Проекционный сканер.
Этот тип сканеров применяется для сканирования
с высоким разрешением и качеством слайдов
небольшого формата (как правило, размером
не более 4x5 дюймов). Существует две модификации:
с горизонтальным и вертикальным расположением
оптической оси считывания. Наиболее популярным
является вертикальный проекционный сканер.
Типов оригиналов бывает всего два. Это
прозрачные негативные и позитивные слайды,
которые сканируют в проходящем свете.
Непрозрачные оригиналы представляют
собой либо аналоговые изображения - фотографии,
либо дискретные - иллюстрации из печатных
изданий (в полиграфии полутоновая печать
осуществляется с помощью растровых точек
различного цвета и размера).
1.2. Типы вводимого изображения
и считывание, качество изображения
По данному
критерию все существующие сканеры можно
подразделить на черно-белые и цветные.
Черно-белые сканеры в свою
очередь могут подразделяться на штриховые
и полутоновые «серые». Однако, как мы
увидим в дальнейшем, полутоновые изображения
могут также эмулироваться. Итак, первые
модели черно-белых сканеров могли работать
только в двухуровневом (bilevel) режиме, воспринимая
или чёрный, или белый цвет. Таким образом,
сканироваться могли либо штриховые рисунки
(например, чертежи), либо двухтоновые
изображения. Хотя эти сканеры и не могли
работать с действительными оттенками
серого цвета, выход для сканирования
полутоновых изображений такими сканерами
был найден. Псевдополутоновой режим,
или режим растрирования (dithering), сканера
имитирует оттенки серого цвета, группируя,
несколько точек вводимого изображения
в так называемые gray-scale-пиксели. Такие
пиксели могут иметь размеры 2х2 (4 точки),
3х3 (9 точек) или 4х4 (16 точек) и т.д. Отношение
количества черных точек к белым и выделяет
уровень серого цвета. Например, gray-scale-пиксель
размером 4х4 позволяет воспроизводить
17 уровней серого цвета (включая и полностью
белый цвет). Не следует, правда, забывать,
что разрешающая способность сканера
при использовании gray-scale-пикселя снижается
(в последнем случае в 4 раза).
Полутоновые сканеры
используют максимальную разрешающую
способность, как правило, только в двухуровневом
режиме. Обычно они поддерживают 16, 64 или
256 оттенков серого цвета для 4-, 6- и 8-разрядного
кода, который ставится при этом в соответствие
каждой точке изображения. Разрешающая
способность сканера измеряется в количестве
различаемых точек на дюйм изображения
— dpi (dot per inch). Если в первых моделях сканеров
разрешающая способность была 200—300 dpi,
то в современных моделях это, как правило,
400, а то и 800 dpi. Некоторые сканеры обеспечивают
аппаратное разрешение 600х1200 dpi. В ряде
случаев разрешение сканера может устанавливаться
программным путем в процессе работы из
ряда значений: 75, 150, 200, 300 и 400 dpi.
Надо сказать, что
благодаря операции интерполяции, выполняемой,
как правило, программой, современные
сканеры могут иметь разрешение 800 и даже
1600 dpi. В результате интерполяции на получаемом
при сканировании изображении сглаживаются
кривые линии и исчезают неровности диагональных
линий. Интерполяция позволяет отыскивать
значения промежуточных величин по уже
известным значениям. Например, в результате
сканирования один из пикселов имеет значение
уровня серого цвета 48, а соседний с ним
— 76. Использование простейшей линейной
интерполяции позволяет сделать предположение
о том, что значение уровня серого цвета
для промежуточного пикселя могло бы быть
равно 62. Если вставить все оценочные значения
пикселов в файл отсканированного изображения,
то разрешающая способность сканера как
бы удвоится, то есть вместо обычных 400
dpi станет равной 800 dpi.
Механизмы считывания изображения
базируются или на фотоумножителе, или
на ПЗС. Фотоумножитель проще всего сравнить
с радиолампой-фотосенсором, у которой
имеются пластины катода и анода, которая
конвертирует свет в электрический сигнал.
Считываемая информация подается на фотоумножитель
точка за точкой с помощью засвечивающего
луча. ПЗС - относительно дешевый полупроводниковый
элемент довольно малого размера. ПЗС
так же как и умножитель конвертирует
световую энергию в электрический сигнал.
Набор элементарных ПЗС-элементов располагают
последовательно в линию, получая линейку
для считывания сразу целой строки, естественно
и освещается сразу целая строка оригинала.
Цветное изображение такими сканерами
считывается за три прохода (с помощью
RGB-светофильтра). Многие сканеры имеют
три параллельные линейки ПЗС, тогда сканирование
цветных оригиналов осуществляется за
один проход, так как каждая линейка считывает
один из трех базовых цветов. Потенциально
ПЗС-сканеры более быстродейственны, чем
барабанные сканеры на фотоумножителях.
Принцип работы черно-белого
сканера, сканируемое изображение освещается
белым светом, получаемым, как правило,
от флуоресцентной лампы. Отраженный свет
через редуцирующую (уменьшающую) линзу
попадает на фоточувствительный полупроводниковый
элемент, называемый прибором с зарядовой
связью ПЗС (Change-Coupled Device, CCD), в основу которого
положена чувствительность проводимости
p-n-перехода обыкновенного полупроводникового
диода к степени его освещенности. На p-n-переходе
создается заряд, который рассасывается
со скоростью, зависящей от освещенности.
Чем выше скорость рассасывания, тем
больший ток проходит через диод. Каждая
строка сканирования изображения соответствует
определенным значениям напряжения на
ПЗС. Эти значения напряжения преобразуются
в цифровую форму либо через аналого-цифровой
преобразователь АЦП (для полутоновых
сканеров), либо через компаратор (для
двухуровневых сканеров). Компаратор сравнивает
два значения (напряжение или ток) от ПЗС
и опорное, причем в зависимости от результата
сравнения на его выходе формируется сигнал
0 (черный цвет) или 1 (белый). Разрядность
АЦП для полутоновых сканеров зависит
от количества поддерживаемых уровней
серого цвета. Например, сканер, поддерживающий
64 уровня серого, должен иметь 6-разрядный
АЦП. Каким образом сканируется каждая
следующая строка изображения, целиком
зависит от типа используемого сканера.
Что касается цветных сканеров,
то в настоящее время существует несколько
технологий для получения цветных сканируемых
изображений. Один из наиболее общих принципов
работы цветного сканера заключается
в следующем. Сканируемое изображение
освещается уже не белым цветом, а через
вращающийся RGB-светофильтр. Для каждого
из основных цветов (красного, зеленого
и синего) последовательность операций
практически не отличается от последовательности
действий при сканировании черно-белого
изображения. Исключение составляет, пожалуй,
только этап предварительной обработки
и гамма-коррекции цветов, перед тем как
информация передается в компьютер. Понятно,
что этот этап является общим для всех
цветных сканеров. В результате трех проходов
сканирования получается файл, содержащий
образ изображения в трех основных цветах
— RGB (образ композитного сигнала). Если
используется восьмиразрядный АЦП, который
поддерживает 256 оттенков для одного цвета,
то каждой точке изображения ставится
в соответствие один из 16,7 миллиона возможных
цветов (24 разряда). Сканеры, использующие
подобный принцип действия, выпускаются,
например, фирмой Microtek. Надо отметить,
что наиболее существенным недостатком
описанного выше метода является увеличение
времени сканирования в три раза. Проблему
может представлять также «выравнивание»
пикселов при каждом из трех проходов,
так как в противном случае возможно размывание
оттенков и «смазывание» цветов.
Сканеры различаются
по многим параметрам технология считывания
изображения, типу механизма и некоторым
другим. Существуют параметры сканирующего
устройства, влияющие на качество изображения.
К таким параметрам относится оптическая
разрешающая способность, число передаваемых
полутонов и цветов, диапазон оптических
плотностей, интеллектуальность сканера,
световые искажения, точность фукосировки
(резкость).
Под интеллектуальностью
обычно подразумевается способность сканера
с помощью заложенных в нем аппаратным
и поставляемых с ним программных средств
автоматически настраиваться и минимизировать
потери качества. Наиболее ценятся сканеры,
обладающие способностью автокалибровки,
т.е. настройки на динамический диапазон
плотностей оригинала, а также компенсации
цветовых искажений. Допустим, мы имеем
ПЗС-сканер, воспринимающий оптический
диапазон плотностей до 3.2. С его помощью
нам нужно отсканировать слайд, имеющий
максимальную оптическую плотность 4.0.
"Хороший" сканер сначала делает
предварительное сканирование для анализа
оригинала и получения диаграммы оптических
плоскостей. После анализа диаграммы сканер
производит свою автокалибровку с целью
сдвига своего динамического диапазона
восприятия оптических плотностей. Таким
образом минимизируются потери в "тенях"
благодаря сокращению потерь в "светах".
Цветовые искажения сканеров.
Каждый сканер обладает своими собственными
недостатками при восприятии цветов и
общими недостатками, присущими данной
модели. Общие недостатки обусловлены
техническими возможностями и механическими
характеристиками модели. Собственный
недостаток сканера обусловлен индивидуальной
способностью освещающего оригинал источника
света и считывающего элемента. Считается,
что все продаваемые сканеры проходят
заводскую калибровку. Однако, если сканер
имеет функцию автокалибровки, то это
большое преимущество перед сканером,
лишенным такой функции. Автокалибровка
сканера позволяет скорректировать цветовые
искажения и увеличить число распознаваемых
цветовых оттенков. Поскольку источник
света имеет свойство изменять свои характеристики
со временем, как, впрочем, и считывающий
элемент, наличие автокалибровки приобретает
первостепенное значение, если Вы постоянно
работайте с цветными полутоновыми изображениями.
Практически все современные модели сканеров
обладают такой функцией.
- Программные интерфейсы и TWAIN. Тип подключения
Для
управления работой сканера (впрочем,
как и иного устройства) необходима соответствующая
программа — драйвер. В этом случае управление
идёт не на уровне "железа" (портов
ввода-вывода), а через функции или точки
входа драйвера. До недавнего времени
каждый драйвер для сканера имел свой
собственный интерфейс. Это было достаточно
неудобно, поскольку для каждой модели
сканера требовалась своя прикладная
программа. Логичнее было бы наоборот,
если бы с одной прикладной программой
могли работать несколько моделей сканеров.
Это стало возможным благодаря TWAIN.
TWAIN — это стандарт,
согласно которому осуществляется обмен
данными между прикладной программой
и внешним устройством. Консорциум TWAIN
был организован с участием представителей
компаний Aldus, Caere, Eastman Kodak, Hewlett Packard &
Logitech. Основной целью создания TWAIN-спецификации
было решение проблемы совместимости,
то есть легкого объединения различных
устройств ввода с любым программным обеспечением.
Конкретизируя, можно выделить несколько
основных вопросов: во-первых, поддержку
различных платформ компьютеров; во-вторых,
поддержку различных устройств, включая
разнообразные сканеры и устройства ввода
видео; в-третьих, возможность работы с
различными формата данных. Благодаря
использованию TWAIN-интерфейса можно вводить
изображение одновременно с работой в
прикладной программе, поддерживающей
TWAIN, например CorelDraw, Picture Publisher, PhotoFinish. Таким
образом, любая TWAIN-совместимая программа
будет работать с TWAIN-совместимым сканером.
Образы изображений
в компьютере могут храниться в графических
файлах различных форматов, например TIFF,
РСХ, ВМР, GIF и других. Надо иметь в ввиду,
что при сканировании изображений файлы
получаются достаточно громоздкими и
могут достигать десятков и сотен мегабайт.
Для уменьшения объема хранимой информации
используется обычно процесс компрессии
(сжатия) таких файлов.
По типу интерфейса
сканеры делятся всего на четыре категории:
- сканеры с параллельным или последовательным
интерфейсом, подключаемые к LPT- или COM-порту. Эти интерфейсы самые медленные
и постепенно себя изживают, его пропускная способность
не превышает 2 Мбит/с. Сканер с LPT-интерфейсом можно рекомендовать владельцам компьютеров 7-9-летней давности. Если ваш выбор все-таки пал
на подобный сканер, заранее настройтесь
на появление проблем, связанных с конфликтом
сканера с LPT-принтером, если таковой имеется;
- сканеры со SCSI-интерфейсом (Small Computer System Interface, интерфейс малых компьютерных систем),
характеризуются значительно более высокой пропускной способностью: SCSI-2 обеспечивают до 80 Мбит/с, SCSI Ultra Wide – 320 Мбит/с, а SCSI Ultra2 – 640 Мбит/с. С собственной интерфейсной платой
для шины ISA или PCI либо подключаемые к стандартному SCSI-контроллеру.
Эти сканеры быстрее и дороже, относятся к более высокому классу;
- сканеры с интерфейсом USB (Universal Serial Bus, универсальная последовательная шина), обладают
пропускной способностью до 12 Мбит/с и
до 480Мбит/с. Стоят чуть-чуть дороже, но работают значительно быстрее. К его основным достоинствам
относятся: возможность последовательного подключения к одному USD-порту компьютера несколько периферийных устройств; возможность
подключения и отключения устройств при работающем компьютере;
компактность разъёмов;
- сканеры с ультрасовременным интерфейсом FireWire (IEEE 1394) (стандарт высокопроизводительной последовательной шины), характеризуются пропускной способностью
до 400 Мбит/с. Подобно USD, он обладает «интеллектом», позволяющим проводить изменение конфигурации работающего компьютера. Специально разработанным для
работы с графикой и видео.
Производители
предлагают немало сканеров с двумя интерфейсами
(например, LPT и USB). Такая универсальность
может быть весьма полезной при покупке
сканера «на вырост». Например, вы подключаете
сканер к старому ПК (без USB) по параллельному
интерфейсу, а после приобретения нового
компьютера USB будет вам очень кстати.
- Access: сортировка и фильтрация данных в таблице
2.1. Сортировка
данных в таблице