电信号，然后由电路部分对这些信号进行A/D（Analog/Digital）转换及处理，
生成相应的数字信号，经过扫描仪CPU处理后，图像数据暂存在其缓冲器中，为输入计算机
做好准备。当机械传动机构在控制电路的控制下带动装有光学系统和CCD的扫描头与图稿
进行相对运动，将图稿全部扫描一遍，扫描仪会按照先后顺序把图像数据传输到计算机并储
存起来，经过软件重新处理后，一幅完整的图像就输入到计算机中去了。
在整个扫描仪获取图像的过程中，有两个元件起到关键作用：一个是光电器件，它将光
信号转换成为电信号；另一个是A/D变换器，它将模拟电信号变为数字电信号。这两个元件
的性能直接影响扫描仪的整体性能指标，同时也关系到我们选购和使用扫描仪时如何正确理
解和处理某些参数及设置。
二、扫描仪的性能
1、分辨率
扫描仪的分辨率反映了扫描仪对图像细节的表现能力,生产厂家通常用每英寸长度上扫描
图像所含像素点的个数来表示,记作DPI（DOT PER INCH,从数扫描仪的分辨率在300DPI到
2400DPI之间，但扫描仪的真实分辨率或光学分辨率都是由CCD的精度决定的 由于受制造
成本和生产工艺的限制,目前扫描仪中CCD的精度最高为600DPI,高于此数的分辨率都是用
光学分辨率扫描后,再通过软件插值算法另外补上计算出来的像素而得到的,1200PDI插值一
次,2400PDI插值两次等等,插值法固然可以提高分辨率,但不一定能提高图像的品质,而且插
值次数的增加,使数据量以几何级数增大,给处理的存储带来困难,所 以扫描仪最高分辨率的
确定,是各种矛盾调和的结果。
为了准确衡量扫描仪对 图像细节的实际分辨能力,国际上通常用标准测试 图测试扫描
仪在一英寸长度上实际能分辨出的线条个数,以此来表示扫 描仪的实际精度,记作LPI。DPI
是生产厂家提供的指标,LPI是从用户的角度测得的,而影响扫描仪精度的因素很多,有些产品
的DPI值较高,但其实际精度比一些DPI值较低的产品还差,所以扫描仪的DPI与LPI并不总
成正比,并不是DPI值越高,扫描仪的LPI值也越高。
2、灰度级
扫描仪的灰度级用来表示 图像的亮度层次范围,级数越多,扫描图像的亮度范围越大,层次
越丰富，目前多数扫描仪的灰度为256级.
3、色彩数
色彩数表示扫描仪所能产生图像的颜色数量,由描述每个像素点颜色的数据位数（Bit）,
1Bit产生两种颜色,2Bit产生四种 ......,真彩色扫描仪其色彩数为24Bit,,色彩数越多,扫描图像
就越丰富逼真,图像从白到黑的层次也越丰满细腻,所以提高扫描仪的色彩位数,可以提高扫
描图像的品质,目前最高产品为36Bit的彩色扫描仪.
4、扫描速度
通常用在指定的分辨率和 图像尺寸下的扫描时间来表示扫描速度,一般来说,在设备相同
的情况下（相同的光源、CCD和其它元件）,扫描头通过图稿的速度越快,所取得的图像信息
就越少,所以,快速扫描总是以牺牲一些图像质量来换取速度的,比如预扫（prescan）和普扫
(normal scan),预扫速度快,但只能扫个大概样子,一般用来取样数据,而普扫则要把全部数据都
读入计算机,所以相对来说速度较慢。另外,扫描仪在不同的微机软硬件环境下（主机型号、
内存容量、附加卡等）,扫描速度也不同。
制约扫描速度的因素主要有以下几个方面：
（1）预扫时间：
预扫时间其实就是扫描仪对所有的扫描面积进行一次快速扫描所需的时间。扫描仪从打
开到进行正式扫描，有一段光源预热时间，如果是进行长时间连续扫描作业，这段预热时间
似乎可以接受或者忽略不记。但是如果并不是连续作业，那么在每次扫描之前都要进行光源
预热，不仅浪费了大量时间，而且对扫描仪的使用寿命也是一个极大的挑战。
（2）接口：
接口指扫描仪与电脑的连接方式。接口技术是扫描仪除成像技术之外最重要的技术之一，
直接关系到扫描仪作为输入设备的工作效率。
目前扫描仪的常见接口包括并口（EPP）、SCSI、IEEE 1394和USB接口，目前的家用扫
描仪以USB接口居多。
几种接口方式中，SCSI接口传输速度很快，但需要在电脑中额外添加价值不菲的SCSI
连接卡，不但增加了扫描仪的成本，而且安装复杂，目前仅限于专业用户使用。EPP接口曾
经最普及，虽然目前市场上还能看到EPP接口的扫描仪，但是几乎所有的厂商都已经停产，
尤其是其较慢的数据传输效率已经极大的限制了扫描仪的速度，显然无法适合快节奏的时代