Skanery
W ciągu ostatnich kilku lat skanery stały się ważną częścią każdego biura - a w czasach pandemicznych także domowego. Technologia skanera jest używana na wiele sposobów. Dla przykładu tzw. skanery płaskie, zwane także skanerami biurkowymi, są najbardziej wszechstronnymi i najczęściej używanymi skanerami w Polsce i chyba też na świecie. Choć zmienia się to ostatnio na korzyść urządzń 3w1. Jednak w tym tekście skupimy się na technologii użytej w odniesieniu do skanerów płaskich. Istnieją także 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.
Dostępne są także skanery ręczne, które wykorzystują tę samą podstawową technologię, co skanery płaskie, ale polegają na użytkownikach, którzy je przenoszą zamiast na paskach z napędem. Ten typ skanera zazwyczaj nie zapewnia dobrej jakości obrazu. Jednak może być przydatny zwłaszcza do szybkiego przechwytywania tekstu - przy użyciu OCR to prawdziwa bomba. 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 wiązki. Każda wiązka jest przesyłana przez filtr koloru do fotopowielacza, gdzie światło zamieniane jest na sygnał elektryczny.
Podstawową zasadą skanera jest analiza obrazu, aby w jakiś sposób móc go przetworzyć. 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 przykład na swojej stronie internetowej. W tym tekście skupimy się na skanerach płaskich, ale podstawowe zasady dotyczą większości innych 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.
Z jakich części składa się skaner?
Trzeba pamiętać, że skaner to urządzenie elektryczne, a jak każde urządzenie elektryczne, tak i skaner składa się z elementów, jednak w tym przypadku (patrząc na model skanera płaskiego) będzie to macierz urządzeń ze sprzężeniem ładunkowym (CCD), lustra, głowicę skanującą, szklany talerz, lampa, obiektyw, pokrywa, filtry, silnik krokowy, stabilizator, pas, zasilacz, port (y) interfejsu oraz obwody sterujące. Nie da się jednak ukryć, że podstawowym elementem skanera jest matryca CCD. CCD to najpopularniejsza technologia przechwytywania obrazu w skanerach - szczególnie, że masa skanerów z matrycą CCD jest sprzedawana na rynku wtórnym. 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 padające na pojedynczy fotolit, tym większy ładunek elektryczny, który 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 są prawie takie same w innych modelach skanerów. Zastanawiałes się może jak wszystkie elementy skanera współpracują ze sobą?
Przejdźmy może przez proces skanowania i przedstawmy kroki, które przechodzi skaner podczas skanowania dokumentu. Dokument jest umieszczony na płycie szklanej, a pokrywa jest zamknięta. W większości skanerów wewnętrzna strona okładki jest płaska, biała, chociaż można spotkać się z modelem, gdzie podkładka może mieć kolor czarny. Okładka zapewnia jednolite tło, które oprogramowanie skanera może wykorzystać jako punkt odniesienia przy określaniu rozmiaru skanowanego dokumentu. Większość skanerów płaskich umożliwia zdjęcie pokrywy w celu zeskanowania nieporęcznego przedmiotu, takiego jak strona w grubej książce.
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, soczewka, filtr i matryca 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 przejściu. Wynik pozytywny oznacza, że głowica skanująca zakończyła jedno pełne skanowanie dokumentu. Obraz dokumentu jest odbijany przez nachylone lustro do innego lustra.
W niektórych skanerach są tylko dwa lustra, podczas gdy inne używają podejścia trzech luster. Każde lustro jest lekko zakrzywione, aby skupić obraz, który odbija, 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. Większość dzisiejszych skanerów korzysta z metody jednoprzebiegowej. Obiektyw dzieli obraz na trzy mniejsze wersje oryginału. 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. Następnie klika się przycisk (często zielony) o nazwie “Scan”, aby rozpocząć proces skanowania.
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. Podczas skanowania obrazu 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 proces skanowania
Przyjrzymy się temu, co dzieje się między komputerem a skanerem w czasie procesu skanowania, ale najpierw wspomnijmy nieco o rozdzielczości. Precyzja silnika krokowego określa częstotliwość próbkowania w kierunku “Y”. Skanery różnią się rozdzielczością i ostrością. Większość skanerów płaskich ma rzeczywistą rozdzielczość sprzętową co najmniej 300 x 300 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 tzw. pocztówce (Letter), wówczas matryca CCD ma 2550 czujników rozmieszczonych w każdym poziomym rzędzie. Skaner jednoprzebiegowy miałby trzy takie rzędy, w sumie 7650 czujników. Silnik krokowy w naszym przykładzie jest w stanie przesuwać się w krokach równych 1/300 cala. Podobnie skaner o rozdzielczości 600x300 ma matrycę CCD z 5100 czujnikami w każdym poziomym rzędzie. Większość skanerów ma obszar skanowania o rozmiarze Letter (8,5 x 11 cali, 21,6 x 27,9 cm) lub Legal (11 x 14 cali, 27,9 x 35,6 cm).
Ostrość zależy głównie od jakości optyki użytej do wykonania 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 podstawowa soczewka. Oczywiście wiele skanerów deklaruje rozdzielczość 4800x4800, a nawet 9600x9600. Aby osiągnąć rozdzielczość sprzętową przy częstotliwości próbkowania w kierunku “X” wynoszącej 9600, potrzebna byłaby matryca CCD zawierająca 81 600 czujników. Jeśli spojrzysz na specyfikacje, te wysokie rozdzielczości są zwykle oznaczone jako ulepszone programowo, interpolowane lub podobne. Co to znaczy? Interpolacja to proces używany przez oprogramowanie skanujące w celu 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, oprogramowanie dodaje piksel między każdym skanowanym przez czujnik CCD w każdym rzędzie. Innym terminem używanym w przypadku skanerów jest głębia bitowa, zwana także głębią kolorów. Odnosi się to po prostu 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 tego, czy istnieje zauważalna różnica w jakości między skanerami 24-, 30- i 36-bitowymi.
Skanery - łączność i metody przesyłania zeskanowanego dokumentu
Skaner może mieć więcej niż jeden sposób łączenia się z komputerem - kablowo lub bezprzewodowo. Skanowanie dokumentu to tylko jedna część procesu. Aby zeskanowany obraz był użyteczny, należy go przesłać do komputera lub innego urządzenia mobilnego - np. laptop, smartfon lub tablet. Istnieje kilka rodzajów połączeń używanych przez stare i nowe skanery:
Port równoległy - połączenie przez port równoległy jest najwolniejszą i najstarszą dostępną metodą transferu plików, dostępną tylko i wyłącznie w starych skanerach, niedostępnych w sklepach, choć wciąż możliwych do nabycia na rynku wtórnym.
Small Computer System Interface (SCSI) - SCSI wymaga specjalnego połączenia SCSI. Większość skanerów SCSI zawiera dedykowaną kartę SCSI, którą można włożyć do komputera i podłączyć do skanera, ale zamiast tego można użyć standardowego kontrolera SCSI.
Uniwersalna magistrala szeregowa (USB) - skanery USB łączą dobrą szybkość, łatwość obsługi i przystępną cenę w jednym pakiecie.
FireWire - zwykle spotykane w skanerach wyższej klasy, połączenia FireWire są szybsze niż USB i SCSI. FireWire jest idealny do skanowania obrazów o wysokiej rozdzielczości.
Łączność bezprzewodowa (NFC, Bluetooth i WiFi) - łączność za pośrednictwem NFC, Bluetooth lub sieci WiFi to dzisiaj standard, więc wygodnie i bez konieczności użycia kabla, możemy przesłać zeskanowany dokument do każdego urządzenia znajdującego się w sieci WiFi, obsługujących łączność Bluetooth lub NFC.
Na komputerze potrzebujesz 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.
Oprócz sterownika większość skanerów jest dostarczanych z innym oprogramowaniem. Zwykle dołączone jest narzędzie do skanowania i pewien rodzaj aplikacji do edycji obrazu. Wiele skanerów zawiera oprogramowanie OCR. OCR pozwala skanować słowa z dokumentu i konwertować je na tekst komputerowy. Wykorzystuje proces uśredniania, aby określić kształt znaku i dopasować go do właściwej litery lub cyfry. Wspaniałą rzeczą we współczesnej technologii skanera jest to, że możesz uzyskać dokładnie to, czego potrzebujesz. Możesz znaleźć przyzwoity skaner z dobrym oprogramowaniem za mniej niż 200 złotych. Wszystko zależy od Twoich potrzeb i budżetu.
