МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П.КОРОЛЕВА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» (СГАУ)
Изучение конструкции сканеров и технологии сканирования изобразительных оригиналов
САМАРА
Издательство СГАУ
2012
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П.КОРОЛЕВА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» (СГАУ)
Изучение конструкции сканеров и технологии сканирования изобразительных оригиналов
Лабораторная работа по дисциплине
«Допечатное оборудование»
САМАРА
Издательство СГАУ
2012
Составители: Е.В. Шокова, Т.Б. Манюхина.
УДК СГАУ: 655 (075)
Изучение конструкции сканеров и технологии сканирования изобразительных оригиналов: метод. указания к лабораторной работе по допечатному оборудованию / Составители: Е.В. Шокова, Т.Б. Манюхина.– Самара: СГАУ, 2 012– 32с.
Лабораторная работа предназначена для студентов, обучающихся по специальности 261100.62 «Полиграфия».
Печатаются по решению редакционно-издательского совета Самарского государственного аэрокосмического университета.
Рецензент д.т.н., проф. Нечитайло А.А.
ИЗУЧЕНИЕ конструкции сканеров и ТЕХНОЛОГИИ
СКАНИРОВАНИЯ ИЗОБРАЗИТЕЛЬНЫХ ОРИГИНАЛОВ
1. Цель работы
Познакомиться с особенностями конструкции сканеров, принципами и технологией сканирования изобразительных оригиналов.
2. Содержание работы
Студенты изучают особенности планшетных сканеров, их характеристики. Затем под руководством преподавателя осуществляют сканирование изобразительных оригиналов с использованием различных видов коррекции. Рассматривают на экране дисплея полученное изображение и делают вывод о необходимости дальнейшей коррекции с использованием программы PhotoShop.
3. Теоретическое обоснование
3.1. Общие сведения об аналого-цифровом преобразовании. Когда рассматривают полутоновой оригинал, о степени почернения его отдельных участков судят по их светлотам. Эти почернения можно измерить с помощью денситометра, тогда мерой почернения будет величина электрического тока, в который преобразуется свет, отраженный от участка оригинала. Информация такого типа называется аналоговой. Она непрерывна, так как каждой точке оригинала соответствует определенное почернение (рис.1а), и это почернение может принимать бесконечное множество как целочисленных, так и дробных значений. Конечно, на рисунке предстайлено сечение оригинала вертикальной плоскостью. Компьютерные программы работают с данными в цифровой форме. Поэтому возникает необходимость преобразования аналоговой информации в цифровую форму. С этой целью изображение разбивается на элементарные площадки (пикселы) — производится пространственная дискретизация (рис.1б).
В процессе сканирования устройство ввода осуществляет сжатие видимого цветового диапазона до цветового охвата системы в пространстве RGB.
Далее выполняется квантование по уровням. Для этого аналоговый сигнал разбивается горизонтальными плоскостями на отдельные отсчеты, и выбираются целочисленные значения, соответствующие каждому пикселу. На рис. 1б прерывистой линией нанесен аналоговый сигнал. Видно, что цифровой сигнал ступенчатый и лишь приблизительно соответствует аналоговому. Каждому уровню присваиваются значения от 0 до 255, которые в файле выражаются двоичной системой счисления. Это позволяет различать 256 уровней серого. Аналого-цифровое преобразование осуществляется специальными устройствами — аналого-цифровыми преобразователями (АЦП).
Рис.1. К аналого-цифровому преобразованию: а - аналоговый сигнал; b - цифровой сигнал
3.2, Сканеры. Их назначение и принцип работы. Сканеры используются для ввода изобразительной, а иногда и текстовой информации. Для этого во всех сканерах независимо от их типа свет, отраженный (прошедший в случае оригиналов на прозрачной основе) от небольшого участка оригинала, попадает на фоточувствительный приемник, где преобразуется в электрический сигнал, который затем оцифровывается с помощью АЦП. В результате образуется цифровой файл, который может быть записан на жесткий диск. Кроме того, при сканировании цветных оригиналов осуществляется цветоделение. Поэтому свет, прежде чем попадает на фотоприемник проходит через красный, синий или зеленый светофильтры. Таким образом, каждый сканер должен содержать поверхность, на которой помещается оригинал, приемник излучения, светофильтры и АЦП. В зависимости от формы поверхности и типа фотоприемника различают барабанные и планшетные сканеры.
В барабанных сканерах оригинал располагается на прозрачном цилиндре — барабане, а в качестве приемников светового излучения используются три фотоэлектронных умножителя (ФЭУ), перед каждым из которых находятся красный, синий или зеленый светофильтры. Цилиндр вращается, а приемники излучения перемещаются внутри цилиндра вдоль его образующей.
В планшетных сканерах оригинал располагается на прозрачной плоской поверхности и освещаются флуоресцентным или галогенным источником света. Прозрачные оригиналы освещаются сверху. а непрозрачные – снизу. В сканерах планшетного типа источник излучения и светочувствительные элементы перемещаются. Сканируемая строка изображения посредством оптической системы (линзовые системы) проецируется на светочувствительную поверхность элементов ПЗС и регистрируется ими.
ПЗС (приборы с зарядовой связью – рис.2) - приемники светового излучения – полупроводниковые элементы, расположенные в одной микросхеме. Они расположены в линию, поэтому говорят о линейке ПЗС. Например, в сканере EPSON Perfection V700 Photo находится линейный ПЗС из 6 линеек состоящих всего из 122 400 элементов.
Рис.2. Принцип сканирования.
На каждом из элементов расположена мозаика светофильтров для цветоделения (рис.3-4).
Рис.3. Схема оптического тракта однопроходного планшетного сканера при сканировании в проходящем свете: 1 - источник света, 2 - оригинал, 3 - линейки ПЗС, 4 - RGB-светофильтры, 5 - фокусирующий объектив, 6 - полупрозрачные "расщепляющие" зеркала
Рис.4. Схема оптического тракта однопроходного барабанного сканера при сканировании в проходящем свете.
3.3. Параметры сканирования. Сканеры принято оценивать по трем параметрам. Важной характеристикой сканеров является их разрешающая способность (частота) R. Разрешающая способность измеряется в dpi (dots per inch — точки на дюйм). Чем выше разрешающая способность, тем на более мелкие элементы — пикселы разбивается изображение при сканировании. Разрешающая способность выше у барабанных сканеров. Она может достигать 10000 dpi, в то время как планшетные сканеры имеют R=4500 dpi. Динамический диапазон сканера показывает интервал оптических плотностей оригинала, которые сканер может воспринять
Динамический диапазон барабанных сканеров может быть более 4, в то время как у планшетных он составляет до 3,5.
Третья важная характеристика сканеров — глубина точки, которая определяет число уровней квантования. Как правило, в полиграфической технологии она составляет 2 =256 уровней на канал, что позволяет оцифровать достаточное количество цветов.
3.4. Выбор параметров сканирования. Казалось бы, чем выше частота сканирования, тем выше качество полученного изображения. Однако избыточная частота замедляет скорость процесса, увеличивает размеры файла. Поэтому необходим рациональный выбор параметров сканирования.
Для цветных полутоновых оригиналов частота сканирования R составляет
где т — масштаб вывода; L — линиатура растра вывода; Q — коэффициент качества.
Масштаб вывода т следует учитывать, потому что при увеличении изображения увеличиваются размеры пикселов, и в случае недостаточного разрешения сканирования пиксельная структура станет заметной при выводе. Тем самым ухудшится качество изображения.
Коэффициент Q учитывает повороты, друг относительно друга растровых структур, каждой из четырех красок приблизительно на 15°. Это необходимо для того, чтобы при печати не возникал муар — периодическая паразитная структура, ухудшающая качество изображения. Так как наибольший угол поворота составляет 45°, значения Q выбирается в пределах 1,41-2. Из сказанного следует, что в тех случаях, когда требуется значительное увеличение, например, если необходимо с небольшого слайда напечатать плакат, более целесообразно использовать барабанный сканер. При сканировании штриховых оригиналов частота сканирования Rcк выбирается равной
где Rвыв — частота вывода.
3.5. Понятие о цветовом пространстве. Цвет можно получить несколькими способами:
суммируя в разных количествах красное, зеленое и синее излучения, можно получать различные цвета. Такие излучения называются основными, а способ получения цвета — аддитивным синтезом;
вычитая красное, синее и зеленое излучения из белого с помощью красочных сред (печатных красок), имеющих голубой, пурпурный и желтый цвет. Такой способ называется субтрактивным синтезом, а краски — основными;
наконец, цвет можно получить, используя его субъективные, то есть описывающие наше восприятие, характеристики. К этим характеристикам относятся светлота, цветовой тон и насыщенность .
В зависимости от выбранного способа синтеза можно получить то или иное количество цветов. Совокупность цветов, выраженная данным способом, называется цветовым пространством.
В программах обработки информации цветовое пространство аддитивного синтеза называется RGB по начальным буквам английских слов Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий). Пространство субтрактивного синтеза носит название CMYK по начальным буквам английских слов Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый) и последней букве слова Black (черный). Дело в том, что при цветной печати кроме основных красок применяется еще и черная. Пространство, описывающее наше восприятие, носит название LAB: L — выражает светлоту, а АВ — цветность, т. е. цветовой тон и насыщенность. Самое большое количество цветов можно получить, используя пространство LAB, меньшее количество — в цветовом пространстве RGB, и наименьшее — в пространстве CMYK. Все цвета, которые можно получить в том или ином цветовом пространстве, называются цветовым охватом.
3.6. Цветовые пространства сканирования и обработки изображений. При сканировании всегда используется цветовое пространство RGB, потому что фоточувствительное устройство реагирует на излучения, отраженные от участков оригинала. Обработку изображения можно производить в любом из трех цветовых пространств, но при выводе необходимо использовать пространство CMYK, так как это — цветовое пространство печатного процесса. Наиболее целесообразным считается использование для обработки цветового пространства LAB. Во-первых, оно имеет самый большой цветовой охват, и, во-вторых, в нем можно независимо друг от друга изменять цветовой тон, светлоту и насыщенность.
3.7. Общие сведения о программе сканирования. Характерной особенностью программы является то, что в процессе сканирования данные, полученные в RGB, конвертируются в цветовое пространство LAB, и при обработке используется именно это цветовое пространство.
Другой особенностью программы является сканирование изображения в три этапа:
Предварительный просмотр. Это сканирование с очень низким разрешением. На этой стадии на появившемся на экране монитора изображении отмечают область сканирования.
Предварительное сканирование. Оригинал сканируется с экранным разрешением. На экране монитора оперативно возникает более подробное изображение. После этого выполняют основную часть коррекции изображения.
Окончательное сканирование. Производится с требуемым разрешением. Полученное на экране изображение в случае необходимости также может корректироваться либо в этой программе, либо в программе Photoshop.