3.5. Принципиальное устройство планшетного сканера

Основными компонентами планшетного сканера являются трехстроч­ный светочувствительный элемент (CCD, CIS или LIDE), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), механизм перемещения сканирующей каретки, линзовая система, система подсветки, контроллер (микропроцессор) сканера, контрол­лер интерфейса и корпус. В принципе, качество сканирования зависит от качества исполнения всех перечисленных компонентов, однако в решающей степени всего от трех — светочувствительного элемента, АЦП и линзовой системы.

В настоящее время в конструкции сканеров используются две конкурирую­щие технологии, которые и определяют назначение и стоимость сканера.

Наиболее старая, но в то же время, лучшая для сканирования художествен­ных фотографий — CCD-технология (Charge-Couple Device, прибор с зарядо­вой связью — ПЗС). (Слайд 10) Оригинал, положенный на стекло сканера, освещает­ся мощной лампой, а отраженный световой поток при помощи нескольких зеркал направляется в объектив, который фокусирует картинку на фотодат­чике — линейке светочувствительных элементов, для которых и используется CCD-матрица. После считывания строки оптическая голов­ка сканера передвигается на один шаг, и производится считывание следую­щей строки. В качестве источника света обычно используется лампа с холодным катодом. Поскольку сканер считывает документ построчно, то количество ячеек со­ответствует оптическому разрешению сканера. В цветных сканерах используют CCD-матрицу с тремя линейками светочувствительных элементов или три отдельных CCD -матрицы, которые находятся за светофильтрами, т. е. каждая точка документа считывается тремя отдельными светочувствительными ячейками.

CIS-технология (Contact Image Sensor) по основным принципам почти аналогична традиционной CCD-технологии и является ее упрощенным вариантом. В CIS-сканерах отсутствует система зеркал и объектив. Свето­чувствительная линейка равна по ширине листу документа (ширине облас­ти сканирования), а каждая точка строки фокусируется на фотодиоде ци­линдрической микролинзой. Документ освещается линейкой светодиодов трех основных цветов. Поскольку в CIS-сканере отсутствуют зеркала, объектив и лампа, то конструкция та­кого сканера получается очень компактной.

Все технологии сканирования постоянно модернизируются. Кор­порация Canon на основе CIS-технологии выпускает LIDE-сканеры (LED InDirect Exposure, непрямое светодиодное экспонирование) (Слайд 11).

Для всех конструкций сканеров определяется общая про­цедура сканирования:

1. Разогрев лампы, если не используются светодиоды.

2. Калибровка, в процессе которой выполняется автоподстройка преобразовательных каскадов.

3. Перемещение и позиционирование каретки.

4. Опрос элементов светочувствительной матрицы и аналого-цифровое преобразование.

5. Накопление полученных данных в буфере сканера.

6. Передача данных в компьютер.

На четвертом этапе электронной обработки изображения после засветки линейки светочувствительных элементов аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который оцифро­вывает каждую точку документа. В отличие от оцифровки видеосигнала, разрядность АЦП в сканерах значительно выше — массово выпускаются сканеры, у которых разрядность АЦП составляет 48 бит, (надо учитывать, что данные числа нужно делить на три — число основ­ных цветов).

Разрядность АЦП при прочих равных условиях определяет глубину цвета сканера. Но видеоадаптеры и мониторы поддерживают максимально 32-битный цвет. Боль­шая глубина цвета у сканера, (по сравнению с монитором) дает возможность, имея избыточную информацию, для цветовой корректировки изображения в большом диапазоне оптических плотностей без потери каче­ства. Другими словами, сканер, который имеет большую глубину цвета, по­зволяет сохранить больше оттенков и переходов в темных и светлых тонах, а это позволяет программным путем провести коррекцию полученного изображения, т. е. меньше шансов, что придется заново сканировать оригинал.

Для выполнения последующих этапов обработки сигнала в сканере необходимо преобразование дан­ных от АЦП в тот файловый формат, который может быть передан в ком­пьютер. Здесь особую роль играет микропроцессор сканера. Кроме преобразования форматов на него возлагается задача калибровки светочувствительной матрицы, АЦП и лампы для освещения оригинала, что необходимо делать практиче­ски при каждом новом процессе сканирования, т. к. на характеристики уз­лов сканера сильно влияет температура, да и каждый оригинал имеет свои неповторимые оптические характеристики.

Дополнительно микропроцессор на основе значений реальных точек (пик­селов) в ряде случаев рассчитывает новые значения, искусственно увеличивая разре­шение сканера, (См. интерполированное разрешение). Окончательную обработку изображения целесообразней проводить инструментами приложений сканера, т.е. программным путем на ПК, т.к. внутренний микропроцессор сканера довольно медленный.

Например, при сканировании с разрешением 9600 dpi на сканере с оптическим разрешением в 300 dpi весь процесс для одного оригинала может занять около часа.

Качество сканирования во многом зависит от лампы, которая освещает оригинал. От лампы, в первую очередь, зависит правильность цветопередачи. Все ска­неры, которые предназначены для сканирования фотографий, обязательно в качестве источника света используют лампы с холодным катодом, которые обладают приемлемыми параметрами и длительным сроком службы, но даже для них обязательна регулярная процедура самокалибровки сканера.

В офисных моделях сканеров чаще всего используют светодиоды, у которых всего три спектральные линии (для трех основных цветов).