Skanery
W ciągu ostatnich kilku lat skanery stały się ważną częścią domowego biura. Technologia skanera jest właściwie wykorzystywana wszędzie i jest używana na wiele sposobów.Skanery płaskie, zwane także skanerami biurkowymi, są najbardziej wszechstronnymi i najczęściej używanymi skanerami. Skanery z podajnikiem arkuszy są podobne do skanerów płaskich, z wyjątkiem tego, że dokument jest przesuwany, a głowica skanera jest nieruchoma. Skaner z podajnikiem przypomina małą przenośną drukarkę. Skanery ręczne wykorzystują tę samą podstawową technologię, co skanery płaskie, ale polegają na użytkowniku, który musi dopasowywać dokumenty ręcznie - w przypadku skanerów z podajnikiem, to paski z napędem przesuwają dokumenty. Ten typ skanera zazwyczaj nie zapewnia dobrej jakości obrazu. Może być jednak przydatny do szybkiego przechwytywania tekstu.
Skanery bębnowe są używane w przemyśle wydawniczym, do rejestrowania niezwykle szczegółowych obrazów. Wykorzystują technologię zwaną fotopowielaczem (PMT). W PMT skanowany dokument jest mocowany na szklanym cylindrze. W środku cylindra znajduje się czujnik, który rozdziela światło odbite od dokumentu na trzy promienie. Każda wiązka jest przesyłana przez filtr koloru do fotopowielacza, gdzie światło zamienia się w sygnał elektryczny. Podstawową zasadą działania skanera jest analiza obrazu i jego obróbka. Przechwytywanie obrazu i tekstu (optyczne rozpoznawanie znaków lub OCR) umożliwia zapisywanie informacji w pliku na komputerze. Następnie możesz zmienić lub ulepszyć obraz, wydrukować go lub użyć na swojej stronie internetowej. W tym tekście skupimy się na skanerach płaskich, ale podstawowe zasady dotyczą większości innych technologii skanerów. Dowiesz się o różnych typach skanerów, jak działa mechanizm skanowania i co oznacza TWAIN. Dowiesz się również nieco o rozdzielczości, interpolacji i głębi bitowej. Wiedza ta pozwoli Ci kupić sprzęt dobrej jakości i (miejmy nadzieję) w świetnej cenie.
Skanery - z jakich części składa się skaner
Skaner, jak każde urządzenie elektryczne składa się z setek, jak nie tysiąca elementów, które tworzą jedną wspólną całość - urządzenie. Z czego składa się typowy skaner? Części typowego skanera płaskiego obejmują macierz urządzeń ze sprzężeniem ładunkowym (CCD), lustra, głowicę skanującą, tzw. “szklany talerz”, lampy, obiektywu, pokrywy, filtra, silnika krokowego, stabilizatora, pasa, zasilacza, portów interfejsu i obwodów sterujących. Podstawowym elementem skanera jest matryca CCD. CCD to najpopularniejsza technologia przechwytywania obrazu w skanerach. Co to jest CCD? To zbiór maleńkich światłoczułych diod, które przekształcają fotony (światło) w elektrony (ładunek elektryczny). Te diody nazywane są fotolitami. Krótko mówiąc, każdy fotolit jest wrażliwy na światło - im jaśniejsze światło pada na pojedynczy fotolit, tym większy ładunek elektryczny będzie się gromadził w tym miejscu. Fotony uderzają w fotolit i tworzą elektrony. Obraz skanowanego dokumentu dociera do matrycy CCD przez szereg luster, filtrów i soczewek. Dokładna konfiguracja tych komponentów będzie zależeć od modelu skanera, ale podstawy komponentów są wszędzie takie same.
Skanery - proces skanowania
W tym miejscu opiszemy kroki, które przechodzi skaner podczas skanowania dokumentu. Dokument jest umieszczony na szklanej płycie, następnie zamyka się pokrywę od skanera. W większości skanerów, wewnętrzna strona okładki jest biała, chociaż istnieją modele, w których jest czarna. Okładka zapewnia jednolite tło, które oprogramowanie skanera może wykorzystać jako punkt odniesienia do określenia rozmiaru skanowanego dokumentu. Większość skanerów płaskich umożliwia zdjęcie okładki w celu zeskanowania nie poręcznego przedmiotu, takiego jak strona grubej książki. Lampa służy do oświetlania dokumentu. Lampa w nowszych skanerach jest albo lampą fluorescencyjną z zimną katodą (CCFL), albo lampą ksenonową, podczas gdy starsze skanery mogą mieć standardową lampę fluorescencyjną. Cały mechanizm (lustra, soczewki, filtru i matrycy CCD) składa się na głowicę skanującą. Głowica skanera jest powoli przesuwana po dokumencie za pomocą paska przymocowanego do silnika krokowego. Głowica skanująca jest przymocowana do pręta stabilizującego, aby zapewnić brak chybotania lub odchylenia w czasie trwającego procesu.
Zielona dioda, która powinna pojawić się na skanerze oznacza, że głowica skanująca zakończyła jedno pełne skanowanie dokumentu. Obraz dokumentu odbija się od lustra pod kątem w innym lustrze. W niektórych skanerach są tylko dwa lustra, podczas gdy inne używają trzech luster. Każde lustro jest lekko zakrzywione, aby skupić obraz, który odbija się, na mniejszej powierzchni. Ostatnie lustro odbija obraz na soczewce. Obiektyw skupia obraz przez filtr na matrycy CCD. Filtr i układ soczewek różnią się w zależności od skanera. Niektóre skanery używają trzy-zabiegowej metody skanowania. Każde przejście wykorzystuje inny filtr koloru (czerwony, zielony lub niebieski) między soczewką a matrycą CCD. Po zakończeniu trzech przebiegów oprogramowanie skanera łączy trzy przefiltrowane obrazy w jeden pełnokolorowy obraz. Większość dzisiejszych skanerów wykorzystuje metodę jednoprzebiegową. Obiektyw dzieli obraz na trzy mniejsze wersje oryginału. Każda mniejsza wersja przechodzi przez filtr koloru (czerwony, zielony lub niebieski) do dyskretnej sekcji matrycy CCD. Skaner łączy dane z trzech części matrycy CCD w jeden pełnokolorowy obraz.
Inną technologią macierzy obrazowania, która stała się popularna w niedrogich skanerach płaskich, jest kontaktowy czujnik obrazu (CIS). CIS zastępuje matrycę CCD, lustra, filtry, lampę i soczewkę, rzędami czerwonych, zielonych i niebieskich diod elektroluminescencyjnych (LED). Mechanizm czujnika obrazu, składający się z 300 do 600 czujników rozmieszczonych na całej szerokości obszaru skanowania, jest umieszczony bardzo blisko szyby, na której spoczywa dokument. Kiedy obraz jest skanowany, diody LED łączą się, aby zapewnić białe światło. Oświetlony obraz jest następnie przechwytywany przez rząd czujników. Skanery CIS są tańsze, lżejsze i cieńsze, ale nie zapewniają takiego samego poziomu jakości i rozdzielczości, jak większość skanerów CCD.
Skanery - rozdzielczość i interpolacja
Skanery różnią się rozdzielczością i ostrością. Większość skanerów oferuje rozdzielczość sprzętową co najmniej 300x300 punktów na cal (DPI). DPI skanera jest określane przez liczbę czujników w jednym rzędzie (częstotliwość próbkowania w kierunku “x”) matrycy CCD lub CIS przez precyzję silnika krokowego (częstotliwość próbkowania w kierunku “y”). Na przykład, jeśli rozdzielczość wynosi 300x300 DPI, a skaner jest w stanie zeskanować dokument o rozmiarze pocztówki, wówczas matryca CCD wykorzystuje aż 2550 czujników rozmieszczonych w każdym poziomym rzędzie. Skaner jednoprzebiegowy miałby trzy takie rzędy, co daje łącznie 7650 czujników. Silnik krokowy w naszym przykładzie jest w stanie poruszać się w krokach równych 1/300 cala. Podobnie skaner o rozdzielczości 600x300 ma matrycę CCD z 5100 czujnikami w każdym poziomym rzędzie.
Ostrość zależy głównie od jakości użytej optyki, soczewki oraz jasności źródła światła. Jasna lampa ksenonowa i wysokiej jakości soczewki stworzą znacznie wyraźniejszy, a tym samym ostrzejszy obraz niż standardowa lampa fluorescencyjna i podstawowy obiektyw. Oczywiście, wiele skanerów deklaruje rozdzielczość na poziomie 4800x4800, a nawet 9600x9600. Aby osiągnąć rozdzielczość sprzętową z częstotliwością próbkowania w kierunku X wynoszącą 9600, potrzebna byłaby matryca CCD zawierająca 81600 czujników. Jeśli spojrzysz na specyfikację techniczną skanera, to zauważysz, że tak wysoka rozdzielczość jest oznaczona jako ulepszenie programowe, interpolowane lub inne podobne. Co to znaczy? Interpolacja to proces używany przez oprogramowanie skanujące, do zwiększenia postrzeganej rozdzielczości obrazu.
Robi to, tworząc dodatkowe piksele pomiędzy tymi, które są faktycznie skanowane przez tablicę CCD. Te dodatkowe piksele są średnią z sąsiednich pikseli. Na przykład, jeśli rozdzielczość sprzętowa wynosi 300x300, a interpolowana rozdzielczość 600x300, wówczas oprogramowanie dodaje piksel między każdy zeskanowany punkt, przez czujnik CCD w każdym rzędzie. Innym terminem używanym w przypadku skanerów jest głębia bitowa, zwana również głębią kolorów. Odnosi się ona do liczby kolorów, które skaner jest w stanie odtworzyć. Każdy piksel wymaga 24 bitów, aby stworzyć standardowy, prawdziwy kolor i praktycznie wszystkie skanery na rynku to obsługują. Wiele z nich oferuje głębokość 30 lub 36 bitów. Nadal drukują tylko w 24-bitowym kolorze, ale wykonują wewnętrzne przetwarzanie, aby wybrać najlepszy możliwy wybór spośród kolorów dostępnych w zwiększonej palecie. Istnieje wiele opinii na temat zauważalnej różnicy w jakości między skanerami 24, 30 i 36-bitowymi.
Skanery - transfer obrazu
Skanowanie dokumentu to tylko jedna część procesu. Aby zeskanowany obraz był użyteczny, należy go przesłać do komputera. Istnieją trzy typowe połączenia używane przez skanery. Równoległy (połączenie przez port równoległy jest najwolniejszą dostępną metodą transferu), Small Computer System Interface (SCSI wymaga specjalnego połączenia SCSI) oraz uniwersalnej magistrali szeregowej (USB) - skanery USB łączą ze sobą szybkość, łatwość obsługi i przystępną cenę. Jest także połączenie FireWire - zwykle spotykane w skanerach wyższej klasy, połączenia FireWire są szybsze niż USB i SCSI. Poza tym, połączenie FireWire jest idealne do skanowania obrazów o wysokiej rozdzielczości.
Na swoim komputerze będziesz potrzebował oprogramowania zwanego sterownikiem, które wie, jak komunikować się ze skanerem. Większość skanerów “mówi” we wspólnym języku - TWAIN. Sterownik TWAIN działa jako interpreter między dowolną aplikacją obsługującą standard TWAIN a skanerem. Oznacza to, że aplikacja nie musi znać szczegółowych informacji o skanerze, aby uzyskać do niego bezpośredni dostęp. Na przykład, możesz wybrać pobieranie obrazu ze skanera z programu Adobe Photoshop, ponieważ Photoshop obsługuje standard TWAIN.
