Лекция Устройства ввода-вывода. Сканеры.

1. Назначение и типы сканеров.

2.Конструкция и принцип работы сканеров

Литература: Колесниченко, Шишигин изд. 5 сс. 815-828

Сканер, который еще совсем недавно считался дорогим и экзотическим устройством, настолько плотно вошел в нашу жизнь, что многие начинающие пользователи даже считают его неотъемлемой частью любой компьютерной системы (впрочем как и принтер). Возможно, такая судьба ожидает и цифровые камеры.

Сканирование, как и фотографирование, возникло задолго до появления PC. Еще в 1863 г., «за тринадцать лет до изобретения телефона, католический священник Казелли (Caselli) придумал первый факсимильный аппарат, с помощью которого он осуществил сканирование и передачу изображения (конечно же не на PC) из Парижа в Гавр.

Сканеры

Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер в графическом виде текст, рисунки, слайды, фотографии и др. Несмотря на обилие различных моделей сканеров, классификацию их можно провести по нескольким признакам:

по способу формирования (кодирования) изображения,

типу кинематического механизма (способу перемещения преобразователя свет-сигнал и оригинала относительно друг друга),

типу вводимого изображения, степени прозрачности оригинала, особенностям аппаратного и программного обеспечения.

Иными словами, классификационные критерии сканеров можно сформулировать следующим образом:

□ способ формирования изображения:

• линейный;

• матричный;

□ кинематический механизм:

• ручной;

• настольный;

• комбинированный;

□ тип сканируемого изображения:

• черно-белый;

• полутоновый;

• цветной;

□ прозрачность оригинала:

• отражающий;

• прозрачный;

□ аппаратный интерфейс:

• специализированный;

• стандартный;

□ программный интерфейс:

• специализированный;

• TWAIN-совместимый.

Рассмотрим типы сканеров в соответствии с приведенной классификацией.

Способ формирования изображения

Технология считывания данных в современных устройствах оцифровывания изображений реализуется на основе использования светочувствительных датчиков двух типов: приборов с зарядовой связью (ПЗС) или фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).

Неотъемлемой частью любого сканера являются аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Они предназначены для преобразования непрерывно изменяющихся значений напряжения, получаемых с помощью ПЗС или ФЭУ, в числа, соответствующие оттенкам цвета или градациям серого. Качество сканированного изображения напрямую связано с разрядностью используемого в сканере АЦП. В черно-белых (двухуровневых) сканерах аналогичное преобразование выполняет компаратор, сравнивая зафиксированное значение напряжения с опорным.

ПЗС — это твердотельный электронный компонент, состоящий из множества крошечных датчиков, которые преобразуют интенсивность падающего на них света в пропорциональный ей электрический заряд. В основу ПЗС положена чувствительность проводимости p-n-перехода обыкновенного полупроводникового диода к степени его освещенности. На p-n-переходе создается заряд, который уменьшается со скоростью, зависящей от освещенности. Чем меньше заряд, тем больший ток проходит через диод.

В зависимости от типа сканера ПЗС могут иметь различную конфигурацию. При линейном способе считывания информации микродатчики ПЗС размещаются на кристалле в одну линию (для трехпроходного сканирования) или в три линии (для однопроходного сканирования). Такая конфигурация позволяет устройству производить выборку всей ширины исходного аналогового изображения и записывать его как полную строку. Данный способ формирования изображения (рис. 21.1) обычно используется в доступных широкому кругу пользователей ручных, планшетных, роликовых и проекционных сканерах.

В барабанных сканерах (рис. 21.2) в качестве светочувствительных приборов применяются фотоэлектронные умножители. В качестве источника света в этих сканерах используется ксеноновая или вольфрамо-галогенная лампа, излучение которых с помощью конденсорных линз и волоконной оптики фокусируется на чрезвычайно небольшой области оригинала. Основанные на ламповой технологии ФЭУ осуществляют электронное усиление интенсивности отраженного от оригинала света. Попадая на катод ФЭУ, свет выбивает из него электроны, которые, проходя через пластины динодов¹, вызывают вторичную электронную эмиссию. Коэффициент усиления зависит от свойств материала и количества динодов. Напряжение, пропорциональное освещенности катода ФЭУ, снимается с анода и затем преобразуется в цифровой код.