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行業(yè)新聞

掃描槍工作原理及應(yīng)用種類

發(fā)布時間：2018-09-17 閱覽次數(shù)：1141 次

掃描槍作為光學(xué)、機械、電子、軟件應(yīng)用等技術(shù)緊密結(jié)合的高科技產(chǎn)品，是繼鍵盤和鼠標(biāo)之后的第三代主要的電腦輸入設(shè)備。掃描槍自80年代誕生之后，得到了迅猛的發(fā)展和廣泛的應(yīng)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(xiàn)對這些圖像信息的處理、管理、使用、存儲或輸出。

背景

編輯

條形碼作為一種及時、準(zhǔn)確、可靠、經(jīng)濟的數(shù)據(jù)輸入手段已被物流信息系統(tǒng)所采用。在工業(yè)發(fā)達的國家已經(jīng)普及應(yīng)用，已成為商品獨有的世界通用的“身份證”。

歐美、日本等等國家已經(jīng)普遍使用條形碼技術(shù)，而且正在世界各地迅速推廣普及，其應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴大。由于采用了條碼，消費者從心理上對商品質(zhì)量產(chǎn)生了安全感，條碼在識別偽劣產(chǎn)品、防假打假中也可起到重要作用。因為條碼技術(shù)具有先進、適用、容易掌握和見效快等特點，在信息（數(shù)據(jù)）采集中發(fā)揮優(yōu)勢無論在商品的入庫、出庫、上架還是和顧客結(jié)算的過程，都要面對如何將數(shù)據(jù)量巨大的商品（不論是整包包裝還是拆封后單個零售）信息輸入計算機中的問題。如果在單個商品的包裝上，印制上條碼符號，利用條碼閱讀器，就可以高速、準(zhǔn)確、及時地掌握商品的品種（貨號）、數(shù)量、單價、生產(chǎn)廠家、出廠日期等信息。這樣不僅提高了效率，同時也吸引了更多的顧客，減少或消除顧客購貨后結(jié)算和付款時出現(xiàn)擁擠排隊現(xiàn)象。條形碼技術(shù)在中國將作為主要的自動識別技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制和各類管理信息系統(tǒng)中，并將滲透到多技術(shù)領(lǐng)域和高新技術(shù)的產(chǎn)品中。

條形碼技術(shù)用于物流信息系統(tǒng)中，完成計算機的信息采集與輸入。這將大大提高許多計算機管理系統(tǒng)的實用性。條碼的應(yīng)用和推廣首先源于商品管理現(xiàn)代化，即POS系統(tǒng)的應(yīng)用。如美國超級市場商品種類約為22萬多種，每年約有10，000種新商品進入市場，10，000種老商品清除，引新除舊的比例達50%，如此繁重的工作量，沒有條碼，沒有POS系統(tǒng)的應(yīng)用是難以應(yīng)付的。當(dāng)今日本在POS系統(tǒng)的應(yīng)用上走在了世界的前列。至2015年止，日本已有48，000個制造廠家約有1億種商品項目采用了EAN碼標(biāo)識，有相當(dāng)一部分商家全用POS系統(tǒng)，POS系統(tǒng)不僅限于食品雜貨，一些專業(yè)店（如醫(yī)藥、化妝品、煙酒等）也建立了POS系統(tǒng)。目前不僅POS系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，很多國家還建立了市場數(shù)據(jù)交換中心，溝通產(chǎn)、供、銷之間信息，建立貿(mào)易數(shù)據(jù)交換機構(gòu)，及時搜集匯總各商店，各種商品的銷售信息并及時反饋給制造廠家。這樣生產(chǎn)廠家可及時、準(zhǔn)確地了解商品銷售、購買情況和價格等，可分析消費者的心理，預(yù)測市場及時組織貨源。零售商可根據(jù)情況及時調(diào)整銷售計劃、進貨情況等。

交通運輸業(yè)

國際運輸協(xié)會已作出規(guī)定，貨物運輸中，物品的包裝上必須貼上條碼符號，以便所運物品進行自動化統(tǒng)計管理。此外，鐵路、公路的旅客車票自動化售票及檢票系統(tǒng)，公路收票站的自動化，貨運倉庫、貨梭的物流信息系統(tǒng)中的作用條形碼作為一種及時、準(zhǔn)確、可靠、經(jīng)濟的數(shù)據(jù)輸入手段已被物流信息系統(tǒng)所采用。在工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)普及應(yīng)用，已成為商品獨有的世界通用的“身份證”。歐美、日本等等國家已經(jīng)普遍使用條形碼技術(shù)，而且正在世界各地迅流自動化管理等，都須利用條碼技術(shù)來實時采集數(shù)據(jù)。

郵電通訊業(yè)

郵件簽收
郵件的分揀、登單是非常繁重的工作，占用了郵電職工的絕大部分工作量。在郵件上貼上或印制上條碼符號，就能用條碼閱讀設(shè)備輸入相應(yīng)的信息，實施分揀、登單的自動化管理。例如，6位數(shù)的郵政編碼用條碼符號代替，就可以利用計算機實現(xiàn)函件及各郵電局（所）都貼上相應(yīng)的條碼標(biāo)簽作為他們的代碼，用條碼閱讀設(shè)備讀取這些信息，則利用計算機可實現(xiàn)掛號函件的自動登單。

物流行業(yè)

物流倉儲
物流行業(yè)是條形碼技術(shù)一個很重要的應(yīng)用方面。在物資入庫、分類、出庫、盤點和運輸?shù)确矫妫梢匀鎸崿F(xiàn)條形碼管理。通用商品流通銷售方面在這方面軍除抓好出口商品條碼自動化管理外，應(yīng)著手研制適合中國情況的專用收款機和商場綜合管理系統(tǒng)，并經(jīng)高商場試用，逐步進行推廣。POS系統(tǒng)由若干個子系統(tǒng)組成，其中現(xiàn)金收款機（又叫收銀機）是集個人電腦和譯碼器為一身，既能自動識別條形符號，又能進行數(shù)據(jù)處理，而且能打印出購物清單，內(nèi)容包括商品名稱、價格、數(shù)量、總金額及日期等，顧客可把它作為購物收據(jù)。系統(tǒng)中的計算機是用來對數(shù)據(jù)進行綜合處理的，為此應(yīng)事先建立數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用軟件。這樣有利于根據(jù)各終端的當(dāng)日報告情況，進行商品銷售綜合分析，及時提供市場動態(tài)，并根據(jù)此確定訂貨計劃，以保證經(jīng)營活動的正常進行。由于使用了條形碼技術(shù)，既方便迅速，又保證了信息準(zhǔn)確。

行政執(zhí)法

交警執(zhí)法
當(dāng)科技強警不僅僅只是一個口號了之后，警用設(shè)備的科技含量越來越高，特別是交警、巡警和刑警也已經(jīng)開始配備移動數(shù)據(jù)設(shè)備，其中手持終端的配備，為警察提供了更強有力的執(zhí)行警務(wù)的工具。除警務(wù)外，目前衛(wèi)生、城管、稅務(wù)等等行政部門也開始嘗試使用手持終端來規(guī)范行政業(yè)務(wù)，同時提高行政效率。移動警務(wù)所使用的手持終端的功能主要有GPRS/CDMA數(shù)據(jù)、語音通訊、IC卡讀寫，以后可能還會需要指紋采集、比對等等。

鞋服行業(yè)

服裝訂貨會
條碼的普及，鞋服等時尚行業(yè)已告別手工訂貨會方式，采用手持掃描槍的銷邦無線訂貨會已廣泛普及，客戶手握掃描槍通過掃描物品條碼，即可讀出物品的顏色、款號、大小，可通過掃描槍現(xiàn)場訂貨，并將數(shù)據(jù)通過WIFI傳至后臺服務(wù)器，大大提供了訂貨會的效率。

電力行業(yè)

手工轉(zhuǎn)錄易出錯且費時費力，人工卡片抄表方式字跡不清，再往pc機轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)易出錯，抄表人員不到現(xiàn)場只進行估抄，不能精確統(tǒng)計，采用手持掃描槍，大大提高工作效率，提高抄表準(zhǔn)確性。

種類

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手持式掃描槍

手持掃描槍
手持式掃描槍是1987年推出的技術(shù)形成的產(chǎn)品，外形很像超市收款員拿在手上使用的條碼掃描槍一樣。持式掃描槍絕大多數(shù)采用CIS技術(shù)，光學(xué)分辨率為200dpi，有黑白、灰度、彩色多種類型，其中彩色類型一般為18位彩色。也有個別高檔產(chǎn)品采用CCD作為感光器件，可實現(xiàn)位真彩色，掃描效果較好。

小滾筒式掃描槍

這是手持式掃描槍和平臺式掃描槍的中間產(chǎn)品（這幾年有新的出現(xiàn)，因為是內(nèi)置供電且體積小被稱為筆記本掃描槍）這種產(chǎn)品絕大多數(shù)采用CIS技術(shù)，光學(xué)分辨率為300dpi，有彩色和灰度兩種，彩色型號一般為24位彩色。也有及少數(shù)小滾筒式掃描槍采用CCD技術(shù)，掃描效果明顯優(yōu)于CIS技術(shù)的產(chǎn)品，但由于結(jié)構(gòu)限制，體積一般明顯大于CIS技術(shù)的產(chǎn)品。小滾筒式的設(shè)計是將掃描槍的鏡頭固定，而移動要掃描的物件通過鏡頭來掃描，運作時就象打印機那樣，要掃描的物件必須穿過機器再送出，因此，被掃描的物體不可以太厚。這種掃描槍最大的好處就是，體積很小，但是由于使用起來有多種局限，例如只能掃描薄薄的紙張，范圍還不能超過掃描槍的大小。

平臺式掃描槍

又稱平板式掃描槍、臺式掃描槍，目前在市面上大部分的掃描槍都屬于平板式掃描槍，是現(xiàn)在的主流。這類掃描槍光學(xué)分辨率在300dpi-8000dpi之間，色彩位數(shù)從24位到48位，掃描幅面一般為A4或者A3。平板式的好處在于像使用復(fù)印機一樣，只要把掃描槍的上蓋打開，不管是書本、報紙、雜志、照片底片都可以放上去掃描，相當(dāng)方便，而且掃描出的效果也是所有常見類型掃描槍中最好的。

其它的還有大幅面掃描用的大幅面掃描槍、筆式掃描槍、條碼掃描槍、底片掃描槍（注意不是平板掃描槍加透掃，效果要好的多，價格當(dāng)然也貴）、實物掃描槍（不是有實物掃描能力的平板掃描槍，有點類似于數(shù)碼相機），還有主要用于業(yè)印刷排版領(lǐng)域的滾筒式掃描槍等很多。

掃描槍的種類及其用途的區(qū)別，使得掃描槍價格也有很大的差距，數(shù)百元到數(shù)千上萬元的掃描槍也因為外觀及其使用環(huán)境的因素而不同。選擇一款合適的掃描槍會讓工作流程更為簡單、更為便捷。

接口

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掃描槍的常用接口類型有以下三種：

SCSI（小型計算機標(biāo)準(zhǔn)接口）：此接口最大的連接設(shè)備數(shù)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(shè)備。SCSI設(shè)備的安裝較復(fù)雜，在PC機上一般要另加SCSI卡，容易產(chǎn)生硬件沖突，但是功能強大。

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(yōu)點是不需在PC中用其它的卡，無限制連接數(shù)目（只要你有足夠的端口），設(shè)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。

USB（通用串行總線接口）：最多可連接127臺外設(shè)，現(xiàn)在的USB1.1標(biāo)準(zhǔn)最高傳輸速度為12Mbps(1.5MB/s)，并且有一個輔通道用來傳輸?shù)退贁?shù)據(jù)(1.5Mbps(192KB/s))。USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的掃描槍速度為480Mbps(60MB/s)。USB 3.0的速度則達到了5Gbps(640MB/s)。具熱插拔功能，即插即用。此接口的掃描槍隨著USB標(biāo)準(zhǔn)在Intel的力推之下的確立和推廣而逐漸普及。

工作原理

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常見的平板式掃描槍一般由光源、光學(xué)透鏡、掃描模組、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路加塑料外殼構(gòu)成。它利用光電元件將檢測到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再將電信號通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳輸?shù)接嬎銠C中處理。當(dāng)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(zhuǎn)換成模擬數(shù)字信號（即電壓，它與接受到的光的強度有關(guān)），同時指出那個像數(shù)的灰暗程度。這時候模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路把模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)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(shù)的圖像輸出。如果有更高的量化位數(shù)，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(nèi)對于我們來說，更高位數(shù)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(jié)。

影響要素

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掃描槍的分辨率要從三個方面來確定：光學(xué)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(xué)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(xué)分辨率是掃描槍的光學(xué)部件在每平方英寸面積內(nèi)所能捕捉到的實際的光點數(shù)，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(shù)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(shù)值。如分辨率為1200DPI的掃描槍，往往其光學(xué)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(lián)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(shù)學(xué)填充所產(chǎn)生的（這一過程也叫插值處理）。

光學(xué)掃描與輸出是一對一的，掃描到什么，輸出的就是什么。經(jīng)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(xué)分辨率。所以對掃描槍來講，其分辨率有光學(xué)分辨率（或稱光學(xué)解析度）和最大分辨率之說，當(dāng)然我們關(guān)心的就是光學(xué)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(xué)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(qū)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(shè)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。

光電器件

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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(dǎo)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(xiàn)彩色掃描。兩種CCD相比較，硅氧化物隔離CCD又比半導(dǎo)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(dǎo)體的CCD三極管間漏電現(xiàn)象會影響掃描精度，用硅氧化物隔離會大大減小漏電現(xiàn)象（這個是絕緣體的），當(dāng)然最好再加上溫度控制，因為不管是半導(dǎo)體還是導(dǎo)體一般都是溫敏的，升溫導(dǎo)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）?，F(xiàn)在主流市場上的多數(shù)是半導(dǎo)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(zhì)的光電元件，就算同是半導(dǎo)體隔離質(zhì)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(chǎn)成本應(yīng)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(biāo)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(yīng)該知道硫化鎘的電阻間漏電現(xiàn)象比半導(dǎo)體隔還大，這還要降低精度。

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(shù)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(nèi)容（商業(yè)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。

選購

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掃描槍如何選購呢？

首先我們要知道什么叫做分辨率。各類掃描槍都標(biāo)明了它的光學(xué)分辨率和最大分辨率。分辨率的單位是dpi，dpi是英文Dot Per Inch的縮寫，意思是每英寸的像素點數(shù)。了解分辨率的含義以后，就讓我們來看看以下這些掃描槍的參數(shù)對我們有多么的重要。

光學(xué)分辨率是指掃描槍的光學(xué)系統(tǒng)可以采集的實際信息量，也就是掃描槍感光元件的分辨率。例如最大掃描范圍為216mm×297mm（適合于A4 紙）的掃描槍可掃描的最大寬度為8.5英寸（216mm），它的感光原件含有5100個單元，其光學(xué)分辨率為5100點÷8.5英寸=600dpi。常見的光學(xué)分辨率有300×600dpi、600×1200dpi、1200×2400dpi或者更高。

色彩分辨率又叫色彩深度、色彩模式、色彩位或色階，總之都是表示掃描槍分辨彩色或灰度細膩程度的指標(biāo)，它的單位是bit（位）。色彩位確切的含義是用多少“位”來表示掃描得到的一個像素。例如：1bit只能表示黑白像素，因為計算機中的數(shù)字使用二進制，1bit只能表示兩個值（2 1=2）即0和1，它們分別代表黑與白；8bit可以表示256個灰度級（2 8=256），它們代表從黑到白的不同灰度等級；24bit可以表示16777216種色彩（2 24=16777216），一般稱24bit以上的色彩為真彩色，當(dāng)然還有采用30bit、36bit、42bit的機種。從理論上講，色彩位數(shù)越多，顏色就越逼真。

我們再來談?wù)劮直媛逝c文件大小的關(guān)系。一般的掃描應(yīng)用軟件都可以在你預(yù)覽原始稿樣時自動計算出文件大小，但了解文件大小的計算方法更有助于你在管理掃描文件和確定掃描分辨率時作出適當(dāng)?shù)倪x擇。黑白圖像文件的計算公式是：水平尺寸×垂直尺寸×（掃描分辨率） 2÷8。彩色圖像文件的計算公式是：水平尺寸×垂直尺寸×（掃描分辨率） 2×色深×1/8。例如用24位彩色RGB方式掃描一幅普通彩色照片（3.5×5英寸），掃描分辨率為300dpi，那么得到的圖像文件長度為 5×3.5×300 2×24×1/8=4725000Byte即4.7MB。

最后一個需要闡述的概念就是OCR。它是英文Optical character recognition的縮寫。它的功能是通過掃描槍等光學(xué)輸入設(shè)備讀取印刷品上的文字圖像信息，利用模式識別的算法，分析文字的形態(tài)特征從而判別不同的漢字。中文OCR一般只適合于識別印刷體漢字。使用掃描槍加OCR可以部分地代替鍵盤輸入漢字的功能，是省力快捷的文字輸入方法。常見的OCR有清華文通、尚書、蒙恬等。補充一下掃描槍OCR識別的具體運用，代表性產(chǎn)品是Honeywell 1900，它與平板掃描儀的區(qū)別是：它可以識別打印字體（很遺憾的是它僅僅支持英文和阿拉伯?dāng)?shù)字，而不支持中文），常見的打印字體是OCR-A；OCR-B；OCR-C三種字體。我個人更喜歡OCR-B，它的外形更接近于普通的英文印刷字體。銀行支票上的數(shù)字序號就是現(xiàn)實生活中的一個例子，1900通過設(shè)置便能夠直接讀取那個序號數(shù)字，國外的部分物流業(yè)的包裹就是現(xiàn)場打印收貨標(biāo)簽的。人眼識別和掃描槍識別可以共用同一字符串，大大提高了可操作性；便利性和快捷性。

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