Возможности сканирующей системы

      True Color CCD является стандартом на  данный момент и в мире уже  никто не выпускает трехпроходные  сканеры. Однопроходные сканеры  используют одну из двух подсистем  для получения данных о цвете  изображения: некоторые используют  ПЗС со специальным покрытием,  которое фильтрует цвет по  составляющим, другие используют  призму для разделения цветов.

      1.4 Рулонные сканеры

      Рулонные  сканеры представляют собой монохромные  устройства, предназначенные главным  образом для ввода документов в машину, с помощью 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. 

      1.5 Проекционные сканеры

      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. Комбинированный сканер обеспечивает работу в двух режимах: протягивания листов (сканирование оригиналов форматом от визитной карточки до21,6 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.

2. Описание процесса сканирования

 

Чтобы сканировать документ, сканер использует световые и светочувствительные элементы:

Лампа излучает свет, чтобы осветить документ.

Свет  отражается от документа и фиксируется  светочувствительными элементами.

Светочувствительные элементы превращают полученный свет в электрическое напряжение.

Это напряжение аналогового сигнала преобразуется  в цифровые сигналы (0 и 1), которые могут быть поняты компьютером.

Поскольку отраженный свет изменяется со свойствами документа полученное напряжение точно  описывает документ. Например, свет отражённый красным пятном на документе  отличается от света отражённого  синим пятном.

     2.1 Механизм сканера

Сегодня многочисленные типы сканеров, типа карманных  сканеров, сканеров с протяжкой листов, планшетных сканеров, сканеров фотографий, устройства барабанного типа или  даже трёхмерные сканеры широко представлены на рынке. Однако, планшетные сканеры  наиболее популярные и повседневно  используемые, поэтому в этой статье сосредоточимся на планшетном механизме  сканера. 

Планшетный  механизм CCD сканера состоит из следующих  частей: 

 
 
 
 

 
 
 

     2.2 Процесс сканирования 

В анимированом процессе сканирования(см. изображение  ниже) можно наблюдать как сканирующая  головка двигается поперёк документа, постепенно переводя оригинал документа  в цифровой формат. 

 

Вы можете видеть как лампа излучает свет, который освещает документ, а затем  отражается и направляется посредством  зеркал к линзе и через неё  и светофильтры на светочувствительный  элемент. Светочувствительный элемент  превращает свет в электрическое  напряжение, которое преобразуется  в цифровой сигнал посредством AD преобразователя. Полученные цифровые сигналы передаются на компьютер.

Сканирующаяся головка перемещается вдоль документа  сканируя линию за линией. После  каждой линии полученная информация передаётся на компьютер. 

     2.3 Принцип работы CCD (светочувствительный элемент)

 

     Светочувствительный элемент - это главный компонент  сканера, поскольку он превращает отражённый свет в читаемую компьютером информацию.

     CCD это аббревиатура от Charge Coupled Device(полупроводниковая  светочувствительная матрица).

     Светочувствительный элемент состоит из нескольких крошечных  светочувствительных диодов, названных  фотоячейками(photosites), размещенными в  ряд. Фотоячейки могут переводить фотоны(свет) в электроны(электрический заряд). Электрический заряд начинает накапливаться  в случае попадания света на фотоячейку, и затем переносится электрическое  напряжение. Чем более яркий свет, который поражает каждую фотоячейку, тем больше электрический заряд, который накапливается на этой фотоячейке, и выше напряжение, переданное этой фотоячейкой. 

     

 

     Изображение состоит из многочисленных элементов  изображения(пикселей). Каждая фотоячейка фиксирует один пиксель в линии. Как только первая линия со сканирована, мотор каретки перемещает светочувствительный  элемент к следующей линии.

     2.4 Принцип работы AD преобразователя

 

     AD преобразователь конвертирует значения  напряжения аналогового сигнала,  переданное фотоячейками, в цифровые  сигналы, которые могут быть  поняты компьютером.

     Цифровые  сигналы описывают документ менее  точно чем значения напряжения аналогового  сигнала. Это связано с тем, что  аналоговые средние величины, которые  устанавливают каждый отдельный  уровень яркости, могут быть превращены в удельное значение напряжения аналогового  сигнала, однако компьютеры понимают только два цифровых значения: 0 (выкл.) и 1 (вкл.). Поэтому, для того чтоб представить  более чем два аналоговых значения, используются комбинации из этих двух цифровых значений.

     Например, если цифровой сигнал составлен из 4 цифр, 16 значений напряжения аналогового  сигнала могут быть представлены цифровым сигналом как 2(4) =16 /два в  четвёртой степени/. В этом случае возможны следующие комбинации: 0000, 0001, 0010, 0100, 1000, 0011, 0101, 1001, 0110, 1010, 1100, 0111, 1011, 1101, 1110, 1111. Эти цифры называют битами. На следующем рисунке представлена схема 4-х битового сигнала, который  не может полностью представить  весь диапазон значений напряжений, поскольку 16 сигналов недостаточно, чтобы представить  хотя бы приближённую характеристику каждого значения напряжения.

       

     Как мы можем видеть в примере выше, 4 битовых сигнала только в состоянии  представить 16 различных значений. Эти средние величины могут установить только 16 уровней яркости в пикселе, которых явно недостаточно для отображения  со сканированного изображения в  среднем качестве. Поэтому, для представления  хорошей градации яркости, обычно используются 8 битовые сигналы. Так 2(8)=256 /два в  восьмой степени/, устанавливает 256 уровней яркости, которые могут  быть представлены в пикселе. 8 битов  также называют 1 байтом.

     2.5 Процесс распознавания сканером цвета

 

Для распознавания  и представления цветов сканер использует систему цветов RGB(red, green, blue), которая  основана на трёх цветах: красный, зелёный  и синий. Другие цвета получаются путём смешения этих трёх в различных  пропорциях. Если красный, зелёный и  синий цвета смешаны в равном соотношении, получается белый цвет. 

 

Поскольку все цвета системы RGB составлены из красного , зелёного и синего цветов, они могут быть со сканированы  отдельно и воссоединены позже. Это  делается посредством светофильтров. Сканер оборудован одним фильтром для  красного цвета, одним фильтром для  зелёного и одним для синего. Отраженный свет проходит через соответствующий  фильтр и попадает на светочувствительный  элемент. Фотоячейка получает заряд  напряжения, которое затем, с помощью AD преобразователя, конвертируется в цифровой сигнал. После того как докумет со сканирован, 3 цветных изображения воссоединяются, чтобы корректно отобразить оригинал.

Возвращаясь к уровням яркости цветного изображения: если AD преобразователь использует 8 битовых сигналов, чтобы представить  уровень яркости каждого цвета, то получается 2(8) = 256 оттенков красного цвета, 2(8) = 256 оттенков зелёного и 2(8) = 256 оттенков синего, которые могут быть представлены в пикселе. Комбинируя эти цвета можно получить 2(24) = 16.7 миллионов цветов в целом, которые  могут быть представлены в пикселе.

     2.6 Технические данные

 

1) Разрешающая  способность 

Разрешающая способность говорит нам сколько  пикселей или точек на дюйм может  быть зафиксировано и обозначено в ppi (пиксели на дюйм) или dpi (точки  на дюйм). Чем больше пикселей или  точек зафиксированы, тем выше детализация  в со сканированном изображении. Разрешающая способность 300 x 300 dpi соответствует 90 000 точкам в сумме на участке  в один квадратный дюйм.

 

Оптическая  разрешающая способность

Оптическая  разрешающая способность зависит  от количества фотоячеек на светочувствительном  элементе (горизонтальная оптическая разрешающая способность) и от размера  шага мотора каретки, который перемещает светочувствительный элемент поперек  документа (вертикальная оптическая разрешающая  способность).

     2.7 Интерполированная разрешающая способность

Принимая  во внимание, что оптическая разрешающая  способность может быть достигнута техническими средствами, интерполированная  разрешающая способность достигнута программным обеспечением сканера. Посредством алгоритмов программное  обеспечение создает дополнительные(виртуальные) пиксели между реальными пикселями, зафиксированными светочувствительным  элементом, таким образом достигается  максимально возможная разрешающая  способность. Эти дополнительные пиксели - это усреднённое значение цвета, и яркости полученное из смежных  пикселей. Поскольку эти дополнительные пиксели реально не отражают сканируемый  документ, они менее точны и  не расширяют качество изображения. Поэтому по критерию качества картинки для сканера оптическое значение разрешающей способности более  важно. 

Иногда, однако, интерполяция важна когда  горизонтальная оптическая разрешающая  способность, которая зависит от количества фотоячеек на светочувствительном  элементе, ограничена. Например, если бы сканер работал с оптической разрешающей  способностью 300 x 600 точек на дюйм, со сканированное изображение было бы деформировано, поскольку горизонтальная оптическая разрешающая способность ниже чем вертикальная оптическая разрешающая способность. В этом случае оптическая разрешающая способность должна быть интерполирована, чтобы достигнуть 600 x 600 точек на дюйм.