Виды, характеристики и принципы действия сканирующих устройств

1.2 Виды, характеристики и принципы действия сканирующих устройств

 

Сканирующие устройства бывают таких видов:

- Ручной (hand-held)

- Настольный (desktop)

- Планшетный (flatbed)

- Сканирующая головка на плоттере

- Рулонный (sheet-fed)

- Проекционный (overhead)

Ручные сканеры – обычные или самодвижущиеся – обрабатывают полосы документа шириной около 10 см и представляют интерес, прежде всего для владельцев мобильных ПК. Они медлительны, имеют низкие оптические разрешения (обычно 100 точек на дюйм) и часто сканируют изображения с перекосом. Но зато они недороги и компактны.

Планшетные сканеры (Рисунок 1.5) более распространены на рынке, чем другие типы сканеров и имеют ряд преимуществ по объему применения, то есть более универсальны. Они напоминают верхнюю часть копировального аппарата: оригинал – либо бумажный документ, либо плоский предмет – кладут на специальное стекло, под которым перемещается каретка с оптикой и аналого-цифровым преобразователем (однако существуют «планшетники», в которых перемещается стекло с оригиналом, а оптика и АПЦ остаются неподвижными, чем достигается более высокое качество сканирования). Обычно планшетный сканер считывает оригинал, освещая его снизу, с позиции преобразователя. Чтобы сканировать четкое изображение с пленки или диапозитива, нужно обеспечивать подсветку оригиналов как бы сзади. Для этого и служит слайдовая приставка, представляющая собой лампу, которая перемещается синхронно со сканирующей кареткой и имеет определенную цветовую температуру.

Рисунок 1.5 - Схема планшетного сканера

Рулонный сканер:

Отдельные листы документов протягиваются через роликовое устройство, при этом и осуществляется их сканирование. (Похоже на факс-машину.)

Рисунок 1.6 - Схема рулонного сканера

Проекционный сканер:

Перемещается только сканирующее устройство, напоминает проекционный аппарат. Массив CCD, аналогичный тому, который применяется в видеокамерах, позволяет получить изображение без взаимного перемещения носителя и сканирующего элемента. Разрешение таких сканеров ограничено, но зато они могут сканировать носители произвольной толщины и даже вовсе неплоские предметы.

Рисунок 1.7 - Схема проекционного сканера

Сканеры для работы с прозрачным носителем:

Некоторые сканеры могут работать с прозрачным носителем. Обычно это фотографические слайды. (Приведенная ниже схема слайд-сканера не является единственно возможной.)

Рисунок 1.8 Схема цветного слайд-сканера

В настоящее время существуют портативные сканеры (Рисунок 1.9) весом в 300 граммов и размером 5 х 4 х 29 см. и помещающиеся в сумку.

Рисунок 1.9 - Портативный сканер для ноутбуков Strobe XP 100

Простейший черно-белый сканер работает следующим образом:

Сканируемое изображение освещается белым светом. Отраженный свет через уменьшающую линзу попадает на фоточувствительный полупроводниковый элемент, называемый Прибором с Зарядовой Связью - ПЗС (Charge-Coupled Device, CCD), в основу которого положена чувствительность проводимости р - п-перехода обыкновенного полупроводникового диода к степени его освещенности. На р - п-переходе создается заряд, который рассасывается со скоростью, зависящей от освещенности. Чем выше скорость рассасывания, тем больший ток проходит через диод. Каждая строка сканирования изображения соответствует определенным значениям напряжения на ПЗС. Эти значения напряжения преобразуются в цифровую форму через аналого-цифровой преобразователь АЦП. Для получения цветных сканируемых изображений существует несколько технологий. Один из наиболее общих принципов работы цветного сканера заключается в следующем. Сканируемое изображение освещается уже не белым светом, а через RGB-светофильтр либо от RGB-источников. Для каждого из основных цветов (красного, зеленого и синего) последовательность операций практически не отличается от последовательности действий при сканировании черно-белого изображения.

Основные характеристики сканера

- Оптическое разрешение

- Аппаратное разрешение

- Тип оптической системы

- Разрядность цвета

- Тип подключения к компьютеру.

Оптическое разрешение:

Является основной характеристикой сканера. Сканер снимает изображение не целиком, а по строчкам. По вертикали планшетного сканера движется полоска светочувствительных элементов и снимает по точкам изображение строку за строкой. Чем больше светочувствительных элементов у сканера, тем больше точек он может снять с каждой горизонтальной полосы изображения. Это и называется оптическим разрешением. Обычно его считают по количеству точек на дюйм — dpi (dots per inch). Сегодня считается нормой уровень разрешение не менее 600 dpi. Увеличивать разрешение еще дальше — значит, применять более дорогую оптику, более дорогие светочувствительные элементы, а также многократно затягивать время сканирования. Для обработки слайдов необходимо более высокое разрешение: не менее 1200 dpi.

Cледует отметить, что разрешение, о котором сказано выше называется оптическим, или физическим, или реальным. Оно описывает количество точек на дюйм, которые сканер в самом деле получает с объекта в процессе работы. Однако создаваемый сканером файл может оказаться и более высокого разрешения. Это разрешение, полученное при помощи математической обработки изображения называется уже интерполированным. Не все сканеры выполняют интерполяцию и, как правило, при сравнении сканеров сравнивают именно оптическое разрешение, так как именно от него более всего зависит качество изображения.

Аппаратное разрешение:

Иногда аппаратное разрешение называют физическим или механическим. Например, для планшетного, сканера полоса светочувствительных элементов сканера перемещается не абсолютно плавно, а небольшими «шажками», точная механика сканера также задает разрешение — по вертикали планшета. Уровень аппаратного разрешения определяется тем, сколько точных «шагов» может сделать полоска светочувствительных элементов, перемещаясь вдоль одного дюйма изображения. Часто в описании сканеров оптическое и аппаратное разрешение смешивают и называют только оптическим или только аппаратным. А если, например, аппаратное разрешение превышает оптическое, производители могут схитрить и оставить в документации только одну характеристику — просто «разрешение» (разумеется, в этом случае ставят большую цифру из двух).

Тип оптической системы:

Зависит от типа светочувствительных приемных элементов.

Основные типы элементов:

- CCD (Charge-Coupled Device)

- CIS (Сontact Image Sensor)

Сканеры с CCDили иначе приборы c зарядовой связью (ПЗС). Эта технология известна уже много лет и используется также в аппаратах факсимильной связи, видеокамерах и других устройствах.

Преимущества CCD перед CIS:

- Глубина резкости в 10 раз больше (+/-3 мм), чем CIS сканеров (+/-0.3мм).

- Различают уровни оттенков +/-20%, тогда как CIS сканеры определяют различия в оттенках только +/-40%.

- Возможность достижения более высокого оптического разрешения

Недостатки: Сканеры приходится оснащать сложной оптической системой, чтобы проецировать широкую строку изображения на миниатюрную матрицу ПЗС. Следствием этого являются большие размеры и большое энергопотребление (из-за этого питание, как правило, приходится получать только от сети).

Сканеры с CIS:

Элемент CIS состоит из линейки датчиков, непосредственно воспринимающих световой поток от оригинала, причем линейка имеет ширину, равную ширине рабочей области сканера, а оптическая система – зеркала, призма, обьектив – полностью отсутствует.

Преимущества CIS перед CCD:

- Меньшие размеры и вес из-за отсутствия оптической системы и зеркал

- Меньшая цена, так как CIS-элементы заменяют целый набор компонентов сканера, уменьшая стоимость производства

Краткое резюме:

CCD основан на реальной оптике и дает более высокое качество. CIS является сенсорным датчиком, что делает его более дешевым.

Разрядность цвета или глубина цвета:

Разрядность обработки цвета, еще называемая глубиной цвета (color depth) описывает максимальное количество цветов, которое может воспроизвести сканер. Этот параметр обычно выражается в битах на цвет или в битах на цветовой канал. Стандартом в большинстве компьютерных систем формат TrueColor, в котором каждая точка кодируется тремя байтами или 24 битами (в каждом байте - восемь бит). То есть, на представление каждого основного цвета (R - красный, G - зеленый, B - синий; а вместе - RGB) отводится восемь бит. При этом общее количество цветов, которые можно закодировать, составляет более 16 миллионов. Внутри сканера цвет может кодироваться и большим числом бит. Для непрофессионального пользователя это не так уж важно - на выходе он все равно получит стандартный 24-битный цвет. Но увеличение числа разрядов внутри сканера открывает возможность цветовой коррекции изображения без внесения искажений. Причем коррекция может быть как ручной, так и автоматической.

Вычислить количество воспроизводимых цветов просто - достаточно возвести двойку в степень разрядности цвета сканера, либо, если разрядность представлена в битах на канал, возвести двойку в степень разрядности цвета в канале и полученное значение возвести в куб. Например, количество цветов, воспроизводимых 24х-битным сканером (8 бит на канал) равно 16777216. Иногда цифры спецификации сканер относятся к внутренней разрядности сканера, которая обычно выше выходной для того, чтобы сканер мог отбросить “шумовые” биты, отфильтровав таким образом образующиеся от влияния перекрестных и внешних помех искажения, и выдать на выходе 24х битное изображение с максимально чистыми и точными оттенками. Тип подключения к компьютеру:

Полученное при сканировании изображение нужно передать изображение в компьютер. Для этого сканер снабжён интерфейсом - устройством связи. Различные модели сканеров обладают разными интерфейсами.

Наиболее популярные интерфейсы:

- LPT

- USB

- SCSI

- нестандартные интерфейсы

Лишь SCSI и USB из перечисленных следует считать современными и уместными в сканерах новых моделей. Интерфейс LPT, популярный в недорогих сканерах прошлых лет, неудобен в применении (он изначально рассчитан на подключение лишь принтера, причём в гордом одиночестве) и не поддерживает должным образом возможности plug and play. На данный момент сканеры c LPT уже отсутствуют в продаже.USB=Universal Serial Bus (универсальная последовательная шина). Появление этого стандарта объясняется тем, что возможности обычных портов компьютера (последовательного и параллельного), по мнению этих самых разработчиков, подошли к своему пределу. USB предназначена для подключения практически любой периферии: модемов, принтеров, джойстиков, мышей, сканеров и мониторов, а также телефонов и цифровых камер. На компьютере будет только одно гнездо USB. К нему можно будет подключить одно внешнее устройство или концентратор (hub) USB. Другие устройства будут подключаться либо к концентратору, либо к USB-разъему на первом устройстве. Таким образом, можно будет создать цепочку, включающую в себя до 127 внешних устройств. Причем, подключение новых устройств (и отключение старых) можно производить при работающем компьютере, а их конфигурирование будет производиться автоматически (plug and play) и даже не потребует перезагрузки системы. SCSI (Small Computer Systems Interface) - интерфейс, разработанный для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств, таких как жесткие диски, накопители на магнитооптических дисках, стримеры, сканеры и т.д. Применяется в различных архитектурах компьютерных систем, а не только в PC. Стандарт определяет не только физический интерфейс, но и систему команд, управляющих устройствами SCSI. За время своего существования стандарт активно развивался и к настоящему времени существуют следующие варианты Нестандартные интерфейсы, часто применявшиеся в так называемых ручных сканерах, плохи тем, что требуют установки в компьютер дополнительной интерфейсной карты, а значит - разбора компьютера. Сегодняшние профессиональные сканеры снабжаются интерфейсом SCSI, а бытовые - USB.Сравнение SCSI и USB Профессиональные сканеры обладают более высоким разрешением и реально чаще используются в режиме высокого разрешения. Следовательно, им требуется передавать в компьютер больший объём информации. Для этого требуется высокопроизводительный интерфейс SCSI - чтобы не заставлять пользователя ждать слишком много. Недостатки SCSI: обходится дорого, требует от пользователя определённых навыков в эксплуатации. USB же при скорости передачи данных, приемлемой для домашних применений, крайне прост в эксплуатации, дёшев и является стандартным для всех выпускаемых сегодня компьютеров.

II ОБЗОР И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОГРАММ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗОВ ACROBAT READER И ASDSee