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本文原载于《电脑爱好者》2004年1月
给电脑添加一台扫描仪，从此电脑就像长了眼睛似的，就能“看”了，图片、文稿，都能认得清!但是，扫描仪是怎么工作的？怎么挑选一台扫描仪呢？
一、扫描仪技术介绍——扫描仪是怎么样工作的
扫描仪的简介与分类
八十年代初诞生的扫描仪，是一种光机电一体化的高科技产品，是继键盘和鼠标之后的又一代计算机输入设备。扫描仪有很多种，按不同的标准可分成不同的类型。
按扫描原理，可将扫描仪分为以CCD或CIS为核心的平板式扫描仪、手持式扫描仪和以光电倍增管为核心的滚筒式扫描仪；按扫描图像幅面的大小可分为小幅面的手持式扫描仪，中等幅面的台式扫描仪和大幅面的工程图扫描仪；按扫描图稿的介质可分为反射式（纸材料）扫描仪和透射式（胶片）扫描仪以及既可扫反射稿又可扫透射稿的多用途扫描仪；按用途可将扫描仪分为可用于各种图稿输入的通用型扫描仪和专门用于特殊图像输入的专用型扫描仪如条码读入器、卡片阅读机等等。
目前扫描仪无论是在商用、个人或是家庭方面，均以平板式扫描仪的应用为最常见。
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）。
1、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。
2、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升幅度很大，其高端产品的性能已经接近低档的光电倍增管产品。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有了一个质的飞跃。
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。
使用CCD作为感光器件的扫描仪，充分体现了CCD器件色彩密度高、技术成熟的优势，占有了主流市场。
3、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，这是近几年来刚出现的新技术。
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。一些厂家开始另辟蹊径，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，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一定的先天不足，首先由于不能使用镜头，只能贴近稿件扫描，其实际清晰度往往达不到标称指标，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。
同时，对于普通用户来说，CIS技术最大的不足是因为它不使用透镜成像，所以扫描几乎没有景深，扫描实物的效果不理想。
不过，CIS扫描仪的最大优点是体积可以做得很小巧，而且省电，扫描速度也比较快。
CCD扫描仪的工作原理
扫描仪主要由光学成像部分、机械传动部分和转换电路部分组成，这几部分相互配合，将反映图像特征的光信号转换为计算机可接受的电信号。
光学成像部分是扫描仪的关键部分，也就是通常所说的镜组。扫描仪的核心是完成光电转换的光电转换部件，目前大多数扫描仪采用的光电转换部件是电荷藕合器件（CCD），它可以将照射在其上的光信号转换为对应的电信号。打开扫描仪的黑色上盖，可以看到里面有镜条和镜头组件及CCD，电荷藕合器件排成一横行，电荷藕合器件里的每一个单元对应着一行里的一个像数。除核心的CCD外，其它主要部分有：光学成像部分的光源、光路和镜头。
转换电路俗称机器主板，它负责完成一切电路的伺服工作，A/D转换工作，当然也包括镜组给它的数字信号的处理。机械传动部分包括步进电机、扫描头及导轨等，主要负责主板对步进电机发出指令带动皮带，使镜组按轨道移动完成扫描。
扫描仪工作时，首先由光源将光线照在欲输入的图稿上，产生表示图像特征的反射光（反射稿）或透射光（透射稿）。光学系统采集这些光线，将其聚焦在CCD上，由CCD将光信号转换为电信号，然后由电路部分对这些信号进行A/D转换及处理，产生对应的量化数字信号输送给计算机。当机械传动机构在控制电路的控制下带动装有光学系统和CCD的扫描头与图稿进行相对运动，将图稿全部扫描一遍，一幅完整的图像就输入到计算机中去了。
如扫描仪内部光路构造示意图所示，扫反射稿时上灯管（下灯管熄灭）发光透过玻璃照到被扫物体上，反射的光线经过几个镜条的反射后形成光路，通过镜头聚焦后照射在CCD上。扫透射稿时下灯管（上灯管熄灭）发光透过玻璃和镜组遮光板照到被扫物体上（蓝色光路）。
二、扫描仪的性能指标——解读扫描仪的说明书
最重要的指标
扫描仪的性能指标主要有表示扫描仪精度的光学分辨率、表示扫描图像灰度层次范围的灰度级、表示扫描图像彩色范围的色彩数，以及扫描速度和扫描幅面等。 光学分辨率是衡量扫描仪的关键技术指标之一，表示了扫描仪对图像细节表现能够达到的最大输入分辨能力，通常用每英寸长度上扫描图像所含有的象素点的个数表示记做DPI（Dot Per Inch），目前，多数扫描仪的分辨率在300DPI一2400DPI之间，300DPI的扫描仪已经被淘汰，市面上常见的扫描仪分辨率多为600DPI*1200DPI和1200DPI*2400DPI两种。灰度级表示灰度图像的亮度层次范围，级数越多扫描图像的亮度范围越大，层次越丰富，目前多数扫描仪的灰度为256级。色彩数表示彩色扫描仪所能产生的颜色范围，通常用表示每个象素点上颜色的数据位数（bit）表示，比如常说的真彩色图像指的是每个象素点的颜色用24位二进制数表示，共可表示2^24＝16．8M种颜色，通常称这种扫描仪为24bit真彩色扫描仪，色彩数越多扫描图像越鲜艳真实，目前常见的扫描仪多为36位或42位的。扫描速度有多种表示方法，通常用在指定的分辨率和图像尺寸下的扫描时间表示。扫描幅面表示可扫描图稿的最大尺寸，常见的有A4、A3幅面等。
这里要说明的是，扫描仪的精度经常用每英寸扫描图像所含象素点的多少表示，即所谓的DPI，这是生产厂家常用的精度指标。但许多权威测试结果表明，这种指标与扫描仪实际精度并不成正比，并不是DPI值越高扫描仪的精度就越高。扫描仪的实际精度应是扫描仪对图像细节的实际分能力。 国际上通常用标准测试图测试扫描仪在一英寸长度上所实际能分辨出的线条的个数来表示扫描仪的实际精度。一般记作LPI （Line Per lnch）。影响扫描仪精度的因素有很多，并不唯一取决于生产厂家所报的DPI数，有些DPI数高的产品其实际精度比一些DPI数较低的产品还差，分辨率为300DPI一2400DPI的扫描仪的实际精度一般为200LPI一400LPI。扫描仪的分辨率越高，对应的图像数据量越大，以几何级数增长。选购扫描仪时不应盲目追求高分辨率，而应根据实际工作的需要和输出设备的精度进行选择。比如目前彩色输出设备的精度一般不超过3000DPI．若采用这类设备输出，只要扫描图像的放大输出倍数不超过4倍，则选用流行的1200DPI的扫描仪就足够了。
其它扫描仪常见技术名词
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，它决定了扫描对图像暗部细节的表现能力。
噪声系数：是感光器件本身噪声的大小，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。
三、如何选择扫描仪
我们应该购买一台什么样的扫描仪呢？应该如何选购适合自己的扫描仪呢？
1、 看技术指标。
前面我们介绍了大量的扫描仪技术参数，而其中最需要在选购时加以注意的，包括以下的各项参数：
扫描幅面：扫描幅面通常有A4、A4加长、A3、A1、A0等规格。大幅面扫描仪价格很高，一般家庭和办公用户建议选用A4幅面的扫描仪。根据需要办公用户也可以考虑选购A3幅面甚至更大幅面的扫描仪。
光学分辨率：光学分辨率反映扫描图像的清晰程度。扫描仪的分辨率用每英寸长度上的点数DPI(Dot Per Inch)表示。分辨率一般表示为（水平分辨率×垂直分辨率）的形式。水平分辨率由扫描仪光学系统真实分辨率决定，垂直分辨率由扫描仪传动机构的精密程度决定，选购时主要考察水平分辨率，在购买扫描仪时，用户通常还会看到，除了光学分辨率之外，还有一个被称为“最高分辨率”的技术指标，它是通过软件插值计算得到的结果，一般不应作为重要参考指标。建议消费者不要购买300dpi以下的扫描仪。
色彩位数：色彩位数反映对扫描出图像色彩的区分能力。色彩位数越高的扫描仪，扫描出图像色彩越丰富。目前主流扫描仪色彩位数有36位和42位等常见标准。建议选购36位及以上色彩位数的扫描仪。30位以下的扫描仪目前已经成为淘汰产品，建议不要购买。
感光元件：感光元件是扫描仪的眼睛，扫描质量与扫描仪采用感光元件切切相关，普通扫描仪有用的感光元件有CCD(Charge Coupled Device) 和CIS (Contact Image Sensor)。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，它配合由光源、几个反射镜和光学镜头组成的成像系统，在传感器表面进行成像，有一定景深，能扫描凹凸不平的实物。
2、看配套软件
扫描仪的功能都要通过相应的软件来实现，除驱动程序和扫描操作界面以外，几乎每一款扫描仪都会随机赠送一些图像编辑软件、OCR文字识别等软件。不同扫描配供软件性能，操作方法不一。对不熟悉图形处理的用户，建议选择配套提供操作简单，使用方便的扫描仪。扫描仪配套软件的选择对一般用户非常重要，选择不当，掌握操作有一定的困难，最好配套提供较详细的中文使用说明书。不熟悉英文的用户可选择中文操作界面的扫描仪，能较快的掌握操作。OCR软件的选用对办公室用户非常重要，选择时注意其是否能够识别各种印刷体、手写体、表格以及能否识别中英文混排等因素。
3、选购检测技巧
首先看扫描仪的外观，这并不是说看看外观是否漂亮，而是看是否坚固，因为扫描仪的外壳同样是一个非常重要的部件，这是因为扫描仪内所有的运动部件都固定在扫描仪的外壳上，壳体的强度和刚度对扫描仪的清晰度影响非常大，设计良好的外壳您只要打开扫描仪的上盖，就可以在扫描仪的内壁上看到一条条明显的加强肋，而且扫描仪的底板也不是平整的，有很多凹凸。而差的外壳则只有一层薄薄的塑料壳，它的强度很低。大家也不要迷信金属外壳，这个价位扫描仪的金属外壳只是一层薄薄的铁皮，使用时间一长，就会出现变形，使扫描精度下降。同时要注意外壳上不能有缝隙，灰尘是扫描仪的大敌，在实际使用中也要注意清洁，同时要注意自己不要动手打开外壳。
扫描实测是很重要的一环。扫描时不要对扫描仪进行任何调整，这样才能检验扫描仪对纸张的自适应能力，扫描完成后，检查扫描结果，黑白扫描白色背景上应看不到或很少看到黑色的斑点，而且字的笔画应没有粘连现象。如果不进行调整扫描效果不好，调整后改善，说明该扫描仪不具备纸张自动适应能力，每次扫描都要花许多时间对扫描的效果进行调整，将大大降低工作效率。将图像调整到1:1，这里的1:1是指屏幕上像素点与扫描结果一一对应，屏幕实际显示图像将比原稿大8倍。这时纸张的颜色应与原稿比较接近（很多扫描仪对这种颜色还原能力不强），字体的边缘应无锯齿现象，（这代表了扫描仪的清晰度，有锯齿说明扫描仪清晰度不良）同时应能够清晰地看到纸张表面凹凸不平。（这一点反映了扫描仪对色彩细节的还原能力），只要满足有这三点，扫描仪的性能就基本满意。判断扫描仪是否是真正的36bit及以上的扫描仪，可取一张照片，对其背面进行扫描，它的背面一般有淡淡的水印，如果扫描仪能够清晰的扫描出这些水印，说明扫描仪货真价实。
一般用户可采用下述方法对扫描仪的感光元件质量、传动机构、分辨率、灰度级、色彩等性能进行检测。
A、检测感光元件：扫描一组水平细线（如发丝或金属丝），然后在ACDSee 32中浏览，将比例设置为100％观察，如纵向有断线现象，说明感光元件排列不均匀或有坏块。
B、检测传动机构：扫描一张标称幅面（如A4）图片，在ACDSee 32中浏览，将比例设置为100％观察，如横向有撕裂现象或能观察出的水平线，说明传动机构有机械故障。
C、检测分辨率：用标称分辨率（如600DPI）扫描彩色照片，然后在ACDSee中浏览，将比例设置为100％观察，不应观察到混杂色块，否则分辨率不足。一般检查可用标称分辨率扫描一张人物面部特写（照片质量要好），注意观察面部皱纹的分支的连续性，分辨率较高的扫描仪的表现较好。也可用标称分辨率同时扫描一张“一元小钞”和一张“百元大钞”， 在ACDSee中设置为100％的比例浏览时，肉眼无法观察出的细节，如底纹和色彩，应能分辨得很清楚。
D、检测灰度级：选择标称灰度级扫描一张带有灯光的夜景照片，注意观察亮处和暗处之间的层次，灰度级高的扫描仪，对图像细节（特别是暗区）的表现较好。如果你对灰度级要求很高，可选择默认值扫描一张色标卡样本，如AGFA公司的IT8彩色标准色标卡（国际公认的权威标准），该卡上有22级灰度梯尺，用PhotoShop的Eyedropper功能读出扫描结果中22级灰度的解析程度，常见扫描仪大多能分辨出20级左右的灰度。
E、检测色彩：选择标称色彩位数、取消色彩校正扫描一张白纸，如果扫描出的白色底板上有浅浅的色彩（有些低档扫描仪带有较深的色彩），说明扫描仪的色彩系统有问题。选择标称色彩位数扫描一张色彩丰富的彩照，将显示器的显示模式设置为真彩色，与原稿比较一下，观察色彩是否饱满，有无偏色现象。如果你对色彩要求很高，可选择默认值扫描一张色标卡样本（如AGFA公司的IT8彩色标准色标卡），用PhotoShop的Eyedropper功能读出纯黑和纯白区域的RGB值（纯黑区域的RGB值越接近0越好；纯白区域的RGB值越接近255越好；两者之间数值范围越宽，说明动态范围越大；RGB三色值越平均，说明色彩偏差越小）。纯黑区域的RGB值一般应在20以下，最好小于15；纯白区域的RGB值一般应在233以上，最好大于240；RGB三色值一般应小于10，最好能小于5。
F、OCR文字识别输入检测：扫描一张自带印刷稿，采用黑白二值、标称分辨率进行扫描，300DPI的扫描仪能对报纸上的5号字作出正确的识别，600DPI的扫描仪几乎能认清名片上的7号字。
四、实例分析——BENQ 5250C扫描仪
BENQ是世界三大扫描仪厂商之一，很多品牌的扫描仪产品都是BENQ所OEM的。这款5250C扫描仪是BENQ最新推出的产品。
5250C最大的卖点是它的外观，在5250C的上盖上印刷了唐代大书法家怀素的狂草，外观看上去书卷气很浓，当然，这对于性能来说是没有实际意义的。
5250C真正在设计上令我们称道的，其实还是两点：第一，5250C的耗电大大低于传统的扫描仪，以至于它不需要外置的电源，只要使用USB接口供电就可以正常工作。而且它使用的是USB2.0接口，这样在扫描速度上要比传统的USB1.1接口更快，当然，由于扫描仪的速度瓶颈主要还是在于其机械部分，所以不能指望速度提升会像理论上那么大。另外，由于扫描仪依然是一种高功率的USB设备，所以必须让5250C独占一个主板USB接口，不要和其他设备共用，这样，有些时候可能使用起来不会很方便。
第二，5250C的上盖铰链设计很独特。一般来说，大多数扫描仪都使用了合页式的铰链，扫描书籍等较厚的扫描物时只能把上盖拆下来扫描。但是这样的话由于上盖没有固定，有些时候扫描效果并不理想。而5250C采用了类似佳能“Z铰链”的设计，在不拆下上盖的情况下就可以提高上盖的高度，显然要方便了很多。
5250C是明基近年来少见的超薄扫描仪，像其他超薄扫描仪一样。可以支持立式扫描，不过由于侧面预留的纸张支持槽不大，所以我们并不推荐这样做。
5250C像其他超薄扫描仪一样，使用的也是CIS扫描技术，分辨率则达到了1200*2400dpi，远远超过了传统CIS扫描仪的水平。色深则达到了彩色 48bit（输入/输出），灰阶 16bit（输入/输出）。
对于民用级的扫描仪来说，可以说一小半性能取决于硬件，另一大半性能则取决于配套的软件，明基在这方面的研发上一向非常强势。5250C包含了明基独有的第二代微雕技术，所谓微雕技术，其实就是明基研发的一种色彩处理技术，它根据明基多年扫描仪研发积累的经验数据，可以对扫描的图像进行自动色彩调整，使之无论环境如何都可以调整到最佳的色彩表现上。这项技术在明基扫描仪上已经使用了两年，而5250C则是其第二代，将原来的二维处理算法改进为三维处理，使图像的色彩更为突出鲜明，富有立体感。
除了微雕技术之外，5250C驱动的其他功能也非常强大，首先，它具有图片自动校正技术，可以将倾斜的图片自动摆正并自动存档。其次，它具有多种自动扫描模式，只要选定一个模式，就会自动根据内置的参数完成扫描并自动调节，输出的已经是可以不须处理直接使用的图像。
不过5250C最为引人的其实还是其图像拼接技术，只要扫描两张A4规格的图像，它就可以通过自带的软件寻找其中的共同点，将其拼接为A3尺寸的图像，进而还可以生成更大尺寸的扫描图像。比之传统扫描仪要手动完成这一过程要方便了很多。
同时，5250C还捆绑了ArcSoft PhotoImpression（影像编辑） ArcSoft PhotoBase（多媒体管理） ABBYY FineReader OCR（英文拉丁文识别软件） 汉王OCR（中文识别软件） ，Photofamily2.0图片管理软件等第三方软件，以完成图像处理、文字处理等各项扫描仪所须的功能，捆绑的软件也都是同类产品中的佼佼者。
当然，理论上谈这么多，还是要实际扫描一下来看看。
从扫描的效果来看，BENQ5250C并不比普通民用级别的CCD扫描仪来得差，特别在CIS扫描仪传统的弱项色彩上表现不错。只是在实物扫描上还是不算理想，不过对于大多数家庭用户来说，这方面的应用也很有限。
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