Если оригинал характеризуется оптической плотностью, то одним из важнейших параметров для сканеров или камер является диапазон плотностей оригиналов, считываемых устройством. Эта величина называется динамическим диапазоном, вычисляется как Dmax~'-'min практически всегда меньше 4,0 D. При недостаточном динамическом диапазоне теряются детали в тенях и светах, получается цифровое изображение с завышенной контрастностью. Для считывания непрозрачных оригиналов хватает динамического диапазона 3,0 D, а вот для пленочных негативов требуется 3,6 D.
При слишком малом динамическом диапазоне становится бессмысленной большая глубина цвета, поскольку детали изображения в тенях и светах все равно пропадут. При динамическом диапазоне 2,4 D разница в количестве пропускаемого света между самыми светлыми и темными участками составляет примерно 250 раз. Соответственно, такому устройству вполне достаточно 8-разрядной оцифровки и 24-битной глубины цвета. Сканер с динамическим диапазоном 3,6 D раскрывает все свои возможности, если оснащен 12-битными АЦП и поддерживает как минимум 36-битный цвет на выходе.
Цветовой шум
Цветовой шум проявляется в виде неодинаковой окраски соседних пикселов на однотонных участках изображения. Например, рассматривая при увеличении в несколько раз фрагмент цифровой фотографии, соответствующий однородно окрашенной серой стене, можно обнаружить на нем и голубоватые, и красноватые пикселы. Чем их больше и чем сильнее их оттенок отличается от исходного цвета, тем выше уровень цветового шума. Основной причиной его появления считают электрические помехи, влияющие на работу светочувствительной матрицы и АЦП. Действительно, если АЦП различает уровни напряжения с точностью 0,015 мВ, а под влиянием температурных изменений и других внешних и внутренних факторов в фотодиодах матрицы присутствует электрический шум с амплитудой порядка 0,1 мВ, цвет получаемых пикселов будет случайным образом отличаться на десятки градаций.
Уменьшить цветовой шум помогают программные алгоритмы фильтрации, усредняющие цвет соседних пикселов (например, в случае если отличие между ними не превышает заданной величины — порога срабатывания фильтра). Однако при этом может пострадать четкость картинки. А иногда и сама цифровая обработка изображения становится источником цветового шума, если процессор не способен выполнять вычисления с высокой точностью
Интерфейсы
Эффективность работы сканера в значительной степени зависит от типа используемого интерфейса. Традиционно сканеры были SCSI устройствами, но за последние годы даже это изменилось. Многие производители сейчас предлагают версии своих продуктов для подключения к расширенному параллельному порту (Enhanced Parallel Port, EPP), что может стать спасением для тех пользователей, которые не в состоянии самостоятельно установить плату SCSI. (Стоит также отметить, что в последнее время сканеры стали выпускать и с портами USB.) Хотя для разных вариантов подключения скорость передачи данных может быть различной, в общем соединение через обычный параллельный порт оказывается примерно вчетверо медленнее, чем SCSI. EPP, скорость передачи данных для которого составляет около 2 Мбайт/с, работает быстрее, чем обычный параллельный порт, но и в этом случае SCSI со скоростью 5 Мбайт/с выигрывает. Однако нельзя забывать, что на скорость сканирования влияют и такие факторы, как объем буферной памяти и тип центрального процессора. Тем не менее, большинство производителей предлагают пользователям ПК и сканеры с адаптером SCSI (кроме того, сканеры комплектуются программным обеспечением, предназначенным для конфигурирования SCSI-интерфейса).
На случай отсутствия в компьютере контроллера SCSI изготовители включают в комплект поставки сканеров простые интерфейсные платы SCSI, предназначенные, как правило, для монтажа в разъеме ISA, а не PCI. Если в машине уже имеется SCSI-контроллер типа Adaptec 1540 или 2940, пользователь может подсоединить сканер непосредственно к контроллеру жесткого диска - при наличии подходящего ASPI драйвера. Это, в частности, возможно для сканеров HP и Mustek. Напомним, что ASPI-стандарт для SCSI-периферии, предложенный Adaptec, позволяет драйверу любого устройства, например дисковода ZIP или сканера, взаимодействовать с любым SCSI-контроллером - от Adaptec до Ultrastor, - имеющим драйвер ASPI. При подключении сканера ко встроенной SCSI-плате необходимо позаботиться о правильном согласовании шины - лишь в этом случае подсоединенные к шине SCSI периферийные устройства смогут нормально функционировать. Иными словами, оба конца цепочки устройств SCSI должны быть снабжены согласующими сопротивлениями (терминаторами). Если внешние устройства SCSI отсутствуют, то следует активизировать терминатор на контроллере, обычно служащем последним звеном в цепочке SCSI (ID 7), первым звеном которой является жесткий диск (ID 0). Сканер рекомендуется использовать в качестве последнего устройства шины SCSI, поэтому после подсоединения сканера надлежит задействовать его собственный терминатор, предварительно отключив согласующее сопротивление на плате контроллера с помощью BIOS. Обычно терминаторы сканеров находятся внутри, и лишь некоторые модели снабжены внешними переключателями.
2.4 Программное обеспечение
Как известно, результатом работы сканера является изображение - электронная копия оригинала. Чтобы преобразовать его в текст ASCII или в векторную графику, необходимо специальное ПО. Обычно покупателей интересует не только сканер, но и программное решение, позволяющее, например, одним пользователям создавать и вести базы текстовых печатных документов и осуществлять полнотекстовый поиск, а другим - переводить печатные тексты на иностранный или русский язык с помощью систем автоматизированного перевода. Типичной задачей является также ввод цветных фотографий, их обработка при помощи специальной программы с целью последующего включения в презентационные материалы или в издательский макет. Сканеры массового спроса, в частности изделия Hewlett-Packard, Epson или Mustek, комплектуются не только драйверами и дополнительными утилитами, но и прикладными программами, позволяющими сразу же начать эксплуатацию купленного устройства. К ним, как правило, относятся усеченные версии программ распознавания текстов CuneiForm или FineReader фирм - разработчиков Cognitive Technologies и ABBYY соответственно. Обязательным дополнением также считается и какой-либо пакет для обработки изображений, например Adobe Photo Deluxe, Corel PhotoPaint или усеченная версия Adobe PhotoShop. Иногда в комплект входят полезные инструментальные средства, превращающие сканер и цветной принтер в копировальный аппарат на базе персонального компьютера, и версия системы автоматизированного перевода Stylus все той же фирмы ABBYY. Дорогие планшетные сканеры зачастую снабжаются профессиональными пакетами обработки изображений (например, Adobe PhotoShop), а также специальными пакетами калибровки.
Технология
Общие положения
Любые различаемые глазом оттенки можно представить в виде сочетания трех основных цветов: красного, зеленого и синего (для вывода на монитор) или голубого, пурпурного и желтого (для печати). Соответственно каждый пиксел представляется тремя числами, соответствующими яркости основных цветов. Чтобы при считывании изображения получить на пиксел по три величины светового потока в разных частях спектра, в современных сканерах ч используются три светочувствительные матрицы. Раньше выпускались сканеры, оснащенные одной матрицей и считывающие оригинал за три прохода.
Для разделения светового потока на красную (Red, R), зеленую (Green, G) и синюю (Blue, В) составляющие применяются две технологии — цветные светофильтры или призма. Оснащение ячеек матрицы светофильтрами является более дешевым и практичным способом, однако качество картинки при этом может пострадать. Использование призмы делает конструкцию устройства более сложной, но гарантирует прецизионное разделение светового потока на три цвета от каждой точки оригинала.
В сканерах применяются матрицы, представляющие собой три параллельные линейки CCD- или CMOS-ячеек. Ширина сенсора примерно в четыре раза меньше, чем у оригинала формата А4, и световой поток фокусируется на нем с помощью объектива. Каждая из линеек включает в себя около 5 тыс. ячеек, что обеспечивает сканеру с размером рабочего поля А4 оптическое разрешение 600 dpi.
Стремление максимально удешевить сканеры привело к созданию технологии CIS (contact image sensor — контактный сенсор изображения). Матрица этого типа состоит из трех фотодиодных линеек с RGB-светофильтрами. По ширине сенсор и поле сканирования одинаковы. В сканере с рабочим полем А4 и разрешением 600 dpi линейки состоят из 5 тыс. плотно расположенных ячеек. Физического контакта оригинала со светочувствительной матрицей, конечно, нет, да он и не требуется. Однако CIS-сенсор располагается предельно близко к поверхности оригинала, что избавляет от необходимости использовать объектив. Планшетные сканеры данного типа компактнее, проще по конструкции и дешевле, чем устройства с CCD- или CMOS-матрицами.
Первоначально в планшетных сканерах применялись вполне обычные, хотя и высококачественные, флуоресцентные лампы. Они слишком медленно прогревались перед работой, излучали много тепла и не отличались постоянством характеристик. На смену им пришли флуоресцентные лампы с холодным катодом, в которых нет нитей накаливания. Благодаря этому они не так нагреваются, обладают более продолжительным сроком службы. Характеристики светового потока у них также лучше и стабильнее. Сегодня лампы с холодным катодом окончательно вытеснили обычные флуоресцентные лампы из планшетных сканеров, включая самые дешевые модели.
Еще лучшими характеристиками обладают ксеноновые лампы. Они моментально включаются, очень стабильны по параметрам, излучают свет в расширенном спектре, имеют большой ресурс. Недостаток их заключается в повышенном энергопотреблении.
Считывание
Технология считывания данных в современнвх устройствах оцифровки изображений реализуется преимущественно на основе использования светочувствительных датчиков 2 типов: ФЭУ - фотоэлектронный умножитель и ПЗС - прибор с зарядовой связью. Используемые во всех устройствах ввода АЦП, либо компараторы преобразуют считанную информацию в понятные для компьютера цифровые данные. ФЭУ. Используются в барабанных сканерах. Основанные на ламповой технологии ФЭУ усиливают свет ксеноновой или вольфрамно-галогенной лампы, кот с F1 конденсаторных линз и волоконной оптики фокусируются на чрезвычайно малой области оригинала. Конструктивно ФЭУ представляют собой стеклянный баллон с торцевым или боковым рабочим окном и расположенным внутри баллона электродами - катодом, анодом и донодами. Входной поток света ч/б рабочее окно попадает на катод, выбивая из него электроны. Благодаря системе динодов коэффициент пропорциональности м увеличить в миллион раз (до 8 порядков). Для этого на ФЭУ подается напряжение от высоковольтного источника. Конструкция ФЭУ обеспечивает чрезвычайно высокое внутреннее сопротивление ФЭУ и малые темновые токи (шумы) на уровне наноампер. ФЭУ способен регистрировать очень слабые световые сигналы, вплоть до единичных фотонов. ФЭУ при такой высокой чувствительности имеет достаточно широкий динамический диапазон - более 10000. Для полиграфических целей спектральный диапазон ФЭУ безупречен. Жесткие требования к стабильности работы ФЭУ. Для электрического питания используется высокое напряжение. Принцип развертки изображения (поточечного сканирования) предусматривает высокую скорость вращения барабана. "-" высокая стоимость. ПЗС. Датчик на основе ПЗС - это твердотельный электронный компонент, состоящий из множества крошечных светочувствительных электронов, кот формируют электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего на них света. В основе - зависимость проводимости p-n перехода обыкновенного полупроводникового диода от степени его освещенности. На поверхность полупроводникового кристалла (кремния) наносят прозрачную оксидную пленку, служащую диэлектриком. Толщина электродов 0,1-0,64 мкм. К электродам в определенной последовательности подается низкое напряжение (5-10 В) -скопление электродов (образование потенциальных ям). Свободные электроды появляются в результате внутреннего фотоэффекта под воздействием света. В одной ПЗС линейке м.б. от нескольких сотен до несколько тысяч фоточувствительных ячеек. "-" ослепление и перекрестные помехи. Используется в широком кругу пользователей ручных, планшетных, роликовых и проекционных сканерах. В слайдовых сканерах, цифровых, фото- и видеокамерах (матричный способ). "-" размер ячейки ПЗС имеет конечный диапазон.