Кольорові спотворення сканерів

Кожен сканер володіє своїми власними недоліками при сприйнятті квітів і загальними недоліками, властивими даній моделі. Загальні недоліки обумовлені технічними можливостями і механічними характеристиками моделі. Власний недолік сканера обумовлений індивідуальною особливістю висвітлює оригінал джерела світла і зчитує. Всі продавані сканери проходять заводське калібрування. Однак, якщо сканер має функцію автокалібрування, то це велика перевага перед сканером, позбавленим такої функції. Калібрування сканера дозволяє скорегувати колірні перекручування і збільшити число розпізнаваних колірних відтінків. Оскільки джерело світла має властивість змінювати свої характеристики згодом, як, втім, і зчитує елемент, наявність автокалібрування набуває першочергового значення, якщо постійно працювати з кольоровими напівтоновими зображеннями. Практично всі сучасні моделі сканерів мають такою функцією.

Точність фокусування

На заводі-виготовлювачі проводять настройку фокусування сканера, тим не менш ще однією ознакою інтелектуальності сканера є його здатністьавтоматичної настройки фокусу (різкості). Потреба в цьому виникає тому, що товщина оригіналу може бути різна і повинна враховуватися. Крім того сам оригінал може бути не дуже різким. Погана різкість відсканованого зображення зазвичай призводить до плачевних результатів, особливо, якщо сканується невеликий оригінал, зображення якого буде потім збільшуватися при друку.

Механізм руху.

Визначальним фактором для даного параметра є спосіб переміщення голівки сканера, що зчитує, і папера відносно один одного. В даний час усі відомі сканери про цей критерій можна розбити на два основних типи: ручний (hand-held) і настільний (desktop). Проте, існують також комбіновані пристрої, що сполучать у собі можливості настільних і ручних сканерів. Як приклад можна привести модель Niscan Page американської фірми Nisca.

Ручні сканери.

Ручний сканер, як правило, чимось нагадує збільшенню в розмірах електробритву. Для того щоб ввести в комп'ютер який-небудь документ за допомогою цього пристрою, треба без різких рухів провести скануючою голівкою по відповідному зображенню. Таким чином, проблема переміщення голівки, що зчитує, щодо папера цілком лягає на користувача. До речі, рівномірність переміщення сканера істотно позначається на якості зображення, що вводиться в комп'ютер. У ряді моделей для підтвердження нормального введення мається спеціальний індикатор. Ширина зображення, що вводиться, для ручних сканерів не перевищує звичайно 4 дюймів (10 див). У деяких моделях ручних сканерів у році підвищення здатності, що дозволяє, зменшують ширину зображення, що вводиться. Сучасні ручні сканери можуть забезпечувати автоматичну "склейку" зображення, що вводиться, тобто формують ціле зображення з окремо введених його частин. Це, зокрема, зв'язане з тим, що за допомогою ручного сканера неможливо ввести зображення навіть формату А4 за один прохід. До основних достоїнств такого дна сканерів відносяться невеликі габаритні розміри і порівняно низька ціна.

Настільні сканери

Настільні сканери називають і сторінковими, і. планшетними, і навіть авто сканерами. Такі сканери дозволяють уводити зображення розмірами 8,5 на 11 чи 8,5 на 14 дюймів. Існують три різновиди настільних сканерів: планшетні (flatbed), рулонні (sheet-fed) і проекційні (overhead).

Основною відмінністю планшетних сканерів є те, що скануюча голівка переміщається щодо папера за допомогою крокового двигуна. Планшетні сканери — звичайно, досить дорогі пристрої, але, мабуть, і найбільше "здатні". Зовні вони чимось можуть нагадувати копіювальні машини — "ксерокси", зовнішній вигляд яких відомий, звичайно, багатьом. Для сканування зображення (чого-небудь) необхідно відкрити кришку сканера, поставити скануємий лист на скляну пластину зображенням униз, після чого закрити кришку. Усе подальше керування процесом сканування здійснюється з клавіатури комп'ютера — при роботі з однієї зі спеціальних програм, що поставляються разом з таким сканером. Зрозуміло, що розглянута конструкція виробу дозволяє (подібно "ксероксу") сканувати не тільки окремі аркуші, але і сторінки чи журналу книги. Найбільш популярними сканерами цього типу на російському ринку є моделі фірми Hewlett Packard.

Робота рулонних сканерів чимось нагадує роботу звичайної факсу-машини. Окремі аркуші документів протягаються через такий пристрій, при цьому і здійснюється їхнє сканування. Таким чином, у даному випадку скануюча голівка залишається на місці, а вже щодо її переміщається папір. Зрозуміло, що в цьому випадку копіювання сторінок книг і журналів просто неможливо. Розглянуті сканери досить широко використовуються в областях, зв'язаних з оптичним розпізнаванням символів ОС (Optiсаl Character Recognition). Для зручності роботи рулонні сканери звичайно оснащуються пристроями для автоматичної подачі сторінок.

Третій різновид настільних сканерів — проекційні сканери, що більше всього нагадують своєрідний проекційний апарат (чи фотозбільшувач). Документ, що вводиться, кладеться на поверхню сканування зображенням нагору, блок сканування знаходиться при цьому також зверху. Переміщається тільки скануюсий пристрій. Основною особливістю даних сканерів є можливість сканування проекцій тривимірних проекцій.

Згадуваний вище комбінований сканер Niscan Page забезпечує роботу в двох режимах: протягання аркушів (сканування оригіналів форматом від візитної картки до21,6 див) і саморушного сканера. Для реалізації останнього режиму сканера необхідно зняти нижню кришку. При цьому валики, що звичайно протягають папір, служать своєрідними кодами, на яких сканер і рухається по скануємій поверхні. Хоча зрозуміло, що ширина зображення, що вводиться сканером, в обох режимах не змінюється (ледве більше формату А4), однак у саморушному режимі можна сканувати зображення з листа папера, що перевищує цей формат, чи уводити формацію зі сторінок книги.

 

 

Планшетні сканери

Планшетні - найбільш поширений вид сканерів, оскільки забезпечує максимальну зручність для користувача - висока якість і прийнятну швидкість сканування. Являє собою планшет, усередині якого під прозорим склом розташований механізм сканування.сканується об'єкт кладеться на скло планшета сканируемой поверхнею вниз. Під склом розташовується рухома лампа, рух якої регулюється кроковим двигуном.Світло, відбите від об'єкту, через систему дзеркал потрапляє на чутливу матрицю, Прийомний елемент перетворить рівень освітленості в рівень напруги. Далі, після можливої корекції і обробки, аналоговий сигнал надходить на аналого-цифровий перетворювач (АЦП). З АЦП інформація виходить вже у двійковому вигляді і, після обробки в контролері сканера через інтерфейс з комп'ютером надходить у драйвер сканера - Зазвичай це так званий TWAIN-модуль, з яким вже взаємодіють прикладні програми.За кожен крок двигуна сканується смужка об'єкта, які потім об'єднуються програмним забезпеченням в загальне зображення.В як лінійного джерела світла використовується люмінесцентна лампа зі спектром світла, близьким до денного світла, а в якості приймача - використовується лінійка ПЗЗ (Прилад із зарядовим зв'язком).

Книжкові сканери

Книжкові сканери - призначені для сканування брошурувати документів. Сучасні моделі професійних сканерів дозволяють значно підвищити схоронність документів в архівах, завдяки дуже делікатному поводженню з оригіналами. Сканування проводиться лицьовою стороною вгору. Програмне забезпечення, що використовується в книжкових сканерах дозволяє усувати дефекти, згладжувати спотворення, редагувати отримані відскановані сторінки. Книжкові сканери володіє унікальною функцією "усунення перегину" книги, яка забезпечує відмінну якість відсканованого (або надрукованого) зображення.

Ультразвукові сканери

Ультразвукові сканери (УЗД-сканери) - Використовуються в медицині для дослідження внутрішніх органів людини. Робота УЗД - сканера грунтується на тому, що ультразвукові коливання при поширенні підкоряються законами геометричної оптики. Будь середу, в тому числі і тканини організму, перешкоджає поширенню ультразвуку, тобто володіє різним акустичним опором, величина якого залежить від їх щільності і швидкості ультразвуку. Досягнувши кордону двох середовищ з різним акустичним опором, пучок ультразвукових хвиль зазнає суттєві зміни: одна його частина продовжує поширюватися в новому середовищі, в тій чи іншій мірі поглинаючись нею, інша - відбивається. Коефіцієнт відбиття залежить від різниці величин акустичного опору межують один з одним тканин: чим це розходження більше, тим більше відображення і, природно, більше амплітуда зареєстрованого сигналу, а значить, тим світліше і яскравіше він буде виглядати на екрані апарата. Повним відбивачем є межа між тканинами і повітрям.

Чорно-білі сканери

Спробуємо пояснити принцип роботи чорно-білого сканера. Скануєме зображення висвітлюється білим світлом, одержуваним, як правило, від флуоресцентної лампи. Відбите світло через що редукує (зменшуючу) лінзу попадає на фоточуттєвий напівпровідниковий елемент, називаний приладом із зарядовим зв'язком ПЗЗ (Change- Coupled Device, CCD), в основу якого покладена чутливість провідності p-n-переходу звичайного напівпровідникового діода до ступеня його освітленості. На p-n-переході створюється заряд, що розсмоктується зі швидкістю, що залежить від освітленості. Чим вище швидкість розсмоктування, тим більший струм проходить через діод.

Кожен рядок сканування зображення відповідає визначеним значенням напруги на ПЗЗ. Ці значення напруги перетворяться в цифрову форму або через аналого-цифровий перетворювач АЦП (для напівтонових сканерів), або через компаратор (для дворівневих сканерів). Компаратор порівнює два значення (чинапруга струм) від ПЗЗ і опорне (мал. 1), причому в залежності від результату порівняння на його виході формується сигнал 0 (чорний колір) чи 1 (білий). Розрядність АЦП для

напівтонових сканерів залежить від кількості підтримуваних рівнів сірого кольору. Наприклад, сканер, що підтримує 64 рівня сірого, повинний мати 6-розрядний АЦП. Яким образом сканується кожна наступна стрічка

зображення, цілком залежить від типу використовуваного сканера. Нагадаємо, що в планшетних сканерів рухається скануюча голівка, а в рулонних сканерах вона залишається нерухомої, тому що рухається носій із зображенням — папір.

Кольорові сканери.

В даний час існує кілька технологій для одержання кольорових скануємих зображень. Один з найбільш загальних принципів роботи кольорового сканера полягає в наступному. скануєме зображення висвітлюється вже не білим кольором, а через обертовий RGB-світлофільтр. Для кожного з основних квітів (червоного, зеленого і синього) послідовність операцій практично не відрізняється від послідовності дій при скануванні чорно-білого зображення. Виключення складає, мабуть, тільки етап попередньої обробки і гамма-корекції квітів, перед тим як інформація передається в комп'ютер. Зрозуміло, що цей етап є загальним для всіх кольорових сканерів.

У результаті трьох проходів сканування виходить файл, що містить образ зображення в трьох основних квітах — RGB (образ композитного сигналу). Якщо використовується восьмирозрядний АЦП, що підтримує 256 відтінків для одного кольору, то кожній крапці зображення ставиться у відповідність один з 16,7 мільйона можливих квітів (24 розряду). Сканери, що використовують подібний принцип дії, випускаються, наприклад, фірмою Microtek.

Треба відзначити, що найбільш істотним недоліком описаного вище методу є збільшення часу сканування в три рази. Проблему може представляти також «вирівнювання» пікселів при кожнім із трьох проходів, тому що в противному випадку можливе розмивання відтінків і «змазування» квітів.

У сканерах відомих японських фірм Epson і Sharp, як правило, замість одного джерела світла використовується три, для кожного кольору окремо. Це дозволяє сканувати зображення усього за один прохід і виключає невірне «вирівнювання» пікселів. Складності цього методу полягають звичайно в підборі джерел світла зі стабільними характеристиками.

Інша японська фірма — Seiko Instruments — розробила Кольоровий планшетний сканер SpectraPoint, у якому елементи ПЗЗ були замінені фототранзисторами. На ширині 8,5 дюйма розміщено 10200 фототранзисторів, розташованих у три стовпчики по 3400 у кожній. Три кольорових фільтри (RGB) улаштовані так, що кожен стовпчик фототранзисторів сприймає тільки один основний колір. Висока щільність інтегральних фототранзисторів дозволяє досягати гарної здатності, що дозволяє — 400 dpi (3400/8,5) — без використання лінзи, що редукує.

Принцип дії кольорового сканера ScanJet Iic фірми Hewlett Packard трохи інший. Джерело білого світла висвітлює скануєме зображення, а відбите світло через лінзу, що редукує, попадає на трьох полосну ПЗЗ через систему спеціальних фільтрів, що і розділяють біле світло на три компоненти: червоний, зелений і синій (мал. 3). Фізика роботи подібних фільтрів зв'язана з явищем діхроизма, що полягає в різному фарбуванні одноосьових кристалів у минаючому білому світлі в залежності від положення оптичної осі. У розглянутому випадку фільтрація здійснюється парою таких фільтрів, кожний з який являє собою «сендвіч» із двох тонких і одного більш товстого шару кристалів. Перший шар першого фільтра відбиває синє світло, але пропускає зелений і червоний. Другий шар відбиває зелене світло і пропускає червоний, котрий відбивається тільки від третього шару. В другому фільтрі, навпаки, від першого шару відбивається червоне світло, від другого — зелений, а від третього — синій. Після системи фільтрів розділене червоне, зелене і синє світло попадає на власну смугу ПЗЗ, кожен елемент якого має розмір близько 8 мкм. Подальша обробка сигналів кольоровості практично не відрізняється від звичайної. Помітимо, що подібний принцип роботи (з деякими відмінностями, розуміється) використовується й у кольорових сканерах фірми Ricoh.

 

Характеристики сканерів

Вид оригіналу. Сканування може здійснюватися в минаючому світлі (Для оригіналів на прозорій підкладці) або відбитому (для оригіналів на непрозорій підкладці). Сканування негативів відрізняється особливою складністю, оскільки цей процес не зводиться до простого інвертування градацій кольору від негативу до позитиву. Щоб точно оцифрувати колір в негативах, сканер повинен компенсувати кольорову фотографічну вуаль на оригіналі. Є кілька способів вирішення цієї проблеми: апаратна обробка, програмні алгоритми переходу від негативу до позитиву чи довідкові таблиці для конкретних типів фотоплівки.

Оптичне дозвіл. - Сканер знімає зображення не цілком, а по рядках. По вертикалі планшетного сканера рухається смужка світлочутливих елементів і знімає по точках зображення рядок за рядком. Чим більше світлочутливих елементів у сканера, тим більше точок він може зняти з кожної горизонтальної смуги зображення. Це і називається оптичним дозволом. Зазвичай його вважають за кількістю точок на дюйм - dpi (dots per inch). Сьогодні вважається нормою рівень дозвіл не менше 600 dpi.

Швидкість роботи. - На відміну від принтерів, швидкість роботи сканерів вказують рідко, оскільки вона залежить від безлічі факторів. Іноді вказують швидкість сканування однієї лінії в мілісекундах.

Глибина кольору. - Вимірюється кількістю відтінків, які пристрій здатний розпізнати. 24 біта відповідає 16777216 відтінків. Сучасні сканери випускають з глибиною кольору 24, 30, 36, 48 біт.

Динамічний діапазон -характеризує який діапазон оптичних густин оригіналу сканер може розпізнати, не втративши відтінки ні в світлі, ні в тінях оригіналу. Максимальна оптична щільність у сканера - Це оптична щільність оригіналу, яку сканер ще відрізняє від повної темряви. Всі відтінки оригіналу темніше цієї границі сканер не зможе розрізнити.

Пакетна обробка: це сканування декількох оригіналів одночасно, із збереженням кожного зображення в окремому файлі. Програма пакетної обробки дозволяє без участі оператора виконати сканування певного числа оригіналів, забезпечуючи автоматичне перемикання режимів сканування та збереження відсканованих файлів.

Діапазон масштабування: це інтервал величин зміни масштабу оригіналу, який може бути виконаний у час сканування. Він пов'язаний з роздільною здатністю сканера: чим вище значення максимального оптичного дозволу, тим більше коефіцієнт збільшення вихідного зображення без втрати якості.

За типом інтерфейсу сканери діляться всього на чотири категорії:

Сканери з паралельним або послідовним інтерфейсом, підключаються до LPT-або COM-порту Ці інтерфейси самі повільні. Можлива поява проблем, пов'язаних з конфліктом сканера з LPT-принтером, якщо такий є.

Сканери з інтерфейсом USB Коштують трохи дорожче, але працюють значно швидше. Необхідний комп'ютер з USB-портом.

Сканери з SCSI-інтерфейсом, з власної интерфейсной платою для шини ISA або PCI або підключаються до стандартного SCSI-контроллера. Ці сканери швидше і дорожче представників двох попередніх категорій і відносяться до більш високого класу.

Сканери з сучасним інтерфейсом FireWire (IEEE 1394) спеціально розробленим для роботи з графікою і відео. Такі моделі представлені на ринку відносно недавно.

Програмне забеспечення

 

Після сканування отримана цифрова інформація вимагає обробки для приведення відсканованого зображення в потрібний вид.

Створено багато прикладних програм за допомогою яких можна коректувати отримані при скануванні зображення, для приведення їх у необхідний для подальшого використання вид. Напевно, найвідоміша з них це Adobe Photoshop, яка має величезну кількість різних інструментів для роботи із зображеннями. Також потрібно назвати ACDSee, Microsoft PfotoEditor (вбудовану в Microsoft Offise), Raster Desh, Raster ID, Spotlight.

Для перетворення відсканованих паперових документів в електронні формати для подальшого редагування - системи розпізнавання тексту: ABBYY FineReader, OCR CuneiForm, Readiris, Microsoft Office Document Imaging.

Для редагування об'ємних зображень використовуються програми StudioMAX, Maya, Rhinoceros, SolidWorks та інші пакети 3d моделювання.