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條碼掃描槍的工作原理

條碼掃描槍的工作原理

摘要:常見的平板式掃描槍一般由光源、光學透鏡、掃描模組、模擬數字轉換電路加塑料外殼構成。它利用光電元件將檢測到的光信號轉換成電信號,再將電信號通過模擬數字轉換器轉化為數字信號傳輸到計算機中處理。當掃描一副圖像的時候,光源照射到圖像上后反射光穿過透鏡會聚到掃描模組上,由掃描模組把光信號轉換成模擬數字信號

豐富的生活隨著彩色打印機的介入,老百姓的家庭變得更加多彩。近年來計算機技術的飛速發展,有些家庭有了更多的需求——掃描槍。它更是為家庭娛樂提供了新的融洽親情的方式。在選擇使用掃描槍前,先認識一下掃描槍。掃描槍作為光學、機械、電子、軟件應用等技術緊密結合的高科技產品,是繼鍵盤和鼠標之后的第三代主要的電腦輸入設備。掃描槍自80年代誕生之后,得到了迅猛的發展和廣泛的應用,從最直接的圖片、照片、膠片到各類圖紙圖形以及文稿資料都可以用掃描槍輸入到計算機中,進而實現對這些圖像信息的處理、管理、使用、存儲或輸出。


  1.掃描槍接口:
  掃描槍的常用接口類型有以下三種:
  (1)SCSI(小型計算機標準接口):此接口最大的連接設備數為8個,通常最大的傳輸速度是40M/S,速度較快,一般連接高速的設備。SCSI設備的安裝較復雜,在PC機上一般要另加SCSI卡,容易產生硬件沖突,但是功能強大。
  (2)EPP(增強型并行接口):一種增強了的雙向并行傳輸接口,最高傳輸速度為1.5Mbps。優點是不需在PC中用其它的卡,無限制連接數目(只要你有足夠的端口),設備的安裝及使用容易。缺點是速度比SCSI慢。此接口因安裝和使用簡單方便而在中低端對性能要求不高的場合取代SCSI接口。
  (3)USB(通用串行總線接口):最多可連接127臺外設,現在的USB1.1標準最高傳輸速度為12Mbps,并且有一個輔通道用來傳輸低速數據。在將來如果有了USB2.0標準的掃描槍速度可能會擴展到480M/s。具熱插拔功能,即插即用。此接口的掃描槍隨著USB標準在Intel的力推之下的確立和推廣而逐漸普及。

  2.掃描槍內部結構和工作原理:
  常見的平板式掃描槍一般由光源、光學透鏡、掃描模組、模擬數字轉換電路加塑料外殼構成。它利用光電元件將檢測到的光信號轉換成電信號,再將電信號通過模擬數字轉換器轉化為數字信號傳輸到計算機中處理。當掃描一副圖像的時候,光源照射到圖像上后反射光穿過透鏡會聚到掃描模組上,由掃描模組把光信號轉換成模擬數字信號(即電壓,它與接受到的光的強度有關),同時指出那個像數的灰暗程度。這時候模擬-數字轉換電路把模擬電壓轉換成數字訊號,傳送到電腦。顏色用RGB三色的8、10、12位來量化,既把信號處理成上述位數的圖像輸出。如果有更高的量化位數,意味著圖像能有更豐富的層次和深度,但顏色范圍已超出人眼的識別能力,所以在可分辨的范圍內對于我們來說,更高位數的掃描槍掃描出來的效果就是顏色銜接平滑,能夠看到更多的畫面細節。

  3.掃描槍的分辨率:
  掃描槍的分辨率要從三個方面來確定:光學部分、硬件部分和軟件部分。也就是說,掃描槍的分辨率等于其光學部件的分辨率加上其自身通過硬件及軟件進行處理分析所得到的分辨率。
  光學分辨率是掃描槍的光學部件在每平方英寸面積內所能捕捉到的實際的光點數,是指掃描槍CCD(或者其它光電器件)的物理分辨率,也是掃描槍的真實分辨率,它的數值是由光電元件所能捕捉的像素點除以掃描槍水平最大可掃尺寸得到的數值。如分辨率為1200DPI的掃描槍,往往其光學部分的分辨率只占 400~600DPI。擴充部分的分辨率由硬件和軟件聯合生成,這個過程是通過計算機對圖像進行分析,對空白部分進行數學填充所產生的(這一過程也叫插值處理)。
  光學掃描與輸出是一對一的,掃描到什么,輸出的就是什么。經過計算機軟硬件處理之后,輸出的圖像就會變得更逼真,分辨率會更高。目前市面上出售的掃描槍大都具有對分辨率的軟、硬件擴充功 能。有的掃描槍廣告上寫9600×9600DPI,這只是通過軟件插值得到的最大分辨率,并不是掃描槍真正光學分辨率。所以對掃描槍來講,其分辨率有光學分辨率(或稱光學解析度)和最大分辨率之說,當然我們關心的就是光學分辨率了,這才是硬功夫。
  我們說某臺掃描槍的分辨率高達4800DPI(這個4800DPI是光學分辨率 和軟件差值處理的總和),是指用掃描槍輸入圖像時,在1平方英寸的掃描 幅面上,可采集到4800×4800個像素點(Pixel)。1英寸見方的掃描區域,用4800DPI的分辨率掃描后生成的圖像大小是 4800Pixel×4800Pixel。在掃 描圖像時,掃描分辨率設得越高,生成的圖像的效果就越精細,生成的圖像文件也越大,但插值成分也越多。

  4.掃描槍的光電器件:
  目前市場上掃描槍所使用的感光器件主要有四種:光電倍增管,硅氧化物隔離CCD,半導體隔離CCD,接觸式感光器件(CIS或LIDE)。
  主流是兩種CCD,其原理簡單說是:在一片硅單晶上集成了幾千到幾萬個光電三極管,這些光電三極管分為三列,分別用紅綠藍色的濾色鏡罩住,從而實現彩色掃描。兩種CCD相比較,硅氧化物隔離CCD又比半導體隔離CCD好,熟悉物理的朋友自然知道理由。簡單的說是半導體的CCD三極管間漏電現象會影響掃描精度,用硅氧化物隔離會大大減小漏電現象(這個是絕緣體的),當然最好再加上溫度控制,因為不管是半導體還是導體一般都是溫敏的,升溫導電性一般會提高(成本會提高不少,價格嘛,不說大家也知道會怎么樣了)。現在主流市場上的多數是半導體隔離CCD 用,硅氧化物隔離CCD 的比較少,顯然是因為成本較高。如果要了解一款掃描槍的效果,很重要的就是了解掃描槍是用什么品質的光電元件,呵呵,就算同是半導體隔離質量也有差別。
  接觸式感光器件,它使用的感光材料一般是我們用來制造光敏電阻的硫化鎘,生產成本應該是較CCD低得多(市場上同等精度的CIS掃描槍總是比CCD的掃描槍便宜不少正是這個原因)。掃描距離短,掃描清晰度低甚至有的時候達不到標稱值,溫度變化比較容易影響掃描精度,這些正是這種掃描槍的致命問題。對物理熟悉的朋友應該知道硫化鎘的電阻間漏電現象比半導體隔還大,這還要降低精度(呵呵,不說了,說得CIS好像差得不得了,做掃描槍的廠家要來砍死我了)。
  光電倍增管,感光材料主要是金屬銫的氧化物。他的掃描精度,甚至受溫度影響的程度和噪音等都是最好的,可價格也是最貴的。一般用戶如我這樣都是夢寐以求而已,價格太貴我們這里就略過其具體的技術特點了。
  一臺掃描槍的光電器件是決定其性能的重要因素,其它的如控制電路,軟件等也很重要。直接了解這些資料可能有些困難。我們往往只能了解有限的內容(商業秘密嘛),我們在判斷一款掃描槍的性能到底如何的時候,只有靠實際操作和評測軟件等方法來了解。

 

 

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