25006

Сканеры. Принцип действия и классификация сканеров

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

В процессе сканирования оригинал освещается источником света. В основном все планшетные сканеры рассчитаны на получение копии с одного оригинала однако к некоторым моделям сканеров прилагаются дополнительные приспособления для последовательной подачи и сканирования нескольких оригиналов. К преимуществам планшетных сканеров следует отнести простоту использования возможность сканирования как плоских оригиналов в широком диапазоне размеров так и небольших трех мерных объектов. При необходимости сканирования оригиналов нестандартного большого...

Русский

2013-08-09

137.87 KB

186 чел.

Сканеры

Сканер (Scanner) —устройство ввода в ЭВМ информации виде текстов, рисунков, слайдов, фотографий на плоских носите телях, а также изображения объемных объектов небольших размеров. 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. Этот метод использовался при передаче фотографических изображений по телеграфу еще в 1850 г. Первый черно-белый сканер был создан в 1863 г., а цветной —в 1937 г.

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 —пикселы, каждому из которых соответствует определенный код яркости и цветового оттенка.

Принцип действия и классификация сканеров

Сканер как оптоэлектронный прибор включает следующие функциональные компоненты: датчик, содержащий источник света, оптическую систему, фотоприемник, механизм перемещения датчика (или оптической системы) относительно оригинала. Электронное устройство обеспечивает преобразование информации в цифровую форму.

В процессе сканирования оригинал освещается источником света. Светлые области оригинала отражают больше света, чем темные.

Отраженный (или преломленный) свет оптической системой направляется на фотоприемник, который преобразует интенсивность принимаемого света в соответствующее значение напряжения. Аналоговый сигнал преобразуется в цифровой для дальнейшей обработки с помощью ПК.

" Сканеры весьма разнообразны, и их можно классифицировать по целому ряду признаков. В основе классификации могут быть следующие признаки:

  •  способ формирования изображения (линейный, матричный);
  •  конструкция кинематического механизма (ручной, настольный, комбинированный);
  •  тип вводимого изображения (черно-белый, полутоновый цветной);
  •  степень прозрачности оригинала (отражающий, прозрачный);
  •  аппаратный интерфейс (специализированный, стандартный);
  •  программный интерфейс (специализированный, TWAIN-совместимый).

Типы сканеров

В зависимости от способа перемещения фоточувствительного элемента сканера и носителя изображения относительно друг друга сканеры подразделяются на две основных группы —настольные {Desktop) и ручные (Hand-held).

К числу настольных сканеров относятся планшетные (Flatbed), роликовые (Sheet-feed), барабанные (Drum) и проекционные (Overhead/ Camera) сканеры.

Планшетные сканеры, или сканеры плоскостного типа, используются для ввода графики и текста с носителей формата А4 или A3.

На рис. 6.5 показано устройство и механизм работы планшетного сканера. В планшетных сканерах оригинал располагается на его рабочей поверхности неподвижно. Освещение оригинала про-' изводится стабилизированным по интенсивности источником, в качестве которого используют лампы с холодным катодом или флуоресцентные лампы. В качестве фотоприемника обычно используются ПЗС-линейки. Лампа, ПЗС 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 последовательной подачи и сканирования нескольких оригиналов.

При использовании в качестве оригиналов книг или сброшюрованных документов имеется возможность обеспечить их прижим к стеклянной поверхности сканера специальной крышкой на петлях.

К преимуществам планшетных сканеров следует отнести простоту использования, возможность сканирования как плоских оригиналов в широком диапазоне размеров, так и небольших трех-, мерных объектов. При необходимости сканирования оригиналов нестандартного большого формата имеется возможность сканирования по частям с последующим объединением с помощью какого-либо графического редактора.

Недостатками этого типа сканеров являются большая занимаемая площадь, сложность выравнивания оригинала с неровно размещенным на носителе изображением, невозможность сканирования прозрачных оригиналов.

Однако при этом планшетные сканеры —наиболее популярные устройства ввода текстовой и графической информации. Они обеспечивают необходимое качество изображений, используемых как в деловой корреспонденции, так и в высокохудожественных изданиях.

Роликовые сканеры осуществляют сканирование оригинала при его перемещении по специальным направляющим посредством роликового механизма подачи бумаги относительно неподвижных осветителя и ПЗС-линейки. Механизм работы роликового сканера показан на рис. 6.6. Сканирование в роликовом сканере, как и в планшетном, производится в отраженном свете. Этот принцип заложен в конструкции многих факсимильных аппаратов. Сканеры, работающие в двух режимах —сканирования изображения и его факсимильной передачи, называют факс-сканерами (Fax Scanner).

В отдельных моделях роликовых сканеров имеется устройство для подачи листов, которое позволяет сканировать в автоматическом режиме.

Большинство роликовых сканеров офисного применения предназначены для работы с оригиналами формата А4. Однако существуют широкоформатные роликовые сканеры, обеспечивающие сканирование оригиналов форматов А1 и АО.

Преимущества роликовых сканеров определяются их компактностью, удобством подключения и пользования, автоматической подачей листов оригинала, удовлетворительной скоростью сканирования и низкой стоимостью. В то же время эти сканеры имеют ряд недостатков, связанных с невозможностью без специальных приспособлений осуществлять сканирование сброшюрованных документов, книг, а также с опасностью повреждения оригинала.

Барабанные сканеры позволяют получать изображения прозрачных или отражающих оригиналов с высокой степенью детализации. Механизм работы барабанного сканера представлен на рис. 6.7.

Прозрачный оригинал в барабанных сканерах закрепляется с помощью специальной ленты или масла на поверхности прозрачного цилиндра из органического стекла (барабана), который для обеспечения устойчивости укреплен на массивном основании. При вращении барабана с большой скоростью (от 300 до 1350 об/мин) "фотоприемник считывает изображение с высокой точностью. В большинстве барабанных сканеров в качестве фотоприемника используется ФЭУ, который перемещается с помощью винтовой пары вдоль барабана. Для освещения оригинала применяется мощный стабилизированный по интенсивности излучения ксеноновый илигалогенный источник света. При сканировании отражающих оригиналов применяется источник света, расположенный вне барабана рядом с приемником излучения.

За счет высокой скорости вращения барабана имеется возможность фокусировать на оригинале достаточно мощный поток света без риска повреждения оригинала. В связи с этим отличительной особенностью барабанных сканеров является возможность сканировать с высоким разрешением оригиналы, имеющие высокую оптическую плотность (печатные издания, художественные работы, слайды, диапозитивы, негативные пленки), как в отраженном, так и в проходящем свете.

В отдельных моделях барабанных сканеров в качестве фотопри-емника изображения используется набор ПЗС-линеек, неподвижно установленных на всю ширину барабана и построчно сканирующих оригинал в отраженном свете. В этих сканерах, как правило широкоформатных, барабан совершает только один оборот за все время сканирования. Сканеры, в которых реализована эта технология, выгодно отличаются от сканеров с ФЭУ, поскольку исключается необходимость решать проблему стабилизации конструктивных элементов, обусловленную высокой скоростью вращения барабана. Для гашения возникающих при этом вибраций применяются специальные амортизаторы, увеличивающие массу сканера до 250 кг и более.

Барабанные сканеры позволяют сканировать прозрачные или отражающие оригиналы типа высокохудожественных работ в полиграфии и картографии. При этом автоматическая корректировка освещенности, настройка фокусного расстояния и высокая производительность достигаются за счет обработки изображения встроенным компьютером.

Значительные габариты, необходимость предварительной подготовки обслуживающего персонала и высокая стоимость барабанных сканеров обусловливают ограничение их области применения профессиональной полиграфией и картографией.

Проекционные сканеры работают по принципу фотографической камеры и конструктивно напоминают фотоувеличитель. Механизм работы проекционного сканера показан на рис. 6.8. Оригинал располагается на подставке под сканирующей головкой изображением вверх. Сканирующая головка, содержащая ПЗС-датчик и перемещающий его в фокальной плоскости линзы двигатель, закрепляется на вертикальном штативе и может перемещаться по стойке или по вертикальным направляющим. Перед началом сканирования камеру устанавливают в положение, соответствующее требуемому разрешению и размеру изображения. Точная настройка (фокусировка), определяющая разрешение сканирования, осуществляется специальной редуцирующей линзой. Обычно в проекционных сканерах внутренний источник освещения не используется. Освещение оригинала производится за счет естественного комнатного света. В некоторых моделях проекционных сканеров свет через линзу освещает оригинал, а отраженный свет фиксируется ПЗС-матрицей. Такая конструкция сканера позволяет избежать влияния внешних засветок и получить высокое качество сканированных изображений.

Особенностью проекционных сканеров является возможность сканирования трехмерных объектов. При этом конструкция сканеров обеспечивает переменное разрешение сканирования: небольшие объекты можно сканировать с высоким разрешением; большие нестандартные объекты, изображения которых нельзя ввести с помощью других сканеров, также могут быть сканированы, хотя и с низким разрешением. Простота конструкции и удобство применения, невысокая стоимость и возможность комбинирования при сканировании плоских и небольших трехмерных объектов обусловливают достаточно широкое применение проекционных сканеров как средств ввода информации.

Ручные сканеры применяются для сканирования малоформатных оригиналов или фрагментов большого изображения. Перемещение окна сканирования относительно оригинала производится за счет мускульной силы человека. Устройство ручного сканера показано на рис. 6.9. В небольшом корпусе шириной обычно чуть более 10 см размещаются лишь датчик, линза и источник света. Ширина области сканирования в зависимости от модели устройства варьируется от 60 до 280 мм. Длина области сканирования ограничена лишь объемом доступной оперативной памяти компьютера. Устанавливаемая в компьютере карта интерфейса преобразует поступающую информацию в цифровую форму и передает ее для последующей обработки специальной программе. Принципы работы ручного и роликового сканеров во многом похожи.

Отличительной особенностью ручного сканера является то, что он использует источник питания компьютера, к которому подключен. Как правило, ручные сканеры подключаются к параллельному порту компьютера без каких-либо адаптеров. Низкая цена ручных сканеров обусловлена простотой их конструкции.

В некоторых моделях ручных сканеров предусматривается возможность сканирования больших изображений за несколько проходов, т. е. путем последовательного просмотра отдельных его областей. Объединение областей сканирования производится с помощью специального программного обеспечения, позволяющего упростить эту процедуру.

Аппаратный и программный интерфейсы сканеров

Сканеры с интерфейсом SCSI требуют установки в компьютер дополнительной платы SCSI-адаптера, которая поставляется в комплекте со сканером. Преимуществом интерфейса SCSI является обеспечение высокой скорости сканирования.

К компьютерам, оснащенным USB-портом, лучше подключать сканер с USB-интерфейсом. Скорость при этом несколько уступает интерфейсу SCSI, однако простота подключения сканера искупает этот недостаток.

Сканеры с интерфейсом параллельного порта подключаются к уже имеющемуся параллельному порту. Пропускная способность параллельного порта значительно меньше по сравнению с интерфейсом SCSI. Однако при этом нет необходимости устанавливать дополнительную плату.

В комплект поставки сканера входит специальная программа —драйвер, предназначенная для управления процедурой сканирования и настройки основных параметров сканера. Ведущие производители аппаратных и программных средств —компании Aldus, Caere, Eastman Kodak, Hewlett-Packard и Logitech —объединили свои усилия для создания собственного формата драйвера TWAIN. Стандарт TWAIN определяет порядок обмена данными между прикладной программой и драйвером сканера, что позволило решить проблему совместимости различных компьютерных платформ, сканеров разных моделей и форматов представления данных. С помощью TWAIN-совместимого сканера можно сканировать изображения из любой программы, например Photoshop, CorelDRAW, PageMaker, PhotoStyler и др.

6.3.6. Характеристики сканеров

Ниже описаны основные характеристики, которые следует принимать во внимание при выборе типа и модели сканера.

Разрешающая способность определяется плотностью расположения распознаваемых точек и выражается в точках на дюйм (dpidot per inch). Сканеры имеют два параметра разрешающей способности: оптическое разрешение и программное. Оптическое разрешение —показатель первичного сканирования. Программными методами можно в дальнейшем повысить разрешение. Например, оптическое разрешение сканера может быть 300 х 600 dpi, а программное —до 4800 х 4800 dpi. Оптическое разрешение имеет более важное значение для пользователя.

Оптическое разрешение зависит от размера элемента ПЗС-дат-чика и характеризует плотность, с которой производится выборка информации в заданной области оригинала.

Разрешение сканера имеет два показателя: по горизонтали и вертикали. Например, 600 х 300; 600 х 600; 800 х 800. Однако чаще всего употребляют первое значение: 600, 800 dpi.

Область сканирования —максимальный размер оригинала для данного сканера.

Метод сканирования определяет одно- или трехпроходный способ считывания информации в цветных сканерах.

Скорость сканирования —количество страниц черно-белого оригинала, сканируемых в минуту с максимальным оптическим разрешением сканера.

Разрядность сканера измеряется в бит и определяет то количество информации, которое необходимо для оцифровки каждой точки изображения, а также количество цветов, которое способен распознать сканер. 24 бит соответствуют 16,7 миллионам цветов, а 30 бит —миллиарду. Несмотря на то что человеческий глаз уже не в состоянии отличить 16-битный цвет от 24-битного, в новейших моделях сканеров заявлена 48-битная разрядность.

Совокупность характеристик модели сканера определяет его принадлежность к одному из трех классов, на которые условно можно подразделить все модели сканеров.

Сканеры простых моделей используются для подготовки деловой документации, создания прайс-листов и рекламных объявлений, а также для подготовки электронных публикаций (Web-страниц, графических баз данных). Обычно такие сканеры обеспечивают оптическое разрешение в диапазоне 300 —dpi, передачу 256 оттенков серого цвета для полутоновых изображений.

Сканеры промежуточного класса планшетного типа обладают оптическим разрешением 600—dpi, высоким динамическим диапазоном, имеют возможность работы с прозрачными оригиналами и применяются в издательской деятельности.

Сканеры высокого класса обеспечивают разрешение свыше 4000 dpi, используются при необходимости оцифровки большого объема информации с высоким качеством и производительностью.

Лидером на российском рынке сканеров является Hewlett-Packard, однако недорогие модели Mustek Paragon, KYE также пользуются спросом. Для профессионального применения используют сканеры UMAX или Agfa.

Сканирование текста

Расположим исходную страницу текста в сканере, откроем программу FineReader. Программа работает со сканерами через TWAIN-интерфейс. Это единый международный стандарт для унификации взаимодействия устройств ввода изображений в компьютер с внешними приложениями. Возможно два варианта взаимодействия программы со сканерами через TWAIN-драйвер:

  •  через интерфейс FineReader доступно сканирование в цикле на сканерах без автоподатчика, сохранение опций сканирования в отдельный файл Шаблон пакета (*.fbt) и возможность применения этих опций в других пакетах;
  •  через интерфейс TWAIN-драйвера сканера доступна функция предварительного просмотра изображения, позволяющая точно задать размеры сканируемой области, подобрать яркость, тут же контролируя результаты этих изменений. Но диалог TWAIN-драйвера сканера у каждого сканера выглядит по-своему.

Можно переключаться между этими режимами на закладке Сканирование/ Открытие пункта Опции (меню Сервис/ Опции), нужно установить переключатель в одно из положений:

1. Использовать интерфейс TWAIN-драйвера сканера.

2. Использовать интерфейс FineReader. Чтобы запустить сканирование, можно нажать кнопку Сканировать или в меню Файл выбрать пункт Сканировать.

Спустя некоторое время в Главном окне программы появится окно Изображение с изображением вставленного листа.

Качество последующего распознавания во многом зависит от того, насколько хорошее изображение получено при сканировании. Качество изображения регулируется установкой следующих основных параметров сканирования.

Тип изображения —серый, черно-белый, цветной. Для системы распознавания оптимальным является сканирование в сером режиме, при этом проводится автоматический подбор яркости. Черно-белый режим экономит время сканирования, но может потерять информацию о буквах. Цветной режим выбирают, если нужно сохранить цветные элементы текста.

Разрешение. Следует использовать разрешение 300 dpi для обычных текстов и 400—dpi для текстов, набранных мелким шрифтом.

Яркость —в большинстве случаев подходит среднее значение яркости —%.

Чтобы установить параметры сканирования, нужно выбрать меню Сервис и пункт Настройки сканера.

Перед распознаванием следует проверить и откорректировать полученное изображение листа. Изображение может содержать много лишних точек, возникших в результате сканирования документов среднего или плохого качества. Чтобы уменьшить количество лишних точек, можно воспользоваться опцией Очистить от мусора. Для этого в;меню Изображение следует выбрать пункт Очистить изображение от мусора. Если требуется очистать от "мусора" отдельный блок, то следует выбрать пункт Очистить блок от мусора.Если нужно какой-то участок текста исключить; из распознавания, то можно стереть такие участки.;Для этого нужно выбрать инструмент Ластик (на;панели в окне Изображение) и, нажав на левую кнопку мыши, выделить требуемый участок изображения и отпустить кнопку. Выделенная часть изображения будет удалена.

Прежде чем приступить к распознаванию, следует указать программе, какие участки изображения надо распознавать. Для этого проводится анализ макета страницы, во время которого выделяются блоки с текстом, картинки, таблицы. Автоматический анализ производится по кнопке Распознать одновременно с распознаванием текста. При автоматическом анализе макета страницы FineReader сам выделяет блоки, содержащие тексты, таблицы, картинки.

Блоки —это заключенные в рамку участки изображения. Блоки выделяют для того, чтобы указать системе, какие участки отсканированной страницы надо распознавать и в каком порядке. Также по ним воспроизводится исходное оформление страницы. Блоки разных типов имеют различные цвета рамок:

  1.  Зона Распознавания —блок используется для распознавания и автоматического анализа части изображения.
  2.  Текст —блок используется для обозначения текста. Он должен содержать только одноколончный текст. Если внутри текста содержатся картинки, ' нужно выделить их в отдельные блоки.
  3.  Таблица —этот блок используется для обозначения таблиц или текста, имеющего табличную структуру. При распознавании программа разбивает данный блок на строки и столбцы и формирует табличную структуру. В выходном тексте данный блок передается таблицей.
  4.  Картинка —этот блок используется для обозначения картинок. Он может содержать картинку или любую другую часть текста, которую нужно передать в распознанный текст в качестве картинки.

Задача распознавания состоит в том, чтобы преобразовать отсканированное изображение в текст, сохранив при этом оформление страницы. Прежде чем приступить к распознаванию текста, необходимо установить основные параметры распознавания:

5. Язык распознавания. Программа поддерживает распознавание как одноязычных, так и многоязычных документов. Чтобы указать язык распознаваемого текста, нужно выбрать соответствующую строку в списке на панели Распознавание. Если требуется распознать документ, написанный на нескольких языках, следует в списке языков на панели Стандартная выбрать пункт Выбор нескольких языков... В открывшемся диалоге Язык распознаваемого текста укажите несколько языков.

1. Тип печати распознанного текста. Для большинства текстов тип печати определяется автоматически. При распознавании текстов, напечатанных на матричном принтере в черновом режиме или на пишущей машинке, можно добиться более высокого качества распознавания, установив правильный Тип печати:

•Пишущая машинка —для текстов, напечатанных на пишущей машинке;

Матричный принтер —для текстов, напечатанных на матричном принтере.

Чтобы поменять тип печати на закладке Распознавание диалога Опции (меню Сервис>Опции), в группе Тип печати можно выбирать требуемый пункт.

2. Тип страницы. Для большинства изображений расположение текста на странице определяется автоматически, чему соответствует значение Авто на закладке Распознавание в группе Тип страницы (меню Сервис>Опции), устанавливаемое системой по умолчанию.

В некоторых случаях может потребоваться установить значение типа страницы вручную. Для этого на закладке Распознавание диалога Опции (меню Сервис> Опции) в группе Тип страницы нужно выбрать нужный пункт.

Укажем некоторые типы страницы:

  1.  Автоматическое определение —указывает, что расположение текста на странице определяется
    автоматически. Это значение устанавливается системой по умолчанию, подходит для распознавания
    всех видов текстов, в том числе многоколоночного текста, текста с таблицами и картинками.
  2.  Одна колонка —указывает, что текст на странице напечатан в одну колонку. Эта опция используется в случае, если автоматическое определение  ошибочно сегментировало страницу как многоколоночный текст.
  3.  Форматированный пробелами текст —указывает, что текст на странице расположен в одну колонку и напечатан моноширинным шрифтом одного размера. В распознанном тексте сохраняется деление на строки; отступы от левого края передаются пробелами; каждая строка выделяетсяся в отдельный абзац, и расстояния между абзацами передаются пустыми строками. Используется, например, для распознавания распечаток текстов программ.

Окно Текст —это встроенный редактор программы FineReader; в нем можно проверить результаты распознавания и отредактировать распознанный текст. Одна из возможностей текстового редактора FineReader —это встроенная проверка орфографии. Система встроенной проверки орфографии позволяет:

1. Находить неуверенно распознанные слова (слова, в которых есть неуверенно распознанные символы).

  1.  Находить орфографические ошибки (неправильно написанные слова).
  2.  Добавлять неизвестные системе FineReader слова в словарь для того, чтобы они распознавались уверенно.

Неуверенно распознанные символы и слова, которых нет в словаре, выделяются различными цветами. По умолчанию для выделения неуверенно распознанных символов используется голубой, для несловарных слов —розовый. Чтобы проверить результаты распознавания, нужно нажать кнопку Проверить на панели Scan&Read или выбрать пункт Проверка в меню Сервис. Откроется диалог Проверка. В диалоге Проверка три окна.

  •  В верхнем окне показано изображение слова с возможной ошибкой.
  •  Среднее окно показывает само слово с возможной ошибкой, в строке над этим окном выводится название типа ошибки.
  •  В нижнем окне Варианты предлагаются варианты замены данного слова.

Есть следующие возможности:

  •  Нажать кнопку Пропустить, чтобы оставить слово, как есть.
  •  Нажать кнопку Пропустить все, чтобы оставить все такие слова в распознанном тексте, как есть.

В нашем случае слово "ПУ" распознано правильно, мы нажмем кнопку Пропустить. Чтобы завершить проверку, нажмем кнопку Закрыть.

Результаты распознавания можно сохранить в файл, передать во внешнее приложение, не сохраняя на диск, скопировать в буфер обмена или отправить по электронной почте. Кнопка -MS WORD позволяет передать результаты распознавания в выбранное приложение или сохранить их в файл. Чтобы сохранить распознанный текст, нажмем стрелку справа от кнопки -MS WORD и в локальном меню выберем пункт Передать страницы в Microsoft Word:

Теперь с ним можно работать, как с текстовым документом, средствами редактора MS Word.