Не уступающего по своей эффективности серьёзным промышленным аналогам. Теперь перейдём к самой схеме прибора, основа которой выполнена на микроконтроллере AT89C52.

Пояснения к схеме:

• - JP1 - DMX.
• - JP2 - переключатель DMX/под музыку.
• - JP3 - микрофон (с соблюдением полярности).
• - JP4 - переменный резистор 50-100 кОм, регулятор чувствительности микрофона.
• - JP5 - питание. Я использовал ~10 В, чтобы на движки шло +14 В
• - JP6, JP7 - подключение оптических датчиков нулевого положения кругов гобо и цвета. В кругах делается прорезь, по которой и останавливается круг.

JP8 - управление приводом стробо. У меня этот выход идет на транзистор, который через оптопару и симистор управляет гашением лампы. То есть сигнала нет - лампа не горит, сигнал есть - лампа горит). Вот схема управления:

Симистор управляет электронным блоком питания. Он был на 12 В 200 Вт.

Переделал его на 15 В и применил лампу с отражателем от медицинских приборов 15 В 150 Вт. Последовательно с лампой стоит термистор (NTC1), чтобы лампа плавно загоралась и не сгорела. В режиме от музыки этот узел не работает и лампа постоянно включена. Эта плата закреплена на кусочке текстолита и прикручена прямо под лампой:

• - JP9 - управление оптической призмой. Ставится движок, который при сигнале на этом выходе крутится и вращает оптическую призму, которая раздваивает или расстраивает изображение).
• - JP10 - JP11 - подключение шаговых двигателей - 2 управление зеркалом, круг гобо и круг цвета.
• - JP12, JP13 - разъем для внутрисхемного программирования.

Прошивку для МК и исходники можно . Другие файлы - на форуме. Фотографии платы светового сканера на микроконтроллере AT89C52:

Круги гобо и цвета останавливаются по оптическому датчику. Круг крутится в прорези оптодатчика. когда через оптодатчик проходит прорезь в круге, то он останавливается. Двигатели положения зеркала после включения отклоняют его в крайнее положение, бьются об упор и останавливаются. Потом поворачиваются на определенный угол в противоположное направление - это и есть среднее положение зеркала.

Круг гобо купил без дихроичных фильтров. Однако применить готовые не смог, так как угол поворота не сходился. Поэтому сделал из тонкого алюминия круги под мой диаметр и мой угол поворота. Просверлил отверстия нужного диаметра (чуть больше, чем купленные гобо).

15.4-16+isp_pages.doc

1. 
   Термоэлектрическое охлаждение

I

Пр-к I
Термоэлектрический эффект Пелтье состоит в поглощении или выделении тепла на спае двух различных металлов или полупроводников, когда по этим проводникам протекает электрический ток. Если Е 1 и Е 2 термоэдс первого и второго спаев, то количество тепла, получаемого на спае при температуре Т(К) выражается формулой: Q=(Е 1 - Е 2)xTxI.

Q

Один каскад конструкции на основе Bi 2 Te 3 позволяет получить температуру

(-30)С, два каскада (-75), шесть (-100)

1. 
   ^ Сканирующие системы

Для преобразования многомерного оптического сигнала в одномерный электрический, адекватную информацию о распределении параметров оптического сигнала, в ОЭП используется сканирование – процесс последовательной, непрерывной или дискретной, выборки значений оптического сигнала. Наиболее часто в ОЭП выполняется преобразование пространственного распределения потока излучения в видеосигнал. Поэтому процесс сканирования в этом случае есть последовательный просмотр сравнительно большого поля обзора малым мгновенным полем.

Важной функцией сканирования является повышение помехозащищенности ОЭП. Действительно, применение малого мгновенного поля зрения при обзоре большого пространства, содержащего малоразмерный объект на фоне помех, безусловно более предпочтительно, чем выполнение той же операции прибором с большим полем зрения.

Сканирующие системы могут быть классифицированы различным образом:

• 
  по способу разложения поля обзора (одноэлементное, параллельное, последовательное, комбинирование).
• 
  по физической сущности явлений, лежащих в основе работы сканирующей системы (механические, оптико-механические, фотоэлектронные, ультразвуковые и т.д.)
• 
  по пространственному признаку (одномерные, двумерные).

При одноэлементном сканировании малое мгновенное поле зрения может быть просмотрено, как показано ниже на рисунке, по самым различным траекториям.

При параллельном сканировании все поле OYLX просматривается одновременно по горизонтальным строкам, например, путем перемещения линейки ФП, ориентированной перпендикулярно направлению сканирования.

При последовательном сканировании линейка ФП ориентирована параллельно направлению сканирования каждую точку пространства просматривают все элементы. Сигналы от них поступают на линию задержки и в сумматор. В этом случае возможно не только осреднение сигнала, но и получение большого разрешения в (n) раз при усложнении электронной схемы и повышении стоимости ОЭП, которые могут быть несопоставимы с достижимым преимуществом.

При параллельно-последовательном сканировании просмотр поля зрения обеспечивается матрицей.

1. 
   Траектории сканирования при регулярном поиске

В оптико-электронных приборах используются различные траектории сканирования. Вид конкретной траектории определяет прежде всего форму контролируемой области поля обзора (форму растра).

Круглая форма поля образуется осесимметричными траекториями, которые создаются за счет двух составляющих сканирования. Одной из них является вращательное движение с постоянной скоростью, второй – как вращательные, так и колебательные движения.

Прямоугольная форма поля создается двумя колебательными перемещениями, хотя в некоторых случаях используются сочетания вращательного и поступательного движения.

Осесимметрические траектории сканирования могут быть разделены на ряд классов в зависимости от типа слагающих движений и соотношения между их скоростями. При этом различают спиральную и розеточную траектории сканирования.

Траектории сканирования при колебательно-вращательном движении сканирующего поля.

Архимедова спираль образуется, когда за время одного колебания вдоль некоторой оси ОУ последняя совершает несколько оборотов вокруг неподвижной точки О (рис.45).

А-шаг спирали.

Для осмотра поля обзора без (2r) пропусков размер мгновенного поля зрения должен быть равен (а).

Если при колебательно-вращательном движении сканирующего поля за время одного оборота совершается несколько колебаний, то создается розеточная траектория (рис.46, 47,48)




y y

Розеточная траектория характеризуется числом лепестков N, которое определяется угловой скоростью вращения , линейной скоростью и амплитудоколебания r

,

где

В зависимости от соотношения между r, радиусом поля обзора R, а также направления и начала сканирующего колебания изменяется характер заполнения поля линиями сканирования изменяется.

Траектории сканирования при вращательно-вращательном движении достаточно наглядно представлены на рис. 49-51.

Траектории сканировании при колебательных перемещениях.

Колебательные перемещения сканирующего поля в двух взаимно перпендикулярных направлениях позволяют осуществить так называемую построчную и прогрессивную траекторию сканирования. В этом случае в процессе развертки сканирующее поле (СП) перемещается слева направо и одновременно смещается на ширину строки вниз. Пройдя одну строку, СП быстро перемещается влево и затем процесс повторяется до заполнения кадра –поля обзора. Для получения равномерного движения СП вдоль строки или кадра перемещения его в исходное положение необходимо обеспечить пилообразный закон движения (рис.52). В заключении приведём рис.53, который иллюстрирует некоторые специальные траектории сканирования.

1. 
   Типы сканирующих устройств

Обычно различают ОЭП с фотоэлектронным сканированием, сканирование электронным лучом, сканирование световым лучом, оптико-механическое сканирование.

Сканирование электронным лучом (СЭЛ)

СЭЛ осуществляется в телевизионных передающих трубках (иконоскоп, супериконоскоп, ортикон, диссектор, видикон и др.).

Большинство современных передающих трубок являются фотоэлектрическими приемниками излучения с внешним фотоэффектом,обладающим достаточной чувствительностью в области длин волн до ~1,2 мкм.

В ряде случаев в качестве фотокатода в трубках используются фоторезистор, т.е.явление внутреннего фотоэффекта, что сдвигает область чувствительности до 2-2,5 мкм.

Рис.47. Розеточная траектория сканирования при колебательно-вращательном движении сканирующего поля

Рис. 48.Траектория сканирования при колебательно-вращательном движении сканирующего поля для rа- спиральная, б- розеточная

Рис.49 Спиральная а) и розеточная б) траектории сканирования при

Вращательно-вращательном движении сканирующего поля при 2r=R

Рис.50 Спиральная траектория для случая 2r

Рис. 51. Розеточная траектория для случая 2r

h

a
О l X

а)

б )

T пр t обр.

Рис. 52. Построчная или прогрессивная траектория сканирования

Рис.53. Некоторые специальные траетории сканирования: а- гусеница: б – следящая развертка

Наибольшее распространение в автоматических ОЭП получили диссектор и видикон, соответственно системы мгновенного действия с накоплением.

В системах мгновенного действия энергия излучения каждой точки обозреваемого поля преобразуется в сигнал только в течение времени прохождения через неё сканирующего луча. Это время существенно меньше времени обзора всего поля, т.е. здесь не используется возможность накопления энергии.

В системах c накоплением осуществляется суммирование энергии излучаемой данной точкой поля в течении всего времени обзора, что позволяет повысить их чувствительность по сравнению с системами мгновенного действия.

Пояснить работы системы с накоплением удобно на примере устройства иконоскопа.

Фотокатод телевизионной трубки (мишень) можно представить в виде большого количества отдельных, изолированных друг от друга фотоэлементов, соединенных последовательно с источником э.д.с. [(см. рис. 54), R– сопротивление нагрузки, С – распределенная емкость фотокатода].

Под действием излучения одной из точек i поля обзора происходит заряд конденсатора С i фототоком I 3 в течение времени работы ключа К- времени экспозиции.

Системы с накоплением относительно сложны в эксплуатации, требуют стабилизации источников питания и боятся сильных засветок. В связи с этим, несмотря на меньшую чувствительность, в ОЭП широко используются диссекторы.

Диссектор

Его принцип действия заключаетсяв следующем. Полупрозрачный фотокатод (рис.55), на котором проектируется изображение светящегося объекта, испускает внутрь трубки фотоэлектроны в количестве, пропорциональном его освещенности. Образовавшееся электронное изображение переносится с фотокатода к электронному умножителю с помощью электрического и магнитного поля.

Для получения сигналов от всех элементов изображения производится развертка с помощью магнитной системы (5)/ 4- ускоряющее поле/.

Диссекторы выпускаются с различными типами фотокатодов, обеспечивающих чувствительность от УФ до ближней ИК области длин волн.

Видикон (рис.56)

На полупрозрачную сигнальную пластину (металлическую) 1 нанесен слой полупроводника 2. Фотоизображение считывается электронным лучом. Нормальное падение последнего обеспечивается сеткой вблизи сигнальной пластины. Электронный луч, перемещаясь по мишени, оставляет на ней электроны, приводя потенциал участка полупроводника к потенциалу катода. Чем меньше освещенность участка мишени, тем больше сопротивление полупроводника, тем меньше, следовательно, необходимо электронов для компенсации изменения заряда, т.е. считывания рельефа изображения.

Рис.54. Схемы передающей телевизионной трубки с накоплением:

а - принципиальная: б – эквивалентная

Рис.55. Диссектор

Рис.56. Видикон

Сканирование световым лучом

По принципу действия к системам с электронным сканированием близки устройства со сканированием световым лучом. Пример такого устройства –термоэлектронный преобразователь изображения – термикон (рис.57)

Приемная поверхность термикона состоит, в том числе, из очень тонкой ИК чувствительной пленки. С обратной стороны последней наносится специальный фотоэлектрический слой, эффективность которого зависит от температуры. На фотослой проецируется изображение яркого светящегося пятна, движущегося по экрану электронно-лучевой трубки по заданному закону. В зависимости от положения светящегося пятна на фотослое и распределения температуры на поверхности П количество эмитируемых электронов и фототок в цепи кольцевого коллектора изменяется на 2-3% на каждый градус изменения температуры. Изменение фототока усиливается и управляетэлектроннолучевая трубка И2.

Область применения (расширяющаяся) – в МДП структурах. Максимальное разрешение близко 50 линий на кадр при  1.

1. 
   Оптико-механическое сканирование.

В оптико – механических сканирующих устройствах процесс сканирования осуществляется за счет изменения направления оптической оси ОЭс. При этом общее поле обзора последовательно анализируется мгновенным полем зрения оптической системы. Общая классификация таких устройств приведена на рис.58.

Сканирование может производится за счет движения всей оптической системы прибора или её элементов – зеркал, призм, клиньев, линз, диафрагм. Оптико-механические системы, в которых сканирование осуществляется диафрагмой (щелью) , движущейся в фокальной плоскости иногда называют экранирующими. Широко известный пример – диск Нипкова. Своеобразные методы сканирования используются в системах с волоконной оптикой. Сканирование может осуществляться также путем изменения коэффициента преломления или других оптических свойств материалов, входящих в систему. Сканирование движения всей системы осуществляется в тех случаях, когда возможно использовать перемещение платформы, на которой размещается ОЭС. Для обзора более широкой полосы на местности в таких системах часто используется сканирование по строке. (рис.59).

• 
  Сканирование зеркалами: различают сканирование в пространстве предметов (зеркало размещается перед объективом, рис.60) и сканирование в пространстве изображений (используется широкоугольный объектив, обеспечивающий высокое качество изображения по всему полю обзора, зеркало за ним, рис. 61).

Наряду с простым зеркалом в сканирующей системе может использоваться система зеркал, зеркальные призмы, пирамиды и т.д. (рис.62-64). В качестве исполнительных механизмов применяются шаговые двигатели, кулачковые механизмы и т.д.

Рис.57. Принципиальная схема термикона.

^ СКАНИРОВАНИЕ В ПРОСТРАНСТВЕ ПРДМЕТОВ

ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СКАНИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

СКАНИРОВАНИЕ В ПРОСТРАНСТВЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ

^ СКАНИРОВАНИЕ ЗА СЧЕТ ДВИЖЕНИЯ ВСЕЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

СКАНИРОВАНИЕ ПОДВИЖНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

^ СКАНИРОВАНИЕ ЩЕЛЬЮ, ДВИЖУЩЕЙСЯ В ПЛОСКОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ

СКАНИРОВАНИЕ ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ, ВХОДЯЩИХ В СИСТЕМУ

^ СКАНИРОВАНИЕ В СИСТЕМАХ С ВОЛОКОННОЙ ОПТИКОЙ

Рис. 58. Классификация оптико-механических

Сканирующих устройств

Рис. 59. Однострочное сканирование с движущейся платформы.

Рис. 60.Сканирование в пространстве предметов:

1. 
   

поле зрения; 7 – поле обзора

Рис. 61. Сканирование в пространстве изображений:

1. 
   сканирующее зеркало; 2 – объектив;3 – диафрагма;

4 – конденсор; 5 – приемник излучения;6 – мгновенное

поле зрения; 7 – поле обзора

Эффективность ОЭП, предназначенных для обзора пространства с неподвижного носителя может быть существенно повышена за счет применения черезстрочной развертки сканирующего луча (рис.65) линейки многоэлементного приемника. Достигаемый результат – уменьшение числа элементов приемника и уменьшение полосы частот коммутационно-усилительного тракта, причем это уменьшение равно m раз, где m = N (числу граней призмы). Недостаток – возможность пропуска цели, именно поэтому ОЭС (платформа) должна быть неподвижна.

• 
  Сканирование отверсием в непрозрачном экране - наиболее простой способ сканирования. Классический пример диск Нипкова. Пример этих устройств показан на рис. 66,67. Отверстие в диске Д (рис.66) расположено таким образом, что изображение, ограниченное диафрагмой ДП последовательно анализируется по строкам так, что когда одно отверстие выходит за пределы окна диафрагмы ДП, другое выходит прочерчивая следующую строку. Одна из последних конструкций с указанным механизмом сканирования – тепловизор “Янтарь” (70-е годы, поле обзора 5х4, мгновенное поле зрения 5, частота кадров 25 Гц), которым удалось убеспечить минимально обнаруживаемую разность температур =0,2 – 0,3С.

Зенитный теплопеленгатор - одна из таких (её исллюстрирует рис. 67) проста по конструкции и эффективна. Зеркало (D~1500 мм, f~640 мм) создает изображение точечной цели в плоскости непрозрачной диафрагмы с вырезом, вращаемой двигателем М 2 (М 1 – модулятор). Сигнал запитывает неоновую лампочку Л, которая вращается с частотой диафрагмы М 2 в пределах окружности, удобной для восприятия оператором. Легко видеть, что при условии точной ориентации приемного зеркала на цель, лампочка очерчивает полный круг и вспыхивает в определенном секторена краткие моменты времени при прочих условиях

• 
  Сканирование путем управления оптическими свойствами элементов, входящих в систему. Управление осуществляется магнитным или электрическим полем. Известно, например, что такие материалы, как нитробензол, кварц, некоторые кристаллы изменяют показатель преломления n при воздействии электрического поля. Для сканирования можно использовать систему фильтров как на рис.68, выполненных из чередующихся слоев некоторых материалов, например, сульфида цинка и креолита. Такие фильтры пропускают только монохроматическое излучение, длина волны  которых в четыре раза больше толщины l фильтра. Если изготовить фильтр в виде клина и направить на него монохроматическое излучение, то последнее пройдет только в той части, где толщина соответствует четверти длины волны (при условии n  =  /4 ). Введя второй фильтр, развернутый на 90, обеспечим возможность прохождения только той части излучения, которая соответствует участкам фильтров с толщиной 1/4. Подводя к фильтрам напряжение, можно перемещать линии равной толщины и т.о. обеспечить сканирование изображения.

(На рис.68 – ГКР – генератор кадровой и строчной разверток; КФГ, КФВ – клиновые фильтры горизонтальной и вертикальной развертки).

Рис.62. Типы сканирующих зеркал: а - вращающееся двустороннее(двугранное) зеркало; б – зеркало, вращающееся вокруг оси, неперпендикулярной к нему; в – «крест» из зерал 1 и 2; г – зеркало, качающееся в двух плоскостях; д – система из двух вращающихся зеркал; е – два зеркала, вращающихся или качающихся вокруг взаимно перпендикулярных осей; ж – вращающаяся зеркальная N – гранная призма; з – вращающаяся зеркальная N – гранная пирамида.

Рис.63. Сканирующее зеркало в виде многогранной призмы:

Об – объектив; Пр –приемник из М элементов;

З – зеркало с N гранями; НП – направление полета

Рис. 64. Основные принципы сканирования плоскопараллельной пластинкой (призмой): а – ход лучей; б – призма, эквивалентная пластинке толщиной ; в – поле обзора и поворот пластинки при неподвижном приемнике (диафрагме поля).

Рис. 65. Схема сканирования и расположения чувствительных слоев

многоэлементного приемника при чересстрочной развертке.

Рис.66. Система механичесого телевидения с диском Нипкова:

а – приемник излучения большой площади;

б – небольшой приемник и конденсор;

в – сканирующий диск

Рис. 67. Сканирование щелью в зенитном теплопеленгаторе

Рис. 68. Сканирующее устройство с клинообразными фильтрами.

СКАНЕРЫ И СКАНИРОВАНИЕ

Исходный материал для создания графических композиций можно найти в уже существующих графических файлах. Однако при этом следует помнить, что некоторые из них являются предметом защиты авторских прав и, следовательно, их нельзя свободно копировать. Можно также создавать свои произведения «с чистого листа», используя средства рисования графических редакторов. Но тогда нужны как художественные способности, так и навыки рисования с помощью компьютера. Есть еще один эффективный способ создания компьютерной графики. Он основан на использовании сканеров или цифровых фотокамер. Хорошие фотокамеры довольно дороги, а сканеры успешно завоевывают рынок товаров массового потребления и вполне доступны. С помощью сканера можно ввести в компьютер картинки из газет, журналов, книг и фотографий как целиком, так и частями, которые послужат вам строительным материалом для будущих композиций. Вы можете создавать эскизы и заготовки сначала на бумаге, а затем вводить их в компьютер посредством сканера и дорабатывать с помощью графических редакторов. Наконец, сканер просто незаменим, когда необходимо превратить бумажный печатный документ в текстовый, чтобы можно было открыть его в текстовом (а не в графическом) редакторе (например, в MS Word) для просмотра и редактирования.
Сканер является устройством для ввода изображений в компьютер. Исходные изображения (оригиналы) обычно находятся на непрозрачных (бумага) или прозрачных (слайды, фотопленка) носителях. Обычно это - рисунки, фотографии, слайды и/или тексты, но могут быть и объемные предметы. По существу сканер является устройством, которое воспринимает оптическую информацию, доступную для нашего зрения, и сначала преобразует ее в электрическую форму, а затем приводит к цифровому виду, пригодному для ввода в компьютер. Таким образом, процесс сканирования оригинала состоит в его оцифровке . Оцифрованное изображение (на жаргоне - «скан») в дальнейшем может быть обработано в компьютере с помощью графического редактора (например, Photoshop), если это рисунок, или с помощью программы распознавания символов (например, FineReader), если это текст.
Существует множество моделей сканеров, отличающихся как техническими характеристиками и возможностями, так и ценой. Совсем не факт, что вам нужен самый могущественный и самый дорогой сканер. Новички, как правило, испытывают затруднения при выборе модели сканера и, вдальнейшем, при его использовании. Ошибка в выборе сканера выражается либо в том, что вы недоплатили чуть-чуть, либо слишком переплатили. Выбирая сканер, следует исходить из задач, которые вы собираетесь решать с его помощью. Сканеры могут использоваться для текущих задач офисов, домашнего коллекционирования фотографий и профессиональной работы с графикой. Для Web-дизайна, например, вы можете обходиться и самыми дешевыми сканерами. Но для работ, предназначенных, в конечном счете, для полиграфии, вам, возможно, потребуется более мощное устройство.
Чтобы ориентироваться среди множества параметров сканеров, следует понимать, на что они практически влияют и от чего зависят. В этой главе мы попытаемся помочь в разрешении этих проблем. Сначала нужно получить общее представление о принципах построения и функционирования сканеров. Это совсем не трудно и не потребует много времени, но очень важно. Затем следует разобраться в основных параметрах (технических характеристиках) и освоить несколько типовых приемов использования сканеров. Наконец, необходимо узнать, как корректировать отсканированные изображения в графических и других редакторах.

Как устроены и работают сканеры

Для офисных и домашних задач, а также для большинства работ по компьютерной графике лучше всего подходят так называемые планшетные сканеры . Различные модели этого типа шире других представлены в продаже. Поэтому начнем с рассмотрения принципов построения и функционирования сканеров именно этого типа. Уяснение этих принципов позволит лучше понять значение технических характеристик, которые учитываются при выборе сканеров.
Планшетный сканер (Flatbed scanner) представляет собой прямоугольный пластмассовый корпус с крышкой. Под крышкой находится стеклянная поверхность, на которую помещается оригинал, предназначенный для сканирования. Через это стекло можно разглядеть кое-что из внутренностей сканера. В сканере имеется подвижная каретка, на которой установлены лампа подсветки и система зеркал. Каретка перемещается посредством так называемого шагового двигателя . Свет лампы отражается от оригинала и через систему зеркал и фокусирующих линз попадает на так называемую матрицу , состоящую из датчиков , вырабатывающих электрические сигналы, величина которых определяется интенсивностью падающего на них света. Эти датчики основаны на светочувствительных элементах, называемых приборами с зарядовой связью (ПЗС, Couple Charged Device - CCD). Точнее говоря, на поверхности ПЗС образуется электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего света. Далее нужно только преобразовать величину этого заряда в другую электрическую величину - напряжение. Несколько ПЗС располагаются рядом на одной линейке. Электрический сигнал на выходе ПЗС является аналоговой величиной (т.е. ее изменение аналогично изменению входной величины - интенсивности света). Далее происходит преобразование аналогового сигнала в цифровую форму с последующей обработкой и передачей в компьютер для дальнейшего использования. Эту функцию выполняет специальное устройство, называемое аналого-цифровым преобразователем (АЦП, Analog-to-digital Converter - ADC). Таким образом, на каждом шаге перемещения каретки сканер считывает одну горизонтальную полоску оригинала, разбитую на дискретные элементы (пикселы), количество которых равно количеству ПЗС на линейке. Все отсканированное изображение состоит из нескольких таких полос.

Рис. 119. Схема устройства и работы планшетного сканера на основе ПЗС (CCD): свет лампы отражается от оригинала и через оптическую систему попадает на матрицу светочувствительных элементов, а затем на аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

В цветных сканерах сейчас используются, как правило, трехрядная матрица ПЗС и подсветка оригинала калиброванным белым светом. Каждый ряд матрицы предназначен для восприятия одной из базовых цветовых составляющих света (красной, зеленой и синей). Чтобы разделить цвета, используют либо призму, разлагающую луч белого света на цветные составляющие, либо специальное фильтрующее покрытие ПЗС. Однако существуют цветные сканеры и с однорядной матрицей ПЗС, в которых оригинал по очереди подсвечивается тремя лампами базовых цветов. Однорядная технология с тройной подсветкой считается устаревшей.
Выше мы описали принципы построения и работы так называемых однопроходных сканеров, которые сканируют оригинал за один проход каретки. Однако еще встречаются, хотя больше и не выпускаются промышленностью, трехпроходные сканеры. Это сканеры с однорядной матрицей ПЗС. В них при каждом проходе каретки вдоль оригинала используется один из базовых цветных светофильтров: за каждый проход снимается информация по одному из трех цветовых каналов изображения. Эта технология также устарела.
Кроме CCD-сканеров, основанных на матрице ПЗС, имеются CIS-сканеры (Contact Image Sensor), в которых применяется фотоэлементная технология. Светочувствительные матрицы, выполненные по этой технологии, воспринимают отраженный оригиналом спет непосредственно через стекло сканера без использования оптических систем фокусировки. Это позволило уменьшить размеры и вес планшетных сканеров более чем в два раза (до 3-4 кг). Однако такие сканеры хороши только для исключительно плоских оригиналов, плотно прилегающих к стеклянной поверхности рабочего поля. При этом качество получаемого изображения существенно зависит от наличия посторонних источников света (крышка CIS-сканера во время сканирования должна быть закрыта). В случае объемных оригиналов качество оставляет желать лучшего, в то время как ССО-сканеры дают неплохие результаты и для объемных (до нескольких см в глубину) предметов.
Планшетные сканеры могут быть снабжены дополнительными устройствами, такими как слайд-адаптер, автоподатчик оригиналов и др. Для одних моделей эти устройства предусмотрены, а для других нет.
Слайд-адаптер (Transparency Media Adapter, TMA) - специальная приставка, позволяющая сканировать прозрачные оригиналы. Сканирование прозрачных материалов происходит с помощью проходящего, а не отраженного света. Иначе говоря, прозрачный оригинал должен находиться между источником света и светочувствительными элементами. Слайд-адаптер представляет собой навесной модуль, снабженный лампой, которая движется синхронно с кареткой сканера. Иногда просто равномерно освещают некоторый участок рабочего поля, чтобы не перемещать лампу. Таким образом, главная цель применения слайд-адаптера заключается в изменении положения источника света. «
Если же у вас есть цифровая камера (цифровой фотоаппарат), то слайд-адаптер, скорее всего, вам не нужен.
Если сканировать прозрачные оригиналы без использования слайд-адаптера, то нужно понимать, что при облучении оригинала количества отраженного и проходящего света не равны друг другу. Так, оригинал пропустит какую-то часть падающего цвета, которая затем отразится от белого покрытия крышки сканера и снова пройдет через оригинал. Какая-то часть света отразится от оригинала. Соотношение между частями проходящего и отраженного света зависит от степени прозрачности участка оригинала. Таким образом, светочувствительные элементы матрицы сканера получат свет, дважды прошедший через оригинал, а также свет, отраженный от оригинала. Многократность прохода света через оригинал ослабляет его, а взаимодействие отраженного и проходящего пучков света (интерференция) вызывает искажения и побочные видеоэффекты.
Автоподатчик - устройство, подающее оригиналы в сканер, которое очень удобно использовать при потоковом сканировании однотипных изображений (когда не нужно часто перенастраивать сканер), например, текстов или чертежей приблизительно одинакового качества.
Кроме планшетных, есть и другие типы сканеров: ручные, листопротяжные, барабанные, слайдовые, для сканирования штрих-кодов, скоростные для потоковой работы с документами.
Ручной сканер (Handheld Scanner) - портативный сканер, в котором сканирование осуществляется путем его ручного перемещения по оригиналу. По принципу действия такой сканер аналогичен планшетному. Ширина области сканирования - не более 15см. Первые сканеры для широкого применения появились в продаже в 80-х годах XX века. Они были ручными и позволяли сканировать изображения в оттенках серого цвета. Теперь такие сканеры нелегко найти.
Листопротяжный или роликовый сканер (Sheetfed Scanner) - сканер, в котором оригинал протягивается мимо неподвижной линейной CCD- или CIS-матрицы, разновидность такого сканера - факс-аппарат.
Барабанный сканер (Drum Scanner) - сканер, в котором оригинал закрепляется на вращающемся барабане, а для сканирования используются фотоэлектронные умножители. При этом сканируется точечная область изображения, а сканирующая головка движется вдоль барабана очень близко от оригинала.
Слайдовый сканер (Film-scanner) - разновидность планшетного сканера, предназначенная для сканирования прозрачных материалов (слайдов, негативных фотопленок, рентгеновских снимков и т. п.). Обычно размер таких оригиналов фиксирован. Заметим, что для некоторых планшетных сканеров предусмотрена специальная приставка (слайд-адаптер), предназначенная для сканирования прозрачных материалов (см. выше).
Сканер штрих-кодов (Bar-code Scanner) - сканер, предназначенный для сканирования товарных штрих-кодов. По принципу действия он сходен с ручным сканером и подключается к компьютеру, либо к специализированной торговой системе. При наличии соответствующего программного обеспечения распознавать штрих-коды может любой сканер.
Скоростной сканер для работы с документами (Document Scanner) - разновидность листопротяжного сканера, предназначенная для высокопроизводительного многостраничного ввода. Сканеры могут быть оборудованы приемными и выходными лотками объемом свыше 1000 листов и вводить информацию со скоростью свыше 100 листов в минуту. Некоторые модели этого класса обеспечивают двустороннее (дуплексное) сканирование, подсветку оригинала разными цветами для отсечки цветного фона, компенсацию неоднородности фона, имеют модули динамической обработки разнотипных оригиналов.
Итак, для дома и офиса лучше всего подходит планшетный сканер. Если вы хотите заниматься графическим дизайном, то лучше выбрать CCD-сканер (на основе ПЗС-матрицы), поскольку он позволяет сканировать и объемные предметы. Если вы собираетесь сканировать слайды и другие прозрачные материалы, то следует выбрать сканер, для которого предусмотрен слайд-адаптер. Обычно собственно сканер и подходящий к нему слайд-адаптер продаются отдельно. Если не получается приобрести слайд-адаптер одновременно со сканером, то при необходимости вы сможете сделать это позже. Необходимо также определить максимальные размеры сканируемых изображений. В настоящее время типовым является формат А4, соответствующий обычному листу писчей бумаги. Большинство бытовых сканеров ориентированы именно на этот формат. Для сканирования чертежей и другой конструкторской документации обычно требуется формат A3, соответствующий двум листам формата А4, соединенным по длинной стороне. В настоящее время цены однотипных сканеров для форматов А4 и A3 сближаются. Можно предположить, что оригиналы, не превышающие по размерам формат А4, будут лучше обрабатываться сканером, ориентированным на формат A3.
Перечисленные выше параметры далеко не исчерпывают весь список, но на данном этапе нашего рассмотрения мы пока можем использовать только их. При выборе сканера решающими являются три аспекта: аппаратный интерфейс (способ подключения), оптико-электронная система и программный интерфей с (так называемый TWAIN-модуль). Далее мы рассмотрим их более подробно.

Подключение сканера к компьютеру

Данные результатов сканирования в цифровой форме передаются от сканера в компьютер для последующей обработки и/или хранения в виде файлов. Сканеры могут подключаться к компьютеру различными способами. Иначе говоря, они могут иметь различный аппаратный интерфейс .
Одним из наиболее распространенных является SCSI-интерфейс. Он обеспечивается специальной платой (адаптером, картой), вставляемой в разъем (слот) расширения на материнской плате компьютера. К этой плате можно подключать не только сканер с SCSI-интерфейсом, но и другие устройства (например, жесткие диски). Так что, SCSI-интерфейс обеспечивается отдельным устройством, которое уже, возможно, имеется на вашем компьютере. Почти все планшетные сканеры с SCSI-интерфейсом комплектуются усеченной модификацией SCSI-платы, к которой можно подключить только сканер. Таким образом, если на вашем компьютере нет SCSI-адаптера, но есть свободный подходящий слот на материнской плате, то с подключением сканера не возникнет принципиальных проблем. SCSI-интерфейс надежен и обеспечивает быструю передачу данных. Однако может потребоваться установка платы. Для этого следует при выключенном питании компьютера снять кожух системного блока компьютера и установить в один из свободных и подходящих разъемов интерфейсную плату. Подробности вполне понятно описаны в руководстве к сканеру.
Кроме того, есть планшетные сканеры, имеющие собственную интерфейсную плату, которая помимо передачи данных обеспечивает электрическое питание сканера от системного блока компьютера. При этом питание на сканер будет подаваться только при запуске программы сканирования. Следует иметь в виду, что интерфейсная плата сканера может подходить к ISA-слоту или к PCI-слоту материнской платы компьютера. Поэтому прежде чем выбрать такой сканер, следует выяснить, имеется ли в вашем компьютере свободный подходящий слот.
Если вам часто приходится перемещать сканер, подключая его то к одному, то к другому компьютеру, то описанные выше способы могут показаться неудобными: каждый раз необходимо выключить компьютер, снять крышку, вынуть или установить интерфейсную плату. С другой стороны, все эти хлопоты при соответствующей сноровке требуют всего лишь 5 - 10 минут.
Есть сканеры, подключаемые к USB-порту (к универсальной последовательной шине) компьютера. Это - наиболее удобный и быстрый интерфейс, не требующий установки платы в системный блок, а иногда даже выключения компьютера. USB-порт обеспечивает не только обмен данными между компьютером и подключенным к нему внешним устройством, но и питание этого устройства от системного блока питания. Однако это справедливо не для всех устройств. Некоторые из них снабжены своими блоками питания и тогда, как правило, при соединении их кабелем с компьютером последний приходится выключать. В любом случае перед подключением сканера к USB-порту следует узнать из прилагаемого руководства, как именно это делается. Кроме того, нужно иметь в виду, что USB-порты отсутствуют на старых моделях компьютеров (первых Pentium и более ранних).
Многие модели планшетных сканеров подключаются к параллельному порту (LPT) компьютера, к которому обычно подключается принтер. В этом случае сканер подключается через кабель непосредственно к LPT-порту, а принтер - к дополнительному разъему на корпусе сканера. Этот интерфейс медленнее, чем описанные выше. Для подключения сканера к LPT-порту не требуется снимать крышку системного блока, но выключать компьютер на время этой операции все же необходимо.
Вообще говоря, сканеры с любым из рассмотренных выше интерфейсов могут использоваться для работы с графикой. Однако мы отдаем предпочтение интерфейсам SCSI и USB, исходя из соображений надежности, быстродействия и удобства эксплуатации.

Основные характеристики оптико-электронной системы сканера

Рассмотрим основные характеристики оптико-электронной системы сканера: разрешение, глубину цвета, разрядность, оптическую плотность и область высокого разрешения.

Разрешение

Разрешение (Resolution) или разрешающая способность сканера - параметр, характеризующий максимальную точность или степень детальности представления оригинала в цифровом виде. Разрешение измеряется в пикселах на дюйм (pixels per inch, ppi). Нередко разрешение указывают в точках на дюйм (dots per inch, dpi), но эта единица измерения является традиционной для устройств вывода (принтеров). Говоря о разрешении, мы будем использовать ppi. Различают аппаратное (оптическое) и интерполяционное разрешение сканера.

Аппаратное (оптическое) разрешение

Аппаратное (оптическое) разрешение (Hardware/optical Resolution) непосредственно связано с плотностью размещения светочувствительных элементов в матрице сканера. Это - основной параметр сканера (точнее, его оптико-электронной системы). Обычно указывается разрешение по горизонтали и вертикали, например, 300x600 ppi. Следует ориентироваться на меньшую величину, т. е. на горизонтальное разрешение. Вертикальное разрешение, которое обычно вдвое больше горизонтального, получается в конечном счете интерполяцией (обработкой результатов непосредственного сканирования) и напрямую не связано с плотностью чувствительных элементов (это так называемое разрешение двойного шага ). Чтобы увеличить разрешение сканера, нужно уменьшить размер светочувствительного элемента. Но с уменьшением размера теряется чувствительность элемента к свету и, как следствие, ухудшается соотношение сигнал/шум. Таким образом, повышение разрешения - нетривиальная техническая задача.

Интерполяционное разрешение

Интерполяционное разрешение (Interpolated Resolution) - разрешение изображения, полученного в результате обработки (интерполяции) отсканированного оригинала. Этот искусственный прием повышения разрешения обычно не приводит к увеличению качества изображения. Представьте себе, что реально отсканированные пикселы изображения раздвинуты, а в образовавшиеся промежутки вставлены «вычисленные» пикселы, похожие в каком-то смысле на своих соседей. Результат такой интерполяции зависит от ее алгоритма, но не от сканера. Однако эту операцию можно выполнить средствами графического редактора, например, Photoshop, причем даже лучше, чем собственным программным обеспечением сканера. Интерполяционное разрешение, как правило, в несколько раз больше аппаратного, но практически это ничего не означает, хотя может ввести в заблуждение покупателя. Значимым параметром является именно аппаратное (оптическое) разрешение.
В техническом паспорте сканера иногда указывается просто разрешение. В этом случае имеется в виду аппаратное (оптическое) разрешение. Нередко указываются и аппаратное, и интерполяционное разрешение, например, 600х 1200 (9600) ppi. Здесь 600 - аппаратное разрешение, а 9600 - интерполяционное.

Различимость линий

Различимость линий (Line detectability) - максимальное количество параллельных линий на дюйм, которые воспроизводятся с помощью сканера как раздельные линии (без слипаний). Этот параметр характеризует пригодность сканера для работы с чертежами и другими изображениями, содержащими много мелких деталей. Его значение измеряется в линиях на дюйм (lines per inch, Ipi).

Какое разрешение сканера следует выбрать

Этот вопрос чаще других задают при выборе сканера, поскольку разрешение - один из самых главных параметров сканера, от которого существенно зависит возможность получения высококачественных результатов сканирования. Однако это вовсе не означает, что следует стремиться к максимальному возможному разрешению, тем более, что оно дорого стоит.
Вырабатывая требования к разрешению сканера, важно уяснить общий подход. Сканер является устройством, преобразующим оптическую информацию об оригинале в цифровую форму и, следовательно, осуществляющим ее дискретизацию. Наданном этапе рассмотрения кажется, что чем мельче дискретизация (больше разрешение), тем меньше потерь исходной информации. Однако результаты сканировании предназначены для отображения с помощью некоторого устройства вывода, например, монитора или принтера. Эти устройства имеют свою разрешающую способность. Наконец, глаз человека обладает способностью сглаживать изображения. Кроме того, печатные оригиналы, полученные типографским способом или посредством принтера, также имеют дискретную структуру (печатный растр), хотя это может быть и не заметно для невооруженного глаза. Такие оригиналы обладают собственным разрешением.
Итак, есть оригинал с собственным разрешением, сканер со своей разрешающей способностью и результат сканирования, качество которого должно быть как можно выше. Качество результирующего изображения зависит от установленного разрешения сканера, но до некоторого предела. Если установить разрешение сканера больше собственного разрешения оригинала, то от этого качество результата сканирования, вообще говоря, не улучшится. Мы не хотим сказать, что сканирование с более высоким, чем у оригинала, разрешением бесполезно. Есть ряд причин, когда это нужно делать (например, когда мы собираемся увеличивать изображение при выводе на монитор или принтер или когда надо избавиться от муара). Здесь мы обращаем внимание на то, что улучшение качества результирующего изображения за счет повышения разрешения сканера не беспредельно. Можно увеличивать разрешение сканирования, не добиваясь при этом улучшения качества результирующего изображения, но зато увеличивая его объем и время сканирования.
О выборе разрешения сканирования мы еще неоднократно будем говорить в данной главе. Разрешение сканера - это максимальное разрешение, которое можно установить при сканировании. Так какая же величина разрешения нам нужна? Ответ зависит от того, какие изображения вы собираетесь сканировать и на какие устройства выводить. Ниже мы приведем лишь ориентировочные значения.
Если вы собираетесь сканировать изображения для последующего вывода на экран монитора, то обычно достаточно разрешения 72-l00ppi. Для вывода на обычный офисный или домашний струйный принтер - 100-150 ppi, на высококачественный струйный принтер - от 300 ppi.
При сканировании текстов из газет, журналов и книг с целью последующей обработки программами оптического распознавания символов (OCR - Optical Character Recognition) обычно требуется разрешение 200-400 ppi. Для вывода на экран или принтер эта величину можно уменьшить в несколько раз.
Для любительских фотографий обычно требуется 100-300 ppi. Для иллюстраций из роскошных типографских альбомов и буклетов - 300-600ppi.
Если вы собираетесь увеличивать изображение для вывода на экран или принтер без потери качества (четкости), то разрешение сканирования следует установить с некоторым запасом, т. е. увеличить его в 1,5-2 раза по сравнению с приведенными выше значениями.
Рекламным агентствам, например, требуется высококачественное сканирование слайдов и бумажных оригиналов. При сканировании слайдов для вывода на печать в формате 10x15 см потребуется разрешение 1200 ppi, а в формате А4 - 2400 ppi.
Обобщая изложенное выше, можно сказать, что в большинстве случаев аппаратного разрешения сканера 300 ppi достаточно. Если же сканер имеет разрешение 600 ppi, то это очень хорошо.

Глубина цвета и разрядность

Глубина цвета, как мы уже говорили в главе 1, определяется количеством цветов, которые могут быть переданы (представлены), или количеством разрядов (битов) цифрового кода, содержащим описание цвета одного пиксела. Одно с другим связано простой формулой:

Количество цветов = 2 Количество бит

В сканере электрический аналоговый сигнал с матрицы светочувствительных элементов преобразуется в цифровой посредством аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Цифровой сигнал, несущий информацию о цвете пикселов, характеризуется разрядностью, т. е. количеством двоичных разрядов (битов), которыми кодируется информация о цвете каждого пиксела. АЦП и качество светочувствительных элементов сканера определяют глубину цвета, которую он может обеспечить. В настоящее время все цветные планшетные сканеры для широкого применения обеспечивают как минимум 24-битную глубину цвета (8 бит на каждую из трех базовых составляющих цвета). В пересчете на количество цветов это 2 24 = 16 777 216, чего вполне достаточно. В то же время существуют сканеры с 30-битным и 36-битным представлением цвета (10 и 12 бит соответственно на каждую составляющую). Реально вы будете работать с 24-битным цветом, но при большей разрядности АЦП, имея избыточную информацию, можно производить цветовую коррекцию изображения в большем диапазоне без потери качества. Сканеры, имеющие большую глубину цвета (разрядность), позволяют сохранить больше оттенков и градаций цвета в темных тонах. Кроме того, младшие разряды выходного кода АЦП обычно флуктуируют (содержат ошибки преобразования). Чем большую разрядность имеет АЦП, тем меньше влияние ошибок преобразования на конечный результат.

Оптическая плотность

Понятие оптической плотности (Optical Density) относится прежде всего к сканируемому оригиналу. Этот параметр характеризует способность оригинала поглощать свет; он обозначается как D или OD. Оптическая плотность вычисляется как десятичный логарифм отношения интенсивностей падающего и отраженного (в случае непрозрачных оригиналов) или проходящего (в случае прозрачных оригиналов) света. Минимальная оптическая плотность (D min) соответствует самому светлому (прозрачному) участку оригинала, а максимальная плотность (D max) соответствует самому темному (наименее прозрачному) участку. Диапазон возможных значений оптической плотности заключен между 0 (идеально белый или абсолютно прозрачный оригинал) и 4 (черный или абсолютно непрозрачный оригинал).
Типичные значения оптической плотности некоторых типов оригиналов представлены в следующей таблице:

Динамический диапазон сканера определяется максимальным и минимальным значениями оптической плотности и характеризует его способность работать с различными типами оригиналов. Динамический диапазон сканера связан с его разрядностью (битовой глубиной цвета): чем выше разрядность, тем больше динамический диапазон и наоборот. Для многих планшетных сканеров, главным образом, предназначенных для офисных работ, этот параметр не указывается. В таких случаях считается, что значение оптической плотности приблизительно равно 2,5 (типовое значение для офисных 24-битных сканеров). Для 30-битного сканера этот параметр равен 2,6-3,0, а для 36-битного - от 3,0 и выше.
С увеличением динамического диапазона сканер лучше передает градации яркости в очень светлых и очень темных участках изображения. Наоборот, при недостаточном динамическом диапазоне детали изображения и плавность цветовых переходов в темных и светлых участках теряются.

Область высокого разрешения

Некоторые планшетные сканеры могут использовать дополнительный объектив с большой степенью увеличения. Для этого случая в техническом паспорте указываются размеры части области рабочего поля сканера, в которой может осуществляться сканирование с повышенным в несколько раз разрешением. Эта область высокого разрешения (High Resolution Area, HRA) обычно намного меньше рабочего поля.

Программное обеспечение сканера

Программное обеспечение сканера состоит из двух частей: программного интерфейса и пакета прикладных графических программ. Программный интерфейс обеспечивает управление сканером, а также его связь с графическими программами сторонних производителей. Это так называемый TWAIN-модуль или драйвер сканера . Говорят, что TWAIN - аббревиатура Toolkit Without An Interesting Name (Инструменты без интересного имени). По существу, спецификация TWAIN является стандартом прикладного программного интерфейса периферийных устройств, в том числе и сканеров. С TWAIN должны быть совместимы все выпускаемые сканеры, цифровые фотокамеры и другие периферийные устройства ввода данных. Стандарт TWAIN поддерживают практически все графические программы. В состав Windows 98 и более поздних версий включен TWAIN-модуль. Однако все же рекомендуется устанавливать TWAIN-модуль, поставляемый вместе со сканером (также, как лучше устанавливать драйвер производителя устройства).
Подключив сканер к компьютеру и установив TWAIN-модуль, вы получаете возможность вызывать процедуру сканирования из графической программы, например, Photoshop, MS PhotoEditor, ACDSee, FineReader и многих других. В различных программах команды сканирования называются по-разному: Import>TWAIN, Acquire, Сканировать и т. п. В графическом редакторе Photoshop команда сканирования выбирается в меню File>Import (Файл>Импорт), в ACDSee - File>Acquire .
TWAIN-модуль имеет пользовательский интерфейс (диалоговое окно), с помощью которого можно настроить параметры сканирования. Внешний вид и состав параметров этого модуля могут быть различными, поскольку производители программного обеспечения сканера ограничены только собственно стандартом TWAIN, а совершенствовать пользовательский интерфейс им никто не мешает. Вместе с тем, существует стандартный набор параметров, которые присутствуют во всех интерфейсах: выбор режима и области сканирования, разрешения, контрастности, яркости и т. д.
Кроме TWAIN-модуля в программное обеспечение сканера обычно входит какой-нибудь, обычно весьма скромный по возможностям, графический редактор и, возможно, программа оптического распознавания символов (OCR). Если у вас на компьютере уже установлены солидные программы, например, графический редактор Photoshop и система OCR FineReader, то дополнительные программные средства, поставляемые вместе со сканером, вам не нужны.
Заметим, что есть сканеры с собственным программным интерфейсом, отличным от TWAIN. В этом случае результат сканирования сохраняется в файле графического формата (например, TIFF), который затем можно открыть для просмотра и правки в графическом редакторе.

Сканирование

Теперь, когда вы решили проблему выбора сканера, можно приступить к самому интересному - к сканированию изображений, текста и даже объемных предметов для ввода этой информации в компьютер.

Настройка основных параметров сканирования

Рассмотрим основные параметры сканирования, которые можно настраивать с помощью графического интерфейса TWAIN-модуля. Для конкретности мы взяли в качестве примера интерфейс сканера MFS 1200SP фирмы Mustek. Это - однопроходный цветной планшетный сканер на основе ПЗС с оптическим разрешением 600 ppi и интерполяционным разрешением 9600 ppi, глубиной цвета 30 бит, подключаемый к компьютеру посредством SCSI-адаптера или собственной интерфейсной платы; формат А4; масса 1 кг. Этим сканером мы, авторы книги, с удовольствием пользуемся последние пять лет.
Один из типовых способов работы состоит в вызове диалогового окна сканера из прикладной программы, например, из графического редактора или OCR-системы. При этом результат сканирования будет сразу загружен в редактор, что очень удобно, поскольку редко когда обходится без хотя бы легкой коррекции отсканированного изображения. Заметим, что некоторые сканеры включаются автоматически при их вызове из прикладной программы, а для других нужно предварительно включить питание специальным переключателем.

Рис. 120. Диалоговое окно сканера MFS 1200SP фирмы Mustek

В Photoshop сканер вызывается командой File>Import (Файл>Импорт)> Название_сканера . При этом открывается диалоговое окно сканера (интерфейс его TWAIN-модуля). Кроме того, возможно, сразу же будет открыто еще одно окно для предварительного просмотра изображения и выбора области сканирования.
Если оно не открывается автоматически, нажмите кнопку Prescan (Предварительное сканирование) в диалоговом окне сканера.
Итак, диалоговое окно сканера на экране монитора. Следовательно, сканер установлен на компьютере и имеет связь с графической прикладной программой. Теперь можно приступить к собственно сканированию. Откройте крышку сканера, положите на рабочее поле (стекло) оригинал (изображением вниз), закройте крышку и щелкните на кнопке Prescan в диалоговом окне. В результате в окне предварительного просмотра появится изображение оригинала, отсканированное с низким разрешением. Это - черновой эскиз оригинала. До окончательного сканирования еще дело не дошло. Теперь можно выделить область сканирования, т. е. участок оригинала, который вам нужен. Для этого с помощью мыши переместите и/или измените размеры рамки, которая видна на фоне эскиза. Для более точного позиционирования рамки можно использовать клавиши со стрелками при нажатой клавише . Чтобы отсканировать указанную область оригинала при текущих значениях параметров, щелкните на кнопке Scan (Сканировать). В диалоговом окне сканера отображаются размеры изображения в выбранных единицах измерения (пикселах, см, мм или дюймах), а также в килобайтах. В результате отсканированное изображение будет загружено в новое окно графического редактора. Вы можете обработать его, если необходимо, а затем сохранить в файле графического формата (см. главу 3). Однако перед сканированием обычно производят настройку параметров? чтобы получить результат с нужным качеством.
При настройке параметров чаще всего пытаются найти компромисс между качеством результирующего изображения (скана), его объемом и временем сканирования. Обычно улучшение качества сопряжено с увеличением объема занимаемой памяти и времени. Затраты времени становятся весьма заметными, если требуется отсканировать подряд много оригиналов, например, несколько десятков фотографий или страниц журнала. Сканирование с большим запасом разрешения приводит к большим затратам памяти и дискового пространства. Например, цветная фотография размером 4x6 дюймов (примерно 10x15 см) при сканировании с разрешением 600 ppi потребует более 25 Мбайт. Такие большие изображения медленно обрабатываются.
Можно выделить два основных подхода к выбору параметров сканирования. Первый состоит в том, что качество результата должно определяться в первую очередь характеристиками устройств и материалов вывода (монитор, принтеры различного типа, полиграфическая техника, печать на газетной или мелованной бумаге и т. п.). Согласно этому подходу, не стоит создавать изображение очень высокого качества, если его вывод будет производиться устройствами с низкими характеристиками («не в коня корм»). Однако при смене типа устройства вывода часто оказывается, что нужно заново сканировать изображение, но уже при других значениях параметров. Данный подход характерен для офисных работ, но нередко применяется и дизайнерами. Согласно второму подходу, при сканировании следует получить максимально возможную графическую информацию об оригинале, а только затем обработать ее в редакторе применительно к типу устройства вывода. Девиз этого подхода: «от того, что мы имеем, всегда можно отказаться». Этот подход применяют, когда заранее не известно, где и как будет использовано изображение. Он типичен, прежде всего, для дизайнеров.

Выбор режима сканирования

Прежде всего необходимо выбрать режим сканирования (Scan Mode), соответствующий типу оригинала и/или желаемого результата. Как правило, можно выбрать следующие режимы:

• Color (Цветной). Цветное изображение, представленное в модели RGB
• Gray или Grayscale (В оттенках серого). Изображения с плавными переходами оттенков серого цвета
• Artline (Произвольные линии). Черно-белое изображение без полутонов
• Halftone (Полутон). Черно-белое изображение, сформированное регулярно расположенными точками различных размеров или штрихами (печатный растр)

В принципе, вы можете выбрать любой из доступных режимов сканирования, независимо от исходного изображения (оригинала). Например, можно сканировать в цветном режиме оригиналы, выполненные в оттенках серого цвета, и, наоборот, цветные оригиналы можно сканировать в режиме оттенков серого. Выбор оптимального режима зависит как от оригинала, так и от вашей цели. Характеристики режимов в приведенном выше списке служат, главным образом, в качестве ориентиров для новичков. Опытные сканировщики легко выбирают режим в зависимости от того, с чем имеют дело и что хотят получить. Но свой опыт они почерпнули из множества экспериментов. Мы вам советуем идти этим путем. Вот некоторые общие рекомендации.

Рис. 121. Изображение типа Artline

Выбор разрешения сканирования

Сканер, как отмечалось выше, обладает разрешающей способностью, определяемой его конструктивными особенностями. Она может быть аппаратной (оптической) или интерполяционной (реконструированной вычислительными средствами). Разрешающая способность является максимальной характеристикой, определяемой техническими особенностями сканера. Однако при сканировании изображения вы можете произвольно выбрать, с каким разрешением это следует делать в данном конкретном случае. Установленное разрешение сканирования может быть меньше или равно аппаратному (оптическому) разрешению сканера, но может и превышать его. В последнем случае речь может идти только об интерполяционном разрешении. При установленном интерполяционном разрешении сканирования кроме собственно аппаратных средств привлекаются программные преобразования. Последние могут быть хорошими или плохими: все зависит от алгоритма преобразования и исходного изображения.
От выбора разрешения сканирования зависит качество полученного изображения, занимаемый им объем памяти, а также скорость сканирования. Качество изображения это, прежде всего, его четкость, плавность цветовых переходов. Другими словами, хороший результат сканирования не должен выглядеть заметно хуже, чем оригинал.
Чем меньше разрешение, тем меньше объем и временные затраты на сканирование и наоборот. Однако с качеством результата дело обстоит сложнее. Здесь напрашивается аналогия с выбором рыболовной сети. Какую сеть выбрать - с мелкими или крупными ячейками, зависит от размеров рыбы, которую вы хотите поймать. Сканер - это устройство, извлекающее информацию, содержащуюся в изображении. Нельзя получить информации больше, чем ее было в оригинале, но ее описание можно сделать избыточным. Избыточные описания графической информации обычно выражаются в чрезмерно больших объемах соответствующих файлов. В идеале нам нужно настроить сканер так, чтобы извлечь из оригинала как можно больше графической информации, или, по крайней мере, не меньше, чем нужно.
Умение правильно выбирать разрешение сканирования приходит с опытом. Однако эксперименты можно упорядочить, чтобы опытность пришла побыстрее. Изображения для простоты можно разделить на два основных типа: фотографии и рисунки. Изображения типа фотографии (фотоснимки, живопись и т. п.) характеризуются большим количеством оттенков и плавностью их переходов, а рисунки (плакаты, чертежи, гравюры и т. п.) - относительно небольшим количеством оттенков, наличием контуров и повышенной контрастностью. Таким образом, в класс фотографий попадают не только фотоснимки, а к классу рисованной графики относятся не только изображения, созданные карандашом, кистью или пером. Иногда встречаются изображения, которые трудно с уверенностью отнести к тому или иному типу. В этом случае попробуйте и так, и эдак. Далее, возьмите несколько картинок каждого типа и отсканируйте их при различных разрешениях. Начните с минимального значения 72 ppi, увеличивая его с некоторым шагом до величины оптического разрешения сканера. В процессе эксперимента нужно зафиксировать две величины разрешения:

• начиная с которой качество изображения становится приемлемым;
• начиная с которой качество изображения практически не изменяется.

Усреднив полученные данные для каждого типа изображений, вы получите значение разрешения, которое следует устанавливать при первой попытке сканирования. При сканировании дело обстоит примерно так же, как и при использовании профессионального фотоаппарата, когда необходимо вручную установить выдержку, диафрагму и фокусное расстояние (резкость). Опытный фотограф быстро оценивает объект съемки и устанавливает нужные параметры своего аппарата. Однако профессионал сделает несколько снимков одного и того же объекта при немного различающихся настройках фотокамеры. Аналогично, при сканировании нередко приходится предпринимать несколько попыток.
Устанавливая разрешение сканирования, следует также учитывать, будет ли изображение увеличено в размерах при показе его на экране монитора или при выводе на печать. С увеличением размеров (т. е. при растяжении) качество изображения, вообще говоря, может ухудшиться. На этот случай создают изображение с некоторым запасом разрешения. Так, если предполагается увеличивать картинку в два раза, то и разрешение должно быть в два раза больше, чем то, которое было достаточным для исходных размеров. Сдругой стороны, если предполагается выводить на монитор или печать уменьшенное изображение, то, возможно, разрешение следует соответственно уменьшить. Маленькие изображения должны иметь небольшое разрешение. Эта ситуация часто возникает в Web-дизайне, где одна и та же картинка часто представляется в двух вариантах: маленькая (thumbnail, миниатюра) - с низким разрешением, и большая - с высоким разрешением.
Если ваш компьютер обладает достаточно большой памятью и затраты времени на сканирование для вас не критичны, то можно рекомендовать установку разрешения, равного аппаратному (оптическому) разрешению сканера. Затем, если потребуется, разрешение полученного изображения можно уменьшить средствами графического редактора. В Photoshop для этого используется команда Image>Image Size (Изображение>Размер изображения). Однако увеличение разрешения средствами графического редактора не повышает качество изображения. При уменьшении разрешения (downsample) из изображения удаляются пикселы и, таким образом, уменьшается количество графической информации. При увеличении разрешения графический редактор добавляет пикселы, используя для вычисления их значений некоторый алгоритм интерполяции (учета значений соседних пикселов).

Рис. 123. Окно установки размеров и разрешения изображения в Photoshop

Вообще говоря, оптимизировать окончательный вариант изображения лучше средствами мощного графического редактора, такого как Photoshop. Работа с графикой с точки зрения дизайнера (художника) обычно происходит в пространстве графического редактора, а не средств программного обеспечения сканера. Но это не означает, что программные средства сканера (TWAIN-интерфейса) должны быть навсегда забыты. Хотя они и создавались главным образом для того, чтобы пользователь мог работать со сканером, не завися от имеющегося у него пакета графических программ, иногда их можно эффективно применять еще до того, как Photoshop проявит всю свою мощь.
В следующей таблице приведены в качестве примера затраты памяти при сканировании изображения размером 4x4 дюйма (11x11 см) в различных режимах и при различных разрешениях.

Тип изображения	Объем изображения при различных разрешениях
	100 ppi	150 ppi	300 ppi	600 ppi
Color	469 Кбайт	1 Мбайт	4,12 Мбайт	16,5 Мбайт
Gray	156 Кбайт	352 Кбайт	1,37 Мбайт	5,5 Мбайт
Artline	19,5 Кбайт	44 Кбайт	175 Кбайт	703 Кбайт

В заключение разговора о разрешении сканирования напомним обстоятельства, которые приходится дополнительно учитывать при выборе разрешения. Во-первых, если отсканированное изображение предназначается для вывода на печать с помощью лазерного или струйного принтера, то устанавливаемое разрешение может быть в 3-4 раза меньше разрешения принтера. Это справедливо в первую очередь для цветных или полутоновых (в оттенках серого) изображений. Для изображений типа Artline или Halftone разрешение сканирования следует выбирать, по возможности, равным разрешению принтера. Например, если у вас обычный струйный принтер с разрешением 300 ppi, то. попробуйте сначала отсканировать изображение с разрешением 75 ppi. Если результат окажется неудовлетворительным, увеличьте разрешение сканирования в 2 раза. Во-вторых, разрешение часто приходится менять при сканировании изображений из высококачественных печатных изданий. Причина тому так называемый муар - эффект взаимодействия нескольких периодических структур (в данном случае, дискретных структур сканирования и печатного растра). Часто этот побочный оптический эффект устраняется выбором более высокого разрешения сканирования. Подавление муара более подробно будет рассмотрено ниже. В-третьих, при выборе начального и, при необходимости, последующих значений разрешения сканирования следует стремиться к тому, чтобы выбранное разрешение было кратно оптическому разрешению сканера, деленному на целую степень двойки:

Устанавливаемое разрешение = Оптическое разрешение: 2 i , где i = 0, 1,2, 3,...

Например, если оптическое разрешение сканера равно 600 ppi, то устанавливаемое разрешение сканирования должно быть как можно ближе к 600, 300, 150, 75 ppi. Такой выбор способствует достижению наибольшей четкости результата сканирования.

Тоновая коррекция изображения

Программное обеспечение сканеров обычно позволяет устанавливать параметры тоновой коррекции - яркость, контрастность, гамма и другие (например, уровни черного и белого). Возможность настройки этих параметров до сканирования очень важна.
Особенно полезно регулировать уровни черного и белого, если оригинал не контрастный и вялый, т. е. в нем нет областей большой и очень малой яркости, а вся графическая информация сосредоточена в средних тонах. В таких случаях к оригиналу подкладывают белый и черный листы бумаги, а область сканирования выбирают так, чтобы захватить эти специальные вложения. Позже их можно удалить из результата сканирования средствами графического редактора. Этот прием позволяет скорректировать результат автоматической настройки уровней черного и белого, которую производит сканер при предварительном сканировании.
Если результат сканирования слишком темный или светлый, то лучше регулировать параметр гамма (если, конечно, есть такая возможность), чем яркость и контрастность. Напомним, что гамма влияет на средние тона изображения, оставляя неизмененными самые темные и самые светлые пикселы, т. е. сохраняя границы диапазона яркостей пикселов. Другими словами, коррекция изображения с помощью параметра гамма является более щадящей.

Рис. 124. Окно настройки тональных параметров сканера MFS I200SP фирмы Mustek

При тональной коррекции, осуществляемой до окончательного сканирования, следует помнить, что она производится для настройки сканера с целью извлечь из оригинала максимум графической информации. Большое количество графической информации не всегда выражается в виде яркого и контрастного изображения. В случае фотографий, например, контрастный результат сканирования, к которому обычно стремятся новички, чаще всего обусловлен потерями исходной информации. Если предполагается дальнейшая обработка изображения в редакторе, то не следует злоупотреблять завышением яркости и контрастности с помощью программного обеспечения сканера, т. к. при этом можно потерять тонкие детали в темных и очень светлых участках.
Следует иметь в виду, что выбранные значения параметров сканирования сохраняются до тех пор, пока вы их снова не измените. Чтобы восстановить значения параметров, принятые по умолчанию, нужно щелкнуть на кнопке Reset (Восстановить), а чтобы посмотреть на результаты выбора параметров в окне предварительного просмотра, щелкните на кнопке Preview (Предварительный просмотр).
Результат сканирования при необходимости можно откорректировать в графическом редакторе, например, в Photoshop. Обычно без этого не обходится, если только речь не идет о черновом сканировании с качеством факса.

Борьба с муаром

Нередко на изображениях, отсканированных с печатных оригиналов, которые были созданы типографским способом, появляется мелкая узорчатая сетка. При этом обычно она тем заметнее, чем более высокого качества оригинал. Этот эффект называется муаром (moire). По существу муар представляет собой интерференционную картину, получающуюся в результате совмещения типографского растра с другими регулярными структурами, такими как пиксельная структура экрана и дискретный процесс сканирования. Возьмите две расчески с различной частотой зубьев, наложите их друг на друга и посмотрите в проходящем свете, немного сдвигая одну расческу относительно другой. Наблюдаемый оптический эффект и есть то, что называется интерференционной картиной.

Рис. 125. Модель, иллюстрирующая механизм возникновения муара

Графические элементы с периодической структурой (например, сетка микрофона или от комаров, шахматный узор, параллельные или радиально расходящиеся линии) также могут вызвать муар. Муар может возникнуть и на штриховой графике. Но все же с наибольшей вероятностью он появляется при сканировании изображений, полученных типографским способом.

Рис. 126. Мелкая сетка на изображении, особенно на его светлых участках, - муар

Итак, муар может появиться, если оригинал имеет печатный растр, а разрешение сканирования близко к величине, кратной линеатуре печатного растра. Наиболее часто это происходит, когда выбранное разрешение близко к самой линеатуре. Линеатура (пространственная частота - screen frequency) измеряется как количество линий на дюйм (lines per inch, Ipi). Это - характеристика, в первую очередь, печатающих устройств и, во вторую очередь, изображений, полученных на них. Газеты обычно имеют линеатуру 85 Ipi, полиграфическая печать высокого качества - 133 Ipi, высшего качества - 300 Ipi (вариантов линеатур немного).
До сканирования печатного оригинала полезно узнать его линеатуру и выбрать разрешение сканирования, немного (на 5-10%) отличающимся от нее. Однако на практике, если вы не знаете линеатуру отпечатка или не хотите тратить время на ее выяснение, выбирайте разрешение сканирования просто в 1,5-2 раза больше, чем предполагаемая линеатура. Например, при сканировании оригиналов газетного качества разрешение устанавливают 100-170ppi; при сканировании изображений высококачественной печати - более 200 ppi. Иногда советуют сканировать с максимальным (оптическим) разрешением сканера. Это вполне согласуется с общей идеей борьбы с муаром путем выбора подходящего разрешения. Кроме того, этот совет очень хорош в случае высококачественного типографского отпечатка. Следуя ему, вы одновременно добиваетесь максимальной четкости и избавляетесь от муара. Если и в этом случае муар не исчез, попытайтесь немного изменить (уменьшить) разрешение. Однако не следует забывать, что при выборе разрешения приходится учитывать и другие критерии (четкость, объем, время, необходимость увеличения).
Другой способ борьбы с муаром состоит в том, чтобы слегка, на 5-15 градусов, наклонить оригинал. Однако последующее его выравнивание средствами графического редактора может снова привести к появлению муара. Для некоторых картинок этот прием вполне приемлем.
В диалоговом окне программного обеспечения большинства сканеров имеется команда (фильтр), специально предназначенная для подавления муара. Она может называться по-разному: Descreen, Demoire pattern и т. п. Однако пользоваться ими следует осторожно, поскольку они уменьшают четкость изображения (смотрите, как бы с водой не выплеснуть и ребенка!). Впрочем, прием, основанный на размытии изображения и последующем восстановлении четкости в графическом редакторе, применяют довольно часто. В Photoshop для удаления муара сначала добавляют к изображению монохроматический шум (меню Filter ), затем применяют гауссовское размытие (фильтр Gaussian Blur ) и, наконец, восстанавливают четкость с помощью фильтра Sharpen или Unsharp Mask (Нечеткая маска).
Мы уже отмечали в этой главе, что появление муара более вероятно для высококачественных печатных оригиналов, чем для картинок приемлемого качества на газетной бумаге из-за так называемого растискивания (расплывания краски). Впрочем, нередко и на плохой бумаге печатный растр хорошо заметен. В струйных принтерах применяется технология случайного растра, что практически исключает появление муара.
Итак, риск появления муара при сканировании типографских оттисков весьма велик. Муар - не дефект сканера, а проявление природного*взаимодействия света с регулярными структурами на пути его прохождения (в оптике есть раздел, специально посвященный прохождению света через решетки). Муар можно подавлять выбором надлежащего разрешения, а также применением фильтров размывания на уровне программного обеспечения сканера или графического редактора. Можно также уменьшить размеры изображения, чтобы сделать муар менее заметным.

Кольца Ньютона

При сканировании пленок (прозрачных оригиналов) проявляются так называемые кольца Ньютона . Это концентрические радужные помехи. Они возникают при сканировании покоробленных пленок и, главным образом, как результат отражения света в множестве мельчайших капелек влаги, расположенных на поверхности пленки. Опытные сканировщики отмечают, что кольца Ньютона чаще появляются поздней осенью и зимой. Поэтому используйте для пленок специальные рамки, а также просушивайте их (например, обычным феном) перед сканированием. При просушке необходимо, конечно, следить, чтобы из-за перегрева не повредилась эмульсия.

Сканирование фотографий

На практике чаще всего сканируются фотографии. Здесь речь пойдет о сканировании фотоснимков, полученных с помощью обычных фотокамер и отпечатанных на фотобумаге. Обычный пользователь компьютера приобретает сканер в основном именно для этой цели. Цветные фотографии, полученные где-то в 70-х и 80-х годах прошлого века, быстро выцветают. Они не выдерживают никакого сравнения с фотоснимками начала XX века. У нас, например, есть великолепные экземпляры отпечатков образца 1905 года. Со временем они испытали лишь некоторые механические повреждения (царапины, перегибы бумаги), но оставшиеся фрагменты восхищают своей четкостью. Современные фотоотпечатки, возможно, сохранят графическую информацию 20-25 лет. Поэтому лучший способ надежно и надолго сохранить свой домашний фотоархив - отсканировать снимки и записать их на магнитных носителях или лазерных дисках.
При сканировании фотоснимков, полученных с помощью обычных фотокамер и отпечатанных на фотобумаге, проблем с муаром, как правило, не возникает. Выбор разрешения определяется только требуемой четкостью (резкостью), а также размерами изображения. Если вы собираетесь его увеличивать при выводе на экран или печать, то разрешение сканирования следует выбрать с некоторым запасом. Мы уже неоднократно говорили об этом.
Обычные любительские фотографии сканируются, как правило, при разрешении 75-150 ppi, если предполагается выводить их на экран монитора. Для вывода на печать разрешение следует устанавливать примерно равным разрешению принтера. Результат сканирования приходится немного обработать в графическом редакторе (отрегулировать яркость, контрастность, цветовой баланс и т. п.). Если мы собираемся отправить отсканированные фотоснимки по электронной почте тому, кто умеет работать с графикой, то чаше всего мы не делаем обработку, рассчитывая на то, что получатель это сделает, как ему надо. Таким образом, мы пересылаем ему исходную графическую информацию. В Web-дизайне, наоборот, требуется обработать результат сканирования так, чтобы он и выглядел надлежащим образом, и места на диске занимал как можно меньше (загружался в браузер быстрее).
Одна из основных проблем сканирования отпечатков на фотобумаге заключается в так называемых «провалах в тенях». Иначе говоря, сканер не в состоянии зафиксировать детали в темных участках изображения. Эта проблема возникает из-за недостаточного динамического диапазона оптической плотности недорогих офисных сканеров. Попробуйте отпечатать фотографии в более мягком проявителе или на менее контрастной бумаге. Если при этом снимок не потерял насыщенности черного цвета, а проработка деталей в тенях улучшилась, то вы на верном пути. Особую сложность представляет собой сканирование снимков, выполненных в так называемом низком ключе , когда основные полутоновые переходы сконцентрированы в области теней (темных участков). Именно такие фотографии, снятые ночью в свете вспышки или днем при неярком освещении, очень часто создаются как художественные произведения, а не как фотодокументы. Таким фото обычно отдается предпочтение в Web-дизайне. Возможно, в этом случае вам придётся выбирать одно из двух возможных решений:

• печатать фотографии обычным образом, а затем повышать контрастность темных участков в графическом редакторе (инструменты Curves (Кривые) и Levels (Уровни) в Photoshop);
• печатать фотографии светлей и мягче, чем обычно (этим мы переносим теневые участки в более благоприятный для сканера диапазон), а затем повысить общую контрастность снимка в графическом редакторе (инструменты Levels (Уровни) и Brightness/Contrast (Яркость/Контрастность) в Photoshop).

Сканирование объемных предметов

Богатым источником исходного материала для художественных композиций является сканирование объемных предметов. Но не все сканеры могут это делать с приемлемым качеством. CCD-сканерам (т. е. сканерам на основе ПЗС-матрицы) это доступно, а CIS-сканерам - нет. Хотя глубина (третье измерение) объемных оригиналов, достижимая сканером, не превышает нескольких сантиметров, получаемый эффект может быть очень интересным. Однако сразу же предупредим, что попытка отсканировать свое лицо приведет, скорее всего, к ожогу глаз и потере зрения.
При сканировании объемных предметов обычно приходится снимать крышку, что дает доступ свету от внешних источников. Это может ухудшить качество изображения. Поэтому применяйте белую или черную ткань, закрывая ею сканируемый предмет.
Наиболее сложными для сканера являются слишком темные и очень блестящие предметы. В темных предметах плохо выделяются детали. В случае блестящих предметов нужно подобрать их расположение так, чтобы уменьшить ненужные блики. Это относится, в частности, и к книгам с золотым тиснением. Однако золотые фрагменты оформления обложек книг обычно выглядят в результате сканирования не как блестящие, а как темные. Чтобы поправить это, плоскость книги располагают под некоторым углом к плоскости рабочего поля сканера. Для этого можно что-нибудь подложить под какой-нибудь угол книги, например, спичку или коробку от компакт-диска.
На следующих рисунках приведены примеры пограничных случаев сканирования объемных предметов - модели паровоза и часов. Изображение часов не обрабатывалось в графическом редакторе. А вот изображение паровоза пришлось, как говорят, «вытягивать» в Photoshop, поскольку оригинал - из черной матовой пластмассы, плохо отражающей свет. Конечно, для улучшения отражательных свойств можно было бы смочить паровоз растительным или машинным маслом, но мы не стали, поскольку он нам еще нужен, и, кроме того, мы не хотели ненароком испачкать стекло рабочего поля сканера.

Рис. 127. Модель пульта из черной пластмассы - трудный для сканера оригинал из-за слабых отражательных свойств

Рис. 128. Часы в блестящем металлическом корпусе. Блики вполне приемлемы

Средним по отражательным свойствам объектом сканирования является печатная плата. Подобные изображения могут использоваться, например, в качестве иллюстраций книг и статей.

Рис. 129. Сетевая карта, отсканированная при разрешении 300ppi без специальной настройки сканера и обработки изображения в графическом редакторе

Вы можете поэкспериментировать с применением зеркала при сканировании объемных предметов. На стекло рабочего поля устанавливается предмет сканирования, а над ним, под некоторым углом, зеркало. Результат должен содержать, помимо предмета, его зеркальное отражение.

Сканирование текстов

На практике часто приходиться вводить в компьютер информацию из текстовых документов, например, из книг; журналов и газет. Чтобы ускорить этот процесс, применяют сканеры. Однако результат сканирования, вообще говоря, есть просто графическое изображение (рисунок), хотя и содержащее буквы (нарисованные). Если вы сохранили его в файле графического формата, то сможете открыть потом лишь в редакторе или программе просмотра графики. Хотя редактировать тексты в графическом редакторе в принципе возможно, на практике, конечно, никто этого не делает (кроме того, изображение текста с точки зрения компьютера текстом не является, редактировать его придется как рисунок). К тому же хранить текстовую информацию в файлах графического формата - верх расточительности в использовании дискового пространства. Текстовая информация вместе с иллюстративной графикой сканируется, чтобы затем передать ее программе оптического распознавания символов (OCR) , например, FineReader или CunieForm.

Рис. 130. Главное окно программы FineReader

С помошью программы OCR результат сканирования будет разделен на текст и рисунки (если они есть) и может быть сохранен в файле формата, доступного текстовым или табличным редакторам, например, MS Word или MS Excel.
Вы можете сначала отсканировать текстовый документ и сохранить результат в файле графического формата, например, JPEG или TIFF, а затем открыть его в программе OCR и выполнить распознавание (recognize) символов . Но можно поступить и иначе: выполнить сканирование прямо из программы OCR, а затем произвести распознавание. Мы предпочитаем именно этот путь. Кстати, многие программы OCR позволяют произвести сканирование и распознавание с помошью одной команды. Однако в случае, когда вы сканируете много фрагментов, а распознаете лишь некоторые из них, лучше разъединить эти процессы.
Современные программы OCR справляются с ситуацией, когда оригинал положен на рабочее поле сканера не очень прямо. Это удобно, поскольку можно просто небрежно бросать оригиналы на рабочее поле, не слишком заботясь об их выравнивании. Однако не советуем вам злоупотреблять этой возможностью.
Некоторые программы OCR требуют, чтобы текстовый документ был отсканирован в режиме Artline . Солидные и современные программы OCR не обременят вас этим ограничением.
Если оригинал представляет собой просто текст без графики, то сканировать его нужно в режимах Artline или Gray . Режим Artline обычно применяют к высококачественным отпечаткам текста без иллюстраций, полученным, например, с помошью лазерного или струйного принтера. Разрешение сканирования выбирается в зависимости от размера шрифта. Для шрифтов размеров 12 пт и менее разрешение в режиме Artline устанавливают около 400-450 ppi. Для более крупных шрифтов разрешение можно уменьшить до 200-300 ppi. В режиме Gray на один пиксел требуется в 8 раз больше памяти, чем в режиме Artline . Однако при сканировании текстов в этом режиме можно устанавливать меньшее разрешение, чем в режиме Artline , - примерно 150-300 ppi в зависимости от размера и гарнитуры шрифта. Если объем занимаемой памяти и время сканирования для вас не критичны, то советуем выбирать режим Gray . При сканировании документов, содержащих, кроме текста, картинки, следует выбирать режим Gray (или Color , если требуется получить цветные изображения картинок). В этих режимах сканирования удается получить больше графической информации об оригинале, которая важна для высококачественного распознавания символов.
Программа OCR при распознавании текста в графическом изображении использует словари разных языков, что позволяет ей исправлять дефекты сканирования. Тем не менее, ошибки распознавания текста все же остаются. Перед тем как инициировать собственно распознавание, просмотрите результат сканирования. Прежде всего следует обратить внимание на качество отображения таких букв, как «е» и «с», «к» и «н», «л» и «п», «i» и «1», «r» и «г». Если случаев взаимной замены в перечисленных парах букв много, лучше повторить сканирование при большем разрешении. Если результат распознавания содержит слишком много ошибок, то также советуем повторить процедуру сканирования при большем разрешении.
Если вам предстоит сканировать множество страниц с текстовой информацией примерно одинакового качества, то целесообразно сначала не спеша правильно подобрать параметры сканирования. Это можно сделать с помощью экспериментов над небольшим фрагментом документа. Подобрав оптимальные значения параметров, можно затем поставить сканирование и распознавание на поток. Программное обеспечение сканеров и OCR обычно имеют специальную команду, задающую пакетный режим работы (Buth mode ).

Матрица является важнейшей частью любого сканера. Матрица трансформирует изменения цвета и яркости принимаемого светового потока в аналоговые электрические сигналы, которые будут понятны лишь единственному ее электронному другу – аналого-цифровому преобразователю (АЦП). С этой точки зрения, АЦП можно сравнить с гидом-переводчиком, неизменным ее компаньоном. Только он как никто другой понимает матрицу, ведь никакие процессоры или контроллеры не разберут ее аналоговые сигналы без предварительного толкования преобразователем. Только он способен обеспечить работой всех своих цифровых коллег, воспринимающих лишь один язык – язык нулей и единиц.

Световой поток, падая на поверхность матрицы, буквально "вышибает" электроны из ее чувствительных ячеек. И чем ярче свет, тем больше электронов окажется в накопителях матрицы, тем больше будет их сила, когда они непрерывным потоком ринутся к выходу. Однако сила тока электронов настолько несоизмеримо мала, что вряд ли их "услышит" даже самый чувствительный АЦП.

Именно поэтому на выходе из матрицы их ждет усилитель, который сравним с огромным рупором, превращающим, образно говоря, даже комариный писк в вой громогласной сирены. Усиленный сигнал (пока еще аналоговый) "взвесит" преобразователь, и присвоит каждому электрону цифровое значение, согласно его силе тока.

Большинство современных сканеров для дома и офиса базируются на матрицах двух типов: на CCD (Charge Coupled Device) или на CIS (Contact Image Sensor). Корпус CIS-сканера плоский, в сравнении с аналогичным CCD-аппаратом (его высота обычно составляет порядка 40-50 мм).

CCD-сканер обладает большей глубиной резкости, нежели его CIS-собрат. Достигается это за счет применения в его конструкции объектива и системы зеркал.

На рисунке, для простоты восприятия, нарисовано лишь одно зеркало, тогда как у типового сканера их не менее трех-четырех

Сканеры с CCD-матрицей распространены гораздо больше, чем CIS-аппараты. Объяснить это можно тем, что сканеры в большинстве случаев приобретаются не только для оцифровки листовых текстовых документов, но и для сканирования фотографий и цветных изображений. Погрешность разброса уровней цветовых оттенков, различаемых стандартными CCD-сканерами составляет порядка ±20%, тогда как у CIS-аппаратов эта погрешность составляет уже ±40%.

CIS-матрица состоит из светодиодной линейки, которая освещает поверхность сканируемого оригинала, самофокусирующихся микролинз и непосредственно самих сенсоров. Конструкция матрицы очень компактна, таким образом, сканер, в котором используется контактный сенсор, всегда будет намного тоньше своего CCD-собрата. К тому же, такие аппараты славятся низким энергопотреблением; они практически нечувствительны к механическим воздействиям. Однако CIS-сканеры несколько ограничены в применении: аппараты, как правило, не приспособлены к работе со слайд-модулями и автоподатчиками документов.

Из-за особенностей технологии CIS-матрица обладает сравнительно небольшой глубиной резкости. Для сравнения, у CCD-сканеров глубина резкости составляет ±30 мм, у CIS – ±3 мм. Другими словами, положив на планшет такого сканера толстую книгу, получишь скан с размытой полосой посередине, т.е. в том месте, где оригинал не соприкасается со стеклом.

У CCD-аппарата вся картина будет резкой, поскольку в его конструкции есть система зеркал и фокусирующая линза. В свою очередь, именно достаточно громоздкая оптическая система и не позволяет CCD-сканеру достичь столь же компактных размеров, как у CIS-собрата.

В плане разрешающей способности CIS-сканеры также не конкурент CCD. Уже сейчас некоторые модели CCD-сканеров для дома и офиса обладают оптическим разрешением порядка 3200 dpi, тогда как у CIS-аппаратов оптическое разрешение ограничено пока что 1200 dpi.

Сканеры с CIS-матрицей нашли свое применение там, где требуется оцифровывать не книги, а листовые оригиналы. Тот факт, что эти сканеры целиком получают питание по шине USB и не нуждаются в дополнительном источнике питания, пришелся как нельзя кстати владельцам портативных компьютеров.

CCD-матрица представляется "большой микросхемой" со стеклянным окошком. Именно сюда и фокусируется отраженный от оригинала свет. Матрица не прекращает работать все то время, пока лафет со сканирующей кареткой, приводимый шаговым электродвигателем, совершает путь от начала планшета, до его конца. Замечу, что общая дистанция движения лафета по направлению "Y" называется частотой сэмплирования или механическим разрешением сканера (об этом мы поговорим чуть позже). За один шаг матрица целиком захватывает горизонтальную линию планшета, которая называется линией растра. По истечении времени, достаточного для обработки одной такой линии, лафет сканирующего блока перемещается на небольшой шаг, и наступает очередь для сканирования следующей линии, и т.д.

Самый важный элемент сканера – CCD-матрица

Вид сбоку на CCD-матрицу

На виде сбоку можно заметить два обычных винта, которые выполняют "деликатную" роль". С их помощью на этапе сборки сканера производилась точная юстировка матрицы (обратите также внимание на П-образные прорези в печатной плате на виде сверху), чтобы падающий на нее отраженный свет от зеркал ложился бы равномерно по всей ее поверхности. Кстати, в случае перекоса одного из элементов оптической системы воссозданное компьютером изображение окажется "полосатым".

На увеличенной фотографии CCD-матрицы достаточно хорошо видно, что CCD-матрица оснащена собственным RGB-фильтром. Именно он и представляет собой главный элемент системы разделения цветов, о чем многие говорят, но мало кто представляет, как на самом деле это работает. Обычно, многие обозреватели ограничиваются стандартной формулировкой: "стандартный планшетный сканер использует источник света, систему разделения цветов и прибор с зарядовой связью (CCD) для сбора оптической информации о сканируемом объекте". На самом деле, свет можно разделить на его цветовые составляющие, а затем сфокусировать на фильтрах матрицы. Столь же немаловажным элементом системы разделения цветов является объектив сканера.

Корпус

Корпус сканера должен обладать достаточной жесткостью, чтобы исключить возможные перекосы конструкции. Безусловно, лучше всего, если основа сканера представляет собой металлическое шасси. Однако корпуса большинства выпускаемых сегодня сканеров для дома и офиса, в целях снижения стоимости, полностью сделаны из пластмассы. В этом случае, необходимую прочность конструкции придают ребра жесткости, которые можно сравнить с нервюрами и лонжеронами самолета.

Оптическая система сканера не терпит пыли, поэтому корпус аппарата должен быть герметичным, без каких-либо щелей (даже технологических).

Края планшета должны иметь пологий спуск – это облегчает задачу по быстрому извлечению оригинала со стекла. Кроме того, между стеклом и планшетом не должно быть никакого зазора, который препятствовал бы извлечению оригинала.

Блок управления

Все сканеры управляются с персонального компьютера, к которому они подключены, а необходимые настройки перед сканированием задаются в пользовательском окне управляющей программы. По этой причине, сканерам для дома и офиса совсем не обязательно иметь собственный блок управления. Однако многие производители идут навстречу самым неподготовленным пользователям, и устанавливают (обычно на лицевую панель) несколько кнопок "быстрого сканирования".

Кнопки быстрого сканирования – элемент, без
которого можно обойтись

Фотограмметрия – (photos-свет, gramma-запись, metreo-измерения) научная дисциплина, связанная с определением геометрических параметров (формы размеры пространственного положения и других св-в объектов по их изображению)

Дистанционное зондирование – получение информации об объекте по данным измерений сделанных на расстоянии от объекта, т.е без прямого контакта с ним.

Достоинство данных дистанционного зондирования:

Цифровой вид информации

Объективность и достоверность

Обзорность

Оперативность

Регулярность и периодичность поступления информации

Разнообразие по разрешению и видам съемки

Возможность исследования медленно протекающих и скоротечных процессов

Недостатки данных дистанционного зондирования:

Наличие геометрических, радиометрических и прочих искажений

Перенасыщенность информации

Наличие белых пятен

Методы ДЗ:

Пассивный

Съемочная система фиксирует либо отраженную объектом солнечную энергию, либо собственное излучение объекта

Активный

Съемочная система испускает сигнал собственного источника энергии, а затем фиксирует его отраженную объектом часть

Съемочные системы

Классификация съемочных систем:

В зависимости от приемника различают:

Фотографическое изображение

Изображение формируется оптическим способом на фотопленке, а видимое изображение получается после фотохимической обработки (проявка и печать)

Цифровое изображение

Приемником излучения яв-ся матрицы или линейки ПЗС (приборы с зарядовой связью)

По методу получения изображения:

Пассивные

1. Фотографические

   Оптико – механические сканерные системы

   Оптико – электронные сканерные системы

Активные

1. Радиолокационные съемочные системы

   Лазерные сканерные съемочные системы

Фотографические съемочные системы

В фотографической СС снимок формируется практически мгновенно, по законам центральной проекции.

Классификация фотоапапаратов:

Одно-объективные

Много-объективные

Панорамные

По величине угла зрения:

Узкоугольные (τ < 50°)

Нормальны (50° < τ < 90°)

Широкоугольные (90° < τ < 110°)

Сверх широкоугольные (τ > 110°)

По величине фоккусного расстояния:

Коротко-фокусные (f < 100 мм)

Нормальные (100 мм < f < 300мм)

Длиннофокусные (f > 300 мм)

Оптико – механические сканерные системы

Оптико – механические сканер – содержит только 1 технический элемент (датчик), который позволяет измерять яркость небольшого участка (пикселя) земной поверхности

Вращающееся зеркало просматривает полосу местности, что позволяет зарегистрировать яркость целого ряда пикселей земной поверхности за короткий промежуток времени, т.е сформировать строку изображения.

Следующая строка изображения формируется за счет движения носителя.

Если единственный датчик заменить линейкой, можно получить многоканальное изображение.

Тепловую составляющую излучения можно получить при помощи полу прозрачного зеркала.

Оптико – электронные сканерные системы

Изображение построенное при помощи оптико – электронных сканеров проектируется на линейное, либо матричное множество ПЗС.

Радио локационные сканерные системы

Взаимный импульс от передатчика установленного на носителе излучается направленной антенной формирующий веерообразный луч в вертикальной плоскости.

Часть отраженной энергии регистрируется приемником, установленном там же, где и передатчик. В результате образуются сигналы, которые управляют яркостью светового пятна электронно-лучевой трубки. Совокупность таких пятен образует строку радио-локационного изображения, а время прохождение сигнала определяет расстояние до объекта.

Диапазоны длин волны:

Х полоса (𝜆=2,4 – 3,8 см)

С полоса (𝜆=3,8 – 7,5 см)

L полоса (𝜆=15 – 30 см)

Лазерные съемочные системы

Лазер – усиление света по средством вынужденного излучения, т.е это устройство преобразующее энергию накачки в энергию монохроматического и узко направленного потока излучений.

Одиночные снимки

Е – предметная плоскость (плоскость местности) - Горизонтальная плоскость, проходящая через какую-либо точку местности

S – точка фотографирования (центр проекции)

n – Плоскость наилучшего изображения

So ′ - главный луч

f – фокусное расстояние – расстояние от S до o′

p – плоскости снимка

o – главная тоска снимка

a , b – малое изображение точек A и B

O – Точка на местности соответствующая главной точке

Связка лучей – совокупность всех проектирующих лучей

Главный луч - Луч совпадающий с оптической осью камеры

Н ф – высота фотографирования – расстояния от точки фотографирования S до предметной плоскости Е.

–основная формула определения масштаба

n – точка надира – точка пересечения отвесной линии проведенной через точку фотографирования и отвесной линией

N – точка на местности соответствующая точке надира

α° - суммарный угол наклона снимка

с – точка нулевых искажений – точка пересечения биссектрисы угла наклона снимка и плоскости снимка

С – точка на местности соответствующая точке нулевых искажений

Tt – линия основания – линия пересечения плоскости Е и плоскости p

Q – плоскость главного вертикала –вертикальная плоскость проходящая через главный луч

Vv – главная вертикаль – линия пересечения плоскости главного вертикала и плоскости снимка

VV – линия направления съемки – линия пересечения предметной плоскости и плоскости главного вертикала (Q и Е)

Е′ - плоскость действительного горизонта - горизонтальная плоскость, проведенная через точку фотографирования

ii – линия действительного горизонта – линия пересечения плоскости действительного горизонта и плоскости p.

I – главная точка схода – точка пересечения действительного горизонта и главной вертикали VV

qq – главная горизонталь – прямая в плоскости снимка проведенная через главную точку перпендикулярная главной вертикали

h c h c – линия нулевых искажений – прямая в плоскости снимка проходящая через точку нулевых искажений параллельно главной горизонтали qq.