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Scanner工作原理及其测试要点


什么是CCD
CCD是Charge Couple Device的缩写,称为电荷耦合器 件,它是利用微电子技术制成的表面光电器件,可以实现 光电转换功能。 CCD在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛,只不过摄 像机中使用的是点阵CCD,即包括x、y两个方向用于摄取 平面图像,而扫描仪中使用的是线性CCD,它只有x一个方 向,y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。 CCD芯片上有许多光敏单元,它们可以将不同的光线转换 成不同的电荷,从而形成对应原稿光图像的电荷图像。如 果我们想增加图像的分辨率,就必须增加CCD上的光敏单 元数量。实际上,CCD的性能决定了扫描仪的x方向的光学 分辨率。

光学图像
模拟电信号
数字电信号
光电转换器 (CCD)
AD转换器
在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CCD,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。
OCR

分辨率要求:
10磅以上的字采用300dpi, 一般的标准字体是 10,12,14,18磅. 10磅以下的文字,可以考虑用400dpi或更高的 分辨率进行扫描.


实际上我们常遇到的情况是:对于西方字符多 采用300dpi,CCJK等文字多采用400dpi
WIA

WIA,是Windows Image Acquisition的缩写, 可直接翻译为:Windows图像采集系统。

启动扫描仪驱动程序后,安装在扫描仪内部的可移动光源开始扫描原稿。 为了均匀照亮稿件,扫描仪光源为长条形,并沿y方向扫过整个原稿;
照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙,形成沿x方向的光带, 又经过一组反光镜,由光学透镜聚焦并进入分光镜,经过棱镜和红绿蓝三色 滤色镜得到的RGB三条彩色光带分别照到各自的CCD上,CCD将RGB光带 转变为模拟电子信号,此信号又被A/D变换器转变为数字电子信号。 至此,反映原稿图像的光信号转变为计算机能够接受的二进制数字电子信 号,最后通过串行或者并行等接口送至计算机。扫描仪每扫一行就得到原稿 x方向一行的图像信息,随着沿y方向的移动,在计算机内部逐步形成原稿的 全图。
OCR
OCR是字符识别软件的简称,它是英文 Optical character recognition的缩写,原意是 光学字符识别。它的功能是通过扫描仪等光学输入 设备读取印刷品上的文字图像信息,利用模式识别 的算法,分析文字的形态特征从而判别不同的字符
OCR一般只适合于识别印刷体字符。使用扫描仪 加OCR可以部分地代替键盘输入的功能,是省力 快捷的文字输入方法。
Scanner工作原理及其测试要点
Scanner 工作原理
扫描仪是图像信号输入设备。它对原稿 进行光学扫描,然后将光学图像传送到光电 转换器中变为模拟电信号,又将模拟电信号 变换成为数字电信号,最后通过计算机接口 送至计算机中。
扫描仪扫描图像的步骤是:

将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上,原稿可以是文字稿件或 者图纸照片

如果扫描仪说明书上标明的灰度等级是10bit,则说明 这个扫描仪能够将图像分成1024个灰度等级,如果标明色 彩深度为30bit,则说明红、绿、蓝各个通道都有1024个等 级。显然,该等级数越高,表现的彩色越丰富。
扫描仪的性能
扫描仪的主要性能指标有x、y方向的分辨率、 色彩分辨率(色彩位数)、扫描幅面和接口方式等。 各类扫描仪都标明了它的光学分辨率和最大分 辨率。
光学分辨率
光学分辨率是指扫描仪的光学系统可以采集的实际信 息量,也就是扫描仪的感光元件——CCD的分辨率。
例如最大扫描范围为216mm×297mm(适合于A4 纸)的扫描仪可扫描的最大宽度为8.5英寸(216mm),它 的CCD含有5100个单元,其光学分辨率为5100点/8.5英 寸=600dpi。常见的光学分辨率有600×1200、 1200×2400或者更高。
从理论上讲,色彩位数越多,颜色就越逼真,但对于 非专业用户来讲,由于受到计算机处理能力和输出打印机 分辨率的限制,追求高色彩位给我们带来的只会是浪费。
接口方式
接口方式(连接界面)是指扫描仪与计算 机之间采用的接口类型。常用的有USB接口 、SCSI接口和并行打印机接口。SCSI接口 的传输速度最快,而采用并行打印机接口则 更简便。
选择扫描分辨率
扫描分辨率=放大系数×打印分辨率/N (N为 打印机喷头色数)。 扫描分辨率越高得到的图像越清晰,但是考虑 到如果超过输出设备的分辨率,再清晰的图像也不 可能打印出来,仅仅是多占用了磁盘空间,没有实 际的价值。因此选择适当的扫描分辨率就很有必要 。
什么是A/D

A/D变换器是将模拟量(Analog)转变为数字量(Digital)的半 导体元件。从CCD获取的电信号是对应于图像明暗的模拟信 号,就是说图像由暗到亮的变化可以用从低到高的不同电平 来表示,它们是连续变化的,即所谓模拟量。 A/D变换器的工作是将模拟量数字化,例如将0至1V的线性 电压变化表示为0至9的10个等级的方法是:0至小于0.1V的 所有电压都变换为数字0、0.1至小于0.2V的所有电压都变 换为数字1……0.9至小于1.0V的所有电压都变换为数字9。 实际上,A/D变换器能够表示的范围远远大于10,通常是 2^8=256、2^10=1024或者2^12=4096。

了解
当扫描被到word pad文件时,无论设置的 分辨率为多少,结果都是300dpi,而且, word pad文件只支持1bit色深。 同时在扫描过程中也要注意各种文件格式的 原理,了解其支持的分辨率、色深等参数的 大小范围,以免浪费时间报不必要的bug.

分辨率与件大小
一般的扫描应用软件都可以在你预览原始稿样时自动计算 出文件大小,但了解文件大小的计算方法更有助于你在管 理扫描文件和确定扫描分辨率时作出适当的选择。 二值图像文件的计算公式是:水平尺寸×垂直尺寸×( 扫描分辨率)^2/8。彩色图像文件的计算公式是:水平尺寸 ×垂直尺寸×(扫描分辨率)^2×3。例如用彩色RGB方式 扫描一幅普通彩色照片(3R 3.5×5英寸),扫描分辨率为 300DPI,那么得到的图像文件长度为 5×3.5×300^2×3=4725000字节即4.7MB(这个计算 公式假设每一种颜色的色深是8位并且没有考虑图片的存储 时的压缩算法,实际文件大小会因保存文件的格式差异与 使用的色深有很大的不同)
色彩位确切的含义是用多少个位来表示扫描得到的一个 像素。例如:1bit只能表示黑白像素,因为计算机中的数 字使用二进制,1bit只能表示两个值(21=2)即0和1,它们 分别代表黑与白。8bit可以表示256个灰度级(28=256), 它们代表从黑到白的不同灰度等级。24bit可以表示 16777216种色彩(224=16777216),其中红(R)绿(G)蓝(B) 各个通道分别占用8bit,它们各有2^8=256个等级,一般 称24bit以上的色彩为真彩色,当然还有采用30bit、 36bit、42bit的机种。
最大分辨率
最大分辨率又叫做内插分辨率,它是在 相邻像素之间求出颜色或者灰度的平均值从 而增加像素数的办法。 内插算法增加了像素数,但不能增添真 正的图像细节,因此,我们应更重视光学分 辨率。
色彩分辨率(色深)
色彩分辨率又叫色彩深度、色彩模式、色彩位或色 阶,总之都是表示扫描仪分辨彩色或灰度细腻程度的指标 ,它的单位是bit(位)。

这是windows XP加入的一个新功能,该功 能主要包括了Windows XP对图像设备的支 持以及对图像信息的处理编辑等功能
windows中的画笔程序,在windows xp中,对 这个程序进行了修改,可以利用它来直接从WIA设 备中得到图像或照片。

TWAIN

TWAIN scan 我们使用第三方提供的driver进行 scan的形式
Microsoft Word中就可以启动扫描仪,方法是打开 菜单栏的“插入”→“图片”→“来自扫描仪”。 Adobe Photoshop也可以做到这一点,方法是打开 “File”→“Import”→“Select TWAIN_32 Source”
Scanner FW测试侧重点
scan的基本功能,软硬件的交互、连接是否可用,以及 各个按键的使用 扫描过程中各个状态的转变过程,包括各种提示信息是 否正确,与UES相对照。 质量: A:扫描区域是否与所选区域对应 B:扫描图片中是否有不被接受的条纹、压缩或者色彩变化 等 C:查看扫描图片属性:包括文件类型、大小、分辨率、色 深、长宽等 D: 扫描文档/字符的清晰程度,能否实现准确的OCR识别 。
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