書刊掃描儀矩陣型CCD和線形CCD傳感器的比較分析
時(shí)間：2017-02-06作者：方圓智能科技（天津）有限公司瀏覽：971
CCD技術(shù)是1969年由美國(guó)的貝爾研究室所開發(fā)出來的，最早的CCD設(shè)計(jì)都是線性排列的，成像質(zhì)量很差。進(jìn)入80年代，CCD影像傳感器雖然有缺陷，由于不斷的研究終于克服了困難，而于80年代后半期制造出高分辨率且高品質(zhì)的CCD。到了90年代制造出百萬像素之高分辨率CCD，此時(shí)CCD的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，算一算CCD 發(fā)展至今也有二十多個(gè)年頭了。進(jìn)入2000年，CCD技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，同時(shí)，CCD的單位面積也越來越小，美國(guó)柯達(dá)制造出了世界第一塊矩陣型CCD,但是由于工藝復(fù)雜無法制造出大面積的矩陣式CCD。2008年首次在航空領(lǐng)域使用的真彩色矩陣型CCD技術(shù)制造的高清影像采集器。這也是CCD技術(shù)里程碑式的發(fā)展，終于制造出了真彩色巨幅真彩色矩陣式CCD。但當(dāng)時(shí)巨幅真彩色矩陣式CCD制造工藝復(fù)雜，價(jià)格高昂，主要是應(yīng)用在航空航天和工業(yè)領(lǐng)域。
由于線性CCD價(jià)格低廉，目前最高分辨率的線性CCD采集器在1000元條，所以市場(chǎng)上大部分的掃描儀品牌如：虹光Avision、康泰克斯Contex、Cruse、愛普生Epson、Fujitsu、plustek等都是使用的傳統(tǒng)線性CCD技術(shù)。目前使用矩陣型CCD的掃描儀產(chǎn)品多以高端非接觸式書刊古籍掃描儀產(chǎn)品。
目前掃描儀市場(chǎng)使用矩陣式CCD主要分為：小面積矩陣式CCD、RGB單色矩陣式CCD、全幅真彩色矩陣式CCD三種。
1、小面積矩陣式CCD：一個(gè)畫幅需要掃描多次進(jìn)行軟件拼接完成。出錯(cuò)率高，一般使用在低端書刊掃描儀產(chǎn)品上，比如日本柯尼卡沒能達(dá)的ps7000、ps5000系列。
2、RGB單色矩陣式CCD：掃描彩色文件需要掃描多次才能完成。掃描速度較慢，一般使用在中低端矩陣式書刊掃描儀上，比如法國(guó)的i2s書刊掃描儀。
3、全幅真彩色矩陣式CCD：全彩色點(diǎn)對(duì)點(diǎn)掃描技術(shù)，完美圖像還原。掃描速度快，彩色掃描只需0.3秒，全彩色處理器價(jià)格較高，一般應(yīng)用在高端非接觸式掃描設(shè)備上。比如德國(guó)book2net書刊案卷掃描儀系列。
隨著工業(yè)級(jí)高端CCD的民用化，使用工業(yè)級(jí)全幅真彩色矩陣式CCD來制作掃描儀。這種全新的設(shè)計(jì)大大提高了掃描儀的掃描速度(A2 400dpi 彩色0.3秒),這比使用傳統(tǒng)線性ccd的書刊掃描儀和RGB單色矩陣掃描儀速度快了3倍。真彩色矩陣式書刊掃描儀是一次性點(diǎn)對(duì)點(diǎn)掃描成像這樣使掃描圖像整體還原更好，做到圖像零失真。而且真彩色矩陣式掃描一次性點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的掃描方式不用和線性或者RGB單色矩陣掃描儀一樣需要走動(dòng)逐行（多次）掃描，減少了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使書刊掃描儀的耐用性大大的增加了，并且減少了線性掃描設(shè)備的光線污染，降低數(shù)字化過程對(duì)珍貴資料的損壞。矩陣式CCD的使用壽命是3億頁(yè)以上，更加適合大量的古籍案卷掃描工作。
傳統(tǒng)線形CCD掃描儀
傳統(tǒng)掃描儀使白色光線逐行掃描文檔，利用線性CCD傳感器來捕捉RGB三色，影像通過鏡頭，然后再呈現(xiàn)到線性CCD傳感器上，光源和線形CCD同步移動(dòng)，圖像通過鏡片反射到CCD中，最后完成數(shù)字成像。在書刊掃描儀中，通常采用線形CCD、鏡頭系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)鏡組掃描方式來模擬對(duì)象的移動(dòng)，從而采集掃描結(jié)果。在掃描過程中，線性CCD傳感器會(huì)按照紅、綠、藍(lán)線的順序來捕捉原件中的信息。當(dāng)CCD處理器把這些線條轉(zhuǎn)換成正確的順序后，逐行拼接最后完成整體圖像。雖然目前線性掃描儀的生產(chǎn)工藝已經(jīng)比較成熟， 但線性ccd的掃描設(shè)備在掃描過程中ccd和光源需要來回移動(dòng)，這就對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有很高的潤(rùn)滑要求，一但在移動(dòng)中出現(xiàn)波動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)圖像的失真和水波紋現(xiàn)象。尤其是在掃描年代久遠(yuǎn)的檔案古籍工作中，環(huán)境粉塵較大，對(duì)ccd軌道潤(rùn)滑影響很大。逐行光線對(duì)珍貴介質(zhì)表面和加工人員的眼睛也會(huì)造成一定的傷害。
矩陣型CCD傳感器組件
矩陣型CCD傳感器組件使用的是由非常小的像素所組成的面性CCD。他的采集方式是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)真彩色一次性采集。
真彩色矩陣式CCD傳感器可以將原件表面單一像素光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，采集速度瞬間完成。通常高精度下600dpi掃描A2整幅彩色圖像只需要0.3秒。因?yàn)閳D像采集是整體一次性完成，所以圖像采集色彩還原更佳。顏色過濾器為紅、綠、藍(lán)三個(gè)連續(xù)行CCD元素提供了一個(gè)非常高的色彩飽和度,圖像整體采集。高質(zhì)量的真彩色矩陣CCD所擁有的像素尺寸相當(dāng)大，10μm×10μm大小是一個(gè)典型的像素尺寸值。更大的像素尺寸可以幫助減少噪點(diǎn)和其他一些可能對(duì)成像質(zhì)量所造成的影響。
下面的圖表顯示了矩陣型CCD傳感器是如何生成的。
總結(jié)：真彩色矩陣式CCD在數(shù)字化掃描領(lǐng)域比傳統(tǒng)的線性CCD，不論是在掃描速度，還是掃描效果都有著很大的優(yōu)勢(shì)。隨著CCD生產(chǎn)工藝的進(jìn)一步提高，真彩色矩陣式CCD的制造成本會(huì)進(jìn)一步降低，真彩色矩陣式CCD替代線性CCD全面進(jìn)入民用級(jí)掃描儀的時(shí)代將會(huì)不遠(yuǎn)。更加完美的圖像質(zhì)量、更高效率的掃描設(shè)備將推動(dòng)我們的數(shù)字化大潮更進(jìn)一步。