6.1.3 Технология сканирования

Технология сканирования определяется количеством, типом и параметрами используемых фотоприемников (фотоэлектрических преобразователей).

В современных сканерах применяются в основном фотоприемники двух типов: фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и приборы с зарядовой связью (ПЗС). Иногда применяются фотодиоды (ФД).

Фотоэлектронные умножители в качестве светочувствительных приборов используются в барабанных сканерах (рисунок 6.3). ФЭУ усиливают свет ксеноновой или вольфрамово-­галогенной лампы, промодулированный изображением, который с помощью конденсорных линз или волоконной оптики фокусируется на чрезвычайно малой области оригинала. Фототок, возникающий в фотоэлементе под воздействием света, прямо пропорционален интенсивности падающего на него светового потока. Особенность ФЭУ как фотоприемника заключается в том, что благодаря системе динодов коэффициент пропорциональности удается увеличить в миллионы раз (до восьми порядков). Спектральный диапазон ФЭУ для полиграфических целей также безупречен, поскольку он полностью перекрывает видимый спектр световых волн.  

Рисунок 6.3 - Схема работы ФЭУ барабанного сканера

 

Датчик на основе ПЗС состоит из множества крошечных светочувствительных элементов, которые формируют электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего на них света. В основу работы ПЗС положена зависимость проводимости p­n-­перехода полупроводникового диода от степени его освещенности.

В одной линейке ПЗС может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч фоточувствительных ячеек. Размер элементарной ячейки ПЗС является критичным параметром, так как от него зависит не только разрешающая способность сканера, но и максимальная величина удерживаемого заряда, а следовательно, и динамический диапазон устройства. Увеличение разрешающей способности сканера приводит к сужению его динамического диапазона. Хотя и считается, что спектральный диапазон ПЗС может перекрывать весь видимый спектр, но, как и у большинства полупроводниковых фотоприемников, синяя область спектра для них труднодоступна, а наибольшая чувствительность наблюдается ближе к красной области.

ПЗС используют в основном в планшетных (рисунок 6.4) и проекционных сканерах, а также в цифровых фотоаппаратах. В последних двух случаях используются как линейные, так и матричные ПЗС.

 

Рисунок 6.4 - Пример использования линейного ПЗС в планшетном сканере

Механизм сканирования оригиналов. Устройство сканера во многом определяется применяемым в нем фотоприемником. Профессиональные сканеры, предназначенные для использования в системах допечатной подготовки изданий, можно классифицировать следующим образом (рисунок 6.5):

• по характеру расположения оригинала — плоскостные (планшетные), проекционные, барабанные сканеры;

• по характеру перемещения оригинала — сканеры с движущимся и с неподвижным оригиналом;

• по цветности — сканеры цветные и черно­белые;

• по режиму сканирования — сканеры однопроходные (черно­белые и цветные, в которых сканирование цветного оригинала осуществляется за один проход) и трехпроходные;

• по технологии сканирования — сканеры с ФЭУ, с одной или тремя линейками ПЗС, с матрицей ПЗС;

• по виду движущихся при сканировании оптических деталей (только для плоскостных сканеров) — с движущимся считывателем, с движущимися зеркалами и гибридный, когда перемещаются и считыватель и зеркала.

 

Рисунок 6.5 - Классификация механизмов сканирования

 

Наиболее распространенный тип сканеров — планшетный (плоскостной). Почти все модели имеют съемную крышку, что позволяет сканировать толстые оригиналы (журналы, книги). Дополнительно некоторые модели могут оснащаться механизмом подачи отдельных листов, что удобно при работе с программами распознавания текстов — OCR (Optical Characters Recognition).

Планшетные сканеры для сканирования прозрачных оригиналов могут комплектоваться слайд­модулем. Слайд­модуль имеет собственный источник света и устанавливается на плоскостной сканер вместо крышки.

Основное отличие барабанных сканеров состоит в том, что оригинал закрепляется на прозрачном барабане, который вращается с большой частотой. Считывающий элемент располагается максимально близко от оригинала. Данная структура обеспечивает высокое качество сканирования. Обычно в барабанные сканеры устанавливают три фотоумножителя и сканирование осуществляется за один проход. Некоторые барабанные сканеры в качестве считывающего элемента вместо фотоумножителя используют фотодиод. Барабанные сканеры способны сканировать как непрозрачные, так и прозрачные оригиналы.

Проекционные сканеры применяются для сканирования с высоким разрешением слайдов небольшого формата (как правило, размером не более 4 x 5 дюймов). Существует две схемы построения: с горизонтальным и с вертикальным расположением оптической оси считывания. Наиболее популярным является вертикальный проекционный сканер. Существуют также проекционные сканеры, работающие на отражение, — для сканирования непрозрачных оригиналов и универсальные проекционные сканеры, которые позволяют использовать любой вид изобразительного оригинала.

Качество аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Аналого-цифровые преобразователи вносят основной вклад в качество цифровых сигналов, которые станут изображением на мониторе. Их задача состоит в том, чтобы преобразовать непрерывно изменяющиеся аналоговые значения напряжения, считанные ПЗС или ФЭУ, в числа, представляющие значения цвета или градаций серого. Как число цветов, так и уровень детальности изображения, которое может вводить сканер, связаны с чувствительностью АЦП. Можно ожидать, что чем дешевле сканер, тем менее чувстви­тельный АЦП будет в нем установлен.

В настольных барабанных сканерах и мно­гих планшетных сканерах промежуточного и высокого классов используются дополнительные процессоры, типа процессоров цифровых сигналов DSP, позволяющие увеличить скорость сканирования и выполнять другие задачи обработки изображения на лету.