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【请问,扫描元件CIS和CCD的区别】-明基5000S论坛-ZOL中关村在线

 jsgyhlc 2011-02-01

双CCD技术

在扫描仪的传统CCD上,规则地排列着3条感光元件阵列,分别获取红、绿、蓝三色光学信息。每条感光元件阵列上光电耦合元件的数目,也就是这个CCD能够获取的像素数,同时也决定了这台扫描仪的最大光学分辨率。例如,对于A4幅面(8英寸×10英寸)的扫描仪,如果CCD像素数为5000,那么它的最高光学分辨率就是600dpi。同样,如果CCD像素数为10?000? 那么它的最高光学分辨率就是600dpi。CCD的制造依靠高精度的微电子加工工艺,后者在一定程度上限制着CCD的长度和单个像素面积。制造长度更长的CCD,意味着非常昂贵的价格、很低的成品率;而保持当前CCD长度不变的情况下,提高像素数就会相应减小单个感光单元的面积。感光单元面积缩小,会带来敏感度和图像信噪比的降低。因此,为了获得同等质量的扫描图像,扫描仪就必须增加每次扫描的曝光时间。对于1200dpi的扫描仪而言,其像素尺寸为3.2~3.5微米,如果希望保持CCD长度而增加像素至20?000点,像素面积会缩小到2微米以下。除了信噪比的影响外,这也是当前微电子工艺很难达到的,而且产品的成本也很高。

为了不仅能获得1200dpi这样高的分辨率,而产品的成本又不会增加太多,惠普推出了一种双CCD技术?图(^29050201c^)3 ,为高分辨率扫描输入带来了新的途径。这种双CCD扫描仪采用了交错像素设计来实现2400dpi的高光学分辨率。CCD传感器中,包含两组像素单元:低分辨率部分(5000像素点)的传感器单元具有较大的信号感受面积,可以提供高速、高质的扫描,光学分辨率为600dpi;而高分辨率部分采用了6条感光元件--红、红、绿、绿、蓝、蓝,每两条同色感光元件错开半个像素的位置。因为每条传感器都具有10?000像素点。每次扫描过程中,根据特殊的算法把6条传感器的数据结合在一起,就可以实现2400dpi的有效光学分辨率,足以适应35毫米幻灯片或负片放大的需求。

CCD技术:保证影像杰出

CCD(Charge Coupled Device)--电荷耦合器件,是由美国贝尔实验室于1969年发明的。和PMT(Photo Multiplier Tube)--光学倍增管一样,它们都是很成功的电子影像感应器,又称为光学感应器。CCD与PMT现已广泛应用在诸多科学产品上,如传真机、 扫描仪、天文望远镜等。而CCD则更多地应用于数码相机、摄像机等一些小型化的产品上。传统CCD的工作原理就像一台复印机,利用高亮度的光源,将稿件依次经过反射镜、投射镜和分光镜,反射在CCD元件上。CCD的结构可以形象比喻为一个正在旋转的巨大的走马灯,灯上并排排列着许多窗口,按照一定的顺序,测量某一时间段内从每个窗口进入的光。早期的CCD基本上是隔行扫描的,所以图像精度不高。现在一般都是逐行扫描,从而保证了较高的分辨率。CCD体积虽只有硬币大小,却非常耐用。

CCD 与CIS

CCD(ChargeCoupledDevice,电荷耦合器件):是一种半导体芯片。使用CCD作为感光元件的扫描仪,需要通过由一系列透镜、反射镜等组成的光学系统将图像传送到CCD芯片上,所以体积一般较大。

CIS(ContactImageSensor,接触式传感器件):是一种光电转换器件,它采用一列内置的LED发光二极管照明,直接接触在原稿表面读取图像数据。采用CIS技术的扫描仪没有附加的光学部件,移动部分又轻又小,整个扫描仪可以做得非常轻薄。

从扫描品质来看,CCD发展时间较长,技术已十分成熟,其扫描品质比CIS好。CCD可适用于高、中、低档扫描仪,而CIS只局限于低档扫描仪,这主要是由目前CIS器件的性能所决定的,另外,CIS扫描仪景深小,扫描稿件要求比较平整,相反CCD扫描仪景深大,还可以扫描立体实物。

由于结构简单,体积轻薄,CIS扫描仪生产流程非常简化,易于运输,故障率低且易于维修,与CCD扫描仪比起来更加抗震,对运输和使用环境的要求不是非常严格。另外,CCD扫描仪一般使用冷阴极管做光源,这种光源需要1分钟左右的预热才能稳定发光,扫描仪打开后不能立刻使用;CIS扫描仪随时开机都可以进行扫描。

就当前技术水平而言,CCD扫描仪图像品质好,CIS扫描仪体积小巧,适合于空间比较拥挤的环境,如办公室或家庭。目前CIS扫描仪的价格与同档次CCD扫描仪差不多。从参加本次评测的扫描仪来看,CCD扫描仪目前还是占据着绝大部分市场。

CCD与CIS扫描仪的比较

性能指标 CCD扫描仪 CIS扫描仪

分辨率(dpi) 300~1200或更高 300~600

光源 冷阴极管 LED阵列

景深(mm) ±3 ±0.3

密度范围 高 较低

扫描光谱 光谱范围大 光谱范围小

扫描仪尺寸 体积较大 体积小,较薄

采用CCD技术的传感器总体分为两大类,分别是通用型CCD传感器和特殊型CCD传感器。

扫描仪原理完全剖析

1)滤光片色分离技术

其基本原理是:在线性CCD图像传感器的前面加装一滤光片,滤光片从上向下分为3等份,第1部分为红色滤光片,第2部分为绿色滤光片,第3部分为蓝色滤光片,扫描时通过滤光片的移动使得CCD传感器分别记录相应基色下的图像信息,从而得到三基色的3幅图像信息。

2)光源交替色分离技术

与滤光片色分离技术的原理类似,这种技术是在镜头与扫描原稿之间加设3根发光灯管,其颜色分别为红(R)、绿(G)和蓝(B),扫描图像时,3根不同颜色的灯管交替发光,从而使CCD得到3幅三基色图像信息。

3)三CCD色分离技术

与前两种色分离技术不同,三CCD色分离技术中使用了3个CCD完成扫描成像:光线通过镜头,经过一个特殊设计的分光棱镜将相应颜色的光线反射到相应的CCD图像传感器中,每一个CCD产生一种颜色的图像数据,经过一次扫描即可得到彩色的图像。因此,可以看出这种分色技术成像速度最快,但其造价最高。

4)单CCD色分离技术

单CCD色分离技术仍然是采用单个线性CCD,不过,在CCD的感光面上加入了滤色镜,在感光的同时直接进行分色。

(4)VAROS技术

普通的CCD扫描仪在扫描时,须在被扫描物体表面形成一条细长的白色光带,光线通过一系列镜面和一组透镜,最后由CCD元件接收光学信号。但是,在这种条件下,光学分辨率被CCD像素数量所限制。在VAROS技术中,CCD元件与透镜之间放置一片平板玻璃,首先,扫描仪进行正常的扫描工作。这一步得到的图像与其他扫描仪基本相同。然后,平板玻璃倾斜,使扫描图像移动1/2个像素,扫描过程重复一次。这样可以使扫描仪读取被移动后的像素的数据。最后,运用软件合成第一次与第二次的扫描数据,得到两倍数量的图像信息。换言之,运用VAROS技术,我们可以将普通600dpi的扫描仪变成1200dpi高分辨率的扫描仪。

2.接触式图像传感器CIS(或LIDE)

接触式图像传感器CIS(或LIDE)是近些年才出现的名词,其实这种技术与CCD技术几乎是同时诞生的。绝大多数手持式扫描仪采用CIS技术。CIS感光器件一般使用制造光敏电阻的硫化镉作感光材料,硫化镉光敏电阻本身漏电大,各感光单元之间干扰大,严重影响清晰度,这是该类产品扫描精度不高的主要原因。它不能使用冷阴极灯管而只能使用LED发光二极管阵列作为光源,这种光源无论在光色还是在光线的均匀度上都比较差,导致扫描仪的色彩还原能力较低。LED阵列由数百个发光二极管组成,一旦有一个损坏就意味着整个阵列报废,因此这种类型产品的寿命比较短。无法使用镜头成像,只能依靠贴近目标来识别,没有景深,不能扫描实物,只适用于扫描文稿。CIS对周围环境温度的变化比较敏感,环境温度的变化对扫描结果有明显的影响,因此对工作环境的温度有一定的要求。

LIDE(LEDInDirectExposure)二极管直接曝光技术是佳能公司独创的技术,是一种基于CIS技术的革新技术,它使用三色二极管作为光源。与使用冷阴极灯源的扫描仪相比,二极管具有体积小巧且持久长效等特点,不过它所产生的光线比较弱,很难保证扫描影像所需的亮度。针对这一原因,LIDE技术对二极管装置及引导光线的光导材料进行了改造,使二极管光源可以产生均匀并且亮度足够的光线用于扫描。

LIDE型扫描仪由3部分组成,即光导、柱状透镜和线性光学传感器。光导的主要作用是增强红、绿、兰三个色彩通道的光照强度,柱状透镜则可以确保反射光更好地向传感器聚焦(这是提高扫描精度的关键措施),线性传感器则最大程度地避免了边缘变形问题。由于省略了一系列反射镜,LIDE型扫描仪就能避免因此带来的各种像差和色差,可以较好地重现原稿的细节和色彩。

LIDE通过接触式图像传感器CIS从近距离接触以1:1的比例对原稿进行扫描,不需要复杂的光学系统,这就使扫描仪的尺寸可以做的较小,同时也使扫描仪变得非常轻巧。此外,由于二极管光源及扫描头移动所需要的功耗极小,这类产品能够通过PC机的USB端口提供所需的电力。

关于扫描仪的选择在此我简单谈几句,供大家参考。

从分辨率来说,目前世界主要的扫描仪厂家已经停产了300X600dpi的扫描仪,这一档次产品马上就要淘汰,不宜再选用。600X1200dpi已经成为行业的新标准,而更高分辨率的产品受技术和生产成本的影响短期内不可能大幅度降价,而且就目前输出设备的能力及今后一段时间的发展潜力来看,600X1200dpi的产品完全可以与其配合,满足各种需求。在分辨率方面还有一个可能高达9600dpi的"最大插值分辨率",这一指标意义并不大。

色彩位数作为衡量扫描仪色彩还原能力的主要指标,经历了24bit到30bit再到36bit的过度,而30bit以上的色彩位数才能保证扫描仪实现色彩校正,准确还原色彩,同时各主要扫描仪厂家也已经停止了低于30bit色彩位数扫描仪的生产,因此,在色彩位数上适合选用30bit或36bit的产品。至于更高色彩位数的产品,如42bit,目前价格仍然奇高,因而不可能作为一般用途使用。至于目前市场上的一些廉价48bit扫描仪,其48bit与其它扫描仪的36bit色彩位数不是统一的测量标准,不能直接进行比较。只可以参照同等价位的其它24bit,30bit至多36bit进行比较。

从接口上看目前扫描仪的接口分为EPP并口,USB接口和SCSI接口等三类,其中SCSI接口扫描仪安装时需要在计算机中安装一块接口卡,可能会碰到诸如地址、中断冲突等问题,安装较复杂,需要专业人员,而且要比同等性能的其它接口扫描仪贵200~300元,因此,不适宜家庭应用。而EPP打印机并口扫描仪和USB接口扫描仪则不存在这些问题。大可放心使用。至于有些人担心EPP打印机并口和USB接口扫描仪速度不如SCSI接口扫描仪快,那是一种误解。因为决定扫描仪速度的主要因素是扫描仪对扫描数据处理的速度和复杂程度及扫描仪机械部分在保证扫描精度的前提下所能提供的最大速度。这个速度比最慢的接口速度慢得多,因此使用上述任何一种接口的扫描仪在速度上并无多大差距。从接口上看最适合家庭用户的还是USB接口,速度及方便性兼顾。

还有一点是大家关心的CCD与CIS技术之争。CCD技术是目前平台式扫描仪目前最成熟的扫描技术,使用范围覆盖了最低档到顶尖级扫描仪产品,性能优越。而目前市场上的CIS或LIDE技术应用于平台式彩色扫描仪还刚刚起步,主要有点是成本低,重量轻,厚度薄,便于携带。适合于移动式办公环境,但作为固定应用却不太合适,主要是因为它的性能指标虽然也可以达到600X1200dpi,36bit彩色,但实际扫描效果与CCD技术仍有较大差距。

而价格方面当然完全取决与你的需要及经济实力。以600x1200dpi,36bit这一档次的扫描仪来看价格就从1000到10000元不等,性能也是千差万别,但只要您没被JS骗,一分钱一分货的原则是永远不会变的。因此根据前面的选择标准以及一般家庭的承受能力1500元~2000元是比较合适的价位。

总的来说,从现在的市场情况看,家庭用户选择光学分辨率600X1200dpi、色彩位数为36bit、连接USB接口,使用CCD技术,价格在800~1200元的扫描仪比较适宜。

扫描仪是计算机的输入设备,它能够将图片、照片、文档等输入到计算机中,这样就可以运用专门的软件来对这些输入的介质进行处理、存贮以及通过输出设备来进行输出,扫描仪被广泛应用在需要对图象进行处理和制作方面的工作中。

随着扫描仪的普及,扫描仪渐渐走入家庭,对于家庭用户,可以通过扫描仪来扫描相册、挂历、T恤等充满个性化的物品,然后打印出来;也可以将照片扫描到电脑里再通过E-MAIL来传输给远方的好友。由于较好的数码相机和摄影头的价格仍然比较的昂贵,所以扫描仪是最适合现在家用的图象输入设备了。针对这点,扫描仪厂商纷纷推出了一些指标相对较低、但价格只要千元左右的家用型扫描仪。  

目前市场上的家用扫描仪,有几十个厂家的上百种产品,面对如此多的产品,使挑选一款合适的扫描仪成了一件非常困难的事情,其实,只要掌握几个要点,就可以轻松地挑选出一款适用的扫描仪。 

首先要确定的是购买扫描仪之后用它做什么,每个人使用扫描仪都有不同的用途,需要的产品等级也就不同。例如有人是拿它来扫图片以进行计算机上的绘图工作,有的人扫图是为了编辑网页,有的人纯粹为了把男女朋友的相片放到屏幕桌面上,有的人则是需要透过扫描仪将报章杂志的文章电子化,经过文字辨识OCR之后再做进一步编辑管理。因此,在面对市面上各种形形色色的扫描仪产品时,除了以对产品完全陌生的态度任由商店的销售人员摆布外,大家不妨试着了解产品规格的意义,睁大眼睛好好挑选,进而做主动的选购。在下面的文章中,笔者就将从市面上的产品技术规格、等级价位,与使用需求来说明。  

目前市面上的扫描仪制造有两种不同的技术。一种是CCD技术,以镜头成像到感光组件上,另一种是CIS接触式扫描。CIS技术过去是使用在传真机的制造上,它的图像在以LED灯管扫过之后,会直接透过CID感光组件记录下来,不需要使用到层层镜片去折射,因此整个机体可以做得很轻薄,它比较适合用在文件或一般平面图文的低端扫描,因为大部分用CIS技术所扫描的影像景深效果都不太好,而且无法支持光罩光板装置。目前市场上有一些CIS技术的扫描仪,他们的性能指标很高,几乎是清一色的36位,而且价格便宜,关于CIS技术与CCD技术的优劣,我这里不再重复,但有一点是可以肯定的,那就是CIS技术扫描出来的图象质量,远远不如CCD技术,它所能实现的最高精度相当于18位彩色,这样的图像是无法让人接受的,因此,使用CIS技术的厂家无已例外地在扫描仪中采用了36位的数据处理方式对图像进行修正,以使图像质量达到人们勉强可以接受的水平。所以在采购的时候,建议还是购买CCD技术的扫描仪为佳。  

在技术的考虑之外,选购一台扫描仪,最主要的还是要看它的规格和实际表现。而在规格里面,最重要的又莫过于光学分辨率。国内的扫描仪规格标示往往是以两个数值相乘的形式标示分辨率,例如600×1200dpi,其实这是比较会让人混淆的做法。因为扫描仪最重要的是"光学"分辨率,也就是数字较小的600,而不是1200。Dpi是指dotperinch,也就是水平方向每英吋CCD的数量。600dpi表示每英吋中就有600个像素可感应影像。因此像素越多表示产品对影像的解析能力越强。600×1200dpi中的1200是机械分辨率,它代表扫描仪中带动灯管的悬臂马达在每英吋的垂直范围内可以停留多少步。例如1200就是指马达一次的移动可以精细到1/1200英吋。所以基本上我们在采购时要注意的是光学解析度的部份,机械分辨率再高,使用时并没有太大的意义。  

至于产品中可能还会有一个名为"最大分辨率"的数字,其实那是透过数学演算,以内插补点的方式做出来的分辨率,如果你看到9600×9600这么高的值也不要太惊讶,选购时还是建议以光学分辨率为准。  

其实不同对象、不同使用目的的扫描都应该设定不同的分辨率。有些扫描器会在驱动程序中设定不同用途的分辨率,例如网页用途、传真用途、电子邮件用途都会预先设计好不同的分辨率。你在使用时只要选择这份扫描的最终用途,机器会自动帮你做后续的设定。可是遇到你要自己设定解析度的产品,就得自己学着设定分辨率。例如扫描报纸约是160-200dpi,照片约是300dpi、其它印刷品则为200-300dpi左右。  

另外在色阶方面,也就是所谓的色彩位,它指的是扫描仪本身辨别色彩的能力。例如有的产品规格标示为36bit,就表示这款机器所用的红绿蓝三个颜色每个都可以做到12bit的变化,12bit就是2的12次方,即4096种颜色。想想红绿蓝都各有4096个变化,那么三种混色之后,就会有687亿种色彩变化。不过36bit还不是现在最高的设计,目前如全友、力捷都推出了42bit的产品,鸿友还有48bit的机种。可是遗憾的是,这样的高色阶在目前的应用上并不具有太大的意义,因为目前绝大多数的影像处理软件还停留在辨识24bit的阶段,只有Adobe的PhotoShop才能辨识48bit,你如果用42bit扫描图片,一般影像软件还是要把它转成24bit来看待。在这方面,高数值的规格显得有些英雄无用武之地。另外,有时候扫描仪的色彩准确度并不会和标示的色阶数字一致,如果你很重视扫描的色彩真实性,建议你不妨在选购时以一张彩色图片现场测试。顺便也可以看看它的扫描速度,是否在你可容许的范围内。  

扫描仪的接口分为EPP打印机并口,USB接口和SCSI接口,其中SCSI接口扫描仪安装时需要在计算机中安装一块接口卡,可能还会碰到诸如地址、中断冲突等问题,安装复杂,需要专业人员,而且要比同等性能的其它接口扫描仪贵200-300元,因此,不适宜家庭应用。而EPP打印机并口扫描仪和USB接口扫描仪则不存在这些问题,大可放心使用。至于有些人担心EPP打印机并口和USB接口扫描仪速度不如SCSI接口扫描仪快,那是一种误解,因为决定扫描仪速度的主要因素是扫描仪对扫描数据处理的速度和复杂程度及扫描仪机械部分在保证扫描精度的前提下所能提供的最大速度。这个速度比最慢的接口速度慢得多,因此使用上述任何一种接口的扫描仪在速度上并无多大差距。  

除了扫描技术、分辨率和色阶之外,我们还应该留意产品的应用能力,例如它的操作接口是否容易使用、是否经过中文化、搭配的软件是否符合需要,另外扩充性也是值得考虑的因素。首先在操作接口上,如果你对扫描仪的使用并不是很熟悉,不妨选购在机体上有快速键的产品,这些快速键可能包括扫描键、传真键、电子邮件键、复印键等,它们可以帮助你做自动化设定并快速地扫描,而不需要每次都先在驱动程序中一一选择。现在市面上常见的UMAX的三键和酷熊系列的五键都是出于这样的设计。 

而扩充性的问题则是在于你有没有扫描透射稿的需要。所谓透射稿其实就是光可以透过去的稿件,例如底片、幻灯片等,要扫描这些对象的扫描仪必须装备有光罩或光板。可是大部分的扫描仪是不附加光罩光板的,需要你自己添购。有的厂牌甚至不具有扩充光罩光板的设计,所以先天就不能扫描透射稿。在你选购扫描仪时最好考虑自己是否有这方面的操作需要,而加了光罩光板的产品价格可能会贵一点,事实上,用家用扫描仪扫描出来的底片(负片)质量实在是让人不敢恭维,而正片对于家庭用户来说,可能没有用到的机会。所以,扫描透射稿的能力对于家用扫描仪的采购并不是主要影响因素。 

搭配的软件方面,目前主要的软件莫过于文字辨识软件和影像处理软件最受青睐。你不妨从自身的需要去判断选择。如果你只是用扫描仪扫描文章进计算机的话,一个设计良好甚至支持多国文字辨识的OCR软件将是你最好的帮手。而如果你是需要将图案、照片扫进计算机做专业美工绘图处理,或转为网页的运用,那么不同等级的影像编辑软件就是必备的工具了。还有像档案管理软件也是可以考虑的,如果你经常有扫描、存盘需要的话。  

除此之外,扫描仪的保质问题也很重要,保质期限、有无到府收送、维修费用等都是后续的附加成本。购买时一定要向经销商索要厂家的原装保修卡,如果没有,则及有可能是水货,厂家是不会为水货提供保修的。另外,如果您真想获得最好的售后服务,那么您可选择具有全国联保的品牌,并不是说您一定要享受这种全国联保的待遇,而是能提供全国联保的品牌相对具有实力,将来的售后服务也保险些,注意,所谓全国联保也只是在厂家或总代理有分支机构的城市,如果真的是全国联保,那应能提供联保的城市和联系电话。

1、手持式扫描仪

这种扫描仪诞生于1987年,是当年使用比较广泛的扫描仪品种,最大扫描宽度为105mm,用手推动,完成扫描工作,也有个别产品采用电动方式在纸面上移动,称为自走式扫描仪。

手持式扫描仪绝大多数采用CIS技术,光学分辨率为200dpi,有黑白、灰度、彩色多种类型,其中彩色类型一般为18位彩色。也有个别高档产品采用CCD作为感光器件,可实现24位真彩色,扫描效果较好。

这类扫描仪广泛使用的时候,平板式扫描仪价格还非常昂贵,而手持式扫描仪由于价格低廉,获得了广泛的应用,后来,随着扫描仪价格的整体下降,手持式扫描仪扫描幅面太窄,扫描效果差的缺点越来越暴露出来,1995-1996年,各扫描仪厂家相继停产了这一产品,从而使手持式扫描仪退出了历史的舞台。

2、馈纸式扫描仪

馈纸式扫描仪又称滚筒式扫描仪或者小滚筒式扫描仪,这与下面所提到的另外一种滚筒式扫描仪并非一回事,大家注意。

馈纸式扫描仪诞生于90年代初,由于平板式扫描仪价格昂贵,手持式扫描仪扫描宽度小,为满足A4幅面文件扫描的需要,推出了这种产品。这种产品绝大多数采用CIS技术,光学分辨率为300dpi,有彩色和灰度两种,彩色型号一般为24位彩色。也有及少数馈纸式扫描仪采用CCD技术,扫描效果明显优于CIS技术的产品,但由于结构限制,体积一般明显大于CIS技术的产品。

随着平板式扫描仪价格的下降,这类产品也于96-97年前后退出了历史舞台。不过近一两年中又出现了一些新型产品,这类产品与老产品的最大区别是体积很小,并采用内置电池供电,甚至有的不需要外接电源,直接依靠计算机内部电源供电,主要目的是与笔记本电脑配套,又称为笔记本式扫描仪。

3、平台式扫描仪

又称平板式扫描仪、台式扫描仪,这种扫描仪诞生于1984年,是目前办公用扫描仪的主流产品。

从指标上看,这类扫描仪光学分辨率在300dpi-8000dpi之间,色彩位数从24位到48位。部分产品可安装透明胶片扫描适配器用于扫描透明胶片,少数产品可安装自动进纸器实现连续高速扫描。扫描幅面一般为A4或者A3

从原理上看,这类扫描仪分为CCD技术和CIS技术两种,从性能上讲CCD技术是优于CIS技术的,但由于CIS技术具有价格低廉,体积小巧等优点,因此也在一定程度上获得了广泛的应用。

4、鼓式扫描仪

又称为滚筒式扫描仪,当然这种滚筒式扫描仪与上面所说的馈纸式扫描仪不是一回事。

鼓式扫描仪是专业印刷排版领域应用最广泛的产品,他使用的感光器件是光电倍增管,是一种电子管,性能远远高于CCD类扫描仪,这些扫描仪一般光学分辨率在1000--8000线,色彩位数24位-48位,尽管指标与平板扫描仪相近,但实际上效果不可同日而语,当然价格也高得惊人,低档的也在10万元以上,高档的可达数百万元。

由于该类扫描仪一次只能扫描一个点,所以扫描速度较慢,扫描一幅图花费几十分钟甚至几小时是很正常的事情。

5、底片扫描仪

又称胶片扫描仪。其扫描效果是平板扫描仪+透扫不能比拟的,主要任务就是扫描各种透明胶片,扫描幅面从135底片到4x6英寸甚至更大,光学分辨率最低也在1000dpi以上,一般可以达到2700dpi的水平,更高精度的产品则属于专业级产品。

6、大幅面扫描仪

一般指扫描幅面为A0幅面以上的扫描仪,又称工程图纸扫描仪。

从性能指标上来讲,光学分辨率一般为200dpi或400dpi,平时所讲的400线或800线的分辨率是指差值分辨率,光学分辨率达到600线以上的产品一般用于特种用途,市场上几乎见不到。绝大多数产品为灰度扫描仪,只有极少数产品实现了彩色扫描。

从结构来讲,绝大多数产品为馈纸式结构,少数高精度产品采用平板式结构,但体积巨大。

从原理上来讲,绝大多数产品采用CCD技术,少数产品采用CIS技术。

7、笔式扫描仪

又称为扫描笔,是近一年来刚刚出现的新产品,市场上很少见到。

该扫描仪外型与一支笔相似,扫描宽度大约只有四号汉字相同,使用时,贴在纸上一行一行的扫描,主要用于文字识别,具体将来能够获得如何的发展目前还不清楚。

8、条码扫描仪

又称为条码阅读器、笔式扫描仪。注意,与上面介绍的笔式扫描仪不是同一种产品。有很多类型,其中一种与笔式扫描仪外型相似,主要用于条码的扫描识别,不能用来扫描文字和图象。

9、实物扫描仪

真正的实物扫描仪并不是我们市场上见到的有实物扫描能力的平板扫描仪,其结构原理类似于数码相机,不过是固定式结构,拥有支架和扫描平台,分辨率远远高于市场上常见的数码相机,但一般只能拍摄静态物体,扫描一幅图象所花费的时间与扫描仪相当。

10、3D扫描仪

真正的3D扫描仪也不是我们市场上见到的有实物扫描能力的平板扫描仪,其结构原理也与传统的扫描仪完全不同,其生成的文件并不是我们常见的图象文件,而是能够精确描述物体三维结构的一系列坐标数据,输入3DMAX中即可完整的还原出物体的3D模型,由于只记录物体的外型,因此无彩色和黑白之分。

从结构来讲,这类扫描仪分为机械和激光两种,机械式是依靠一个机械臂触摸物体的表面,以获得物体的三维数据,而激光式代替机械臂完成这一工作。

三维数据比常见图象的二维数据庞大得多,因此扫描速度较慢,视物体大小和精度高低,扫描时间从几十分钟到几十小时不等。

扫描仪常用感光器件分析

目前市场上扫描仪所使用的感光器件有四种:光电倍增管,硅氧化物隔离CCD,半导体隔离CCD,接触式感光器件(CIS或LIDE)。

一、光电倍增管

这种扫描器件实际上是一种电子管,感光材料主要是金属铯的氧化物,并搀杂其他一些活性金属(主要是镧系金属)的氧化物进行改性,以提高其灵敏度和修正光谱曲线,用这种材料制成光电阴极,在光线的照射下,能够发射电子,称为光电子,经栅极加速放大后冲击阳极,形成电流。

在各种感光器件中,光电倍增管是性能最好的一种,无论在灵敏度,噪声系数还是动态范围上都遥遥领先于其他感光器件,更难能可贵的是它的输出信号在相当大范围上保持着高度的线性输出,使输出信号几乎不用做任何修正就可以获得准确的色彩还原。

同时,光电倍增管的温度系数极低,可以忽略不计,因此它几乎不受周围环境温度的影响。

光电倍增管在各种感光器件中是生产成本最高的,而且由于一次只能扫描一个像素,因此扫描速度很慢,扫描一张图需要几十分钟。因此,它现在只用在最专业的鼓式(大滚筒)扫描仪上,这种扫描仪的价格少则几十万元,多则几百万元,是一种人们可望而不可及的贵族产品。

二、硅氧化物隔离CCD和半导体隔离CCD

这两种感光器件与我们日常使用的半导体集成电路相似,在一片硅单晶上集成了几千到几万个光电三极管,这些光电三极管分为三列,分别用红绿蓝色的滤色镜罩住,从而实现彩色扫描。光电三极管在受到光线照射时可以产生电流,经放大后输出。

该类感光器件近年性能提高很大,其高端产品的性能已经接近抵挡的光电倍增管产品。但由于数千个光电三极管的距离很近(微米级),并且各三极管之间的绝缘是依靠半导体PN结来的绝缘,隔离电阻较小,因此,在各光电三极管之间存在着明显的漏电现象,使各感光单元的信号产生相互干扰,降低了扫描仪的实际清晰度。

为了改善这一情况,现在可以采用硅氧化物隔离技术,也就是说,在器件加工过程中,将各个光电三极管之间的半导体单晶硅用SiO2(二氧化硅)替代,由于SiO2是非常好的绝缘材料,几乎杜绝了各光电三极管之间的漏电现象,因而在两台扫描仪性能指标相同的情况下,使用硅氧化物隔离CCD的扫描仪的实际清晰度将有一个质的飞跃。

这类产品的温度系数比较低,对于一般的工作,周围环境温度的变化可以忽略不计,但对于顶尖级的专业应用,则必须采取措施保持感光器件的恒温,否则将会影响扫描效果的稳定性。因此在使用CCD的最高端扫描仪中,已经有些产品采用了低温冷却机构,以保持感光器件能在一个恒定的温度下工作。

不过这种技术的生产成本比半导体隔离技术高几倍,因此目前只能用在5000元以上专业级扫描仪中。而目前市场上的几乎所有家用和办公用扫描仪,都是采用半导体隔离CCD。性能不可能不受影响。

但最近听说有一个扫描仪厂家已经推出了使用硅氧化物隔离CCD的家用、办公用扫描仪,价格仅2000多元,这回可以花很少的钱,领略一下专业级扫描仪的风采了。

三、接触式感光器件(CIS或LIDE)

接触式感光器件,又称CIS技术或LIDE技术,这是最近一年来刚出现的新名词,最近在市场上被抄的火热。

其实,这种技术与CCD技术几乎是同时出现的,它使用的感光材料一般是我们用来制造光敏电阻的硫化镉,它很容易制成一条长的阵列,而且生产成本只有半导体隔离CCD的1/3,当时主要是用在低档黑白手持式扫描仪和传真机上,由于尺寸太大,无法使用镜头成像,只能依靠贴近目标来识别目标,因此光学分辨率最高只能达到200dpi,到1994年前后,随着扫描仪彩色化,高精度化,接触式感光器件本身噪声大,动态范围小,精度低的缺陷暴露无疑,迅速从扫描仪市场上销声匿迹了。在其后的四年中,我们只能在传真机上看到它的身影。

出现转机是在1998年,当时国际扫描仪市场的竞争非常激烈,各大厂家都使出了降价的法宝,造成了扫描仪生产厂商的行业性亏损。一些厂家开始另辟溪径,重新搬出了接触式感光器件,经过改进,使其分辨率达到了600dpi,然后冠以CIS技术或LIDE技术的商业名称,以新技术的面目推向市场,居然取得了相当的成功。不过就性能而言,接触式感光器件存在着严重的先天不足,首先由于不能使用镜头,只能贴近稿件扫描,其实际清晰度远远达不到标称指标,同时,硫化镉光敏电阻本身漏电很大,各感光单元之间干扰严重,进一步降低了清晰度。而且由于无法实现同时制造三条平行的感光单元同时实现三色扫描,接触式感光器件不能使用常用的冷阴极灯管,而不得不使用LED发光二极管阵列作为光源,这种光源无论在光色还是在光线的均匀度上都是比较差的。而且由于LED阵列是由数百个发光二极管组成,一旦有一个损坏就意味着整个阵列的报废,因此这种产品的寿命比较短。

该类感光器件的温度系数很大,比上述两类产品大几个数量级,因此,周围环境温度的变化将对扫描的结果产生很大影响,因此,您要想获得一个稳定的扫描结果,最好在一个温度恒定的房间内工作。

实际比较,600dpi的CIS技术扫描仪的清晰度略好于300dpi的CCD扫描仪,色彩还原可差远了,不过它的价格低廉,600dpi的产品与300dpi的CCD扫描仪价格相当,况且300dpi的CCD扫描仪马上就要退出市场了,买一台600dpi的CIS技术扫描仪回家当300dpi的扫描仪用还是一个不错的选择。

而且,它还有一个优点,那就是重量很轻,体积特别小,对于需要整天带在身边做移动办公还是一个很不错的选择。

附:常用扫描仪感光器件性能一览表 灵敏度 噪声系数 动态范围 隔离电阻 温度系数 生产成本 适用产品
光电倍增管 10-12 10-12 90~100db ∝ 10-12/℃ 极高 专业滚筒扫描仪
硅氧化物隔离CCD 10-8~-9 10-9~-11 80~95db ≥100MΩ 10-6~7/℃ 高 专业平台扫描仪
半导体隔离CCD 10-8~-9 10-8~-9 70~80db ≥1MΩ 10-6~7/℃ 低 办公、家用平台扫描仪
接触式感光器件 10-6~-7 10-5~-6 50~60db 1~100KΩ 10-2~3/℃ 很低 CIS或LIDE技术平台扫描仪


名词解释:

灵敏度:代表了感光器件对最暗光线的感受能力,单位为勒克司,数值越小,灵敏度越高,它决定了扫描仪对图象暗部细节的表现能力。

噪声系数:是感光器件本底噪声的大小,它决定了扫描仪的色彩位数,噪声系数越小,则扫描仪的色彩位数越高,一般将噪声系数上面的次方数乘4就是该类扫描仪所能达到的最大色彩位数,如噪声系数是10~-9,则这台扫描仪的最大色彩位数是36bit。

动态范围:它代表了扫描仪所能正确反映的最亮光线与最暗光线之比,越大越好

隔离电阻:决定了感光器件各感光单元之间相互干扰的程度,越大越好

温度系数:在光线强度不变的情况下,环境温度每变化一摄氏度,扫描器件输出信号变化的幅度,此值越小越好。

CCD与CIS,孰执牛耳?

与CCD(ChargeCoupledDevice,电荷耦合器件)一样,CIS(ContactImageSensor,接触式传感器件)是另一类新型扫描仪中的最核心部件,通过它们将扫描仪采集到的光信号转换为电信号,其功能类似于传统照相机所用的胶卷。传统的扫描仪采用CCD技术,它的基本工作原理是:采用阴极管发光,图像信号经过2~3个反射镜反射后用CCD接收后转变为电信号。CIS是一种新的扫描技术,发光体是用LED排列的,并且不经过反射镜的反射作用,而是直接被光电耦合器接收。

由于二者感光原理的不同,致使它们的成像特点、制作成本、体积和重量等也不同。概括说来,CCD的优点是扫描实物时的景深好、密度范围大和扫描光谱范围大等,CIS的优点是光源亮度好、失真度小、生产成本低、功耗小、体积和重量小,其中体积和重量方面的优势使CIS更容易被应用在便携式的扫描仪中。另外,在《微电脑世界》的此次横向评测当中,我们将CCD扫描仪和CIS扫描仪在相同条件下扫描相同的样张所得的图像进行对比,发现CIS扫描仪对原样张上的色块、人物肖像和各色水果的色彩原状反映得更为接近,说明CIS扫描仪已经在这方面具有与CCD相抗衡的实力。尽管如此,CIS扫描仪尚有很大技术发展空间。况且,采用超薄CCD的扫描仪最近也在Acer明基电脑公司和Umax公司等厂商的推动下问世,正虎视眈眈地对CIS扫描仪的超轻薄优势发问。

对于扫描图像密度要求(专业要求)不是很高的用户,或者不常扫描实物(对景深要求较高)的用户,尤其是将扫描仪在多数情况下用于扫描黑白文本的用户或很注重扫描仪之便携性的用户,不妨可以考虑选择CIS类型的扫描仪。
 

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