Особенность цифрового кодирования изображения. Характеристика основного принципа действия считывающих устройств в информационно-вычислительных системах. Классификация сканеров по области применения, цене, способу считывания и типу вводимого отображения.
Аннотация к работе
Сканер (англ. scanner) - это устройство, которое анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создает цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием. Сканер представляет собой периферийное устройство, основным элементом которого является фотодатчик, предназначенный для фиксирования количества отраженного света в каждой области оригинала. Сканирование представляет собой цифровое кодирование изображения, заключающееся в преобразовании аналогового сигнала яркости в цифровую форму. Эта конвертация осуществляется либо в самом сканере, либо в компьютере - в зависимости от модели конкретного сканера.
Введение
Сканер (англ. scanner) - это устройство, которое анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создает цифровую копию изображения объекта. Полученное изображение может быть сохранено как графический файл, или, если оригинал содержал текст, распознано посредством программы распознавания текста и сохранено как текстовый файл. Процесс получения этой копии называется сканированием.
Сканер представляет собой периферийное устройство, основным элементом которого является фотодатчик, предназначенный для фиксирования количества отраженного света в каждой области оригинала.
Метод, на котором основаны современные сканеры, заключается в последовательном, точка за точкой, фиксировании изображения и преобразовании его в электрический сигнал.
Сканирование представляет собой цифровое кодирование изображения, заключающееся в преобразовании аналогового сигнала яркости в цифровую форму. Такое получение цифрового изображения оригинала для ввода в компьютер называют оцифровкой (Digitizing). В процессе оцифровки изображение разбивается на элементарные частицы - пиксели, каждому из которых соответствует определенный код яркости и цветового оттенка.
В 1857 году флорентийский аббат Джованни Казелли изобрел прибор для передачи изображения на расстояние, названный впоследствии пантелеграф. Передаваемая картинка наносилась на барабан токопроводящими чернилами и считывалась с помощью иглы.
В 1902 году, немецким физиком Артуром Корном была запатентована технология фотоэлектрического сканирования, получившая впоследствии название телефакс. Передаваемое изображение закреплялось на прозрачном вращающемся барабане, луч света от лампы, перемещающейся вдоль оси барабана, проходил сквозь оригинал и через расположенные на оси барабана призму и объектив, попадал на селеновый фотоприемник. Эта технология до сих пор применяется в барабанных сканерах. В дальнейшем, с развитием полупроводников, усовершенствовался фотоприемник, и был изобретен планшетный способ сканирования, но сам принцип оцифровки изображения остается почти неизменным.
1. Принцип действия
Сканируемый объект кладется на стекло планшета сканируемой поверхностью вниз. Под стеклом располагается подвижная лампа, движение которой регулируется шаговым двигателем. Свет, отраженный от объекта, через систему зеркал попадает на чувствительную матрицу, далее на АЦП и передается в компьютер. За каждый шаг двигателя сканируется полоска объекта, которые потом объединяются программным обеспечением в общее изображение.
Изображение всегда сканируется в формат RAW - а затем конвертируется в обычный графический формат с применением текущих настроек яркости, контрастности, и т. д. Эта конвертация осуществляется либо в самом сканере, либо в компьютере - в зависимости от модели конкретного сканера. На параметры и качество RAW-данных влияют такие аппаратные настройки сканера, как время экспозиции матрицы, уровни калибровки белого и черного, и т. п.
2. Классификация сканеров
2.1 Классификация по области применения и по цене
По этим признакам выделяются следующие классы: SOHO ($50-150) Сканеры для дома и небольшого офиса. Основная задача таких сканеров - быстрый ввод текста и сканирование несложной графики с приемлемым качеством. Примером таких сканеров является Phantom 336CX, Phantom 636, Scanmaker 3700, Scanmaker 3700.
CORPORATE ($100-500) Бизнес-класс. Эти сканеры, помимо распознавания текста, должны как минимум уметь качественно и быстро оцифровать фотографии образцов продукции или, к примеру, фотоснимки с банкета, посвященного выставке либо дню фирмы. Тексты распознаются ими качественней, нежели моделями SOHO, особенно это касается мелкого или плохо различимого шрифта. Почти все модели допускают установку слайд-приставки и устройства автоматической подачи документов.
GRAPHIC ART ($400-2500) Область работы художников и дизайнеров. К оцифрованному изображению предъявляются достаточно жесткие требования по качеству и достоверности цветопередачи. Интеллект программных средств должен быть также достаточно развит, чтобы обеспечить необходимые корректировки уже в процессе сканирования. Примером таких сканеров является Scanmaker X12USL, Scanmaker 8700
PREPRESS ($2000-5000) Сканеры этой категории - рабочий инструмент издателя. Такой сканер должен отличаться безупречно четким изображением, насыщенными, правдивыми цветами и хорошей проработкой в критических областях. Большинство моделей этого класса могут выполнять цветоделение непосредственно в процессе сканирования, с учетом особенностей набора красок печатной машины и способа печати. В качестве примера можно привести такие модели как ARTIXSCAN 1100, ARTIXSCAN2020, ARTIXSCAN2500, ARTIXSCAN6000XY
CAD ($1000) Сканеры, ориентированные на инженерные задачи, гда работа ведется, как правило, с крупноформатными изображениями. От сканера не требуется исключительно точная цветопередача, на первом плане - четкость линий, умение отсечь помехи, правильное распознавание обозначений ЕСКД и корректная работа с инженерными пакетами.
DOCUMENT SCANNER ($800) Сканеры, основная задача которых - обеспечить быстрый и качественный ввод больших объемов текстовой информации для представления в электронном виде. Сканеры этого класса достаточно дороги и ориентированы на банковские, налоговые, государственные структуры, почтовые и транспортные ведомства, а также на другие предприятия с большим документооборотом. Их функциональное оснащение позволяет с высокой скоростью вести обработку больших объемов документов без участия оператора.
2.2 Классификация по способу считывания
Ручные сканеры
Устройство сканирования штрих-кодов
Ручные лазерные сканеры
Ручные фото-сканеры
Настольные сканеры
В России модели среднего класса (настольные офисные сканеры документов) в силу своей универсальности являются наиболее часто используемым типом сканерного оборудования. Настольные сканеры называют и страничными, и. планшетными, и даже автосканерами. Такие сканеры позволяют вводить изображения размерами 8,5х11 или 8,5х14 дюймов. Они выпускаются со SCSI или скоростными видео-интерфейсами, обычно допускают сканирование с планшета или с использованием интегрированного устройства автоподачи документов. Существуют три разновидности настольных сканеров: планшетные (flatbed), рулонные/роликовые (shett-fed), проекционные(overhead) и барабанные сканеры. цифровой кодирование считывание сканер
Планшетные сканеры
Планшетные сканеры при внешней простоте являются весьма интересными и довольно сложными опто-электронно-механическими устройствами. Однако конструкция их устоялась, производство хорошо налажено и технологически не является чем-то запредельным, так что обычно планшетные сканеры в ценовом диапазоне до 10000 долларов (включая такие известные имена, как AGFA, Linotype-Hell и UMAX) производятся на Тайване.
Основным отличием планшетных сканеров является то, что сканирующая головка перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя. Понятно, что рассмотренная конструкция изделия позволяет сканировать не только отдельные листы, но и страницы журнала или книги.
На рисунке показано устройство и механизм работы планшетного сканера. В планшетных сканерах оригинал располагается на его рабочей поверхности неподвижно. Освещение оригинала производится стабилизированным по интенсивности источником, в качестве которого используют лампы с холодным катодом или флуоресцентные лампы. В качестве фотоприемника обычно используется ПЗС-линейки. Лампа, ПЗС-линейка и оптическая система, направляющая на ПЗС световой поток, отраженный от оригинала, находятся на одной каретке и с помощью шагового механизма перемещаются вдоль оригинала. В основном все планшетные сканеры рассчитаны на получение копии с одного оригинала, однако к некоторым моделям сканеров прилагаются дополнительные приспособления для последлвательной подачи и сканирования нескольких оригиналов.
На планшетных настольных сканерах можно сканировать неразброшюрованные документы, книжные страницы, документы нестандартного размера или полиграфического исполнения. Универсальный характер устройств подчеркивается в последнее время выпуском моделей, позволяющих наряду со скоростным вводом документов полноценно (до 16.7 млн. цветов) сканировать в цвете. Несмотря на то, что паспортная производительность отдельных моделей настольных сканеров не уступает и даже, иной раз, превосходит соответствующие показатели специализированных производственных сканеров, во избежание частых замен изнашивающихся элементов устройства (главным образом, ламп, роликов и прокладок), настольные модели не следует использовать в режимах полносменного или круглосуточного сканирования. При условии непревышения рекомендованных дневных нагрузок (приблизительно 5 часов сканирования в день) среднее время между отказами для старших моделей настольных скоростных сканеров составляет около трех лет (при этом в зависимости от модели после сканирования каждых 100-200 тысяч страниц потребуется замена расходуемых элементов - consumables).
Рулонные сканеры
Рулонные сканеры представляют собой монохромные устройства, предназначенные главным образом для ввода документов в машину, их факсимильной передачи и оптического распознавания символов OCR (Optical Character Recognition) Работа рулонных сканеров происходит следующим образом: отдельные листы документов протягиваются через такое устройство, при этом и осуществляется их сканирование. Таким образом, в данном случае сканирующая головка остается на месте, уже относительно нее перемещается бумага. Понятно, что в этом случае сканирование страниц книг и журналов просто невозможно. Для удобства работы рулонные сканеры обычно оснащаются устройствами для автоматической подачи страниц.
Проекционные сканеры
Третья разновидность настольных сканеров - проекционные сканеры, которые напоминают своеобразный проекционный аппарат (или фотоувеличитель). Вводимый документ кладется на поверхность сканирования изображением вверх, блок сканирования находится при этом также сверху. Перемещается только сканирующее устройство. Основной особенностью данных сканеров является возможность сканирования проекций трехмерных изображений. Упоминаемый выше комбинированный сканер обеспечивает работу в двух режимах: протягивания листов (сканирование оригиналов форматом от визитной карточки до 21,6 см) и самодвижущегося сканера. Для реализации последнего режима сканера необходимо снять нижнюю крышку.
При этом валики, которые обычно протягивают бумагу, служат для передвижения сканера по сканируемой поверхности. Хотя понятно, что ширина вводимого сканером изображения в обоих режимах не изменяется (чуть больше формата А4), однако в самодвижущемся режиме можно сканировать изображение с листа бумаги, превышающего этот формат, или вводить информацию со страниц книги.