Учебное пособие для студентов и преподавателей Автор составитель

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

1 ... 6 7 8 9 10 11 12 13 14

3.7.3. Сканеры

Чтобы с помощью компьютера обрабатывать текстовые документы или цветные изображения, сначала необходимо ввести их в компьютер. Для этого используют специальные периферийные устройства - сканеры.

Сканеры считывают с бумаги, пленки или иных твердых носителей "аналоговые" тексты или изображения и преобразуют их в цифровой формат.

Насколько широка сфера применения сканеров, настолько разнообразны их конструкции. Это:

медлительные ручные устройства;
монохромные листопротяжные - для ввода текстовых документов дома или в небольшом офисе;
универсальные цветные планшетные - для офиса и дома (с дополнительными приставками для сканирования слайдов или автоматической подачи документов);
высокоскоростные корпоративные документные сканеры высшего ценового класса;
сканеры слайдов/ негативов;
а также профессиональные барабанные издательские модели.

Оптическое разрешение сканеров колеблется - от 100 до 5000 точек/ дюйм, а скорость сканирования - от 1 - 2 до 80 стр/ мин. Сканеры разделяются на:

ручные;
листопротяжные;
планшетные;
барабанные.

Ручные сканеры обрабатывают полосы документа шириной около 10 см и представляют интерес прежде всего для владельцев мобильных ПК. Они медлительны, имеют низкие оптические разрешения (обычно 100 точек/ дюйм), часто обуславливают перекосы отсканированного изображения (что осложняет работу программ распознавания, которым к тому же приходится иметь дело со страницами А4, склеенными из нескольких фрагментов), но в то же время недороги (60 - 160 дол.) и компактны. Обширный ассортимент ручных моделей предлагают фирмы Genius и Mustek.

В листопротяжном сканере страницы документа в процессе чтения пропускаются через специальную щель с помощью направляющих роликов (последние зачастую становятся причиной перекоса изображения при вводе). Таким образом, сканеры этого типа непригодны для ввода журнальных или книжных данных. К листопротяжным сканерам отдельно предлагаются полезные устройства автоматической подачи документов (М)Р).

В целом возможности применения ручных и листопротяжных сканеров ограниченны.

Планшетные сканеры, напротив, весьма универсальны. Они напоминают верхнюю часть копировального аппарата: оригинал - либо бумажный документ, либо плоский предмет - кладется на специальное стекло, под которым перемещается каретка с оптикой и аналого-цифровым преобразователем. Планшетные сканеры пригодны как для качественного сканирования цветных изображений, так и для более или менее быстрого ввода текстовых документов. Помимо сканеров массового спроса выпускаются планшетные аппараты для полиграфии и скоростные офисные модели формата А4 . Планшетный сканер можно дополнительно оснастить устройством для работы со слайдами (коротко - слайдовую приставку) или автоподатчикомы документов.

Обычно планшетный сканер считывает оригинал, освещая его снизу, с позиции преобразователя. Чтобы получить разборчивое изображение с пленки или диапозитива, нужно обеспечить подсветку оригиналов как бы сзади. Для этого и служит слайдовая приставка, представляющая собой лампу, которая перемещается синхронно со сканирующей кареткой и имеет определенную цветовую температуру.

Барабанные сканеры, по светочувствительности значительно превосходящие потребительские планшетные устройства, применяются исключительно в полиграфии, где требуется высококачественное воспроизведение профессиональных фотографий. Разрешение барабанных сканеров обычно составляет 3000 - 5000точек/ дюйм.

Устройство сканера

"Сердцем" большинства сканеров является светочувствительный компонент - строка ПЗС-элементов (ПЗС - прибор с зарядовой связью), превращающая "увиденный" свет в электрический ток. Аналоговые напряжения оцифровываются специальным преобразователем. ПЗС-строка и электроника оцифровки вместе с несколькими зеркалами, направляющими "взгляд" оптических устройств на сканируемый оригинал, помещаются в подвижной каретке черного цвета, которой управляет шаговый мотор.

К сожалению, ПЗС-компоненты потребительских аппаратов работают не со 100%-ной точностью и нуждаются в применении довольно сложных методов компенсации ошибок. Каждая серия сканеров проходит процедуру заводской настройки, улучшающей способности серии в целом, но игнорирующей индивидуальные особенности отдельных устройств. Точность конкретного аппарата можно повысить путем калибровки. Для этого производится сканирование эталонного цветного оригинала, все цветовые параметры которого известны. Затем специальная программа (интегрированная в драйвер или инсталлированная отдельно) анализирует различия между заданными значениями и результатами сканирования и определяет необходимость изменения параметров настройки.

Количество элементов ПЗС-строки определяет максимальную разрешающую способность сканера по горизонтали, а шаг мотора - физическое разрешение сканера по вертикали. Меньшие разрешения получаются в результате увеличения шага мотора и объединения нескольких ПЗС-точек в одну. Увеличить разрешение можно лишь путем интерполяции, то есть вычисления дополнительных точек изображения по уже известным данным. Однако этот способ не дает новой фактической информации (ведь физическое разрешение осталось прежним), лишь добавляя некоторое количество данных, как говорится, взятых из воздуха. Благодаря интерполяции графические файлы, считанные сканером с 300 точек/ дюйм, "раздуваются" до многих мегабайт, хотя их действительное информационное содержание несмотря на все математические ухищрения остается на уровне 300 dpi. Улучшить четкость отдельных деталей или повысить резкость таким способом невозможно. Поэтому не следует принимать всерьез утверждения изготовителей о том, что их изделия стоимостью менее 500 дол. обеспечивают 4800 или даже 9600 dpi - в действительности речь идет о вполне заурядных моделях с оптическими разрешениями 300 -600 точек/ дюйм.

Считываемые изображения сканер разлагает на отдельные точки, сообщая компьютеру цвет каждой. Точка, называющаяся пикселом (сокращенно от "picture element"), представляет собой мельчайший элемент отсканированной картинки и имеет свой оттенок. Для его записи необходимы три байта (24 бит) -по одному на каждый из основных RGB-компонентов (у многих современных сканеров глубина цвета составляет 30 или даже 36 бит).

Пиксель картинки в серых тонах обычно характеризуется одним из 256 возможных оттенков серого цвета, что соответствует восьми битам.

Главное, что для сканера понятия физической точки (dot) и элемента изображения (pixel) едины, как и для монитора, способного (разумеется, при наличии соответствующей графической платы) отображать точку в любом из 16,7 млн. цветов и оттенков.

Однако при печати тождество пикселя и точки нарушается.

В принципе на выходе сканера получается изображение - электронная копия оригинала. Чтобы преобразовать его в текст ASCII или в векторную графику, состоящую из графических объектов, необходимо специальное ПО.

Годность сканера для выполнения тех или иных прикладных задач определяется совокупностью его технических параметров: конструктивным типом, форматом, разрешением, глубиной цвета, а также диапазоном оптических плотностей.

Оптическое разрешение - важнейший критерий оценки сканера.

В зависимости от возможностей устройства, на котором будет выводиться отсканированная картинка, - принтера, типографской офсетной машины или монитора, - а также от ее масштаба.

Если картинка не подлежит увеличению, то достаточно считать ее с разрешением, равным аналогичному показателю устройства вывода: 96 точек/ дюйм для вывода на монитор; 50 - 200 точек/ дюйм для печати на лазерном, струйном аппарате или на принтере с термопереносом; 300 точек/ дюйм для офсетной печати.

Чтобы имелся резерв для обработки, изображения обычно сканируются с разрешением, вдвое превышающим необходимое.

Если масштаб картинки увеличивается, то во столько же раз нужно увеличить и разрешение сканирования, поэтому к аппарату, используемому для получения электронных копий небольших оригиналов - слайдов или негативов, предъявляются весьма высокие требования. В частности, чтобы считать 35-мм диапозитив и затем распечатать его в формате А4, следует просканировать его с оптическим разрешением по меньшей мере 1500 точек/ дюйм, а с учетом запаса для обработки -3000 точек/дюйм.

Наряду с физической разрешающей способностью важным критерием оценки считается оптическая плотность, характеризующая способность сканера различать градации яркости оригинального изображения. Теоретически 12-разрядный сканер может различить больше оттенков, чем 8-разрядный, однако большая глубина цвета - еще не доказательство высокой оптической плотности. У профессиональных аппаратов этот показатель равен 3,0 или выше.

Задача сканера - точно передать краски оригинала.

Монохромные документные сканеры работают в двух режимах цветности: черно-белом (1 бит/ пиксель) и в серых полутонах (8, 10 или 12 бит/ пиксель).

В цветных сканерах к ним добавляется третий - полноцветный RGB-режим (24, 30 или 36 бит/ пиксель).

Устройство с глубиной цвета 24 бит способно различать 16,7 млн. оттенков. Человеческий глаз, воспринимающий столько же цветовых оттенков, не в состоянии уловить разницу между изображениями, полученными с помощью 24- и 36-разрядного сканера. Тем не менее увеличенная глубина цвета позволяет оптимизировать цветовые соответствия между сосканированной картинкой, ее отображением на экране монитора или распечаткой после соответствующей калибровки сканера.

Современные сканеры в подавляющем большинстве являются однопроходными, иными словами, для получения копии цветного изображения они считывают оригинал, всего един раз. Технически это реализуется с помощью трех ПЗС-строк (по одной на каждый из основных цветов - красный, зеленый, синий), расположенных рядом друг с другом и снабженных соответствующими цветовыми RGB-фильтрами.

Отсканированные изображения и образы текстовых документов записываются в виде файлов весьма значительного объема, и чем выше разрешение и разрядность представления цвета, тем он больше. В частности, оригинал 13x18 см при разрешении 300 точек/дюйм порождает файлы емкостью 399 Кбайт (черно-белый режим, 1 бит/пиксель); 3,11 Мбайт (оттенки серого цвета; 8 бит/пиксель) или 9,34 Мбайт (RGB, 24 бит/ пиксель).

В любом случае сканеру необходим помощник - компьютер с памятью достаточной емкости, качественной графической платой и вместительным жестким диском, способный работать с графическими пакетами типа Adobe PhotoShop и не захлебывающийся в потоках информации.

Интерфейсы

Для соединения сканера с компьютером используется

либо параллельный порт;
либо шина SCSI;
либо сетевой интерфейс.

Первый способ прост и не требует никакого добавочного оборудования, но не рассчитан на высокие скорости передачи данных, а потому типичен для ручных моделей для PC, а также листопротяжных и планшетных устройств невысокого ценового класса.

Более универсальные SCSI-сканеры, взаимодействующие с употребительными адаптерами SCSI, можно подключать как к PC, так и к Мае. Они обеспечивают более быструю передачу данных компьютеру, чем LPT-модели. На случай отсутствия в компьютере контроллера SCSI изготовители включают в комплект поставки сканеров простые интерфейсные платы SCSI, как правило, предназначенные для монтажа в разъеме ISA, а не PCI.

Если в машине уже имеется SCSI-контроллер типа Adptec 1540 или 2940, пользователь может подсоединить сканер непосредственно к контроллеру жесткого диска - при наличии подходящего ASPI-драйвера. В частности, со сканерами HP и Mustek это возможно. (Напомним, что ASPI-стандарт для SCSI - периферии, предложенный Adaptec, позволяет драйверу любого устройства, например дисковода ZIP или сканера, взаимодействовать с любым SCSI-контроллером - от Adaptec до Ultrastor, - имеющим драйверА8Р1.)

При подключении сканера к встроенной SCSI-плате необходимо позаботиться о правильном согласовании шины - лишь в этом случае подсоединенные к шине SCSI периферийные устройства смогут нормально функционировать. Иными словами, оба конца цепочки устройств SCSI должны быть снабжены согласующими сопротивлениями (терминаторами). Если внешние устройства SCSI отсутствуют, то следует активизировать терминатор на контроллере, обычно служащем последним звеном в цепочке SCSI (ID7), первым звеном которой является жесткий диск (ID 0). Сканер рекомендуется использовать в качестве последнего устройства шины8С81, поэтому после подсоединения сканера надлежит задействовать его собственный терминатор, предварительно отключив согласующее сопротивление на плате контроллера с помощью BIOS. Терминаторы большинства сканеров находятся внутри - лишь некоторые модели, снабжены внешними переключателями.

TWAIN

Чтобы ресурсы сканера использовались оптимально, необходимо полное согласие между "железом", драйвером и прикладным ПО. И здесь многое зависит от качества драйвера. По существу, драйвер сканера не только управляет "железом" на низком аппаратном уровне, но и представляет собой сложный интерфейс с графической оболочкой и различными возможностями настройки. Изготовители сканеров создали специальный стандарт TWAIN (Toolkit Without Anlnteresting Name), обеспечивающий взаимодействие сканеров практически с любым прикладным ПО - пакетами обработки изображений типа Adobe PhotoShop, настолько-издательскими системами или программами распознавания символов. Однако лишь средства коммуникации прикладных пакетов с интерфейсом TWAIN - команды обращения к драйверу и формат передачи данных - являются стандартными. Всю остальную часть, в частности графический пользовательский интерфейс ПО сканера и низкоуровневый компонент, каждый изготовитель разрабатывает по-своему. Разумеется, это обуславливает большие функциональные различия между отдельными драйверами, хотя возможности настройки разрешения, глубины цвета или предварительного просмотра имеются у всех. Поэтому важно поддерживает ли драйвер выбранного устройства такие функции, как настройка разрешения, яркости, контрастности, глубины цвета, резкости; калибровка, настройка с помощью гамма-кривой (для изменения соотношений контрастов при представлении картинки на экране монитора), а также live ргезсап(изменение параметров непосредственно отображается в режиме предварительного просмотра).

Обзор сканеров

Очевидно, требования к сканеру меняются предполагаемой области его применения.

Для домашнего применения и вообще "на все случаи жизни", пожалуй, лучше всего подойдет планшетный сканер с разрешением 600 точек/ дюйм или выше с ПО обработки изображений и распознавания текстов. При наличии слайдовой приставки возможностей аппарата с 600 точек/ дюйм вполне достаточно и для создания архива малоформатных диапозитивов или просмотра их на экране монитора.

Ассортимент планшетных сканеров для дома и малого офиса весьма широк: от неторопливых моделей с разрешением 300 dpi, подключаемых к параллельному порту (EpsonGT 5000, Microtek Phantom 4800 или Primax Direct 4800); SCSI-аппаратов с разрешением 600 точек/дюйм, например Genius ColorPage HR5 или MustekParagon 1200 SP; до высокопроизводительных устройств, таких как HP ScanJet 4с или 6100с.

Пользователю, занимающемуся обработкой фотографий, подойдет SCSI-устройство формата А4 или A3 с максимально точной цветопередачей, способное считывать небольшие фрагменты оригиналов. Физическое разрешение настольно-издательской модели должно составлять 600 - 1200 точек/ дюйм ?ли более. Для обработки диапозитивов относительно большого размера, а также пленок дополнительно понадобится слайдовая приставка для просвечивания оригиналов. Сканеры этого класса выпускаются, в частности, фирмами AGFA и Umax. В комплект поставки издательских устройств обычно входят специальный пакет калибровки и слайдовая приставка.

Для ввода текстовых документов в офисе рекомендуется быстрый сканер, считывающий несколько страниц в минуту в черно-белом режиме или в серых полутонах, например HP ScanJet 5 или модели Fujitsu. Высокое разрешение, обуславливающее снижение скорости сканирования, не требуется и даже нежелательно. Зачастую сканеры этого класса оснащаются быстродействующими 100-Мбит/с сетевыми адаптерами типа 100VG/ 100BaseT. Если количество обрабатываемых страниц настолько велико, что человек не успевает закладывать документы в сканер, целесообразно приобрести автоподатчик документов - при условии, что программа распознавания символов поддерживает скоростной многостраничный ввод. ADF выбирается в расчете на определенную модель сканера.

Контрольные вопросы

Устройство и предназначение сканера.
Классификация сканеров.
Что такое калибровка сканера?
Зависимость разрешения сканирования документа от его дальнейшего использования.
Способы подключения сканера к компьютеру.
Что такое TWAIN?
Требования к сканеру в зависимости от их области применения.

Blog

Учебное пособие для студентов и преподавателей Автор составитель

Содержание

3.7.3. Сканеры