仪发展史

以前，面对一些带有文字的档案，美术图形，以及一些美丽的图案，人们总会想：如果能将这些都转换到计算机里，然后进行必要的编辑，那样该有多好啊！人们的这种梦想早已有之，只是找不到解决的方法，正所谓科技以人为本，于是科学家们开始努力探索解决的途径。1984年，这种梦想成真，扫描仪面世了，它的发展史从此开始了。短短二十年间到底经历了什么样的变化呢？笔者对大量的资料进行查阅，整理成文，希望能透过扫描仪的发展史能让读者加深对它的认识，了解它的发展前景。一、概述扫描仪是一种捕获影像的装置，可将影像转换为计算机可以显示、编辑、储存和输出的数字格式。扫描仪的应用范围很广泛，例如将美术图形和照片扫描结合到文件中；将印刷文字扫描输入到文字处理软件中，避免再重新打字；将传真文件扫描输入到数据库软件或文字处理软件中储存；以及在多媒体中加入影像等等。1884年，德国工程师尼普科夫(PaulGottliebNipkow)利用硒光电池发明了一种机械扫描装置，这种装置在后来的早期电视系统中得到了应用，到1939年机械扫描系统被淘汰。虽然跟后来100多年后利用计算机来操作的扫描仪没有必然的联系，但从历史的角度来说这算是人类历史上最早使用的扫描技术。扫描仪是19世纪80年代中期才出现的光机电一体化产品，它由扫描头、控制电路和机械部件组成。采取逐行扫描，得到的数字信号以点阵的形式保存，再使用文件编辑软件将它编辑成标准格式的文本储存在磁盘上。从诞生到现在扫描仪产品种类纷繁复杂，从下面的表格简单地介绍一些常见的类型。手持式扫描仪诞生于1987年，当时使用比较广泛，手持式扫描仪扫描幅面窄，难于操作和捕获精确图像，扫描效果也差。1996年后，各扫描仪厂家相继停产，从此手持式扫描仪销声匿迹。馈纸式扫描仪诞生于20世纪90年代初，随着平板式扫描仪价格的下降，这类产品也于1997年后退出了历史舞台。鼓式扫描仪又称为滚筒式扫描仪，鼓式扫描仪是专业印刷排版领域应用最广泛的产品，它使用的感光器件是光电倍增管。这种电子管，性能远远高于CCD类扫描仪。平板式扫描仪又称平台式扫描仪、台式扫描仪，这种扫描仪诞生于1984年，是目前办公用扫描仪的主流产品。扫描幅面一般为A4或者A3大幅面扫描仪一般指扫描幅面为A1、A0幅面的扫描仪，又称工程图纸扫描仪。底片扫描仪又称胶片扫描仪英寸甚至更大，光学分辨率一般可以达到2700dpi的水平，更高精度的产品则属于专业级产品。笔式扫描仪又称为扫描笔，该扫描仪外形与一支笔相似，扫描宽度大约只有四号汉字相同，使用时，贴在纸上一行一行的扫描，主要用于文字识别。条码扫描仪又称为条码阅读器、笔式扫描仪。有很多类型，其中一种与笔式扫描仪外形相似，主要用于条码的扫描识别，不能用来扫描文字和图像。实物扫描仪其结构原理类似于数码相机，它拥有支架和扫描平台，分辨率远远高于市场上常见的数码相机，只能拍摄静态物体，扫描一幅图像所花费的时间与扫描仪相当。3D扫描仪结构原理也与传统的扫描仪完全不同,生成的文件是能够精确描述物体三维结构的一系列坐标数据，输入3DMAX中即可完整地还原出物体的3D模型,无彩色和黑白之分。应用扫描仪最多的领域是出版、印刷行业，此外还可以在办公中用于资料制作、资料管理和档案管理等。另外，如专用的卡片扫描仪、CT扫描仪等其它的扫描仪不在列举之中。二、技术自1984年第一台扫描仪问世以来，扫描仪经历了从黑白扫描、彩色三次扫描过度到现在的彩色、一次扫描仪，扫描仪技术的发展日新月异。下面笔者从扫描仪五个比较重要的因素的技术革新进行分析，以此来探索扫描仪的发展道路。（1）光学分辨率扫描仪的分辨率可分为光学分辨率和最大分辨率，我们主要以“光学分辨率”为准。光学分辨率一直是扫描仪产品最为关键的性能指标，是影响扫描效果的清晰程度的最重要因素之一。300dpi的产品曾经在市场上盘踞多年，在经过1999年的一场价格大战的厮杀后终于黯然退出历史舞台，把扫描仪市场的主流地位让给了600dpi的产品。2002年，国内外几大厂家风风火火地将1200dpi光学分辨率的扫描仪产品推向市场，从此600dpi难觅踪影。到了2004年，2400dpi光学分辨率的扫描仪成为市场的热点。（2）色位色位是影响扫描效果的色彩饱和度及准确度的最重要因素之一。这里先介绍一个用来度量概念－－位。位（Bit）是计算机最小的储存单位，以0或1来表示位的值。愈多的位数可以表现愈复杂的影像信息。依次从8位灰阶用来更精确地表现一般的黑白照片到用24位彩色，通过红绿蓝信道结合后可产生1677万种颜色的组合，此时的24位的色彩也称作全彩。然后又从36位彩色到42位，再到48位，发展相当迅速。（3）扫描元件扫描仪的核心部分是完成光电转换的部件——扫描元件(也称为感光器件)。目前市场上扫描仪所使用的感光器件主要有四种：电荷藕合元件CCD、接触式感光器件CIS、光电倍增管PMT和互补金属氧化物导体CMOS。1969年美国贝尔实验室于发明CCD(ChargeCoupledDevice，电荷藕合装置)，与电脑晶片CMOS技术相似，也可作电脑记忆体及逻辑运作晶片。CCD的感光能力相对低，但CCD技术不断发展，又由于CCD的体积小、造价低，所以广泛应用于扫描仪。1998年，互补氧化金属半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，简称CMOS)诞生了，它是一种新型的图像传感技术。对于CMOS技术的研究已有数十载，但直到20世纪末把它应用于制作图像传感器。CMOS的优点是结构比CCD简单，耗电量只有普通CCD的1/3左右，而且制造成本比CCD要低。同年，一种基于CMOS技术的传感器的接触式图像传感器(ContactlmageSensor，简称CIS)也诞生了。CIS扫描仪将光源、聚焦镜片及感应器一同固定于一个外罩内，不须调节、预热，所以比CCD扫描仪起动快。CIS扫描仪体积比CCD扫描仪更小，而制造成本也更少，但品质上还是比CCD稍逊一筹，并且CCD的技术比CIS要成熟。（4）接口类型扫描仪的接口是指扫描仪与电脑主机的联接方式，目前扫描仪常见的接口方式有SCSI、EPP、USB三种。1979年SCSI技术诞生。早期的扫描仪大都是SCSI接口。优点是传输速度较快，扫描质量高；缺点是需要开机箱安装一块SCSI卡，要占用一个ISA或PCI槽以及相应的中断，安装相对复杂，有可能和其他配件发生冲突。没过几年，EPP（EnhancedParallelPort的缩写）接口技术诞生。和SCSI的扫描仪相比，其速度较慢，扫描质量稍差，但安装方便，兼容性好，大多采用EPP接口的扫描仪后部都有两个接口，一个接计算机，另一个接其他的并口设备（一般是打印机）。1994年诞生USB（UniversalSerialBus的缩写）技术，当时是由PC界的几位“巨人”——康柏、IBM、Intel和Microsoft共同推出的，旨在统一外设如打印机、外置Modem、扫描仪、鼠标等的接口，以便于安装使用，取代以往的串口、并口和PS/2接口，USB标准真正颁已经是1996年了。又过了两年，USB才迎来了真正的春天——业界巨头们共同制定了USB1.1标准，使USB技术更加成熟可靠，真正发展起来。（5）扫描仪配置软件扫描仪配置包括软件图像类、OCR类和矢量化软件等，这里不能不介绍OCR。简单地说，OCR的基本原理就是通过扫描仪将一份文稿的图像输入给计算机，然后由计算机取出每个文字的图像，并将其转换成汉字的编码。早在1929年，Taushek就在德国获得了一项有关OCR（光学字符识别）的专利。欧美国家为了将浩如烟海、与日俱增的大量报刊杂志、文件资料和单据报表等文字材料输入计算机进行信息处理，从50年代就开始了西文OCR技术的研究，以便代替人工键盘输入。文字识别软件（OCR）的出现，实现了将印刷文字扫描得到的图片转化为文本文字的功能，提供了一种全新的文字输入手段，大大提高了用户工作的效率，同时也为扫描仪的应用带来了进步。这是扫描仪发展史上一个具有重要意义的里程碑。三、主要品牌及其代表产品（1）全友（Microtek）全友（Microtek）是全球首家将CCD成像技术应用于图像扫描产品的厂家。1984年世界第一台扫描仪诞生于台湾全友，在此之前，图像的数字化只有电分一条途径，可以说全友开创了世界先河。MICROTEK多年来致力于科技的创新与推广，获得包括双光源、双平台（E.D.I.T-EmulsionDirectImagingTechnology）等技术在内的许多专利，是全球销量最大的扫描仪生产制造厂商。全友公司不仅在美国洛杉矶、圣荷塞、新奥尔良三个城市都设有研发中心，在台湾科学园、上海也有研发中心。中晶科技有限公司为全友电脑股份有限公司（MICROTEK)在中国大陆投资2570万美元设立的独资企业。全友公司在全球扫描仪领域里处于领先地位，中晶的产品一向以设计严谨、参数真实、制作精良、性能可靠而饮誉业界，它们不以虚高的所谓技术参数哗众取宠，造型也趋于稳重保守。从历史的角度来看，可以说是Microtek开创了如今如火如荼的扫描仪产业新纪元。1984年，推出世界第一台桌上型光学黑白影像扫描仪。1985年，推出世界第一台300dpi桌上型光学黑白影像扫描仪。1986年，推出世界第一台桌上型平台式黑白影像扫描仪。1992年，推出世界第一台36位胶片扫描仪ScanMaker45t，这标志着平台式扫描仪已进入高分辨率、高彩色还原度的时代。1993推出第一代正负片透光式影像扫描仪scanMaker35t。1999年10月，全球第一台42位单次1200dpi扫瞄器ScanMakerX12USL诞生。（2）清华紫光1988年，清华大学科技开发总公司成立，它是清华紫光的前身，1993年，清华大学科技开发总公司更名为清华紫光集团。清华紫光股份有限公司是主营IT和通讯业务的A股上市公司，是国家520户重点企业、国家重点高新技术企业、国家863计划成果产业化基地、全国电子信息百强企业。集清华大学的特殊优势和近20年的市场积累，以品牌、资源、资金为发展支点，以简单、高效、健康为管理思想，突出主营业务方向。在扫描仪这个领域，清华紫光有较长的历史，有强大的实力。1989年，清华紫光第一个将扫描仪引入中国大陆，中国大陆第一个自有品牌的扫描仪诞生在紫光；紫光OCR文字识别技术世界领先；紫光图档系统等众多项目列入国家火炬计划等等。