Сканеры

Введение

 

1. НАСТОЛЬНЫЕ СКАНЕРЫ

2. ПОРТАТИВНЫЕ  ИЛИ РУЧНЫЕ СКАНЕРЫ

3. ПЛАНШЕТНЫЕ СКАНЕРЫ

3.1 Источник света

3.2 Приёмный элемент

3.3 Оптическая система

4. БАРАБАННЫЕ СКАНЕРЫ

5. СЛАЙД-СКАНЕРЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В соответствии с функциональными  возможностями и устройством  сканеры разделяются на настольные и портативные (ручные).

классификация устройство планшетный сканер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. НАСТОЛЬНЫЕ СКАНЕРЫ

Существует три разновидности  настольных сканеров: flatbed , sheetfed, overhead.

При работе с FLATBED сканером для  сканирования изображения необходимо открыть крышку сканера, положить сканируемый  лист на стеклянную пластину изображением вниз, после чего закрыть крышку сканера. Все дальнейшее управление процессом сканирования осуществляется с клавиатуры компьютера при работе одной из специальных программ, поставляемых вместе с таким сканером. Такая  конструкция сканера позволяет  сканировать не только отдельные  листы, но и страницы журнала или книги.

В SHEETFED сканерах отдельные  листы документов протягиваются  через устройство, при этом и осуществляется их сканирование.

В этом случае копирование  страниц книг и журналов просто невозможно.

Рассмотренные сканеры достаточно широко используются в областях, связанных  с оптическим распознаванием символов (OpticalCharacterRecognition, OCR). Для удобства работы sheetfed сканеры обычно оснащаются устройствами для автоматической подачи страниц.

Третья разновидность  сканеров OVERHEAD сканеры, которые больше всего напоминают несколько своеобразный overhead проектор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ПОРТАТИВНЫЕ  ИЛИ РУЧНЫЕ СКАНЕРЫ

Портативные или ручные сканеры (Handyscanner) обеспечивают недорогой способ преобразования изображения в цифровую форму и их ввод в компьютер. По сравнению с настольными сканерами  они обладают значительно более  скромными возможностями. Например, они непригодны для использования  в настольных издательских системах, к тому же малейшая вибрация, допущенная в процессе ручного сканирования»  приводит к обесцениванию проделанной  работы. Но стоят такие сканеры  значительно дешевле. Их вполне можно  использовать там, где не требуется  высокое качество изображения. Комплект поставки сканера включает в себя программное обеспечение, которое  предоставляет возможности редактирования, записи на диск и вывода на печать изображения.

Конструктивно ручной сканер напоминает манипулятор типа “мышь” и работа с аппаратом не требует  особых навыков. Сканируемый оригинал помещается на плоскую поверхность, сканер устанавливается на одной  из сторон этого оригинала и, после  нажатия кнопки пуска, медленно перемещается по оригиналу вручную.

По мере продвижения сканера  по оригиналу можно наблюдать  за тем, что получается. Большинство  портативных сканеров имеет небольшое  окошко для просмотра, через которое  виден обрабатываемый оригинал. Некоторые  аппараты обеспечивают воспроизведение  получаемого в процессе работы изображения  на экране персонального компьютера. Большинство сканеров обеспечивают возможность выбирать разрешение сканирования (до 400 dpi). Максимальная ширина сканируемого оригинала обычно составляет 2,5 дюйма (6,4 см) и ограничивается размером рабочей  поверхности аппарата. Длина оригинала  зависит от памяти компьютера. Если оригинал превышает ширину сканера, то можно обрабатывать его отдельными частями, а затем с помощью  программы объединять эти части  в одно изображение.

 

 

 

 

 

 

3. ПЛАНШЕТНЫЕ СКАНЕРЫ

Оригинал располагается  на прозрачном неподвижном стекле, вдоль которого передвигается сканирующая  каретка с источником света (если сканируется прозрачный оригинал, используется так называемый слайд-модуль - крышка, в которой параллельно сканирующей  каретке сканера перемещается вторая лампа).

Оптическая система сканера (состоит из объектива и зеркал или призмы) проецирует световой поток  от сканируемого оригинала на приёмный элемент, осуществляющий разделение информации о цветах - три параллельных линейки  из равного числа отдельных светочувствительных  элементов, принимающие информацию о содержании "своих" цветов. В  трёхпроходных сканерах используются лампы разных цветов или же меняющиеся светофильтры на лампе или приёмном элементе. Приёмный элемент преобразует  уровень освещенности в уровень  напряжения. Далее, после возможной  коррекции и обработки, аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). С АЦП информация выходит уже в "знакомом" компьютеру двоичном виде и, после обработки  в контроллере сканера, через  интерфейс с компьютером поступает  в драйвер сканера - обычно это  так называемый TWAIN-модуль, с которым  уже взаимодействуют прикладные программы.

3.1 Источник света

В старых разработках –  это обычная флуоресцентная лампа (родственна обычным лампам дневного света). Её недостаток - слабая стабильность характеристик освещения и ограниченный срок службы. В современных моделях - лампа с холодным катодом, имеющая  лучшие параметры и значительно  больший срок службы. Как лампа  влияет на результат сканирования? Достаточно очевидно - при изменении  характеристик источника освещения  оригинала изменяется падающий на принимающую  матрицу световой поток, несущий  информацию о сканируемом оригинале, что приводит к изменению цветопередачи сканера.

Характеристики светового  потока меняются даже при прогреве сканера. Поэтому неудачной является конструкция моделей с тремя  раздельными лампами для разных цветов (каждая лампа может "плыть" по-своему). Ориентированные на профессиональную работу с цветом сканеры содержат помимо встроенной процедуры самокалибрации по интенсивности светового потока от лампы еще и схемы поддержания стабильности потока при изменении температуры.

Косвенным признаком пригодности  к "полноцветной" работе может  служить время первичного прогрева лампы после того, как лампа  была автоматически погашена при  неиспользовании сканера в течение  некоторого времени (обычно время прогрева и время ожидания до погашения  лампы можно изменить внутри файлов настроек).

3.2 Приёмный элемент

Приёмный элемент - один из важнейших узлов, влияющих на качество сканирования. Наиболее часто применяются  линейки и матрицы приборов с  зарядовой связью – ПЗС (Charge-CoupledDevice -CCD). Приводимая в документации характеристика - число элементов на линию (на цвет).

Параметры матрицы:

уровень шума - ограничивает динамический диапазон и реальное число  разрядов данных, содержащих полезные данные. При подключении к “шумящей”  матрице много битного АЦП  качество получаемого изображения не улучшится.

разброс чувствительности от ячейки к ячейке - даже если в сканере  предусмотрена калибрация, она выполняется  по усреднённым значениям с нескольких ячеек.

уровень перекрёстных помех - ярко освещённая ячейка влияет на соседние.

совмещение цветов - в  однопроходных сканерах цвета разделяются тремя линейками ПЗС-матрицы.

В некоторых новых сканерах начинает использоваться другой тип  приемного элемента, называемый CIS (ContactImageSensor). Этот элемент состоит из линейки  датчиков, непосредственно воспринимающих световой поток от оригинала, причем линейка имеет ширину, равную ширине рабочей области сканера, а оптическая система – зеркала, призма, объектив – полностью отсутствует. Это  позволяет значительно снизить  габариты, вес и стоимость сканера. Однако по остальным показателям (разрешающая  способность, глубина резкости, чувствительность к оттенкам, срок службы) аппараты с CIS датчиками уступают сканерам с  ПЗС линейками.

3.3 Оптическая  система

В сканере световой поток  от оригинала проецируется на приёмный элемент, который преобразует его  в электрический сигнал, оптической системой. Обычно используется один фокусирующий объектив (или линза) с фиксированным  фокусным расстоянием, который проецирует полную ширину рабочей области сканирования на полную ширину матрицы ПЗС.

Разрешающая способность  таких устройств редко превышает 600 dpi.

Требования к качеству оптики для таких сканеров весьма высоки, особенно сложно обеспечить приемлемое качество проецирования краёв рабочей  области для цветных оригиналов. Оценка качества фокусировки и разрешающей  способности оптики визуально оценивается  при сканировании специальной тестовой мишени.

В других моделях планшетных сканеров встречаются сменные объективы: при работе в обычном режиме оптика работает аналогично однолинзовым механизмам, при переключении на второй, "усиленный" режим используется другой объектив, который проецирует на полную ширину CCD-матрицы только часть ширины рабочего стола сканера. Таким образом, на постоянное число приёмных ячеек ПЗС-матрицы проецируется участок меньшей ширины и соответственно возрастает оптическое разрешение сканера.

Некоторые профессиональные плоскостные сканеры имеют больше двух (до 5) переключаемых объективов.

Известны также сканеры  в которых сканирующая головка  содержит трансфокатор – объектив с переменным фокусным расстоянием, что также позволяет повысить разрешающую способность на части сканируемой поверхности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. БАРАБАННЫЕ СКАНЕРЫ

В большинстве барабанных сканеров в качестве светочувствительных  элементов используются фотоэлектронные  умножители - ФЭУ (photomultipliertube - PMT), которые  обеспечивают большую чувствительность, чем линейки ПЗС, применяемые  в планшетных или слайд-сканерах, и поэтому охватывают более широкий  цветовой диапазон. ФЭУ позволяют  различать такие светлые и  темные цвета, которые типичные ПЗС-сканеры  просто "не видят" или воспринимают их как белые и черные.

Во всех моделях барабанных сканеров (кроме недорогих моделей) используются три ФЭУ для одновременной  записи значений красного, зеленого и  синего цветов за один проход. В некоторых  моделях фирмы ScanVeiw используется только один чувствительный элемент, поэтому  сканирование выполняется в три  прохода. Для оцифровки отсчетов интенсивности света каждого  пиксела применяется не менее 10 бит (в зависимости от модели) для  красного, зеленого и синего цветов. Максимальная цветовая глубина - 48 бит, хотя после оптимизации полученных значений с помощью программных  алгоритмов результат обычно сохраняется  в файле с 24-битным (true-color) цветом для обработки в приложениях на Macintosh и PC.

Барабанные сканеры, по сравнению  с планшетными сканерами, позволяют  достичь большего максимального  оптического разрешения. Это значит, что они снимают большее количество световых отсчетов (пикселей или цифровых элементов изображения) на дюйм или  миллиметр. Например, лучшие планшетные слайд-сканеры имеют разрешение от 4000 до 5600 dpi, а для некоторых  барабанных сканеров этот параметр достигает значений от 8000 до 11000 dpi.

Очевидно, что работать с  барабанными сканерами, получая  при этом качественные результаты, гораздо сложнее, чем с другими  сканерами. Прежде всего, необходимо смонтировать оригиналы на внутренней или внешней (в зависимости от модели) стороне  прозрачного цилиндра, который называется "барабан". Чем больше барабан, тем больше площадь его поверхности, на которую монтируется оригинал, и, соответственно, тем больше максимальная область сканирования. После монтажа  оригинала барабан приводится в  движение. За один оборот барабана считывается  одна линия пикселей. Проходящий через  слайд (или отраженный от непрозрачного  оригинала) узкий луч света с  помощью системы зеркал попадает на ФЭУ, где оцифровывается.

При производстве разнообразной  полиграфической продукции требуется  печать изображений с различнымилиниатурами  растра и масштабированием. Поэтому  сканеры должны обеспечивать получение  изображений с широким диапазоном разрешений. Чем выше разрешение (количество пикселей на дюйм), тем меньше должен быть размер пикселей. Следовательно, для получения отсчетов с меньшего участка оригинала должен использоваться более узкий луч света.

Для регулирования ширины луча света в барабанных сканерах он пропускается через апертуры (aperture), которые представляют собой небольшие (до шести микрон) отверстия точно  определенного размера. Апертуры располагаются  на колесе выбора. В различных моделях  используется от 2 до 22 различных размеров апертур.

В идеале для каждого из возможных разрешений необходимо иметь  свой размер апертуры. Но на практике современный  барабанный сканер для сканирования с заданным разрешением автоматически  выбирает апертуру с подходящим размером. Как правило, выбирается апертура с  ближайшим к пикселю меньшим  размером. Сканер сравнивает величину отсчета с соседними и интерполирует  значение цвета для полноразмерного пикселя.

В спецификациях барабанных сканеров часто указывается максимальное увеличение, но каждый производитель  определяет его по-своему. Поэтому  такие величины сравнивать трудно. В действительности максимально  возможное увеличение сканера непосредственно  зависит от его максимального  разрешения и линиатуры растра, которая  будет использоваться при репродуцировании. Поскольку на практике часто возникает  необходимость в различных степенях увеличения, приведем простую формулу  для расчета требуемого разрешения сканера: просто умножьте линиатуру  растра печати на 2, разделите максимальное разрешение сканера на это значение и умножьте на 100, чтобы выразить полученный результат в процентах.

Некоторые производители  оценивают типичную скорость сканирования в количествах сканирований в  минуту и других нестандартных величинах, но эти цифры трудно поддаются  сравнению. Гораздо легче сравнивать максимальную скорость вращения барабана (в оборотах в минуту, об/мин), которая  достигается при сканировании с  низким разрешением. Но при повышении  разрешения скорость вращения уменьшается, поэтому следует обращать внимание и на минимальную скорость вращения барабана.