S2.3 扫描仪基本知识
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彩色印刷品的最大密度大约在1.6 ～ 2.0； 彩色照片可达到2.5 ～ 2.8； 彩色正片可达到3.0～3.3
动态范围由扫描仪所使用的光学采集器件的性能决定。
扫描分辨率
扫描分辨率是指在扫描过程中扫描仪对图像细节的分辨 能力，是度量在数字化过程中一个给定的间隔内扫描设 备采样信息密度。
单位：dpi（Dot per Inch）
3
光源
光线反射至
透镜
光电倍增管
光源 光臂
光线反射至 光电倍增管
反射镜
反射稿扫描
透射稿扫描
像素是构成图 像的基本单元， 它将原稿的不 同密度转换成 光量强弱，并 由此转变成能 进行各种处理 的模拟电信号 或数字信号。
滚筒扫描仪的信号流程
2018/4/9
对数放大器的作用
• 各颜色通道的灰度值与从光 电转换器出来的电信号存在 逆对数关系，如图中的实线 所示。对数放大器的作用是 在进行光电转换时尽量做到 按线性比例转换，如图中的 虚线所示。
2018/4/9
其作用是将原稿的 信பைடு நூலகம்反射到镜头上
镜头将扫描信息传 送到CCD感光器件， 扫描仪的光学分辨 率，主要是由镜头 的质量和CCD的数
量决定
将照射到其 上的光图像 转换成电信
号
当光线照射到图像 传感器的感光面上 时，每个CCD图像 单元都接受照射其 上的光线，并根据 感应到的光线强弱， 产生相应的电荷
线形CCD结构与工作原理
光路示意图 • 扫描反射稿光路
• 扫描透射稿光路
CCD的工作过程主要是电荷的产生、存储、传输和检测。
1
CCD扫描仪结构框图
原稿
长光管光源 光学镜头
线阵CCD
控制部分
A/D及图像处理 计算机
步进电动机枢动
以行扫描的方式对原稿上的 信息以一行一行的方式进行 扫描输入。由条形光源并行 发光，通过光学成像系统将 信息投射到线阵CCD上。
滚筒扫描仪采用螺旋式扫描方式，滚筒旋转一周形成一条 扫描线，扫描仪将该扫描线分割成一个个像素，逐点分析 记录。
主扫描方向分辨率rm取决于扫描光斑尺寸： rm =1/a
副扫描方向分辨率rn取决于水平方向扫描线数
例4 一台滚筒扫描仪对尺寸是9cm×12cm(推进方向×圆周方 向)的反转片原稿按600（l/cm）分辨率进行扫描，滚筒旋转 速度是每分钟1500转，问扫描时间。 提示：滚筒旋转一周即采集一列像素
1）预扫描
A.准备并放置原稿； B.确定图像的扫描区域；
2）参数设置
A.选择正确的原稿类型； B.选择图像模式； C.选择扫描的分辨率；
3）色彩调整；
A.色彩和层次校正； B.黑白场定标； C.锐化或去网工作；
4）扫描图像；
5）图像的存贮。
扫描流程
预览
色
层
彩
次
校
校
正
正
参数设置
图 像 类 别
分 辨 率 设 定
扫描仪高
3.2滚筒式扫描仪
滚筒式扫描仪主要结构
机械与电气部分：滚筒驱动电机、扫描电机、滚筒位 置编码器、滚筒等
扫描头：光源、光学系统、光电转换器件（光电倍增 管PMT）、放大器等
电子电路：前置放大器、对数放大器、模/数（A/D） 转换器等
光电转换器件——PMT
PMT结构和原理示意图
投射到原稿上的光线逐点对原稿进行扫描，并将透射和反 射光线引导到光电倍增管（PMT: Photo Multiplier Tube ），进行放大，并进行模数转换进而获得每一个扫 描像素点的三原色的分色颜色值。
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信号流程
光源 原稿
RGB滤色镜
CCD
A/D转换器
计算机
平面扫描仪的特点
• 优点
• 缺点
采用光电耦合器件（CCD） 为光电转换器件
1.扫描速度快使用方便 2.对原稿的适应性强，价
格低廉
1.密度的动态范围低 2.对图像的暗调部分表现能 力较差 3.扫描透射原稿效果不够理 想 4.分辨率和清晰度不如滚筒
– 原稿为彩色或黑白有明暗层次，最终要求为连续调黑白 颜色，选择256Shades of Gray类型。
– 不管什么稿，最终要求为黑白线条的话，可以选择Line Art类型。
– 有一些扫描仪的扫描色彩模式还有CMYK色彩模式。一 般高档扫描仪都能扫CMYK。若原稿为彩色，最终要求 也扫描为彩色，并且扫描图像的用途是为印刷目的的话， 可选择CMYK模式。
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（2）面阵CCD的光学分辨率
• 取决于矩阵CCD阵列的光敏单元数量。 • 在任何方向捕获的像素总数是固定的。如：Kodak
DSC 410的分辨率固定为1524×1012 pixel
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（3）滚筒扫描仪的光学分辨率
取决于旋转速度、光源的亮度、步进 电机的功能、镜头孔径的尺寸等。它 由沿滚筒轴向的主扫描方向分辨率和 沿滚筒横向的副扫描方向分辨率组成。
• 信噪比 • 动态范围 • 扫描分辨率 • 色深度 • 清晰度 • 缩放倍率 • 扫描速度
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• 信噪比（Signal to Noise Ratio）：信号与干扰噪声 之间的比例关系，信噪比越高，对有用信号的提取就越 准确和清晰。
扫描动态密度范围:
• 动态范围是表现器件或系统可处理的最大信号和 可恢复的最小信号之比值。
Far色bti位efe深in bit
位深与颜色数量之间关系
位深 / 颜色数
1bit 2
2bit 4 3bit 8
色彩数 2位深
4bit 16
8bit 256
16bit 65,536
24bit 16,7 Mio
大多数情况下，Lab、RGB、灰度和CMYK图 像的每个颜色通道包含8 位数据。
例：位图、Lab、RGB、灰度和CMYK图像中 每个像素的色彩各需要几位数据描述？
系统动态范围与印品颜色密度 动态范围越大，器件采集色调细微变化的能力，或区
别相近颜色之间细微差别的能力就越强。 印刷中的颜色密度：表现原稿或印刷品在相同亮度照
射情况下的“黑”的程度。对透射稿图像的光阻能力 和对反射稿图像的光吸收能力的度量。
低档印刷品 高档印刷品 彩色照片 彩色正片
理论上讲，最大的密度范围从0.0至4.0。 4.0是炭黑的 理论密度， 0.0是纯光。
f =1/（L+d）
其中：
L——CCD单元尺寸 d——CCD单元间距
课堂练习（一）
例1 已知CCD单元尺寸为30um，单元间距为12um，求 扫描仪水平方向分辨率。
分析： 每个CCD单元及间隔为： L+d=（30+12）um=42um=42×10-4cm =42/2.54 × 10-4inch ≈16.5 × 10-4inch
• 动态范围越高，则能够清晰采集的最小信息和最 大信息的比例越大，要使用更高的采样位数（位 深）来对输出的信息进行模数转换，并获得有效 信息。
• 系统的动态范围实际上就从本质上决定了系统的 采样精度（即位深）
f （扫描信号） fmax
B
A fmin
Dmin
Da
（原稿信号）
Db
Dmax
D
[Dmin,Dmax]称作扫描仪有效动态范围，区 间越大，图像数字化质量越高。
首先求出在原稿上要采集多少列像素： 9(cm) ×600(l/cm)=5400(l)
5400(l)÷1500(l/min)=3.6min=3min36s
B 内插分辨率
• 是指在光学分辨率的基础上，在软件算法的帮助下，在两 个光学实际像素之间增加新的像素，并由此产生的一种伪 分辨率。内插算法不会增加新的细节，只是在相邻像素间 求出颜色和灰度数据的平均值。
扫描设备的最高分辨率常用光学分辨率和内插分辨率两 种方法来定义。
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A 光学分辨率
决定扫描仪所能分辨扫描图像的清晰程度
平台式 滚筒式
垂直分辨率 水平分辨率
步进-扫描速度 CCD
光学分辨率
• 光学分辨率是指一个扫描系统在扫描方向上的实际采 样密度，即单位长度上的采样点数，包括扫描行方向 的分辨率（水平光学分辨率）和扫描行进方向的分辨 率（垂直分辨率）。其单位是dpi（dots per inch）。
• 清晰度
• 缩放倍率 – 缩放倍率反比于分辨率—思考？？
扫描幅面--成像面积
又称之为“扫描幅面”，是指数字化设备可以接受的最大原 始图像的尺寸。
平面式扫描仪的成像面积从21.25cm×27.50cm(8.5in ×11in)到27.50cm×42.50cm(11in ×17in)
滚筒式扫描仪的成像面积从21.25cm×27.50cm(8.5in ×11in)到50.00cm×62.50cm(20in ×25in)
扫描速度
影响扫描速度的主要原因： 扫描次数 扫描的前进步长 扫描仪对信号的处理：包括信号的转换、接收和储存
等
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扫描速度
• 与系统配置、扫描分辨率设置、扫描尺寸、放大倍数有关； • 还于扫描步进长度有关； • 表示方法：扫描一条线所用时间（ms）
• 与图像质量关系
3.4 扫描基本步骤
• 实际上目前光学分辨率都在 600～1200dpi之间。
色彩深度和灰度级数
• 色彩位数-色深 – 表示扫描设备可以捕获的每个像素上检测出的最大颜 色或灰度级信息的二进制位数，包括“位深度”和 “色深度”两个不同的含义。 – 色彩位数越高，图像捕捉的细节数量就越多。 – 24位RGB彩色被认为是扫描和图像编辑的一种标准。
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第三节 扫描仪基本知识
扫描仪类型 扫描仪参数
平台式扫描仪 滚筒式扫描仪
扫描操作
由扫描仪的名称可知原稿在扫描仪上的摆放位置。
原稿
原稿
3.1平台式扫描仪
平面扫描仪的主要构成 • 光学系统：光源、反射镜、棱镜等 • 光电转换系统：电荷耦合器件（CCD）等 • 电子系统：A/D转换器、控制电路、接口电路等 • 机械系统：机体、扫描平台、机械传动部件等
• 水平光学分辨率是由CCD光学器件中的采集单元的数 目和扫描幅面相除而算出的，其为： 水平光学分辨率=线阵像素 /扫描宽度
• 垂直光学分辨率是由每条行扫描线之间的步进距离决 定的，它可以由驱动和传动来调节。
（1）线阵CCD的光学分辨率
由水平分辨率和垂直分辨率组合而成，即：水平方向取 决于光敏单元的集成度，垂直方向由扫描步进电机步长 确定。
预扫描
色彩调整
黑
清
白
晰
场
度
定
强
标
调
精扫描
存储
（1）预扫描 – 确定扫描区域的范围； – 对图片的基本层次、颜色有一个了解，让操作者据扫 描仪所获得的层次、颜色信息进行基本设置和适当的 调节。 – 一般用72dpi低分辨率预扫，速度快、节约时间。
（2）扫描颜色类型的确定
– 原稿为彩色，最终要求扫描也为彩色图像的话，一般选 择Millions of colors，色彩模式为RGB。
∴f=1/（ 16.5 × 10-4）≈606ppi
• 例2 一台平台扫描仪的扫描速度是25（l/s），对尺寸是 20cm×15cm（推进方向×CCD方向）的原稿按扫描分辨率 240（l/cm）进行扫描，问扫描时间是多少？
反射镜
透镜
CCD 光源
原稿架
在扫描推进方向上扫描的线数是： 20（cm）×240（l/cm）=4800（l） 扫描时间就是线数除以扫描速度。 4800（l）÷25(l/s)=192s=3min12s
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X Pix像el素an个za数hl
滚筒式扫描仪的特点
• 优点
采用光电倍增管（PMT）
作为光信号接收器，它
对光的敏感度高，因此
密度响应范围大，对图 • 缺点
像的暗调层次表现好。 分辨率高。
使用不如平面扫描仪方便， 扫描速度比较慢，价格偏
高。
两者之间的差异
• 结构不同 • 核心部件不同 • 扫描方式不同 • 密度范围 • 清晰度
3.3 扫描仪的性能与参数
• 灰度级数-位深 – 与动态范围的关系
18 × 12 Pixel, 1 bit
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18 × 12 Pixel, 8 bit
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动态范围由扫描仪所使用的光学采集器件的性能决定。
扫描分辨率
扫描分辨率是指在扫描过程中扫描仪对图像细节的分辨 能力，是度量在数字化过程中一个给定的间隔内扫描设 备采样信息密度。
单位：dpi（Dot per Inch）
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光源
光线反射至
透镜
光电倍增管
光源 光臂
光线反射至 光电倍增管
反射镜
反射稿扫描
透射稿扫描
像素是构成图 像的基本单元， 它将原稿的不 同密度转换成 光量强弱，并 由此转变成能 进行各种处理 的模拟电信号 或数字信号。
滚筒扫描仪的信号流程
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对数放大器的作用
• 各颜色通道的灰度值与从光 电转换器出来的电信号存在 逆对数关系，如图中的实线 所示。对数放大器的作用是 在进行光电转换时尽量做到 按线性比例转换，如图中的 虚线所示。
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其作用是将原稿的 信பைடு நூலகம்反射到镜头上
镜头将扫描信息传 送到CCD感光器件， 扫描仪的光学分辨 率，主要是由镜头 的质量和CCD的数
量决定
将照射到其 上的光图像 转换成电信
号
当光线照射到图像 传感器的感光面上 时，每个CCD图像 单元都接受照射其 上的光线，并根据 感应到的光线强弱， 产生相应的电荷
线形CCD结构与工作原理
光路示意图 • 扫描反射稿光路
• 扫描透射稿光路
CCD的工作过程主要是电荷的产生、存储、传输和检测。
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CCD扫描仪结构框图
原稿
长光管光源 光学镜头
线阵CCD
控制部分
A/D及图像处理 计算机
步进电动机枢动
以行扫描的方式对原稿上的 信息以一行一行的方式进行 扫描输入。由条形光源并行 发光，通过光学成像系统将 信息投射到线阵CCD上。
滚筒扫描仪采用螺旋式扫描方式，滚筒旋转一周形成一条 扫描线，扫描仪将该扫描线分割成一个个像素，逐点分析 记录。
主扫描方向分辨率rm取决于扫描光斑尺寸： rm =1/a
副扫描方向分辨率rn取决于水平方向扫描线数
例4 一台滚筒扫描仪对尺寸是9cm×12cm(推进方向×圆周方 向)的反转片原稿按600（l/cm）分辨率进行扫描，滚筒旋转 速度是每分钟1500转，问扫描时间。 提示：滚筒旋转一周即采集一列像素
1）预扫描
A.准备并放置原稿； B.确定图像的扫描区域；
2）参数设置
A.选择正确的原稿类型； B.选择图像模式； C.选择扫描的分辨率；
3）色彩调整；
A.色彩和层次校正； B.黑白场定标； C.锐化或去网工作；
4）扫描图像；
5）图像的存贮。
扫描流程
预览
色
层
彩
次
校
校
正
正
参数设置
图 像 类 别
分 辨 率 设 定
扫描仪高
3.2滚筒式扫描仪
滚筒式扫描仪主要结构
机械与电气部分：滚筒驱动电机、扫描电机、滚筒位 置编码器、滚筒等
扫描头：光源、光学系统、光电转换器件（光电倍增 管PMT）、放大器等
电子电路：前置放大器、对数放大器、模/数（A/D） 转换器等
光电转换器件——PMT
PMT结构和原理示意图
投射到原稿上的光线逐点对原稿进行扫描，并将透射和反 射光线引导到光电倍增管（PMT: Photo Multiplier Tube ），进行放大，并进行模数转换进而获得每一个扫 描像素点的三原色的分色颜色值。
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信号流程
光源 原稿
RGB滤色镜
CCD
A/D转换器
计算机
平面扫描仪的特点
• 优点
• 缺点
采用光电耦合器件（CCD） 为光电转换器件
1.扫描速度快使用方便 2.对原稿的适应性强，价
格低廉
1.密度的动态范围低 2.对图像的暗调部分表现能 力较差 3.扫描透射原稿效果不够理 想 4.分辨率和清晰度不如滚筒
– 原稿为彩色或黑白有明暗层次，最终要求为连续调黑白 颜色，选择256Shades of Gray类型。
– 不管什么稿，最终要求为黑白线条的话，可以选择Line Art类型。
– 有一些扫描仪的扫描色彩模式还有CMYK色彩模式。一 般高档扫描仪都能扫CMYK。若原稿为彩色，最终要求 也扫描为彩色，并且扫描图像的用途是为印刷目的的话， 可选择CMYK模式。
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（2）面阵CCD的光学分辨率
• 取决于矩阵CCD阵列的光敏单元数量。 • 在任何方向捕获的像素总数是固定的。如：Kodak
DSC 410的分辨率固定为1524×1012 pixel
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（3）滚筒扫描仪的光学分辨率
取决于旋转速度、光源的亮度、步进 电机的功能、镜头孔径的尺寸等。它 由沿滚筒轴向的主扫描方向分辨率和 沿滚筒横向的副扫描方向分辨率组成。
• 信噪比 • 动态范围 • 扫描分辨率 • 色深度 • 清晰度 • 缩放倍率 • 扫描速度
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• 信噪比（Signal to Noise Ratio）：信号与干扰噪声 之间的比例关系，信噪比越高，对有用信号的提取就越 准确和清晰。
扫描动态密度范围:
• 动态范围是表现器件或系统可处理的最大信号和 可恢复的最小信号之比值。
Far色bti位efe深in bit
位深与颜色数量之间关系
位深 / 颜色数
1bit 2
2bit 4 3bit 8
色彩数 2位深
4bit 16
8bit 256
16bit 65,536
24bit 16,7 Mio
大多数情况下，Lab、RGB、灰度和CMYK图 像的每个颜色通道包含8 位数据。
例：位图、Lab、RGB、灰度和CMYK图像中 每个像素的色彩各需要几位数据描述？
系统动态范围与印品颜色密度 动态范围越大，器件采集色调细微变化的能力，或区
别相近颜色之间细微差别的能力就越强。 印刷中的颜色密度：表现原稿或印刷品在相同亮度照
射情况下的“黑”的程度。对透射稿图像的光阻能力 和对反射稿图像的光吸收能力的度量。
低档印刷品 高档印刷品 彩色照片 彩色正片
理论上讲，最大的密度范围从0.0至4.0。 4.0是炭黑的 理论密度， 0.0是纯光。
f =1/（L+d）
其中：
L——CCD单元尺寸 d——CCD单元间距
课堂练习（一）
例1 已知CCD单元尺寸为30um，单元间距为12um，求 扫描仪水平方向分辨率。
分析： 每个CCD单元及间隔为： L+d=（30+12）um=42um=42×10-4cm =42/2.54 × 10-4inch ≈16.5 × 10-4inch
• 动态范围越高，则能够清晰采集的最小信息和最 大信息的比例越大，要使用更高的采样位数（位 深）来对输出的信息进行模数转换，并获得有效 信息。
• 系统的动态范围实际上就从本质上决定了系统的 采样精度（即位深）
f （扫描信号） fmax
B
A fmin
Dmin
Da
（原稿信号）
Db
Dmax
D
[Dmin,Dmax]称作扫描仪有效动态范围，区 间越大，图像数字化质量越高。
首先求出在原稿上要采集多少列像素： 9(cm) ×600(l/cm)=5400(l)
5400(l)÷1500(l/min)=3.6min=3min36s
B 内插分辨率
• 是指在光学分辨率的基础上，在软件算法的帮助下，在两 个光学实际像素之间增加新的像素，并由此产生的一种伪 分辨率。内插算法不会增加新的细节，只是在相邻像素间 求出颜色和灰度数据的平均值。
扫描设备的最高分辨率常用光学分辨率和内插分辨率两 种方法来定义。
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A 光学分辨率
决定扫描仪所能分辨扫描图像的清晰程度
平台式 滚筒式
垂直分辨率 水平分辨率
步进-扫描速度 CCD
光学分辨率
• 光学分辨率是指一个扫描系统在扫描方向上的实际采 样密度，即单位长度上的采样点数，包括扫描行方向 的分辨率（水平光学分辨率）和扫描行进方向的分辨 率（垂直分辨率）。其单位是dpi（dots per inch）。
• 清晰度
• 缩放倍率 – 缩放倍率反比于分辨率—思考？？
扫描幅面--成像面积
又称之为“扫描幅面”，是指数字化设备可以接受的最大原 始图像的尺寸。
平面式扫描仪的成像面积从21.25cm×27.50cm(8.5in ×11in)到27.50cm×42.50cm(11in ×17in)
滚筒式扫描仪的成像面积从21.25cm×27.50cm(8.5in ×11in)到50.00cm×62.50cm(20in ×25in)
扫描速度
影响扫描速度的主要原因： 扫描次数 扫描的前进步长 扫描仪对信号的处理：包括信号的转换、接收和储存
等
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扫描速度
• 与系统配置、扫描分辨率设置、扫描尺寸、放大倍数有关； • 还于扫描步进长度有关； • 表示方法：扫描一条线所用时间（ms）
• 与图像质量关系
3.4 扫描基本步骤
• 实际上目前光学分辨率都在 600～1200dpi之间。
色彩深度和灰度级数
• 色彩位数-色深 – 表示扫描设备可以捕获的每个像素上检测出的最大颜 色或灰度级信息的二进制位数，包括“位深度”和 “色深度”两个不同的含义。 – 色彩位数越高，图像捕捉的细节数量就越多。 – 24位RGB彩色被认为是扫描和图像编辑的一种标准。
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第三节 扫描仪基本知识
扫描仪类型 扫描仪参数
平台式扫描仪 滚筒式扫描仪
扫描操作
由扫描仪的名称可知原稿在扫描仪上的摆放位置。
原稿
原稿
3.1平台式扫描仪
平面扫描仪的主要构成 • 光学系统：光源、反射镜、棱镜等 • 光电转换系统：电荷耦合器件（CCD）等 • 电子系统：A/D转换器、控制电路、接口电路等 • 机械系统：机体、扫描平台、机械传动部件等
• 水平光学分辨率是由CCD光学器件中的采集单元的数 目和扫描幅面相除而算出的，其为： 水平光学分辨率=线阵像素 /扫描宽度
• 垂直光学分辨率是由每条行扫描线之间的步进距离决 定的，它可以由驱动和传动来调节。
（1）线阵CCD的光学分辨率
由水平分辨率和垂直分辨率组合而成，即：水平方向取 决于光敏单元的集成度，垂直方向由扫描步进电机步长 确定。
预扫描
色彩调整
黑
清
白
晰
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度
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调
精扫描
存储
（1）预扫描 – 确定扫描区域的范围； – 对图片的基本层次、颜色有一个了解，让操作者据扫 描仪所获得的层次、颜色信息进行基本设置和适当的 调节。 – 一般用72dpi低分辨率预扫，速度快、节约时间。
（2）扫描颜色类型的确定
– 原稿为彩色，最终要求扫描也为彩色图像的话，一般选 择Millions of colors，色彩模式为RGB。
∴f=1/（ 16.5 × 10-4）≈606ppi
• 例2 一台平台扫描仪的扫描速度是25（l/s），对尺寸是 20cm×15cm（推进方向×CCD方向）的原稿按扫描分辨率 240（l/cm）进行扫描，问扫描时间是多少？
反射镜
透镜
CCD 光源
原稿架
在扫描推进方向上扫描的线数是： 20（cm）×240（l/cm）=4800（l） 扫描时间就是线数除以扫描速度。 4800（l）÷25(l/s)=192s=3min12s
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滚筒式扫描仪的特点
• 优点
采用光电倍增管（PMT）
作为光信号接收器，它
对光的敏感度高，因此
密度响应范围大，对图 • 缺点
像的暗调层次表现好。 分辨率高。
使用不如平面扫描仪方便， 扫描速度比较慢，价格偏
高。
两者之间的差异
• 结构不同 • 核心部件不同 • 扫描方式不同 • 密度范围 • 清晰度
3.3 扫描仪的性能与参数
• 灰度级数-位深 – 与动态范围的关系
18 × 12 Pixel, 1 bit
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2018/4/9
18 × 12 Pixel, 8 bit
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