Устройства ввода изображений (сканеры)

Сканеры предназначены для преобразования аналоговых фотоизображений в цифровую форму. Любой сканер состоит из каретки снимкодержателя, источника света, объектива и светочувствительного приемника (сенсора). В качестве светочувствительного приемника используют специальные сенсоры, в виде матриц или линеек ПЗС (прибор зарядной связи). Принципиальная схема сканера,  показана на рис. 1.

Здесь: 1 – каретка снимкодержателя; 2 – снимок; 3 – скользящие шарниры; 4 – направляющие, по которым перемещается каретка снимкодержателя вдоль осей x и y; 5 – сервоприводы, управляемые компьютером (РС); 6 – датчики координат x и y, положения сканируемого участка снимка; 7 – источник света; 8 – объектив; 9 – сенсор (в данном случае показана линейка ПЗС, но вместо линейки может быть и матрица ПЗС).

Принцип действия сканера достаточно прост. Свет, проходя через снимок и объектив, попадает на линейку ПЗС, каждый элемент (конденсатор) которой заряжается в зависимости от количества света попавшего на него. Количество света зависит от плотности соответствующего элементарного участка сканируемого фотоснимка. Далее электрические сигналы, поступающие от конденсаторов, квантуются, т.е. преобразуются в цифровую форму. Квантование может производиться в различных пределах, например, от 0 до 255, т.е. на каждый пиксель отводится 8 бит (2⁸). В этом случае 0 будет соответствовать черному цвету (нет электрического сигнала), а 255 – белому цвету (сигнал максимальный). Таким образом, получается цифровое изображение в пределах одной строки (для линейки ПЗС – рис.2) или области, ограниченной матрицей ПЗС – рис.3. Затем происходит смещение снимка на ширину линейки (∆) или матрицы ПЗС (∆* n) и производится преобразование в цифровую форму следующего участка снимка и т.д. Здесь n – число элементов в линейке ПЗС или в строке матрицы ПЗС. В случае применения линеек ПЗС, на самом деле, линейка движется не дискретно, а с постоянной скоростью, а считывание информации с линейки происходит через равные промежутки времени. В результате получаем цифровое изображение всего снимка в виде матрицы (рис.4), элементами которой являются пиксели. Числовое значение пикселя соответствует плотности изображения элементарного участка снимка, а номер строки и столбца в этой матрице являются его координатами. Величина ∆ элементарного участка снимка (пикселя), который преобразуется в цифровую форму, может быть различной для конкретного сканера и зависит от величины пикселя линейки или матрицы ПЗС. Эту величину называют геометрическим разрешением сканера. Оно может достигать 5мкм. У сканера существует и фотометрическое (радиометрическое) разрешение, которое характеризует степень передачи полутонов изображения, максимальное его значение равно 4D.

Рис. 4

В таблице 1 представлены, в качестве примера, основные технические характеристики некоторых фотограмметрических сканеров.

Таблица 1