Пристрій
введення
Вступ
Пристроями
вводу є ті пристрої, за допомогою яких можна ввести інформацію в комп'ютер.
Головне їхнє призначення - реалізовувати вплив на машину. Різноманітність
випускаються пристроїв вводу породили цілі технології від відчутних до
голосових. Хоча вони працюють по різноманітних принципах, але призначаються для
реалізації однієї задачі - дозволити людині зв'язатися з комп'ютером.
Пристрої введення графічної інформації знаходять широке поширення
завдяки компактності і наочності способу представлення інформації для
людини. За ступенем автоматизації пошуку і виділення елементів зображення
пристрої введення графічної інформації поділяються на два великих класи: автоматичні
і напівавтоматичні. У напівавтоматичних пристроях уведення графічної
інформації функції пошуку і виділення елементів зображення покладаються на
людини, а перетворення координат прочитуються точок виконується
автоматично. У напівавтоматичних пристроях процес пошуку і виділення елементів
зображення здійснюється без участі людини. Ці пристрої будуються або
за принципом сканування всього зображення з подальшою його обробкою та
перекладом з растрової форми подання у векторну, або за принципом
стеження за лінією, що забезпечує зчитування графічної інформації,
представленої у вигляді графіків, діаграм, контурних зображень. Основними галузями
застосування пристроїв введення графічної інформації є системи
автоматизованого проектування, обробки зображень, навчання, управління
процесами, мультиплікації та багато інших. До цих пристроїв відносяться
сканери, що кодують планшети (дигітайзери), світлове перо, сенсорні екрани,
цифрові фотоапарати, відеокамери, клавіатура комп'ютера, маніпулятор
"миша" та інші.
Сканер
Сканер
відноситься до автоматичних пристроїв введення графічної інформації. Існують
кілька типів сканерів, що розрізняються за способом переміщення зчитує
механізму (його головки) і оригіналу щодо один одного: ручний, рулонний,
планшетний, проекційний і барабанний.
Ручний сканер --
найпростіший тип сканера. Тут роль приводу зчитує механізму виконує
рука людини, і за характером роботи цей тип сканерів чимось нагадує мишу.
Очевидно що, наскільки рівномірно користувач переміщує сканер, залежить
ступінь перекручування що передається в комп'ютер зображення. До основних
переваг цього типу сканерів відносяться невеликі габаритні розміри і порівняно
низька ціна, а недоліки випливають з принципу конструкції. За допомогою таких
сканерів неможливо ввести зображення формату А4 за один прохід, оскільки
голівки, що зчитує має малі габарити (стандартна ширина - 105 мм).
Сучасні ручні сканери можуть забезпечувати автоматичну
"склеювання" зображення, тобто формують ціле зображення з
окремо вводяться його частин. Загалом добитися високої якості зображення з
їх допомогою дуже важко, тому ручні сканери можна використовувати для
обмеженого кола завдань. Крім того, вони абсолютно позбавлені
"інтелектуальності", властивій інших типах сканерів.
У рулонних
сканерів скануюча головка стоїть на місці, а папір переміщається щодо
неї за допомогою протяжливого механізму (як у матричному принтері). Основне
гідність - при порівняно невисокій ціні сканера - можливість введення
документів формату А4. Однак відсканувати книгу вдасться, лише попередньо
розділивши її на окремі аркуші.
Цього
недоліку позбавлені планшетні (найбільш поширений тип) сканери, у яких
скануюча голівка переміщається щодо папера за допомогою крокової
двигуна. Спочатку використовувалися для сканування непрозорих
оригіналів. Майже всі моделі мають знімну кришку, що дозволяє сканувати
"товсті" оригінали (журнали, книги). Додатково деякі моделі
можуть оснащуватися механізмом подачі окремих листів. Останнім часом багато
фірм-лідерів у виробництві планшетних сканерів стали додатково пропонувати
слайд-модуль (для сканування прозорих оригіналів). Слайд-модуль має свій
розташований зверху джерело світла. Такий слайд-модуль встановлюється на
планшетний сканер замість простої кришки і перетворює його на універсальний.
У проекційних
сканерів зчитувальні частина переміщається за допомогою мікромеханізма. Зовнішній вигляд
їх нагадує фотозбільшувач. Деякі з цих сканерів не використовують
спеціального джерела світла, їм достатньо природного освітлення. Хоча
проекційні сканери забезпечують сканування з високою роздільною здатністю і
якістю слайдів невеликого формату (як правило, розміром не більше 4 на 5
дюймів), документів, книг, додаючи здатність вводити в комп'ютер проекції
тривимірних предметів, вони володіють істотним недоліком - низькою швидкістю
сканування. Існують дві модифікації: з горизонтальним і вертикальним
розташуванням оптичної осі зчитування.
Основне
відміну барабанних сканерів полягає в тому, що оригінал закріплюється на
прозорому барабані, що обертається з великою швидкістю. Елемента, що зчитує
розташовується максимально близько до оригіналу. Дана конструкція забезпечує
найбільшу якість сканування. Зазвичай в барабанні сканери встановлюють три
фотопомножувач, і сканування здійснюється за один прохід.
"Молодші" моделі у деяких фірм з метою здешевлення використовують
замість фотопомножувач фотодіод в якості елемента, що зчитує. Барабанні
сканери здатні сканувати непрозорі та прозорі одночасно.
Типів
оригіналів буває всього два: прозорі (негативні і позитивні слайди),
які сканують у світлі, що проходить, і непрозорі, скановані у відбитому
світлі. Непрозорі оригінали являють собою або аналогові зображення --
фотографії, або дискретні - ілюстрації з друкованих видань.
Зчитування зображення
Незважаючи на
велике різноманіття, практично всі вони грунтуються на єдиному принципі
зчитування даних. Развертка зображення по осі Y здійснюється чисто механічно,
по осі X картинка зчитується багатоелементних фотоприймальні лінійками з використанням
протяжного освітлювача і об'єктива: графічне зображення рівномірно
висвітлюється і відбитий світловий потік потрапляє на фотоприймальні лінійку,
що представляє собою рецепторні поле. Кожен фотоприймач формує на виході
електричний сигнал, пропорційний до прийнятого світлового потоку то
відповідного елемента зображення. Виходи елементів лінійки послідовно
опитуються. Електричний сигнал з його виходу за допомогою АЦП перетвориться в
двійковий код (для многоградаціонних графічних зображень); цей код
спільно з номером фотоприймача представляє опис графічного елемента,
він передається в ЕОМ. Число фотоприймачів в лінійці становить від 2000 і вище.
Крім стандартних рішень з лінійкою останнім часом стали застосовуватися
комбіновані датчики протяжного типу. Кожен елемент цього датчика представляє
собою поєднання фотоприймача, освітлювача і елементарного оптичного перетворювача.
Механізми зчитування зображення базуються або на фотопомножувач, або на ПЗЗ.
Фотопомножувач найпростіше порівняти з радіолампи-фотосенсором, у якої є
пластини катода і анода і яка конвертує світло в електричний сигнал.
Зчитує інформацію подається на фотопомножувач крапка за крапкою з допомогою
світять променя. ПЗС - відносно дешевий напівпровідниковий елемент
досить малого розміру. ПЗС так само як і помножувач конвертує світлову
енергію в електричний сигнал. Набір елементарних ПЗС-елементів мають у своєму розпорядженні
послідовно в лінію, отримуючи лінійку для зчитування відразу цілого рядка,
природно і висвітлюється ціла рядок оригіналу. Кольорове зображення такими
сканерами зчитується за три проходу (за допомогою RGB-світлофільтру). Багато
сканери мають три паралельні лінійки ПЗС, тоді сканування кольорових
оригіналів здійснюється за один прохід, тому що кожна лінійка зчитує один
з трьох базових кольорів. Потенційно ПЗЗ-сканери більш ніж бистродейственни
барабанні сканери на фотопомножувач.
Типи оброблюваних
зображень
За даним
критерієм сканери поділяються на чорно-білі, "сірі" та кольорові.
Чорно-білі сканери призначені для введення малюнків, тексту, креслень і
дозволяють вводити зображення в єдиному режимі - 1 bpp (біт на піксель,
bits per pixel). Значення цього біта (1 або 0) визначає чорну або білу
крапку. "Сірі" сканери містять аналого-цифровий перетворювач
(АЦП) і дозволяють вводити зображення в режимі кілька біт на точку.
Кількість градацій сірого для таких сканерів одно 2n, де n - число bpp. Для
bpp = 8 є 2 ^ 8 = 256 градацій сірого, для bpp = 6 - 2 ^ 6 = 64 градацій. Вже стали
надбанням історії сканери, які не мали АЦП і для отримання числа bpp
більше 1 були змушені необхідну кількість разів проходити одну й ту ж
рядок. Однак треба відрізняти "сірі" сканери від емулює сіре.
Останні підтримують напівтоновий режим. При цьому режимі число bpp не змінюється
і дорівнює 1, а "сірість" досягається за рахунок механізму dithering
(розмивання), що забезпечує користувачу можливість отримувати
"сіру" картинку, скануючи зображення в чорно-білому режимі (з числом
bpp 1). Градації сірого емулюються за допомогою щільності чорних крапок (тобто
різної кількості чорних крапок на одиницю площі зображення). Відбувається це
наступним чином: всі зображення розбивається на ділянки певного розміру
(2 * 2, 4 * 4, 8 * 8), звані dither pattern (розмивати шаблон). Для кожної
точки ділянки існує своє значення порога, що відділяє чорне від білого.
Тому сусідні точки, що відрізняються один від одного за ступенем відбиття світла,
можуть в результаті виявитися однаковими, в той час як при простому
чорно-білому скануванні вони були б різними. Розмір ділянки визначає число
градацій сірого, що здатний емулювати сканер. Dither pattern бувають
декількох різновидів: "fine" (точний), "coarse"
(грубий), "bayer" та інші. Для ручних сканерів є можливість
вибору з трьох або чотирьох, а вигляд pattern заздалегідь визначений. На відміну від
них планшетні сканери надають можливість більш широкого вибору, а також
визначення власних pattern. У кольорових сканерів число bpp зазвичай дорівнює 24,
тобто по 8 біт на точку для кожного з кольорів (RGB). Відповідно число
сприймаються квітів - 16777216. Кольорові сканери можуть працювати і в
"сірому", і в чорно-білому режимі.
Якість зображення
Сканери
розрізняються за багатьма параметрами - технології зчитування зображення, типу механізму
і деяким іншим. Розглянемо більш детально параметри скануючого
пристрої, що впливають на якість зображення. До таких параметрів відносяться
роздільна здатність, число переданих півтонів або квітів, діапазон
оптичної щільності, інтелектуальність сканера, колірні перекручування, точність
фокусування (різкість). Роздільна здатність
При
скануванні оригінал розбивається на окремі частини однакового розміру --
пікселі. У процесі сканування кожному пікселю призначається свою адресу.
Кожному пікселю по кожному адресою присвоюється цифрове значення,
із рівнем сірого півтони, зареєстрованого прочитуючим
елементом; це називається оцифровуванням. Оцифровка штрихових оригіналів
відносно проста. У процесі сканування піксель може бути або білим,
або чорним. Однак і тут може бути втрата інформації. Наприклад, піксель
містить 50% білого і 50% чорного, тоді потрібно вибір чогось одного. Це
призводить до одержання ефекту "зуби пилки".
На практиці для
високоякісного сканування штрихових оригіналів достатньо мати роздільну
здатність 1200 крапок на дюйм. Крім оптичної роздільної здатності
існує ще "математична" або програмна роздільна
здатність (інтерпольованим). Збільшення роздільної здатності досягається
наступним чином: спеціальна програма при скануванні оригіналу аналізує
значення двох сусідніх пікселів і математично знаходить проміжне значення,
тобто вводить ще один піксель зі значенням, отриманим математичним шляхом.
Все це було б добре, але не завжди це дає додаткові переваги при
скануванні. Давайте уявимо собі оригінал з дуже різким переходу тони
або, що ще наочніше, оригінал у вигляді ілюстрації з журналу, який вже не
є аналоговим зображенням. У цьому випадку математичне інтерполяція
може не співпасти з реальною картиною. Для того, щоб отримати якісне
віддруковане зображення, роздільна здатність при скануванні повинна бути
в два рази більше линеатура растра при друку. Введемо в це визначення
коефіцієнт збільшення зображення, який майже завжди присутній, і
отримаємо формулу, щоб отримати значення роздільної здатності, необхідно
линеатура растру друку помножити на коефіцієнт збільшення і помножити на два.
Існує багато сканерів з високою оптичною роздільною здатністю. Ось
найбільш часто зустрічаються значення: 1200, 2400, 4000, 5000, 6400 і навіть
більше точок на дюйм. Дозвіл більше 2400 точок на дюйм важко досяжною
сканерами з ПЗЗ, або воно можна досягти тільки на дуже обмеженій площі,
наприклад, не більше 40 * 60 мм.
Число переданих півтонів
або кольори
Наступним
якісним параметром є глибина точки, яка і визначає число
переданих півтонів. Глибина точки - це кількість біт, які сканер
може призначити при оцифрування пікселя. Сканер з глибиною точки 1 біт може
реєструвати тільки два рівні білий і чорний, сканер з глибиною точки 8 біт
може реєструвати 256 рівнів, 12 біт - 4096 рівнів. Існують сканери з
глибиною 13, 14 і 16 біт на точку. Щодо сканерів з ПЗЗ слід сказати,
що глибина точки більш 13 біт важко досяжна, оскільки стає дуже
важко відрізнити рівень сигналу від рівня перешкод. Так сканер з глибиною точки
13-14 біт може дозволити відтворити більш 1мрлд. колірних відтінків.
Діапазон оптичних
щільності
Один з
найважливіших параметрів сканера - це діапазон оптичної щільності,
сприймаються ім. Діапазон оптичної щільності, що є логарифмічної
похідної, вимірюється у відносних одиницях від нуля і до якогось
значення, яке зазвичай наводиться в технічних характеристиках. Глибина
точки і динамічний діапазон пов'язані між собою. Глибина точки показує
фізичну можливість сприймати великий діапазон оптичної щільності, а
дійсний діапазон сканера ще залежить і від чутливості зчитує
пристрою, і від електроніки, і від механіки, що застосовується в сканері. Чи не
прозорі оригінали мають діапазон щільності, де максимальне значення не
перевищує 2.4-2.5, у той час як слайди можуть мати максимальне значення
динамічної щільності 4.0. Не багато знайдеться сканерів, які б сприймали
динамічні щільності від 3.2 і вище. Планшетні ПЗЗ-сканери середнього класу
мають значення динамічної щільності в діапазоні 2.8-3.0, у ПЗЗ-сканерів більше
високого класу це значення досягає 3.6, і тільки барабанні сканери на
фотопомножувач мають динамічну щільність 4.0.
Інтелектуальність сканера
Під
інтелектуальністю зазвичай мається на увазі здатність сканера за допомогою закладених
в ньому апаратних і поставляються з ним програмних засобів автоматично
налаштовуватися і мінімізувати втрати якості. Найбільше цінуються сканери,
володіють здатністю автокалібровки, тобто настроювання на динамічний
діапазон щільності оригіналу, а також компенсації колірних спотворень.
Припустимо, потрібно відсканувати слайд, що має максимальну оптичну щільність
4.0, сканером, що сприймає оптичний діапазон щільності до 3.2.
"Інтелектуальний" сканер спочатку робить попереднє сканування
для аналізу й одержання діаграми оптичної щільності. Зазвичай така діаграма
виглядає приблизно так, як показано на малюнку. Після аналізу діаграми
сканер робить свою автокалібровки з метою зрушення свого динамічного
діапазону сприйняття оптичної щільності.
Кольорові перекручування сканерів
Кожен сканер
володіє своїми власними недоліками при воспрятіі квітів і загальних недоліків,
притаманними даної моделі. Загальні недоліки обумовлені технічними
можливостями і механічними характеристиками моделі. Власний недолік
сканера обумовлений індивідуальною особливістю що висвітлює оригінал джерела
світла і елемента, що зчитує. Всі продавані сканери проходять заводське
калібрування. Однак, якщо сканер має функцію автокалібровки, то це велика перевага
перед сканером, позбавленим такої функції. Автокалібровки сканера дозволяє
скорегувати колірні перекручування і збільшити число розпізнаваних колірних
відтінків. Оскільки джерело світла має властивість змінювати свої характеристики
з часом, як, втім, і зчитує елемент, наявність автокалібровки
здобуває першорядне значення, якщо постійно працювати з кольоровими
напівтоновими зображеннями. Практично всі сучасні моделі сканерів
мають таку функцію.
Точність фокусування
На
заводі-виробнику проводять настройку фокусування сканера, тим не менш ще
однією ознакою інтелектуальності сканера є його здатність автоматичної
настройки фокусу (різкості). Потреба в цьому виникає тому, що товщина
оригіналу може бути різна і повинна враховуватися. Крім того сам оригінал
може бути не дуже різким. Погана різкість відсканованого зображення звичайно
призводить до плачевних результатів, особливо, якщо сканується невеликий
оригінал, зображення якого буде потім збільшуватися при друку.
Апаратний інтерфейс
Інтерфейс з адаптером
Більшість
ручних сканерів працюють через власну плату адаптера, що вставляються в 8-бітовий
або 16-розрядний слот розширення материнської плати. При цьому обмін даними іде
через канал прямого доступу DMA з використанням переривання, що виникає після
зчитування черговий рядка. Практично на всіх платах адаптерів існує
можливість вибору банку використовуваних адрес (установкою перемикача в
відповідне положення). На багатьох платах вибирається також номер
використовуваного каналу DMA та номер використовуваного апаратного переривання.
Завдяки цьому можна уникнути конфлікту з іншими зовнішніми пристроями, вже
використовують DMA, IRQ або порти, встановлені за замовчуванням. Наявність
апаратного переривання притаманне не всім сканерів, так в деяких ранніх моделях
дана можливість була відсутня. Це створювало складнощі як для систем OCR,
так і для інших програмних продуктів, що підтримують в процесі сканування
динамічну запис одержуваної інформації на жорсткий диск. Всі сучасні
моделі ручних сканерів підтримують апаратне переривання, що виникає при
зчитуванні рядка. Для інших типів сканерів дана проблема не актуальна,
так як вони вміють зупинятися після зчитування одного рядка. Багато моделей
рулонних сканерів і планшетних сканерів також працюють через плату адаптера.
Інтерфейс SCSI
З появою
SCSI виробники сканерів стали випускати пристрої, що підтримують цей інтерфейс.
У комп'ютері може бути тільки одна плата контролера SCSI, пристрої до неї
приєднуються по ланцюжку. З одного платою контролера SCSI можна з'єднати до 7
пристроїв. Крім того, SCSI не орієнтований на певну апаратну
платформу (тобто працює на IBM PC, Macintosh, Sun та інших машинах). Нові
моделі flatbed-сканерів практично завжди підтримують SCSI.
Послідовний інтерфейс
(RS232)
Продовжують
використовуватися сканери, у яких поряд з можливістю обміну даними через
канал DMA існує альтернативний спосіб зв'язку - через послідовний порт.
Але існують сканери, що забезпечують тільки цей спосіб зв'язку. Для роботи з
такими сканерами не потрібна плата адаптера, але їх великим недоліком є
низька швидкість сканування, зумовлена природою даного методу зв'язку.
Паралельний інтерфейс
Останнім
часом з'являється все більше моделей сканерів, що використовують для обміну даними
стандартний паралельний порт принтера. Швидкість сканування у даних моделей
значно вище, ніж через послідовний інтерфейс, але нижче, ніж через
канал DMA.
Класифікація задач, що вирішуються
за допомогою сканерів
1. Офісне
діловодство, офісне видавництво. До цієї групи належать, як правило,
планшетні і портативної-сторінкові сканери. Монополістом в цій області
є Hewlett-Packard.
2. Домашнє
застосування. Тут пріоритет за ручними і портативної-сторінковими сканерами. До даної
групи можна віднести і використання сканерів у відрядженнях, поїздках,
бібліотеках і т.д., підключається до notebook'у через паралельний порт.
3.
Професійне видавництво. Використовуються планшетні і спеціальні
(барабанні в тому числі) сканери фірм Agfa, Umax, Epson, Microtek та ін
4.
Документообіг. У цій області застосовуються, головним чином, планшетні і
швидкісні сканери фірм Fujitsu, Unisys, Hewlett-Packard, Primax.
5. Потокового
введення в архіви. Використовуються, як правило, швидкісні сканери фірм
Kodak, Unisys, Fujitsu, Hewlett-Packard, Bell + Howell.
Проектування.
До цієї групи відносяться сканери (проекційні, рулонні сканери), які застосовуються
конструюванні, медицині, військових потребах.
Планшет
Планшет - це
напівавтоматичне пристрій введення графічної інформації з вільно пересувається
покажчиком координат. Планшет являє собою деяку обмежену
площину, яка повністю відповідає за конфігурацією робочому полю екрану, але
конструктивно з ним не пов'язану. Коли оператор "пише" на
поверхні планшета, положення що стикається з ним контакту перетвориться в
абсолютне значення координат формату екрана. Кращі зразки планшетів
забезпечують перетворення положення пише пристрою в координату з
похибкою 0,1%. Використання планшетів виключає необхідність наявності
що рухається курсору на екрані, тому що зображення може відтворюватися
безпосередньо в процесі малювання.
Одним з
найбільш простих з точки зору використовуваних фізичних принципів планшетів
аналогового типу є акустичні, засновані на вимірюванні часу розповсюдження
звукової хвилі в твердому площинний звукопроводе. Так як швидкість
поширення акустичних коливань у твердих тілах постійна, виміряний
час відповідає координаті (щодо нерухомого випромінювача) точки, в
якій розташований приймач. Цей спосіб використаний в кодує планшеті,
схема якого показана на малюнку.
Функцію
звукопровода тут виконує скляний планшет П, до взаємно перпендикулярним
торцях якого приклеєні два п'єзоелектричних випромінювача Піх і піу.
П'єзоелектричний приймач ПП виготовлений у вигляді тригранного стрижня з
загостреним наконечником, перетин якого є рівностороннім
трикутником. До кожної грані стрижня приклеєні ідентичні п'єзоелементи. Для
збудження акустичних коливань у звукопроводе використовується генератор
періодичних прямокутних імпульсів Г, що має два незалежних виходу Uх і
Uу, до яких підключені відповідно випромінювачі Піх і піу. Схема
формувача координатної мітки ФКМ складається з трьох однакових підсилювачів, до
виходу яких підключені п'єзоелементи приймача. Вихідні напруги
підсилювачів підсумовуються, що дозволяє зробити сигнали мітки не залежними від
повтору і нахилу приймача відносно площини планшета. Час проходження
акустичних хвиль від випромінювачів до приймача вимірюється схемами формування координатних
прямокутних імпульсів ФКІх і ФКІу, що містять тригери, що встановлюються в
положення "1" передніми фронтами імпульсів генератора і скидаються
в положення "0" імпульсом координатної позначки. На виході схеми
управління планшетом використаний звичайний перетворювач тривалості імпульсу
в код. Коли приймач притиснутий до поверхні планшета, ФКІх і ФКІу генерують
періодичні імпульси, тривалість яких TХ і tу пропорційні вимірюваним
координатах. Щоб не виникла інтерференція взаємно перпендикулярних хвиль,
порушуваних в планшеті, імпульси Uх і Uу зрушені на час, достатню для
повного загасання однієї хвилі. У ряді магнітострикційних пристроїв
використовуються магнітострикційні властивості матеріалу, з якого виготовлено
робоче поле планшета. При порушенні ультразвукової хвилі всередині
попередньо намагніченого магнітострикційні матеріалу в місці
проходження фронту хвилі намагніченість змінюється. Ця зміна
напруженості магнітного поля вловлюється котушкою індуктивності,
розташованої в покажчику координат, і перетвориться в електричний сигнал,
свідчить про те, що фронт ультразвукової хвилі знаходиться під котушкою.
Визначення координат в цих пристроях проводиться так само, як і в
акустичних, - шляхом вимірювання часу поширення фронту ультразвукової
хвилі від краю планшета до покажчика координат. Точнісні характеристики
розглянутих пристроїв відносно невисокі внаслідок сильної залежності
швидкості поширення хвилі від зовнішніх факторів, зокрема від температури,
тиску, вологості, неізотропності структури матеріалу звукопровода. Важливе
місце серед пристроїв введення займають пристрої, звані огорожі
планшетами, засновані на електричному принципі. Вони поділяються на контактні, і
в залежності від того, яка зі складових електромагнітного поля бере участь у
формуванні вимірювального сигналу, ці пристрої діляться на ємнісні, в
яких перетворюється електрична складова електромагнітного поля, і
індукційні, в яких перетворюється магнітна складова.
У контактних
сіткових планшетах робоче поле складається з ортогональних координатних шин, розділених
тонким шаром діелектрика, з отвором у вузлах перетину. На планшет
поміщається носій з графічною інформацією. Зчитування здійснюється шляхом
натискання олівцем на вибраний елемент зображення, розташований у вузлі
матриці шин. Верхній лист планшета пружно деформується й відбувається замикання
шини Уi на шину ХI (див. малюнок). Шини Х послідовно збуджуються від ДШ У.
Сигнал з шини ХI перетвориться шифратори Шx в двійковий код. Одночасно
здійснюється зчитування коду координати У з лічильника СЧУ. Роздільна здатність
таких планшетів залежить від кроку координатної сітки.
На поверхні
ємнісних і індукційних планшетів створюється система вертикальних і горизонтальних
провідників, виконаних способом друкованого монтажу. Ширина кожного з
провідників і відстань між ними становить кілька десятків мікрон, що
дозволяє організувати координатну сітку розмірністю 1000 * 1000 градацій і
більше. Вертикальні і горизонтальні провідники розділені між собою тонкою
ізолюючої плівкою, а до кінців їх, виведеним на краю планшета, підводиться
харчування від розподільника імпульсів. При протіканні змінного електричного
струму по провідникам координатної сітки навколо них виникає змінна
електромагнітне поле, що перетворюються кільцевих індукційним датчиком в
вимірювальні сигнали, за якими судять про місцезнаходження датчика, укріпленого
на "рісующем" стержні, по відношенню до координатним шинам планшета.
Ці сигнали надходять у схему управління дисплеєм, де дешифруються як
координати точки екрана. Під час руху стрижня в пам'яті утворюється
послідовність координат, при цьому ці дані безперервно
перевіряються, щоб знайти помилку або відрив стрижня від планшета.
В ємнісних
сіткових планшетах покажчик координат виконаний у вигляді штирьовий зонда,
сполученого з коливальним контуром, які мають високу резонансне
опір на частоті вимірювального сигналу. На практиці ємнісні огорожі
планшети не набули широкого поширення через складність забезпечення
високої перешкодозахищеності (для забезпечення достовірності результатів вимірювання
в цих пристроях використовуються спеціальні прийоми кодування, зокрема код
Грея). Крім того, на цих пристроях можна кодувати документи, виконані
олівцем, так як графіт як струмопровідний матеріал вносить похибку у
виміру електричної складової поля.
В індукційних
сіткових планшетах перетворення магнітної складової поля в електричний
вимірювальний сигнал відбувається в індукційне датчику, що має мале вихідна
опір. Перешкодозахищеність такого датчика вище, ніж у ємнісного, що
дозволяє одержати більш високу роздільну здатність пристрою без
використання спеціальних прийомів кодування сигналів, що збуджують
координатні шини планшета. Зчитування інформації на таких пристроях може
проводитися з будь-яких немагнітних носіїв, що розширює їх область
застосування в порівнянні з ємнісними огорожі з планшетами.
Для пристроїв,
відповідають сучасному рівню розвитку техніки, характерна наявність високого
рівня інтелекту. Це досягається шляхом вбудовування всередину однокристальних
мікроЕОМ, що дозволяють реалізувати в пристрої кілька режимів роботи, таких
як режим поточечного (одноразового) виведення координат точок, режим безперервного
зчитування координат, безперервний інкрементальних режим, при якому відбувається
кожного разу після досягнення будь-якої з прочитуються координат величини наперед
заданого значення інкремента (0.1,0.2,0.3 мм і т.д.), режим видачі координат
місцезнаходження координатного покажчика за запитом з ЕОМ, діагностичний
режим. МікроЕОМ дозволяє також здійснювати видачу значення координат як у
двійковому, так і в символьному форматі в залежності від характеру вирішуваних завдань
і типу використовуваної апаратури.
Світлове перо
Світлове перо
відноситься до напівавтоматичним пристроїв, що здійснює безпосередній
контакт з екраном, і працює за принципом збігу. Пером це
пристрій названо умовно, тому що ніякого впливу на екран воно не
надає, а саме сприймає його світлове випромінювання. Конструктивно світлове
перо складається з циліндричного корпусу, всередині якого розміщено світлочутливий
елемент. На загостреному кінці пера є отвір, в якому закріплена
лінза, фокусуються що потрапляє на неї світло і направляє його на
світлочутливий елемент. Останній пов'язаний з підсилювачами, впливають на
порогову схему. Всі ці елементи звичайно зібрані в одному корпусі. Для виключення
впливу навколишнього світла перо включається лише після притиснення його до кінця
поверхні екрана. У деяких конструкціях пера зв'язок з екраном
здійснюється за допомогою пучка оптичних волокон, а світлочутливий
елемент і підсилювачі розташовуються в окремій збірці. При такій конструкції
розміри і маса пера зменшуються.
Конструкція (а) і електрична схема (б) світлового пера: 1 --
з'єднувальний кабель, 2 - транзистор, 3 - корпус, 4 - наконечник, 5 - фотодіод,
6 - пружинний контакт, 7 - провідники.
При поєднанні кінчика пера з наведених на екрані графічним
елементом або знаком у його схемі виникає імпульс у момент генерування
блоком керування дисплея саме цього елемента. Якщо регенерація зображення
здійснюється шляхом циклічного зчитування кодів з пам'яті і їх перетворення,
як, наприклад, в квазіграфіческіх або функціональних дисплеях, то в момент
виникнення імпульсу від світлового пера можуть прочитати адресу комірки
автономної пам'яті, де записано код зазначеного пером елементу. При
використанні для регенерації зображення окремої пам'яті, як у дисплеях з
полнографіческімі можливостями, з моменту виникнення імпульсу визначається
координата точки екрана, тому що їй відповідає поточне значення адреси
пам'яті регенерації. За цією адресою програмно можуть бути визначені коди
зазначеного елемента у вихідному файлі. Вказавши пером на який-небудь елемент і
визначивши таким чином для схеми управління його розташування в пам'яті,
оператор натисканням функціональної клавіші видає команду на відповідне
зміна цього елементу: стирання, зсув, зміна конфігурації, заміну і так
далі. Очевидно, що сигнал від світлового пера може бути отриманий тільки при
торканні їм точки екрану, де є світиться зображення, так що визначити
будь-яку точку в темному місці екрана за допомогою пера неможливо. Для
усунення цього недо?? татка в дисплеях растрового типу з пам'яттю регенерації
передбачається режим так званого "негативного зображення",
коли висвічуються всі крапки формату кадру, крім тих, через які проведені
графічні образи. Здійснюється цей режим простим інвертірованіе імпульсів
модуляції, що надходять на трубку. Зауважимо також, що використання світлового
пера в принципі неможливо для графічних дисплеїв, побудованих на базі
запам'ятовуючих трубок, де світіння екрану постійно у часі. Світлове поле,
чинне на перо, зазвичай, значно вищий розміру однієї точки формату
екрана ЕПТ, що ускладнює точне визначення координат, особливо при складних
насичених зображеннях. Тому процес ідентифікації графічного елемента
зазвичай підтверджується яких-небудь ознакою. Якщо в процесі торкання екрана перо
зафіксувало точку, що відноситься до певного графічного елементу, то блок
управління дисплея повинен забезпечити, наприклад, мерехтіння цього елемента або
зміна його яскравості, що дозволяє оператору судити про успішність його
дії. Принцип роботи світлового пера в режимі позиціонування, тобто
"малювання" нових графічних елементів. При цьому режимі схема
управління дисплеєм виводить на екран в деякій точці зображення
"курсору" або хрестика. Воно використовується як візуальної
опорної точки на екрані. "Захопивши" зображення курсору світловим
пером, оператор переміщує перо по екрану в потрібному напрямку. Блок керування
курсором забезпечує його рух слідом за пером. Так як поточні координати
центру курсору завжди відомі, то в пам'яті залишається безліч координат точок,
через які він проходить. Існують різні способи реалізації такого
стеження. Зазвичай курсор є набором точок, що утворюють вертикальний
і горизонтальний відрізки, іноді це може бути невеликий світиться коло або
квадрат. Площа курсору приблизно відповідає розмірам отвори на кінці
світлового пера. Коли цей отвір частково зміщується відносно центру курсору,
то лише певні точки перехрестя в процесі їх регенерації на екрані
утворюють через світлове перо імпульси. Використовуючи цю інформацію, схема
управління або програма ЕОМ переміщує курсор так, щоб його центр співпадав з
центром отвору пера. Процес визначення неузгодженості і пересування курсору
здійснюється безперервно. За певних умов можливе "відрив"
світлового пера від курсору. Тоді останній залишається нерухомим і повинен бути
знову "захоплений" оператором. У процесі руху курсору можуть бути
реалізовані різні режими, що задаються через функціональну клавіатуру: висвічення
точок в окремих фіксованих курсором позиціях, проведення векторів або дуг
через задані точки, безперервне "малювання" та ін При розробці
світлового пера його оптичні та електричні властивості - чутливість і
швидкодія - повинні бути узгоджені з параметрами випромінювання люмінофора і
тривалістю імпульсів модуляції. Кращі сучасні зразки пір'я
забезпечують чутливість до випромінювання потужністю
