Сканеры. Классификация сканеров, принцип работы, способы формирования изображения, основные узлы.
Сканер – устройство оптического ввода, предназначенное для ввода и оцифровки в ПК черно-белых или цветных изображений, а так же для считывания текста с бумажного носителя.
При классификации сканеров руководствуются несколькими критериями.
• Степенью прозрачности вводимого оригинала изображения.
• Кинематическим механизмом сканера (конструкцией, механизмом движения).
• Типом вводимого изображения.
• Особенностями программного и аппаратного обеспечения.
В соответствии с функциональными возможностями и устройством сканеры разделяются на планшетные, портативные (ручные) и листопротяжные.
Принцип работы планшетного сканера.
Луч света через диаграмму засвечивает полоску оригинала, а от точки отражается луч, яркость которого должна соответствовать интенсивности точки(от белой точки отраженный луч будет приближаться к 100% яркости, а от черной точки отраженный луч будет приближаться к нулю).
В целях масштабирования отраженного луча(ширина сканирования) оптически луч подвергается масштабированию.
Преобразование светового потока отраженного от каждой точки в электрический импульс(аналоговый сигнал). Эту функцию выполняет прибор зарядовой связи(ПЗС).
Преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал. Эту функцию выполняет АЦП. Главным параметрами являются: частота и битность.
Способы формирования изображения
Способов формирования изображения три. Они соответственно осуществляются прибором с зарядовой связью (ПЗС), фотоэлектроным умножителем (ФЭУ) или так называемым контактным датчиком.
ПЗС — это твердотельный электронный компонент, состоящий из множества миниатюрных датчиков, преобразующих падающий на них свет в пропорциональный его интенсивности электрический заряд. В основу ПЗС положена чувствительность проводимости p-n-перехода обыкновенного полупроводникового диода к степени его освещенности. На p-n-переходе создается заряд, который уменьшается со скоростью, зависящей от освещенности. Чем меньше заряд, тем больше ток через диод.В зависимости от типа сканера ПЗС могут иметь различную конфигурацию. При линейном способе считывания микродатчики ПЗС размещаются на кристалле в одну линию (для трехпроходного сканирования) или три линии (для однопроходного сканирования). Способ относительно недорог и позволяет сканировать с высоким качеством, поэтому ПЗС-сканеры являются наиболее распространенными. ПЗС также широко используется в цифровых камерах.
В барабанных сканерах в качестве светочувствительных приборов применяются фотоэлектронные умножители. Источником света служит ксеоновая или вольфрамо-галогенная лампа. Ее излучение с помощью системы конденсаторных линз и волоконной оптики фокусируется на чрезвычайно небольшой области сканируемого объекта. ФЭУ осуществляют электронное усиление отраженного от оригинала света (чем больше интенсивность света, тем больше электрический сигнал). Попадая на катод ФЭУ, свет выбивает из него электроны, которые, проходя через пластины динодов, вызывают вторичную электронную эмиссию. Коэффициент усиления зависит от свойств материала и количества динодов. Напряжение, прямо пропорциональное освещенности катода ФЭУ, снимается с анода и затем преобразуется в цифровой код. Фотоэлектронные умножители дороги, поэтому большой популярности не получили.
Еще одна, недавно появившаяся технология, называется CIS (Contact Image Sensor). Сканирующая головка, выполненная по CIS-технологии, имеет 3 основных компонента – источник света, специальную цилиндрическую линзу (или набор линз), а также приемный элемент с электронной начинкой для формирования выходного аналогового сигнала и синхронизации с другими компонентами сканера, выполненными на единой печатной плате. В качестве источника света у большинства сканеров с контактным датчиком используются светодиоды, излучение которых отражается от сканируемого изображения, и, пройдя через линзу, фокусируется на датчике изображения, который представлен фототранзисторами, выполненными по технологии MOS. На выходе получается аналоговый сигнал, который усиливается и подается на вход аналого-цифрового преобразователя. В том случае, если необходимо сканировать цветное изображение, источником света служат светодиоды трех основных цветов (красный, зеленый, синий). Плюсом сканеров, сделанных по такой технологии, является их небольшие габариты и энергопотребление, низкая стоимость при довольно неплохом качестве, поэтому сегодня все сканеры низшего и многие сканеры среднего ценового диапазона имеют контактные датчики. Однако все же качество сканирования у них ниже, чем у традиционных сканеров с ПЗС-датчиками, но они и стоят подороже.
Источник
Классификация сканеров способ формирования изображения класс
Сканером называется устройство, позволяющее вводить компьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий и другой графической информации. Несмотря на обилие различных моделей сканеров в первом приближении их классификацию можно провести всего по нескольким признакам. Например, по кинематическому механизму сканера и по типу вводимого изображения.
В настоящее время все известные модели можно разбить на два типа: ручной и настольный . Существуют и комбинированные устройства, которые сочетают в себе возможности и тех и других.
Для того чтобы ввести в компьютер какой-либо документ при помощи ручного сканера, надо без резких движений провести сканирующей головкой по изображению. Равномерность перемещения handheld существенно сказывается на качестве вводимого изображения. Ширина вводимого изображения обычно не превышает 4дюйма (10см). Современные ручные сканеры могут обеспечивать автоматическую «склейку» вводимого изображения, то есть формируют целое изображение из отдельно водимых его частей. Это, в частности, связано с тем, что при помощи ручного сканера невозможно ввести изображения даже формата А 4 за один проход. К основным достоинствам такого дна сканеров относятся небольшие габаритные размеры и сравнительно низкая цена.
Другая разновидность ручных сканеров – сканер штрих-кода. Их широко используют на производстве и в торговых сетях.
Настольные сканеры называют и страничными, и. планшетными, и даже авто сканерами. Такие сканеры позволяют вводить изображения размерами 8,5 на 11 или 8,5 на 14 дюймов . Существуют три разновидности настольных сканеров: планшетные ( flatbed ), рулонные ( sheet — fed ) и проекционные ( overhead ).
Основным отличием планшетных сканеров является то, что сканирующая головка перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя. Планшетные сканеры — обычно , достаточно дорогие устройства, но, пожалуй, и наиболее ”способные”. Для сканирования изображения необходимо открыть крышку сканера, подключить сканируемый лист на стеклянную пластину изображением вниз, после чего закрыть крышку. Все дальнейшее управление процессом сканирования осуществляется с клавиатуры компьютера — при работе с одной из специальных программ, поставляемых вместе с таким сканером. Понятно, что рассмотренная конструкция изделия позволяет (подобно ”ксероксу”) сканировать не только отдельные листы, но и страницы журнала или книги. Наиболее популярными сканерами этого типа на российском рынке являются модели фирмы Hewlett Packard .
Работа рулонных сканеров чем-то напоминает работу об ыкно венной факс-машины. Отдельные листы документов протягиваются через такое устройство, при этом и осуществляется их сканирование. Таким образом, в данном случае сканирующая головка остается на месте, а уже относительно нее перемещается бумага. Понятно, что в этом случае копирование страниц книг и журналов просто невозможно. Рассматриваемые сканеры достаточно широко используются в областях, связанных с оптическим распознаванием символов OCR ( Opti ca l Character Recognition ). Для удобства работы рулонные сканеры обычно оснащаются устройствами для автоматической подачи страниц.
Третья разновидность настольных сканеров — проекционные сканеры, которые больше всего напоминают своеобразный проекционный аппарат (или фотоувеличитель). Вводимый документ кладется на поверхность сканирования изображением вверх, блок сканирования находится при этом также сверху. Перемещается только сканирующее устройство. Основной особенностью данных сканеров является возможность сканирования трехмерных проекций.
Устройство и принцип работы
Сканер Niscan Page обеспечивает работу в двух режимах: протягивания листов (сканирование оригиналов форматом от визитной карточки до21,6 см) и самодвижущегося сканера. Для реализации последнего режима сканера необходимо снять нижнюю крышку. При этом валики, которые обычно протягивают бумагу, служат своеобразными кодами, на которых сканер и движется по сканируемой поверхности. Хотя понятно, что ширина вводимого сканером изображения в обоих режимах не изменяется (чуть больше формата А 4 ), однако в самодвижущемся режиме можно сканировать изображение с листа бумаги, превышающего этот формат, или вводить формацию со страниц книги.
Подобно многим техническим разработкам, базирующимся на принципах строения человеческого тела, конструкция сканера во многом повторяет строение нашего глаза .Д ля сканера, как и для органа зрения, все начинается со света. В типовом настольном цветном сканере над сканируемым изображением перемещается флюоресцентная лампа. Свет лампы отражается от сканируемого документа, затем проходит через линзу и фокусируется на матрице ПЗС, которая в сканере выполняет роль сетчатки.
Элементы ПЗС с фильтрами красного, зеленого и синего в однопроходных сканерах считывают соответствующие цветовые составляющие данных изображения (что ничем не отличается от функций колбочек и палочек в глазе).
В трехпроходных сканерах элементы ПЗС несут тройную нагрузку, так как в каждом проходе фильтруют разный цвет. В теории однопроходные сканеры быстрее, а трехпроходные позволяют добиться большей точности.
Истинное оптическое разрешение сканера так же, как и качество сканированного изображения, прямо пропорционально числу элементов ПЗС в сканере. В сканерах с большей разрешающей способностью число элементов ПЗС больше.
Зная размеры матрицы (линейки) ПЗС, можно просто вычислить оптическое разрешение сканера. Например, линейка ПЗС из 3400 элементов, рассчитанная на сканирование изображения шириной 8.5 дюймов , обеспечит оптическое разрешение 400 ppi (3400 делится на 8.5).
В сканированных штриховых изображениях каждому пикселю соответствует 1 бит (разряд) — черный или белый. Шкала полутонов применяет 8-разрядную технологию, разрешающую 256 градаций для каждого пикселя. При воспроизведении света используются три уровня 8-разрядного сканирования (по одному уровню на красный, зеленый и синий цвета) для создания 24-разрядных изображений, в которых для пикселя возможны 16.7 миллионов градаций цвета. Пропорционально растут и размеры файлов для черно-белого, полутонового и цветного изображений. Многие из протестированных сканеров являются 30-разрядными (по 10 разрядов на канал основного цвета), но Джон Лэмб, специалист по маркетингу продукции компании Umax Technologies , считает, что «с точки зрения технологии, эти устройства все еще принадлежат к семейству 24-разрядных сканеров».
В качестве единицы измерения разрешения используется показатель количества точек, которые сканер в состоянии воспринять на одном дюйме оригинала — dpi . Это сокращение буквально означает «точек на дюйм» — dots per inch . В спецификации часто указывается два параметра — горизонтальное разрешение и вертикальное. Например, 600х1200 dpi .
В данном случае имеется ввиду не квадратный дюйм, а линейный. Таким образом сканер с указанным в спецификации оптическим разрешением 600х1200 при установке в режим «600 dpi » способен выдать изображение оригинала, в котором на каждом дюйме по горизонтали и вертикали будет размещено 600 цветовых точек со своими параметрами. При установке большего, чем 600 dpi разрешения, драйвер сканера, используя методы математического увеличения разрешения выравнивает горизонтальное и вертикальное разрешение. Например, при установке сканера в режим 1200 dpi физическим останется только вертикальный параметр dpi , горизонтальный же будет «вытянут» математикой до 1200.
Деликатность вопроса заключается в том, что иногда механические возможности устройства подразумеваются как истинное оптическое разрешение. Например, сканер с истинным оптическим разрешением 1200х1200 dpi предусматривает наличие особой линейки CCD — оптико-электронного устройства, имеющего разрешение именно 1200 dpi . На практике нередко оказывается, что сканер с заявленным физическим разрешением 1200х1200 dpi имеет абсолютно такое же устройство CCD , что и сканер с заявленными параметрами 600х1200. Кроме того, очевидно, что сканер с разрешением 1200х1200 dpi должен стоить по крайней мере в 2-2,5 раза дороже своего собрата 600 х 1200.
Следует иметь ввиду , что именно показатель горизонтального разрешения характеризует физические возможности CCD-устройства сканера и, в конечном счете, оптические возможности сканера. Вертикальный же параметр — не более чем показатель прецизионности механического устройства движения каретки.
В листовых моделях сканеров нередко указывают лишь одну характеристику разрешения — горизонтальную. Считается, что физическое разрешение по вертикали такое же. С точки зрения многих специалистов заявленные некоторыми производителями высокие показатели оптического разрешения листовых сканеров на самом деле являются результатом максимального математического увеличения разрешения, причем по вертикали.
Отличить на практике истинное оптическое разрешение от математического представляется довольно затруднительной задачей. Критерий здесь, видимо, один: чем меньшее оптическое разрешение заявлено в документации, тем больше вероятность, что эта информация достоверна.
Так как размер файла, а вместе с ним и требования к компьютерной обработке и объему памяти при увеличении разрядности сканирования растут в геометрической прогрессии, большинство производителей средств обработки изображений приняли за стандарт 24-разрядный вариант, в котором оптимально сочетаются стоимость и качество. Поэтому, хотя на стадии предварительной обработки 30-разрядный драйвер сканера позволяет манипулировать с 30-разрядным изображением (аргументом в пользу этих драйверов служит возможность работы на этой стадии с элементами критических участков, таких как области затенения и повышенной яркости), но к моменту записи изображения в файл для последующего редактирования или печати его разрядность уменьшается до 24. В ближайшие годы мы окажемся в 48-разрядном мире, но это зависит от многого, в том числе от характеристик создаваемых мониторов, сканеров и принтеров.
Сканеры общего назначения на три группы: для дома и малого офиса, для бизнеса и профессиональные.
Устройства для дома и офиса — это цветные планшетные сканеры с разрешением 300 точек на дюйм. Основными пользователями данной группы являются студенты, переводчики, работающие на дому, люди, использующие сканеры в составе домашней настольно-издательской системы или для автоматизации домашнего делопроизводства. Цена — от 200 до 400 долл.
Сканеры для бизнеса обычно используются в офисах для подготовки презентаций, цветных документов. Если я нахожусь в командировке и у меня есть фотографии, то для подготовки отчета я могу применить сканер и на выходе получить цветные документы или материалы для презентации. Эти сканеры имеют обычно разрешение 400 точек на дюйм и глубину цвета 24 или 30 разрядов. Они стандартно комплектуются дополнительным оборудованием — устройствами для автоматической подачи документов и для сканирования слайдов. Их ценовой диапазон — от 400 до 750 долл.
И наконец, цветные планшетные сканеры общего назначения повышенного качества. Их разрешения и цветопередачи может не хватать для использования в полиграфии, но они вполне пригодны для решения дизайнерских, архитекторских и конструкторских задач.
Это сканеры со стандартным разрешением 600 точек на дюйм, глубиной цвета 24, 30 и даже 36. Диапазон цен — от 800 до 1100 долл.
Но уже есть тенденции к развитию и смене стандартов. Скорее всего, через год-два сканер для дома или малого офиса будет иметь разрешение 600 точек на дюйм при глубине цвета 30 разрядов.
В то же время разрешение бизнес-сканеров поднимется до 800 точек на дюйм, а разрядность кодирования цвета — до 30. Для третьей группы сканеров стандартным станет разрешение 1200 точек на дюйм, а глубина цвета — 36 разрядов. Таков наш прогноз. Возможно, он сбудется в течение 2-2, 5 лет. Ценовой диапазон у первых двух групп не изменится, а у третьей поднимется чуть выше.
Самым универсальным сканером является офисный сканер среднего класса и ценой порядка 500 долл. Это центр того, о чем мы сейчас говорим. Устройство может сканировать как документы, слайды, так и штрих-коды и отпечатки пальцев. Оно может иметь устройство автоматической подачи. В общем, в нем — все, что должен делать сканер. Этот тип как бы в центре рынка. Если нужны более дешевые изделия, то мы можем обратиться к ручным сканерам. Если мы имеем дело с полиграфией, то для нас существуют сканеры, которые хоть и не могут обрабатывать слайды, но зато имеют очень высокое разрешение. Или, скажем, барабанные сканеры колоссальной производительности и высокого разрешения. А еще существуют документные сканеры, которые работают только с черно-белым изображением. Они решают свою конкретную задачу.
Интересно, что великолепная система по считыванию отпечатков пальцев, мощный документный сканер и барабанный высокой производительности для сканирования слайдов стоят примерно одинаково — около 100 тыс. долл.
Для потребителя очень важна укомплектованность сканера ПО . Как он работает с приложениями? Есть ли TWAIN-модуль? Это очень важно.
Фирма Seiko Epson выпустила новый TWAIN-драйвер, который помогает решить проблемы калибровки системы сканер-монитор-принтер. Для того чтобы откалибровать систему, необходимо сделать распечатку специального изображения на принтере, затем отсканировать его и нажать несколько клавиш. На этом процесс заканчивается. Постигнуть многие секреты может любой, купивший сканер Epson .
Стандартом становится сегодня и SCSI-интерфейс сканера. И все фирмы бесплатно включают в комплект соответствующие адаптеры. Например, HP поставляет специальный адаптер, предназначенный только для сканера, Epson — универсальную плату, к которой можно подключить еще четыре других периферийных устройства. Существуют весьма небольшие различия между комплектами ПО : в один входит, например, Stylus , в другой не входит. В принципе, все стандартно.
Сканер достаточно полно можно охарактеризовать тремя параметрами: это оптическая разрешающая способность, глубина цвета и диапазон оптических плотностей. Сканеры, которые называются планшетными стоят порядка 40 тыс. долл. Это сканеры для профессиональной работы в полиграфии.
На домашних и на офисных сканерах тоже можно получать отличные результаты. И хотя они не всегда подходят для полиграфии, для большинства других применений вполне достаточны.
Результат работы на наших сканерах во многом зависит от того, насколько хорошо человек разбирается в принципах сканирования, в ПО.
Фирма Kodak производит промышленные сканеры ротационного типа, создающие черно-белое изображение. Сканеры фирм Epson , создают файл размером доходящий порой до 100 Мбайт. Сканеры фирмы Koda k предназначены для крупных организаций, где требуется ввод тысяч документов в день. И если их электронные образы будут занимать по 100 Мбайт, то результат для этой организации окажется плачевным. Поэтому они не используют цвет, хотя цвет — это полезно. Информацию сжимают в формате tiff , и в итоге файл имеет размер 15-20 Кбайт в зависимости от качества.
Аналогичные устройства предлагают и другие изготовители — BankTeck , которую представляет » ПроСофт «, Fujitsu и др.
Сейчас компании — производители промышленных сканеров стали поставлять готовые решения — программное и аппаратное обеспечение, с помощью которого можно не только получить электронный образ документа, но и поставить ему в соответствие, например, запись в базе данных.
Для системных интеграторов очень важна комплектация профессиональных сканеров, есть ли у них надпечатка на обрабатываемом документе или нет. Важно, умеет ли сканер превращать изображение с полутонами в черно-белое, сохранив все нужные детали. Быстрые сканеры должны уметь это делать в своем процессоре «на лету». И хотя они имеют разрешение всего 200 точек, именно с таким разрешением лучше всего работают системы распознавания. Распространенное заблуждение — для распознавания нужно разрешение 400 точек на дюйм. В системах потокового ввода переход с 200 на 400 точек на дюйм уменьшает скорость в три раза!
Вершину пирамиды качества сканирования традиционно занимают барабанные сканеры. Однако новое поколение планшетных сканеров старшего класса стремительно сокращает отставание от лидеров. Операторы, уставшие от рутинной (а иногда и грязной) процедуры монтажа оригиналов на цилиндрах барабанных сканеров, все чаще вместо барабанных устройств начального уровня используют дорогие планшетные сканеры. Работать с ними проще, да и быстрее, а по таким характеристикам, как разрешение (до 5000 dpi ) и динамический диапазон, лучшие планшетные сканеры практически сравнялись с недорогими барабанными.
Схема работы планшетного сканера
Схема работы рулонного сканера
Схема работы проекционного сканера
Источник
