История В 1857 году флорентийский аббат Джованни Казелли (Giovanni Caselli) изобрёл 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 (Arthur Korn) 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 фотоприёмник. Эта технология до сих пор применяется в барабанных сканерах. В дальнейшем, с развитием полупроводников, усовершенствовался фотоприёмник, был изобретен планшетный способ сканирования, но сам принцип оцифровки изображения остаётся почти неизменным.
Упрощенная схема сканера
Устройство и функционирование сканеров Сканер – устройство, конвертирующее видимое изображение в поток бинарных сигналов, т. е. осуществляющее преобразование оптических аналоговых данных в электрические цифровые. Изображение помещается перед кареткой, которая состоит из источника освещения и массива датчиков. Интенсивность света, отраженного или прошедшего сквозь изображение и собранного датчиком, преобразуется в напряжение, пропорциональное световой интенсивности. Чтобы сохранить изображение сканеры используют специальный конвертер «аналог-код» (аналоговый оптический сигнал – электрический цифровой код). Датчики сканеров Датчик изображения обычно реализуется по одной из трех технологий: 1. фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) – технология, унаследованная от барабанных сканеров 2. прибор с зарядовой связью (ПЗС) – датчик типичный для настольных сканеров 3. контактный сенсор изображения (КСИ) – более новая технология, которая позволяет создавать сканеры более компактных размеров.
1. Технология фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) ФЭУ – технология датчиков высокопроизводительных цветных барабанных сканеров, которые используются для подготовки матриц цветной полиграфии. Оригинал изображения закрепляется на цилиндрическом барабане, который вращается с большой скоростью. Каретка с датчиками и осветителями перемещается вдоль барабана. Подбирая скорость движения каретки, радиус барабана и оптическую силу линз регулируют размер и разрешение изображения. ФЭУ имеют 2 источника освещения – для сканирования в отраженном свете и для прозрачных оригиналов. Свет подсветки расщепляется на 3 луча (красный, синий, зеленый), попадает на трубку фотоумножителя, где световая энергия преобразуется в электрический сигнал. «-» дорогостоящие, медленные, тяжелы в обслуживании «+» высокая светочувствительность, хорошая передача полутонов, менее восприимчивы к ошибкам в преломлении или фокусировке света, низкий уровень шума Применяются в специализированной цветной полиграфии.
2. Прибор с зарядовой связью (ПЗС) Данная технология лежит в основе настольных сканеров. Ранее использовалась в таких устройствах, как телефаксы и цифровые камеры. ПЗС – электронное устройство, которое конвертирует свет в электрический заряд. Датчик настольного сканера имеет массив из тысяч элементов ПЗС, размещенных на подвижной каретке. Отраженный свет лампы сканера, проходит светофильтры, и через систему зеркал и линз направляется на ПЗС конвертирует уровень отраженного света в аналоговое напряжение, которое затем превращается в дискретные цифровые значения конвертером АЦП (аналого–цифровой преобразователь) Цветные сканеры: Головка цветного сканера содержит флуоресцентную трубку с тремя ПЗС, снабженными цветными фильтрами. 3. Контактный сенсор (КС) Сканеры этой системы используют красные, синие и зеленые светодиоды в сочетании с линейкой датчиков ПЗС. В результате получен сканер, который меньше, легче, дешевле и экономичнее, чем традиционное устройство на основе ПЗС.
Показатели эффективности сканера 1. Механизм датчика: ФЭУ, ПЗС, КС 2. Разрешающая способность – возможность сканера выявить все подробности изображения - описывает точность устройства и обычно измеряется в точках на дюйм (в среднем 600*1200 тнд). Для цветной полиграфии разрешение сканера должно быть в 1, 5 раза выше наборных устройств (печать 133 строк/дюйм, сканер 200 тнд). Для печати на струйном принтере (600 тнд) сканер должен иметь разрешение минимум 1200 тнд. Для вывода на монитор используются те же условия. Стандартный монитор обычно имеет разрешение 96 точек на дюйм. Обычно размер выводимого на мониторе образа (особенно для WEB) меньше, чем сканируемого. Поэтому для отображения на мониторе с разрешением 96 точек на дюйм достаточно отсканировать изображение с разрешением в 2 раза меньше.
Соотношение сканируемого и выводимого изображения описывается формулой: SR=(DR*DW)/OW где SR – разрешение сканера, DR – разрешение монитора, DW – ширина, с которой изображение будет отражено на мониторе OW – ширина сканируемого изображения Не смотря на то, что в спецификациях сканеров могут указываться разрешающие способности 2400, 4800 и 9600, на самом деле они не способны к разрешению такого уровня. Фактическое самое высокое разрешение сканера 600*1200 тнд. Любые более высокие показатели основаны на интерполяции – программном или аппаратном вычислении промежуточных значений сигнала и их вставке между реальными данными.
3. Разрядная (битовая, цветовая) глубина Количество информации, содержащееся в 1 пикселе выходного образа. Самый простой черно-белый сканер (на 1 бит) использует для представления каждого пикселя 1 и 0. Чтобы воспроизвести полутона между черным и белым, сканер должен иметь хотя бы 4 бита для 16 полутонов (16=24) на каждый пиксель. Современные цветные сканеры имеют разрядную глубину 36 бит (68 719 476 736=236) 4. Динамический диапазон Измеряется по шкале от 0, 0 (абсолютно белый) до 4, 0 (абсолютно черный) – число по шкале говорит о том, сколько оттенков сканер может различить. Большинство сканеров имеет диапазон 2, 4 5. Режимы сканирования. Методы представления изображения: 1. штриховая графика – черно(1)-белая(0) информация. Требуется только 1 бит данных, что бы сохранить каждую точку изображения. Используется для сканирования чертежей или текста 2. полутоновое изображение – изображение в оттенках серого, до 255 оттенков (эквивалент черно-белой фотографии) 3. цветное (полноцветное) изображение
Сканеры для работы с документами Для работы с документами в основном используются черно-белые и полутоновые сканеры. Это обусловлено тем, что законодательно подтвержденным типом делового документа стал текстовый документ, отпечатанный на монохромном принтере, с рукописным заполнением темными чернилами и эпизодически включающими печати, рисунки, схемы, графики или черно-белые фотографии. По характеру использования в деловом технологическом процессе сканеры подразделяют на: • Персональные - ручные или страничные • Настольные офисные модели среднего класса • Производственные скоростные Технические параметры сканеров для деловой документации отличаются от параметров сканеров для широкого потребителя. Например, монохромные сканеры с разрешением 300 тнд, поставляемые без программного обеспечения, могут стоить намного дороже, чем цветной сканер с разрешением 4800 тнд, укомплектованного 4 видами ПО. Природа парадокса кроется в таких основных для сканера документах качества, как производительность, надежность, удобства специфичные для технологических применений.
Характеристики сканеров: 1. Скорость (ввода). Измеряется в числе изображений в минуту. Стандарт: формат документа - А 4, ориентация – портретная, разрешение 200 тнд, режим сканирования черно - белый. 2. Разрешение. Стандарт 200 тнд. Данное разрешение позволяет • Сканировать с оптимальной скоростью • Сканировать документы без визуализированных потерь • Избежать лишних затрат на хранение фалов (объем памяти необходимый для хранения файла) 3. Требования к сканируемому материалу. 4. Дополнительные возможности и вспомогательные устройства. • Светофильтры или цветные лампы для подавления цветного фона сканируемых объектов • Встраиваемые платы обработки изображения, которые могут усилить контрастность, выправляют перекосы сканируемых изображений, очистку изображений от фона или случайных загрязнений. • Отдельные лотки автоподачи и приема для документов разного размера и толщины • Педальные устройства управления сканером, освобождающие руки оператора • Импринтеры – узлы для простановки на документе индивидуального учетного штампа до или после сканирования • Считыватели штрих - кодов и т. д.
Конструкции сканеров. По областям применения: • Персональные • Производственные (в том числе: барабанные, фотосканеры, сканеры слайдов и негативов) По технической реализации: • Ручные • Планшетные (страничный, настольный) • Проекционные Персональные сканеры Личные или офисные сканеры, позволяющие делать копии документов не покидая своего рабочего места. 1. Ручной сканер, основанный на ПЗС – самый дешевый. Экономия на механизме перемещения ПЗС линейки, в качестве такого механизма выступает сам пользователь. Ширина вводимого изображения не более 10 см. Выпускаются моторизированные ручные сканеры, способные сами перемещаться по поверхности сканируемого документа. Применяются для сканирования книг и прошитых документов. 2. Страничный сканер – применяются для сканирования одиночных страниц. Скорость 3 -10 страниц в минуту, компактны, имеют параллельный или последовательный интерфейс.
3. Настольный сканер – офисные сканеры. Интерфейс SCSI или скоростной видеоинтерфейс. Разрешение от 100 -800 тнд. Скорость до 64 стр. /мин. Используются для сканирования нераброшюрованных документов, книжных страниц, документов нестандартного размера или полиграфического исполнения. Полноцветный ввод до 16, 7 млн цветов 4. Проекционный сканер - практически цифровой фотоаппарат, только очень медленный. Документ сканируется построчно. В считывающих датчиках сканера также используется ПЗС Производственные сканеры К ним предъявляются повышенные требования в части надежности, безотказности на самых ответственных участках высокопроизводительных технологических процессов ввода информации, использовании различной толщины бумаги, удобству управления устройством. Стандартное разрешение 300 тнд. Быстродействие до 400 стр. /мин.
Для увеличения быстродействия сканирования применяется специальная скоростная система транспорта бумаги. 1. роликовый транспорт (подобен телефаксу) – лист проходит между двумя резиновыми роликами. «+» простота и низкая стоимость «-» ролики не подстроены к толщине бумаги, истираются, со временем захватывают по 2 листа. 2. ременный транспорт – лист протягивается между двумя системами нескользких резиновых ремней. «+» можно настроить сканер на разный тип бумаги. «-» большое число ремней в конструкции, неравномерный их износ, повреждения (скрепками, например) 3. ротационный транспорт «+» не склонны к замятию бумаги, допускают настройку на толщину бумаги, неприхотливость в работе, возврат бумаги на стол оператора «-» повышенное число документов, отсканированных с перекосом 4. вакуумный транспорт «+» терпим к качеству бумаги, надрывам документов, сгибам, скрепкам. Применяется при сканировании большого кол-ва документов. «-» высокая цена устройства, складирование отсканированного материала с другой стороны сканера (с обратной стороны стола оператора)
Для увеличения быстродействия сканирования применяется специальные узлы подачи бумаги: • Ручная подача практически не используется. • Автоматическая подача подразделяется на верхнюю и нижнюю «+» недружественно настроены к вариациям ширины листа «-» легко переносят совместное сканирование длинных и коротких документов 1. Верхняя подача: «+» давление пачки не влияет на подачу, можно уложит в устройство подачи большее кол-во документов. «-» склонность к перекосу неровно уложенных листов 2. Нижняя подача: «+» перекосы документов очень редки, автоматическое постепенное пополнение сканируемых документов «-» т. к. печать начинается с нижнего листа, то слой документов осложняет подачу листов, возможен захват 2 -х листов.
3 D-сканер — устройство, анализирующее физический объект и на основе полученных данных создающее его 3 D-модель. 3 D-сканеры делятся на два типа по методу сканирования: • Контактный, такой метод основывается на непосредственном контакте сканера с исследуемым объектом. • Бесконтактный Неконтактные устройства в свою очередь можно разделить на две отдельные категории: - Активные сканеры - Пассивные сканеры Активные сканеры излучают на объект некоторые направленные волны (чаще всего свет, луч лазера) и обнаруживают его отражение для анализа. Возможные типы используемого излучения включают свет, ультразвук или рентгеновские лучи. Пассивные сканеры не излучают ничего на объект, а вместо этого полагаются на обнаружение отраженного окружающего излучения. Большинство сканеров такого типа обнаруживает видимый свет — легкодоступное окружающее излучение. Полученные методом сканирования 3 D-модели в дальнейшем могут быть обработаны средствами САПР и, в дальнейшем, могут использоваться для разработки технологии изготовления и инженерных расчётов. Для вывода 3 D-моделей могут использоваться такие средства, как 3 D-монитор и 3 D-принтер.
Сканерные интерфейсы Для соединения сканера с компьютером используются: • Параллельный порт Связь через LPT порт проста и не требует добавочного оборудования, но не рассчитана на высокие скорости передачи данных. • Шина SCSI Более универсальны SCSI сканеры (обеспечивают более быструю передачу данных). Если в компьютере отсутствует контроллер SCSI, поставщики сканера включают в комплект поставки интерфейсные платы SCSI, которые подключаются к компьютеру в разъем ISA, а не PCI • Сетевой интерфейс - Используется для увеличения скорости передачи данных • Шина USB – Используется для увеличения скорости передачи данных • Между сканером и компьютером передаются данных 2 -х типов: сканированные изображения (видеоданные) и управляющие команды. Многие скоростные сканеры используют для передачи видеоданных специальный параллельный протокол, а для управления пользуются последовательным. Этот интерфейс получил название Serial/Video и поддерживается специальными интерфейсными контроллерами.
Драйвер сканера – интерфейс с графической оболочкой и различными возможностями настройки, кроме того он управляет сканером на низком «аппаратном уровне» . Изготовители сканеров создали специальный стандарт TWAIN (Toolkit Without An interesting Name), команды обращения к драйверу и формат передачи данных, который обеспечивает взаимодействие сканеров практически с любым прикладным ПО. Основные производители сканеров • Fujitsu • Bell+Howell • Kodak • Banc. Tec • Photomatrix • Ricon • Scan-Optics • Vision. Shape
Скачать презентацию История В 1857 году флорентийский аббат Джованни Казелли
Сканеры.ppt