Комітет загальної та професійної освіти РФ.

Оренбурзький Державний Університет.

Кафедра ВМКСіС

Оренбург'99
Виконав: Андрющенко Д.А.
Група:
Перевірив: Синицин Ю.І.

Тема: "Сканери. "

Введення.

Сканером називається пристрій, що дозволяє вводити в комп'ютер образизображень, представлених у вигляді тексту, малюнків, слайдів, фотографійабо іншої графічної інформації. До речі, незважаючи на велику кількість різнихмоделей сканерів, у першому наближенні їхню класифікацію можна провестивсього за кількома ознаками (або критеріями). По-перше, за ступенемпрозорості вводиться оригіналу зображення, по-друге, за кінематичномумеханізму сканера (конструкції; механізму руху), по-третє, за типомзображення, що вводиться, по-четверте, по особливостях програмного йапаратного забезпечення сканера.

Оригінали зображень.

Взагалі кажучи, зображення (чи оригінали) можна умовно розділити надві великі групи. До першої з них відносяться називані непрозоріоригінали: усілякі фотографії, малюнки, сторінки журналів і буклетів.
Якщо згадати курс шкільної фізики, то відомо, що зображення зподібних оригіналів ми бачимо у відбитому світлі. Інша справа прозоріоригінали - кольорові і чорно-білі слайди і негативи; в цьому випадку очей
(як оптична система) обробляє світло, що пройшло через оригінал. Такимчином, перш за все, слід звернути увагу на те, з якими типамиоригіналів сканер може працювати. Зокрема, для роботи зі слайдамиіснують спеціальні приставки.

Механізм руху.

Визначальним фактором для даного параметра є спосіб переміщенняголівки, що зчитує сканера і папери щодо один одного. В данийчас усі відомі сканери про цей критерій можна розбити на два основнітипи: ручний (hand-held) і настільний (desktop). Тим не менше, існуютьтакож комбіновані пристрої, які поєднують в собі можливостінастільних і ручних сканерів. Як приклад можна привести модель
Niscan Page американської фірми Nisca.

Ручні сканери.

Ручний сканер, як правило, чимось нагадує збільшенню в розмірахелектробритву. Для того щоб ввести в комп'ютер який-небудь документ придопомогою цього пристрою, треба без різких рухів провести скануючоїголівкою по відповідному зображенню. Таким чином, проблемапереміщення голівки, що зчитує щодо папера цілком лягає накористувача. До речі, рівномірність переміщення сканера істотнопозначається на якості що вводиться в комп'ютер зображення. У ряді моделейдля підтвердження нормального введення мається спеціальний індикатор. Шириназображення, що вводиться для ручних сканерів не перевищує звичайно 4 дюймів (10см). У деяких моделях ручних сканерів у році підвищення роздільноїздатності зменшують ширину зображення, що вводиться. Сучасні ручнісканери можуть забезпечувати автоматичну "склеювання" зображення, що вводиться,тобто формують ціле зображення з окремо ведених його частин. Це, вЗокрема, пов'язано з тим, що за допомогою ручного сканера неможливо ввестизображення навіть формату А4 за один прохід. До основних достоїнств такогодна сканерів відносяться невеликі габаритні розміри і порівняно низькаціна.

Настільні сканери.

Настільні сканери називають і сторінковими, і. планшетного, і навіть автосканерами. Такі сканери дозволяють уводити зображення розмірами 8,5 на 11або 8,5 на 14 дюймів. Існують три різновиди настільних сканерів:планшетні (flatbed), рулонні (sheet-fed) і проекційні (overhead).

Основною відмінністю планшетних сканерів є те, що скануючаголівка переміщається щодо папера за допомогою крокової двигуна.
Планшетні сканери - звичайно, досить дорогі пристрої, але, мабуть, інайбільше "здатні". Зовні вони чимось можуть нагадувати копіювальнімашини - "ксерокси", зовнішній вигляд яких відомий, звичайно, багатьом. Длясканування зображення (чого-небудь) необхідно відкрити кришку сканера,підключити сканується лист на скляну пластину зображенням униз,після чого закрити кришку. Усе подальше керування процесом скануванняздійснюється з клавіатури комп'ютера - при роботі з однієї зі спеціальнихпрограм, що поставляються разом з таким сканером. Зрозуміло, що розглянутаконструкція виробу дозволяє (подібно "ксероксу") сканувати не тількиокремі аркуші, але і сторінки журналу або книги. Найбільш популярнимисканерами цього типу на російському ринку є моделі фірми Hewlett
Packard.

Робота рулонних сканерів чимось нагадує роботу звичайної факс -машини. Окремі аркуші документів простягаються через такий пристрій,при цьому і здійснюється їхнє сканування. Таким чином, у даному випадкускануюча голівка залишається на місці, а вже відносно неї переміщуєтьсяпапір. Зрозуміло, що в цьому випадку копіювання сторінок книг і журналівпросто неможливо. Розглянуті сканери досить широко використовуютьсяв областях, пов'язаних з оптичним розпізнаванням символів ОСR (Optiсаl
Character Recognition). Для зручності роботи рулонні сканери звичайнооснащуються пристроями для автоматичної подачі сторінок.

Третій різновид настільних сканерів - проекційні сканери,які більше всього нагадують своєрідний проекційний апарат (абофотозбільшувач). Вводиться документ кладеться на поверхню скануваннязображенням нагору, блок сканування знаходиться при цьому також зверху.
Переміщається тільки скануючий пристрій. Основною особливістю данихсканерів є можливість сканування проекцій тривимірних проекцій.

Згадуваний вище комбінований сканер Niscan Page забезпечує роботув двох режимах: протягування аркушів (сканування оригіналів форматом відвізитної картки до21, 6 см) і саморушної сканера. Для реалізаціїостаннього режиму сканера необхідно зняти нижню кришку. При цьому валики,які зазвичай простягають папір, служать своєрідними кодами, на якихсканер і рухається по сканується поверхні. Хоча зрозуміло, що ширинащо вводиться сканером зображення в обох режимах не змінюється (трохи більшеформату А4), однак у саморушної режимі можна сканувати зображення заркуша паперу, що перевищує цей формат, чи уводити формацію зі сторіноккниги.

Типи зображення, що вводиться.

За даним критерієм всі існуючі сканери можна підрозділити начорно-білі та кольорові. Чорно-білі сканери у свою чергу можутьпідрозділятися на штрихові і напівтонові ( «сірі»). Однак, як ми побачимонадалі, півтони зображення можуть також емулюватися. Отже, першімоделі чорно-білих сканерів могли працювати тільки в дворівневому (bilevel)режимі, чи сприймаючи чорний, чи білий колір. Таким чином,скануватися могли або штрихові малюнки (наприклад, креслення), або двохтонові зображення. Хоча ці сканери і не могли працювати з дійснимивідтінками сірого кольору, вихід для сканування напівтонових зображеньтакими сканерами був знайдений. Псевдополутоновой режим, або режимрастрування (dithering), сканера імітує відтінки сірого кольору,групуючи, кілька крапок зображення, що вводиться в так звані gray -scale-пікселі. Такі пікселі можуть мати розміри 2х2 (4 крапки), 3х3 (9крапок) чи 4х4 (16 крапок) і т.д. Відношення кількості чорних крапок до білогоі виділяє рівень сірого кольору. Наприклад, gray-scale-піксель розміром 4х4дозволяє відтворювати 17 рівнів сірого кольору (включаючи і цілком білийколір). Не слід, щоправда, забувати, що роздільна здатність сканерапри використанні gray-scale-пікселя знижується (в останньому випадку в 4рази).

напівтонові сканери використовують максимальну роздільну здатність,як правило, тільки в дворівневому режимі. Звичайно вони підтримують 16, 64або 256 відтінків сірого кольору для 4 -, 6 - і 8-розрядного коду, щоставиться при цьому у відповідність кожній точці зображення. Роздільназдатність сканера вимірюється в кількості, що розрізняються точок на дюймзображення - dpi (dot per inch). Якщо в перших моделях сканерівроздільна здатність була 200-300 dpi, то в сучасних моделях це, якправило, 400, а то і 800 dpi. Деякі сканери забезпечують апаратнедозвіл 600х1200 dpi. У ряді випадків дозвіл сканера можевстановлюватися програмним шляхом у процесі роботи з ряду значень: 75, 1
150, 200, 300 і 400 dpi.

Треба сказати, що завдяки операції інтерполяції, виконуваної, якправило, програмно, сучасні сканери можуть мати дозвіл 800 і навіть
1600 dpi. У результаті інтерполяції на одержується при скануваннізображенні згладжуються криві лінії і зникають нерівності діагональнихліній. Нагадаємо, що інтерполяція дозволяє відшукувати значенняпроміжних величин по уже відомими значеннями. Наприклад, у результатісканування один з пікселів має значення рівня сірого кольору 48, асусідній з ним - 76. Використання найпростішої лінійної інтерполяціїдозволяє зробити припущення про те, що значення рівня сірого кольору дляпроміжного пікселя могло б бути дорівнює 62. Якщо вставити всі оціночнізначення пікселів у файл відсканованого зображення, то роздільназдатність сканера як би подвоїться, тобто замість звичайних 400 dpi станерівної 800 dpi.

Чорно-білі сканери.

Спробуємо пояснити принцип роботи чорно-білого сканера. Скануємезображення висвітлюється білим світлом, що отримуються, як правило, відфлуоресцентної лампи. Відбитий світ через редукуючих (зменшує)лінзу попадає на фоточутливий напівпровідниковий елемент, називанийприладом з зарядним зв'язком ПЗС (Change-Coupled Device, CCD), в основуякого покладена чутливість провідності pn-переходу звичайногонапівпровідникового діода до ступеня його освітленості. На p-n-перехідстворюється заряд, що розсмоктується зі швидкістю, що залежить відосвітленості. Чим вище швидкість розсмоктування, тим більший струм проходитьчерез діод.

Рис.1. Блок схема чорно-білого сканера.

Кожен рядок сканування зображення відповідає визначенимзначенням напруги на ПЗС. Ці значення напруги перетворяться вцифрову форму або через аналого-цифровий перетворювач АЦП (длянапівтонових сканерів), або через компаратор (для дворівневих сканерів).
Компаратор порівнює два значення (напруга або струм) від ПЗС і опорне
(рис. 1), причому в залежності від результату порівняння на його виходіформується сигнал 0 (чорний колір) чи 1 (білий). Розрядність АЦП длянапівтонових сканерів залежить від кількості підтримуваних рівнів сірогокольору. Наприклад, сканер, що підтримує 64 рівня сірого, повинний мати 6 --розрядний АЦП. Яким образом сканується кожна наступна рядокзображення, цілком залежить від типу використовуваного сканера. Нагадаємо, що упланшетних сканерів рухається скануюча голівка, а в рулонних сканерах воназалишається нерухомої, тому що рухається носій із зображенням - папір.

Кольорові сканери.

В даний час існує кілька технологій для одержання кольоровихсканованих зображень. Один з найбільш загальних принципів роботи кольоровогосканера полягає в наступному. Скануєме зображення висвітлюється вже небілим кольором, а через обертовий RGB-светофильтр (рис. 2). Для кожного зосновних кольорів (червоного, зеленого і синього) послідовність операційпрактично не відрізняється від послідовності дій при скануваннічорно-білого зображення. Виключення складає, мабуть, тільки етаппопередньої обробки і гамма-корекції квітів, перед тим якінформація передається в комп'ютер. Зрозуміло, що цей етап є загальнимдля всіх кольорових сканерів.

У результаті трьох проходів сканування виходить файл, що міститьобраз зображення в трьох основних квітах - RGB (образ композитногосигналу). Якщо використовується восьмизарядний АЦП, що підтримує 256відтінків для одного кольору, то кожній крапці зображення ставиться увідповідність один з 16,7 мільйона можливих квітів (24 розряду). Сканери,що використовують подібний принцип дії, випускаються, наприклад, фірмою
Microtek.

Рис.2. Блок-схема кольорового сканера з обертовим RGB-фільтром.

Треба відзначити, що найбільш істотним недоліком описаного вищеметоду є збільшення часу сканування в три рази. Проблему можепредставляти також «вирівнювання» пікселів при кожнім із трьох проходів, такщо в противному випадку можливе розмивання відтінків і «змазування» квітів.

У сканерах відомих японських фірм Epson і Sharp, як правило, замістьодного джерела світла використовується три, для кожного кольору окремо. Цедозволяє сканувати зображення усього за один прохід і виключає невірне
«Вирівнювання» пікселів. Складності цього методу полягають звичайно впідборі джерел світла зі стабільними характеристиками.

Інша японська фірма - Seiko Instruments - розробила Кольоровийпланшетний сканер SpectraPoint, в якому елементи ПЗС були заміненіфототранзистори. На ширині 8,5 дюйма розміщено 10200 фототранзисторів,розташованих у три стовпчики по 3400 у кожній. Три кольорових фільтра (RGB)влаштовані так, що кожен стовпчик фототранзисторів сприймає тільки одиносновний колір. Висока щільність інтегральних фототранзисторів дозволяєдосягати гарної здатності, що дозволяє - 400 dpi (3400/8,5) - безвикористання редукуючої лінзи.

Принцип дії кольорового сканера ScanJet Iic фірми Hewlett Packardдещо інший. Джерело білого світла висвітлює скануєме зображення, авідбите світло через редукуючих лінзу попадає на трьох газетну ПЗСчерез систему спеціальних фільтрів, що і розділяють біле світло на трикомпоненти: червоний, зелений і синій (мал. 3). Фізика роботи подібнихфільтрів зв'язана з явищем Дихроїзм, що полягає в різному фарбуванніодноосні кристалів що проходить в білому світлі в залежності від положенняоптичної осі. У розглянутому випадку фільтрація здійснюється пароютаких фільтрів, кожний з яких являє собою «сендвіч» з двохтонких і одного більш товстого шару кристалів. Перший шар перший фільтравідбиває синє світло, але пропускає зелений і червоний. Другий шар відбиваєзелене світло і пропускає червоний, котрий відбивається тільки від третьогошару. У другому фільтрі, навпаки, від першого шару відбивається червоне світло,від другого - зелений, а від третього - синій. Після системи фільтріврозділений червоний, зелений і синє світло попадає на власну смугу
ПЗС, кожен елемент якого має розмір близько 8 мкм. Подальша обробкасигналів кольоровості практично не відрізняється від звичайної. Зауважимо, щоподібний принцип роботи (з деякими відмінностями, розуміється) використовується іу кольорових сканерах фірми Ricoh.

Рис.3. Блок-схема сканера з dichroic-фільтрами.

Апаратні інтерфейси сканерів.

Для зв'язку з комп'ютером сканери можуть використовувати спеціальну 8 - чи
16-розрядну інтерфейсну плату, що вставляються в відповідний слотрозширення. Для портативних комп'ютерів підходить пристрій PC Card. Крімтого, в даний час досить широкого поширення набулистандартні інтерфейси, застосовувані в IBM PC-сумісних комп'ютерах
(послідовний і паралельний порти, а також інтерфейс SCSI). Вартовідзначити, що у випадку стандартного інтерфейсу в користувача не виникаєпроблем з поділом системних ресурсів: портів вводу-виводу, переривань
IRQ і каналів прямого доступу DMA.

Зі зрозумілих причин найбільше повільно передача даних здійснюєтьсячерез послідовний порт (RS-232C). Саме тому в кількох останніхручних чи комбінованих моделей сканерів для зв'язку з комп'ютеромзастосовується стандартний паралельний порт. Це дуже зручно, наприклад, прироботі з портативним комп'ютером.

Програмні інтерфейси і TWAIN.

Для керування роботою сканера (утім, як і іншого пристрою)необхідна відповідна програма - драйвер. У цьому випадку управлінняйде не на рівні "заліза" (портів вводу-виводу), а через функції або точкивходу драйвера. Донедавна кожен драйвер для сканера мав свійвласний інтерфейс. Це було досить незручно, оскільки для кожноїмоделі сканера була потрібна своя прикладна програма. Логічніше було бнавпаки, якщо б з однією прикладною програмою могли працювати кількамоделей сканерів. Це стало можливим завдяки TWAIN.

TWAIN - це стандарт, згідно з яким здійснюється обмін данимиміж прикладною програмою і зовнішнім пристроєм (читай - його драйвером).
Нагадаємо, що консорціум TWAIN був організований за участю представниківкомпаній Aldus, Caere, Eastman Kodak, Hewlett Packard & Logitech. Основнийметою створення TWAIN-специфікації було рішення?? роблеми сумісності, тоє легкого об'єднання різних пристроїв уведення з будь-яким програмнимзабезпеченням. Конкретизуючи, можна виділити кілька основних питань: по -перше, підтримку різних платформ комп'ютерів; по-друге, підтримкурізних пристроїв, включаючи різноманітні сканери і пристрої введеннявідео; по-третє, можливість роботи з різними формату даних. Завдякивикористанню TWAIN-інтерфейсу можна вводити зображення одночасно зроботою в прикладній програмі, що підтримує TWAIN, наприклад CorelDraw,
Picture Publisher, PhotoFinish. Таким чином, будь-яка TWAIN-суміснапрограма буде працювати з TWAIN-сумісним сканером.

На закінчення варто відзначити, що образи зображень у комп'ютері можутьзберігатися в графічних файлах різних форматів, наприклад TIFF, РСХ, ВМР,
GIF і інших. Треба мати на увазі, що при скануванні зображень файливиходять досить громіздкими і можуть досягати десятків і сотеньмегабайт. Для зменшення обсягу збереженої інформації використовується звичайнопроцес компресії (стиску) таких файлів.

Вибір сканера.

В офісі сканер може ефективно використовуватися для роботи як зтекстами (OCR), так і з зображеннями. У першому випадку можнаорієнтуватися на недорогу чорно-білу модель з дозволом 200-300 dpi.
Для введення коротких документів може придатися навіть ручний сканер. Привеликих обсягах слід зупинитися на сканері з автоматичною подачеюоригіналів. Залежно від складності вводяться в комп'ютер зображеньможе знадобитися сканер з дозволом 300-600 dpi (з інтерполяцією до
1200 dpi), з можливістю сприйняття до 16,7 мільйона відтінків квітів (24 --розрядне кодування) і продуктивним інтерфейсом (SCSI-2). У всіхвипадках треба упевнитися, що в комплект зі сканером входитьвідповідне програмне забезпечення, будь то OCR-програми абографічний пакет. Не варто забувати також і про TWAIN-сумісність.

Список використаної літератури.

1. А. Борзенко «IBM PC: пристрій, ремонт, модернізація»
2. Документація з мережі Internet.
-----------------------< br>