63365

Устройство ввода графической информации – сканер

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Под устройством ввода графической информации УВГИ типа сканер понимается устройство для преобразования данных из графической формы в машинные коды. Сканеры выполняют следующие операции: определение координат графических элементов и оттенков цвета...

Русский

2014-06-19

177.5 KB

3 чел.

Устройство ввода графической информации – сканер.

Под устройством ввода графической информации (УВГИ) типа сканер понимается устройство для преобразования данных из графической формы в машинные коды. Сканеры выполняют следующие операции:

— определение координат графических элементов и оттенков цвета;

— кодирование координат и оттенков цвета;

— передачу кодов координат и оттенков цвета в память компьютера для последующей их обработки.

Сканеры могут работать в проходящем либо отраженном свете. В сканерах применяются светочувствительные датчики (сенсоры) различных типов, в их числе ламповые фотоэлектронные умножители (ФЭУ, РМТ — Photo Multiplier Tube) и приборы с зарядовой связью (ПЗС, CCD, Charge Coupled Device).

ФЭУ представляет собой высоковольтную электронную лампу, содержащую катод, анод и несколько динодов. Диноды увеличивают исходный поток электронов, выбиваемый из катода входным потоком света, отраженным от сканируемого изображения.

ПЗС представляет собой прибор со множеством микроскопических плоских конденсаторов с прозрачным диэлектриком — фоточувствительных ячеек. Обкладки конденсаторов пропускают свет. Под воздействием света в ячейке происходит накопление электрического заряда. Его значение определяется интенсивностью падающего светового потока. К электродам конденсаторов в определённой последовательности прикладывается низкое напряжение (< 10 В) для фиксации состояния заряда ячейки.

1.  Сканирующие УВГИ. У такого устройства считывающий луч, двигаясь по заданному закону (например, сканирование с прямой развёрткой без обратного хода либо с переменным шагом), последовательно перемещается по поверхности оригинала и всем элементам графического изображения. ФЭУ воспринимает при этом сигналы, соответствующие разным уровням яркости носителя и графического изображения. Фиксируя время и положение считывающего луча в момент изменения яркостного сигнала, оно устанавливает координаты элемента графического изображения.

2.  Матричные УВГИ. Их принцип действия основан на восприятии графических объектов матрицей оптико-электронных элементов (фотоприёмников), координаты положения которых заранее известны.

3.  Следящие УВГИ считывают графическую информацию путём последовательного отслеживания линий графического изображения перемещающейся апертурой (считывающим оптико-электронным элементом либо лучом). В ходе работы устройства перемещение сканирующего луча происходит в одном из четырёх направлений, различающихся па 90°. Выбор направления осуществляется после каждого шага анализа контрастности изображения в выбранном направлении, причём таким образом, чтобы луч постоянно перемещался вдоль линии. Такие устройства используются, как правило, при автоматическом считывании одиночных либо плавных сложных кривых. В местах резких изломов графического изображения возможны срывы процесса слежения.

Различают сканеры множества типов, в том числе:

—  планшетные (оригинал неподвижен, а считывающее устройство подвижно). Планшетные сканеры могут иметь встроенный или внешний слайд-адаптер для сканирования фотоплёнок. Позволяют сканировать оригиналы  в переплете (книги и т.п.) ;

—  планшетные широкоформатные (для сканирования широкоформатных оригиналов);

—  ручные, используемые для ввода графики и текста с различных оригиналов (их недостаток – необходимость совмещения сканированных фрагментов);

листопротяжные (оригинал подвижен, а считывающее устройство неподвижно). Используются в многофункциональных устройствах МФУ (устройства объединяющие принтер, сканер, копир). Обычно имеют механизм автоподачи бумаги;

—  слайдовые (для сканирования негативов фотоплёнок и слайдов);

—  проекционные, напоминающие фотоувеличитель;

барабанные (профессиональные полиграфические). Оригинал фиксируется на барабане, который во время сканирования вращается с большой скоростью (до 1500 об/мин);

—  многофункциональные (МФУ), сочетающие в себе возможности нескольких сканеров (планшетного, лентопротяжного, слайдового) и ряда других периферийных устройств. Дополнительно они выполняют функции лазерного либо струйного принтера, факс-модема, копировального аппарата. (Примеры: МФУ фирм  Canon,  Hewlett-Packard  и др.);

сканеры штрихкодов;

—  сетевые (например - HP Network ScanJet 5).

— 3D-сканеры предназначены для оперативного получения изображения трехмерного объекта.

Внешние виды некоторых сканеров показаны на рисунках.

МФУ - принтер факс копир сканер протяжной hp laserjet 3050 All in One

Цветной протяжной документный сканер Fujitsu fi 5110EOX

Сканер протяжный Genius Color Page SF600, 600dpi x, 48-бит., USB (Джениус)

Основные характеристики

Тип

протяжный сканер

Тип оригинала

светоотражающие

Метод сканирования

однопроходное сканирование

Разрешение

оптическое: 600 x 600 точек/дюйм
интерполированное: 1200 x 1200 точек/дюйм

Глубина цвета

цветное изображение: 48-бит.
градации серого: 8-бит.
штрих-код: 1-бит.

http://www.computerra.ru/gid/hard/36912/pa

ge2.html

Планшетный сканер на основе CCD-матрицы работает с оптическим разрешением 2400 dpi и аппаратным 4800 dpi. Устройство поддерживает 48-разрядное представление цвета (как внутреннее, так и внешнее) и имеет заявленный динамический диапазон D3,2. В крышку аппарата встроен слайд-модуль. Подключение к компьютеру осуществляется по скоростному интерфейсу USB 2.0. Модель отличается весьма высокой скоростью работы: сканирование цветного фото формата A4 с разрешением 300 dpi, то есть, с полиграфическим качеством, занимает, по утверждению производителя, всего 15 секунд. Сканер комплектуется программой распознавания FineReader Sprint. Размеры устройства - 275 х 419 х 86 мм, вес - 3 кг, ориентировочная цена - 140 долларов США.

GenaScan - планшетный профессиональный сканер формата A0. Предназначен для сканирования документов большого формата (до 610 x 912 мм) и трехмерных объектов. Он позволяет сканировать с прекрасным качеством, в цвете либо оттенках черного оригиналы размера A0 с высоким оптическим решением в 600 точек на дюйм.

Цветной карманный сканер docupen rc800 это результат настойчивых усилий фирмы Planon в технологии мобильного сканирования. Docupen rc800 -полнофункциональный действительно мобильный цветной ручной сканер, который без использования компьютера сканирует полностраничное изображение формата A4. Пользователь может выбрать разрешающую способность, режим сканирования 24 bit - 16 млн. цветов или 12 bit - 4096 цветов, черно-белое с оттенками серого, или монохромное. Результат сканирования запоминается во внутренней памяти портативного сканера или на съемной карте памяти формата MicroSD.

Размер устройства – 24 см, цена – 350 долларов США.

Светодиодный сканер штрих-кодов Zebex Z-3080 -  надежный и простой в эксплуатации ручной, считывающий штрих-код контактным способом. Имеет малый вес, эргономичный дизайн и малое потребление энергии.

Барабанный сканер SG-8060P Mark II

Особенностью SG-8060P Mark II является высокоточная сканирующая головка. Этот сканер продолжает ряд барабанных сканеров Screen. Максимальная область сканирования 600 x 538 мм, разрешение до12000 dpi и увеличение от 10 до 3000% позволяют получать сканы великолепного, имиджевого качества. DSP (Цифровой сигнальный процессор) обеспечит великолепное качество сканирования при высокой скорости.

Барабанный сканер - сканер, в котором оригинал устанавливается на внешней поверхности вращающегося цилиндра. Основное преимущество этих сканеров перед плоскостными (планшетными) - высокая скорость сканирования и универсальность (сканирование изображений, изготовленных как на прозрачной, так и на непрозрачной основе).

3D-сканер Konica Minolta VI-9i – высокоточная цифровая лазерная сканирующая система, позволяющая быстро создавать цифровую трёхмерную модель объекта, представленную набором точек с пространственными координатами. Преобразование точечных моделей в полигональные или NURBS-объекты осуществляется с помощью программного обеспечения по обработке данных сканирования, например, RapidForm.

В Konica Minolta VI-9i используется триангуляционный метод определения координат. Горизонтальная полоса лазерного излучения отражается от объекта и, попадая в приёмник, фиксируется на ПЗС-матрице, а далее полученная информация конвертируется в трёхмерные координаты. Затем поворот вращающегося зеркала смещает полосу излучения по вертикали, матрица фиксирует новую порцию информации, и так до полного сканирования всего поля зрения прибора. Та же ПЗС-матрица используется для получения цветового изображения объекта.

Лазерный сканер устанавливается на некотором расстоянии от объекта (от 0.5 до 2.5 м), а уже через 4 секунды после запуска процесса сканирования, осуществляемого на компьютере с помощью управляющей программы, трёхмерная картинка появляется на экране Вашего монитора.

Сканеры обычно подвергают тестированию. Тестирующее программное обеспечение формирует испытательную сетку, серую и цветовую шкалы, оценивает разрешение, шум и уровень чёрного, отношение сигнал/шум, скорость сканирования, точность оптического распознавания, отношение ширины изображения к его высоте. Реальная разрешающая способность планшетных сканеров оценивается по результатам измерения MTF (Modulator Transfer Functionфункция передачи модуляции) — по тестовой шкале, имеющей тоновое изображение волновой поверхности с линейно изменяемой пространственной частотой. Основные характеристики сканера:

—  рабочая область/формат, ширинах высота, мм;

— физическое разрешение, ppi (pixel per inch — пикселов на дюйм). Оно характеризует конструктивные возможности сканера;

— интерполяционное разрешение, ppi. Оно превышает как оптическое, так и механическое разрешение. Эта характеристика ответственна лишь за снижение зернистости изображения, а не за увеличение степени его детализации;

— тип изображения (полутоновые сканеры, цветные). Так, в записи 300x600 число 300 ppi — оптическое разрешение (определяется числом фотоприемников считывающей головки сканера. При сканировании одного дюйма изображения по горизонтали получают 300 пикселов), 600 ppi — механическое разрешение (число отсчётов, поделенное на длину пути считывателя. Это разрешение по вертикали);

—  глубина цвета, бит. Показывает число оттенков каждого цветового канала;

—  количество уровней серого (градации яркостей):

— динамический диапазон, характеризующий способность сканера различать на изображении переходы между смежными тонами:

—  скорость сканирования, мс/лин;

—  точность сканирования, в % от механического разрешения либо в лин/мм для широкоформатных роликовых сканеров;

—  интерфейс.

Критерии выбора планшетного сканера

Планшетный сканер, предназначенный для домашнего использования, - это устройство, предназначенное под решение двух основных задач: первая - сканирование текстовых документов с последующим распознаванием, а вторая - оцифровка фотографий и других изображений. Многие модели средней ценовой категории оснащаются слайд-модулем, позволяющим сканировать прозрачные оригиналы; в основном, это позитивная и негативная фотопленка.

Для ввода в компьютер текстовых документов одного только сканера недостаточно: необходима специальная программа распознавания текстов (так называемая OCR-программа (от англ. optical character recognition - "оптическое распознавание символов"), которая способна сохранять полученные данные в текстовый файл того или иного формата. Одной из лучших программ распознавания по праву считается FineReader российской компании ABBYY. Многие сканеры, продающиеся в нашей стране комплектуются "облегченной" версией FineReader Sprint. Впрочем, отдельные производители включают в комплект поставки иностранные программы, которым до возможностей FineReader, мягко говоря, очень далеко.

Вторая задача сложнее. Для хорошей оцифровки цветной фотографии нужны качественная оптика, матрица и механика; кроме того, многое зависит и от драйвера сканера. К счастью, современные драйверы имеют довольно развитый графический пользовательский интерфейс, позволяющий в процессе сканирования исправить отдельные дефекты оригинала, включая сильно заметный растр, недостаточную или излишнюю яркость и даже искажения цветовой гаммы. Многие сканеры комплектуются простейшими графическими редакторами, предназначенными для обработки изображений и, в некоторых случаях, для создания фотоальбомов. Любителям рисования или фотографии придется освоить более мощные пакеты типа Adobe Photoshop или Gimp.

Что касается ценового диапазона, то хороший планшетный сканер формата A4 стоит от 100 до 150 долларов, а модели по цене от 150 до 250 долларов, как правило, способны удовлетворить самых привередливых пользователей. Модели дешевле 100 долларов можно рассматривать лишь как бюджетное решение, т.к. с графикой они работают посредственно.

Технические характеристики сканеров

Планшетный сканер - это плоский агрегат со стеклом, на которое кладется объект, подлежащий сканированию. Существуют два вида планшетных сканеров, которые отличаются типом сканирующего элемента. Наиболее распространенный тип - ПЗС-линейка (ПЗС-прибор с зарядовой связью) или CCD-линейка. Такой элемент состоит из множества датчиков, чувствительных к степени освещенности. Линейка "едет" вдоль сканируемой области и построчно записывает информацию о ее освещенности. Для проецирования изображения с подсвеченного оригинала на CCD-линейку используется специальная оптическая система.

Вторая разновидность планшетных сканеров - модели на основе CIS-линейки (от англ. contact image sensor - "контактный датчик изображения"). В отличие от CCD-сканеров, в CIS-моделях устанавливается линейка светодиодов, ширина которой равна ширине сканируемой области. Тем самым пропадает необходимость в сложной подвижной оптической системе, поэтому такой сканер гораздо тоньше и дешевле, чем CCD-модели.

Как у CCD-, так и у CIS-сканеров есть свои достоинства и недостатки. CCD-сканер требует отдельного электропитания, а CIS-сканер может обходиться питанием через порт USB. CCD-сканеры сравнительно громоздки, а некоторые модели CIS-сканеров не толще обычной книги. Тем не менее, покупать для дома CIS-сканер я бы не рекомендовал, и вот почему. Дело в том, что поскольку в таком сканере фактически отсутствует оптическая система, значение глубины резкости при работе приближается к нулю. Что это означает? К примеру, при сканировании толстой книги буквы в месте сгиба для CIS-сканера будут неразборчивыми, а при сканировании какого-либо трехмерного предмета резкой получится только та его часть, которая непосредственно прижата к стеклу. Неслучайно в самом названии датчика присутствует слово "контактный". С другой стороны, такие аппараты прекрасно справляются со сканированием документов на отдельных листах, а качество цветопередачи, вопреки распространенному мнению, уже не настолько сильно отстает от качества, обеспечиваемого CCD-сканерами. Но недостаточная глубина резкости настолько сужает область применения таких устройств, что CIS-сканер домой покупать не имеет никакого смысла.

Разрешение. В характеристиках типичного бытового сканера среднего класса указано, что он работает с разрешением 2400 х 4800 точек на дюйм (dpi). Что это значит? В данном случае 2400 dpi - это реальное оптическое разрешение по горизонтали, которое позволяют получить установленные в сканере оптика и матрица. 4800 точек (или, точнее, шагов) на дюйм - это так называемое аппаратное или механическое разрешение, которое характеризует точность перемещения линейки с датчиками поперек сканируемой области, то есть по вертикали. Реальное разрешение, естественно, не будет при этом выше 2400 dpi, поскольку оптика и матрица просто не дадут сканеру "разглядеть" больше за счет точной механики. Меньшая из двух указанных в спецификации величин - это именно оптическое разрешение.

Интерполяционное разрешение - вторичный параметр (как и "цифровое увеличение" в фотоаппаратах), поскольку в данном случае "повышенное разрешение" достигается посредством расчета дополнительных точек на основе характеристик их реальных соседок. Разумеется, большей детальности вы при этом не получите, но размер файла вырастет довольно существенно. Реального разрешения в 9600 или даже в 19200 точек на дюйм на бытовом сканере вы не получите никогда, поэтому на цифры такого порядка, указанные на коробке сканера за сто-двести долларов, можно просто не обращать внимания: это как раз и есть пресловутое интерполяционное разрешение.

Сканеры начального уровня имеют оптическое разрешение 600 или 1200 dpi, при этом даже разрешения в 600 dpi достаточно для подавляющего большинства задач, включая сканирование фотографий и даже любительских слайдов. Аппаратное разрешение может варьироваться от 1200 до 4800 dpi на дюйм.

Глубина или разрядность цвета. Этот параметр характеризует максимальное число оттенков цветов, которые способен обрабатывать сканер, то есть он свидетельствует о качестве цветопередачи устройства. В большинстве случаев производители указывают внутренней разрядности, которое относится к возможностям аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) сканера. Подавляющее большинство современных моделей имеет 48-разрядные АЦП, то есть каждый цвет (красный, зеленый и синий) описывается внутри сканера 16-ю битами информации. Впрочем, для непрофессионала 48-битная глубина цвета явно избыточна. Даже массовые графические редакторы, как правило, неспособны работать с 48-битным цветом. Практически единственное исключение - это Adobe Photoshop, да и то он считается массовым (по понятным причинам) только в России. Но даже в этом программном пакете для выполнения подавляющего большинства операций редактирования приходится прибегать к 24-битному цвету (так называемый True Color), а такую разрядность на выходе гарантирует любой современный планшетный сканер. Поддержка высокой разрядности цвета ценна тем, что она в ряде случаев позволяет на уровне драйвера скорректировать изображение.

Динамический диапазон. Динамический диапазон (или оптическая плотность) говорит о том, насколько хорошо сканер способен воспроизводить плавные цветовые переходы, а также насколько хорошо устройство "различает" самые светлые и самые темные фрагменты оригинала. Динамический диапазон у планшетных сканеров весьма скромный, поэтому его значение, как правило, не указывают, а если и указывают, то сильно завышают. У моделей среднего класса он колеблется в границах от D1.8 до D3.0. Именно поэтому планшетники плохо справляются со сканированием прозрачных оригиналов и, в особенности, негативных фотопленок, которые имеют повышенную оптическую плотность. Специализированные слайд-сканеры имеют динамический диапазон, как правило, в пределах от D3.2 до D3.6, при этом максимальное теоретическое значение оптической плотности - D4.0.

Скорость сканирования. Скорость работы бытовых сканеров не слишком высока, особенно при сканировании цветных фотографий с большим разрешением: этот процесс может растянуться минут на пять. Быстро такие аппараты работают только при оцифровке текстовых документов.

Интерфейс. Если в старых моделях часто использовались медленный параллельный (принтерный) порт и быстрый SCSI, то современные модели оснащаются, как минимум, интерфейсом USB 1.1, а все новинки - скоростным USB 2.0. Еще один перспективный интерфейс - IEEE 1394 (он же FireWire, он же iLink), который уже давно присутствует на всех компьютерах компании Apple, а также на всех машинах со звуковыми картами Creative семейств Audigy и Audigy 2. Собственно говоря, выбирать здесь особенно нечего, поскольку практически все сканеры среднего класса оснащены интерфейсом USB.

Сервисные удобства. Главное, на что следует обратить внимание, - сможет ли крышка сканера закрыть не только тонкие оригиналы, но и толстые книги или журналы. Если этой возможности нет, то вам придется прижимать такие предметы к стеклу чем-нибудь тяжелым, а это не только неудобно, но и чревато повреждением стекла. Многие современные модели снабжены кнопками, которые позволяют получить быстрый доступ к некоторым функциям драйвера (например, сканировать в файл, сканировать и отправить на принтер или послать по электронной почте и т.п.), однако даже их полное отсутствие, как показывает практика, не слишком влияет на удобство пользования сканером.

Слайд-адаптер. Некоторые сканеры комплектуются слайд-адаптером, предназначенным для сканирования слайдов и негативных фотопленок. Однако, как мы говорили выше, из-за недостаточного динамического диапазона массовых планшетников результаты получаются посредственного качества. Поэтому, если вам требуется перевести в цифровую форму свой аналоговый фотоархив, лучше приобрести слайд-сканер или обратиться в специализированную цифровую фотолабораторию, которых появляется все больше.

Технические характеристики планшетных сканеров в ценовом диапазоне от 100 до 150 долларов отличаются незначительно, поэтому при выборе можно смело исходить из собственных эстетических предпочтений, благо все модели имеют различный дизайн, но почти одинаковые возможности.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44147. Разработка визуальной системы обучения основам алгоритмизации и программирования курсантов высших военных учебных заведений 2.9 MB
  Целью изучения учебной дисциплины «Информатика и программирование» является приобретение курсантами базовых знаний и практических навыков, позволяющих эффективно применять средства автоматизации управления внутренними войсками для решения служебно-боевых задач в сфере военно-профессиональной деятельности по специальности
44148. Исследование физической подготовленности легкоатлетов групп начальной подготовки 254.5 KB
  Средства и методы обучения и тренировки легкоатлетов Структура и содержание спортивной тренировки на этапе начальной подготовки Оценить динамику физической подготовленности занимающихся в секции легкой атлетики в годичном цикле тренировки. Систематичность последовательность и постепенность лежат в основе планирования спортивной тренировки в легкой атлетике и осуществляются в недельном месячном годичном тренировочных циклах предполагая систематическое последовательное но постепенное повышение тренировочных нагрузок...
44149. Направления повышения экономической безопасности предприятия ООО «Дорожно-строительное предприятие» 648.5 KB
  Теоретико-методические положения обеспечения экономической безопасности предприятия. Сущность экономических подходов к повышению уровня безопасности предприятия. Методические положения по определению уровня экономической безопасности предприятия и факторов на нее влияющих. Методы повышения экономической безопасности предприятия.
44150. Реклама вентиляционных систем стандартные и нестандартные решения (на примере компании «Формик») 1.51 MB
  Большинство современных рынков подразделяют на множество сегментов. Многие товары и услуги имеют узкую нишу и ограниченный круг потребителей, охватить который с помощью традиционной рекламы сложно и затратно. Все равно, что бить из пушки по воробьям.
44151. Аграрная политика государства в условиях рынка 695.5 KB
  В связи с этим появились суждения о том что система колхозов способствовала развалу сельского хозяйства и лишь с ликвидацией такой системы наступит всеобщее благоденствие. Поэтому налицо отчуждение работника сельского хозяйства от земли спад интереса к сельскохозяйственному труду многие деревни опустели. Трудности развития сельского хозяйства и других отраслей АПК как показывают реформы с каждым годом только увеличиваются. Учитывая данные обстоятельства решение проблемы продовольственной безопасности страны должно представлять собой...
44152. Техническое обслуживание и ремонт электропривода ЭПЦ-1000 Д12УХЛ 340.1 KB
  Предназначен для управления рабочими органами запорной арматуры технологических и магистральных трубопроводов на объектах МН: линейной части нефтепровода, НПС (ЛПДС), нефтебаз, пунктов слива-налива, резервуарных парков, морских терминалов, а также регулирующих органов в системах автоматического регулирования давления на НПС (ЛПДС) и линейной части, трубопроводной запорной арматуры систем пожаротушения, водоснабжения и канализации, водяного охлаждения, клапанов систем автоматики отопления и вентиляции
44153. РАЗРАБОТКА МАРКЕТИНГОВОГО ПЛАНА УЧАСТИЯ В ВЫСТАВКЕ (НА ПРИМЕРЕ ООО «СЦ «СЭР», Г. ЛЕНИНСК-КУЗНЕЦКИЙ) 1.2 MB
  Целью работы является разработка плана участия в выставке для совершенствования деятельности предприятия на примере ООО Сервисный Центр СибЭнергоРесурс. Четвертая глава направлена на разработку маркетингового плана участия в выставке для ООО Сервисный Центр СибЭнергоРесурс.3 Разработка маркетингового плана участия в выставке.
44154. Инфаркт миокарда. Реанимационный этап лечения 675.5 KB
  Каждая миокардиальная клетка состоит из миофибрилл, которые состоят из длинных цепей индивидуальных саркомеров — основных сократительных единиц клетки. Каждый саркомер состоит из нитевидных структур — перекрывающихся филаментов, образованных сократительными белками — актином и миозином.
44155. Исследование проблем и разработка основных направлений совершенствования системы развития логистики запасов в ООО «Новые окна» 393 KB
  Теоретико-методологические основы логистики запасов Понятие сущность и виды материальных запасов . Необходимость существования запасов Анализ уровня развития логистики запасов в ООО Новые окна.