书城建筑智能建筑中办公与通信自动化系统设计与应用
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第12章 办公自动化系统设备(8)

7)接口

接口类型是指扫描仪与计算机之间采用的接口方式。常见的接口为SCSI、EPP、USB、火线接口扫描仪。采用EPP接口(接计算机并口)的扫描仪虽然略慢于SCSI接口的扫描仪,但其安装非常方便,只需通过一根电缆,即可连接扫描仪、打印机和计算机、便于笔记本电脑的联机。SCSI接口的扫描仪由于价格偏高,设置相对复杂,所以目前一般应用于设计领域。SCSI接口的速度快,USB、火线则更简便。而USB接口大大方便了多平台用户。只要计算机有USB接口,安装了驱动程序就可以使用。但是由于受到了USB接口速度的限制,采用USB接口的扫描仪一般为民用型或普通办公型。火线接口具有USB接口全部的特征,而且传输速率比SCSI接口还要快。由于目前只有苹果电脑内置了火线接口,普及率还不是很高,因此配备这样接口的扫描仪基本用于专业领域。

除了以上的主要性能指标外,扫描仪还有许多硬件和软件指标。硬件方面的指标有:扫描仪的电源,扫描仪的功耗,扫描仪的环境温度,扫描仪的环境湿度等;软件方面的指标有:自动背景,扫描镜像等。

2.4.3扫描仪的基本结构与工作原理

1.扫描仪的基本结构

扫描仪是机、光、电一体化的产品,主要由扫描仪主体(包括光学成像部分、机械传动部分和转换电路部分三部分组成)、计算机接口卡、信号线、电源线、驱动软件及应用软件组成。

2.扫描仪的工作原理 扫描仪主要由光学成像部分(扫描头)、机械传动部分(步进电机及导轨)和光电转换部分(主板)组成。扫描仪的核心是完成光电转换的光电转换器件,它可以将照射在它上面的光信号转换成为相应的电信号。光电转换器件的性能在很大程度上决定了扫描仪的整机性能。

扫描仪在工作时,光源所产生的光线首先投射在待扫材料上,产生代表图像特征的反射光(反射稿)或透射光(透射稿),光学系统采集到这些光线并将其聚焦在光电转换器件上,由光电转换器件完成光信号的光电转换,再由电路部分对这些电信号进行A/D转换及处理,产生相对的数字信号输送到计算机。

1)机械传动部分的作用

机械传动部分在控制电路的控制下带动装有光学系统和光电转换器件的扫描头,使其产生与待扫材料间的相对运动,以完成对待扫描材料的全部扫描。

2)光电转换器件的功能

扫描仪的核心是完成光电转换的转换器件。目前大多数扫描仪采用电荷耦合器件CCD(CCD,Charge Coupled Device)作为光电转换器件,它将照射的光信号直接转换成对应的电信号。

CCD是一种金属氧化物半导体(MOS)集成电路器件,实质上是一种移位寄存器,可根据光照的强弱,产生不同大小的电信号。虽然扫描仪的类型很多,不同类型的扫描仪的扫描过程、驱动方式和性能指标也不同,但各种扫描仪的扫描原理大致相同。

扫描仪内部包含着数以千计的类似于人眼感光细胞的感应体,完成光电转换作用,即CCD器件,用来把原稿文件信息“拷贝”到计算机中。

目前这种线状CCD的扫描仪,在技术应用方面正接近顶峰。提高扫描仪的精度,加快扫描处理速度和图像传输速度等性能指标,只有另寻途径,选择新的底层硬件。专业的高分辨率大幅面扫描仪,仍然采用光电倍增管作为光电转换器件。

接触式图像传感器CIS(Contract Image Sensor)为另一种光电转换部件,采用CIS技术将使扫描仪光程减少,成本大大降低,但图像品质稍逊于CCD扫描仪。

3.图像扫描原理

扫描光源发出的光线经扫描原稿被反射到一组透镜面上,再经过透镜射到一组CCD(扫描仪内部的CCD器件,通常排成一个线状阵列)上,CCD器件将不同强弱的亮度信号转换为不同大小的电信号,经A/D 转换成相应的数字信号,最后通过扫描仪的电缆线及接口传送到计算机中,从而完成整个扫描工作。

黑白两位扫描仪是用一个简单的电压比较器来取代A/D转换,每个CCD最终结果或是黑,或是白,而扫描图像的每个像素采用1bit 来表示。灰度扫描仪CCD输出的则是能分辨出明亮层次的电压,目前大多数的灰度扫描仪扫描图像中的每个像素最终以8bit即256灰度表示。

彩色扫描仪已十分流行,其相对原理相对复杂一些。通常,彩色扫描仪是将对应于红(RED)、绿(GREEN)、蓝(BLUE)三基色的三幅图像合成在一起来完成彩色图像的扫描过程。

目前,彩色扫描仪至少有四种常用的扫描方法,它们是:

1)单色光源和一可旋转的红、绿、蓝三色滤片,以产生红、绿、蓝三种基色对待扫材料进行三次扫描,每次扫描将得到待扫材料中的红、绿、蓝三种图像,最后合成RGB图像数据。

这是一种最基本的彩色扫描仪的工作基本原理,也是早期乃至现今彩色扫描仪所普遍采用的方法。90年代初期,大部分彩色扫描仪都采用这种扫描方式,其主要缺点是扫描速度较慢,有时三基色的套色不准,可能会影响到扫描的品质。

2)采用三个独立的红、绿、蓝(RGB)三色光源,在图像扫描过程中,三色光源依次闪光,分别记录红、绿、蓝图像,从而得到彩色图像。该方法因三色光源中每个光源的消耗递减程度不同会产生扫描品质下降,所以同样存在着套色不准的弊端。

3)使用三组CCD,每组CCD产生一种颜色的图像数据,经过一次扫描得到彩色图像。例如ScanJetIIc扫描仪使用一对光源,两组滤光片和一个三线型CCD,可以一次扫描得到彩色图案。这种扫描方式的一个明显优点是彩色数据的扫描速度比较快。

以上散装扫描方式在扫描的图像质量方面没有明显的差别,都难以保证三色的严格准确定位,不易套准。

4)采用图像晶体管传感器代替传统扫描仪中普遍采用的CCD光电耦合器。Seiko公司的Spetrapint彩色扫描仪首先采用了这种方法,Seiko公司称这种扫描方法比传统的扫描方法速度更快,并且容易得到更宽的高保真动态彩色范围。

4.图像扫描基本流程

扫描图像的过程就是扫描光源通过待扫材料,再经过一组镜面反射到CCD,由CCD转换产生图像数据,然后,传输给计算机主机,最后,经过适当的软件处理,以图像数据文件的形式存储或使用。

2.4.4扫描仪的硬件接口及驱动软件

1.扫描仪对计算机硬件方面的要求

实现快速高效地处理扫描仪采集到的图像信息,计算机主机必须具有快速的运算、传输能力、存储空间要足够大,这就要求计算机主机的CPU档次要高,主频要快,以满足处理速度快的要求。要求硬件接口、总线和硬盘的数据传输速度要快,以满足数据传输方面的要求。另外,计算机显示卡的显示速度也要跟上,只有这样,扫描工作才能顺利实现,充分满足扫描仪速度上的保证,使主机与扫描仪相匹配,不致造成资源上的浪费。

扫描仪对计算机存储空间上的要求有两方面的意义,一是主机的存储空间要足够大,这样才能满足一次装入内存的数据量足够大,以加快数据处理速度;二是主机硬盘的空间要足够大,这样才能满足图像信息存储的要求。主机的档次越高,对图像信息的处理能力和效率就越高。

对于彩色扫描仪,要求计算机配备TVGA(256色)以上的显示卡,对于真彩色扫描仪,即色彩数为24bit以上的彩色扫描仪,显示卡最好是24bit真彩色的,这样才能在计算机的显示器上看到扫描仪采集到的真正的色彩效果。

2.硬件接口

目前扫描仪和计算机间的接口主要有四种类型:

1)SCSI卡接口

SCSI(Small Computer Standard Iterface)原意为“小型计算机标准接口”。这种接口的特点是数据传输的速度快,在Mac机和工作站以及部分PC机上是标准配置,可使各种品牌的扫描仪直接与这些硬件平台连接。对于不带SCSI接口的PC机,用户也可使用扫描仪厂家提供的随机SCSI接口卡或自购一个SCSI通用卡完成扫描仪与计算机之间的连接。

2)EPP接口

EPP(Enhanced Parallel Port)增强并口是一种新型的通信标准,可使并口的通信速度大大提高,同时使扫描仪安装非常简单,避免了不同接口卡的硬件冲突。

3)USB接口

USB(Universal Serial Bus),即通用串行总线,为四芯串行外部总线,能把扫描仪,键盘等中低速外部设备按级联的方式连接起来,可免去PC机后面板的各种复杂的电缆。它是未来新型的一种外部设备接口。USB应用在扫描仪上的传输速度大约是800kB/s~1MB/s,需要由Pentium及其兼容技术支持。

4)火线接口

3.扫描仪的驱动软件TWAIN驱动程序是扫描仪随机带的软件。TWAIN是一个工业标准,它允许在任何遵守TWAIN标准的应用软件中直接进行图像扫描,从而避免了大多数情况下由不同供应商提供的软件和输入设备之间的兼容问题。

为了使软件直接驱动扫描仪,需要建立一种软接口标准,为此TWAIN——图像扫描仪界面标准(也称软件接口标准)应运而生。TWAIN标准的设计工作始于1991年1月,并于1992年公布了TWAIN标准的第一个版本——TWAIN Version1.0,1993年1月公布了TWAIN Version1.1,1993年5月,公布了支持MS——Windows3.x的TWAIN Version1.5,1995年公布了支持Windows95的TWAIN Version1.6。

1)TWAIN标准的基本组成部分

TWAIN的含义是应用软件和图像设备资源之间进行信息交换的软件协议标准和应用编程接(API)。

(1)应用软件

TWAIN为软件开发者提供了确定应用软件的图像接口标准和函数调用格式。