Назначение и общая характеристика исследуемого
периферийного устройства сканера CCD и CIS
Ска́нер (англ. scanner) — устройство, выполняющее преобразование расположенного на плоском носителе (чаще всего бумаге) изображения в цифровой формат. Процесс получения такой цифровой копии называется сканированием.
Во время сканирования при помощи АЦП создаётся цифровое описание изображения внешнего для ЭВМ образа объекта, которое затем передаётся посредством системы ввода-вывода в ЭВМ.
Виды сканеров
Бывают ручные, рулонные (англ. Sheet-Feed), планшетные и проекционные сканеры. Разновидностью проекционных сканеров являются слайд-сканеры, предназначенные для сканирования фотоплёнок. В высококачественной полиграфии используются барабанные сканеры, в которых в качестве светочувствительного элемента используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).
Принцип работы однопроходного планшетного сканера состоит в том, что вдоль сканируемого изображения, расположенного на прозрачном неподвижном стекле, движется сканирующая каретка с источником света. Отраженный свет через оптическую систему сканера (состоящую из объектива и зеркал или призмы) попадает на три расположенных параллельно друг другу фоточувствительных полупроводниковых элемента на основе ПЗС, каждый из которых принимает информацию о компонентах изображения.
История
В 1857 году флорентийский аббат Джованни Казелли (итал. Giovanni Caselli) изобрёл прибор для передачи изображения на расстояние, названный впоследствии пантелеграф. Передаваемая картинка наносилась на барабан токопроводящими чернилами и считывалась с помощью иглы.
В 1902 году, немецким физиком Артуром Корном (нем. Arthur Korn) была запатентована технология фотоэлектрического сканирования, получившая впоследствии название телефакс. Передаваемое изображение закреплялось на прозрачном вращающемся барабане, луч света от лампы, перемещающейся вдоль оси барабана, проходил сквозь оригинал и через расположенные на оси барабана призму и объектив попадал на селеновый фотоприёмник. Эта технология до сих пор применяется в барабанных сканерах.
Изобретателем сканера как такового считается Рудольф Хелл . В конце 20-х годов он создал сканер-факс, который «научил» прототип современного сканер-факса переводить текст и изображения в точки и линии и обратно. Позже, в 1969 год Рудольф усовершенствовал технологию и отсканировал цветное изображение.
Но прогресс не стоял на месте. В 1985 году компания Microtek представила миру черно-белый поточный сканер с разрешением в 300 dpi. Позже, в 1990 году такие крупные компании, как HP, Eastman Kodak, Logitech в составе группы Macintosh Scanner Roundtable решили создать универсальный протокол для взаимодействия сканера с программным обеспечением для обработки изображения. Так появился известный всем драйвер TWAIN .Параллельно с TWAIN появился драйвер ISIS (Image and Scanner Interface Specification), который применяли для барабанных сканеров, сканеров hi-end класса, сканирования архивных документов.
В дальнейшем, с развитием полупроводников, усовершенствовался фотоприёмник, был изобретен планшетный способ сканирования, но сам принцип оцифровки изображения остаётся почти неизменным.
Ска́нер (англ. scanner) — устройство, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием. В большинстве сканеров для преобразования изображения в цифровую форму применяются светочувствительные элементы на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) (англ. Charge-Coupled Device, CCD). По способу перемещения считывающей головки и изображения относительно друг друга сканеры подразделяются на ручные (англ. Handheld), рулонные (англ. Sheet-Feed), планшетные (англ. Flatbed) и проекционные. Разновидностью проекционных сканеров являются слайдсканеры, предназначенные для сканирования фотопленок. В высококачественной полиграфии используются барабанные сканеры, в которых в качестве светочувствительного элемента используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).
Принцип действия исследуемого периферийного устройства по схемам сканера
Если уж мы рассматриваем вопрос «может ли компьютер мыслить», то совершенно логично было бы рассмотреть вопрос о том, может ли компьютер видеть? И если может, то как? На сегодняшний день существует три основных способа, реализовать компьютерное зрение, обладающих разными принципиальными особенностями.
Первый способ – цифровая фотография. Ее основная особенность в том, что она позволяет получить цифровое изображение сразу, за один прием, сохранить его, и при этом это изображение является статическим. Для получения изображения таким способом необходимо, чтобы количество светочувствительных элементов датчика изображения равнялось количеству пикселей, из которых будет состоять полученное изображение, и чтобы все они работали одновременно. В силу технологических особенностей цифровая фотография позволяет получать изображения ограниченного разрешения.
Второй способ компьютерного зрения – цифровая видеозапись. В этом случае, результатом служит не одно цифровое изображение, а серия изображений, получаемых с равным интервалом. Видеозапись позволяет зафиксировать не только статический вид объекта, но и его изменение во времени. Технологически, цифровая видеозапись возможна с меньшими разрешениями, чем фотосъемка, и чем меньше временной интервал между кадрами, тем меньшее разрешение можно получить. Существуют видеокамеры, позволяющие получать более миллиона кадров в секунду, и такие камеры используются для изучения быстротекущих физических процессов.
Третий способ реализации компьютерного зрения позволяет получать изображения максимального разрешения, которое может составлять несколько сотен мегапикселей и более. Принципиальных ограничений на размер цифрового изображения в этом случае не существует, однако чем большее разрешение изображения мы хотим получить, тем больше времени на это потребуется. Суть этого способа состоит в перемещении светочувствительного датчика, либо группы датчиков, по изображению и последовательная оцифровка его участков. Этот принцип называется сканированием изображения.
Принцип сканирования в той или иной степени применяется в любых устройствах получения цифрового изображения, включая фотоаппараты и видеокамеры. Однако если фотоаппараты и видеокамеры можно рассматривать как отдельные классы цифровых устройств, то все остальные устройства, в которых цифровое изображение получается в результате сканирования, безусловно, следует отнести к одному общему классу устройств, называемых сканерами. В результате этого возникает великое разнообразие всевозможных типов сканеров.
Самый распространенный тип сканеров, известный каждому – планшетные сканеры. Планшетные сканеры представляют собой поверхность, обычно форматом чуть больше обычного листа бумаги. Изображение на листе бумаге, размещенной на этой поверхности, сканируется специальным датчиком. Датчик изображения способен одновременно считывать одну строку пикселей поперек листа бумаги. Датчик перемещается вдоль листа бумаги, считывая строку за строкой. Строки пикселей, по мере считывания, передаются в компьютер, где и складываются в целое изображение.
По конструкции современные планшетные сканеры бывают двух основных видов. Сканеры, построенные по традиционной схеме, в качестве датчика изображения используют одну линейную светочувствительную матрицу. Эта матрица представляет собой микросхему с прозрачным корпусом, внутри которой расположена линейка светочувствительных элементов. Такая линейка имеет ширину в три пикселя для цветных матриц, и в один пиксель для черно-белых матриц. В цветных матрицах три линии шириной в один пиксель покрыты светофильтрами трех основных цветов, соответственно красного, зеленого и синего. В черно-белых матрицах светофильтры отсутствуют. По длине линейка состоит из разного количества пикселей, например для планшетных сканеров с разрешением 1200 dpi, в линейке должно быть более 10000 пикселей. Физическая длина этой линейки составляет около 22 мм. Изображение с листа бумаги проецируется на эту линейку при помощи специальной оптической схемы. На расстоянии 10-15 мм от линейной матрицы расположен объектив. Для того, чтобы при помощи объектива спроецировать изображение с листа бумаги шириной 22 см на светочувствительную линейку шириной 22 мм, расстояние от бумаги до объектива должно быть в 10 раз больше, чем от объектива до матрицы, соответственно, 10-15 см. Чтобы эта конструкция не была слишком большой, оптическая ось объектива расположена горизонтально, а изображение проецируется через систему зеркал. Такие сканеры еще называют сканерами зеркально-линзового типа. Оптическое разрешение таких сканеров представляет собой отношение ширины бумаги к количеству пикселей светочувствительного элемента.