|
Схема для трехпроходного сканера |
Планшетные сканеры в свою очередь
классифицируются на однопроходные или трехпроходные.
Раньше для цветного сканирования
приходилось использовать трехпроходную
технологию То есть первый проход с красным
фильтром для получения красной составляющей,
второй - для зеленой составляющей и третий - для
синей. Такой метод имеет два существенных
недостатка: малая скорость работы и проблема
объединения трех отдельных сканов в один, с
вытекающим отсюда несовмещением цветов.
Решением стало создания True Color CCD,
позволяющих воспринимать все три
цветовые составляющие цветного изображения за
один проход.
Схема для однопроходного сканера |
Состоит из сканирующей каретки с
источником света, фокусирующего объектива или
линзы, прибора с зарядовой связью и
аналого-цифрового преобразователя (АЦП).
Остановимся подробнее на приборе с зарядовой
связью - CCD-матрице (Charge Coupled Device - датчики с
зарядовой связью). Точная цветопередача при
сканировании цветных изображений происходит
путем разделения сканируемого цвета по трем
основным составляющим-цветам: красному (Red),
зеленому (Green) и синему (Blue). В трехпроходных
сканерах CCD-матрицы воспринимают показатели
светового потока только одного цвета, поэтому
каждый цвет из RGB сканируется за отдельный
проход. В современных однопроходных сканерах
CCD-матрица состоит из трех параллельных линеек
приемных ячеек (технология Single Pass), что позволяет
производить сканирование изображения за один
проход каретки. Технология Single Pass позволяет
добиться наиболее точного совмещения цветов
изображения, а также значительно снизить само
время сканирования. Количественные
характеристики CCD-матрицы позволяют определить
оптическое и математическое разрешения сканера.
Один из важнейших параметров матрицы - уровень
производимого ею шума. Высокий уровень
"шумности" крайне отрицательно влияет на
качество сканирования, сокращая динамический
диапазон и число разрядов с действительно
полезными данными. Именно по этой причине
сканеры с CIS-матрицей (Contact Image Sensor - контактные
датчики изображения) мало пригодны для
полноцветного сканирования. Допускаемый уровень
шума CCD-матриц сканеров SOHO-сектора - 3-4mV.
Источник света: В старых разработках -
обычная флуоресцентная лампа (родственна
обычным лампам дневного света). 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. Если свойства лампы за 2-3 месяца
работы изменяются "до неузнаваемости" -
говорить о правильной цветопередаче сканера уже
не приходится. Вообще, характеристики светового
потока меняются даже при прогреве сканера. В этой
связи несколько настораживает конструкция
текущих моделей Epson - единственные из известных
марок сканеры с тремя раздельными лампами разных
цветов, ведь каждая лампа может "плыть"
по-своему. Качество лампы оценить сложно.
Убедитесь, по крайней мере, что используется
лампа с холодным катодом (если это так, то
обязательно отражено в описании).
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 течении некоторого времени (кстати,
обычно время прогрева и время ожидания до
погашения лампы можно изменить, но где-то внутри
файлов настроек).
Современные программы, работающие под Windows, общаются со сканером через поставляющуюся с ним в комплекте специальную программу - TWAIN-модуль (на Macintosh модуль сканирования выполняется как Plug-In для Photoshop). Собственно, благодаря TWAIN-модулю пользователь способен управлять на экране монитора процессом сканирования. Все программы, поддерживающие стандарт TWAIN (таковы все известные программы, как графические, так и OCR), в теории должны работать с любым поддерживающим его сканером (таковы все современные сканеры). На практике некоторые программы распознавания русского текста могут не работать со сканером, с которым предварительно не тестировались разработчиком. ВАЖНО: поскольку TWAIN-модуль сканера является обычной программой, эта программа может не работать под некоторыми операционными системами вообще (а различаются даже версии Windows 95), или работать из рук вон плохо. Здесь справедлив общий закон "качества драйверов" - драйверы неведомого производства работают не очень надежно, и с выходом очередной версии Windows для нормальной работы понадобится новый драйвер. Некоторые полезные свойства, не всегда встречающиеся в TWAIN-модулях:
Рулонные сканеры представляют собой
монохромные устройства, предназначенные главным
образом для ввода документов в машину, их
факсимильной передачи и оптического
распознавания символов OCR (Optical Character Recognition)
Работа рулонных сканеров происходит следующим
образом: отдельные листы документов
протягиваются через такое устройство, при этом и
осуществляется их сканирование. Таким образом, в
данном случае сканирующая головка остается на
месте, уже относительно нее перемещается бумага.
Понятно, что в этом случае сканирование страниц
книг и журналов просто невозможно. Для удобства
работы рулонные сканеры обычно оснащаются
устройствами для автоматической подачи
страниц.
Третья разновидность настольных сканеров — проекционные сканеры, которые 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 проекций трехмерных изображений. Упоминаемый выше комбинированный сканер 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 для передвижения сканера по сканируемой поверхности. Хотя понятно, что ширина вводимого сканером изображения в обоих режимах не изменяется (чуть больше формата А4), однако в самодвижущемся режиме можно сканировать изображение с листа бумаги, превышающего этот формат, или вводить информацию со страниц книги.
По данному критерию все
существующие сканеры можно подразделить на
черно-белые и цветные. Черно-белые сканеры в свою
очередь могут подразделяться на штриховые и
полутоновые (“серые”). Однако, как мы увидим в
дальнейшем, полутона изображения могут также
эмулироваться. Итак, первые модели черно-белых
сканеров могли работать только в двухуровневом
(bilevel) режиме, воспринимая или черный, или белый
цвет. Таким образом, сканироваться могли либо
штриховые рисунки (например, чертежи), либо двух
тоновые изображения. Хотя эти сканеры и не могли
работать с действительными оттенками серого
цвета, выход для сканирования полутоновых
изображений такими сканерами был найден.
Псевдополутоновой режим, или режим
растрирования (dithering), сканера имитирует оттенки
серого цвета, группируя, несколько точек
вводимого изображения в так называемые
gray-scale-пиксели. Такие пиксели могут иметь размеры
2х2 (4 точки), 3х3 (9 точек) или 4х4 (16 точек) и т.д.
Отношение количества черных точек к белым и
выделяет уровень серого цвета. Например,
gray-scale-пиксель размером 4х4 позволяет
воспроизводить 17 уровней серого цвета (включая и
полностью белый цвет). Не следует, правда,
забывать, что разрешающая способность сканера
при использовании gray-scale-пикселя снижается (в
последнем случае в 4 раза).
Полутоновые сканеры используют
максимальную разрешающую способность, как
правило, только в двухуровневом режиме. Обычно
они поддерживают 16, 64 или 256 оттенков серого цвета
для 4-, 6- и 8-разрядного кода, который ставится при
этом в соответствие каждой точке изображения.
Разрешающая способность сканера измеряется в
количестве различаемых точек на дюйм
изображения — dpi(dot per inch). Если в первых моделях
сканеров разрешающая способность была 200—300dpi то
в современных моделях это, как правило, 400, а то и
800 dpi. Некоторые сканеры обеспечивают аппаратное
разрешение 600х1200 dpi. В ряде случаев разрешение
сканера может устанавливаться программным путем
в процессе работы из ряда значений: 75, 1 150, 200, 300 и
400 dpi.
Надо сказать, что благодаря операции
интерполяции, выполняемой, как правило,
программно, современные сканеры могут иметь
разрешение 800 и даже 1600dpi. В результате
интерполяции на получаемом при сканировании
изображении сглаживаются кривые линии и
исчезают неровности диагональных линий.
Напомним, что интерполяция позволяет отыскивать
значения промежуточных величин по уже известным
значениям. Например, в результате сканирования
один из пикселов имеет значение уровня серого
цвета 48, а соседний с ним — 76. Использование
простейшей линейной интерполяции позволяет
сделать предположение о том, что значение уровня
серого цвета для промежуточного пикселя могло бы
быть равно 62. Если вставить все оценочные
значения пикселов в файл отсканированного
изображения, то разрешающая способность сканера
как бы удвоится, то есть вместо обычных 400dpi
станет равной 800dpi.
Попробуем объяснить принцип работы черно-белого сканера. 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.
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.
Идеальное решение для сканирования
черно-белых графических документов большого
формата. Сканер TruScan Select II быстро сканирует
чертежи и любые документы для их хранения в
электронном архиве, либо используется для
цифрового копирования. Соответствие стандарту
"plug-and-play" обеспечивает простоту установки.
Надежность гарантируется многолетней
репутацией фирмы. Именно поэтому многие
профессионалы в области сканирования и новички
делают выбор в пользу этой модели. Но самое
замечательное то, что TruScan Select II можно
модифицировать. Если вам это потребуется,
купленный сегодня сканер завтра будет работать
быстрее и с большим разрешением.
По мере роста популярности и
доступности сканеров, рынок все больше
поворачивается в сторону цвета. Одна из основных
причин заключается в феноменальном
распространении высококачественных дешевых
цветных струйных принтеров для бытовых и деловых
применений. Пользователи теперь получили
возможность печатать изображения почти
фотографического качества, и они хотели бы, чтобы
такие изображения были их собственными
произведениями. Вторая причина состоит в том, что
современные компьютеры обладают достаточной
мощностью для цветного сканирования.
Необходимое для обработки цветных изображений
сочетание жесткого диска большой емкости,
быстродействующего процессора и 24-бит
представления цвета теперь приблизилось к
характеристикам компьютеров начального
уровня.
InfoTrends отмечает, что большинству
пользователей нужны главным образом черно-белые
(монохромные) сканеры для факсимильной передачи,
оптического распознавания символов (OCR),
эпизодического копирования и хранения
документов. Действительно, более половины
операций сканирования выполняются сегодня в
черно-белом варианте. Но даже пользователи,
предполагающие, что 95% работ у них будут
черно-белыми, считают цвет полезным и готовы
дополнительно заплатить за возможность цветного
сканирования. В результате черно-белые сканеры
ожидает то же, что и монохромные струйные
принтеры и монохромные мониторы, - забвенье.
Сегодня почти все современные планшетные
сканеры - цветные, и даже персональные
постраничные сканеры развиваются в том же
направлении.
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. 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.
Блок-схема цветного сканера с вращающимся RGB-фильтром |
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. Наиболее
существенным недостатком описанного выше метода
является увеличение времени сканирования в три
раза. Проблему может представлять также
“выравнивание” пикселов при каждом из трех
проходов, так как в противном случае возможно
размывание оттенков и “смазывание” цветов.
В сканерах известных японских фирм Epson
и Sharp вместо одного источника света используется
три, для каждого цвета отдельно. Это позволяет
сканировать изображение всего за один проход и
исключает неверное “выравнивание” пикселов.
Сложности этого метода заключаются обычно в
подборе источников света со стабильными
характеристиками. Другая японская фирма — Seiko
Instruments — разработала цветной планшетный сканер
SpectraPoint, в котором элементы ПЗС были заменены
фототранзисторами. На ширине 8,5 дюйма размещено
10200 фототранзисторов, расположенных в три
колонки по 3400 в каждой. Три цветных фильтра RGB
устроены так, что каждая колонка
фототранзисторов воспринимает только один
основной цвет. Высокая плотность интегральных
фототранзисторов позволяет достигать хорошей
разрешающей способности — 400 dpi (3400/8,5)— без
использования редуцирующей линзы. Принцип
действия цветного сканера ScanJet Iic фирмы Hewlett Packard
несколько иной. Источник белого света освещает
сканируемое изображение, а отраженный свет через
редуцирующую линзу попадает на трех полосную ПЗС
через систему специальных фильтров, которые и
разделяют белый свет на три компонента: красный,
зеленый и синий.
Физика работы подобных фильтров связана с
явлением дихроизма, заключающегося в различной
окраске одноосных кристаллов в проходящем белом
свете в зависимости от положения оптической оси.
В рассматриваемом случае фильтрация
осуществляется парой таких фильтров, каждый из
которых представляет собой “сэндвич” из двух
тонких и одного более толстого слоя кристаллов.
Первый слой первого фильтра отражает синий свет,
но пропускает зеленый и красный. Второй слой
отражает зеленый свет и пропускает красный,
который отражается только от третьего слоя. Во
втором фильтре, наоборот, от первого слоя
отражается красный свет, от второго — зеленый, а
от третьего — синий. После системы фильтров
разделенный красный, зеленый и синий свет
попадает на собственную полосу ПЗС, каждый
элемент которого имеет размер около 8 мкм.
Дальнейшая обработка сигналов цветности
практически не отличается от обычной. Подобный
принцип работы (с некоторыми отличиями,
разумеется) используется и в цветных сканерах
фирмы Ricoh.
Собственные (совсем нестандартные)
интерфейсы, сканер поставляется со своей
уникальной картой и работает только с ней. Эта
карта может не заработать в компьютере после Upgrade
или выйти из строя. SCSI USB Параллельный порт
2.3.2.2 Сканеры с фильтрами, разделяющими белый свет
Блок-схема цветного сканера с фильтром
разделяющим белый свет
2.4 Классификация по типу используемого интерфейса
Если Вы собираетесь использовать сканер
не с поставляемой в комплекте картой, учтите, что
лёгкая совместимость получается только с
контроллерами Adaptec, причём не UltraSCSI
модификациями. Все остальные варианты могут
принести проблемы (я вполне понимаю, что значит
ASPI -compliant, но уж поверьте - в данном случае лучше
"жить с ISA", чем с не-Adaptec для PCI.) Поставляемые
в комплекте со SCSI-моделями интерфейсные карты
"не-Adaptec" не обещают подключение других
SCSI-устройств, хотя бы потому, что не снабжены
драйверами (но для некоторых драйвера можно
найти самостоятельно). Однако такие карты
напрямую понимаются драйвером сканера и
обеспечивают максимально простой и удобный
процесс первоначального подключения сканера и
перехода на новые версии операционных систем.
Некоторые из этих карт не требуют выделения
фиксированного прерывания. Adaptec позволит
подключить что угодно, но требует прерывания и
некоторой возни с установкой. Размер буфера
данных в планшетных моделях варьируется от 64кБ
до 3МБ.
В последнее время довольно большой
популярностью стала пользоваться шина USB
особенно
после включения ее поддержки в операционную
систему Windows 9x. Этот тип подключения наиболее
подходит неподготовленному пользователю —
нужно лишь подключить кабель, а система
установит самостоятельно все необходимое
программное обеспечение.
Этот интерфейс применим в сканерах низкого
уровня. При использовании портов,
соответствующих стандарту IEEE 1284 (порты ЕСР и ЕРР),
скорость передачи данных увеличивается.
Поскольку во всех компьютерах есть параллельный
порт, то сканеры с этим интерфейсом наиболее
универсальны.
Сканеры с параллельным подключением обладают
рядом существенных недостатков. Во-первых, не
всегда удается обеспечить нормальную работу
сканера и принтера или другого устройства (Zip, LS-120
или CD-ROM), подключенных одновременно к параллельному
порту. Во-вторых, скорость передачи данных
ограничена скоростью параллельного порта. Даже если в
компьютере установлены новые порты ЕСР или
ЕРР, они не достигнут такой скорости передачи
данных, как при использовании интерфейса SCSI или
USB. Это тип подключения сканера можно
рекомендовать только в том случае, если по
каким-то npичинам другие интерфейсы использовать
невозможно.
|