7.1.3. Сканеры

Сканер – устройство ввода графических изображений в компьютер. В сканер закладывается лист бумаги с изображением. Устройство считывает его и пересылает компьютеру в цифровом виде.

Во время сканирования вдоль листа с изображением плавно перемещается мощная лампа и линейка с множеством расположенных на ней в ряд светочувствительных элементов. Обычно в качестве светочувствительных элементов используют фотодиоды. Каждый светочувствительный элемент вырабатывает сигнал, пропорциональный яркости отраженного света от участка бумаги, расположенного напротив него. Яркость отраженного луча меняется из-за того, что светлые места сканируемого изображения отражают гораздо лучше, чем темные, покрытые краской.

В цветных сканерах расположено три группы светочувствительных элементов, обрабатывающих соответственно красные, зеленые и синие цвета. Таким образом, каждая точка изображения кодируется как сочетание сигналов, вырабатываемых светочувствительными элементами красной, зеленой и синей групп. Закодированный таким образом сигнал передается на контроллер сканера в системный блок.

Основная функция сканеров – получение изображений различных материалов носителей для последующей обработки, хранения и распространения в цифровом формате.

Наиболее общая классификация сканеров может быть представлена в следующем виде:

- универсальные сканеры (рассчитанные на работу с широким спектром разнотипных оригиналов);

- специализированные сканеры.

Все многообразие сканируемых оригиналов подразделяется на две категории:

- прозрачные;

- непрозрачные.

Сканирование непрозрачных оригиналов производится в отраженном свете. В этом случае свет от используемого источника падает под определенным углом на оригинал и, отразившись от него, воспринимается светочувствительным элементом.

Сканирование прозрачных оригиналов осуществляется в проходящем свете. Оригинал в этом случае располагается между источником света и светочувствительным элементом. Свет от источника проходит сквозь оригинал и затем воспринимается светочувствительным элементом.

Как правило, в универсальных сканерах, позволяющих работать и с прозрачными, и непрозрачными оригиналами (независимо от их типа), используется два источника света, один из которых задействуется при сканировании в проходящем свете, а другой при сканировании в отраженном свете.

Принцип работы сканеров

Ещё десять лет тому назад было актуальным разделение сканеров на цветные и монохромные. В настоящее время практически все сканеры (за очень редким исключением) являются цветными.

Для того чтобы разделить световой сигнал, отраженный от оригинала (либо прошедший сквозь него), на три составляющие, соответствующие базовым цветам аддитивной модели (RGB), могут использоваться различные методы.

Светофильтры. Свет, излучаемый источником (например, лампой), отраженный от сканируемого объекта или прошедший сквозь него, проецируется натри линейки светочувствительных элементов, каждая из которых снабжена своим светофильтром: красным, зеленым и синим.

Несколько источников света или источник с чередующимся цветом. Сканируемый объект поочередно освещается тремя (или более) источниками света, и соответственное количество раз считывается информация с одной и той же линейки светочувствительных элементов. Частным случаем является использование источника света, способного с большой частотой менять цвет излучаемого потока (например, массива светодиодов).

Призма. В этом случае для выделения цветовых компонентов из отраженного от оригинала света используется призма или аналогичное устройство, что позволяет одновременно считывать информацию с каждого из слоев. В современных моделях сканеров призма применяется очень редко.

Типы светочувствительных элементов

Наиболее распространенным типом светочувствительных приборов, используемых в большинстве современных сканеров, является линейный массив ПЗС (CCD) или КМОП (CMOS) элементов.

Изображение в этом случае считывается построчно в процессе перемещения линейки светочувствительных элементов относительно оригинала. В цветных моделях обычно используется три линейки ПЗС- элементов, каждая из которых считывает образ одного из цветовых каналов RGB.

Иногда используется двумерный массив (матрица) светочувствительных ПЗС- или КМОП- элементов. В этом случае сканирование всей площади оригинала производится одновременно, аналогично тому, как считывается кадр в цифровых фотоаппаратах.

В некоторых типах сканеров в качестве светочувствительного элемента применяется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Считывание изображения посредством ФЭУ обычно производится попиксельно: последовательно вводятся пиксели одной строки изображения, затем следующей строки и т. д. Такой метод накладывает определенные ограничения на максимальную скорость сканирования. Кроме того, изготовление ФЭУ обходится значительно дороже по сравнению с ПЗС. С другой стороны, ФЭУ обладает значительно более высокой чувствительностью (по сравнению с ПЗС) и позволяет создавать устройства, обладающие более широким динамическим диапазоном и гораздо меньшим уровнем цифрового шума.

Источники света

Источник света, используемый в конструкции того или иного сканера, в немалой степени влияет на качество получаемого изображения. В настоящее время используется четыре типа источников света.

Ксеноновые газоразрядные лампы. Их отличает чрезвычайно малое время прогрева, высокая стабильность излучения, небольшие размеры и долгий срок службы. Но, с другой стороны, они не очень эффективны с точки зрения соотношения количества потребляемой энергии и интенсивности светового потока, имеют неидеальный спектр (что может вызвать нарушение точности цветопередачи) и требуют высокого напряжения питания (порядка 2 кВ).

Люминесцентные лампы с горячим катодом. Эти лампы обладают наибольшей эффективностью, очень ровным спектром (которым к тому же можно управлять в определенных пределах) и малым временем прогрева (порядка3-5 с). К недостаткам можно отнести не очень стабильные характеристики, довольно большие габариты, относительно небольшой срок службы (порядка1000 ч) и необходимость держать лампу постоянно включенной в процессе работы сканера.

Люминесцентные лампы с холодным катодом. Такие лампы имеют очень большой срок службы (от 5 до 10 тыс. часов), низкую рабочую температуру, ровный спектр (следует отметить, что конструкция некоторых моделей ламп с холодным катодом оптимизирована для повышения интенсивности светового потока, что негативно сказывается на спектральных характеристиках). За перечисленные достоинства приходится расплачиваться довольно большим временем прогрева (от 30 с до нескольких минут) и более высоким, чем у ламп с горячим катодом, энергопотреблением. В настоящее время люминесцентные лампы с холодным катодом используются в подавляющем большинстве моделей планшетных сканеров и МФУ.

Светодиоды (LED). Применяются в ряде моделей протяжных, планшетных и слайд-сканеров. Светодиоды обладают очень малыми габаритами, небольшим энергопотреблением и не требуют времени для прогрева. Обычно используются трехцветные светодиоды, с большой частотой меняющие цвет излучаемого света. Однако светодиоды имеют довольно низкую (по сравнению с газоразрядными и люминесцентными лампами) интенсивность светового потока, что приводит к снижению скорости сканирования и увеличению уровня цифрового шума на получаемом изображении. Весьма неравномерный и ограниченный спектр излучения неизбежно влечет за собой ухудшение цветопередачи.

Технические характеристики сканеров:

- разрешающая способность;

- разрядность;

- динамический диапазон и максимальная оптическая плотность;

- цифровой шум;

- производительность сканера;

- тип и размер оригиналов;

- интерфейс.

Разрешающая способность, или разрешение, один из основных параметров, используемых производителями для описания возможностей сканера. Наиболее распространенная единица измерения разрешающей способности сканеров - это количество пикселов на один дюйм (pixels per inch, сокращенно ppi).

Не следует путать ppi с более распространенной аббревиатурой dpi (dots per inch — количество точек на дюйм). Последняя единица используется для измерения разрешающей способности растровых печатающих устройств и имеет несколько иной смысл.

Различают оптическое и интерполированное разрешение. Величину оптического разрешения можно вычислить, разделив количество светочувствительных элементов в сканирующей линейке на максимальную ширину области сканирования.

Нетрудно сосчитать, что количество светочувствительных элементов у сканера, имеющего оптическое разрешение 600 ppi и максимальную ширину области сканирования 8,5 дюйма (216 мм), должно составлять не менее 5100.

Оптическое разрешение - это частота дискретизации, только в данном случае отсчёт идет не по времени, а по расстоянию.

Большинство современных недорогих планшетных сканеров имеют оптическое разрешение 600, 1200, 2400 ppi и даже более. Многие производители, стремясь привлечь покупателей, указывают в документации и на упаковке своих изделий двойное значение оптического разрешения (например, 1200x2400 ppi). Однако цифра 2400 для вертикальной оси означает не что иное, как сканирование с половинным вертикальным шагом и дальнейшей программной интерполяцией, так что в этом случае оптическое разрешение у этих моделей фактически все равно остается равным 1200 ppi.

Интерполированное разрешение - это повышение количества пикселей в отсканированном изображении за счёт программной обработки. Величина интерполированного разрешения может во много раз превышать величину оптического разрешения, однако следует помнить, что количество информации, полученной с оригинала, будет таким же, как и при сканировании с оптическим разрешением. Иными словами, повысить детальность изображения при сканировании с разрешением, превышающем оптическое, не удастся.

Разрядность, или глубина цвета, определяет диапазон значений, которые может принимать цвет пикселя.

Иначе говоря, чем больше разрядность при сканировании, тем большее количество оттенков может быть сохранено в полученном изображении.

Например, при сканировании чёрно-белого изображения с разрядностью 8 бит можно получить 256 градаций серого (28 = 256), а используя 10 бит, уже 1024 градации (210 = 1024).

Для цветных изображений возможно два варианта указываемой разрядности, количество бит на каждый из цветовых каналов (8, 12, 14 или 16 бит на канал) либо суммарное количество бит по всем каналам (24, 36, 42 или 48 бит).

В настоящее время для хранения и передачи полноцветных изображений (например, фотографий) стандартом является 24-разрядный формат RGB. При сканировании цветных оригиналов с использованием модели RGB изображение формируется из трех цветовых каналов, на каждый из которых приходится по 8 бит.

Таким образом, количество возможных оттенков составляет около 16,7 млн. (22А = 16 777 216). Многие сканеры используют более высокую разрядность - 12 или 16 бит на цвет (соответственно, 36 или 48 бит), однако для записи и дальнейшей обработки изображений эта функция должна поддерживаться применяемым программным обеспечением; в противном случае полученное изображение все равно будет записано в файл с 24-битной разрядностью.

Как известно, более темные участки изображения отражают меньшее количество падающего на них света, чем более светлые.

Величина оптической плотности показывает, насколько тёмным является данный участок изображения, иными словами, какая доля света поглощается, а какая отражается при попадании на него (в случае прозрачного оригинала речь идет о доле света, прошедшего через данный участок изображения).

Обычно оптическая плотность измеряется для некоего стандартного источника света, имеющего заранее определенный спектр. Значение плотности вычисляется по формуле:

D = log (1/R),

где D - величина плотности, R - коэффициент отражения (доля отражённого либо прошедшего света в зависимости от того, идет ли речь о сканировании непрозрачного или прозрачного оригинала).

Например, для участка оригинала, отражающего (или пропускающего) 15% падающего на него света, величина оптической плотности составит log (l/0,15) = 0,8239.

Динамический диапазон – это разница между максимальным (Dmах) и минимальным (Dmin) значением оптической плотности, которую способен различать светочувствительный элемент сканера.

Максимальное значение оптической плотности (соответствующее наиболее темным участкам изображения) на фотокарточках и оригиналах, отпечатанных типографским способом, обычно лежит в пределах 1,8-2,0 D. Что касается фотопленки, то для этого типа оригиналов величина максимальной оптической плотности нередко превышает 3,0 D.

Цифровой шум появляется на сканируемом изображении вследствие неидеальности конструкции электронных узлов сканера, в первую очередь - светочувствительных элементов и их цепей. К сожалению, производители сканеров практически никогда не указывают уровень цифрового шума в характеристиках выпускаемых изделий. Отчасти это объясняется тем, что на сегодняшний день пока не существует стандартизованной методики измерения данного параметра. Применительно к отсканированным изображениям различают два вида цифрового шума - случайный и регулярный.

Случайный шум проявляется в виде «снега», гранулярности или хаотически расположенных инородных точек на изображении и возникает как вследствие нестабильности работы полупроводниковых приборов (при изменении температуры и с течением времени), так и в результате вносимых электронными компонентами искажений. Наиболее заметен такой шум на тёмных областях изображения, поскольку при равном абсолютном уровне шума отношение «сигнал/шум», на них будет гораздо меньше, чем на светлых участках.

Для минимизации случайного шума перед сканированием выполняется процедура калибровки, во время которой измеряются пороговые значения и смещение базового напряжения для каждого светочувствительного элемента.

Регулярный шум возникает вследствие перекрестных помех (наводимых с соседних светочувствительных элементов), кратковременных изменений величины базового напряжения в ПЗС- матрице, воздействия высокочастотных электрических полей, изменения яркости источника света и т. п. Регулярный шум, в отличие от случайного, очень хорошо заметен, поскольку проявляется в виде горизонтальных, вертикальных либо диагональных полос.

Производительность сканера складывается из трёх параметров:

- время прогрева источника света;

- время предварительного сканирования;

- время окончательного сканирования.

Некоторые модели сканеров не нуждаются в прогреве и готовы к работе сразу после включения. Что касается устройств, оснащенных люминесцентными и газоразрядными лампами, то для выхода их на рабочий режим необходимо определенное время, обычно несколько десятков секунд.

Поскольку в универсальных сканерах для работы с прозрачными и непрозрачными оригиналами обычно используются разные источники света, то при каждом переключении соответствующих режимов устройство заново выполняет процедуру прогрева активируемой лампы.

Время окончательного сканирования для одной и той же модели сканера может варьироваться в широких пределах в зависимости от величины установленного в настройках разрешения и прочих параметров. Это стоит учитывать при сравнении параметров, заявленных в технических характеристиках сканеров от разных производителей. Зачастую каждый производитель использует собственную методику для определения данной величины.

У универсальных моделей сканеров время сканирования прозрачного и непрозрачного оригиналов, имеющих одинаковый физический размер, может существенно отличаться даже в том случае, если в обоих случаях выбрана одна и та же величина разрешающей способности. Дело в том, что у прозрачных оригиналов диапазон оптической плотности значительно шире, чем у непрозрачных. Соответственно, при сканировании прозрачных оригиналов увеличивается время экспозиции, а следовательно, снижается скорость сканирования.

Тип и размер оригиналов

Конструкция сканера накладывает определенные ограничения на тип и формат оригиналов, которые можно оцифровывать при помощи данного устройства. В первую очередь следует обращать внимание на то, для работы с какими именно категориями носителей рассчитана та или иная модель.

Как об этом говорилось выше, сканер может поддерживать работу только с прозрачными либо только с непрозрачными оригиналами или же с теми и с другими.

Обычно в характеристиках сканера указывается максимальный (иногда, если существует такое ограничение, и минимальный) размер сканируемого оригинала и сканируемой области (это не одно и то же!).

Некоторые модели сканеров могут работать только с оригиналами строго определенных размеров: в этом случае в спецификации устройства должен быть приведен перечень всех поддерживаемых форматов.

Интерфейс

В большинстве современных моделей сканеров низшей и средней ценовой категории для подключения к ПК используется интерфейс USB 2.0 (иногда, в наиболее дешевых моделях - USB 1.1). В ряде полупрофессиональных и профессиональных моделях наряду с USB наличествует также интерфейс IEEE-1394 (FireWare). Широко использовавшийся ранее в сканирующих устройствах интерфейс SCSI постепенно сдает свои позиции: сейчас им оснащаются только некоторые модели профессионального уровня (в частности, барабанные сканеры).

Классификация сканеров

В настоящее время выпускается и используется несколько принципиально отличающихся друг от друга классов сканеров.

Наиболее важные признаки, по которым можно судить о принадлежности сканера к тому или иному классу, относятся:

- способ монтажа и подачи оригиналов в тракт устройства;

- метод считывания изображения (попиксельный, построчный или страничный);

- тип используемых источников света и светочувствительных элементов;

- спектр поддерживаемых носителей.

На основе перечисленных признаков можно выделить несколько основных классов сканирующих устройств:

- планшетные;

- слайд-сканеры;

- протяжные;

- барабанные;

- проекционные;

- ручные.

Устройства в приведённом списке расположены в порядке, соответствующем степени их популярности.

Планшетные сканеры

Из всего многообразия представленных на рынке конструкций наиболее популярными являются планшетные модели. Это легко объяснить, поскольку главным козырем устройств данного класса является необычайная универсальность: можно сканировать и фотографии, и отдельные листы, и страницы книг, и (при наличии некоторого опыта) небольшие объемные предметы, а во многих случаях, слайды и негативы.

Отличительной особенностью планшетных сканеров является наличие плоского прозрачного планшета (отсюда, собственно, и произошло их название), на котором размещаются сканируемые оригиналы. Внутри корпуса сканера (под планшетом) расположена подвижная каретка, в которой находятся источник света, оптическая система и светочувствительные элементы. Непрозрачные оригиналы укладываются на внешнюю сторону планшета изображением вниз. Каретка в процессе сканирования перемещается вдоль плоскости планшета, построчно считывая изображение оригинала. Обычно каретка приводится в движение при помощи специального электродвигателя, связанного с ней посредством тросиковой или ременной передачи.

При сканировании непрозрачных оригиналов свет от лампы, расположенной в каретке, сквозь стекло планшета падает на поверхность оригинала, отражается от него и, пройдя через систему редуцирующих (уменьшающих) линз и светофильтры, попадает на линейки светочувствительных элементов.

У большинства планшетных моделей предусмотрена верхняя крышка, закрывающая планшет с размещенными на нем оригиналами. Крышка способствует более плотному контакту сканируемых материалов с поверхностью планшета, а также позволяет устранить фоновую засветку от работающих в помещении внешних осветительных приборов и дневного света. В большинстве моделей крышку можно приподнимать (в горизонтальном положении) на некоторое расстояние над поверхностью корпуса или вообще снимать. Это может понадобиться при сканировании оригиналов большой толщины, например, книг. Кроме того, в нерабочем состоянии закрытая крышка предохраняет поверхность планшета от попадания пыли и грязи.

В настоящее время наиболее распространёнными являются модели с планшетом формата А4 (210x297 мм).

Технология CIS

В цветных планшетных сканерах классической конструкции (их часто обозначают аббревиатурой CCD) в качестве источников света обычно используются люминесцентные лампы с горячим либо с холодным катодом. Изображение оригинала, уменьшенное оптической системой, проецируется на три линейки светочувствительных ПЗС- элементов, каждая из которых была снабжена светофильтром,

Некоторые производителя для обеспечения совместимости сканеров с оригиналами форматов Letter и Legal делают планшет немного шире 216x297 мм.

В конце 90-х годов была разработана и внедрена в ряде моделей альтернативная конструкция каретки для цветных планшетных сканеров, получившая название Contact Image Sensor (CIS). В качестве источника света в CIS-сканерах используется массив светодиодов, которые с большой частотой поочередно излучают свет красного, зеленого и синего цвета. Благодаря этому отпадает необходимость в использовании трех линеек светочувствительных элементов и светофильтров. Считывание сигнала трех цветовых каналов в CIS-сканерах производится последовательно одной и той же линейкой (состоящей из ПЗС- или КМОП- элементов). Еще одно важное отличие заключается в отсутствии у CIS-сканеров оптической системы, уменьшающей изображение оригинала до размеров линейки светочувствительных элементов. Физический размер линейки равен ширине сканируемой области, а светочувствительные элементы в ней расположены на некотором расстоянии друг от друга и снабжены микролинзами, фокусирующими световой поток в центре ячейки.

Благодаря отсутствию светофильтров и сложной в изготовлении (и, соответственно, дорогой) оптической системы, а также использованию лишь одной линейки светочувствительных элементов вместо трех себестоимость производства CIS-сканеров получается заметно ниже по сравнению с устройствами классической конструкции. Кроме того, CIS-сканеры можно было делать более легкими и компактными. Светодиодный источник света (в отличие от люминесцентных ламп) не требует времени для прогрева, благодаря чему такой сканер готов к работе сразу же после включения питания.

Замена люминесцентной лампы на массив светодиодов позволила значительно снизить количество потребляемой сканером энергии. А это, в свою очередь, дало возможность создать модели планшетных сканеров, не нуждающиеся в подключении внешнего блока питания: необходимый для работы ток они получают от порта USB по интерфейсному кабелю.

Конечно, дешевизна и удобство CIS-сканеров имеют свою оборотную сторону. Несмотря на постоянные работы по совершенствованию конструкции моделей на базе CIS-технологии, по качеству получаемых изображений такие устройства пока уступают сканерам традиционной конструкции. Основная проблема заключается в том, что интенсивность светового потока, излучаемого светодиодами, значительно меньше, чем у компактных люминесцентных ламп. Кроме того, по этой же причине уровень цифрового шума на получаемом изображении оказывается несколько выше, чем у планшетных сканеров традиционной конструкции. Еще одним негативным моментом является неидеальные спектральные характеристики светодиодов (что особенно актуально для голубого цвета), вследствие чего страдает точность цветопередачи.

Выбор разрешения

У многих пользователей, выбирающих или уже эксплуатирующих планшетный сканер, часто возникает вопрос о выборе величины разрешающей способности при сканировании. У человека неискушенного может создаться впечатление, что с ростом разрешения соответствующим образом повышается качество изображения (четкость, детальность и пр.). Однако это не совсем так.

Любое изображение, будь то рисунок, фотография или отпечаток, содержит в себе конечное количество полезной информации, и на определенном этапе повышение разрешающей способности позволит лишь более подробно рассмотреть структуру носителя (волокна бумаги, зерна эмульсионного слоя фотопленки и т. п.). Как показывает практика, в подавляющем большинстве случаев при сканировании непрозрачных оригиналов требуется разрешающая способность 300-600 ppi, а зачастую меньше.

Конечно, при наличии в сканере слайд- адаптера повышение разрешающей способности является необходимым условием для нормальной работы с прозрачными оригиналами (главным образом - фотопленками). Ведь для того чтобы получить пригодное для печати изображение размером 10x15 см, кадр 35-миллиметровой пленки необходимо отсканировать с разрешением не менее 1200 ppi.

С другой стороны, при сканировании 35-миллиметровых фотопленок с разрешением 2400 ppi на получаемом изображении уже вполне отчетливо проявляется зернистая структура эмульсионного слоя пленки. Таким образом, дальнейшее увеличение разрешающей способности без применения специальных средств обработки (сглаживания гранулярности) нецелесообразно.

При сканировании с высоким разрешением становится все более заметным и влияние стекла планшета, располагающегося между оригиналом и оптической системой. С точки зрения физики процесса стекло планшета представляет собой две отражающие поверхности, препятствующие нормальному прохождению световых лучей. При сканировании с разрешением порядка 300-600 ppi влияние стекла практически незаметно, однако уже при 1800-2000 ppi обусловленный его наличием негативный эффект превращается в серьезную проблему - это изображение

Слайд-сканеры

В отличие от планшетных моделей, слайд-сканеры являются узкоспециализированными устройствами, применяемыми исключительно для работы с прозрачными оригиналами. Перед началом сканирования оригиналы загружаются внутрь корпуса сканера и располагаются между источником света и массивом светочувствительных элементов, закрепленными на подвижных каретках. В процессе сканирования каретки синхронно перемещаются вдоль плоскости оригинала. Свет от источника проходит сквозь оригинал и через оптическую систему попадает на линейки светочувствительных элементов.

В качестве источника света в слайд-сканерах используются линейки светодиодов либо люминесцентные лампы с холодным катодом. При использовании светодиодного источника света считывание изображения производится одной линейкой светочувствительных ПЗС- элементов. В моделях, оснащенных люминесцентной лампой, используется три линейки светочувствительных элементов, каждая из которых снабжена светофильтром.

Класс (и, соответственно, цена) слайд-сканера в значительной степени зависит от максимального формата и разнообразия типов поддерживаемых оригиналов, наличия системы автоматической ретуши и ее версии (см. раздел «Технологии автоматической ретуши») и, разумеется, производительности. Величина разрешающей способности современных моделей слайд-сканеров в зависимости от принадлежности к тому или иному классу может варьироваться в пределах от 2400 до 4800 ppi.

Самые недорогие модели слайд-сканеров рассчитаны на работу с позитивной и негативной фотопленкой, а также слайдами 35-миллиметрового формата. Обычно в этих устройствах предусмотрена возможность загрузки небольших отрезков пленки или нескольких слайдов в рамке. Подобные модели не оснащаются системами автоматической ретуши изображений и обладают довольно низкой производительностью.

Принципиальное отличие более дорогих моделей заключается в наличии системы автоматической ретуши и коррекции изображений, возможности автоматической загрузки рулонов пленки и сканирования с более высокой скоростью.

Стоит отметить, даже самые недорогие слайд-сканеры по качеству получаемых изображений значительно превосходят полупрофессиональные планшетные модели. Если взять один и тот же кадр и поочередно отсканировать его с одним тем же разрешением на планшетном и слайд-сканере, то изображение, полученное на последнем, будет выгодно отличаться более высокой четкостью и детальностью, а также более низким уровнем цифрового шума.

Барабанные сканеры

Конструкция барабанных сканеров рассчитана на работу как с прозрачными, так и с непрозрачными оригиналами. Сканируемые оригиналы при помощи липкой ленты закрепляются на внешней поверхности съемного цилиндрического элемента (барабана), изготовленного из прозрачного материала. Для того чтобы обеспечить плотное прилегание оригиналов к поверхности барабана, применяется специальный монтажный станок.

Источник света и светочувствительный элемент в барабанных сканерах выполнены стационарными и не перемещаются в процессе сканирования. В качестве источника света в данных устройствах обычно используются ксеноновые газоразрядные лампы, в качестве светочувствительного элемента - ФЭУ.

Единственным элементом, движущимся в процессе сканирования, является барабан. Посредством электродвигателей барабан приводится во вращение вокруг своей оси. Кроме того, специальный привод перемещает барабан вдоль его осевой линии.

Ввод изображения в барабанных сканерах производится попиксельно. При сканировании непрозрачных оригиналов свет от мощной лампы, передаваемый через оптоволоконный световод, освещает небольшой участок барабана, находящийся напротив приемника светочувствительного элемента. Отраженный от поверхности закрепленного на барабане оригинала свет попадает в приемник. При сканировании прозрачных оригиналов свет излучается посредством световода, заходящего внутрь барабана, и расположенного напротив приемника светочувствительного элемента. Пройдя через прозрачный корпус барабана и оригинал, луч попадает в приемник.

За один оборот барабана светочувствительный элемент последовательно считывает линию пикселей, соответствующих одной строке сканируемого изображения. После этого механический привод сдвигает барабан вдоль осевой линии на расстояние, равное физическому размеру одного пикселя, светочувствительный элемент последовательно считывает пиксели следующей строки и т. д. Цикл повторяется до тех пор, пока не будет отсканирована последняя строка пикселей в заданной пользователем области.

Конструкция барабанного сканера обеспечивает получение изображений, которые по уровню качества значительно превосходят получаемые даже на лучших моделях устройств остальных рассматриваемых классов. Благодаря использованию ФЭУ барабанные сканеры способны сканировать прозрачные оригиналы с максимальной оптической плотностью до 4,0-4,2 D. Кроме того, изображения, полученные на барабанных сканерах, отличаются высокой четкостью и очень низким уровнем цифрового шума.

Максимальный размер области сканирования барабанных сканеров ограничен площадью внешней поверхности прозрачного корпуса барабана.

К сожалению, барабанные сканеры недоступны для массовых пользователей в силу очень высокой стоимости. Кроме того, это довольно громоздкие и тяжёлые устройства, эксплуатация которых требует специальной теоретической подготовки и определенных практических навыков. В настоящее время барабанные сканеры используются главным образом в средних и крупных полиграфических компаниях, издательствах, типографиях и пресс-бюро.

Протяжные сканеры

Протяжные сканеры являются одними из наиболее простых и дешёвых устройств, используемых для оцифровки непрозрачных оригиналов. В протяжных сканерах источник света, оптическая система и массив светочувствительных элементов являются неподвижными. В процессе сканирования оригинал посредством специального привода (валиков) с постоянной скоростью перемещается через тракт подачи в направлении, перпендикулярном линии расположения светочувствительных элементов. Считывание изображения производится построчно.

В протяжных сканерах используются линейки светодиодов либо люминесцентные лампы с холодным катодом, а также массивы светочувствительных ПЗС-элементов.

Некоторые модели протяжных сканеров оснащаются механизмом автоматической подачи - это позволяет загружать в лоток сразу стопку листов и сканировать их в пакетном режиме. Максимальная ширина сканируемых документов ограничена шириной тракта подачи носителей. Что касается длины, то аппаратных ограничений на этот параметр у протяжных сканеров нет (теоретически можно сканировать и рулон). Однако на практике ограничение на максимальную длину накладывается возможностями используемого для работы со сканером ПО.

В настоящее время протяжные сканеры, выполненные в виде отдельных устройств, можно встретить довольно редко. Дело в том, что разница в цене между планшетными и протяжными моделями не очень существенна, при том, что функциональность последних весьма ограниченна. В частности, протяжные сканеры не позволяют сканировать сброшюрованные инструменты (книги, буклеты), а также фрагменты оригиналов большого формата (карт, схем, постеров).

Протяжные сканирующие модули применяются во многих факсимильных аппаратах и в недорогих моделях МФУ.

Технология автоматической ретуши

Те, кто хотя бы раз занимался сканированием фотопленки, хорошо знает, насколько трудоемким и рутинным занятием является ретушь и коррекция полученных изображений. Борьба с огромным количеством уродующих кадр царапин, пылинок и волосков способна вывести из себя даже весьма терпеливого и уравновешенного человека. Впрочем, владельцы сканеров, оснащенных системой автоматической ретуши и коррекции изображений, могут со спокойной совестью поручить эту рутинную работу автоматике.

Digital ICE

В конце 90-х годов специалисты компании Applied Science Fiction1 (ASF) разработали технологию Digital ICE (Image Correction & Enhancement - коррекция и улучшение изображения). Создать алгоритм обработки поврежденных областей было несложно. Главная проблема заключалась в том, чтобы точно и без участия человека определить, на каких участках изображения дефекты есть, а на каких, нет. Иными словами, перед тем как начинать процедуру очистки изображения, необходимо создать точную карту (маску) расположения поврежденных областей.

Придя к выводу, что реализовать функцию автоматической очистки сканируемого изображения чисто программными средствами вряд ли удастся, разработчики ASF решили внести определенные изменения в конструкцию сканеров. Для составления карты повреждений было решено применить дополнительное сканирование оригинала в инфракрасном (ИК) диапазоне. На тех участках, где имеются физические дефекты (царапины, пылинки, трещины и пр.), падающие на поверхность пленки ИК-лучи рассеивается. Таким образом, вместе с исходным изображением сканер позволяет получить точную карту расположения.

Рассмотрим некоторые модели современных сканеров.

Серия цифровых планшетных сканеров HP Scanjet 8200 – это линейка быстрых высокопроизводительных устройств, предназначенных для профессионального применения, включая сканирование фотографий и прозрачных материалов в креативных студиях и управление документооборотом для рабочих групп.

Это первая в мире серия планшетных сканеров с разрешением 4800 т/д. Характеризует эти сканеры чёткость результатов сканирования с точной передачей ярких и насыщенных цветов, высокая производительность, мгновенная готовность к работе и предварительный просмотр через 4 секунды.

Удобно расположены интуитивные кнопки «сканирование изображений/документов», «обработка текста» (OCR), «копирование», «электронная почта» и «сохранение в PDF», плюс индивидуальные настройки.

Фирма CANON Cann Scan 4400F. Это настольный цветной планшетный сканер. Источник света флуоресцентная лампа с холодным катодом. Оптическое разрешение 4800 x 9600 точек на дюйм. Разрядность цветного сканирования 48 бит на входе, 48/24 бита на выходе. Максимальный формат документа A4 / Letter (216 x 297 мм) . Скорость сканирования (цветное, с оттенками серого) 7,7 мс на линию (2400 точек на дюйм). Скорость сканирования (чёрно-белое) 14,8 мс на линию (4800 точек на дюйм). Работа с фотопленкой 35-мм плёнка (6 кадров), слайды в рамках (4). Источник питания сетевой адаптер.

Фирма Epson Perfection 4490 Photo

Разрешение 4800х9600 dpi. Оптическая плотность до 3.4 DMax. Технология Digital ICE для сканирования пленок. Слайд-модуль для пленок и слайдов. Разрешение профессионального уровня 4800 x 9600 dpi. Оптическая плотность 3.4 Dmax для обеспечения широкого динамического диапазона и высочайшего качества изображения. Технология восстановления цвета фотографий. Слайд-модуль для сканирования пленок.