第一章 输入技术及设备
1.1 概述
一、输入设备的作用
将字符、图形、图象、语音等信息转换成电脉
冲信息，送入主机进行加工处理。
二、输入设备的分类
?键盘输入：人工输入
?非键盘输入：识别输入
1.2 信息处理用编码
一、什么叫编码？
变换规则
二、标准编码
（ 1）美国国家标准局制定的 ASCII码
（ 2）我国国家标准
,信息处理交换用的七位编码字符集, （ GB1988-89）
P14 表 1.1
（ 3）国标汉字编码
,信息处理交换用汉字编码字符集, （ GB2312）
一级,3755（常用）
二级,3008
1.3 键盘输入技术及设备
一、概述
1、组成
键开关、编码器、盘架、接口电路。
2、基本工作原理
通过按键使相应的键开关动作，再由编码器将
待输入信息转换成二进制代码输入计算机并显示。
3、分类
按按键结构分为接触式键盘和非接触式键盘
按代码转换方式分为编码键盘和非编码键盘
编码键盘, 通过数字电路直接产生对应于按
键的 ASCII码。
非编码键盘, 将按键排列成矩阵的形式，由
硬件或软件随时对矩阵扫描，一旦某一键被
按下，该键的行列信息即被转换为位置码并
送入主机，再由键盘驱动程序查表，从而得
到按键的 ASCII码，最后送入内存中的键盘
缓冲区供主机分析执行。非编码式键盘由于
其结构简单、按键重定义方便而成为目前最
常采用的键盘类型
二、键开关
◆ 接触式
机械触点式
干簧管式
薄膜式
导电像胶式
◆ 非接触式
电容式
霍尔式
1,接触式键开关的结构
(1) 机械触点式
键冒
复位弹簧
键杆
键块
触点
(2) 干簧管式
键冒
复位弹簧
键杆
永久磁铁
干簧管
(2) 薄膜式
基底
薄膜
衬垫
金属膜
未按键时
按键后
2,非接触式键开关的结构
(1) 电容式
~ >
驱动极 检测极
泡沫减振块
活动极
振荡器 放大器
输出
平行板电容器的电容量为,
C = ? ? S / d
?, 介电常数
S, 两极板的相对面积
d, 板间距离
(2) 霍尔式
霍尔效应
I
B
V
霍尔键开关
磁钢
霍尔器件
3,键开关的特点
接触式
结构简单、成本低、开关特性好，
开关通断时会发生触点跳动，因引起电
路干扰和机械磨损而影响寿命,
非接触式
无机械磨损、不存在触点跳动现象，
可靠性高、寿命长,
8*8 4*16
4,键开关的矩阵结构
◆ 减少键开关在键盘电路中的连线
◆ 便于键开关的扩充与压缩
三、键盘编码器
静态编码器 动态编码器
1,静态编码器
(1) 组成
8*8 开关矩阵
y 编码器
x 编码器
y0y7
x0
x7
…
…
b0 b1 b2 b3 b4 b5
(2) 工作原理
画一组 x0,y0 的工作原理,
+5V
+5V
y1 y0
ki +1 ki x0′
x0
a,未按键,
三极管 T0 ~ T7 处于截止，
y0 ~ y7,
x0 ~ x7,
1
1
b,当 ki 按下,
y0 与 x0 ′接通,y0,
三极管 T0 饱和,x0,
0
0
x0 只接 G3,输出为,1 ; y0只接 G2,输出为,1
其余门因输入为 1，输出,0
ki 输出码, 001100
ki+1, 010100
2,动态编码器
(1) 电路原理
6位计数器
3/8
线
译
码
器
8 通道开关
+5V时钟
时钟发生器
Q1Q2Q3Q6 Q5 Q4
x0
x2
x4
x6
y0 y1 y2 y7
f计数线
保持线
(2) 工作过程
◆ 6位计数器在循环计数,计数规则为：
000000
000001
000010
.
.
.
111111
当某一键按下，该计数器应
停在对应的计数状态
◆ 3/8 译码器
Q1,Q2,Q3 变化从 000 ~ 111 时，输出的 8根线依次
变为低电平
Q1
Q2
Q3
x0
x1
x2
x7
Q3 Q2 Q1
0 0 0 x0 = 0,其它为 1
0 0 1 x1 = 0,其它为 1
0 1 0 x2 = 0,其它为 1
0 1 1 x3 = 0,其它为 1
1 0 0 x4 = 0,其它为 1
1 0 1 x5 = 0,其它为 1
1 1 0 x6 = 0,其它为 1
1 1 1 x7 = 0,其它为 1
◆ 8 通道开关
未按键,f =1
3/8
译
码
器
+ + +
Q4
Q5
Q6
y0 y1 … y7
f= (c0+y0)(c1+y1)……(c7+y7)
c0
c1
c7
按键,f =0
该键扫描码,001000
y1
x0
◆ 通过查表法得出编码
计数器 ROM
0
0
1
0
0
0
1010100, T,
(3) 特点
扫描速度快
能够区分时差仅为几十微秒的连续按键动作
如 2M 时钟,31250 次 /秒
1 / ( 0.5 * 10-6 * 64 )
原理新颖，结构简单，应用较广泛
四、简易键盘
以 TK-80单板微机键盘为例
用软件法对行列进行扫描以确定被按键的位置
+5V
PC7~4 PA7~08255
PA为输入口
PC为输出口
由扫描程序顺序向 PC
口送 EF,DF,BF代码，
则在 PC4, PC5, PC6
上有一定宽度的低电
平信号
1.4 鼠标器
☆ 光电式
☆ 光机式
☆ 机电式
鼠标的移动距离和方向
脉冲信息（送给计算机）
显示器光标的坐标数据
一、光电式
1,结构
LED
鼠标板
探测器 整形电路
2,运动方向的判定
由相位相差 90° 的两组脉冲序列求得
A B
A
a
b
B
c
d
e
f
g
向 +x方向移动波形图
取正跳边沿
取负跳边沿
延时
R-S
计
数
器
A
B
a
b
c
d
e f
g
CP
S
R
Q
移动方向判定电路
二、光机式
三个滚轴（ X方向,Y方向、空）
X,Y方向各连一个码盘
三个均与同一个滚动小球接触
检测元件 A
B
LED
三,机电式
A
B
电刷
金属片
四、轨迹球
工作原理与机械式鼠标相同，内部结构
也类似。不同的是轨迹球工作时球在上面，
直接用手拨动，而球座固定不动,
五,异彩纷呈的各式鼠标器
无球鼠标器
四个键鼠标器
红外线鼠标器
1.5 扫描技术及设备
?手持扫描仪, CIS
?平板扫描仪, CCD
被扫描的图稿固定在平台上，由传动系统驱动
扫描头沿 X和 Y方向移动来实现对整幅图稿的
扫描
? 滚筒式, PMT
采用扫描头固定不动，用一对靠摩擦方式的滚
轴传送图稿，其分辨率低。
一、扫描仪的组成结构
以典型的平板式扫描仪为例,
扫描仪有反射和透射两种工作方式
主要由上盖、原稿台、扫描头 (光学成像部分 ),
主板 (光电转换部分 )、机械传动部分组成。
13 12 11 10 9 X
Y
1 2 3 4 5 6 7 8
大幅面平台扫描仪的机械传动部分示意图,
1-Y向步进电机； 2-Y向减速器； 3-Y垂直导轨； 4 -扫描头； 5-滑
架； 6-X向同步带； 7-水平导轨； 8-图稿； 9-Y向同步带轮； 10-Y
向同步带； 11-X向同步带轮； 12-X向减带器； 13-X向步进电机
二、扫描仪的工作原理
扫描仪扫描图像的方式大至有三种：
? 以光电耦合器 (CCD)为光电转换元件的扫描
? 以接触式图像传感器 CIS(或 LIDE) 为光电转换元件
的扫描
? 以光电倍增管 (PMT)为光电转换元件的扫描
PMT
性能最好
温度系数极低
扫描速度慢
成本最高
CCD CIS
结构较复杂 体积小、结构简单
易产生偏色和像差 不产生偏色和像差
需预热、耗电量大 不需预热、耗电量小
温度系数较小 温度系数很大
焦距长、景深长 焦距小、景深浅
寿命长 寿命短
1,CCD 扫描头的工作原理
扫描时，线性 CCD将原稿
分割成线状 (?10 μ m)。光源
照射到原稿上，产生反射光或
透射光，经反光镜组反射到线
性 CCD中。 CCD将光强转换
成不同大小的电流，经 A／ D转
换处理，转换成数字信号，
用线性 CCD对原稿进行的, 一条线, 扫描被称为, 主
扫描,,而将线性 CCD平行移动的扫描称为, 副扫
描, 。
即产生一行图像数据。同时,扫描头在传动机构的驱动
下沿着 与原稿做相对平行移动，将原稿一条线一条线的
扫入，最终完成全部原稿图像的扫描。
多数平板式扫描仪用 CCD为光电转换元件,
2,彩色扫描的色分离技术
常见的色分离技术：
?滤光片色分离技术
?光源交替色分离技术
?三 CCD色分离技术
?单 CCD色分离扫描技术
扫描仪在扫描图像时，先
生成分别对应于红 (R)、
绿 (G)、蓝 (B)的三基色的
3幅图像
1) 滤光片色分离技术
在线性 CCD图像传感器的前面加装一滤光片，
滤光片从上向下分为 3等份，第 1部分为红色滤光片，
第 2部分为绿色滤光片，第 3部分为蓝色滤光片，扫
描时通过滤光片的移动使得 CCD传感器分别记录相
应基色下的图像信息，从而得到三基色的 3幅图像
信息。
扫描速度较慢
合成彩色时存在不准的可能性
2）光源交替色分离技术
与上面原理类似，这种技术是在镜头与扫描
原稿之间加设 3根发光灯管，其颜色分别为红 (R)、
绿 (G)和蓝 (B)，扫描图像时,3根不同颜色的灯管
交替发光，从而使 CCD得到 3幅三基色图像信息。
扫描速度较快
套色不准的潜在隐患
3）三 CCD色分离技术
与前两种不同，它使用了 3个 CCD完成扫描成像：
光线通过镜头，经过一个特殊设计的 分光棱镜 将相应
颜色的光线反射到相应的 CCD图像传感器中，每一个
CCD产生一种颜色的图像数据，经过一次扫描即可得
到彩色的图像。这种分色技术成像速度最快，但其造
价最高。
成像速度最快
造价最高
光源的一致性好
套色不准的可能性极低
4）单 CCD色分离技术
仍然是采用单个线性 CCD，不过，在 CCD的感光面
上加入了滤色镜，在感光的同时直接进行分色。
三、扫描仪的工作过程
1)光源发出均匀光线照到原
稿, 产生表示图像特征的反
射光或透射光 。 反射光经一
组镜头, 分成红绿蓝 3种颜色
被 CCD接受 。
2) 经 A／ D转换器转变为数
字电子信号 。
3） 步进电机驱动扫描头移动, 读取下一行原稿信息 。 直
至原稿全部被扫描 。
4） 经由扫描仪得到的图像数据被暂存在缓冲器中 。
5）按照先后顺序把图像数据传输到计算机并存储起来。
6) 数字信息被送入计算机的相关处理程序，通过软件处
理再现到计算机屏幕上。
四、主要性能指标
1,分辨率
扫描仪在扫描图象过程中每英寸图象所捕获的象
素数量,单位, dpi
光学分辨率
插值分辨率
水平分辨率
垂直分辨率
,与光学系统的分辨率
和电路设计有关
,与传动机构的精度有关
,利用软件技术在硬件产生的象点间
插入另外的象点所得的分辨率
2、灰度级
图像的亮度层次范围
3、彩色位数
识别彩色的能力
24位,R,G,B三基色都由 8位二进制数据表示
4、扫描速度
有两表示方法,
(1) 扫描标准 A4图纸所用的时间
(2) 扫描一行所用的时间
5、扫描幅面
1.6 OCR技术
一,OCR (Optical Character Recognition)
把纸张上写有或印有的字符
经光电转换、算法分析转化成
计算机能识读的字符信息。
二,OCR流程
识
别
字
典
识别处理分三阶段,
预处理
特征抽取
判定
图象预处理,对原始图象的去噪、倾斜校正或各种滤
波处理 。
版面分析,文本图象的总体分析，区分出文本段落及
排版顺序，图象、表格的区域；
行字切分, 将大幅的图象先切割为行，再从图象行中
分离出单个字符的过程 。
特征提取, 从单个字符图象上提取统计特征或结构特
征的过程，包括为此而做的细化 (Thinning)、归一化
(Normalization)等步骤。
文字识别,从学习得到的特征库中找到与待识字符相
似度最高的字符类的过程。
后处理, 则是利用词义、词频、语法规则或语料库等
语言先验知识对识别结果进行校正的过程
三、汉字识别方法
结构模式识别
统计模式识别
两者的结合
1.7 条形码输入技术及设备
一、概述
1,条码术语
条型码 (bar code)：
由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的标记，
用以表示一定的信息,
条 /空 ( bar/space),反射率较低 /较高的部分 --- 元素
条形码字符 (bar code character)：
表示一个字符的若干条与空
条高 (bar height),条的二维尺寸中的纵向尺寸
条宽 (bar width),条的二维尺寸中的横向尺寸
条形码长度 (bar code length)：
起始符前缘到终止符后缘的长度
条码字符间隔 （ bar code intercharacter gap） (位空）：
相邻条码字符间不表示特定信息的空
连续型条码 （ continuous bar code）,没有条码字符间隔的条码
离散型条码 （ discrete bar code）,有条码字符间隔的条码
定长条码 （ fixed length of bar code）,条码字符个数固定的条码
非定长条码 （ unfixed length of bar code ）：
条码字符个数不固定的条码
条码字符集 （ bar code character set）：
某类型条码所能表示的字符集合
条形码密度 （ bar code density）：
单位长度的条码所表示的字符个数
模块 （ module）,组成条码的基本单位，代表规定长度的物理量
( 即窄元素的标称宽度 ).
1 1 1 0 0 1 0
一个字符（ 7个模块）
2,条码符号结构
空白区 起始字符 数据字符 校验字符 终止字符 空白区
可选
二,EAN ( 通用商品代码 ）
EAN码是国际物品编码协会制定的一种商品用条
码，通用于全世界。 EAN码符号有标准版（ EAN-13）
和缩短版（ EAN-8）两种，我国的通用商品条码与其
等效。我们日常购买的商品包装上所印的条码一般就
是 EAN码。
校验位（ 1b)
商品代码（ 5b)
企业代码（ 4 ~ 5 b )
国别码（ 2 ~ 3 b )
1,EAN-13 代码结构
前置码
2,条码字符
由 2 个条和 2 个空组成
共 7 个模块
每个条和空由 1~4个模块组成
1个模块 0.33 mm
‘ 0 ’
1 1 1 0 0 1 0
“0”和,1”分别表示具有一个模块宽度的“空”和“条”
3,符号结构
左侧
空白区
起始
符
左侧
数据符
中间
分隔符
右侧
数据符
校验
符
终止
符
右测
空白区
11个
模块
3个
模块
42个
模块
5个
模块
35个
模块
7个
模块
3个
模块
7个
模块
4,编码规则
数 字 左侧数据符 右侧数据符A B C
0 0001101 0100111 1110010
1 0011001 0110011 1100110
2 0010011 0011011 1101100
3 0111101 0100001 1000010
4 0100011 0011101 1011100
5 0110001 0111001 1001110
6 0101111 0000101 1010000
7 0111011 0010001 1000100
8 0110111 0001001 1001000
9 0001011 0010111 1110100
起始符 (终止符 ):101 中间分隔符, 01010
前置码：
用左边 6位数字不同排列的编码组合来表示
前置字符 左侧数据符编码规则的选择
0 A A A A A A
1 A A B A B B
2 A A B B A B
3 A A B B B A
4 A B A A B B
5 A B B A A B
6（中国） A B B B A A
7 A B A B A B
8 A B A B B A
9 A B B A B A
5,校验位的计算方法
标准版和缩短版的校验码计算方法相同：
?（前置码起的所有偶数位的数字代码求和） *3 = a
?（所有奇数位的数字代码求和） = b
? a + b = c
? 取 c的个位数 d
? 用 10 减去 d ------ 校验位
如,692081361248
8
三、其它常用码制
1,UPC (统一产品代码）
?只能表示数字
?有 A,E 两个版本
?最后一位为校验位
?主要使用于美国和加拿大地区，用于工业、医药、仓库等部门
当 UPC 作为十二位进行解码时，定义如下：
第 1位,国家或地区标识 (由 UCC（统一代码委员会）建立 )
第 2-6位：生产厂家的标识号
第 7-11, 唯一的厂家产品代码
第 12位,校验位 (used for error detection)
2,Code 3 of 9
?能表示字母、数字和其它一些符号共 43个字符：
A –Z,0 - 9,-,.,$,/,+,%,space
?条码的长度是可变化的
?通常用, *, 号作为起始、终止符
?校验码不用
?代码密度介于 3 - 9.4个字符 /每英寸
?用于工业、图书、以及票证自动化管理上
3,Interleaved 2-of-5 (I2 of 5)
?只能表示数字 0 -9
?可变长度
? 连续性条码，所有条与空都表示代码，第一个数字由条开始，
第二个数字由空开始
?偶数个字符，当奇数时，左侧补 0
?应用于商品批发、仓库、机场、生产 /包装识别、工业中
?条码的识读率高，可适用于固定扫描器可靠扫描
?在所有一维条码中的密度最高
4,Codebar（库德巴条码）
?可表示数字 0 - 9,字符 $,+,-,:, /,,,还有只能用作起始
/终止符的 a,b,c,d 四个字符
?可变长度
?没有校验位
?应用于物料管理、图书馆、血站和当前的机场包裹发送中
?离散型条码，每个字符表示为 4条 3空
5,Code 128
?表示 ASCII 0 ~ ASCII 127 共 128个字符
?字符串可变长
?符号内含校验码
?有三种不同版本, A,B,and C
?可用 128个字符分别在 A,B,or C 三个字符串集合中
?用于工业、仓库、零售批发
?线性堆叠式 。
?矩阵式 。 PDF417
QR code Data matrix Maxi code
6,二维条码
信息容量大
—— 对各类信息进行编码
可用扫描仪直接读取内容，无需另接数据库
保 密 防 伪 能 力 强
----- 可以采用加密算法进行加密
纠 错 能 力 强
安全级别最高时，损污 50%仍可读取完整信息
容易制作且成本低
四、条码扫描器
1,分类
按扫描原理：
? LED扫描器 (光笔 )
结构简单、体积小、
成本低、耐用，
适宜构成笔状，
可读较长的条码符号，
对条码有一定的破坏性，
一次扫描成功率偏低
? CCD扫描器
? 自动扫描
? 对于不易接触的物品均能
方便识读
? 读出长度受 CCD元件尺
寸限制
? 扫描景深不如激光扫描器
LED线阵列
反射镜
透镜
CCD传感器
? 激光扫描器
? 自动扫描
? 景深较大,扫描首读率
和精度较高
激光管
旋转棱镜
光电三极管
按使用方式：
A、手持式：包括 CCD、激光枪、光笔、数据采集终
端
B、台式：包括 CCD、激光平台
C、卡槽式：包括考勤卡钟、卡片阅读器
D、其它
2,识读系统的组成
光学系统 探测器 信号放大 滤波 整形 译码器
扫描系统 信号整形 译码
至
计
算
机
3,接口
RS-232C
键盘接口
1.1 概述
一、输入设备的作用
将字符、图形、图象、语音等信息转换成电脉
冲信息，送入主机进行加工处理。
二、输入设备的分类
?键盘输入：人工输入
?非键盘输入：识别输入
1.2 信息处理用编码
一、什么叫编码？
变换规则
二、标准编码
（ 1）美国国家标准局制定的 ASCII码
（ 2）我国国家标准
,信息处理交换用的七位编码字符集, （ GB1988-89）
P14 表 1.1
（ 3）国标汉字编码
,信息处理交换用汉字编码字符集, （ GB2312）
一级,3755（常用）
二级,3008
1.3 键盘输入技术及设备
一、概述
1、组成
键开关、编码器、盘架、接口电路。
2、基本工作原理
通过按键使相应的键开关动作，再由编码器将
待输入信息转换成二进制代码输入计算机并显示。
3、分类
按按键结构分为接触式键盘和非接触式键盘
按代码转换方式分为编码键盘和非编码键盘
编码键盘, 通过数字电路直接产生对应于按
键的 ASCII码。
非编码键盘, 将按键排列成矩阵的形式，由
硬件或软件随时对矩阵扫描，一旦某一键被
按下，该键的行列信息即被转换为位置码并
送入主机，再由键盘驱动程序查表，从而得
到按键的 ASCII码，最后送入内存中的键盘
缓冲区供主机分析执行。非编码式键盘由于
其结构简单、按键重定义方便而成为目前最
常采用的键盘类型
二、键开关
◆ 接触式
机械触点式
干簧管式
薄膜式
导电像胶式
◆ 非接触式
电容式
霍尔式
1,接触式键开关的结构
(1) 机械触点式
键冒
复位弹簧
键杆
键块
触点
(2) 干簧管式
键冒
复位弹簧
键杆
永久磁铁
干簧管
(2) 薄膜式
基底
薄膜
衬垫
金属膜
未按键时
按键后
2,非接触式键开关的结构
(1) 电容式
~ >
驱动极 检测极
泡沫减振块
活动极
振荡器 放大器
输出
平行板电容器的电容量为,
C = ? ? S / d
?, 介电常数
S, 两极板的相对面积
d, 板间距离
(2) 霍尔式
霍尔效应
I
B
V
霍尔键开关
磁钢
霍尔器件
3,键开关的特点
接触式
结构简单、成本低、开关特性好，
开关通断时会发生触点跳动，因引起电
路干扰和机械磨损而影响寿命,
非接触式
无机械磨损、不存在触点跳动现象，
可靠性高、寿命长,
8*8 4*16
4,键开关的矩阵结构
◆ 减少键开关在键盘电路中的连线
◆ 便于键开关的扩充与压缩
三、键盘编码器
静态编码器 动态编码器
1,静态编码器
(1) 组成
8*8 开关矩阵
y 编码器
x 编码器
y0y7
x0
x7
…
…
b0 b1 b2 b3 b4 b5
(2) 工作原理
画一组 x0,y0 的工作原理,
+5V
+5V
y1 y0
ki +1 ki x0′
x0
a,未按键,
三极管 T0 ~ T7 处于截止，
y0 ~ y7,
x0 ~ x7,
1
1
b,当 ki 按下,
y0 与 x0 ′接通,y0,
三极管 T0 饱和,x0,
0
0
x0 只接 G3,输出为,1 ; y0只接 G2,输出为,1
其余门因输入为 1，输出,0
ki 输出码, 001100
ki+1, 010100
2,动态编码器
(1) 电路原理
6位计数器
3/8
线
译
码
器
8 通道开关
+5V时钟
时钟发生器
Q1Q2Q3Q6 Q5 Q4
x0
x2
x4
x6
y0 y1 y2 y7
f计数线
保持线
(2) 工作过程
◆ 6位计数器在循环计数,计数规则为：
000000
000001
000010
.
.
.
111111
当某一键按下，该计数器应
停在对应的计数状态
◆ 3/8 译码器
Q1,Q2,Q3 变化从 000 ~ 111 时，输出的 8根线依次
变为低电平
Q1
Q2
Q3
x0
x1
x2
x7
Q3 Q2 Q1
0 0 0 x0 = 0,其它为 1
0 0 1 x1 = 0,其它为 1
0 1 0 x2 = 0,其它为 1
0 1 1 x3 = 0,其它为 1
1 0 0 x4 = 0,其它为 1
1 0 1 x5 = 0,其它为 1
1 1 0 x6 = 0,其它为 1
1 1 1 x7 = 0,其它为 1
◆ 8 通道开关
未按键,f =1
3/8
译
码
器
+ + +
Q4
Q5
Q6
y0 y1 … y7
f= (c0+y0)(c1+y1)……(c7+y7)
c0
c1
c7
按键,f =0
该键扫描码,001000
y1
x0
◆ 通过查表法得出编码
计数器 ROM
0
0
1
0
0
0
1010100, T,
(3) 特点
扫描速度快
能够区分时差仅为几十微秒的连续按键动作
如 2M 时钟,31250 次 /秒
1 / ( 0.5 * 10-6 * 64 )
原理新颖，结构简单，应用较广泛
四、简易键盘
以 TK-80单板微机键盘为例
用软件法对行列进行扫描以确定被按键的位置
+5V
PC7~4 PA7~08255
PA为输入口
PC为输出口
由扫描程序顺序向 PC
口送 EF,DF,BF代码，
则在 PC4, PC5, PC6
上有一定宽度的低电
平信号
1.4 鼠标器
☆ 光电式
☆ 光机式
☆ 机电式
鼠标的移动距离和方向
脉冲信息（送给计算机）
显示器光标的坐标数据
一、光电式
1,结构
LED
鼠标板
探测器 整形电路
2,运动方向的判定
由相位相差 90° 的两组脉冲序列求得
A B
A
a
b
B
c
d
e
f
g
向 +x方向移动波形图
取正跳边沿
取负跳边沿
延时
R-S
计
数
器
A
B
a
b
c
d
e f
g
CP
S
R
Q
移动方向判定电路
二、光机式
三个滚轴（ X方向,Y方向、空）
X,Y方向各连一个码盘
三个均与同一个滚动小球接触
检测元件 A
B
LED
三,机电式
A
B
电刷
金属片
四、轨迹球
工作原理与机械式鼠标相同，内部结构
也类似。不同的是轨迹球工作时球在上面，
直接用手拨动，而球座固定不动,
五,异彩纷呈的各式鼠标器
无球鼠标器
四个键鼠标器
红外线鼠标器
1.5 扫描技术及设备
?手持扫描仪, CIS
?平板扫描仪, CCD
被扫描的图稿固定在平台上，由传动系统驱动
扫描头沿 X和 Y方向移动来实现对整幅图稿的
扫描
? 滚筒式, PMT
采用扫描头固定不动，用一对靠摩擦方式的滚
轴传送图稿，其分辨率低。
一、扫描仪的组成结构
以典型的平板式扫描仪为例,
扫描仪有反射和透射两种工作方式
主要由上盖、原稿台、扫描头 (光学成像部分 ),
主板 (光电转换部分 )、机械传动部分组成。
13 12 11 10 9 X
Y
1 2 3 4 5 6 7 8
大幅面平台扫描仪的机械传动部分示意图,
1-Y向步进电机； 2-Y向减速器； 3-Y垂直导轨； 4 -扫描头； 5-滑
架； 6-X向同步带； 7-水平导轨； 8-图稿； 9-Y向同步带轮； 10-Y
向同步带； 11-X向同步带轮； 12-X向减带器； 13-X向步进电机
二、扫描仪的工作原理
扫描仪扫描图像的方式大至有三种：
? 以光电耦合器 (CCD)为光电转换元件的扫描
? 以接触式图像传感器 CIS(或 LIDE) 为光电转换元件
的扫描
? 以光电倍增管 (PMT)为光电转换元件的扫描
PMT
性能最好
温度系数极低
扫描速度慢
成本最高
CCD CIS
结构较复杂 体积小、结构简单
易产生偏色和像差 不产生偏色和像差
需预热、耗电量大 不需预热、耗电量小
温度系数较小 温度系数很大
焦距长、景深长 焦距小、景深浅
寿命长 寿命短
1,CCD 扫描头的工作原理
扫描时，线性 CCD将原稿
分割成线状 (?10 μ m)。光源
照射到原稿上，产生反射光或
透射光，经反光镜组反射到线
性 CCD中。 CCD将光强转换
成不同大小的电流，经 A／ D转
换处理，转换成数字信号，
用线性 CCD对原稿进行的, 一条线, 扫描被称为, 主
扫描,,而将线性 CCD平行移动的扫描称为, 副扫
描, 。
即产生一行图像数据。同时,扫描头在传动机构的驱动
下沿着 与原稿做相对平行移动，将原稿一条线一条线的
扫入，最终完成全部原稿图像的扫描。
多数平板式扫描仪用 CCD为光电转换元件,
2,彩色扫描的色分离技术
常见的色分离技术：
?滤光片色分离技术
?光源交替色分离技术
?三 CCD色分离技术
?单 CCD色分离扫描技术
扫描仪在扫描图像时，先
生成分别对应于红 (R)、
绿 (G)、蓝 (B)的三基色的
3幅图像
1) 滤光片色分离技术
在线性 CCD图像传感器的前面加装一滤光片，
滤光片从上向下分为 3等份，第 1部分为红色滤光片，
第 2部分为绿色滤光片，第 3部分为蓝色滤光片，扫
描时通过滤光片的移动使得 CCD传感器分别记录相
应基色下的图像信息，从而得到三基色的 3幅图像
信息。
扫描速度较慢
合成彩色时存在不准的可能性
2）光源交替色分离技术
与上面原理类似，这种技术是在镜头与扫描
原稿之间加设 3根发光灯管，其颜色分别为红 (R)、
绿 (G)和蓝 (B)，扫描图像时,3根不同颜色的灯管
交替发光，从而使 CCD得到 3幅三基色图像信息。
扫描速度较快
套色不准的潜在隐患
3）三 CCD色分离技术
与前两种不同，它使用了 3个 CCD完成扫描成像：
光线通过镜头，经过一个特殊设计的 分光棱镜 将相应
颜色的光线反射到相应的 CCD图像传感器中，每一个
CCD产生一种颜色的图像数据，经过一次扫描即可得
到彩色的图像。这种分色技术成像速度最快，但其造
价最高。
成像速度最快
造价最高
光源的一致性好
套色不准的可能性极低
4）单 CCD色分离技术
仍然是采用单个线性 CCD，不过，在 CCD的感光面
上加入了滤色镜，在感光的同时直接进行分色。
三、扫描仪的工作过程
1)光源发出均匀光线照到原
稿, 产生表示图像特征的反
射光或透射光 。 反射光经一
组镜头, 分成红绿蓝 3种颜色
被 CCD接受 。
2) 经 A／ D转换器转变为数
字电子信号 。
3） 步进电机驱动扫描头移动, 读取下一行原稿信息 。 直
至原稿全部被扫描 。
4） 经由扫描仪得到的图像数据被暂存在缓冲器中 。
5）按照先后顺序把图像数据传输到计算机并存储起来。
6) 数字信息被送入计算机的相关处理程序，通过软件处
理再现到计算机屏幕上。
四、主要性能指标
1,分辨率
扫描仪在扫描图象过程中每英寸图象所捕获的象
素数量,单位, dpi
光学分辨率
插值分辨率
水平分辨率
垂直分辨率
,与光学系统的分辨率
和电路设计有关
,与传动机构的精度有关
,利用软件技术在硬件产生的象点间
插入另外的象点所得的分辨率
2、灰度级
图像的亮度层次范围
3、彩色位数
识别彩色的能力
24位,R,G,B三基色都由 8位二进制数据表示
4、扫描速度
有两表示方法,
(1) 扫描标准 A4图纸所用的时间
(2) 扫描一行所用的时间
5、扫描幅面
1.6 OCR技术
一,OCR (Optical Character Recognition)
把纸张上写有或印有的字符
经光电转换、算法分析转化成
计算机能识读的字符信息。
二,OCR流程
识
别
字
典
识别处理分三阶段,
预处理
特征抽取
判定
图象预处理,对原始图象的去噪、倾斜校正或各种滤
波处理 。
版面分析,文本图象的总体分析，区分出文本段落及
排版顺序，图象、表格的区域；
行字切分, 将大幅的图象先切割为行，再从图象行中
分离出单个字符的过程 。
特征提取, 从单个字符图象上提取统计特征或结构特
征的过程，包括为此而做的细化 (Thinning)、归一化
(Normalization)等步骤。
文字识别,从学习得到的特征库中找到与待识字符相
似度最高的字符类的过程。
后处理, 则是利用词义、词频、语法规则或语料库等
语言先验知识对识别结果进行校正的过程
三、汉字识别方法
结构模式识别
统计模式识别
两者的结合
1.7 条形码输入技术及设备
一、概述
1,条码术语
条型码 (bar code)：
由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的标记，
用以表示一定的信息,
条 /空 ( bar/space),反射率较低 /较高的部分 --- 元素
条形码字符 (bar code character)：
表示一个字符的若干条与空
条高 (bar height),条的二维尺寸中的纵向尺寸
条宽 (bar width),条的二维尺寸中的横向尺寸
条形码长度 (bar code length)：
起始符前缘到终止符后缘的长度
条码字符间隔 （ bar code intercharacter gap） (位空）：
相邻条码字符间不表示特定信息的空
连续型条码 （ continuous bar code）,没有条码字符间隔的条码
离散型条码 （ discrete bar code）,有条码字符间隔的条码
定长条码 （ fixed length of bar code）,条码字符个数固定的条码
非定长条码 （ unfixed length of bar code ）：
条码字符个数不固定的条码
条码字符集 （ bar code character set）：
某类型条码所能表示的字符集合
条形码密度 （ bar code density）：
单位长度的条码所表示的字符个数
模块 （ module）,组成条码的基本单位，代表规定长度的物理量
( 即窄元素的标称宽度 ).
1 1 1 0 0 1 0
一个字符（ 7个模块）
2,条码符号结构
空白区 起始字符 数据字符 校验字符 终止字符 空白区
可选
二,EAN ( 通用商品代码 ）
EAN码是国际物品编码协会制定的一种商品用条
码，通用于全世界。 EAN码符号有标准版（ EAN-13）
和缩短版（ EAN-8）两种，我国的通用商品条码与其
等效。我们日常购买的商品包装上所印的条码一般就
是 EAN码。
校验位（ 1b)
商品代码（ 5b)
企业代码（ 4 ~ 5 b )
国别码（ 2 ~ 3 b )
1,EAN-13 代码结构
前置码
2,条码字符
由 2 个条和 2 个空组成
共 7 个模块
每个条和空由 1~4个模块组成
1个模块 0.33 mm
‘ 0 ’
1 1 1 0 0 1 0
“0”和,1”分别表示具有一个模块宽度的“空”和“条”
3,符号结构
左侧
空白区
起始
符
左侧
数据符
中间
分隔符
右侧
数据符
校验
符
终止
符
右测
空白区
11个
模块
3个
模块
42个
模块
5个
模块
35个
模块
7个
模块
3个
模块
7个
模块
4,编码规则
数 字 左侧数据符 右侧数据符A B C
0 0001101 0100111 1110010
1 0011001 0110011 1100110
2 0010011 0011011 1101100
3 0111101 0100001 1000010
4 0100011 0011101 1011100
5 0110001 0111001 1001110
6 0101111 0000101 1010000
7 0111011 0010001 1000100
8 0110111 0001001 1001000
9 0001011 0010111 1110100
起始符 (终止符 ):101 中间分隔符, 01010
前置码：
用左边 6位数字不同排列的编码组合来表示
前置字符 左侧数据符编码规则的选择
0 A A A A A A
1 A A B A B B
2 A A B B A B
3 A A B B B A
4 A B A A B B
5 A B B A A B
6（中国） A B B B A A
7 A B A B A B
8 A B A B B A
9 A B B A B A
5,校验位的计算方法
标准版和缩短版的校验码计算方法相同：
?（前置码起的所有偶数位的数字代码求和） *3 = a
?（所有奇数位的数字代码求和） = b
? a + b = c
? 取 c的个位数 d
? 用 10 减去 d ------ 校验位
如,692081361248
8
三、其它常用码制
1,UPC (统一产品代码）
?只能表示数字
?有 A,E 两个版本
?最后一位为校验位
?主要使用于美国和加拿大地区，用于工业、医药、仓库等部门
当 UPC 作为十二位进行解码时，定义如下：
第 1位,国家或地区标识 (由 UCC（统一代码委员会）建立 )
第 2-6位：生产厂家的标识号
第 7-11, 唯一的厂家产品代码
第 12位,校验位 (used for error detection)
2,Code 3 of 9
?能表示字母、数字和其它一些符号共 43个字符：
A –Z,0 - 9,-,.,$,/,+,%,space
?条码的长度是可变化的
?通常用, *, 号作为起始、终止符
?校验码不用
?代码密度介于 3 - 9.4个字符 /每英寸
?用于工业、图书、以及票证自动化管理上
3,Interleaved 2-of-5 (I2 of 5)
?只能表示数字 0 -9
?可变长度
? 连续性条码，所有条与空都表示代码，第一个数字由条开始，
第二个数字由空开始
?偶数个字符，当奇数时，左侧补 0
?应用于商品批发、仓库、机场、生产 /包装识别、工业中
?条码的识读率高，可适用于固定扫描器可靠扫描
?在所有一维条码中的密度最高
4,Codebar（库德巴条码）
?可表示数字 0 - 9,字符 $,+,-,:, /,,,还有只能用作起始
/终止符的 a,b,c,d 四个字符
?可变长度
?没有校验位
?应用于物料管理、图书馆、血站和当前的机场包裹发送中
?离散型条码，每个字符表示为 4条 3空
5,Code 128
?表示 ASCII 0 ~ ASCII 127 共 128个字符
?字符串可变长
?符号内含校验码
?有三种不同版本, A,B,and C
?可用 128个字符分别在 A,B,or C 三个字符串集合中
?用于工业、仓库、零售批发
?线性堆叠式 。
?矩阵式 。 PDF417
QR code Data matrix Maxi code
6,二维条码
信息容量大
—— 对各类信息进行编码
可用扫描仪直接读取内容，无需另接数据库
保 密 防 伪 能 力 强
----- 可以采用加密算法进行加密
纠 错 能 力 强
安全级别最高时，损污 50%仍可读取完整信息
容易制作且成本低
四、条码扫描器
1,分类
按扫描原理：
? LED扫描器 (光笔 )
结构简单、体积小、
成本低、耐用，
适宜构成笔状，
可读较长的条码符号，
对条码有一定的破坏性，
一次扫描成功率偏低
? CCD扫描器
? 自动扫描
? 对于不易接触的物品均能
方便识读
? 读出长度受 CCD元件尺
寸限制
? 扫描景深不如激光扫描器
LED线阵列
反射镜
透镜
CCD传感器
? 激光扫描器
? 自动扫描
? 景深较大,扫描首读率
和精度较高
激光管
旋转棱镜
光电三极管
按使用方式：
A、手持式：包括 CCD、激光枪、光笔、数据采集终
端
B、台式：包括 CCD、激光平台
C、卡槽式：包括考勤卡钟、卡片阅读器
D、其它
2,识读系统的组成
光学系统 探测器 信号放大 滤波 整形 译码器
扫描系统 信号整形 译码
至
计
算
机
3,接口
RS-232C
键盘接口
