Оптична та розділювальна здатність сканера

Оптична розділювальна здатність – безперечно, найважливіший критерій оцінки сканера. Однак користувачу варто знати, яка розділювальна здатність йому необхідна. У цілому воно залежить від можливостей пристрою, на якому буде відтворюватися отсканированная картинка, - принтера, типографської офсетної чи машини монітора, а також від її масштабу.

Якщо картинка не підлягає збільшенню, то досить вважати її з розділювальною здатністю, рівною аналогічному показнику пристрою виводу: 96 крапок на дюйм для виводу на монітор, 50-200 крапок на дюйм для друку на лазерному, струминному чи принтері з термопереносом, 300 крапок на дюйм для офсетного друку (60-й растр) чи термосублімаційнного принтера. Щоб був резерв для обробки, зображення звичайно скануються з розділювальною здатністю, що вдвічі перевищує необхідне. Якщо масштаб картинки збільшується, то в стільки ж раз потрібно збільшити і розділювальну здатність сканування, тому до апарата, використовуваному для одержання електронних копій невеликих оригіналів – чи слайдів негативів, пред'являються дуже високі вимоги. Зокрема, щоб вважати 35-мм діапозитив і потім роздрукувати його у форматі А4, випливає відсканувати його з оптичним дозволом, щонайменше, 1500 крапок на дюйм, а з урахуванням запасу для обробки – 3000 крапок на дюйм.

Цифрове кодування художніх оригіналів виконується за допомогою сканерів, цифрове фотографування як оригіналів, так і живої натури - за допомогою цифрових фотокамер. Цифрове кодування виконує дві основні функції. По-перше, розбиває неперервне зображення на точки - піксели. По-друге, кожній точці приписує (три) цифрові колірні характеристики, а у випадку монохромних зображень, характеристику яскравості.

Попри деякі конструктивні відмінності, принцип дії сканера, як і цифрової камери, полягає в освітленні оригіналу або живої натури за допомогою штучного або сонячного світла та вимірюванні за допомогою світлочутливого сенсора яскравості світлового потоку, пропущеного прозорим або відсвіченого непрозорим оригіналом чи живою натурою. Сонячне світло використовується виключно цифровими камерами, штучне освітлення всіма видами цифрувальної апаратури. Принцип кольорового сканування - той же, що і монохромного. Тільки в останньому випадку кожен піксел створюється одним сенсором, а в першому - трьома за кількістю колірних каналів. Сенсори ті ж самі: тільки на шляху світла до сенсора знаходиться відповідна лінза, що виділяє яскравість потрібної колірної складової - червоної, синьої або зеленої.

Кожен сенсор перетворює величину освітленості в електричну напругу, яка поступає на вхід аналогово-цифрового перетворювача. Останній перетворює її в цифровий код, що поступає на вхід процесору цифрової обробки сигналів. Процесор виконує первинну обробку, стиснення та передачу цифрових даних у пам'ять. Колірна роздільна здатність безпосередньо залежить від яскравості світла. Вона визначається глибиною кольору сканера. Звичайно це 24 біти, але все частіше використовуються сканери з глибиною кольору 36 (12 біт на колір). Підвищена точність дає можливість уникнути похибок цифрового кодування. Кількість сенсорів, що припадає на одиницю довжини оригіналу, називається оптичною роздільною здатністю сканера. Вона визначає просторову роздільну здатність зображення. існують прийоми підвищення оптичної роздільної здатності шляхом апаратної або програмної інтерполяції. Звичайно сканери забезпечують 300, 600 або 1200 ppi. Схема цифрової обробки зображень подана на мал.

За будовою розрізняють сканери барабанні та планшетні. Вони відрізняються конструктивно способами розміщення та пересування освітлювача, сенсорів та оригіналів. Барабанні сканери - це сканери суперкласу і, природно, супервартості, призначені для надзвичайно якісних робіт. Ми обмежимося розглядом лише планшетних сканерів.

Оригінал освітлюється потужною флуоресцентною лампою або лампою з холодним катодом. Останні довше в процесі експлуатації тримають характеристики білого світла, а крім того не перегрівають сканер. Лінійка світлочутливих елементів фіксує яскравість світла, пропущеного або відсвіченого, уздовж однієї лінії. Кожен світлочутливий елемент створює один піксел в лінії. Потім лінійка пересувається вздовж оригіналу на величину свого кроку і процес повторюється знову. Оптична роздільна здатність в планшетних сканерах ділиться на горизонтальну та вертикальну. Горизонтальна залежить від двох параметрів: кількості датчиків у лінійці та ширини лінійки. Вертикальна залежить від кроку і може бути вищою від горизонтальної. Тоді довіряємо горизонтальній, бо вертикальна, швидше всього, буде інтерпольованою. Зауважимо, що вже при роздільній здатності 600 ppi та ширині лінійки 8,5 дюйма (стандарт А4) необхідно 5100 сенсорів, а при роздільній здатності 1000 ppi - 8500 сенсорів на лінійці. Ясно, що роздільна здатність планшетного сканера не може зростати безмежно.

Найважливішим параметром сканера є його оптична щільність. Вона виражає логарифм непрозорості оригіналу, тобто логарифм відношення загального потоку світла, до потоку світла, відсвіченого непрозорим або пропущеного прозорим оригіналом. Абсолютно білий папір або абсолютно прозора плівка мають оптичну щільність нуль. Дійсно, якщо , тобто , або відсвічений (пропущений) потік дорівнює повному . Звичайно, це ідеальний випадок. На практиці частина світлового потоку поглинається навіть білим папером або прозорою плівкою. Вважається, що або вже є досить добрим показником білизни (прозорості). Звичайно 0,1 є значенням мінімальної оптичної щільності сканера Dmax. Мінімальність означає, що сканер не відрізнить ділянку оригінала з показником від ділянки з показником або . Оптична щільність, рівна 1,означає ослабленість потоку в 10 разів , рівна 2 - в 100, 3 - в 1000, а максимальним значенням оптичної щільності Dmax вважається 4, що відповідає потоку, ослабленому в 10000 разів . Максимальне значення досягається лише прозорими високоякісними оригіналами, для непрозорих оригіналів оптична щільність, рівна 2,5, вже недосяжна.

Значення можливої оптичної щільності того чи іншого типу оригіналу корисно знати, вибираючи тип сканера. Найбільш уживані оригінали наведені в таблиці:

Оптична щільність оригіналу виражає його здатність містити тонкі тонові переходи, в свою чергу різниця Dmax - Dmax називається динамічним діапазоном сканера. Вона виражає його здатність відтворювати тонкі півтонові переходи Dmax - Dmax = 4,0 - 0,1 = 3,9 визначає можливість сканера розрізняти десятки тисяч відтінків кольору. Ясно що динамічний діапазон сканера прямо залежить від його глибини кольору. 24-бітовий колір відповідає діапазону 2,4. Для забезпечення максимального динамічного діапазону потрібно принаймні 36 біт (212 = 4096). Наступна обробка (корекція кольору, гамма-корекція) можуть привести до зменшення глибини кольору, але низький динамічний діапазон неминуче виливається у втрату дрібних деталей зображення особливо у області тіні.