Công nghệ quét xuất hiện ở khắp mọi nơi và được sử dụng bằng rất nhiều cách:  

•        Máy quét Flatbed, còn được gọi là máy quét để bàn, là loại máy đa năng và phổ biến nhất. Bài báo này sẽ tập trung vào công nghệ máy quét Flatbed.   
•        Máy quét Sheet-fed cũng tương tự như máy quét Flatbed, chỉ trừ việc văn bản chuyển động được còn đầu quét thì không. Một máy quét sheet-fed trông giống một chiếc máy in cầm tay nhiều hơn. 
•        Máy quét cầm tay sử dụng cùng công nghệ với máy quét Flatbed, nhưng người dùng phải di chuyển văn bản chứ không phải dùng băng chuyền tự động. Loại máy quét này không cho chất lượng hình ảnh tốt lắm, nhưng vẫn có thể dùng để quét nhanh. 
•        Máy quét drum chuyên dùng trong ngành công nghệ in ấn bởi nó cho ra hình ảnh cực nét. Loại máy này sử dụng một công nghệ mang tên PMT (ống nhân quang – PhotoMultiplier Tube). Trong PMT, văn bản được quét sẽ được xếp lên một ống trụ bằng thủy tinh. Ở tâm ống có một cảm biến để chia ánh sáng phản chiếu từ văn bản thành 3 tia. Mỗi tia được gửi qua một bộ lọc màu, đưa vào ống nhân quang để ánh sáng chuyển thành tín hiệu điện.   

Quy tắc cơ bản của máy in là phân tích một hình ảnh và xử lý nó theo một cách nào đó. Việc chụp ảnh và chữ (OCR – công nghệ nhận diện chữ quang) cho phép bạn lưu thông tin lên một file trên máy tính. Sau đó bạn có thể thay đổi, chỉnh sửa hoặc sử dụng ảnh tùy ý. 

Trong bài này  sẽ tập trung vào máy in Flatbed, nhưng nguyên tắc cơ bản trên cũng áp dụng đối với hầu hết các công nghệ quét khác. Bạn sẽ được biết các loại máy in, công nghệ in và ý nghĩa của từ TWAIIN. Ngoài ra bạn còn hiểu thêm về độ phân giải, phép nội suy và độ sâu bit. 

Giải phẫu một chiếc máy quét  

Một chiếc máy quét thông thường gồm các bộ phận: 

• Mảng cảm biến CCD 
• Gương  
• Đầu quét
• Tấm kính
• Đèn
• Ống kính
• Nắp
• Bộ lọc
• Mô tơ
• Thanh thăng bằng
• Băng chuyền
• Bộ nguồn
• Cổng giao diện
• Mạch điều khiển

Bộ phận trung tâm của máy quét là mảng CCD. CCD là công nghệ phổ biến nhất dùng cho việc thu hình ảnh trong máy quét. CCD là một tập hợp gồm các đi ốt nhỏ nhạy cảm với ánh sáng chuyên chuyển các hạt photon thành các hạt điện tử electron. Mỗi tấm ảnh đều nhạy cảm với ánh sáng – ánh sáng vào đi ốt càng sáng thì dòng điện tạo ra tại đi ốt đó càng mạnh.    

Hình ảnh được quét sẽ chạm đến CCD qua một loạt gương, bộ lọc và thấu kính. Cụ thể quá trình phản chiếu phụ thuộc vào loại máy in, nhưng quy tắc chung thì vẫn không đổi. 

Quá trình quét

Dưới đây là những bước quét một văn bản:

·         Văn bản được đặt trên một tấm kính, đóng nắp lại. Mặt trong của nắp hầu hết các máy quét đều có tấm phẳng màu trắng, tuy một số có màu đen. Nắp có tác dụng tạo ra một màu nền đồng nhất để phần mềm quét có thể sử dụng như một điểm tham chiếu để quyết định kích thước văn bản được quét. Hầu hết các máy quét Flatbed đều cho phép tháo nắp để quét các vật thể cồng kềnh, như một trang trong cuốn sách dày hàng nghìn trang chẳng hạn.   

·         Một chiếc đèn sẽ được dùng để chiếu sáng văn bản. Trong các máy quét đời mới, đèn này là đèn huỳnh quang cathode lạnh (CCFL – Cold Cathode Fluorescent Lamp) hoặc đèn xenon, còn các máy quét cũ hơn thì dùng đèn huỳnh quang tiêu chuẩn. 

·         Toàn bộ hệ thống cơ khí (gương, thấu kính, bộ lọc và mảng CCD) cấu thành Đầu Đọc. Đầu Đọc này được di chuyển chậm dọc văn bản bởi một băng chuyền gắn vào mô tơ. Đầu Đọc cũng được gắn với thanh thăng bằng để đảm bảo nó không lung lay hoặc chệch hướng trong quá trình chuyển động. 

·         Hình ảnh trên văn bản được một gương chéo phản chiếu tới một gương khác. Một số máy quét chỉ có 2 gương trong khi số khác thường dùng 3 gương. Mỗi gương đều hơi cong để tập trung hình ảnh phản chiếu vào một mặt phẳng nhỏ hơn.

·         Chiếc gương cuối cùng phản chiếu hình ảnh tới thấu kính. Thấu kính này sẽ tập trung hình ảnh qua một Bộ Lọc vào mảng CCD. 

Cách sắp xếp Bộ Lọc và thấu kính tùy thuộc vào máy quét. Một số máy quét phải quét đến 3 lần một văn bản, mỗi lần quét sử dụng một bộ lọc màu khác nhau (đỏ, lục hoặc xanh) giữa thấu kính và mảng CCD. Sau khi hoàn thành 3 lần quét, phần mềm quét sẽ tổng hợp các hình ảnh đã lọc thành một hình ảnh hoàn chỉnh đủ màu.   

Bấm vào nút màu xanh để xem quá trình quét

Hầu hết các máy quét hiện đại đều sử dụng phương pháp quét một lần. Thấu kính sẽ chia hình ảnh thành ba phiên bản nhỏ hơn phiên bản gốc. Mỗi phiên bản nhỏ này đi qua một bộ lọc màu (đỏ, lục hoặc xanh) vào một phần riêng trên mảng CCD. Máy quét sẽ tổng hợp dữ liệu từ ba phần của mảng CCD thành một hình ảnh chung.  

Cảm biến hình ảnh tiếp xúc (CIS – Contact Image Sensor ) cũng là một công nghệ mảng khác khá phổ biến trong các máy quét Flatbed giá rẻ. CIS thay thế mảng CCD, Gương, Bộ Lọc và Thấu Kính bằng hàng dãy đèn LED xanh, đỏ hoặc lục. Hệ thống cảm biến hình ảnh, gồm từ 300 đến 600 cảm biến trải khắp vùng quét, được đặt rất gần tấm kính để văn bản. Khi quét hình ảnh, các đèn LED sẽ kết hợp với nhau để tạo ra ánh sáng trắng. Hình ảnh được chiếu sáng sẽ được các dãy cảm biến chụp lại. Máy quét CIS rẻ hơn, nhẹ hơn và mỏng hơn, nhưng chất lượng hình ảnh và độ phân giải lại không bằng máy quét CCD.  

Độ phân giải và phép nội suy 

Máy quét có độ phân giải và độ nét rất khác nhau. Hầu hết máy quét Flatbed đều có độ phân giải phần cứng ít nhất 300x300 dpi ( Dot per Inch). Độ dpi của máy tùy thuộc vào số lượng cảm biến trong một hàng ( trục X )  của mảng CCD hoặc CIS so với độ chính xác của Motor bước ( trục Y ).   

Ví dụ, nếu độ phân giải là 300x300 dpi và máy có khả năng quét một tài liệu có kích thước như bức thư thì CCD sẽ có 2550 cảm biến sắp xếp theo hàng ngang. Một máy quét theo phương pháp quét một lần có 3 hàng như vậy với tổng cộng 7650 cảm biến. Mô tơ trong ví dụ này có khả năng di chuyển với tốc độ tương đương 1/300 của một inch. Tương tự, máy quét với độ phân giải 600x300 sẽ có mảng CCD với 5100 cảm biến trên mỗi hàng ngang. 

Độ nét cũng tùy vào chất lượng ống kính cũng như độ sáng của nguồn sáng. Một chiếc đèn xenon sáng với thấu kính tốt sẽ tạo ra hình ảnh rõ hơn và sắc nét hơn so với máy quét sử dụng đèn huỳnh quang tiêu chuẩn và thấu kính thường. 

Tất nhiên nhiều máy quét có độ phân giải lên đến 4,800x4,800 hoặc thậm chí là 9,600x9,600. Để đạt được độ phân giải phần cứng với tốc độ trục x là 9600 thì cần có mảng CCD chứa 81600 cảm biến. Nếu quan sát thông số này, bạn sẽ thấy các độ phân giải cao thường là nhờ phần mềm nội suy. Vậy nội suy là gì? 

Nội suylà một quá trình mà phần mềm quét sử dụng để tăng độ phân giải của hình ảnh nhận được bằng cách tạo thêm pixel giữa các pixel thực tế sẵn có do mảng CCD quét. Các pixel thêm này được rải đều giữa các pixel liền kề. Ví dụ, nếu độ phân giải phần cứng là 300x300 và độ phân giải nội suy là600x300, thì tức là phần mềm đã thêm một pixel vào giữa hai pixel trong mỗi hàng do cảm biến CCD quét. 

Một thuật ngữ nữa vẫn được sử dụng khi nói về máy quét là độ sâu bit  ( Bit Depth ) . Đây đơn giản là số lượng màu mà máy quét có thể tạo ra. Mỗi pixel cần có 24 bit mới tạo ra được màu chuẩn, và gần như tất cả máy quét trên thị trường đều hỗ trợ tiêu chuẩn này. Một số có độ sâu bit tới 30 hoặc 36 bit. Chúng vẫn chỉ cho ra màu 24 bit, nhưng chọn được tùy chọn tốt nhất trong số các màu trong bảng màu. Tuy nhiên vẫn còn nhiều ý kiến khác nhau xung quanh việc liệu chất lượng hình ảnh giữa máy quét 24, 30 và 36 bit có khác biệt rõ ràng hay không.  

Chuyển ảnh 

Quét văn bản chỉ là khâu đầu tiên trong quá trình này. Để biến hình ảnh đó trở nên hữu ích, nó phải được chuyển vào máy tính của bạn. Dưới đây là ba kết nối phổ biến nhất mà máy quét thường dùng: 

• Song song– Kết nối qua cổng song song là cách chậm nhất. 
• SCSI – SCSI cần có kết nối SCSI đặc biệt. Hầu hết các máy quét SCSI đều chứa card SCSI chuyên dụng để cắm vào máy và kết nối với máy quét, nhưng bạn cũng có thể dùng mạch điều khiển SCSI chuẩn để thay thế. 
• USB– máy quét USB là sự kết hợp giữa tốc độ cao, dễ sử dụng và tính cơ động với kích thước nhỏ. 
• FireWire– thường dùng trong máy quét cao cấp, kết nối FireWire nhanh hơn USB và SCSI. FireWire là công cụ lý tưởng để quét hình ảnh độ phân giải cao. 

Ngoài ra máy tính của bạn cần có một phần mềm gọi là driver để kết nối với máy quét. Hầu hết các máy quét đều nói chung một ngôn ngữ gọi là TWAIN. Driver TWAIN có tác dụng như một thông dịch viên giữa máy quét và ứng dụng hỗ trợ chuẩn TWAIN, tức là ứng dụng không cần biết chi tiết máy quét mà vẫn vận hành tốt. Ví dụ bạn có thể chọn lấy một hình ảnh từ máy quét vào bên trong Adobe Photoshopnhờ chuẩn TWAIN.

Ngoài driver, hầu hết các máy quét đều có kèm phần mềm. Thường thì nó có một tiện ích quét và một ứng dụng biên tập ảnh. Rất nhiều máy quét còn có cả phần mềm OCR cho phép bạn quét chữ từ văn bản và chuyển nó thành dạng text trên máy tính. Phần mềm này sử dụng một quy trình đặc biệt để biết hình dạng của chữ cái và đối chiếu với chữ cái hoặc chữ số đúng. 

Công nghệ máy quét hiện nay tuyệt vời ở chỗ bạn sẽ có được chính xác cái bạn cần. Với những máy quét khác nhau và có giá cả khác nhau kèm theo những tiện ích đi theo khác nhau chỉ phụ thuộc vào túi tiền của bạn mà thôi .