ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ сканирования изображений

 

 

3.1. Классификация сканеров

 

Качество воспроизведения иллюстраций во многом зависит от качества и возможностей сканирующего устройства. По технологии сканирования сканеры можно разделить на планшетные и барабанные.

По конструктивным особенностям и функциональным возможностям различают несколько классов сканеров.

Планшетные:

Настольные планшетные – самый недорогой и доступный тип сканеров., прост в использовании. Разрешающая способность – до 2000 dpi.

Планшетные сканеры промежуточного класса – офисные, для деловых коммуникаций, распознавания символов, более сложные модели работают с оцифровкой слайдов, диапозитивов, негативов. Позволяют делать предварительную обработку изображений, корректуру сканирования. 600 -1800 dpi.

Планшетные сканеры высокого класса – конкурируют с барабанными сканерами по динамическому диапазону, глубине цвета, автоматизации обработки изображений. Подходят для рекламных агентств, издателей журналов, где важно сканирование больших объемов изображений и быстрый производственный цикл.

Барабанные сканеры:

- Самые дорогостоящие устройства в ряду сканеров обес­печивают максимальные возможности для пользователя. Принци­пы сканирования у них отличаются от планшетных и слайд-скане­ров. Барабанные сканеры состоят из прозрачного цилиндра — "ба­рабана", на который с помощью специализированной клейкой лен­ты монтируются оригиналы. Барабан приводится во вращение и последовательно движется вдоль считывающей головки. За опре­деленный момент времени считывается лишь одна точка. Очень большой диапазон оптических плотностей — от 3,8 до 4,2D — достигается за счет того, что источник света узконаправлекный, а в качестве считывающего элемента используется фото-электронный умножитель (ФЭУ). Диапа­зон измерений от 4 000 до 11 000 и даже 20 000 dpi. Для профессио­нальных барабанных сканеров поставляется специализированное программное обеспечение, которое позволяет производить допол­нительные операции: цветоделение, пакетное сканирование, се­лективную цветокоррекцию. При очевидных преимуществах ис­пользование сканеров этого класса возможно при наличии специа­лизированных помещений, освещения, микроклимата и высококва­лифицированного персонала, а также требует больших капита­ловложений.

Настольные мини-барабанные сканеры

Новое поколение мини-барабанных сканеров особенно привле­кательно для универсальных издательских фирм. Простые модели имеют оптическое разрешение 2500 dpi, дина­мический диапазон 3,6 (что все же превышает соответствующие параметры большинства планшетных сканеров) и сравнительно скромные средства автоматизации. В настольных моделях исполь­зуются барабаны меньших размеров, чем у высококачественных

Примечательные особенности настольных барабанных сканеров:

Пакетное сканирование.

Сменные барабаны.

 

Принципиальные схемы работы планшетного и барабанного сканеров

 

Для получения информации об изображении в пригодной для компьютерной обработки форме оригинал разбивается на микро­элементы, расположенные в вершинах прямоугольной сетки, и ин­формация о цвете каждого микроэлемента кодируется для переда­чи в компьютер. Для "наложения" сетки отсчетов на оригинал су­ществуют три способа. Рассмотрим два из них:

- проецирование оригинала на линейку считывающих элементов с одновременным взаимным перемещением считывающего узла
и оригинала;

- поточечное считывание единственным воспринимающим элементом с перемещением его относительно оригинала в двух взаим­но перпендикулярных направлениях.

В планшетных сканерах используется первый вариант органи­зации считывания информации. Структура считывающей системы показана на рис. 20.

Световой поток от источника со стабильным спектром излуче­ния, близким к дневному свету (как правило, специальная люминесцентная лампа), про­ходит через размещенный на прозрачной поверхности (обычно на стекле) оригинал и диафрагму в виде узкой щели, параллельной источнику света (на рисунке не показана). Диафрагма позволяет ограничить размер элемента изображения, считываемый каждым элементом ПЗС-линейки (прибор с зарядовой связью). При сканировании в отраженном свете оригинал освещается "снизу" (при расположении системы считы­вания в соответствии с рис. 20), а специальная ширма препятству­ет попаданию прямого света от источника в оптический тракт.

"Полоса" света, про­шедшая через диафраг­му, фокусируется объективом и пропуска­ется через систему по­лупрозрачных зеркал, распределяющих свето­вой поток на три части, приблизительно равные по интенсивности. Каж­дый из трех световых пучков пропускается че­рез один из трех свето­фильтров, соответству­ющих трем составляю­щим в аддитивной мо­дели смешения цветов (красный, синий, зеле­ный).

Некоторые фирмы вместо зеркал используют специальные призмы, обеспечивающие разделение светового потока на три части, а в отдельных моделях эти призмы реализу­ют и функции светофильтров, направляя разные части видимого спектра в разные стороны.

В барабанных сканерах используется второй способ считыва­ния, для которого требуется обеспечить взаимное перемещение единственного считывающего элемента и оригинала в двух взаимно перпендикулярных направлениях движения — отсюда идея "спи­ральной развертки". Оригинал (рис. 21) монтируется на поверхнос­ти вращающегося цилиндра, а считывающий узел поступательно движется вдоль его оси, разворачивая спираль на поверхности ба­рабана.

Световой поток от источника света с эталонным спектром (так как здесь источник точечный, обычно используются галогеновые лампы мощностью 30-50 Вт) проходит через оригинал, фокусиру­ющий объектив и отверстие диафрагм, затем сфокусированный луч попадает на расщепленную систему (призму или блок зеркал) и через три светофильтра попадает на светочувствительные эле­менты — фотоэлектронные умножители (ФЭУ) или фотодиоды, где происходит процесс, извест­ный как оптичес-кое усиление. Возникающее при этом усиле­ние позволяет преобразовывать свет в электри­ческие сигналы. Далее эти сигна­лы идут в элект­рическую схему, где они оцифро­вываются. Как правило, считы­вающий узел расположен сна­ружи цилиндра, а источник для сканирования прозрачных оригиналов — внутри При сканировании в отраженном свете освеще­ние обеспечивается со сторон объектива.

Первый способ реализован в матричных сканерах и требует применения матрицы однотипных светочувствительных элементов, в качестве которых сегодня используются матрицы приборов с зарядовой связью (ПЗС). Так как для сколько-нибудь качественного считывания такая матрица должна включать несколько миллионов элементов, суммарная на­дежность оказывается весьма низкой. Практическое применение такая схема считывания нашла лишь в цифровых камерах для оперативной съемки. Изображение проецируется на матрицу ПЗС одновременно, затем поэлементно считывается и запоминается для последующей обработки.

Прошедший фильтр пучок света попадает на линейку элемен­тов с зарядовой связью, расположенных в фокальной плоскости объектива. Таким образом, в каждый момент времени для считы­вания доступна информация об одной "строке" изображения. Пере­мещение оригинала относительно тракта "источник света — линейка ПЗС" обеспечивает второе направление развертки изобра­жения.

Принципиально необходимым для правильной работы планшет­ного сканера является параллельность источника света, оригинала, диафрагмы и линейки ПЗС. Кроме того, все три линейки ПЗС дол­жны одновременно попадать в фокальную плоскость.

Рассмотренная базовая конструкция может иметь варианты, ре­ализуемые в конкретных моделях сканеров. Для самых дешевых моделей вместо трех линеек ПЗС используется одна, а светофиль­тры перед ней меняются специальным механизмом.

Преимуществом плоских сканеров является возможность рабо­ты с негибкими оригиналами. Некоторые модели позволяют скани­ровать достаточно толстые журналы и книги, не разрезая их. При этом нужно обеспечить плотное прилегание оригинала к стеклу — глубина резкости у большинства сканеров не слишком велика. Ис­ключение составляют сканеры с большим разрешением и соответ­ственно узкой щелью диафрагмы.

На отдельных моделях допустимо даже сканирование объемных предметов — медалей, мелких украшений и т.д. Естественно, рас­считывать на получение перспективы и объемности в таких усло­виях не приходится.

Еще одно преимущество многих плоских сканеров — удобство работы. Не требуется никаких вспомогательных операций для того, чтобы зарядить оригинал для сканирования в отраженном свете, да и монтаж слайдов существенно легче (исключение составляют работы с очень высоким разрешением, когда требуется использо­вание монтажного геля и особо тщательная очистка — здесь пре­имущество плоского расположения оригинала заметно меньше). Ра­зумеется, для сканеров с размещением оригиналов в специальных кассетах монтаж оригиналов ненамного легче, чем на барабанном сканере.

Очевидным недостатком барабанных сканеров является необхо­димость монтажа оригиналов на поверхность цилиндра, представ­ляющего собой работу кропотливую и малопроизводительную. Для повышения суммарной производительности оборудования большин­ство фирм-производителей комплектует свои барабанные сканеры специальными монтажными столами и дополнительными цилинд­рами, что позволяет разместить оригиналы на цилиндре, не зани­мая время самого сканера.

Еще одним существенным ограничением является требование к гибкости и массе оригиналов, исключающее сканирование объем­ных оригиналов.

Таким образом, планшетные сканеры удобнее в работе, но об­ладают меньшей свободой в выборе разрешения при сканирова­нии, чем барабанные.

 

Проекционные сканеры напоминают фотоувеличитель и работают почти так же, как фотографическая камера. Проекци­онные сканеры выпускаются для работы с непрозрачными ори­гиналами, для работы с прозрачными оригиналами (такие ска­неры часто называют «слайд-сканер») и универсальные. В ска­нерах для работы с непрозрачными оригиналами считывание оригинала осуществляется в отраженном свете.

Оригинал располагается на подставке под сканирующей го­ловкой изображением вверх. Сканирующая головка (камера) закрепляется на вертикальном штативе на некоторой от него высоте. В зависимости от конструктивных особенностей скане­ра камера может перемещаться по стойке или по вертикальным направляющим. Перед началом сканирования камеру следует установить в положение, соответствующее требуемому разре­шению и размеру изображения. Точная настройка разрешения (фокусировка) осуществляется перемещением линзы. Внутрен­ний источник света при этом обычно не требуется — естествен­ного комнатного освещения оказывается достаточно. Иногда источники света (не более двух) присоединяются непосред­ственно к камере. Внутри камеры небольшой двигатель пере­мещает линейку ПЗС в фокальной плоскости линзы. Процеду­ра сканирования занимает некоторое время, поэтому следует учитывать возможное нежелательное воздействие вибрации и внешних источников света. Схема работы проекционного ска­нера приведена на рис. 1.27.

 

Оптическое разрешение слайдовых сканеров составляет от 2000 до 5000 dpi в зависимости от класса устройства. Слайдо­вый сканер во многом напоминает планшетный. Различие со­стоит лишь в том, что слайд-сканер фиксирует образ сканируе­мого изображения в проходящем свете и соответственно источ­ник света, оригинал и фотоприемник в нем имеют другое вза­имное расположение. Для фиксирования цвета и уровней серо­го в слайд-сканерах используются либо наборы линеек ПЗС, либо матрицы ПЗС (рис. 1.28).