¿Cómo funciona el escáner del supermercado?
Un escáner es un dispositivo de entrada de señal de imagen. Escanea ópticamente el documento original, luego transmite la imagen óptica a un convertidor fotoeléctrico en una señal eléctrica analógica, luego convierte la señal eléctrica analógica en una señal eléctrica digital y finalmente la envía a la computadora a través de la interfaz de la computadora. Los pasos para escanear imágenes con un escáner son los siguientes: Primero, coloque el original a escanear boca abajo sobre la placa de vidrio del escáner. El original puede ser un original de texto o una imagen o fotografía; luego, después de instalar el controlador del escáner. iniciado, instale Una fuente de luz móvil en el escáner comienza a escanear el original. Para iluminar el original de manera uniforme, la fuente de luz del escáner es más larga y escanea todo el original en la dirección Y. Después de la reflexión, la luz que brilla sobre el original pasa a través de un espacio estrecho para formar una banda de luz a lo largo del. Las tres bandas de luz de color RGB obtenidas por el filtro se iluminan en los respectivos CCD. El CCD convierte las bandas de luz RGB en señales eléctricas analógicas, que Luego se convierten en señales eléctricas digitales mediante el convertidor A/D. En este momento, la señal luminosa que refleja la imagen original se convierte en una señal electrónica digital binaria aceptable para la computadora y finalmente se envía a la computadora a través de una interfaz en serie o paralela. Cada vez que el escáner escanea una línea, obtiene información de la imagen de una línea en la dirección X. A medida que se mueve en la dirección Y, el manuscrito completo se forma gradualmente en la computadora. Hay dos componentes que desempeñan un papel clave en el proceso de adquisición de una imagen por parte del escáner. Uno es un CCD, que convierte señales ópticas en señales eléctricas; el otro es un convertidor A/D, que convierte señales eléctricas analógicas en señales eléctricas digitales. El rendimiento de estos dos componentes afecta directamente los indicadores de rendimiento general del escáner y también está relacionado con cómo comprender y manejar correctamente algunos parámetros y configuraciones al comprar y utilizar el escáner.
Análisis completo de los principios del escáner
Los escáneres son dispositivos de entrada ampliamente utilizados en las computadoras. Como producto de alta tecnología que integra optoelectrónica y maquinaria, se ha desarrollado rápidamente y se ha popularizado ampliamente debido a sus capacidades únicas de recopilación de "imágenes" digitales, su bajo precio y su excelente rendimiento. A continuación se muestra una breve introducción al principio de funcionamiento del escáner. Creo que nos ayudará a utilizarlo mejor.
1. La composición del escáner
Aunque el aspecto general del escáner da la impresión de ser muy simple y compacto, su estructura interna es bastante compleja: no sólo tiene controles de circuitos electrónicos complejos. También contiene sofisticados dispositivos de imágenes ópticas y dispositivos de transmisión mecánica cuidadosamente diseñados. Su ingeniosa combinación constituye el modo de trabajo único del escáner. La Figura 1 muestra la estructura interna y externa de un escáner de superficie plana típico.
Como se puede ver en la imagen, el escáner consta principalmente de una cubierta superior, una mesa de originales, una parte de imagen óptica, una parte de conversión fotoeléctrica y una parte de transmisión mecánica.
1. Cubierta superior
La cubierta superior se utiliza principalmente para sujetar el original a escanear y evitar fugas de luz de escaneo. En la actualidad, con la popularización gradual de las funciones de escaneo de objetos 3D, para escanear objetos 3D de manera más conveniente y con mayor calidad, muchos escáneres se están "devanando los sesos" en el diseño de la cubierta superior. Por ejemplo, la cubierta "Z" de Canon. El diseño es bastante único.
2. Mesa para originales
La mesa para documentos se utiliza principalmente para colocar documentos escaneados. Hay líneas de regla a su alrededor para facilitar la colocación de los documentos y determinar el tamaño de escaneo del documento a tiempo. En el centro hay un cristal transparente, llamado cristal de exposición. Al escanear, asegúrese de mantener limpio el cristal de copia; de lo contrario, afectará directamente la calidad de la imagen escaneada. Además, al colocar los documentos escaneados se debe prestar especial atención a no dañar el cristal de copia y “manipular con cuidado”. El daño al cristal afectará a otros equipos dentro del escáner (como los componentes de imágenes, en particular, el daño al cristal hará que el polvo y las impurezas invadan directamente el escáner, reduzcan la calidad del escaneo e incluso causen daños al escáner). . Entonces, si esto sucede, comuníquese con el centro de servicio de mantenimiento a tiempo y nunca lo maneje usted mismo.
3. Parte de imagen óptica
La parte de imagen óptica se conoce comúnmente como cabezal de escaneo (Figura 2), que es la parte de lectura de información de la imagen. Es el componente central del escáner y su precisión afecta directamente la fidelidad de la imagen escaneada. Incluye los siguientes componentes principales: tubo de lámpara, reflector, lente y dispositivo de carga acoplada (CCD).
La fuente de luz del cabezal de escaneo generalmente utiliza un tubo de descarga incandescente de cátodo frío, sin filamento en ambos extremos y con un solo electrodo. Tiene las ventajas de una emisión de luz uniforme y estable, alta resistencia estructural y larga duración. Vida útil, bajo consumo de energía y tamaño pequeño.
El cabezal de escaneo también incluye varios espejos, cuya función es reflejar la información original en la lente. La lente transmite la información escaneada al dispositivo fotosensible CCD. Finalmente, el CCD convierte la señal óptica iluminada en una. señal eléctrica.
La lente es el último paso para transmitir la información de escaneo al CCD, y su calidad determina la precisión del escáner. La precisión del escaneo se refiere a la resolución óptica del escáner, que está determinada principalmente por la calidad de la lente y la cantidad de CCD. Debido a las limitaciones del proceso de fabricación, la resolución máxima actual de los cabezales de escaneo comunes es de 20.000 píxeles. Cuando se aplica a escáneres de formato A4, puede alcanzar una precisión de escaneo de 2400 ppp, lo que puede satisfacer las necesidades de la mayoría de los campos.
La parte óptica son los "ojos" del escáner, que se utilizan para obtener la información de la luz reflejada por el original. Para garantizar que la luz reflejada por la imagen sea lo suficientemente intensa, las lámparas de cátodo frío proporcionan la fuente de luz necesaria. Los escáneres también tienen requisitos estrictos para las luces. En primer lugar, la pureza del color es mejor. Si la pureza del color no es suficiente, no es completamente blanco y el sistema de ajuste de color no desempeña la función que le corresponde, entonces el original escaneado puede estar sesgado hacia un color determinado. Por el contrario, todos los resultados del escaneo de un escáner tienen una tonalidad de color relativamente consistente.
Puede estar relacionado con la pureza de la lámpara. Por supuesto, hay muchos factores que causan la variación del color, y el hardware es sólo una de las razones. Además de tener un color puro, también debe tener una intensidad uniforme. Si la intensidad es desigual, afectará en gran medida la precisión del escaneo. La tercera cuestión es el consumo de energía y la temperatura de color. Independientemente del principio que se utilice, la lámpara es sin duda uno de los principales consumidores de energía del escáner. Si queremos trabajar duro en el ahorro energético, pasará por el ahorro energético de las lámparas. Por supuesto, una de las formas más efectivas de ahorrar energía es dejar las luces apagadas cuando el escáner no esté en uso.
La temperatura de la lámpara es relativamente baja al principio y comenzará a aumentar después de funcionar durante un período de tiempo, por lo que hay una diferencia en el efecto de escaneo antes y después. Muchas especificaciones de escáneres dicen que el escáner necesita funcionar de 10 a 30 minutos para lograr el efecto ideal. Esto se refiere principalmente al efecto del CCD. Por supuesto, la lámpara también tendrá cierto impacto. Entonces surge aquí la contradicción. Si desea ahorrar energía, debe apagar la luz cuando el escáner no esté en uso. Sin embargo, cuando se reinicia el escáner, la luz no puede entrar inmediatamente en el estado óptimo. Para mantener la lámpara en buenas condiciones, es necesario que funcione continuamente, pero esto no es bueno para el ahorro de energía ni para la vida útil de la lámpara. Por tanto, desde un punto de vista práctico, la vida útil y el consumo energético de las lámparas siempre han sido preocupaciones de los usuarios. La necesidad de calentar el escáner antes de ejecutarlo es una forma de solucionar este problema.
4. Parte de conversión fotoeléctrica
La parte de conversión fotoeléctrica se refiere a la placa principal dentro del escáner, como se muestra en la Figura 3. Aunque la placa principal de la parte de conversión fotoeléctrica del escáner es muy pequeña, es el corazón del escáner. Es una placa de circuito impreso con varios componentes electrónicos. Es el sistema de control del escáner. Durante el proceso de escaneo del escáner, se completa principalmente el procesamiento de entrada de la señal CCD y el control del motor paso a paso, y la imagen leída se procesa en cualquier resolución o se convierte a la resolución requerida.
La placa principal de la parte de conversión fotoeléctrica es principalmente un chip integrado. Su función es controlar las acciones coordinadas de varios componentes, como el movimiento de los motores paso a paso. Hay convertidores A/D, chips BIOS, chips de control de E/S y caché. La función principal del chip BIOS es realizar autopruebas cuando se inicia el escáner. El chip de control de E/S proporciona interfaces de conexión y canales de conexión, y el caché se utiliza para almacenar temporalmente datos de imágenes. Si los datos de la imagen se transfieren directamente a una computadora, es posible que se pierdan datos y se distorsione la imagen. Si los datos de la imagen se almacenan temporalmente en la memoria caché y luego se transfieren a la computadora, la posibilidad de que se produzca esta situación se reduce. En la actualidad, el caché de los escáneres normales es de 512 KB y el caché de los escáneres de alta gama puede alcanzar los 2 MB.
5. Dispositivo de transmisión mecánica
La parte de transmisión mecánica incluye principalmente motores paso a paso, correas de transmisión, rieles guía deslizantes y juegos de engranajes, como se muestra en la Figura 4.
(1) Motor paso a paso: es el núcleo de la parte de transmisión mecánica y la fuente de energía para accionar el dispositivo de escaneo. De hecho, un motor paso a paso es un motor que utiliza señales de pulso para controlar con precisión el movimiento. El ruido y la velocidad del escáner están determinados hasta cierto punto. La velocidad y la precisión aquí son las mismas que el ahorro de energía y la temperatura de color mencionados anteriormente, lo cual es contradictorio. Cuanto más rápida sea la velocidad, menor será el tiempo necesario para recorrer una unidad de distancia y menor será la precisión, a medida que aumente la precisión, el tiempo consumido aumentará, lo que reducirá la velocidad;
Cuando el escáner escanea una imagen, el cabezal de escaneo es arrastrado por un motor paso a paso. Los motores paso a paso tradicionales dependen de la transmisión de engranajes para lograr el movimiento. Durante la transmisión de engranajes, incluso si los dos engranajes engranan estrechamente, habrá algo de espacio entre los dientes, lo cual es inevitable.
El movimiento alternativo afectará la precisión, reducirá ligeramente la precisión del escaneo y provocará seriamente algunas rayas en la imagen. Por lo tanto, la tecnología de motores micropasos surgió en esta situación. Al reducir el paso de movimiento impulsado por el motor, puede alcanzar un tercio o un cuarto o incluso menos que el paso del motor paso a paso tradicional, y puede controlar con precisión el movimiento suave del cabezal de escaneo y evitar el espacio entre los engranajes en el movimiento alternativo. movimiento Puede eliminar los defectos causados por el movimiento inestable, reducir las ondulaciones en forma de diente de sierra y la distorsión del color, acelerar el escaneo, reducir el ruido y mejorar significativamente la calidad de la imagen.
(2) Correa de transmisión: al escanear, el motor paso a paso impulsa el cabezal de escaneo para escanear la imagen accionando directamente la correa.
(3) Riel guía deslizante: el dispositivo de escaneo es accionado por una correa de transmisión y logra un escaneo lineal deslizándose sobre el riel guía deslizante.
(4) Conjunto de engranajes: Es un dispositivo de conexión intermedia que asegura el normal funcionamiento de los equipos mecánicos.
2. El principio de funcionamiento del escáner
Después de comprender los componentes del escáner, hablemos del principio de funcionamiento del escáner. En términos generales, los escáneres tienen tres formas de escanear imágenes: escanear con un acoplador fotoeléctrico (CCD) como elemento de conversión fotoeléctrica, escanear con un sensor de imagen de contacto CIS (o LIDE) como elemento de conversión fotoeléctrica y escanear con un fotomultiplicador. tubo (PMT). Escaneo en busca de elementos de conversión fotoeléctrica.
1. El principio de funcionamiento de un escáner que utiliza un acoplador fotoeléctrico (CCD) como elemento de conversión fotoeléctrica.
La mayoría de escáneres planos utilizan acopladores fotoeléctricos (CCD) como elementos de conversión fotoeléctrica, que son los más representativos entre los equipos de escaneo de imágenes. Tiene forma de fotocopiadora miniaturizada. Debajo de la tapa superior se encuentra el cristal donde se colocan los originales. Al escanear, coloque el original escaneado en el cristal de copia y luego cierre la cubierta superior. Después de recibir el comando de escaneo de la computadora, escanee la imagen original e ingrese la información de la imagen.
Al igual que las cámaras digitales, los CCD también se utilizan como sensores de imagen en escáneres de imágenes. Pero la diferencia es que las cámaras digitales utilizan un sensor plano bidimensional, que convierte imágenes de luz en señales eléctricas al tomar imágenes, mientras que el CCD de un escáner de imágenes es un CCD de matriz lineal, que es un sensor de imagen unidimensional.
Cuando el escáner escanea una imagen, el CCD de matriz lineal divide la imagen escaneada en líneas, y el ancho de cada línea es de aproximadamente 10 μm. La fuente de luz ilumina la imagen original que se va a escanear, produciendo un reflejo. luz (generada por el original reflejado) o luz transmitida (generada por el original transmitido), y luego reflejada en el CCD de matriz lineal a través del grupo de espejos. El sensor de imagen CCD convierte la señal eléctrica en una señal digital mediante conversión A/D según la intensidad de la luz reflejada y genera una línea de datos de imagen. Al mismo tiempo, bajo el control del circuito de control, el motor paso a paso gira e impulsa la correa de transmisión, lo que hace que el sistema óptico y el dispositivo de escaneo CCD se muevan relativamente paralelos al original a escanear en el riel de transmisión, escaneando el original. escanear línea por línea y, finalmente, completar todas las imágenes originales. Como se muestra en la Figura 5.
Generalmente, se utiliza un CCD de matriz lineal para escanear la "línea única" original, lo que se denomina "exploración principal", y la entrada de escaneo del CCD de matriz lineal en movimiento paralelo se denomina "escaneo secundario". .
(1) Estructura del CCD de matriz lineal
La Figura 6 muestra un CCD lineal. El sensor de imagen CCD es el núcleo del escáner de superficie plana y su función principal es convertir la imagen de luz que brilla sobre él en una señal eléctrica. Cuando se amplía el sensor de imagen CCD, se puede encontrar que miles de píxeles CCD están dispuestos en paralelo a intervalos de 10 μm, y estos píxeles están dispuestos regularmente en una línea. Cuando la luz incide en la superficie fotosensible del sensor de imagen, cada unidad de imagen CCD recibe la luz que incide y genera una carga correspondiente basada en la intensidad de la luz detectada. A continuación se transfieren varias cargas en secuencia paralela.
(2) Sistema de imágenes ópticas
Hay dos tipos de sistemas de imágenes ópticas utilizados por los escáneres generales: sistema de imágenes ópticas de escaneo reducido y sistema de imágenes ópticas de escaneo igual.
En un sistema óptico simplificado, se utiliza como sensor de imagen un CCD de matriz lineal con una longitud de 2-5 cm. Dado que el tamaño del CCD es mucho menor que el ancho del original escaneado, en este sistema de imágenes hay una lente delante del CCD, como una cámara digital, que se utiliza para reducir la imagen del original a través de la lente. y proyéctelo en el CCD de matriz lineal durante el escaneo.
El sistema de imágenes ópticas de escaneo constante utiliza como sensor de imagen un CCD lineal con el mismo ancho que el original escaneado. En este sistema de imágenes ópticas, se utiliza un grupo de lentes especial, que consta de dos filas de lentes de varilla cuidadosamente dispuestas hacia arriba y hacia abajo.
El diámetro de esta lente de varilla es de 1 mm y la longitud es de aproximadamente 6 mm. Cada columna consta de más de 100 conjuntos de lentes de este tipo. Este sistema de imágenes es común en los escáneres portátiles.
(3) Tecnología de separación de colores
Actualmente, los escáneres en color se han convertido en la corriente principal del mercado y realmente pueden restaurar la calidad de la imagen original. A través de la imagen digital escaneada por un escáner a color, podemos ver que la imagen escaneada mantiene muy bien la calidad del original, tanto en forma como en color.
La restauración de los colores reales se debe principalmente a la exclusiva tecnología de separación de colores del escáner. Debido a que el CCD sólo convierte la intensidad de la luz detectada en la corriente correspondiente, no puede identificar el color de la imagen escaneada. Por lo tanto, el escáner necesita separar estos colores. Como todos sabemos, el rojo, el verde y el azul son los tres colores primarios de la luz, es decir, la superposición de estos tres colores pueden combinarse para crear cualquier otro color. Según esta característica, cuando el escáner escanea una imagen, genera tres imágenes correspondientes a los tres colores primarios: rojo (R), verde (G) y azul (B). Es decir, cada imagen solo contiene el correspondiente. información de un solo color, una imagen roja solo contiene información roja, una imagen verde solo contiene información verde y una imagen azul, naturalmente, solo contiene información azul. Finalmente, las tres imágenes se combinan para obtener una imagen en color. El principio se muestra en la Figura 7.
Actualmente existen cuatro tecnologías de separación de colores comúnmente utilizadas en los escáneres: tecnología de separación de colores con filtro, tecnología de separación de colores alternantes de fuentes de luz, tecnología de separación de colores de tres CCD y tecnología de escaneo de separación de colores de un solo CCD.
1) Tecnología de separación de colores de filtro
El principio básico es instalar un filtro delante del sensor de imagen CCD lineal y dividirlo en tres partes iguales de arriba a abajo, 1 parte La segunda parte es el filtro rojo, la segunda parte es el filtro verde y la tercera parte es el filtro azul. Durante el escaneo, el sensor CCD registra la información de la imagen de los colores primarios correspondientes a través del movimiento de los filtros, obteniendo así tres información de imagen de los tres colores primarios.
2) Tecnología de separación de colores alternos de fuente de luz
Similar al principio de la tecnología de separación de colores de filtro, esta tecnología agrega rojo (R), verde (G), azul (B) tres Colores del tubo emisor de luz. Al escanear una imagen, tres colores diferentes de lámparas emiten luz alternativamente, lo que permite al CCD obtener tres tipos de información de imagen de tres colores.
3) Tecnología de separación de colores de tres CCD
A diferencia de las dos primeras tecnologías de separación de colores, la tecnología de separación de colores de tres CCD utiliza tres CCD para completar el escaneo de imágenes: la luz pasa a través de la lente. reflejada por un prisma dicroico especialmente diseñado al sensor de imagen CCD correspondiente. Cada CCD produce datos de imagen de un color y se puede obtener una imagen en color con un solo escaneo. Entonces podemos ver que esta tecnología de separación de colores tiene la velocidad de imagen más rápida, pero el costo más alto.
4) Tecnología de separación de colores de CCD único
La tecnología de separación de colores de CCD único todavía utiliza un CCD de matriz lineal única, sin embargo, se agrega un filtro de color a la superficie fotosensible del color CCD. la separación se realiza directamente al mismo tiempo.
(4) Tecnología VAROS
Al escanear con un escáner CCD normal, es necesario formar una delgada franja de luz blanca en la superficie del objeto que se escanea. La luz pasa a través de una serie de espejos y un conjunto de lentes y finalmente un elemento CCD recibe la señal luminosa. Sin embargo, en este caso la resolución óptica está limitada por el número de píxeles del CCD. En la tecnología VAROS, se coloca una pieza plana de vidrio entre el elemento CCD y la lente. Primero, el escáner realiza un escaneo normal. La imagen obtenida en este paso es básicamente la misma que la de otros escáneres. Luego, el cristal plano se inclina para mover la imagen escaneada 1/2 píxel y se repite el proceso de escaneo. Esto permite que el escáner lea los datos de los píxeles en movimiento. Finalmente, se utiliza software para combinar los datos del primer y segundo escaneo para obtener el doble de información de la imagen. En otras palabras, utilizando la tecnología VAROS, podemos convertir un escáner normal de 600 ppp en un escáner de alta resolución de 1200 ppp.
2. Sensor de imagen de contacto CIS (o LIDE)
Sensor de imagen de contacto CIS (o LIDE) es un término que sólo ha aparecido en los últimos años. De hecho, esta tecnología y la tecnología CCD nacieron casi al mismo tiempo. La gran mayoría de los escáneres portátiles utilizan tecnología CIS. Los dispositivos fotosensibles de la CEI generalmente utilizan como material fotosensible sulfuro de cadmio, que se utiliza para fabricar fotorresistores. El fotorresistor de sulfuro de cadmio en sí tiene grandes fugas e interferencias entre las unidades fotosensibles, lo que afecta seriamente la claridad. Esta es la razón principal de la baja precisión de escaneo de este tipo de producto. No puede utilizar tubos de cátodo frío y solo puede utilizar matrices de LED como fuentes de luz. El color y la uniformidad de la luz son deficientes, lo que da como resultado una baja capacidad de reproducción del color del escáner.
Las matrices de LED constan de cientos de LED. Una vez que un LED se daña, todo el conjunto se desechará, por lo que la vida útil de este tipo de producto es relativamente corta. No puede utilizar la lente para formar imágenes y sólo puede identificar objetos acercándose a ellos. No tiene profundidad de campo y no puede escanear objetos físicos. Sólo es adecuado para escanear manuscritos. CIS es sensible a los cambios en la temperatura ambiente y tiene un impacto significativo en los resultados del escaneo, por lo que tiene ciertos requisitos para la temperatura del entorno de trabajo.
La tecnología de exposición directa de diodos LIDE (LED In Direct Exposure) es la tecnología original de Canon y una tecnología innovadora basada en la tecnología CIS. Utiliza diodos de tres colores como fuente de luz. En comparación con los escáneres que utilizan fuentes de luz de cátodo frío, los diodos son de tamaño pequeño y tienen efectos duraderos, pero la luz que producen es débil y es difícil garantizar el brillo necesario para escanear imágenes. Por esta razón, LIDE Technology ha modificado los dispositivos de diodos y los materiales guías de luz para guiar la luz de modo que la fuente de luz de diodo pueda producir una luz de escaneo uniforme y brillante.
El escáner LIDE consta de tres partes: guía de luz, lente cilíndrica y sensor óptico lineal. La función principal de la guía de luz es mejorar la intensidad de la luz de los tres canales de color rojo, verde y azul. La lente cilíndrica puede garantizar que la luz reflejada se enfoque mejor en el sensor (esta es una medida clave para mejorar la precisión del escaneo) y el sensor lineal puede evitar en la mayor medida los problemas de deformación de los bordes. Debido a la omisión de una serie de espejos, el escáner LIDE puede evitar diversas aberraciones y aberraciones cromáticas y puede reproducir bien los detalles y colores del original.
LIDE escanea originales en una proporción de 1:1 a través del sensor de imagen de contacto CIS, haciendo que el escáner sea más pequeño y liviano. Además, dado que el consumo de energía de la fuente de luz de diodo y el cabezal de escaneo es muy pequeño, este tipo de producto puede proporcionar la energía requerida a través del puerto USB de la PC.
La diferencia entre 3.3. CCD y CIS
Generalmente, cuando las personas mencionan un escáner, prestarán más atención a su resolución de escaneo, pero es posible que no les importe el elemento fotosensible que utiliza. Muchos usuarios no saben si elegir un escáner CCD o un escáner CIS. ¿Qué escáner es más adecuado?
En pocas palabras, la diferencia entre ambos escáneres radica en los dispositivos fotosensibles. Los escáneres CCD utilizan dispositivos de acoplamiento electrónicos, mientras que los escáneres CIS utilizan dispositivos de detección de imágenes por contacto. Los principios de funcionamiento de estos dos dispositivos fotosensibles son completamente diferentes: el elemento CCD en sí es el núcleo de toda la imagen del escáner, pero la luz emitida por la fuente de luz debe ser reflejada y enfocada por la lente. La adición de estos dispositivos ópticos aumenta la. costo de todo el escáner; mientras que CIS El escáner utiliza la luz emitida por una pequeña fuente de luz para ser reflejada por el original escaneado y luego recibida directamente por el dispositivo fotosensible. El dispositivo fotosensible CIS en sí es suficiente para completar la tarea de obtención de imágenes y no requiere la participación de lentes ni lentes, por lo que el montaje del producto es muy sencillo y el costo es muy bajo. Dado que los escáneres CIS dependen de la recepción directa de la luz reflejada para obtener imágenes, su contenido técnico es relativamente bajo y su rendimiento de profundidad de campo de escaneo es pobre. Excepto por la diferencia en la parte fotosensible, las otras partes de los dos escáneres funcionan básicamente según el mismo principio: convertir señales luminosas en información digital.
Al comparar estos dos productos de escáner, el escáner CCD tiene ventajas obvias, pero el escáner CIS no deja de tener sus ventajas.
La desventaja del escáner CCD es que requiere un conjunto completo de sistemas ópticos, incluidas fuentes de iluminación fría, espejos poligonales y lentes ópticas, para generar imágenes en la superficie del sensor CCD a través de una trayectoria óptica compleja. . Los componentes son complejos, el costo es relativamente alto y el procesamiento de los datos de la imagen escaneada también es relativamente complejo. Generalmente, los tubos catódicos fríos se utilizan como fuentes de luz y deben precalentarse durante aproximadamente 1 minuto antes de que puedan emitir luz de manera estable. El escáner CCD necesita generar imágenes a través de una serie de lentes y espejos, por lo que producirá aberración cromática y aberración óptica y, por lo general, requiere corrección de color mediante software de escaneo.
La ventaja del escáner CIS es su diseño modular, que integra la fuente de luz de escaneo, el sensor y el amplificador. La estructura, el principio y la trayectoria óptica son extremadamente simples. En teoría, la imagen obtenida por el sensor directamente de la superficie original no producirá cambios de color ni aberraciones, y se puede obtener el efecto de imagen más cercano al original. Se pueden reducir los costos de diseño y fabricación, se puede diseñar el tamaño del producto para que sea más delgado y pequeño, y no hay un tiempo de espera obvio para los escáneres CIS.
La desventaja del escáner CIS es que no puede utilizar la lente y solo puede escanear cerca del original, con baja precisión de escaneo. Además, su fuente de luz sólo puede utilizar LED, que tiene un color y una uniformidad deficientes, la gama de colores es más estrecha que la del CCD, los colores no son ricos y la vida útil es más corta.
Además, debido a que los escáneres CCD tradicionales utilizan lentes ópticas para generar imágenes en la superficie del CCD, tienen una cierta profundidad de campo y pueden obtener resultados de escaneo claros en lomos de libros elevados e incluso en objetos físicos. Los cabezales de escaneo CIS utilizan sensores para adquirir imágenes de la superficie del objeto que se escanea. La profundidad de campo es corta y el nivel de escaneo es algo insuficiente. Parece incapaz de escanear manuscritos e imágenes irregulares. El objeto a escanear debe colocarse suavemente sobre el escáner. La profundidad de campo del CCD es al menos 10 veces mayor que la del CIS, lo que significa que los escáneres CCD pueden escanear objetos 3D de forma clara y vívida dentro de un cierto rango, mientras que los escáneres CIS a menudo producen imágenes borrosas y desenfocadas al escanear objetos ligeramente irregulares.
El elemento fotosensible CCD de alta calidad se puede utilizar durante 10.000 horas con la misma calidad. Sin embargo, el brillo de los elementos emisores de luz de los escáneres CIS actuales disminuye una media del 30% después de 500 horas de uso, lo que significa que la vida útil de los elementos emisores de luz de los escáneres CIS es muy corta. Aunque la vida útil del elemento emisor de luz CIS es corta, el cabezal de escaneo CIS es económico y fácil de reemplazar.
4. El principio de funcionamiento del tubo fotomultiplicador
A diferencia de los escáneres de superficie plana que utilizan CCD de matriz lineal como sensor de imagen, el tubo fotomultiplicador es un tipo de conversión fotoeléctrica utilizada en los escáneres de tambor. . elemento.
De entre varios dispositivos fotosensibles, el tubo fotomultiplicador es el que mejores prestaciones tiene, está muy por delante de otros dispositivos fotosensibles en cuanto a sensibilidad, coeficiente de ruido, rango dinámico, etc., y su señal de salida es. dentro de un rango considerable Mantiene un alto grado de salida lineal dentro del rango, de modo que la señal de salida se puede restaurar con precisión sin ninguna corrección.
El tubo fotomultiplicador es en realidad un tipo de tubo de electrones. Su material fotosensible está compuesto principalmente por óxidos de óxido de cesio y otros metales activos (normalmente metales lantánidos). Estos materiales fotosensibles emitirán electrones cuando sean iluminados por la luz y, después de ser acelerados por la puerta, golpearán el electrodo del ánodo, formando finalmente una corriente eléctrica, que el chip de control del escáner convierte para generar una imagen del objeto. Entre todas las tecnologías de escaneo, los tubos fotomultiplicadores tienen el mejor rendimiento y sus indicadores clave, como la sensibilidad, el coeficiente de ruido y el rango de densidad dinámica, superan con creces los de CCD y CIS. Asimismo, este material fotosensible prácticamente no se ve afectado por la temperatura y puede funcionar en cualquier entorno. Sin embargo, este tipo de escáner es extremadamente caro y generalmente sólo se utiliza en los escáneres de rodillos más profesionales.
Los escáneres de tambor con tubos fotomultiplicadores son mucho más complejos que los escáneres planos con CCD. El diagrama de estructura se muestra en la Figura 8 y la Figura 9. Sus componentes principales incluyen un motor giratorio, un tambor transparente, un mecanismo de transmisión mecánica, un circuito de control y un dispositivo de imágenes.
Cuando un escáner de rodillo escanea una imagen, el original que se va a escanear se fija a un rodillo transparente, que es impulsado por un motor paso a paso para girar a alta velocidad para formar un cilindro giratorio de alta velocidad. Al mismo tiempo, se irradia una luz puntual de alta intensidad desde el interior del rodillo transparente y se proyecta sobre el original. El original se escanea punto por punto. La luz transmitida y reflejada se compone de lentes, reflectores, espejos semitransparentes y. filtros rojo, verde y azul. La ruta óptica se guía hasta el tubo fotomultiplicador para su amplificación y luego se realiza la conversión de analógico a digital para obtener cada escaneo. En este momento, la información óptica se convierte en información digital para su transmisión y se almacena en la computadora para completar la tarea de escaneo. Sus características de escaneo son que la señal óptica ingresa píxel por píxel, la precisión de la recolección de la señal es muy alta y la restauración de la información de la imagen escaneada es muy sólida.
3. El proceso de trabajo del escáner
El principio de funcionamiento del escáner no es complicado y básicamente se puede reflejar en su proceso de trabajo. El proceso de trabajo general del escaneo es:
1) La fuente de luz interna emite luz uniforme para iluminar el original en el panel de vidrio, produciendo luz reflejada (tiro reflectante) o luz transmitida (tiro transmisivo) que representa el características de la imagen. La luz reflejada pasa a través de una placa de vidrio y un conjunto de lentes, y se divide en tres colores: rojo, verde y azul. Converge en el elemento fotosensible CCD y es recibida por el CCD. Las áreas blancas reflejan más luz que las áreas coloreadas.
2) El motor paso a paso impulsa el cabezal de escaneo para que se mueva debajo del original para leer la información del original. La fuente de luz del escáner es una franja larga. La luz que brilla sobre el original se refleja y pasa a través de un espacio estrecho para formar una franja de luz a lo largo de la dirección X. Pasa a través de un conjunto de reflectores y se enfoca mediante una lente óptica. y entra en el divisor de haz. Las tres bandas de color RGB obtenidas por el prisma y los filtros de color rojo, verde y azul se iluminan en los respectivos CCD. El CCD convierte las bandas de color RGB en señales eléctricas analógicas y luego las convierte en señales eléctricas digitales mediante el convertidor A/D. .
3) Convertir la señal luminosa que refleja la imagen original en una señal electrónica digital binaria aceptable para la computadora y finalmente enviarla a la computadora a través de una interfaz como USB.
Cada vez que el escáner escanea una línea, obtiene la información de la imagen de una línea en la dirección X del original y se mueve a lo largo de la dirección Y hasta que se escanean todos los originales. Los datos de imagen obtenidos por el escáner se almacenan temporalmente en el búfer y luego los datos de imagen se transfieren a la computadora y se almacenan secuencialmente. Cuando el cabezal de escaneo completa el movimiento relativo del manuscrito y escanea todos los dibujos, se ingresa una imagen completa en la computadora.
4) La información digital se envía al programa de procesamiento correspondiente del ordenador, donde los datos están en un formato que puede ser utilizado por aplicaciones de imágenes. Finalmente, se reproduce en la pantalla del ordenador mediante procesamiento de software.
Entonces, el principio de funcionamiento simple del escáner es utilizar elementos fotoeléctricos para convertir la señal de luz detectada en una señal eléctrica, y luego convertir la señal eléctrica en una señal digital a través de un convertidor analógico/digital y transmitirla. a la computadora. No importa qué tipo de escáner sean, su proceso de trabajo consiste en convertir señales ópticas en señales eléctricas. Por lo tanto, la conversión fotoeléctrica es su principio de funcionamiento central. El rendimiento de un escáner depende de su capacidad para convertir niveles analógicos arbitrarios en valores numéricos.