Сканер

 Сканер

Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компью- тер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, фо- тографий или другой графической информации. В настоящее время из- вестно два основных типа сканеров – ручной (hand-held) и настольный (desktop). Для того чтобы ввести в компьютер какой-либо документ с по- мощью этого устройства, надо без резких движений провести сканирую- щей головкой по соответствующему изображению. Ширина вводимого изображения для ручных сканеров не превышает обычно 4 дюймов (около 10 см), а длина, очевидно, ограничивается только используемым программным обеспечением. В некоторых моделях ручных сканеров, в угоду повышения разрешающей способности, уменьшают ширину вво- димого изображения. Современные ручные сканеры могут обеспечивать автоматическую склейку вводимого изображения, т.е. формируют целое изображение из отдельно вводимых его частей.

Настольные сканеры называют и страничными, и планшетными, и даже автосканерами. Такие сканеры позволяют обычно вводить изобра-

жения размерами 8,5х11 или 8,5х14 дюймов. Существует три разновид- ности настольных сканеров: flatbed, sheet-fed и overhead.

Flatbed-сканеры – обычно достаточно дорогие устройства, но, пожа- луй, и наиболее «способные». Внешне они чем-то могут напоминать ко- пировальные машины – ксероксы. Для сканирования изображения необ- ходимо открыть крышку сканера, положить сканируемый лист на стек- лянную пластину изображением вниз, после чего закрыть крышку. Все дальнейшее управление процессом сканирования осуществляется с клавиатуры компьютера – при работе с одной из специальных программ, поставляемых вместе с таким сканером. Понятно, что рассмотренная конструкция сканера позволяет (подобно ксероксу) сканировать не толь- ко отдельные листы, но и страницы журнала или книги.

Работа sheet-fed-сканеров чем-то напоминает работу обыкновенной факс-машины. Отдельные листы документов протягиваются через такое устройство, при этом и осуществляется их сканирование. Понятно, ко- нечно, что в этом случае копирование страниц книг и журналов просто невозможно. Рассматриваемые сканеры достаточно широко использу- ются в областях, связанных с оптическим распознаванием символов (Optical Character Recognition, OCR). Для удобства работы shcet-red- сканеры обычно оснащаются устройствам и для автоматической подачи страниц.

Третья разновидность настольных сканеров – overhead сканеры, ко- торые больше всего напоминают несколько своеобразный overhead- проектор. Вводимый документ кладется на поверхность сканера изо- бражением вверх, блок сканирования находится при этом также сверху.

Первые модели черно-белых сканеров могли работать только в двухуровневом (bilevel) режиме, воспринимая или черный, или белый цвет. Таким образом, сканироваться могли только либо штриховые ри- сунки (например, чертежи), либо двухтоновые изображения. Хотя эти сканеры и не могли работать с действительными оттенками серого цве- та, выход для сканирования полутоновых изображений такими сканера- ми был найден. Псевдополутоновой режим (dithering) работы такого ска- нера имитирует оттенки серого цвета, группируя несколько точек вводи- мого изображения в так называемые gray-scale-пиксели. Такие пиксели могут иметь размеры 2х2 (4 точки), 3х3 (9 точек) или 4х4 (16 точек) и т.д. Отношение количества черных точек к белым и определяет уровень се- рого цвета. Например, gray-scale-пиксель размером 4х4 позволяет вос- производить 16 уровней серого (включая и полностью белый цвет). Не следует, правда, забывать, что разрешающая способность сканера при использовании gray-scale-пикселей снижается (в последнем случае в 4 раза).

Полутоновые сканеры используют максимальную разрешающую способность, как правило, только в двухуровневом режиме. Обычно та- кие сканеры поддерживают 16, 64 или 256 оттенков серого цвета для

4-, 6- или 8-разрядного кода, который ставится при этом в соответствие каждой точке изображения. Разрешающая способность сканера измеря- ется количеством различаемых точек на дюйм изображения – dpi (dot per inch). Если в первых моделях сканеров разрешающая способность была обычно 200-300 dpi, то в современных моделях это, как правило, 400, а то и 800 dpi. Обычно разрешение сканера может устанавливаться программным путем в процессе работы из ряда значений 75, 100, 150, 200, 300 и 400 dpi.

Надо сказать, что, благодаря операции интерполяции, выполняемой обычно программно, современные сканеры могут иметь разрешение 800 и даже 1600 dpi. В результате интерполяции на получаемом при скани- ровании изображении сглаживаются кривые линии и исчезают неровно- сти диагональных линий. Для тех, кто не помнит, поясним. Интерполя- ция позволяет отыскивать значения промежуточных величин по уже известным значениям. Например, в результате сканирования один из пикселей имеет значение уровня серого цвета 48, а соседний с ним – 76. Использование простейшей линейной интерполяции позволяет сделать предположение о том, что значение уровня серого цвета для промежу- точного пикселя могло бы быть равно 62 [(48+76)/2]. Если вставить все оценочные значения пикселей в файл отсканированного изображения, то разрешающая способность сканера как бы удвоится, т.е. вместо обычных 400 dpi станет равной 800 dpi.

В настоящее время существует несколько технологий для получе- ния цветных сканируемых изображений. Поясним принцип работы цвет- ного сканера в общем. Сканируемое изображение освещается уже не белым светом, а через вращающийся RGB-светофильтр. Для каждого из основных цветов (красного, зеленого и синего) последовательность опе- раций практически не отличается от последовательности операций при сканировании черно-белого изображения. Исключение составляет, по- жалуй, только этап предварительной обработки и гамма коррекции цве- тов, перед тем как информация передается в компьютер. Понятно, что этот этап является общим для всех цветных сканеров.

В результате трех проходов сканирования получается файл, содер- жащий образ изображения в трех основных цветах – RGB (образ компо- зитного сигнала). Если используется 8-разрядный АЦП, который под- держивает 256 оттенков одного цвета, то каждой точке изображения ставится в соответствие один из 16,7 миллиона возможных цветов (24 разряда).

Надо отметить, что наиболее существенным недостатком описанно- го выше метода является увеличение времени сканирования в три раза. Проблему может представлять также «выравнивание» пикселей при ка- ждом из трех проходов, так как в противном случае возможно размыва- ние оттенков и «смазывание» цветов.

В сканерах известных японских фирм Epson и Sharp, как правило, вместо одного источника света используются три – для каждого цвета отдельно. Это позволяет сканировать изображение всего за один проход и исключает неправильное «выравнивание» пикселей. Сложности этого метода заключаются обычно в подборе источников света со стабильны- ми характеристиками.

Другая японская фирма Seiko Instruments разработала цветной flatbed-сканер SpectraPoint, в котором элементы ПЗС были заменены фототранзисторами. На ширине 8,5 дюймов размещено 10 200 фото- транзисторов, которые расположены в три колонки, по 3400 в каждой. Три цветных фильтра (RGB) расположены так, что каждая колонка фо- тотранзисторов воспринимает только один основной цвет. Высокая плотность интегральных фототранзисторов позволяет достигать хоро- шей разрешающей способности – 400 dpi – без использования редуци- рующей линзы. Применение такой технологии делает сканер SpectraPoint, пожалуй, самым быстрым из всех существующих.

Как правило, образы изображений в компьютере хранятся в графи- ческих файлах формата TIFF (Tagged Image File Format) или в файлах не менее популярного формата PCX. Надо иметь в виду, что при скани- ровании изображений файлы получаются достаточно громоздкими. Так, при   вводе   полутонового   черно-белого   изображения    размером 8х10 дюймов с 256 оттенками серого цвета и при разрешающей способ- ности 400 dpi будет создан файл размером более 12 Мбайт. Уменьше- ние объема хранимой информации осуществляется обычно «сжатием» таких графических файлов специальными программами-архиваторами (RAR) или в специальных графических форматах (JPG).