平板式扫描仪

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1、硬件设计一、基本原理1、扫描仪工作原理平板式扫描仪的基本原理是利用光电元件将检测到的光信号转换成电信号，然后将电信号通过A/D转换器转换成数字信号，再传输给计算机，经软件处理后生成扫描文件并再现到计算机屏幕上。光学成像部分俗称扫描头（含灯管、反光镜、透镜及CCD），它是扫描仪的核心部件，其精度直接影响扫描图像的逼真程度。平板式扫描仪的工作原理如图1.1所示。扫描头在步进电动机驱动下从原稿的下面移动，不断读取原稿的信息。扫描仪光源照射到原稿上的光线经反射后形成沿X轴方向的光带，依次经过反射镜、棱镜、滤色镜和聚焦透镜，将红（R）、绿（G）、蓝（

2、B）三条彩色光带分别照到各自的CCD上，由CCD转换为模拟信号，再经过A/D转换器转换成数字信号。扫描仪每扫描一行，就得到原稿该行的图像信息。扫描头不断地沿Y轴方向移动，直到将原稿全部扫描完,所得到的图像数据首先暂存在缓冲器中，然后通过USB等接口按一定顺序把图像数据传输到计算机中并存储下来，最终获得一幅完整的图像。扫描流程如图1.2所示。图1.1扫描仪的扫描流程如图1.2所示图1.2扫描仪的机械传动部分主要包括步进电动机、驱动皮带、滑动导轨和齿轮组。步进电动机是用脉冲信号来精确控制扫描头移动的，传统的步进电机依靠齿轮传动来运动，但齿轮之间

3、的间隙会使扫描精度降低。目前普遍采用微步进电机技术来减小电机拖动的运动步幅，使之达到传统步进电动机步幅的1/3～1/4，，甚至更低，从而大大减小了由齿轮间隙所带来的噪声干扰及色彩失真，使扫描速度加快，图像质量也得到进一步提高。扫描装置在驱动皮带的驱动下沿滑动导轨滑动，即可实现线性扫描。2、步进电机细分控制原理图1.3步进电机细分原理图为了提高步进电机的性能，细分驱动器已经广泛应用。细分驱动器的原理是通过改变A、B相电流的大小，以改变合成磁场的夹角，从而可将一个步距角细分为多步。细分数越高，电流越平滑，电机转动就越平稳。驱动器一般都具有细分功

4、能，常见的细分倍数有：1/2，1/4，1/8，1/16，1/32，1/64，1/256；或：1/5，1/10，1/20。细分后步进电机的步距角=电机固有步距角/细分数例如：一台1.8°电机设定为4细分，其步距角为1.8°/4=0.4°。当细分等级大于1/4后，电机的定位精度并不能提高，只是电机转动更平稳。一、方案比较扫描仪所用的传感器大致分为以下三种（1）光电耦合器(CCD)电荷耦合器件(CCD)在单硅片上集成了几千到几万只光敏三极管，这些光敏三极管分成三列，分别用红、绿、蓝色的滤色镜罩住，从而实现了彩色扫描。光敏三极管受到光线照射时可产生

5、电流．再经放大后输出。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。CCD的优势在于，经它扫描的图像质量较高，具有一定的景深，能扫描凹凸不平的物体，对隆起的书脊甚至实物都可得到清晰的扫描效果，CCD的温度系数较低，对于一般的工作，周围环境温度的变化可以忽略不计。CCD型传感器的缺点：由于组成CCD的数千个光电三极管的距离很近（微米级），在各光电三极管之间存在着明显的漏电现象，各感光单元的信号产生的干扰降低了扫描仪的实际清晰度；需要一整套光学系统，包括照明冷光源和多个反

6、光镜和光学镜头，通过复杂的光路在CCD传感器件表面成像,故扫描仪体积难以做得很小；它的组成部件较为复杂，成本相对较高，扫描后对图像数据的处理也相对复杂。一般使用冷阴极管做光源，需要预热1分钟左右才能稳定发光。除此之外，由于CCD需要通过一系列透镜、反射镜成像，因此，会产生色彩偏差和光学像差，一般需要通过扫描软件进行色彩校正。（2）接触式图像传感器（CIS）CIS(ContactImageSensor)是接触式图像传感器的英文缩写。CIS以发光二极管(LED)阵列作为光源，扫描光线不经过反射镜，而是直接被光耦合器接收。CIS器件一般采用制造光

7、敏电阻的硫化镉做感光材料。CIS型传感器的优点：采用模块化结构，集扫描光源、传感器和放大器为一体，结构、原理和光路都极为简单，没有附加的光学部件、不需要预热、功耗低、价格便宜、便于更换；由于传感器直接从稿件表面获取图像，理论上不会产生像差和色偏，因此能获得最接近原稿的图像效果；能够降低设计制造成本，而且产品的体积可以设计得更薄、更小；没有明显的等待时间。CIS型传感器的缺点：不能做成高分辨率的扫描仪，扫描速度也比较慢。扫描精度较低、景深小(约为0．3mm，只有CCD景深的1／10)、不能扫描实物、只适合扫描文稿；它的光源只能用LED发光二极

8、管，这种光源无论在光色以及均匀度上都比较差，色域较CCD窄，获得的色彩不如CCD的丰富，色彩还原能力远不如CCD，而且光源的寿命比较短。此外，它不能使用镜头，只能压近原稿扫描。（