Лекція 3. Апаратне забезпечення комп’ютерної графіки

Основні поняття. Пристрою уведення: сканери, цифрові фотоапарати й відеокамери. Пристрою виводу: дисплеї на ЕЛТ, рідкокристалічні дисплеї й інші типи дисплеїв; Проектори; Принтери. Архітектура графічної підсистеми ПК: архітектура, подання зображень, програмний інтерфейс

У цьому розділі дається короткий огляд основних пристроїв, що використовують растрове подання для відображення двовимірної інформації. Як приклад реалізації апаратних засобів для роботи з растровою графічною інформацією розглянута архітектура сучасних комп'ютерів типу ПК (англ. PC - Personal Computer¹⁾).

Основні поняття

У попередньому розділі було розказано про растр як про абстрактний математичний об'єкт. При фізичній реалізації растрів виникають додаткові характеристики. Основний з них є Розв'язна здатність (англ. resolution) - кількість крапок фізичного растра в одиниці довжини. Найчастіше це

• ppi - пікселів на дюйм (англ. pixels per inch²⁾).

• Також уживаються терміни

• dpi - крапок на дюйм (англ. dots per inch). Правильно вживати стосовно принтерів, хоча широко використовується скрізь замість ppi.

• spi - проб на дюйм. (англ. samples per inch) Іноді вживається стосовно сканерів замість dpi.

У більшості випадків пікселі растра розташовані рівномірно по ширині й висоті, і для таких растрів розв'язна здатність однакова по ширині й висоті. Якщо це не так (для деяких принтерів і сканерів зокрема), то в цьому випадку звичайно пишуть "1200×2400 dpi", де 1200 - розв'язна здатність по горизонталі, а 2400 - по вертикалі. Також термін дозвіл уживається в іншому змісті - як розмір растра в пікселях. Наприклад, "дозвіл екрана дорівнює 1280×1024".

З погляду подання кольори важливі два параметри:

• Колірна гама, це поняття було уведено раніше;

• Динамічний діапазон (англ. dynamic range) - діапазон рівнів яскравості для даного пристрою. Це поняття прийшло із традиційної (плівкової) фото- і відеозйомки, у якій було однієї з важливих характеристик плівки. Важливо відзначити, що динамічний діапазон залежить як від характеристик пристрою відображення, так і від способу подання графічної інформації. Наприклад, типове подання кожного з компонентів кольору в RGB-Моделі 8 бітами, що дає всього 256 можливих рівнів яскравості.

Досить широкою колірною гамою володіють плазмені дисплеї й фотографічна плівка, а самий вузької - монохромний пристрої (на діаграмі кольоровості відповідна область вироджується в крапку) (див. мал. 1.9).

Для подання графічної інформації в пам'яті використовується термін Глибина кольору (англ. color depth) - кількість інформації для подання одного кольору. Виміряється в bpp - bits per pixel (англ. біт на піксель). Типові значення: 1 (монохромне зображення), 8, 16, 24, 48.

Пристрою уведення Сканери

Сканер - пристрій одержання зображень високого дозволу (до 11000 spi). Принцип роботи складається в послідовному висвітленні скануємого матеріалу ксеноновою або флюоресцентною лампою й реєстрації відбитого кольору ПЗС³⁾(англ. CCD) матрицею (за винятком барабанних сканерів, де використовується фотопомножувач). Якщо матеріал є напівпрозорим (наприклад, фотоплівка), то він, навпаки, підсвітлюється зі зворотної до сенсора сторони.

По типі сканування такі пристрої класифікуються в такий спосіб.

• Барабанні сканери ставляться до класу high-end. Скануємий об'єкт (найчастіше фотоплівка) спочатку вимочується в спеціальному розчині, а потім міститься на барабан, що обертається перед переміщається в одному напрямку фотоелектронним помножувачем. Ці пристрої набагато більше чутливі, чим Пзс-Матриці, тому й розв'язна здатність у них значно вище - від 4000 до 11000 spi. Глибина кольору - 48 біт/піксель. Такі сканери мають порівняно великі габарити.

• Планшетні сканери - переважний на даний момент тип сканерів. Під склом одного зі стандартних розмірів (найчастіше A4; рідше A3) перебуває скануюча головка, що послідовно проходить всю площа під склом у процесі сканування. Для сканування фотоплівки в кришку може бути убудована лампа підсвічування (що й показано на рис. 8). Типові дозволи - 600-3200 spi. Глибина кольору - до 48 біт/піксель.

• Протяжні сканери призначені для сканування аркушів паперу заданої ширини. Скануюча головка переміщається тільки в одному напрямку, а протяжний механізм забезпечує послідовний зсув паперу відносно скануючої головки уздовж іншого виміру. Такі пристрої компактніші планшетних сканерів і дозволяють сканувати більше протяжні в одному вимірі матеріали.

• Ручні сканери. Скануюча головка переміщається над скануємою поверхнею за допомогою руки людини. Відповідно, для даного типу сканерів потрібно більше складне програмне забезпечення, що забезпечувало б правильне сполучення окремих фрагментів (тому що траєкторія переміщення руки не ідеальна). До цього типу ставляться самі компактні сканери у формі авторучки. У зв'язку з порівняльною трудомісткістю й складністю обробки результатів останнім часом інтерес до них незначний.

• Слайд-Сканери схожі на планшетні, але призначені спеціально для сканування фотоплівки. Важливою відмінністю від перших є відсутність скла між сенсором і плівкою. Це важливо, тому що стекло є додатковим проміжним середовищем, що переломлює світлові промені й, відповідно, що вносить певні перекручування, помітні при скануванні з високим дозволом.

Рис. 8.  Планшетний сканер.