Классификация сканеров

Реферат

КЛАССИФИКАЦИЯ СКАНЕРОВ




Содержание



Введение

1. НАСТОЛЬНЫЕ СКАНЕРЫ

2. ПОРТАТИВНЫЕ ИЛИ РУЧНЫЕ СКАНЕРЫ

3. ПЛАНШЕТНЫЕ СКАНЕРЫ

3.1 Источник света

3.2 Приёмный элемент

3.3 Оптическая система

4. БАРАБАННЫЕ СКАНЕРЫ

5. СЛАЙД-СКАНЕРЫ




Введение



В соответствии с функциональными возможностями и устройством сканеры разделяются на настольные и портативные (ручные).

классификация устройство планшетный сканер




1. НАСТОЛЬНЫЕ СКАНЕРЫ



Существует три разновидности настольных сканеров: flatbed , sheetfed, overhead.

При работе с FLATBED сканером для сканирования изображения необходимо открыть крышку сканера, положить сканируемый лист на стеклянную пластину изображением вниз, после чего закрыть крышку сканера. Все дальнейшее управление процессом сканирования осуществляется с клавиатуры компьютера при работе одной из специальных программ, поставляемых вместе с таким сканером. Такая конструкция сканера позволяет сканировать не только отдельные листы, но и страницы журнала или книги.

В SHEETFED сканерах отдельные листы документов протягиваются через устройство, при этом и осуществляется их сканирование.

В этом случае копирование страниц книг и журналов просто невозможно.

Рассмотренные сканеры достаточно широко используются в областях, связанных с оптическим распознаванием символов (Optical Character Recognition, OCR). Для удобства работы sheetfed сканеры обычно оснащаются устройствами для автоматической подачи страниц.

Третья разновидность сканеров OVERHEAD сканеры, которые больше всего напоминают несколько своеобразный overhead проектор.




2. ПОРТАТИВНЫЕ ИЛИ РУЧНЫЕ СКАНЕРЫ



Портативные или ручные сканеры (Handy scanner) обеспечивают недорогой способ преобразования изображения в цифровую форму и их ввод в компьютер. По сравнению с настольными сканерами они обладают значительно более скромными возможностями. Например, они непригодны для использования в настольных издательских системах, к тому же малейшая вибрация, допущенная в процессе ручного сканирования» приводит к обесцениванию проделанной работы. Но стоят такие сканеры значительно дешевле. Их вполне можно использовать там, где не требуется высокое качество изображения. Комплект поставки сканера включает в себя программное обеспечение, которое предоставляет возможности редактирования, записи на диск и вывода на печать изображения.

Конструктивно ручной сканер напоминает манипулятор типа “мышь” и работа с аппаратом не требует особых навыков. Сканируемый оригинал помещается на плоскую поверхность, сканер устанавливается на одной из сторон этого оригинала и, после нажатия кнопки пуска, медленно перемещается по оригиналу вручную.

По мере продвижения сканера по оригиналу можно наблюдать за тем, что получается. Большинство портативных сканеров имеет небольшое окошко для просмотра, через которое виден обрабатываемый оригинал. Некоторые аппараты обеспечивают воспроизведение получаемого в процессе работы изображения на экране персонального компьютера. Большинство сканеров обеспечивают возможность выбирать разрешение сканирования (до 400 dpi). Максимальная ширина сканируемого оригинала обычно составляет 2,5 дюйма (6,4 см) и ограничивается размером рабочей поверхности аппарата. Длина оригинала зависит от памяти компьютера. Если оригинал превышает ширину сканера, то можно обрабатывать его отдельными частями, а затем с помощью программы объединять эти части в одно изображение.


3. ПЛАНШЕТНЫЕ СКАНЕРЫ



Оригинал располагается на прозрачном неподвижном стекле, вдоль которого передвигается сканирующая каретка с источником света (если сканируется прозрачный оригинал, используется так называемый слайд-модуль - крышка, в которой параллельно сканирующей каретке сканера перемещается вторая лампа).

Оптическая система сканера (состоит из объектива и зеркал или призмы) проецирует световой поток от сканируемого оригинала на приёмный элемент, осуществляющий разделение информации о цветах - три параллельных линейки из равного числа отдельных светочувствительных элементов, принимающие информацию о содержании "своих" цветов. В трёхпроходных сканерах используются лампы разных цветов или же меняющиеся светофильтры на лампе или приёмном элементе. Приёмный элемент преобразует уровень освещенности в уровень напряжения. Далее, после возможной коррекции и обработки, аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). С АЦП информация выходит уже в "знакомом" компьютеру двоичном виде и, после обработки в контроллере сканера, через интерфейс с компьютером поступает в драйвер сканера - обычно это так называемый TWAIN-модуль, с которым уже взаимодействуют прикладные программы.



3.1 Источник света



В старых разработках – это обычная флуоресцентная лампа (родственна обычным лампам дневного света). Её 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, что приводит к изменению цветопередачи сканера.

Характеристики светового потока меняются даже при прогреве сканера. Поэтому неудачной является конструкция моделей с тремя раздельными лампами для разных цветов (каждая лампа может "плыть" по-своему). 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 течение некоторого времени (обычно время прогрева и время ожидания до погашения лампы можно изменить внутри файлов настроек).



3.2 Приёмный элемент



Приёмный элемент - один из важнейших узлов, влияющих на качество сканирования. Наиболее часто применяются линейки и матрицы приборов с зарядовой связью – ПЗС (Charge-Coupled Device -CCD). Приводимая в документации характеристика - число элементов на линию (на цвет).

Параметры матрицы:

уровень шума - ограничивает динамический диапазон и реальное число разрядов данных, содержащих полезные данные. При подключении к “шумящей” матрице много битного АЦП качество получаемого изображения не улучшится.

разброс чувствительности от ячейки к ячейке - даже если в сканере предусмотрена калибрация, она выполняется по усреднённым значениям с нескольких ячеек.

уровень перекрёстных помех - ярко освещённая ячейка влияет на соседние.

совмещение цветов - в однопроходных сканерах цвета разделяются тремя линейками ПЗС-матрицы.

В некоторых новых сканерах начинает использоваться другой тип приемного элемента, называемый CIS (Contact Image Sensor). Этот элемент состоит из линейки датчиков, непосредственно воспринимающих световой поток от оригинала, причем линейка имеет ширину, равную ширине рабочей области сканера, а оптическая система – зеркала, призма, объектив – полностью отсутствует. Это позволяет значительно снизить габариты, вес и стоимость сканера. Однако по остальным показателям (разрешающая способность, глубина резкости, чувствительность к оттенкам, срок службы) аппараты с CIS датчиками уступают сканерам с ПЗС линейками.



3.3 Оптическая система



В сканере световой поток от оригинала проецируется на приёмный элемент, который преобразует его в электрический сигнал, оптической системой. Обычно используется один фокусирующий объектив (или линза) с фиксированным фокусным расстоянием, который проецирует полную ширину рабочей области сканирования на полную ширину матрицы ПЗС.



РАБОЧАЯ ОБЛАСТЬ

ПЗС











ОБЪЕКТИВ






Разрешающая способность таких устройств редко превышает 600 dpi.

Требования к качеству оптики для таких сканеров весьма высоки, особенно сложно обеспечить приемлемое качество проецирования краёв рабочей области для цветных оригиналов. Оценка качества фокусировки и разрешающей способности оптики визуально оценивается при сканировании специальной тестовой мишени.

В других моделях планшетных сканеров встречаются сменные объективы: при работе в обычном режиме оптика работает аналогично однолинзовым механизмам, при переключении на второй, "усиленный" режим используется другой объектив, который проецирует на полную ширину CCD-матрицы только часть ширины рабочего стола сканера. Таким образом, на постоянное число приёмных ячеек ПЗС-матрицы проецируется участок меньшей ширины и соответственно возрастает оптическое разрешение сканера.

Некоторые профессиональные плоскостные сканеры имеют больше двух (до 5) переключаемых объективов.

Известны также сканеры в которых сканирующая головка содержит трансфокатор – объектив с переменным фокусным расстоянием, что также позволяет повысить разрешающую способность на части сканируемой поверхности.





ПЗС

ОБЪЕКТИВ

РАБОЧИЙ СТОЛ
















4. БАРАБАННЫЕ СКАНЕРЫ



В большинстве барабанных сканеров в качестве светочувствительных элементов используются фотоэлектронные умножители - ФЭУ (photomultiplier tube - PMT), которые обеспечивают большую чувствительность, чем линейки ПЗС, применяемые в планшетных или слайд-сканерах, и поэтому охватывают более широкий цветовой диапазон. ФЭУ позволяют различать такие светлые и темные цвета, которые типичные ПЗС-сканеры просто "не видят" или воспринимают их как белые и черные.

Во всех моделях барабанных сканеров (кроме недорогих моделей) используются три ФЭУ для одновременной записи значений красного, зеленого и синего цветов за один проход. В некоторых моделях фирмы ScanVeiw используется только один чувствительный элемент, поэтому сканирование выполняется в три прохода. Для оцифровки отсчетов интенсивности света каждого пиксела применяется не менее 10 бит (в зависимости от модели) для красного, зеленого и синего цветов. Максимальная цветовая глубина - 48 бит, хотя после оптимизации полученных значений с помощью программных алгоритмов результат обычно сохраняется в файле с 24-битным (true-color) цветом для обработки в приложениях на Macintosh и PC.

Барабанные сканеры, по сравнению с планшетными сканерами, позволяют достичь большего максимального оптического разрешения. Это значит, что они снимают большее количество световых отсчетов (пикселей или цифровых элементов изображения) на дюйм или миллиметр. Например, лучшие планшетные слайд-сканеры имеют разрешение от 4000 до 5600 dpi, а для некоторых барабанных сканеров этот параметр достигает значений от 8000 до 11000 dpi.

Очевидно, что работать с барабанными сканерами, получая при этом качественные результаты, гораздо сложнее, чем с другими сканерами. Прежде всего, необходимо смонтировать оригиналы на внутренней или внешней (в зависимости от модели) стороне прозрачного цилиндра, который называется "барабан". Чем больше барабан, тем больше площадь его поверхности, на которую монтируется оригинал, и, соответственно, тем больше максимальная область сканирования. После монтажа оригинала барабан приводится в движение. За один оборот барабана считывается одна линия пикселей. Проходящий через слайд (или отраженный от непрозрачного оригинала) узкий луч света с помощью системы зеркал попадает на ФЭУ, где оцифровывается.

При производстве разнообразной полиграфической продукции требуется печать изображений с различными линиатурами растра и масштабированием. Поэтому сканеры должны обеспечивать получение изображений с широким диапазоном разрешений. Чем выше разрешение (количество пикселей на дюйм), тем меньше должен быть размер пикселей. Следовательно, для получения отсчетов с меньшего участка оригинала должен использоваться более узкий луч света.

Для регулирования ширины луча света в барабанных сканерах он пропускается через апертуры (aperture), которые представляют собой небольшие (до шести микрон) отверстия точно определенного размера. Апертуры располагаются на колесе выбора. В различных моделях используется от 2 до 22 различных размеров апертур.

В идеале для каждого из возможных разрешений необходимо иметь свой размер апертуры. Но на практике современный барабанный сканер для сканирования с заданным разрешением автоматически выбирает апертуру с подходящим размером. Как правило, выбирается апертура с ближайшим к пикселю меньшим размером. Сканер сравнивает величину отсчета с соседними и интерполирует значение цвета для полноразмерного пикселя.

В спецификациях барабанных сканеров часто указывается максимальное увеличение, но каждый производитель определяет его по-своему. Поэтому такие величины сравнивать трудно. В действительности максимально возможное увеличение сканера непосредственно зависит от его максимального разрешения и линиатуры растра, которая будет использоваться при репродуцировании. Поскольку на практике часто возникает необходимость в различных степенях увеличения, приведем простую формулу для расчета требуемого разрешения сканера: просто умножьте линиатуру растра печати на 2, разделите максимальное разрешение сканера на это значение и умножьте на 100, чтобы выразить полученный результат в процентах.

Некоторые производители оценивают типичную скорость сканирования в количествах сканирований в минуту и других нестандартных величинах, но эти цифры трудно поддаются сравнению. Гораздо легче сравнивать максимальную скорость вращения барабана (в оборотах в минуту, об/мин), которая достигается при сканировании с низким разрешением. Но при повышении разрешения скорость вращения уменьшается, поэтому следует обращать внимание и на минимальную скорость вращения барабана.

Кроме скорости сканирования существуют и другие характеристики, которые оказывают воздействие на производительность барабанных сканеров.

При наличии съемного барабана можно монтировать на него оригинал, не прерывая при этом процесс сканирования другого. Если использовать станцию для монтирования, это облегчит выравнивание оригиналов. Вместо применения обычных клейких лент для размещения оригиналов на внешней поверхности барабана, в некоторых изделиях оригиналы помещаются в стандартные (35 мм, 6x7 мм и 4x5 мм) или модифицируемые пластиковые держатели, которые вставляются внутрь барабана. Во время сканирования оригиналы удерживаются на поверхности барабана центробежной силой, поэтому никаких клейких лент не нужно.

Многие сканеры позволяют выполнять динамическое пакетное сканирование, то есть можно смонтировать несколько оригиналов, выполнить предварительное сканирование, настроить с помощью программного обеспечения параметры кадрирования, разрешения, цветовой баланс и другие характеристики для каждого изображения и запустить окончательное сканирование. Более того, существуют сканеры с динамическим пакетным сканированием, которое осуществляется при размещении на барабане различных типов оригиналов: слайдов, негативов и непрозрачных оригиналов.




5. СЛАЙД-СКАНЕРЫ



Слайд-сканеры в отличие от барабанных или планшетных моделей не работают с непрозрачными оригиналами, такими, как иллюстрации на бумаге или фотографии. Большинство слайд-сканеров поставляются с одной или несколькими рамками для пленки, что облегчает установку разных форматов пленки – слайдов разных размеров и типов, а также фрагментов пленок.

Пакетное сканирование, обычная операция для барабанных или планшетных устройств, является относительно новой возможностью для недорогих слайд-сканеров. При работе со сканером Crosfield C360 компании Fuji Photo Film можно монтировать для пакетного сканирования до 30 слайдов разных размеров и форматов. Как и барабанные сканеры с функцией пакетного сканирования, C360 позволяет выполнять предварительный просмотр смонтированных слайдов и задавать индивидуальные параметры сканирования для каждого.

Даже самые дешевые слайд-сканеры обладают разрешением не ниже 1950 dpi. Для сканирования 35-мм слайда с рамкой изображения 12x24 мм, если в дальнейшем его предполагается увеличить до размеров журнальной страницы или плаката, необходимо повышенное разрешение. Так, модель Coolscan LS-20 с разрешением 2700 dpi компании Nikon может оцифровать 35-мм слайд в изображение, содержащее 2592x3888 пикселов. Такого количества пикселов вполне достаточно для вывода разворота размером 279x432 мм с линиатурой 133 lpi.

Никакое разрешение не поможет, если цифровые значения неадекватно отражают цвета оригинальной пленки.

Здесь важную роль играют две характеристики сканера. Первая - глубина цвета, т. е. число разрядов, используемых для кодирования цвета каждого оцифрованного пиксела. Хотя программное обеспечение, поставляемое в комплекте со сканером, в большинстве случаев создает файл с 24-разрядным цветом, внутреннее аналого-цифровое преобразование может задавать значения цветов 30, 36 и даже большим числом разрядов. Такая реализация принята потому, что 16 миллионов цветов, доступных при 24 разрядах на пиксел (по 8 разрядов для красного, зеленого и синего каналов), могут распределяться в изображении неравномерно: особенно часто теряются оттенки в тенях и на самых светлых участках. Нельзя забывать, что светочувствительные элементы и цепи аналого-цифрового преобразования вносят определенный шум. Поэтому, собирая более 24 разрядов для каждого пиксела, сканер может отбросить информацию, которая скорее всего содержит шум, и при этом в его распоряжении останется достаточно широкий диапазон величин для обработки и сохранения в окончательном 24-разрядном файле. К сожалению, по характеристике цветовой глубины нельзя судить о том, действительно ли все эти биты содержат визуально важную информацию. Здесь играют роль чувствительность сенсоров и качество аналого-цифровой цепи, а также другие факторы.

Для слайд-сканеров также важнейшей характеристикой является общая чувствительность сканера по отношению к пленке - диапазон плотностей, то есть диапазон оттенков в оригинале, которые может различить сканер, от абсолютно прозрачного до полностью непрозрачного. Типичная пленка имеет минимальную плотность около 0,3 (50% прозрачности) и максимальную плотность до 3,3 (99,5% непрозрачности): диапазон составляет около 3,0, хотя диапазон некоторых слайдов достигает значения 3,6.

Если слайд имеет максимальную плотность (Dmax) 3,3, а сканер оперирует значениями только до 3,0, то детали цветов плотностью выше 3,0 окажутся черными.

В некоторых сканерах выполняется аппаратная обработка изображений, что должно экономить время на редактировании результатов сканирования и улучшать качество ввода данных оригинала. Например, модель Crosfield C360 поставляется в комплекте с процессорной платой стандарта Macintosh NuBus или PCI, которая выполняет массу задач по обработке изображений, - точно такой же перечень функций реализован в барабанных сканерах Crosfield.

Эффективность работы сканера существенно зависит от типа используемого интерфейса.

Для соединения сканера с компьютером используется либо параллельный порт (LPT), либо шина SCSI, либо сетевой интерфейс.

Первый способ прост и не требует никакого добавочного оборудования, но не рассчитан на высокие скорости передачи данных, а потому типичен для ручных моделей для PC, а также барабанных и планшетных устройств невысокого ценового класса. Более универсальные SCSI-сканеры, взаимодействующие с употребительными адаптерами SCSI, можно подключать как к PC, так и к Mac. Они обеспечивают более быструю передачу данных компьютеру, чем LPT-модели. На случай отсутствия в компьютере контроллера SCSI изготовители включают в комплект поставки сканеров простые интерфейсные платы SCSI, как правило, предназначенные для монтажа в разъеме ISA, а не PCI. Если в машине уже имеется SCSI-контроллер типа Adptec 1540 или 2940,пользователь может подсоединить сканер непосредственно к контроллеру жесткого диска - при наличии подходящего ASPI-драйвера. В частности, со сканерами HP и Mustek это возможно. ASPI-стандарт для SCSI-периферии, предложенный Adaptec, позволяет драйверу любого устройства, например дисковода ZIP или сканера, взаимодействовать с любым SCSI-контроллером – от Adaptec до Ultrastor, - имеющим драйвер ASPI. При подключении сканера к встроенной SCSI-плате необходимо позаботиться о правильном согласовании шины - лишь в этом случае подсоединенные к шине SCSI периферийные устройства смогут нормально функционировать. Иными словами, оба конца цепочки устройств SCSI должны быть снабжены согласующими сопротивлениями (терминаторами). Если внешние устройства SCSI отсутствуют, то следует активизировать терминатор на контроллере, обычно служащем последним звеном в цепочке SCSI (ID7), первым звеном которой является жесткий диск (ID 0). Сканер рекомендуется использовать в качестве последнего устройства шины SCSI, поэтому после подсоединения сканера надлежит задействовать его собственный терминатор, предварительно отключив согласующее сопротивление на плате контроллера с помощью BIOS. Терминаторы многих сканеров находятся внутри - лишь некоторые модели, такие как HP ScanJet 4p, снабжены внешними переключателями.

Собственные (совсем нестандартные) интерфейсы, сканер поставляется со своей уникальной картой и работает только с ней.

SCSI (более или менее, не всегда Fast SCSI-2). Если Вы собираетесь использовать сканер не с поставляемой в комплекте картой, учтите, что лёгкая совместимость получается только с контроллерами Adaptec, причём не UltraSCSI модификациями. 

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. Размер буфера данных в планшетных моделях варьируется от 64кБ до 3МБ.

LPT (и его варианты, с поддержкой или требованием EPP или Bi-Directional).

Важно: сканеру может быть необходимо наличие одного из скоростных вариантов параллельного порта. Если EPP обычно есть всегда, то необходимый для сканеров Epson вариант 8-бит Bi-Directional реализован не везде. "Проходной" разьём для подключения принтера ещё не гарантирует работу с ним любого принтера.

PCMCIA (PC CARD) - данный сканер с данным Notebook могут вместе работать или нет, лучше пробовать!





1