Разрядность оцифровки

Анализ задания

Виды сканеров

 

2.1.1 Ручные сканеры

Ручные сканеры - обычные или самодвижущиеся - обрабатывают полосы документа шириной около 10 см и представляют интерес прежде всего для владельцев мобильных ПК. Они медлительны, имеют низкие оптические разрешения (обычно 100 точек на дюйм) и часто сканируют изображения с перекосом. Это осложняет работу программ распознавания, которым к тому же приходится иметь дело со страницами формата А4, склеенными из нескольких фрагментов. Но зато они недороги (60-120 долларов) и компактны. Широкий ассортимент ручных моделей предлагают компании Genius и Mustek.

Листопротяжные сканеры

В листопротяжном сканере, как и в факсимильном аппарате (комплексе механических, светооптических и электронных устройств для передачи изображений неподвижных плоских объектов (оригиналов) по каналам электросвязи или/и для приема таких изображений с воспроизведением объекта в виде его копии (факсимиле)), страницы документа при считывании пропускаются через специальную щель с помощью направляющих роликов (последние зачастую становятся причиной перекоса изображения при вводе). Таким образом, сканеры этого типа непригодны для ввода данных непосредственно из журналов или книг. Отдельно предлагаются такие полезные аксессуары листопротяжных сканеров, как устройства автоматической подачи документов (ADF). В целом возможности применения листопротяжных сканеров ограниченны, поэтому их доля на массовом рынке постепенно снижается. Тем не менее, на корпоративном рынке документных сканеров (Fujitsu, Kodak и т. д.) листопротяжные устройства стоимостью 1,3-60 тыс. долларов с быстродействием 10-100 с./мин. представлены достаточно широко.

Планшетные сканеры

Планшетные сканеры весьма универсальны. Они напоминают верхнюю часть копировального аппарата: оригинал - либо бумажный документ, либо плоский предмет - кладут на специальное стекло, под которым перемещается каретка с оптикой и аналого-цифровым преобразователем (однако существуют сканеры, в которых перемещается стекло с оригиналом, а оптика и АЦП остаются неподвижными, чем достигается более высокое качество сканирования). Планшетные сканеры стоимостью $200-1100 пригодны как для качественного сканирования цветных изображений, так и для более или менее быстрого ввода текстовых документов. Помимо сканеров массового спроса выпускаются планшетные аппараты для полиграфии (например изделия AGFA) ценой в несколько тысяч долларов и дорогие скоростные офисные модели для формата А4. Обычно планшетный сканер считывает оригинал, освещая его снизу, с позиции преобразователя. Чтобы сканировать четкое изображение с пленки или диапозитива, нужно обеспечить подсветку оригиналов как бы сзади. Для этого и служит слайдовая приставка, представляющая собой лампу, которая перемещается синхронно со сканирующей кареткой и имеет определенную цветовую температуру.

Барабанные сканеры

Барабанные сканеры, по светочувствительности значительно превосходящие потребительские планшетные устройства, применяются исключительно в полиграфии, где требуется высококачественное воспроизведение профессиональных фотоснимков. Разрешение таких сканеров обычно составляет 8000-11000 точек на дюйм и более, а цена достигает 150 тысяч долларов. В барабанных сканерах оригиналы размещаются на внутренней или внешней (в зависимости от модели) стороне прозрачного цилиндра, который называется барабаном. Чем больше барабан, тем больше площадь его поверхности, на которую монтируется оригинал, и, соответственно, тем больше максимальная область сканирования. После монтажа оригинала барабан приводится в движение. За один его оборот считывается одна линия пикселей, так что процесс сканирования очень напоминает работу токарно-винторезного станка. Проходящий через слайд (или отраженный от непрозрачного оригинала) узкий луч света, который создается мощным лазером, с помощью системы зеркал попадает на ФЭУ, где оцифровывается.

 

Параметры сканеров

Разрешение

Самой важной характеристикой сканера или цифровой камеры является разрешение. Эта величина зависит от качества оптической системы, числа датчиков в светочувствительной матрице и метода сканирования оригинала. Для сканера формата А4, считывающего изображение построчно, оснащенного матрицей с 5 тыс. элементов в каждой из линеек, разрешение по горизонтали составляет 600 dpi. Вертикальное разрешение определяется точностью работы привода, перемещающего каретку (или оригинал — в пленочных слайд-сканерах). Если этот механизм способен сделать 1200 остановок на расстоянии в 1 дюйм, то вертикальное разрешение составляет 1200 dpi.

Принято различать аппаратное и программное разрешение. Первое складывается из оптической (горизонтальной) и механической (вертикальной) составляющих и в рассмотренном примере равно 600x1200 dpi. Программное, или интерполяционное, разрешение всегда выше аппаратного. Это достигается путем вставки между реально отсканированными пикселами еще нескольких, цвет которых определяется путем расчетов на основании данных о соседних точках (методом интерполяции). Размер картинки увеличивается, однако полезной информации в ней не прибавляется, возможна даже потеря резкости.

Реальное разрешение устройства зависит также от характеристик оптики. У любого объектива четкость изображения в центре выше, чем по краям. Разница зависит от сложности оптической схемы, качества стекла и точности формы линз. Если дешевый объектив проецирует на матрицу нерезкое, размытое по краям изображение, то независимо от числа датчиков в сенсоре мелкие детали картинки будут потеряны.

Разрядность оцифровки

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — весьма сложное устройство, назначение которого состоит в определении уровня поданного на вход электрического напряжения и выдаче соответствующего ему цифрового значения. Минимальная и максимальная величины входного напряжения зависят от микросхемы АЦП. Точность измерения определяется разрядностью. К примеру, АЦП с разрядностью 4, работающий в диапазоне 0—1 В, выдает 16 цифровых значений (2^=16), и точность измерения составляет 62,5 мВ. Разрядность АЦП, применяемых сегодня в цифровых камерах и сканерах, равна 16 бит, поэтому при таком же диапазоне входных напряжений точность достигает 0,015 мВ. В общем, надо помнить, что от разрядности оцифровки зависит точность, а не диапазон измерений.

Глубина цвета

Каждый пиксел представлен тремя числовыми величинами. От их разрядности зависит общее количество оттенков, которое может содержаться в цифровом изображении. Обычно в компьютерах используется 24-битное представление цвета, при котором основные цвета кодируются 8-битными числами. Комбинируя по 256 оттенков красного, зеленого и синего (2^=256), можно получить палитру, состоящую почти из 16,8 млн. цветов (256^= 16777216). В современных сканерах и камерах чаще применяются не 8-, а 12- и 16-разрядные АЦП, которые способны обеспечить 36- и 48-битную глубину цвета.

Говоря о сканерах, различают внутреннюю и внешнюю (выходную) глубину цвета. Внутренняя соответствует разрядности оцифровки, изображение с такой разрядностью обрабатывается встроенным процессором устройства. Выходная определяется форматом файлов, передаваемых в компьютер. Стандарт JPEG основан на 24-битном представлении цветов, файлы TIFF могут содержать 36- и 48-битные пикселы. Когда внутренняя глубина цвета больше выходной, процессор камеры или драйвер сканера выполняет необходимые перерасчеты. В любом случае, чем больше глубина цвета, тем лучше передаются тонкие цветовые переходы и различимее детали изображения.

Тени и света

Изображение состоит из пикселов, отличающихся не только цветовыми оттенками, но и яркостью. Можно составить диаграмму распределения яркости (гистограмму), по горизонтальной шкале которой откладываются значения яркости пикселов от наименьшей (черный цвет) до наибольшей (белый), а по вертикальной — количество пикселов с определенной величиной яркости. Принято разделять гистограмму на три участка. Примыкающий к черному концу называют тенями, к белому - светами, а средний — средними тонами. Важной является способность сканера или камеры фиксировать небольшие отличия яркостей в тенях и светах. От нее, например, зависит, будут ли на цифровом снимке различимы светлые облака на небе или скрытые в глубокой тени предметы.

Оптическая плотность

Любая картинка состоит из светлых и темных участков, отличающихся оптической плотностью. Этот параметр изображения определяется как десятичный логарифм отношения количества исходного света к количеству света, отраженному непрозрачным оригиналом или прошедшему через прозрачный. Значения оптической плотности принято указывать числами с пометкой D (от density — плотность). Минимальная величина оптической плотности равна нулю, что соответствует полному пропусканию или отражению света (D_mj_n=O D). Для существующих сегодня оригиналов за максимум принята величина D_max=4,0 D, соответствующая практически непрозрачному участку, через который проходит лишь 1/10000 часть светового потока.