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1、第第5 5章章 数字影像扫描采集技术数字影像扫描采集技术学习目标：、解释扫描仪分辨率、色彩位数、动态范围等性能指标项的内涵，能根据实际需要选择合适类型及性能的扫描仪；、阐释扫描工序的操作要点，能熟练使用扫描仪；3、阐释扫描分辨率确定原则的内涵，能根据需要选择合适的扫描分辨率；4、掌握利用 OCR软件识别字符的方法及技巧。5、扫描仪采集数字影像是常用的获取数字影像的办法之一。5 扫扫 描描 仪仪 扫描仪是用于将照片、底片、书刊上的影像、文字等信息转化为数字信号并输人计算机的装置。扫描仪51l 扫描仪的种类与结构 扫描仪的核心部件是光电转换器件。根据光电转换器件的不同，扫描仪分为滚筒式扫描仪、CC
2、D扫描仪和（或LIDE）扫描仪等几种类型。1滚筒式扫描仪 2CCD扫描仪 3CIS扫描仪 1 1滚筒式扫描仪滚筒式扫描仪 滚筒式扫描仪是将扫描原件缠贴在一个干净的有机玻璃滚筒上，让滚筒以一定的速度（通常是每分钟300转一1500转）围绕一个光电系统（常称为“探头”）旋转进行扫描。滚筒式扫描仪具有光学分辨率高（00 dpi8 000 dpi）、动态范围宽广、能扫描大幅面图像、扫描速度快、扫描影像色彩还原逼真、阴影区细节丰富等特点，但体积大、价格昂贵，而且只能扫描可弯曲的原件。滚筒式扫描仪主要用于要求很高的出版印刷等行业。2 2CCDCCD扫描仪扫描仪 CCD扫描仪一般采用线性CCD作为影像传感器
3、，有平板扫描仪和胶片扫描仪之分，绝大多数CCD扫描仪为平板扫描仪。CCD平板扫描仪工作时，从光源发出的光线经扫描原件反射后，通过反射镜的两次反射导向 CCD线性阵列，CCD将光信号转换为电信号，再经 AD转换后送给计算机，如图 5.2所示。有些平板扫描仪可将上盖板换为带光源的，而用于透明材料的扫描。3 3CISCIS扫描仪扫描仪 CIS扫描仪扫描时，发光二极管发出的光线由扫描件表面直接反射到CIS器件中的光敏材料（通常为CdS）而进行光电转换。CIS扫描仪具有不需要光学成像系统、结构简单、成本低、功耗小、无需预热、维护方便的特点，但由于是接触式扫描，因此不具有扫描景深，对扫描件的平整度要求非常
4、高，从而制约了它的使用。512 扫描仪的性能指标 1分辨率 2色彩位数 3动态范围 4接口 5速度 6最大扫描幅面 7随附软件 1分辨率 分辨率是衡量扫描仪扫描精度的重要指标。扫描仪分辨率的单位为 PPI或 DPI。PPI为 Pixel Per Inch的缩写，表示每英寸长度所具有的像素的数目。扫描仪的分辨率有光学分辨率和插值分辨率之分。光学分辨率是扫描仪光学系统采集信息的真正分辨率，又称为物理分辨率。插值分辨率又叫做软件拥值分辨率、最大分辨率，是通过软件插值的方法获得的扫描分辨率，通过插值提高分辨率，有许多负面效应，例如，不仅不能使影像清晰度提高，反而使清晰度变差，而它使扫描速度变慢，扫描时
5、间变长。扫描得到的文件尺寸变大。许多扫描仪标示的分辨率为相乘的数据，例如，1200 dpi X 2 400 dpi，乘号之前的数字表示横向分辨率，后面的数字为纵向分辨率。判断扫描仪精度高低时以横向分辨率为依据。CD和S平板扫描仪的光学分辨率一般在600 dpi2400 dpi之间，CCD 胶片扫描仪的光学分辨率在 2400 dpi 4800 dpi之间，滚筒式扫描仪的分辨率可达 9600 dpi。2色彩位教 色彩位数（Color Bits）又称样本深度（Sampling Depth）、颜色深度（Color Depth），反映扫描仪在扫描时能获取信息的多少，是度量扫描仪捕获色彩数量的重要技术指标
6、。3动态范围 动态范围（Dynamic Range）又称密度范围（Density Range），反映扫描仪能正确探测明暗差异的能力，即在最亮和最暗区域对细节的敏感程度。动态范围小的扫描仪，无法检测出范围足够宽的影调层次，即扫描时要么无法分辨出影像的暗部层次，要么损失亮部区域的细节。动态范围大小是扫描仪光学及整个系统综合性能高低的反映，只有高品质的透镜、高信噪比的光电转换器件和高精度的模数转换器件相结合才能得到大的动态范围。密度以及密度范围通常采用对数值表示；对于透明片，完全透明的密度为0，阻光99.99的密度为 4.0。不同类型的扫描原件，有着不同的密度范围，即不同的动态范围，报纸的典型密度范
7、围为1.8，高质量涂料纸的密度范围可达2.0，幻灯片密度范围约为4.0。仅用于照片扫描的扫描仪，只要密度范围不小于3.0即可、用于底片、幻灯片扫描的扫描仪，动态范围应在3.5以上。动态范围和色彩位数是两个关系密切的概念。假如将一幅图像看做梯子，则动态范围决定梯子的长短，色彩位数决定梯子横挡的个数。长梯子如果横挡太少，用处则不大，短梯子横挡太多，就显得多余。4接口 接口（Interface）是扫描仪将扫描得到的数字信号向计算机传送的必经通道，所有扫描仪都有数字接口。早期的扫描仪采用SCSI接口，后逐渐形成SCSI、EPP、USB、IEEE 1394等多种形式接口并存的格局。不同的接口在易用性、传
8、输速率等方面差异非常大。SCSI接口是扫描仪接口中的元老，传输信息的速率较高，最高可达 160 Mbps，性能稳定，可连接的设备较多，可同时连715个设备，由于接口本身自带一块微处理器，因此可大大降低计算机CPU的负担。使用SCSI接口的扫描仪时，要求计算机中必须配有SCSI接口卡，安装和设置比较复杂。EPP接口是从普通打印接口发展而来，称为增强型并行接口，其优点是价格便宜、连接方便、不占用计算机资源，但传输速度较慢，速度仅为 1Mbps左右，容易与计算机上的其他外设发生冲突，这是因为计算机一般只有一个并行接口。USB接口和IEEE 1394接口均支持热拔插，可即插即用，信息传输速率较高，是扫
9、描仪的主流接口形式。5速度 扫描速度既与接口传输速率有关，还与扫描仪对扫描数据处理的速度有关，而且对扫描数据的处理速度是扫描速度的瓶颈。不同扫描仪其扫描速度差异非常大。6最大扫描幅面 最大扫描幅面是指扫描仪可以接受扫描的最大图像的尺寸，在平板扫描仪上也称有效成像面积。平板扫描仪有 A2、A3和A4等幅面的，胶片扫描仪有专门用于35 mm胶片扫描的和专门用于 APS胶片扫描的，还有最大支持 4 5英寸胶片扫描的。胶片扫描幅画越大的扫描仪，其价格越高。7随附软件 扫描仪基本的随附软件包括扫描驱动程序、图像处理软件和OCR软件。驱动程序：扫描仪与计算机的通信必须借助于驱动程序，而且所有扫描的设置和调
10、整都是在计算机中安装扫描驱动程序后寸能进行的。扫描时，能否进行多样、高效、精确的设置和调整，其关键取决于扫描驱动程序，购买扫描仪时必须注意扫描仪驱动程序所能提供的相关功能，胶片扫描仪最好具有ICE、ROC、GEM以及指定色相校色、黑白场定义等功能。OCR软件 OCR（Optical Character Recognition，光学字符识别）软件是能将扫描仪等输入设备获取的文字信息，通过各种模式识别算法分析文字形态特征，判断文字标准编码，并按通用格式存储为计算机文本文件的软件。利用它能将以图像形式存在的文字内容用文字内码表示出来。52 扫描基本技术521 扫描基本操作与要求 扫描基本操作包括连接
11、扫描仪与计算机、安装及启动扫描驱动程序、置扫描件、预扫描、设定调整、正式扫描、评估扫描图像等。1连接扫描仪与计算机 扫描仪只有与计算机相连后才能工作。高档扫描仪具有多种形式的接口，将扫描仪与计算机相连时，必须优先选择传输信号速率高、使用方便的接口形式。使用平板扫描仪时，首先要将机身上的拨动式锁开关由锁定的位置（LOCk位）拨到解锁位置（Unlock位）。2安装及启动扫描驱动程序 除了连接、置扫描件外，其他扫描操作必须通过计算机进行控制，扫描前，在计算机中必须首先安装扫描驱动程序。在计算机上，可以通过以下几种方式启动扫描驱动程序：在“开始”菜单“程序”中选择相应的驱动程序。双击桌面上驱动程序的快
12、捷方式。单击任务栏快速启动区的驱动程序图标。在“Program File”文件夹中双击扫描仪驱动程序的执行文件。在图像处理软件“文件”（File）菜单“输人”（Imprort）、“扫描”（Scan）等命令下，选择相应的扫描仪。在OCR等软件中直接启动扫描。当扫描仪未与计算机正确相连，或扫描仪电源未开启时，往往无法启动扫描驱动程序，这时会在计算机显示器上出现“找不到扫描仪”之类的提示信息。图53为扫描驱动程序示例。扫描仪工作界面扫描仪工作界面 3置扫描件 将扫描原件置于扫描仪上的操作非常简单，但要注意以下几点：对于平板扫描仪，放扫描件前必须先清除扫描仪工作玻璃L的所有尘污，并将原件放平、放正。对
13、于胶片扫描仪，要将胶片表面的尘粒清除后再置人扫描；并要注意影像面的朝向。对于大批量的扫描，置件前最好将扫描原件按大小、质量、内容（如黑白、彩色、线条等）等分类，然后按类扫描，以取得较高的扫描效率。4预扫描 完成以上准备工作后，即可用鼠标单击驱动程序界面上标为“预审”、“预扫”、Prescan、Preview或图符的预扫描按钮，启动扫描仪进行预扫描。预扫描是为了使扫描的设置、调节有的放矢。预扫描后，在驱动程序界面的一侧会出现扫描原件的预览影像，此后的设定就参考预览影像进行。预览影像的分辨率可根据需要调整。胶片扫描仪上有索引扫描（Index Scan），即在扫描仪中装入多幅胶片时，将每幅胶片上的影
14、像粗略扫描显示于显示器上。索引扫描后的影像可以存储，一般既可以存储为每页展示多个影像略图的影像文件，又可存储为扩展名为IDX的数据库文件。5设置及调整 预扫描后，要进行若干项设置及调整。扫描质量既取决于扫描仪的档次，又取决于扫描时的设置及调整。设置、调整的项目很多，既有简单的机械性操作，又有建立在操作者判断和理性思考基础上的设置，扫描操作的关键在于设置和调整，必须对设置和调整具有足够耐心。6 正式扫描 在确认可以得到满意的扫描质量后，单击驱动程序界面上标为“扫描”、“Scan”或扫描按钮，启动正式扫描。正式扫描前，一般要进行路径选择，即选择扫描得到的数字影像的去向，通常有存储、打印、直接到各种
15、应用软件等多种选择。如果选择“存储”，则要继续选择保存影像文件的类型。一般而言，如果要使影像文件质量高，则应选择TIFF格式保存，如果希望彩色或灰度影像文件尺寸小，则优先选择JPEG格式保存。7评估扫描图像 扫描后，要及时对扫描得到的数字影像进行评估分析，以确定是否需要重新扫描。事后通过软件加工的方法弥补由于扫描不当而导致的影像缺陷，总是不如及时发现不足后重新扫描方便。522 扫描设置 在预扫描后，正式扫描前的设置、调整主要包括划定扫描区域、设置扫描类型、选定扫描路径、设置扫描分辨率、选择色彩位数、聚焦、转换影像等，此外，高级设置还包括影调调节、影像修饰、去网纹等。1划定扫描区域 对于平板扫描
16、仪，多数情况下所需扫描内容的范围小于扫描仪最大扫描幅面，预扫描后，必须在预览影像上将实际需要的扫描区域划定，以节省扫描时间，减轻扫描仪和计算机的负担，减小扫描文件的尺寸。2设置扫描类型 不同类型的扫描仪可供设置的扫描类型是不同的。平板扫描仪可供选择的扫描类型有黑白、灰度、真彩色等，通常是根据原稿的类型或所需要数字影像的效果确定扫描类型，具体是：扫描黑白文字或黑白线条图时，一般选择“黑白”。在“黑白”类型下扫描得到的影像，只有黑、白二值，没有过渡层次，得到的数字文件尺寸最小。许多平板扫描仪在“黑白”类型下难以获得精细的线条图，若改用“灰度”类型扫描线条图，扫描后对图像进行锐化，并选择合适的阈值进行调整，再将图像转换为位图，往往可以获得精细的线条图。扫描黑白照片、黑白底片等有丰富黑白层次的影像；应该选择“灰度”。灰度影像是具有过渡层次的黑白影像。扫描彩色照片、彩色底片、彩色幻灯片时，如果需要得到彩色效果，则应选择“真彩色”，如果希望得到黑白效果，则应选择“灰度”。3选择色彩位数 专业级的扫描仪可以使用非常高的色彩位数进行扫描，但使用高色彩位数扫描输出的文件尺寸非常大。并非每次扫描都要选用非
