2.4.4. Оси плавного регулирования
Современные джостики используются прежде всего в авиационных симуляторах и многие функции приобрели благодаря совершенствованию управления летным тренажером. Очевидно, что для полета в первую очередь необходимо плавное перемещение «вверх-вниз» и «вправо-влево». Именно эти функции и обеспечивали первые джойстики, при этом управление скоростью осуществлялось по принципу «есть ход – нет хода». Однако для успешного ведения воздушного боя этого недостаточно. Как «подкрасться и убежать» без гибкого управления скоростью? Так появилась еще одна функция плавного регулирования – контроллер тяги, или тротл. Контроллер тяги обычно располагается в виде специального колеса на корпусе рукоятки. Второй способ реализации контроллера тяги позволяет видеть, в каком положении находится «газ», так играть удобнее.
Однако тротл может быть выполнен и в виде самостоятельного, отдельно вынесенного элемента, как, например, на одной из современных моделей Trustmaster Hotas Warthog (рис. 2.18).
Рис. 2.18. Джойстик Trustmaster Hotas Warthog с функцией контроля тяги в виде отдельного полноценного устройства
2.4.5. Функция обратной силовой связи
Еще одной функцией, заслуживающей внимания, является так называемая функция обратной силовой связи – Force Feedback. Первым джойстиком с Force Feedback был джойстик CH Force FX Joystick от компании CH Products.
Если традиционная схема взаимодействия «джойстик-компьютер» является незамкнутой (рис. 2.19, а), т.е. сигнал, снимаемый с сенсора, подается в компьютер и таким образом осуществляется управление, то при наличии обратной связи (рис. 2.19, б) система становится интерактивной.
Рис. 2.19. Схемы управления джойстиком: а – однонаправленная схема управления; б – интерактивная система управления при наличии обратной силовой связи
Сигнал от джойстика через сенсор направляется в контроллер обратной связи и в компьютер, а компьютер, в свою очередь, передает на контроллер управляющий сигнал, связанный с ходом выполнения игры. Сигнал от контроллера обратной связи передается на специальный электромотор, который связан ременной или другой (более жесткой) передачей с рукояткой джойстика.
2.5. Сканеры
2.5.1. Назначение и принцип работы сканера
Основная функция сканеров – получение изображений различных материальных носителей (книг, журналов, фотокарточек, открыток, рисунков, слайдов и т.п.) для последующей обработки, хранения и распространения в цифровом формате.
Все многообразие сканируемых оригиналов подразделяется на две категории: прозрачные и непрозрачные. Сканирование непрозрачных оригиналов производится в отраженном свете. В этом случае свет от используемого источника света падает под определенным углом на оригинал и, отразившись от него, воспринимается светочувствительным элементом.
Сканирование непрозрачных оригиналов осуществляется в проходящем свете. Оригинал в этом случае располагается между источником и светочувствительным элементом. Свет от источника проходит сквозь оригинал и затем воспринимается светочувствительным элементом.
На рис. 2.20 изображена общая схема устройства сканера для сканирования непрзрачных материалов. Свет, идущий от источника освещения, попадает на оригинал в определенной точке. Отразившись от него, свет попадает на оптическую систему сканера. Она состоит из нескольких зеркал и объектива (иногда роль оптической системы может играть просто призма). Оптическая система фокусирует свет на фотопринимающем элементе, роль которого – преобразование интенсивности падающего света в электронный вид.
В результате преобразования света получается электрический сигнал, содержащий информацию об активности цвета в исходной точке сканируемого изображения. Этот сигнал не является оцифрованным, поэтому для приведения его в вид, понятный компьютеру, необходима конвертация: преобразование из аналогового в цифровой. Этим занимается АЦП – аналого-цифровой преобразователь, этот цифровой сигнал через аппаратный интерфейс сканера идет на компьютер, где его получает и анализирует программа для работы со сканером.
Рис. 2.20. Упрощенная схема устройства сканера непрозрачных материалов: 1 – источник света; 2 – сканируемый оригинал; 3 – луч света; 4 – оптическая система сканера; 5 – фотоприемник; 6 – АЦП; 7 – аппаратный интерфейс
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 большой 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 (порядка 3–5 секунд). К недостаткам можно отнести не очень стабильные характеристики, довольно большие габариты, относительно небольшой срок службы (порядка 1000 часов) и необходимость держать лампу постоянно включенной в процессе работы сканера.
Люминесцентные лампы с холодным катодом. Такие лампы имеют очень большой срок службы (до 10 тыс. часов), низкую рабочую температуру, ровный спектр (следует отметить, что конструкция некоторых моделей ламп оптимизирована для повышения интенсивности светового потока, что негативно сказывается на спектральных характеристиках). За перечисленные достоинства приходится мириться с довольно большим временем прогрева (до нескольких минут) и более высоким, чем у ламп с горячим катодом, энергопотреблением. В настоящее время данные лампы используются в подавляющем большинстве моделей планшетных сканеров и МФУ.
Светодиоды (LED). Применяются в ряде моделей протяжных, планшетных и слайд-сканеров. Светодиоды обладают очень малыми размерами, 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 уменьшению скорости сканирования и увеличению уровня цифрового шума в получаемом электрическом сигнале об изображении. Весьма неравномерный и ограниченный спектр изображения неизбежно влечет за собой ухудшение качества цветопередачи.
В процессе ввода изображения в компьютер в первую очередь необходимо преобразовать его в последовательность электрических сигналов. Для этого используются так называемые фотоэлектронные элементы, которые проводят ток по-разному, в зависимости от яркости света, попадающего на их поверхность. В качестве светочувствительных элементов для сканирующих устройств используются:
1) ПЗС (CCD) или КМОП (CMOS)-матрица;
2) фотоэлектронные умножители – ФЭУ;
3) контактные оптические сенсоры (Contact Image Sensor – CIS).
В процессе ввода цветных изображений точность передачи оттенков в значительной степени зависит от освещения. Во избежание искажений цвета в каждом сканере предусмотрен встроенный источник света одого из типов, рассмотренных выше. А «связующим звеном» между источником света, изображением на бумаге и матрицей ПЗС (размер которой намного меньше ширины листа) служит оптическая система, состоящая из линз и зеркал. С ее помощью поток света направляется на оригинал, а отраженные лучи фокусируются на светочувствительных элементах.
В процессе считывания двумерного изображения сканирующая головка движется относительно оригинала, а, следовательно, неотъемлемой частью большинства сканеров является механизм, обеспечивающий их взаимное перемещение. Исходя из его наличия и конструкции, различают следующие типы сканеров.