Системы ввода графической информации 1.5.1. Сканеры

Сканер предназначен для преобразования оригиналов текстовых и графичес­ких документов в цифровые данные в целях их использования на компьютер­ных рабочих станциях. Сканер производит растровое изображение, или bitmap-данные, — набор точек, не имеющих между собой никаких формальных связей.

Основные типы сканеров.

Настольные планшетные сканеры. Это наиболее недорогой и доступный тип сканеров, принцип действия которых основан на пошаговом передвижении каретки с линзовым механизмом под поверхностью освещенного оригинала и последовательном сканировании изображения. Оптическое разрешение тако­го рода устройств лежит в диапазоне от 600 х 300 dpi до 1 000 х 2 000 dpi. Глубина цвета —8—12 bit. Диапазон оптических плотностей — от 2,8 D до 3,3 D. Ско­рость сканирования, не включая время на настройку специфических парамет­ров, — от 30-ти секунд до 2-х минут на оригинал. К достоинствам планшетных сканеров стоит отнести, помимо цены, простоту использования. Область при­менения — газетная и журнальная продукция, не требующая высокого каче­ства изображения.

Слайд-сканеры относятся к более дорогому классу и позволяют получать изображения отличного качества. Этот тип устройств предоставляет пользова­телю возможность сканировать оригиналы только в проходящем свете. Их уст­ройство напоминает принцип действия планшетного сканера, но при этом имеет ряд отличий. За счет применения более дорогостоящих компонентов и прецизи­онной механики улучшены характеристики. Разрешение в диапазоне от 1 000 dpi до 5 000 dpi, диапазон оптических плотностей — от 3,4 D до 3,8 D. Формат слайд-сканеров — от 35 мм до 128 х 128 мм. Несомненным достоинством этого класса сканеров является относительная ценовая доступность при отличных характе­ристиках и простоте использования. Области применения слайд-сканеров са­мые разные — от высококачественной рекламной продукции до журналов и га­зет. Как правило, их использование не предполагает большого потока оригиналов, вследствие ограниченной производительности.

Технологии произволе

Барабанные сканеры — самые дорогостоящие устройства, обеспечивающие максимальные возможности. Принцип сканирования у них отличается от планшет­ных и слайд-сканеров. Барабанные сканеры состоят из прозрачного цилиндра «ба­рабана», на который с помощью специализированной клейкой ленты монтируют­ся оригиналы. Барабан приводится во вращение и последовательно движется вдоль считывающей головки. За определенный момент времени считывается лишь одна точка. Очень большой динамический диапазон — от 3,8 D до 4,2 D, достигается за счет того, что источник света узконаправленный, а в качестве считывающего эле­мента используется фотоумножитель. Диапазон разрешений — от 4 000 dpi до 11 000 dpi и даже 20 000 dpi. Для профессиональных барабанных сканеров поставляет­ся специализированное программное обеспечение, которое позволяет производить дополнительные операции: цветоделение, пакетное сканирование, селективную цветокоррекцию. При очевидных преимуществах использование сканеров этого класса возможно при наличии специализированных помещений, освещения, мик­роклимата и высококвалифицированного персонала.

Характеристики сканеров.

Сканеры обладают рядом технических характеристик, каждая из которых является очень важным элементом процесса получения высококачественного изображения:

• разрешающая способность;

• число передаваемых цветов;

• диапазон оптических плотностей;

• точность фокусировки или резкость;

• «интеллектуальность» сканера.

Оптическое или физическое разрешение. Этот параметр показывает на ка­кое количество элементов (точек) аппаратура позволяет разбить изображение оригинала. Как правило, указывается в точках на дюйм. Например, выражение 600 х 300 dpi означает, что каждый квадратный дюйм изображений разбит на 600 точек по горизонтали и на 300 точек по вертикали. Оптическое разрешение оп­ределяет «количество» графической информации, которая может быть подверг­нута дальнейшей обработке.

Существует также такое понятие, как «интерполяционное разрешение», т.е. разрешение, достигаемое с помощью математических алгоритмов аппроксима­ции (внутри сканера или драйвера для сканирования). Надо заметить, что, не­смотря на заверения о запатентованности этих алгоритмов, любая программа фотообработки или ретуши предлагает на выбор не менее пяти способов интер­полировать изображение. Но ни один из этих способов не дает реального выиг­рыша в качестве. Увеличив таким образом изображение, можно в лучшем случае получить возможность «размазать» картинку.

Глубина цвета. Каждая точка сканированного изображения содержит ин­формацию о «цвете». Глубина цвета отражает разрядность аналого-цифрового

преобразователя. Другими словами, эта характеристика показывает, насколько точно передается каждая цветовая составляющая.

В недорогих планшетных сканерах разрядность преобразователя — 8 раз­рядов. Это значит, что по каждой цветовой компоненте (как правило, это R, G, В) можно видеть 256 градаций. В современных профессиональных сканерах глуби­на цвета может быть 42 разряда по каждой компоненте.

Диапазон оптических плотностей. Оптическая плотность оригинала — это десятичный логарифм отношения количества света, падающего на оригинал, к количеству света, отраженного от оригинала или прошедшего через него. Любой сканер может производить сканирование в определенном диапазоне плотностей оригиналов. Это значит, что всегда есть предел, за которым аппаратура переста­ет «отличать» детали изображения вследствие того, что оригинал слишком тем­ный или контрастный (рис. 1.5).

Чем больше диапазон оптических плотностей, тем более плотные оригина­лы можно использовать, и тем более правильное представление о цветах, тенях и деталях изображения на плотных участках можно достигнуть. Например, диапа­зон оптических плотностей на хорошем слайде может превышать 3,8 единицы плотности. Если сканер воспринимает меньший диапазон оптических плотнос­тей, то уже на этапе сканирования мы сильно теряем в качестве, лишаясь распоз­навания деталей в тенях и светах.

Рис. 1.5. Характеристики сканеров с высокими (слева) и низкими (справа) значениями диапазона оптических плотностей

Величина диапазона оптических плотностей сканера зависит от качества считывающего элемента. В качестве считывающих элементов используются ПЗС — приборы с зарядовой связью (Charge Coupled Device, CCD), для кото­рых при серийном производстве трудно обеспечить лучшие характеристики. Для более высоких значений диапазона оптических плотностей применяются более дорогие специализированные ПЗС (CCD), либо фотодиоды, либо фото-

Технологии произволе

умножители. Особенность сканеров на фотоумножителях в том, что фотоум­ножитель реализуется как точечный светочувствительный элемент и, следо­вательно, требует двухкоординатной развертки. Поэтому такие сканеры изго­товляются барабанными.

Точность фокусировки — один из важнейших параметров сканеров, по­зволяющий обеспечить необходимую резкость изображения. В планшетных сканерах используется механическая развертка, состоящая из движущихся линз и зеркал, приводимых в движение латунными тросиками либо резиновым рем­нем. Поскольку ход луча от оригинала до светочувствительного элемента до­вольно большой (30-60 мм), то мельчайшие дрожания или вибрации зеркал при­водят к уже заметному глазом размазыванию изображения. При сканировании оригиналов малого размера (слайдов) с большим разрешением этот эффект более значителен.

Цветовые искажения. Сканер способен передавать полную цветовую гам­му. Но если его светофильтры (или нечто их заменяющее) недостаточно точ­но отделяют цвета друг от друга, то состав цветов отсканированного изобра­жения не будет соответствовать оригиналу. На передачу цвета влияют чувствительность считывающих элементов (неоднородная во всем цветовом диапазоне) и цветовые характеристики источника света (он не может быть абсолютно белым)

«Интеллектуальность» сканера может определяться множеством различ­ных сервисов. Например, некоторые сканеры могут выполнять многие операции автоматически, используя встроенные механизмы самокалибровки. Многие мо­дели сканеров способны анализировать оригинал и устанавливать соответствие между собственным диапазоном оптических плотностей и диапазоном оптичес­ких плотностей оригинала.

Дополнительные характеристики. Имеется ряд дополнительных возмож­ностей, которые необходимо учитывать при выборе сканера, — это использова­ние прозрачных и непрозрачных оригиналов, скорость сканирования, произво­дительность работы, наличие специализированной программы для проведения пакетного сканирования, устранение «растра» при сканировании растрирован-ных оригиналов, автоматическая фокусировка.

Дигитайзеры

Дигитайзер или, как его еще называют, графический планшет — это устрой­ство, главное назначение которого — оцифровка изображений. Он состоит из двух частей: основания и курсора, перемещаемого по рабочей поверхности основания. При нажатии на кнопку курсора его положение на поверхности планшета фиксируется и координаты передаются в компьютер. Одним из при-

менении дигитайзера является его использование в качестве инструмента ху­дожников при создании на компьютере рисунков и набросков. Художник во­дит пером по планшету, но изображение появляется не на бумаге, а в графи­ческом файле.

Принцип действия дигитайзера основан на фиксации местоположения кур­сора с помощью встроенной в планшет сетки. Сетка состоит из проволочных или печатных проводников с довольно большим расстоянием между соседними про­водниками (от 3 до 6 мм). Механизм регистрации позволяет получить шаг считы­вания информации, намного превышающий шаг сетки (до 100 линий на 1 мм). Шаг считывания информации называется разрешением дигитайзера.

По применяемой технологии различают электростатические (ЭС) и элект­ромагнитные (ЭМ) дигитайзеры. В дигитайзерах первого типа регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под курсором, в то вре­мя как в устройствах второго типа курсор излучает электромагнитные волны, а сетка служит приемником. Имеется технология на основе электромагнитного резонанса, когда сетка излучает, а курсор отражает сигнал. Но в обоих вариан­тах ЭМ-планшетов приемником является сетка.

Независимо от принципа регистрации существует погрешность опреде­ления координат курсора, именуемая точностью дигитайзера. Эта величина зависит от типа дигитайзера, конструкции и качества его составляющих и т.д. Точность существующих дигитайзеров колеблется от 0,13 мм до 0,75 мм. Точ­ность электромагнитных дигитайзеров в среднем выше точности электроста­тических.

Для работы с программами иллюстрированной графики в качестве устрой­ства указания применяется перо. Перья производятся с одной, двумя и тремя кнопками. Существуют простые перья и перья, воспринимающие усилие, с кото­рым наконечник пера прижимается к поверхности планшета. Такие перья могут иметь до 256 градаций нажима. От степени нажима зависят толщина линии, цвет в палитре, оттенок цвета. В результате можно моделировать на компьютере про­цесс рисования масляными красками, темперой или акварелью на специально подобранной фактуре. Для реализации таких возможностей необходимо иметь специальное программное обеспечение. Обычно это стандартные пакеты для работы с графикой.

Цифровые камеры

Цифровые камеры обеспечивают ввод изображения непосредственно на компьютер, другими словами, это фотоаппарат, подключаемый к компью­теру. Отличительная черта цифровых камер — совмещение в одном аппа­рате систем фотографической оптики и компьютерной графики, что позво-

Технологии произволе

ляет проецировать «картинку» сразу на экран компьютера, обходясь без до­рогостоящих химических растворов и связанных с ними производственных издержек. С момента съемки до проявления изображения проходит всего несколько секунд.

Устройство цифровых камер и обычного фотоаппарата основано на од­них и тех же принципах: объектив фокусирует поступающий снаружи свет; диафрагма регулирует количество этого света; затвор контролирует продол­жительность отрезка времени, в течение которого свет поступает через диаф­рагму; фоточувствительная плоскость «рисует» изображение. Но на этом сход­ство между фото- и цифровыми камерами заканчивается. Разница заключается прежде всего в том, что в цифровой камере используется совершенно иная светочувствительная плоскость. В обыкновенном фотоаппарате такая плос­кость — фотопленка, в цифровой камере — это приборы с зарядовой связью CCD (Charge Coupled Device). Точно такие же приборы присутствуют в видео­камерах и компьютерных сканерах.

Обычная фотопленка представляет собой несколько химических слоев: вне­шних защитных и внутренних эмульсионных, состоящих из желатина, покрыто­го светочувствительными кристаллами. Цветная пленка содержит три эмульси­онных слоя, каждый из которых «чувствует» один из основных цветов, и трех «красящих» слоев, которые, собственно, и придают эмульсии определенные цве­та. На эмульсионном слое и формируется картинка.

Прибор с зарядовой связью (CCD) — это многослойный силиконовый «пи­рог». В одном слое решетка из электродов разделяет поверхность на несколько клеток. Каждый электрод соединен с проводами, которые несут определенный электрический заряд. Слой цветного фильтра служит для того, чтобы «опреде­лять», какой конкретный цвет должен отразиться на клетке. Сама же картинка рисуется на слое силиконовой подушки.

Реакция на свет CCD — не химического, а электромагнитного свойства. Частицы света, проникая через CCD, освобождают электроны силиконовой подушки. Заряд электродов притягивает освобожденные электроны, соби­рая их в специальных пространствах, называемых фотоотделениями. Чем мощнее световой поток, тем большее количество электронов скапливается в фотоотделениях. Устройство удвоенного заряда переводит «захваченные» электроны один за другим в особое конвертирующее энергию устройство, которое присваивает каждому фотоотделению свой цифровой код, своеоб­разную цифровую ценность, соответствующую количеству электронов в каждом отделении. Таким образом картинка записывается на магнитный диск и сохраняется в его памяти. Количество электронов в каждом фотоот­делении в конечном счете и создает изображение, «оттеняет» одни фраг­менты снимка и «освещает» другие.

Библиотеки образов

Библиотеки образов (см. табл. 1.1) обычно содержат в цифровом формате фо­тографии, векторные изображения, различные графические эффекты, тексту­ры, заливки, фоны, кисти, SD-объекты и т.п. Как правило, такие библиотеки по­ставляются на CD-дисках.

Таблица 1.1