Сканеры Общие положения

Сканер — это устройство, использующееся для анализа исходного изображения (оригинала), его оцифровки и сохранения с целью последующей обработки и вывода [3].

Сканеры появились достаточно давно и пришли на рабочие столы домашних и профессиональных пользователей из полиграфии. Первые сканеры использовались для подготовки цветоделенных изображений для четырехкрасочной печати и были частью допечатных комплексов, которые, в самом дешевом исполнении, стоили сотни тысяч долларов. Это было в 1970-е годы, когда все было большое, начиная с автомобилей и заканчивая допечатными системами. В то время не было потребности в настольных сканерах, поскольку еще не существовало так называемых «настольных издательских систем».

Появление этих систем стало революцией в издании печатной продукции и привело к передаче многих технологий широким слоям пользователей, хотя они для них никогда не предназначались. В то время сканеры практически не использовались для оцифровки изображений, поскольку в этом не было необходимости: изображения готовились к печати с помощью фотографических процессов.

Принципы работы сканера во многом напоминают фотокопировальное устройство или факсимильную машину: свет, отраженный от оригинала, преобразуется в данные. В фотокопировальном устройстве эти данные преобразуются в электрический заряд, который заставляет частицы противоположно заряженного порошкового тонера притягиваться к поверхности металлического барабана. В факсе эти данные передаются в виде электрических импульсов по телефонным линиям и интерпретируются факсом-приемником как последовательности точек. В сканере эти данные преобразуются в электрические импульсы, которые, в свою очередь, преобразуются в цифровую форму, а уже программное обеспечение реконструирует изображение.

Оптический блок

Сканирование начинается с освещения поверхности оригинала (либо свет проходит через оригинал, если последний представляет собой слайд). Затем свет отражается зеркалами и попадает в объектив, который фокусирует изображение на светочувствительном детекторе. В сканерах разных изготовителей применяются различные типы ламп, но в большинстве оптических блоков для проецирования изображения используются зеркала, которые передают свет от поверхности стола сканера до объектива. Во время сканирования в некоторых моделях перемещается стол сканера, а оптика остается неподвижной. В других моделях, наоборот, неподвижен стол, а оптический блок перемещается внутри сканера. Можно сказать, что более старый подход, когда движется стол, а не оптический блок, имеет некоторое преимущество, поскольку вибрации при этом сведены к минимуму.

ПЗС (CCD)

Свет, отраженный от оригинала, фокусируется объективом на светочувствительный детектор, который называется CCD (ПЗС). Аббревиатура CCD означает Charge Coupling Device (Прибор с Зарядовой Связью — ПЗС), и говоря упрощенно, ПЗС — это глаз сканера. ПЗС представляет собой небольшую полупроводниковую микросхему, содержащую множество светочувствительных ячеек, которые преобразуют падающий на них свет в электрические заряды. Величина накопленного в ячейке электрического заряда связана с освещенностью данной ячейки. Чем темнее данная область изображения, тем меньший заряд накапливается в ячейках ПЗС, и наоборот.

В сканерах самого высшего уровня вместо ПЗС иногда используют фотоэлектронный умножитель. Он выполняет ту же самую функцию, но с более высоким качеством. Во времена, когда сканеры только появлялись, фотоумножители могли давать существенно лучшее качество сканирования, чем ПЗС. Сейчас же, поскольку качество самих ПЗС сильно возросло, различия стали менее заметны. Величина электрического заряда может изменяться непрерывно. Следовательно, это аналоговая величина. Для того чтобы с изображением мог работать компьютер, величина электрического заряда должна быть преобразована в цифровую форму, т.е. в ряд единиц и нулей. Для этого в сканерах существует устройство, называемое аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который и преобразует электрические сигналы в цифровые данные.

ПЗС, использующийся в сканере, представляет собой длинную линейку (строку) светочувствительных элементов, которые фиксируют свет, отраженный от оригинала. Количество светочувствительных элементов в этой строке определяет горизонтальную разрешающую способность (разрешение) сканера. Так, например, если в спецификации сканера указано «оптическое разрешение 2500 dpi (точек/дюйм)», то это означает, что ПЗС-линейка способна зафиксировать 2500 пикселов на дюйм в горизонтальном направлении (короткая сторона планшетного сканера).

У сканера есть и вертикальная разрешающая способность. При пошаговом перемещении оптического блока по вертикали (вдоль длинной стороны стола сканера) ПЗС-линейка за каждый шаг фиксирует одну строку. Количество строк на один дюйм, зафиксированных по вертикали, называется вертикальным разрешением.

Таким образом, число пикселов на дюйм, которое ПЗС-линейка может фиксировать поперек направления перемещения оптического блока (фактически, определяется числом фоточувствительных элементов), является горизонтальным разрешением. Число раз, которое оптический блок останавливается, чтобы ПЗС-линейка могла зафиксировать очередную строку пикселов, является вертикальным разрешением. Именно поэтому в спецификации сканера часто указывается такое значение разрешения, как, например, 600x1200 dpi. Первое число — это горизонтальное разрешение, а второе — вертикальное разрешение.

Еще один термин, по сути, определяющий то, что можно делать со сканированными изображениями. Разрешение можно определить как «число пикселов в одной линейной единице измерения» (в качестве единицы измерения исторически используется дюйм — 2,54 см). Это определение также объясняет, почему термин «точек на дюйм» часто заменяется термином «пикселов на дюйм». Пикселы — это самые маленькие элементы, из которых состоит изображение. Физический размер пикселов варьируется в зависимости от типа устройства, воспроизводящего изображение. Если таким устройством является компьютерный монитор, то он обычно имеет разрешение 96 dpi (монитор PC). Пикселы компьютерных мониторов имеют достаточно большие размеры, и их легко можно увидеть, посмотрев на экран через небольшую лупу.

Конструктивные решения различных моделей сканеров множества производителей могут в чем-то отличаться, но наиболее важным критерием оценки является то, в какой степени вариации, внесенные в стандартную схему работы сканера, улучшают тем или иным образом качество изображения. Так или иначе, предшествующее обсуждение дает базовое представление о принципах работы сканера.