书刊扫描仪矩阵型CCD和线形CCD传感器的比较分析

 CCD技术是1969年由美国的贝尔研究室所开发出来的，最早的CCD设计都是线性排列的，成像质量很差。进入80年代，CCD影像传感器虽然有缺陷，由于不断的研究终于克服了困难，而于80年代后半期制造出高分辨率且高品质的CCD。到了90年代制造出百万像素之高分辨率CCD，此时CCD的发展更是突飞猛进，算一算CCD 发展至今也有二十多个年头了。进入2000年，CCD技术得到了迅猛发展，同时，CCD的单位面积也越来越小，美国柯达制造出了世界第一块矩阵型CCD,但是由于工艺复杂无法制造出大面积的矩阵式CCD。2008年首次在航空领域使用的真彩色矩阵型CCD技术制造的高清影像采集器。这也是CCD技术里程碑式的发展，终于制造出了真彩色巨幅真彩色矩阵式CCD。但当时巨幅真彩色矩阵式CCD制造工艺复杂，价格高昂，主要是应用在航空航天和工业领域。

由于线性CCD价格低廉，目前最高分辨率的线性CCD采集器在1000元/条，所以市场上大部分的扫描仪品牌如：虹光Avision、康泰克斯Contex、Cruse、爱普生Epson、Fujitsu、plustek等都是使用的传统线性CCD技术。目前使用矩阵型CCD的扫描仪产品多以高端非接触式书刊古籍扫描仪产品。

目前扫描仪市场使用矩阵式CCD主要分为：小面积矩阵式CCD、RGB单色矩阵式CCD、全幅真彩色矩阵式CCD三种。

1、小面积矩阵式CCD：一个画幅需要扫描多次进行软件拼接完成。出错率高，一般使用在低端书刊扫描仪产品上，比如日本柯尼卡没能达的ps7000、ps5000系列。

2、RGB单色矩阵式CCD：扫描彩色文件需要扫描多次才能完成。扫描速度较慢，一般使用在中低端矩阵式书刊扫描仪上，比如法国的i2s书刊扫描仪。

3、全幅真彩色矩阵式CCD：全彩色点对点扫描技术，完美图像还原。扫描速度快，彩色扫描只需0.3秒，全彩色处理器价格较高，一般应用在高端非接触式扫描设备上。比如德国book2net书刊案卷扫描仪系列。

　随着工业级高端CCD的民用化，使用工业级全幅真彩色矩阵式CCD来制作扫描仪。这种全新的设计大大提高了扫描仪的扫描速度(A2 400dpi 彩色0.3秒),这比使用传统线性ccd的书刊扫描仪和RGB单色矩阵扫描仪速度快了3倍。真彩色矩阵式书刊扫描仪是一次性点对点扫描成像这样使扫描图像整体还原更好，做到图像零失真。而且真彩色矩阵式扫描一次性点对点的扫描方式不用和线性或者RGB单色矩阵扫描仪一样需要走动逐行（多次）扫描，减少了传动机构，使书刊扫描仪的耐用性大大的增加了，并且减少了线性扫描设备的光线污染，降低数字化过程对珍贵资料的损坏。矩阵式CCD的使用寿命是3亿页以上，更加适合大量的古籍案卷扫描工作。

传统线形CCD扫描仪

传统扫描仪使白色光线逐行扫描文档，利用线性CCD传感器来捕捉RGB三色，影像通过镜头，然后再呈现到线性CCD传感器上，光源和线形CCD同步移动，图像通过镜片反射到CCD中，最后完成数字成像。在书刊扫描仪中，通常采用线形CCD、镜头系统和旋转镜组扫描方式来模拟对象的移动，从而采集扫描结果。在扫描过程中，线性CCD传感器会按照红、绿、蓝线的顺序来捕捉原件中的信息。当CCD处理器把这些线条转换成正确的顺序后，逐行拼接最后完成整体图像。虽然目前线性扫描仪的生产工艺已经比较成熟， 但线性ccd的扫描设备在扫描过程中ccd和光源需要来回移动，这就对传动系统有很高的润滑要求，一但在移动中出现波动就会出现图像的失真和水波纹现象。尤其是在扫描年代久远的档案古籍工作中，环境粉尘较大，对ccd轨道润滑影响很大。逐行光线对珍贵介质表面和加工人员的眼睛也会造成一定的伤害。而且多数扫描仪厂商因为考虑生产成本，多选用的是小尺寸线性CCD(A4幅面)，在设计大于A4幅面扫描设备中多是使用多条CCD组进行拼接处理，这样的好处是可以用最低的成本生产出更大幅面和更高分辨率的扫描设备，但是拼接错误的现象是很难避免的。

矩阵型CCD传感器组件

矩阵型CCD传感器组件使用的是由非常小的像素所组成的面性CCD。他的采集方式是点对点真彩色一次性采集。

真彩色矩阵式CCD传感器可以将原件表面单一像素光信号转换为电信号，采集速度瞬间完成。通常高精度下600dpi扫描A2整幅彩色图像只需要0.3秒。因为图像采集是整体一次性完成，所以图像采集色彩还原更佳。颜色过滤器为红、绿、蓝三个连续行CCD元素提供了一个非常高的色彩饱和度,图像整体采集。高质量的真彩色矩阵CCD所拥有的像素尺寸相当大，10μm×10μm大小是一个典型的像素尺寸值。更大的像素尺寸可以帮助减少噪点和其他一些可能对成像质量所造成的影响。

下面的图表显示了矩阵型CCD传感器是如何生成的。

总结：真彩色矩阵式CCD在数字化扫描领域比传统的线性CCD，不论是在扫描速度，还是扫描效果都有着很大的优势。随着CCD生产工艺的进一步提高，真彩色矩阵式CCD的制造成本会进一步降低，真彩色矩阵式CCD替代线性CCD全面进入民用级扫描仪的时代将会不远。更加完美的图像质量、更高效率的扫描设备将推动我们的数字化大潮更进一步。