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Digitalisierungstechnologie
Inhaltsverzeichnis
Allgemeines
Die digitale Erfassung von Vorlagen (Gemälde, Fotografien, Diafilme, Buchseiten) und der Natur mittels Digitalkamera untersteht einem elektronischen Informationsfluss und unterliegen den Grundsätzen der elektronischen Datenverarbeitung (EDV): Eingabe, Rechenleistung, Ausgabe.
Die Lesegeräte (Scanner, Digitalkameras) für die digitale Erfassung wandeln analoge Signale in digitale um. Licht (elektromagnetische Strahlung, die in verschiedene Spektren aufgeteilt und als additive Farbwerte interpretiert werden kann), das von einer Lichtquelle auf eine zu erfassende Vorlage trifft, wird auf einem optischen Sensor im Lesegerät eingefangen. Dieser Sensor leitet ein elektrisches Signal proportional zur eingetroffenen Beleuchtungsstärke an einen Wandler weiter, der die eingeganenen analogen Farbwerte in digitale umwandelt. Dieser Vorgang nennt sich serielle Informationsübertragung. Die digitalen Signale können nun von Computern weiterverarbeitet werden, da sie in übersetzter Sprache vorliegen.
Sensortypen
In Bilderfassungsgeräten unterscheidet man zwei Typen von Sensortechnologie, welche die unterschiedlichen Helligkeitswerte in analoge Spannung umwandelt: PMT (Photomultiplier Tube) und CCD (Charge-coupled Device).
Photomultiplier Tube
Der Photomultilier erfasst Lichtsignale und übermittelt sie in einer Vakuumröhre über eine Fotokathode hin zu einer Anode. Bei Lichteinfall werden aus der Kathode Elektronen freigesetzt. Zwischen diesen "Polen" befinden sich Dynoden, die den Elektronenstrom verstärken. Wenn ein Elektron die Dynode trifft, setzt diese weitere Elektronen frei und verstärkt somit den Strom. Eine Dynode entspricht einem Verstärkungsfaktor von einer Million.
Mit dem Photomultiplier werden sehr kleine Lichtströme erfasst. Sie eignen sich besonders für die Digitalisierung von Kleinbild-Diapositiven. Nebst der hohen Lichtempfindlichkeit zeichnet die PMT eine exakte Erfassung der Tonwerte ohne Bildrauschen in den Tiefen (Störstruktur in den dunklen Bildbereichen). PMT kommen in Trommelscannern zum Einsatz.
Charge-coupled Device
Der CCD-Sensor ist Bestandteil von Scannern und Digitalkameras. In Scannern ist er als Zeilensensor angelegt, in Digitalkameras als Flächensensor. Beide funktionieren nach dem selben Prinzip: Das CCD-Element besteht aus einem lichtempfindlichen mit Silizium beschichteten Chip. In einer Zeile sind mehrere Tausend solcher lichtempfindlicher Chips (Fotodioden) aneinandergereiht und jeder Chip entspricht einem Pixel. In der Regel sind drei Reihen der Chips in einem Zeilensensor enthalten. Jede Reihe misst die Helligkeitswerte einer Farbe (rot, grün, blau) in einem Schritt, die der Zeilensensor pro Aufnahme macht. Somit wird das Bild in einem Durchgang gescannt. Die volle Breite der Scannerfläche wird als eine Zeile erfasst, die Schrittweite, die eine CCD-Zeile pro Erfassung einer Zeile fährt gilt als Pixel in der Höhe. Ein Scanner mit einer CCD-Zeile hat somit eine horizontale (Y-Richtung) und eine vertikale (X-Richtung) Auflösung, die sich durch die Anzahl Zellen und durch die Anzahl Schritte CCD-Zeile ergibt. Nach jedem Schritt werden die elektronischen Impulse, die den Helligkeitswerten entsprechen, in digitale Signale umgewandelt. Ein A4-Scanner (21cm x 29,7cm) mit 5000 Zellen auf dem CCD-Element hat folglich eine optische Auflösung von 604 dpi (dots per inch). Diese berechnet sich folgendermassen: Anzahl Zellen : Zeilenbreite x 2,54 (für die Berechnung von Inch) = ppi (pixel per inch = dpi). Der Zeilensensor ist in Flachbettscannern (die gängigen Tischscanner, die auch als all-in-one-Geräte scannen, kopieren und drucken können) eingebaut. Die Auflösung des Flächensensors in der Digitalkamera ist durch die Anzahl Chips in der Fläche definiert; die Aufnahme erfolgt in einem Schritt.
Buchscanner
Auch bei den Buchscannern gibt es die Modelle mit CCD-Zeilensensor und mit Flächensensor. Das Buch wird jedoch nicht mehr wie bei den Flachbettscannern umgedreht und auf die Glasplatte des Scanners gelegt – besonders ältere Bücher nehmen dabei Schaden –, sondern die Glasplatte drückt die Seiten von oben eben. (Universitätsbibliothek Basel - ScannTECH 600i). Bei empfindlichen Handschriften wird zum Beispiel keine Glasplatte verwendet, sondern die Seiten werden vorsichtig mit einem Vakuum fixiert und dann mit einer Kamera digitalisiert. (Universitätsbibliothek Basel - Grazertisch mit Canon Kamera) (dito - andere Ansicht).
Es gibt den Typ "V-shaped book scanner", der das Buch, in einem 90-Grad-Winkel geöffnet, einliest; hierbei schieben sich zwei Glasplatten wie ein Keil zwischen die Seiten, diese werden mit zwei hochauflösenden Fotoapparaten abgelichtet. (Universitätsbibliothek Basel - ScanRobot SR301).
Der Typ Overhead scanner zeichnet die Seiten ebenfalls von oben auf. Das Buch liegt jedoch flach auf dem Tisch. Einige Modelle haben eine verstellbare Platte, welche die beiden Buchdeckel auf eine unterschiedliche Ebene anheben kann und somit den Buchrücken schont. (Universitätsbibliothek Basel - Book2 net A2 Scanner). Aber auch Scanner mit einer automatischen Seitenerkennung sind bereits in Gebrauch. Die Seiten müssen nicht mehr eben gedrückt werden, da die Berechnung der nach oben gewölbten Buchseiten mittels Software geschieht (siehe Film zu Zeutschel unter Links). In einem Schritt werden Buchtext und 3-Dimensionalität des aufliegenden Buchs aufgezeichnet und zu einer planen Seite berechnet.