5.4. Графопостроители (плоттеры)
Относятся к автоматическим средствам вывода и регистрации графической информации из ЭВМ.
Плоттер преобразует выводимые из ЭВМ данные в цифровой форме в чертеж или рисунок на бумаге, кальке, полиэфирном листе или подобном им носителе.
Существует много типов плоттеров, различающихся по размерам, точности и скорости вычерчивания, по числу используемых цветов.
Классифицируются:
а) по способу формирования изображения:
- электромеханические
- растровые
б) по способу управления:
- автономные,
- от ЭВМ,
- универсальные.
По конструкции электромеханические плоттеры бывают: планшетные и барабанные, представлены на рис. 5.08 а) и б)
Где ШДХ и ШДУ – шаговые двигатели по осям Х и Y.
В основе работы графопостроителя лежит принцип преобразования команд на входе в пропорциональное перемещение пишущего узла.
Пишущий узел – каретка с закрепленными в ней шариковым стержнем, или карандашом, или пером с чернилами или резцом (в режущих плоттерах для изготовления трафаретов).
Узел может иметь до 8 пишущих элементов различных цветов и толщин.
Перемещение каретки осуществляется шаговыми двигателями (по X и Y) через блочно-тросовую систему или зубчатую рейку, или винтовую систему.
Шаговые двигатели управляются числоимпульсным кодом (унитарным). Преобразование цифрового кода (значение координат по X и Y) в унитарный осуществляется узлом, который называется интерполятором.
При одновременном (или поочередном) вращении валов двигателей каретка может вычертить горизонтальные, вертикальные и наклонные линии. Число возможных направлений перемещения каретки для разных плоттеров может меняться от 4-х до 32-х (с шагом 11о25’). Минимальный шаг каретки (разрешающая способность) составляет от 0,1 до 0,005 мм. Скорость вычерчивания достигает от 75 до 1000 мм/с. (плоттер AccuPlot700, каретка на основе пневмотехнологии дает скорость до 2300 мм/с).
Плоттеры могут работать непосредственно с ЭВМ через канал сопряжения или автономно используя промежуточную память.
Алфавитно-цифровые системы могут быть написаны перьями каретки. В некоторых плоттерах для этого используются специальные пишущие головки при наличии генератора символов в ПЗУ, который и управляет головками и их приводом.
В программном обеспечении плоттера есть набор команд для управления кареткой. Плоттер барабанного типа по сути работы аналогичен планшетному. Разница в том, что здесь перемещение по X осуществляется вращением барабана с рулонной бумагой.
Растровые плоттеры
В них применяется немеханические способы нанесения изображения на носитель. Структурная схема растрового плоттера приведена на рис. 5.09.
Способы регистрации: электростатический (нанесение порошка на заряженные электродами участок с последующим закреплением например через нагревание), электрохимический (спец. бумага, меняющая цвет под воздействием электродов) электротермический и т.д.
В таких плоттерах исключается реверс и старт-стопный режим.
Бумага протягивается между гребенками электродов и контрэлектродов. Между электродами на которые поданы сигналы возникает потенциал, наносящий заряд на бумагу с далее происходит проявление с последующим закреплением.
Управление электродами осуществляется выходным регистром RG. Информация из ЭВМ подается в векторном виде, что экономит память.
Полученные данные из ЭВМ преобразуются спец. процессором в последовательность строк из точек.
Скорость регистрации достигает десятков м/с. Разрешающая способность 5-10 лин./мм. Недостаток таких плоттеров – вытирание электродов и необходимость спец. бумаги. Сейчас разрабатываются плоттеры, в которых используются вместо электродов – оптико-волоконные методы регистрации (световое воздействие на носитель). Более надежны.
5.5. Сканеры, цифровые камеры
Сканер – устройство для ввода графических изображений в ЭВМ.
Классифицируются:
По способу формирования изображения: линейные и матричные.
По устройству кинематического механизма: ручные, настольные, комбинированные.
По типу сканируемого изображения: черно-белые, полутоновые, цветные.
По аппаратному интерфейсу: стандартные, специализированные.
По программному интерфейсу: IWAIN – совместимые, специализированные.
Способы считывания изображения:
Технология считывания данных изображения с оригинала основана на использовании светочувствительных датчиков 2-х типов:
- приборов с зарядовой связью (ПЗС)
- фотоэлектронных умножителей (ФЭУ)
Устройство ПЗС
ПЗС – интегральный полупроводниковый прибор, в основе работы которого лежит принцип хранения локализованного заряда, полученного под воздействием света или внешнего поля, в потенциальных ямах (ПЯ) полупроводникового кристалла и передачи этого заряда из одной ямы в другую изменением напряжения на внешних электродах.
ПЗС применяются: в фоточувствительных интегральных микросхемах, в ЗУ, в схемах аналоговой и цифровой обработки сигналов.
Основные элементы ПЗС – МОП – структуры, располагающиеся на единой подложке близко друг от друга, вследствие чего между ними возникает зарядовая связь.
Принцип действия ПЗС иллюстрирует рис. 5.10
Изображение, попадая на интегральную схему, образует заряды, пропорциональные освещенности точек, в потенциальных ямах ПЯ: 4, 3, 2, 1. Тактовые импульсы поданные на электроды 1, 2, 3, …12, поочередно (развертка) перемещают заряды из одной ПЯ в другую и далее в усилитель. На выходе Ус получается последовательность импульсов, амплитуда которых пропорциональна освещенности точек, далее преобразуется в цифровой код.
Частота перемещения зарядов достигает 500 МГц. Однострочная микросхема ПЗС содержит до 2000 ПЯ в строке длиной в 3 см.
Строка сканера в 30 см – содержит до 20 000 ПЯ, а вся матрица до 106 шт. Такие матрицы применяются в телевизионных камерах (передающих), в цифровых камерах.