курсовые,контрольные,дипломы,рефераты
Лекция №7. Планшетные сканеры
1.Общие характеристики сканеров
2. Планшетные сканеры.
1.Общие характеристики сканеров
Каждый тип сканеров имеет свои особенности применения, что обусловливает различия в технологии сканирования и, следовательно, в характеристиках устройств. Однако существуют и некоторые общие критерии оценки как самого сканера, так и полученного с его помощью изображения. Рассмотрим общие характеристики сканирования безотносительно к конкретным видам или моделям сканеров.
Цветность сканера. Как и большинство других устройств для обработки изображений, сканеры делятся на
- цветные;
- черно-белые (полутоновые)
- штриховые черно-белые.
Цветные сканеры — самый распространенный вид.
Полутоновые сканеры «различают» оттенки серого, но не способны воспринимать цветные изображения.
Штриховые черно-белые сканеры различают только два цвета и практически не представлены в торговой сети — они используются в основном на различных производствах (например, для сканирования чертежей или штрих-кодов).
Разрешение сканера (resolution) — это совокупность параметров, характеризующих минимальный размер деталей изображения, который сканер в состоянии считать. Разрешение делят на оптическое, механическое и интерполяционное.
Оптическое разрешение (optical resolution) характеризует минимальный размер точки по горизонтали, которую сканер в состоянии распознать. В сканерах, использующих для считывания цветовой информации матрицу (например, планшетных или листопротяжных), эта характеристика определяется отношением количества элементов в линии матрицы к ширине рабочей области. Для других типов сканеров таких как барабанный) она ограничивается возможностями фокусировки света на фотопринимающем элементе. Оптическое разрешение — всегда наименьшее из всех указанных для конкретной модели сканера, поэтому производители сканеров часто не указывают его.
Механическое разрешение (mechanical resolution) — количество шагов, которое делает сканирующая каретка, деленное на длину пройденного ею пути. Поскольку на каждом шаге происходит считывание информации матрицей, этот параметр определяет минимальный размер точки по вертикали, которую сканер может распознать. Иногда механическое разрешение тоже называют оптическим, но это неверно. Например, если для какой-либо модели сканера указано оптическое разрешение 300х1200 ppi, то оптическим разрешением будет 300 ppi, а механическим — 1200 ppi. Обычно механическое разрешение в два раза больше оптического, но встречаются и модели, в которых оно в четыре раза больше или, напротив, они равны. Ввиду того, что ПЗС-матрица не может сканировать с разрешением по горизонтали больше оптического, для добавления недостающих точек используются математические методы интерполяции (иначе вертикальный размер любого отсканированного квадрата получился бы, больше горизонтального). Механическое разрешение применимо только к сканерам с матричной структурой фотоприемников.
Интерполяционное разрешение — искусственно увеличенное с помощью математических методов разрешение. Программа, входящая в комплект поставки сканера, пытается довести изображение до этого разрешения путем добавления недостающих точек (например, при реальном разрешении 3х3 программа выдает 9х9). Этот параметр не имеет ничего общего с реальными физическими параметрами сканера и может характеризовать только программу обработки изображения.
Разрешение сканера обычно измеряется в пикселах на дюйм (ppi, pixel per inch). Измерять данный параметр в точках на дюйм (dpi, dots par inch) в принципе неверно, так как под dpi подразумевается фактическое разрешение принтера, а это несколько иное понятие. Обычно принтер для получения одного цветного пиксела отпечатывает несколько точек, и каждая из них отвечает за свою составляющую цвета. Эти точки находятся очень близко, что создает эффект одного пиксела нужного цвета: они как бы сливаются. Соответственно, dpi подразумевает количество составляющих цвет точек на дюйм. Под ppi подразумевается именно количество полноцветных пикселов на дюйм.
Разрядность (глубина цвета) — параметр, характеризующий количество цветов или оттенков серого (в зависимости от цветности сканера). Разрядность означает, сколько бит используется сканером для представления цвета одной точки изображения. Различают разрядность внешнюю и внутреннюю. Внутренняя разрядность — это количество бит, представляющих точку для внутренних операций в сканере (то есть до прохождения сигналом АЦП и преобразования в цифровой вид). Внешняя разрядность определяет битность цвета после прохождения сигнала через АЦП. Внешняя разрядность сканеров обычно 8 бит (256 оттенков серого) для полутоновых сканеров и 24 бита (по 8 бит на составляющую, итого 16,77 млн цветов) — для цветных сканеров. Внутренняя разрядность обычно не меньше, а больше внешней. Дополнительные биты во внутренней разрядности (если они есть) используются для улучшения точности цветопередачи и снижения влияния искажений на цвет. |
Динамический диапазон — еще одна цветовая характеристика. «Качество» отражения света любым оригиналом выражает оптическая плотность. Она вычисляется как десятичный логарифм отношения светового потока, падающего на оригинал, к световому потоку, отраженному от оригинала (для непрозрачных оригиналов) или прошедшему сквозь него (для негативов или слайдов).
Оптическая плотность измеряется в OD (Optical Density), или просто D, и может меняться в диапазоне от 0,0D для абсолютно белого (прозрачного) цвета до 4,0D для идеально черного (непрозрачного) цвета.
Поскольку речь идет о логарифме, например, 2,0D и 3,0D будут различаться не на 25%, а в 10 раз. Оптические плотности для некоторых видов оригиналов приведены в табл. 1.
Таблица 1. Оптические плотности некоторых оригиналов
Оригинал |
Диапазон оптических плотностей |
|
Газетная бумага |
0,9 |
|
Мелованная бумага |
1,5-1.9 |
|
Фотоснимки |
2,3 |
|
Негативные пленки |
2,8 |
|
Цветные слайды коммерческого качества |
2,7-3,0 |
|
Высококачественные диапозитивы, пленочные и двойные слайды |
3,0-4,0 |
Диапазон оптических плотностей сканера говорит о том, какие из цветов оригинала еще будут распознаны, а какие — уже нет, то есть будут восприняты либо как полностью белые, либо как абсолютно черные. Диапазон оптических плотностей включает в себя две характеристики: Dmin и Dmax. Первая, Dmin — такая оптическая плотность оригинала, ниже которой сканер будет считать оригинал идеально белым. Соответственно, Dmax — такая оптическая плотность оригинала, выше которой сканер будет считать оригинал абсолютно черным. Сам диапазон представляет собой разность Dmin и Dmax. Диапазон оптических плотностей сканера зависит от качества и разрядности АЦП и фотоэлементов, а также от алгоритма работы контроллера сканера. В табл. 2 указаны типичные динамические диапазоны для распространенных видов сканеров.
Таблица 2. Типичные динамические диапазоны сканеров
Вид, класс сканера |
Типичный динамический диапазон |
|
Ручные сканеры |
До 2,1 |
|
Полутоновые сканеры |
До 2,3 |
|
Цветные планшетные сканеры, старые модели и модели класса SOHO |
1,8-2,5 |
|
Цветные планшетные сканеры промежуточного класса |
2,5-3,2 |
|
Цветные планшетные сканеры высокого класса |
3,4-3,8 |
|
Настольные барабанные сканеры |
3,4-4,0 |
|
Барабанные сканеры высокого класса |
3,6-4,0 |
Работая область сканера —максимальный формат документа, который сканер в состоянии обработать. Формат зависит от конструкции и области применения сканера. Так, формат документа для листопротяжных и ручных сканеров ограничен только по ширине. Обычные домашние и офисные сканеры чаще всего соответствуют форматам А4 и принятому на западе формату Legal. Профессиональные модели могут иметь фиксированные размеры, приспособленные для конкретных оригиналов (например, слайд-сканер 35-мйллиметровой пленки), или просто иметь большой формат — до АО.
Скорость сканирования — параметр, отражающий время, за которое будет отсканирован тот или иной документ. На самом деле эта характеристика не может иметь какого-либо значения, так как зависит от быстродействия компьютера, объема его оперативной памяти, от аппаратного интерфейса и т. д. Поэтому быстродействие сканера можно оценивать только для конкретного рабочего места. Иногда этот параметр указывается в характеристиках сканера в миллисекундах на линию.
Аппаратный интерфейс сканера (интерфейс передачи данных) обеспечивает обмен информацией между сканером и компьютером. От него зависит скорость передачи данных между компьютером и сканером. Эта характеристика может быть очень важна, если есть необходимость в высоком качестве отсканированных фотографий (или каких-либо других графических материалов). Например, для стандартной цветной фотографии размером 10х15 см, отсканированной с разрешением 720 ppi при разрядности цвета 24 бит (True color), потребуется около 40-Мбайт дискового пространства. Соответственно, если скорость передачи данных между сканером и компьютером низка, то и ждать результата придется очень-долго. Поэтому интерфейс передачи данных по важности ставится наравне с такими характеристиками, как разрешение и глубина цвета. Сейчас на рынке представлены сканеры с пятью типами интерфейсов:
1. Интерфейс LPT (стандартный параллельный порт Centronics). Этот интерфейс один из самых медленных, но и наиболее прост при установке сканера: Иногда встречаются улучшенные варианты — с поддержкой (или даже требованием) ЕРР/ЕСР. В таком случае могут возникнуть проблемы с установкой, так как не все компьютеры оборудованы такими портами. Сканеры с интерфейсом LPT практически всегда имеют «сквозной порт», то есть сканер не монопольно использует LPT-порт, оставляя возможность подключения еще одного устройства (обычно этим устройством бывает принтер).
2. Собственный интерфейс. Его еще иногда называют ISA. Такой интерфейс реализуется в виде отдельной карты, с которой может работать сканер. Такие карты для каждой модели сканера уникальны, из-за чего могут возникнуть проблемы при замене (если карта, например, вышла из строя) или после Upgrade.
3. SCSI-интерфейс — один из наиболее скоростных вариантов интерфейса передачи данных. Однако, если в комплекте со сканером не поставляется SCSI-карта, то могут возникнуть проблемы совместимости о другим контроллером SCSI. Меньше всего проблем создают контроллеры Adaptec. Если в комплект поставки сканера включена своя карта, то подключение и использование сканера не вызовут проблем, однако не факт, что другие SCSI-устройства смогут быть установлены на этот контроллер (например, из-за отсутствия или несовместимости драйверов). При подключении сканера к SCSI-плате должно быть соблюдено согласование шины, иначе подключенные к ней устройства не смогут нормально работать. Начало и конец цепочки устройств должны быть обеспечены терминаторами (согласующими сопротивлениями). Если на шине отсутствуют внешние устройства, то терминатор можно установить прямо на контроллере, который служит последним звеном в цепочке SCSI. Поскольку сканер лучше всего установить последним в цепочке, необходимо задействовать собственный терминатор сканера, отключив терминатор контроллера. У большинства сканеров терминаторы находятся внутри. Лишь немногие сканеры (например, HP ScanJet 4p) имеют внешний переключатель.
4. ИнтерфейсUSB — преемник LPT-интерфейса. Стоимость USB-сканера ниже, а производительность этого интерфейса — значительно выше, чем для параллельного порта, однако не на всех компьютерах есть поддержка USB.
5. Интерфейс PCMCIA (PC card) — интерфейс для работы с портативными компьютерами. Данный интерфейс претендует на универсальность, однако это не всегда так. Поэтому стоит проверить совместимость конкретного портативного компьютера с таким сканером.
2. Планшетные сканеры
Планшетные сканеры — самый распространенный вид сканеров. Популярность эта вполне заслуженна: устройство таких сканеров создает все удобства при сканировании любых оригиналов. Оригинал в планшетном сканере неподвижно лежит на стекле, а считывание в большинстве случаев происходит в отраженном от него свете. Высокие скоростные характеристики таких сканеров также являются несомненным преимуществом. Это преимущество достигается за счет того, что фотоэлементом в планшетных сканерах является не единичный фотоэлемент, а считывающая линейка фотоэлементов.
Рис.1. Устройство планшетного сканера 1-оригинал; 2- стекло; 3- источник света; 4 – система зеркал; 5 - линза; 6 – линейный фотоприемник; 7- АЦП
На рис. 1 изображена схема устройства планшетного сканера. Полоса света, испускаемая источником освещения, попадает на оригинал, растянутый на стекле. Отразившись, свет попадает на первое зеркало из системы зеркал. Зеркала расположены таким образом, чтобы отраженный свет попадал на собирающую линзу. Линза проецирует попавший на нее свет на линейку фотоэлементов (с увеличением). Свет, попавший на эту линейку, трансформируется в электрический аналоговый сигнал, который далее попадает в АЦП. В некоторых сканерах между фотоприемником и АЦП находятся промежуточные ступени, работающие с аналоговым сигналом. Эти ступени предназначены для аппаратного исправления погрешностей сканирования и, иногда, самого изображения. В результате на выход, то есть в компьютер (после АЦП), идет полоска изображения исходного оригинала.
Описанная выше процедура сканирования охватывает только одну строку изображения. Поэтому для полного сканирования и используется головка. После того как отсканированная строка пикселов попадет в компьютер, каретка сдвигается на один шаг. Длина этого шага фиксирована и от нее зависит механическое разрешение сканера (см. раздел «Общие характеристики сканеров»). Затем вся процедура повторяется до тех пор, пока заданная область не будет считана полностью. Рассмотрим описанные детали сканера подробнее.
1. Источник изображения. В приведенной схеме источник изображения непрозрачен (сканер работает на отражение), но в некоторых случаях может использоваться и прозрачный оригинал. Для работы с такими документами сканер может быть оборудован слайд-модулем.
2. Стеклянная пластина. К пластине предъявляются особые требования: качество стекла должно быть очень высоким, поверхность должна быть максимально ровной и внутри стекла не должно быть никаких неоднородностей. Это при том, что толщина стекла очень мала.
3. Фотопринимающая матрица эта, и следующие в списке детали находятся на так называемой сканирующей головке или каретке). Практически это самая существенная деталь сканера. От нее зависят оптическое разрешение, динамический диапазон, схема работы сканера (одно- или трехпроходный) и почти все остальные характеристики (за исключением разве что рабочей области сканера). На сегодняшний день наиболее распространены два типа фотопринимающей матрицы:
- ПЗС-матрицы (прибор с зарядовой связью, в английских обозначениях — CCD, Couple-Charged Device);
- КДИ-матрицы (контактный датчик изображения, в английских обозначениях — CIS, Contact Image Sensor).
Основой элемента ПЗС-матриц является фототранзистор, выполненный по технологии МОП (металл—оксид —полупроводник). Эта технология используется и во многих других приборах для считывания изображений, от мощнейших телескопов до приборов ночного видения.
Данному виду фотоэлементов присущи свои преимущества и недостатки. Среди преимуществ ПЗС необходимо отметить следующие:
Высокая чувствительность. Квантовая эффективность ПЗС чрезвычайно высока и может достигать 95%. Для сравнения, квантовая эффективность человеческого глаза — около 1%, лучшие фотоэмульсии имеют квантовую эффективность до 3%, фотоэлектронные умножители (фотоприемники в барабанных сканерах) — до 20%. Квантовая эффективность определяет способность фотоприемника переводить свет в электрические сигналы, то есть выражает эффективность перевода попавших на него квантов (частиц света) в электрический сигнал. Строго говоря, она равна отношению числа зарегистрированных зарядов к числу фотонов, попавших на светочувствительную область кристалла ПЗС. Энергия кванта зависит от длины волны света, поэтому четко обозначить эту характеристику для ПЗС невозможно — она меняется по всему спектру и обычно задается в виде функции от длины волны.
Широкий спектральный диапазон. ПЗС может реагировать на свет, начиная от гамма- и рентгеновского излучения и заканчивая инфракрасным излучением. Такого диапазона не дает на текущий момент ни одна из матричных технологий. Главными недостатками ПЗС являются:.
Ограниченность разрешения. Во всех матричных фотоприемниках существует ограничение максимального разрешения количеством элементов матрицы.
Шумы. Существует несколько видов шумов. Одни виды шумов зависят от температуры, поэтому для высококачественных ПЗС иногда применяется охлаждение. Другие виды шумов зависят от качества сборки ПЗС. Но есть и шумы, которые нет возможности отфильтровать даже в самых качественных приборах. Например, таким шумом является фотонный шум. Этот шум — следствие природы света и не зависит от фотоприемиика. Все эти шумы вносят соответствующие искажения в результат сканирования. Обычно искажения проявляются в виде шумовых битов. В сканерах младшего класса для каждой из трех составляющих цвета (8 бит на каждую) два старших бита являются «шумовыми» и не содержат точной информации о цвете.
Растекание заряда. Этот эффект возникает в результате того, что заряд, накопленный элементом ПЗС, линейно меняется в зависимости от попавшего на него света. Соответственно, есть некоторый предел, ограничивающий этот заряд. Если за время освещения суммарное количество фотонов (частиц света) превысит предельное значение, то заряд начнет «перетекать» в соседние пикселы. На получившемся изображении это выглядит как расплывчатость слишком ярких деталей изображения.
Принципиального различия между КД И- и ПЗС-матрица-ми нет. КДИ-сканеры отличаются of ПЗС-сканеров тем, что в них матрица растянута на всю ширину рабочей области, поэтому полностью отсутствует оптическая система.
Однако от технологии фотопринимающей матрицы зависит устройство многих других узлов, так что следует говорить не о различиях в сканирующей матрице, а о различиях в сканерах.
Общие характеристики сканеров Лекция №7. Планшетные сканеры 1.Общие характеристики сканеров 2. Планшетные сканеры. 1.Общие характеристики сканеров Каждый тип сканеров имеет свои особенности применен
Copyright (c) 2024 Stud-Baza.ru Рефераты, контрольные, курсовые, дипломные работы.