Сканеры

Сканер – это устройство, позволяющее передавать в компьютер графическую информацию, размещенную на бум аге или пленке.

Это могут быть тексты, рисунки, схемы, графики, фотографии и др. Сканер, подобно копировальному аппарату, создает копию изображения бумажного документа, но не на бумаге, а в электронном виде.

Принцип действия сканера следующий. Копируемое изображение освещается источником света (как правило, флуоресцентная лампа). При этом луч света осматривает (сканирует) каждый участок оригинала. Отраженный от бумажного листа луч света через уменьшающую линзу попадает на прибор с зарядовой связью (ПЗС). (Устройство, накапливающее электронный заряд при попадании на него светового потока. Уровень заряда зависит от продолжительности и интенсивности освещения. В англоязычной литературе используется определение CCD – Couple-Charget Device) На поверхности ПЗС за счет сканирования формируется уменьшенное изображение копируемого объекта. П ЗС осуществляет преобразование оптической картинки в электрические сигналы. ПЗС представляет собой матрицу, которая содержит большое число полупроводниковых элементов, чувствительных к световому излучению.

В черно-белых сканерах на выходе каждого элемента ПЗС с помощью аналогово-цифрового преобразователя формируется несколько оттенков серого цвета.

В цветных сканерах используется цветовая модель RGB. Сканируемое изображение освещается через вращающийся RGB-светофильтр или последовательно зажигаемыми тремя цветными лампами – красной, зеленой, синей. Сигнал, соответствующий каждому основному цвету, обрабатывается отдельно. Для этого имеются параллельные линейки датчиков, каждая из которых воспринимает свой цвет. Число передаваемых цветов составляет от 256 до 65 536 и даже 16,7 млн. Разрешающая способность сканеров измеряется в количестве различимых точек на дюйм изображения. При этом указывается два значения, например 600×1200 dpi. Первое – это количество точек по горизонтали, оно опреде­ляется матрицей ПЗС. Второе – количество шагов двигателя по вертикали на дюйм. Во внимание следует принимать первое – минимальное значение.

По своему конструктивному исполнению сканеры бывают ручные, планшетные, барабанные, проекционные и др. рис. 2.30).

Устройства вывода информации

Устройства вывода информации – это устройства, которые выводят информацию, обработанную компьютером, для восприятия ее пользователем или для использования другими автоматическими устройствами.

Выводимая информация может отображаться на экране монитора, печататься на бумаге, воспроизводиться в виде звуков, передаваться в виде каких-либо сигналов.

Мониторы и видеоадаптеры

Монитор (дисплей) – это устройство, предназначенное для отображения текстовой и графической информации в целях ви­зуального восприятия ее пользователем.

Монитор является основным периферийным устройством и служит для отображения информации, вводимой с помощью клавиатуры или других устройств ввода (сканер, дигитайзер и др.). Монитор подключается к компьютеру через видеоадаптер. В настоящее время используются следующие типы мониторов:

• на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ);

• ж идкокристаллические;

• плазменные (газоразрядные).

Разница между этими мониторами заключается в разных физических принципах формирования изображения.

Мониторы на базе ЭЛТ по принципу действия ничем не отличаются от обычных телевизоров. При формировании изображения видеоданные преобразуются в непрерывный поток электронов, которые «выстреливаются» катодными тушками кинескопа. Получившиеся электронные лучи проводят сквозь специальную направляющую решетку, чем обеспечивается точное попадание электронов в нужную точку, и затем достигают люминесцентного слоя. При бомбардировке электронами люминофор излучает свет.

Существует несколько типов электронно-лучевых трубок, которые различаются между собой устройством направляющей решетки и слоем люминофора.

Н аибольшее распространение получили мониторы с так называемой теневой маской. В кинескопе этого типа для позиционирования электронного пучка применяется тонкая металлическая пластина, в которой путем перфорации изготовлено множество отверстий (рис. 2.32, а). Люминофор в таком кинескопе выполнен в виде цветных триад, где каждое троеточие – светящийся элемент красного, зеленого и синего вещества – представляет собой один видимый пиксель.

Другой тип кинескопов, построенных с применением апертурной решетки (рис. 2.32, б), отличается от кинескопов с теневой маской тем, что для точного позиционирования электронного луча служит не громоздкая пластина, а ряд стальных нитей. Люминофор в кинескопе с апертурной решеткой нанесен на внутреннюю поверхность экрана в виде чередующихся вертикальных полосок.

В ЭЛТ с щелевой маской направляющая решетка представляет собой пластину с вертикальными длинными прорезями-щелями (рис. 2.32, в). Люминофор в таких кинескопах наносится либо в виде непрерывных чередующихся полосок, либо в виде эллиптических полосок, по своей форме близких к прорезям в щелевой маске.

Рассмотренные типы кинескопов имеют свои достоинства и недостатки. Так, ЭЛТ с теневой маской благодаря некоторым своим конструктивным особенностям обладает рядом преимуществ по сравнению с другими типами кинескопов: плотное расположение цветных триплетов, позволяющее добиться высокой четкости изображения, и хорошо отлаженная технология производства. Недостатком является снижение срока службы монитора – из-за большой площади перфорированная маска поглощает около 70-85% всех электронов, испускаемых катодами электронной пушки кинескопа, в результате чего уменьшается диапазон яркости и контрастности. Для достижения высокой красочности изображения приходится увеличивать интенсивность электронного потока, что не лучшим образом влияет на срок службы монитора (как правило, жизненный цикл устройства на основе ЭЛТ с теневой маской не превышает 7-8 лет). Область применения таких мониторов – обработка больших массивов текстового материала, верстка, фоторетушь, цветокоррекция и САПР (системы автоматического проектирования).

К основным преимуществам ЭЛТ с апертурной решеткой можно отнести большую яркость и контрастность за счет большей пропускной способности электронов к люминофору и увеличенной площади покрытия экрана люминофором.

Среди недостатков следует отметить возникновение искажений изображения при отображении большого количества коротких штрихов, другими словами, при выводе текста мелким кеглем.

Мониторы, в которых применяются трубки со щелевой маской, сочетают в себе преимущества двух предыдущих типов устройств и свободны от недостатков. Яркие, живые краски, хороший контраст, четкая графика и текст – все это делает их пригодными для удовлетворения запросов любых категорий пользователей. Электронно-лучевые трубки разрабатываются и изготавливаются весьма ограниченным количеством компаний. Все остальные, производящие мониторы, пользуются покупными решениями. Среди наиболее известных компаний-разработчиков можно выделить: Hitachi и Samsung – трубки на основе теневой маски; Sony, Mitsubishi и ViewSonic – ЭЛТ с апертурной решеткой; NEC, Panasonic, LG – устройства, в которых применяется щелевая маска.

Ж идкокристаллические мониторы (ЖКМ), или LCD-мониторы (LCD — Liquid Crystal Display) – это цифровые плоские мониторы. Эти мониторы используют прозрачное жидкокристаллическое вещество, которое в виде тонкой пленки расположено между двумя стеклянными пластинами. Пленка представляет собой матрицу, в ячейках которой расположены кристаллы. Рядом с каждой пластиной расположен поляризационный фильтр, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны.

Из курса физики вы знаете, что если пропускать свет через две пластины, плоскости поляризации которых совпадает, то обеспечивается полное прохождение света. Однако если одну из пластин поворачивать относительно другой, т.е. менять плоскость поляризации, то количество пропускаемого света будет уменьшаться. Когда плоскости поляризации будут взаимно перпендикулярны, прохождение света шокируется.

В ЖК-мониторах свет от лампы, попадая на первый поляризационный фильтр, поляризуется в одной из плоскостей, например вертикальной, и затем проходит слой жидких кристаллов. Если жидкие кристаллы разворачивают плоскость поляризации светового луча на 90°, то он беспрепятственно проходит через второй поляризационный фильтр, так как плоскости поляризации совпали. Если же поворота не произошло, то световой луч не проходит. Таким образом, подавая напряжение на кристаллы, можно изменять их ори­ентацию, т. е. тем самым регулировать количество света, проходящего через фильтры. В современных ЖК-мониторах каждый кристалл управляется отдельным транзистором, т. е. используется технология TFT (Thin Film Transistor) – технология «тонкопленочных транзисторов». Пиксель в ЖК-мониторе также формируется из красного, зеленого и синего цветов, а различные цвета получаются за счет изме­нения подаваемого напряжения, что приводит к повороту кристалла и соответственно к изменению яркости светового потока.

В плазменных мониторах (PDP — Plasma Display Panel) изображение формируется за счет излучения света газовыми разрядами в пикселях панели. Элемент изображения (пиксель) в плазменном дисплее во многом напоминает обычную люминесцентную лампу. Электрически заряженный газ испускает ультрафиолетовый свет, попадающий на люминофор и возбуждающий его, что вызывает свечение видимым светом соответствующей ячейки. В современных плазменных мониторах используется так называемая технология plasmavision – это множество ячеек, иначе говоря, пикселей, которые состоят из трех субпикселей, передающих цвета – красный, зеленый и синий.

Конструктивно панель состоит из двух плоских стеклянных пластин, расположенных на расстоянии порядка 100 микрон друг от друга. Между ними находится слой инертного газа (как правило, смесь ксенона и неона), на который воздействует сильное электрическое поле. На переднюю прозрачную пластину нанесены тончайшие про­зрачные проводники – электроды, а на заднюю – ответные проводники. Задняя стенка имеет микроскопические ячейки, заполненные люминофорами трех основных цветов (красного, синего и зеленого), по три ячейки на каждый пиксель. Принцип действия плазменной панели основан на свечении специальных люминофоров при воздействии на них ультрафиолетового излучения, возникающего при электрическом разряде в среде сильно разреженного газа. При таком разряде между электродами с управляющим напря­жением образуется проводящий «шнур», состоящий из ионизированных молекул газа (плазмы). Поэтому панели, работающие на этом принципе, и получили название плаз­менных панелей. Ионизированный газ воздействует на специальное флюоресцирующее покрытие, которое, в свою очередь, излучает свет, видимый человеческим глазом.

Качество того или иного монитора можно оценить по следующим основным параметрам:

• разрешающая способность;

• размер экрана;

• количество воспроизводимых цветов;

• частота обновления экрана.

Р азрешение монитора. Обычно мониторы могут работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме на экране монитора отображаются символе кодовой таблицы ASCII. Максимальное число символов, которое может быть отражено на экране, называется информационной емкостью экрана. В обычном режиме на экране размещается 25 строк по 80 символов в каждой из них, следовательно информационная емкость составляет 2000 символов. В графическом режиме на экран выводятся изображения, формируемые из отдельных элементов – пикселей. В графическом режиме разрешающая способность измеряется максимальным количеством пикселей по горизонтали и по вертикали на экране монитора. Разрешающая способность зависит как от характеристик монитора, так и от видеоадаптера. Чем выше эти значения, тем больше объектов можно разместить на экране, тем лучше детализация изображения. Например, разрешение 800×600 означает, что на экране можно условно провести 800 вертикальных и 600 горизонтальных линий (рис. 2.35). При формировании изображения участвует каждый пиксель экрана, поэтому при разрешении 800×600 число адресуемых ячеек составляет 480000 пикселей. Для ЖК-мониторов разрешение определяется количеством ячеек, расположенных по ширине и высоте экрана. Современные ЖК-мониторы имеют в основном разрешение 1024×768 или 1280×1024.

Наиболее важной характеристикой, определяющей разрешающую способность и четкость изображения на экране, является размер з ерна (dot pitch – шаг расположения точки) люминофора экрана монитора. Величина зерна современных мониторов имеет значение от 0,25 до 0,28 мм. Под зерном понимается расстояние между двумя точками люминофора одного цвета. Для трубок с теневой маской зерно измеряется по диагонали, для двух других по горизонтали. Стандартные значения разрешений: 640×480, 800×600, 1024×768, 1600×1200, 1800×1440 и др.

Размер экрана. В качестве меры обычно используется длина диагонали видимой области изображения. Для жидкокристаллических (ЖК) дисплеев размер видимой области совпадает с размерами панели. Для мониторов с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) видимая область несколько меньше. Это объясняется конструктивными особенностями самой ЭЛТ. Мониторы с ЭЛТ имеют размеры экрана 14, 15, 17, 19 и 22 дюйма. Для ЖК используются панели 15, 17, 18, 19, 20 и более дюймов.

Частота обновления экрана. Частота обновления экрана (смены кадров) зависит от типа монитора, видеоадаптера и выбранного разрешения изображения. Чем выше частота обновления экрана, тем выше качество изображения и меньше утомляемость во время работы. Типовые значения разрешения для мониторов с ЭЛТ лежат в диапазоне 85-150 Гц, для ЖК – 60-75 Гц.

Видеоадаптер. Видеоадаптер (видеокарта) является внутрисистемным устройством, которое предназначено для вывода информации на монитор. В зависимости от модели компьютера видеоадаптер может быть интегрированным (установленным на системной плате) или выполненным в виде платы, устанавливаемой в разъем (слот) PCI, AGP, AGP-exp. Основные параметры видеоадаптера: используемый чипсет, тип и объем видеопамяти, интерфейс. (Чипсет – это набор микросхем, являющийся интерфейсом между составными частями компьютера: центральный процессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, порты ввода/вывода.)