Персональный компьютер: устройство

Самым изысканным  эстетическим и техническим требованиям  отвечают сегодня мышки и трекболы фирм Microsoft и Logitech.  Фактическим стандартом в  мышиной  технологии является мышка Microsoft Mouse.  Мышки и трекболы всех остальных фирм ориентируются  на этот стандарт. 

3. Сканеры 

         Сканер(scaner), устройство ввода в  компьютер графических изображений  (текстов, рисунков, слайдов, фотографий, чертежей). В большинстве сканеров  для преобразования изображения  в цифровую форму применяются  светочувствительные элементы на  основе приборов с зарядовой  связью (ПЗС) (англ. Charge-Coupled Device, CCD).

        По способу перемещения считывающей  головки и изображения относительно  друг друга сканеры подразделяются  на ручные (англ. Handheld), рулонные (англ. Sheet-Feed), планшетные (англ. Flatbed) и проекционные. Разновидностью проекционных сканеров  являются слайдсканеры, предназначенные  для сканирования фотопленок. В  высококачественной полиграфии  используются барабанные сканеры,  в которых в качестве светочувствительного  элемента используется фотоэлектронный  умножитель (ФЭУ).

        Принцип работы однопроходного  планшетного сканера состоит  в том, что вдоль сканируемого  изображения, расположенного на  прозрачном неподвижном стекле, движется сканирующая каретка  с источником света. Отраженный  свет через оптическую систему  сканера (состоящую из объектива  и зеркал или призмы) попадает  на три расположенных параллельно  друг другу фоточувствительных полупроводниковых элемента на основе ПЗС, каждый из которых принимает информацию о компонентах изображения.     

Ручной  сканер, словно мышка, соединяется кабелем с  компьютером. При прокатывании сканера  по странице книги или журнала,  необходимое изображение считывается  и в цифровом коде вводиться в  память компьютера.  В ручном сканере  роль привода считывающего механизма  выполняет рука.  Понятно, что  равномерность  перемещения сканера  существенно сказывается на качестве вводимого в компьютер изображения.  Ширина вводимого  изображения  для  ручных сканеров  обычно  не превышает 4 дюймов ( 10 см ).  Современные ручные сканеры могут обеспечивать автоматическую " склейку " изображения, то есть формируют  целое изображение из отдельно вводимых его частей. К основным достоинствам этих сканеров относятся  небольшие  габаритные размеры  и  сравнительно низкая цена,  однако добиться высокого качества изображения с их помощью  очень трубно, поэтому ручные сканеры  можно использовать  для ограниченного  круга задач.  Кроме того они  совершенно лишены " интеллектуальности ", свойственной другим типам сканеров. 

Планшетныый сканер самый распространенный  тип  сканеров. 

Первоначально  он использовался для сканирования непрозрачных оригиналов. Почти все  модули имеют съемную крышку,  что позволяет сканировать " толстые " оригиналы ( журналы,  книги ). Дополнительно  некоторые модели могут оснащаться механизмом подачи отдельных листов,  что  удобно при работе с программами  распознавания текстов - OCR ( Optical Characters Recognition ). В последние время многие фирмы-лидеры в производстве  плоскостных  сканеров стали дополнительно предлагать 1 слайд-модуль ( для сканирования прозрачных оригиналов ).  Слайд-модуль имеет  свой, расположенный сверху,  источник света. Такой слайд-модуль устанавливается  на плоскостной сканер вместо простой  крышки и превращает сканер универсальный ( плоскостной сканер с установленным  слайд-модулем ). 
 

Основное отличие  барабанного сканера состоит  в том, что оригинал закрепляется  на прозрачном барабане,  который  вращается с большой скоростью. Считывающий элемент  располагается  максимально  близко  от 

оригинала. Данная  конструкция обеспечивает наибольшее качество скани- 

рования. Обычно в  барабанные сканеры устанавливают  три фотоумножителя, и сканирование осуществляется за один проход. " Младшие " модели у некоторых фирм с  целью удешевления используют вместо фотоумножителя  фотодиод в  качестве считывающего элемента.  Барабанные сканеры способны сканировать любые  типы оригиналов. 

В отличие  от плоскостных  сканеров со слайд-модулем,  барабанные могут сканировать непрозрачные и прозрачные оригиналы одновременно. Проекционный тип сканеров применяется  для сканирования с высоким разрешением  и качеством слайдов небольшого формата ( как правило, размером не более 4 x 5 дюймов ). Существует две модификации: с горизонтальным и вертикальным расположением оптической оси  считывания. Наиболее популярным в России, как, впрочем, и на Западе, является вертикальный проекционный сканер. 

     Типов  оригиналов  бывает  всего два.  Это прозрачные негативные и 

позитивные слайды,  которые сканируют в проходящем свете. Непрозрачные оригиналы представляют собой либо аналоговые изображения - фотографии, либо дискретные - иллюстрации  из печатных изданий (в полиграфии полутоновая  печать  осуществляется  с  помощью  растровых точек различного цвета  и размера). 

3.1 Черно-белые сканеры.  Принцип работы 
 

Редуцирующая линза

 

   

Источник белого света

 

 

Сканируемое изображение  освещается белым светом, получаемым, как  правило, от флуоресцентной лампы. Отраженный свет через редуцирующую (уменьшающую) линзу попадает на фоточувствительный полупроводниковый элемент, называемый прибором с зарядовой связью ПЗС (Change- Coupled Device, CCD), в основу которого положена чувствительность проводимости p-n-перехода обыкновенного полупроводникового диода к степени его освещенности. На p-n-переходе создается заряд, который  рассасывается со скоростью, зависящей  от освещенности. Чем выше скорость рассасывания, тем больший ток  проходит через диод. 

   

  

 

   
 
 
 

Рис.1.  Блок схема  черно-белого сканера. 

Каждая строка сканирования изображения соответствует определенным значениям напряжения на ПЗС. Эти  значения напряжения преобразуются  в цифровую форму либо через аналого-цифровой преобразователь АЦП (для полутоновых  сканеров), либо через компаратор (для  двухуровневых сканеров). Компаратор сравнивает два значения (напряжение или ток) от ПЗС и опорное (рис. 1), причем в зависимости от результата сравнения на его выходе формируется  сигнал 0 (черный цвет) или 1 (белый). Разрядность  АЦП для полутоновых сканеров зависит от количества поддерживаемых уровней серого цвета. Например, сканер, поддерживающий 64 уровня серого, должен иметь 6-разрядный АЦП. Каким образом  сканируется каждая следующая строка изображения, целиком зависит от типа используемого сканера. Напом­ним, что у планшетных сканеров движется сканирующая голов­ка, а в рулонных сканерах она остается неподвижной, потому что движется носитель с изображением — бумага.

3.2 Цветные сканеры.  Принцип работы. 

В настоящее время  существует несколько технологий для  получения цветных сканируемых  изображений. Один из наиболее общих  принципов работы цветного сканера  заключается в следующем. Сканируемое  изображение освещается уже не белым  цветом, а через вращающийся RGB-светофильтр (рис. 2). Для каждого из основных цветов (красного, зеленого и синего) последовательность операций практически не отличается от последовательности действий при  сканировании черно-белого изображения. Исключение составляет, пожалуй, только этап предварительной обработки  и гамма-коррекции цветов, перед  тем как информация передается в  компьютер. Понятно, что этот этап является общим для всех цветных сканеров. 

В результате трех проходов сканирования получается файл, содержащий образ изображения в трех основных цветах — RGB (образ композитного сигнала). Если используется восьмиразрядный  АЦП, который поддерживает 256 оттенков для одного цвета, то каждой точке  изображения ставится в соответствие один из 16,7 миллиона возможных цветов (24 разряда). Сканеры, использующие подобный принцип действия, выпускаются, например, фирмой Microtek. 

 

   
 
 
 

Рис.2. Блок-схема  цветного сканера с вращающимся 

RGB

-фильтром. 

3.3 Интеллектуальность  сканера 

Под интеллектуальностью  обычно подразумевается способность  сканера с помощью заложенных в нем аппаратным и поставляемых с  ним  программных средств  автоматически настраиваться и  минимизировать потери качества.  Наиболее ценятся сканеры,  обладающие способностью автокалибровки,  т.е.  настройки  на динамический диапазон плотностей оригинала,  а также компенсации  цветовых искажений.  Допустим, мы  имеем  ПЗС-сканер,  воспринимающий  оптический диапазон плотностей до 3.2.  С его помощью нам нужно  отсканировать  слайд,  имеющий  максимальную оптическую плотность 4.0. "Хороший" сканер сначала делает предварительное сканирование для  анализа оригинала и получения  диаграммы оптических плоскостей. После  анализа диаграммы сканер производит свою автокалибровку с целью сдвига своего динамического  диапазона  восприятия оптических плотностей.  таким образом минимизируются потери в "тенях" благодаря сокращению потерь в "светах". 

3.4 Показатели эффективности  сканера 

·       механизм датчика; 

·       разрешающая способность; 

·       разрядная глубина; 

·       динамический диапазон. 

4.Цифровые фотокамеры 

Бесплёночные ( цифровые ) камеры тоже являются устройствами ввода 

графической информации. 

По внешне­му виду он не слишком отличается от обычного, да и выпускаются «цифровики»  теми же фирмами, что и обычные  фотокамеры. Раз­ница — внутри: вместо пленки «цифровик» использует специаль­ный элемент памяти, который сохраняет  переданную с объектива картинку в виде несжатого (TIFF) или сжатого  с некоторой поте­рей качества файла (JPEG-компрессия). Позднее получившийся файл передается в компьютер, а затем  его можно обработать в любом  графическом редакторе и, если нужно, от­печатать, как обычную фотографию, на специальном принтере, либо на обычном  струйном принтере, снаб­женном фотокартриджем. 

 Это автоматические  устройства, не требующие ручной  настройки. Загрузка изображений  в ПК не вызывает затруднений  и требует только подключения  соединительного кабеля к камере  и порту компьютера, открытия  файлов поставляемого с фотокамерой  программного обеспечения и выбора  изображений, которые будут автоматически  переданы и запомнены на жёстком  диске. Существует и другой  вариант — подключить к компьютеру  сами карты памяти. (карты CompactFlash или SmartMedia).

4.1 Принцип работы  цифровой фотокамеры

Чувствительная матрица  цифрового фотоаппарата не «различает»  спектральные особенности света, а  иногда вообще чувствительна только к тепловому эффекту от падающего  светового потока. Для того чтобы  заставить ее уловить и воспроизвести  цвета, пред ней устанавливают цветные  фильтры основных или дополнительных цветов и их комбинации. Алгоритм построения картинки «знает», где какой фильтр находится, и, рассчитывая и интерполируя (три фильтра поставить на одну чувствительную точку технически сложно, хотя и реализуемо) на соседние точки  других цветов значения цветовых компонентов, строит «истинную» картинку. При съемке на пленку всегда нужно помнить о  цветовой температуре основного  источника света. Для получения  приемлемого качества снимка нужно, чтобы пленка соответствовала источнику  света, в противном случае необходимо применять конверсионные фильтры, вводить поправку на экспозицию и  потом «вытягивать» цвета при  печати. В цифровом фотоаппарате достаточно «задать большую чувствительность»  компоненту «слабой» области спектра  и уменьшить чувствительность в  наиболее «яркой», и картинка получится  такой, как ее видит глаз, тем более  что глаз точно так же подстраивается под источник света. Недорогие цифровые камеры имеют стандартный набор  настроек «баланса белого»: «в помещении» (лампа накаливания), «вне помещения» (солнце), «люминесцентная лампа», «авто». Режим «авто» устанавливает баланс белого по самому яркому объекту и  потому может ошибиться, если тот  не белый. У более сложных моделей  можно выбрать несколько настроек для режима «вне помещения» - «солнце», «облачно», или для режима «люминесцентная лампа»/«в помещении». И наконец, как у профессиональной видеокамеры, возможен ручной режим выбора «баланса белого» по белой мишени.  

Чувствительная матрица, доставшаяся в наследство от видеокамер, имеет чересстрочный режим считывания сигнала. Это позволяет исключить  использование механического затвора  и передавать в видоискатель изображение, попадающее на матрицу, а также снимать  видеофрагменты длиной в десятки  секунд или использовать цифровой фотоаппарат  как видеокамеру при подключении  к ПК или телевизору (большинство  недорогих цифровых камер имеют  видеовыход). Отсутствие затвора исключает  вибрации, повышает надежность и долговечность  системы и уменьшает стоимость  изделия, хотя механическим затвором, тем не менее, оснащено большинство  цифровых камер.