| 出版日期：2001-05-14 总期号：1019 本年期号：34 |
|
 |
追寻扫描旋风
扫描仪的快速扫描技术 黄申、刘晖 说起扫描仪产品近些年来的技术发展，人们难免会提到光学分辨率的迅猛提高，从300dpi、600dpi，到目前流行的1200dpi，也不过用了短短的3年时间。但是，对于经常需要进行图像、文档输入的用户来说，如果每张图片的精彩还原却意味着较长时间的耗费，这样低速的扫描仪往往也无法获得用户的青睐。实际上，就在我们不经意间，扫描仪的速度也得到了十足的提高。 您是否还记得上个世纪90年代初，出现在市场上的平台式扫描仪？那时，除了单纯的灰度扫描仪外，彩色扫描仪需要进行三次单色调扫描，来完成一幅彩色图像。以300dpi的分辨率扫描一幅彩色A4文档，大约需要消耗十几分钟。而在目前主流的商用扫描仪上，同样的工作只需要8秒，甚至更短的时间，工作效率提升速度之快令人咋舌。 扫描仪是一个进行光/电和模拟/数字转换的设备，表面看上去虽只有几个简单的模块，但实际结构比较复杂，每个环节中都存在影响速度的因素。为了使分析更加清晰明了，我们就按照扫描仪的处理流程，从光电部分、模拟/数字转换部分、和软件部分来讨论扫描仪的快速扫描技术。 速度核心——光电转换部分 扫描仪光电转换单元的任务，是把原稿的光学信息转换成为模拟电信号。这其中的核心器件就是CCD或CIS图像传感器，它们对扫描速度的影响相当关键。同时，改进扫描仪的光源、步进电机也是重要的提速手段。 图像传感器的转换速率 无论是CCD（光电耦合器件）和CIS（接触图像传感器），其工作原理都是器件在特定波长的光照射下，产生电荷数量的变化。影响传感器速度的主要原因，是光电器件在光照后的恢复能力（转换速率），即传感器在读入一次光信号后，需要多长时间才能进行第二次读入，其中涉及到电荷读取、电荷清除等工作。一般来说，灵敏度（灵敏和转换速率是两个概念）越高的传感器，越难以进行充分恢复。由于平台式扫描仪是在原稿的垂直方向一线一线读取信号的，“线速度”在一定程度上代表着传感器的转换速率。 
Mustek高速扫描仪 目前CCD的极限转换速率为100MHz，CIS为300MHz，相当于以300dpi扫描彩色A4幅面，只需0.2-0.6秒（用于高速文档扫描仪）。通常用于桌面平台式扫描仪的CCD和CIS速度要慢一些，以Mustek高速扫描仪1200SF为例，它的CCD转换速率为4MHz,像素处理速率达12MHz，扫描线速度为1.5ms/线，以300dpi扫描彩色A4幅面只要8秒。 在实际应用中，影响速度的主要因素还有噪声。信噪比较低的传感器，就需要用较长的曝光时间来降低噪声，这样会导致扫描速度的降低。目前，降低噪声影响的主要手段是主动增加信号的强度，和加强感光器件的灵敏度。 电机的无抖动工作速度 在扫描仪中，光电传感器及其镜头组件，是靠步进电机带动在导轨上实现平移的。成熟的技术不仅提高了步进电机的工作精度和稳定度，并且也保证了它的量产稳定性。但是，生产成本影响着导轨的传动结构、导轨本身的精度和电机的精度，因此，不同档次的扫描仪所采用的步进电机和驱动机构也有所不同，它们的运转精度和稳定性同样影响着扫描速度。 例如爱普生的“微步驱动”马达，能控制扫描头以电机基本步长的1/4为步长移动，使扫描头的移动更精确、更平稳，保证获得连贯一致的垂直分辨率，显著减少了不稳定移动带来的锯齿波纹和色彩失真，令输出更加准确清晰。同时，以非常精细的步长移动，有助于获取更高的垂直分辨率，一般是主扫描分辨率的二到四倍。 光源的稳定时间与亮度 目前的CCD扫描仪通常采用冷阴极灯管作为光源，在启动时需要一定的稳定时间，同时，在工作时也可能受到电源输入电压波动的影响，导致光源的波动。由于电源与光源的稳定影响着扫描仪的实际工作速度，通常设计要求是光源波动的指标比读入的图像信号周期小一个数量级。 同时随着扫描仪速度的提高，光源对原稿的照射时间（同时也是曝光时间）也大大缩短了。在此前提下，提高信噪比，就不仅要求提高光源稳定度，还必须增加光源的强度，因此，在很多扫描仪上常见的双灯管设计，就是为了有效增加光照强度，提高扫描速度。 与CCD扫描仪不同，CIS扫描仪采用发光二极管进行照明，因此不存在启动周期，开机后即可进行扫描。但不可忽略的是，发光二极管的光照强度较弱，这个因素会影响扫描的整体速度和质量。 再次加速——模拟/数字转换部分 原稿的光学信息在转换成电信号后，通过模拟/数字转换器、数字图像处理器、通讯接口传送到计算机中。在以高分辨率扫描较大幅面的原稿时，光学扫描头经常出现“走走停停”的情况，就是后续的数据处理和传输步骤影响了整体的扫描速度。 缓存的影响 扫描仪用于计算机通讯时，存在很多不确定因素，很难保持扫描的稳定高速。为了最大程度地保持扫描头的稳定匀速运动，扫描仪中采用缓存设置来暂存图像数据，作为通讯接口的缓冲。一般而言，数据获取的速度大于扫描仪与计算机的数据传输速度。因此，缓存容量越大，接口通讯速度对扫描速度的影响就越小，这个道理与计算机内的缓存原理完全一致。同样，要扫描不同尺寸的图像，缓存带来的影响也不同，分辨率越高，图像幅面越大，缓存的影响就越明显。以300dpi的A4幅面彩色扫描为例，256KB缓存的扫描仪就明显比2MB的产品慢。因此，虽然缓存的成本较高，但许多面向商用办公领域的中档扫描仪还是纷纷装备了2MB的缓存。 通讯接口技术 扫描仪与计算机的通讯接口主要有SCSI、EPP、USB、IEEE1394四种，它们的传输速度存在明显差距（见附表）。实际有效传输速度与接口的设计最大传输速率也有很大区别，例如，由于传送协议和硬件设计等原因带来的误码率，会显著影响传输速度。像SCSI接口这样的设计，就可以保证较低的误码率和CPU占用率，实现稳定、高速的数据传输。 从实际应用来说，USB接口可以满足普通家庭和SOHO用户的需求；SCSI接口是传统的中高档扫描仪的选择，虽然会带来成本的提升，但稳定的性能颇受专业用户的青睐；IEEE1394已经开始在专业扫描仪中崭露头角，高速传输、热插拔、同时支持63个设备等特性，让它的未来颇为光明；而EPP接口基本上已日渐淡出扫描仪市场，会被USB接口取代。此外，USB 2.0接口正如一颗新星般冉冉升起，出色的传输速度、易用性，加上Intel等主流厂商的大力支持，它有望在今年出现在扫描仪市场上。 内置图像处理器 如果把图像的调整工作完全交给计算机，不仅会增加数据传输量，而且会加大计算机性能对扫描速度的影响。因此，最新的扫描仪都装备了一颗强劲的“芯”——ASIC高速图像处理器。除了CCD数据处理、步进电机控制、通讯接口控制等“日常工作”外，它可以完成影调调整、Gamma校正、图像尺寸变换甚至JPEG压缩等工作，大大减轻计算机的工作压力。 
Mustek“酷熊”的快捷按键 其中，JPEG压缩技术可以有效地提高扫描速度，它将原稿的图像数据在扫描仪中进行硬件压缩，显著减少传送到计算机的数据量，让通讯接口这个扫描速度的瓶颈得以突破。在Mustek 1200FS中，以600dpi扫描一幅A4彩色文档需要119秒，而在JPEG压缩直接存储到文件的模式下，同样的工作只需要14秒，这种功能对于大量的文档录入相当有效。 顺水推舟——软件部分 通过软件手段提高扫描效率、缩短工作流程，也成为提高扫描速度的重要手段。 惠普早在推广ScanJet 4200C的智能扫描技术时，便开展了“扫描擂台赛”。一幅包含文本、图形和图像的典型原稿，在普通扫描仪上需要十几个步骤，耗时十几分钟才能完成输入，而采用了智能扫描技术的ScanJet 4200C只需几分钟、三四个步骤就可以完成。
目前，扫描仪上广泛采用的快捷按键、开盖即扫、自动版面识别、分辨率变换等技术，都在提高产品易用性的同时，显著提高了扫描效率，其实际效果不在硬件措施之下。 随着扫描仪的应用从简单的图片输入发展到大量的模拟信息数字化，用户在实实在在的方案背后对扫描速度的要求也会越来越高。虽然专业的高速扫描仪保持了高速的增长，但出于成本等考虑，广大办公用户还是会选择高性能的平台式扫描仪。目前看来，扫描分辨率的竞争已经渐渐趋于缓和，扫描速度的提高很可能成为下一个竞争热点，让我们一同去追求更高速的未来。 典型产品与独有技术 惠普ScanJet 7400C——CCD扫描技术 作为首家在扫描仪中提供第二个高速高容量 600 dpiCCD传感器的供应商，惠普采用的最新CCD扫描技术，提供低噪声2400 dpi的高分辨率像素交错CCD，配以高分辨率的高质量光学镜头,用户可获得出色的扫描效果。这项独家应用技术，通过光源和镜头获取扫描物体的信息，并将信息转换为图像，如同汽车的发动机一样，成为扫描仪的高性能引擎。它提供的分辨率高达2400 dpi；预览扫描仅用4秒，使扫描过程变得轻松快捷；扫描系统智能化技术的采用，会根据感应到的扫描对象自动选择扫描分辨率；并且会根据不同情况，选择最适合的分辨率而覆盖惠普自动分辨率设置。 惠普独家扫描技术是一个二合一感应器的组合。第一个感应器是一个大像素、高容量、低噪声的600 dpi三线性电荷耦合器件。此感应器将在扫描照片、图文时自动被采用。因为大像素传输图像信息速度快，低噪声可将图像信息转换为清晰的电子图像。日常扫描工作速度快，这类图像本身分辨率不会超过600 dpi，若采用高分辨率扫描会使文件容量太大而不利于存储、传送和与他人分享。而惠普扫描仪可自动安排程序，且达到最好效果。第二个感应器是一个2400 dpi三线性电荷耦合器件，像素交错、分辨率高、噪声低。像幻灯片、负片等这些小尺寸扫描源的像素非常小，扫描速度慢，若配合惠普交错像素的扫描方式和高质量光学镜头就可以得到最高分辨率，从而获得清晰和没有噪声的高质量图像。 
惠普ScanJet 7400C扫描仪 惠普ScanJet 7400C系列扫描仪分辨率高达 2400 dpi，预览扫描仅用4秒。惠普ScanJet 7450C扫描仪的单键操作按钮和用于扫描文字的光学字符识别软件使一切工作变得轻松简便。同时它还具有其他便捷功能，50页送稿器、一个内置SCSI连接配件、功能强大的图像处理软件以及增强型客户服务。 EPSON 1640SU ——高速图像处理器、像素优化技术 EPSON Perfection 1640SU系列扫描仪带有一个先进的高速图像处理器，专为快速、高效处理图像数据而开发。这一专用图像处理器不仅加快了扫描速度，也释放了用户的系统资源，使计算机有更多的空间用于运行其他应用程序。 EPSON扫描仪还采用了独具匠心的智能像素优化技术。它可以根据设置的分辨率水平，自动优化扫描头移动时，读入颜色信息所需要的时间。由于高分辨率扫描仪在进行低分辨率扫描时，所有CCD像素单元也要读入图像数据，再通过特定的算法计算出低分辨率的图像。因此，高分辨率扫描仪，通常存在以低分辨率扫描时，会产生速度较慢的问题。而EPSON系列扫描仪采用独特的智能控制，根据用户设置的分辨率水平，把图像传感器中的像素进行合并。这样，不仅减少了扫描仪的数据处理量，而且等于增加了单个像素的面积，在保证输出质量的同时，获得更高扫描速度。 
EPSON Perfection 1640SU Office扫描仪 另外，EPSON扫描仪还采用了电机快速加速和减速技术，在开始扫描和结束扫描时，传感器都可以迅速到达相应位置，不会浪费用户时间，缩短整个扫描所用时间，无论预览还是真正扫描，扫描速度均快人一筹。 爱普生扫描仪的一个非常有用的特长，就是采用文本增强技术，从文本文件中移去不需要的背景。这项技术不仅可以帮助用户更精确恢复文本，还能减少扫描该页面所花费的时间。 MICROTEK ScanMaker 8700——IEEE1394接口 MICROTEK在面向准专业用户推出的ScanMaker 8700扫描仪中，进行了专门的电气设计，使用户同时拥有USB和IEEE 1394（火线FIREWIRE）两种接口。作为数据传输的开放式技术标准，IEEE 1394被广泛地应用在各个领域。当然，目前来说，应用IEEE 1394技术最广泛的领域还是数字成像领域。然而，IEEE 1394的潜在市场远非这些，无论是在计算机硬盘，还是网络互连等方面，都有其用武之地。IEEE 1394允许每台设备的最大传输速度达400Mbps（今后有望提升到 800Mbps、1.6Gbps，甚至3.2Gbps），同时支持同步和异步传输模式。此外，支持63个设备的能力，使得IEEE1394接口适合所有多媒体设备。根据内置的实时数据传输协议，IEEE1394接口能适配许多视频、音频设备。 
MICROTEK ScanMaker 8700扫描仪 Acer“超薄e指通”——面板快捷按键 Acer的“超薄e指通”采用全新超薄CCD技术，以7厘米的厚度、2.1公斤的重量和出色的扫描素质为用户带来了全新的选择。600×1200dpi光学分辨率、A.C.E.分色技术带来的48位彩色，可以忠实实现色彩还原。“超薄e指通”面板上三个雾银色按键集合了上网、PDA、e-mail及扫描四大绝招。直接将照片扫描并自动上载以建立个人相册、扫描图片并传送到PDA中、把图片按照e-mail发送或是直接扫描到文件，这些应用都可轻松实现。除了这三大快捷键之外，附赠软件中扫描快捷工具栏（Scan Button）可称之为“虚拟的按键集”，扫描上网、PDA、e-mail，再加传真、复印、文字识别、扫描到各种应用软件等工作，都可通过点选工具栏中快捷按键完成，简化了扫描操作流程。 
Acer“超薄e指通” Umax 2400S——微步进电机、双灯管设计 Umax Astra 2400S采用了大量技术来保证扫描品质与速度的均衡。这其中包括独特的微步进电机，来实现平滑稳定的扫描头移动；双灯管的设计，让曝光时间更短、扫描速度更快；同时，SCSI Ⅱ接口、可选购的自动送纸装置(ADF)等，更进一步提升了用户的工作效率。它的黑白扫描速度为2.3ms/线，具有3.5秒预扫描及每分钟6页的高速扫描能力。 
Umax Astra 2400S扫描仪 除了高速之外，Umax Astra 2400S的扫描质量同样可以满足办公用户的需求：硬件分辨率2400dpi、光学分辨率600dpi，加上36位具有Umax BET(Bit Enhancement Technology，位增强技术)的色彩辨识能力，和便于理解、易于操作的捆绑软件，它成为商务办公的有力武器。 方正F5180/8180——即时影像压缩技术 由于采用了先进的即时影像压缩技术，北大方正的600dpi超薄扫描仪F5180比传统产品的扫描速度几乎快了2倍。另外，方正F5180还可以实现扫描自动去边和多任务批量扫描功能，用户可轻松同时扫描多张图片，而且不必对扫描图像进行任何分割裁剪，提高了扫描效率。 
方正F8180 Plus扫描仪 北大方正5月份马上与用户见面的的另一款1200dpi超薄新品F8180plus，将进一步刷新速度和厚度的纪录。它是世界上最薄的1200dpi扫描仪之一，厚度仅为62mm,重为3.5公斤。尖端的即时影像压缩（RIC）技术让F8180plus的扫描速度相当快捷，预扫速度达到了3秒，几乎是在瞬间完成，适合追求高效率的信息时代。F8180plus还具有高品质的CCD感光元件和全图形界面设计。同时，面板上的4个智能按键，可以方便用户快速进行扫描、复制、传真、电子邮件等工作。 |
||||||||||||||||||||||||||
