Барабанные сканеры и их схемы. Метод нерезкого маскирования.

Проекционные сканеры. Схема и принцип работы.

Схемы построения сканеров.

Проекционные сканеры напоминают фотоувеличитель и работают почти так же, как фотографическая камера. Проекци­онные сканеры выпускаются для работы с непрозрачными ори­гиналами, для работы с прозрачными оригиналами (такие ска­неры часто называют «слайд-сканер») и универсальные. В ска­нерах для работы с непрозрачными оригиналами считывание оригинала осуществляется в отраженном свете.

Оригинал располагается на подставке под сканирующей го­ловкой изображением вверх. Сканирующая головка (камера) закрепляется на вертикальном штативе на некоторой от него высоте. В зависимости от конструктивных особенностей скане­ра камера может перемещаться по стойке или по вертикальным направляющим. Перед началом сканирования камеру следует установить в положение, соответствующее требуемому разре­шению и размеру изображения. Точная настройка разрешения (фокусировка) осуществляется перемещением линзы. Внутрен­ний источник света при этом обычно не требуется - естествен­ного комнатного освещения оказывается достаточно. Иногда источники света (не более двух) присоединяются непосред­ственно к камере. Внутри камеры небольшой двигатель пере­мещает линейку ПЗС в фокальной плоскости линзы. Процеду­ра сканирования занимает некоторое время, поэтому следует учитывать возможное нежелательное воздействие вибрации и внешних источников света. Схема работы проекционного ска­нера приведена на рис. 8.1.

В некоторых моделях проекционных сканеров свет через лин­зу освещает оригинал целиком, а отраженный свет фиксирует­ся с помощью ПЗС-матрицы. Подобная конструкция сканера позволяет избежать влияния внешних возмущений и добиться более высокого качества сканированных изображений.

Класс слайдовых сканеров определяется максимальным раз­мером оригинала, с которым он может работать. Если сканеры среднего класса предназначены для обработки 35-миллиметро­вых негативных и позитивных пленок, то сканирование про­зрачных оригиналов больших форматов (6x7 см, 2' /4х2' /4 и 4x5 дюймов) могут выполнять устройства высокого класса.

Рис. 8.1. Схема проекционного сканера для работы с непрозрачным оригиналом.

 

Оптическое разрешение слайдовых сканеров составляет от 2000 до 5000 dpi в зависимости от класса устройства. Слайдо­вый сканер во многом напоминает планшетный. Различие со­стоит лишь в том, что слайд-сканер фиксирует образ сканируе­мого изображения в проходящем свете и соответственно источ­ник света, оригинал и фотоприемник в нем имеют другое вза­имное расположение. Для фиксирования цвета и уровней серо­го в слайд-сканерах используются либо наборы линеек ПЗС, либо матрицы ПЗС.

В некоторых сканерах для повышения отношения сигнал/ шум, характеризующего качество считывания визуальной ин­формации, применяются дополнительные компенсационные методы, например, более яркие источники света.

Оптическая плотность цветных слайдов и диапозитивов обычно находится в пределах от 2,8 до 3,0. Поэтому динамичес­кий диапазон слайдовых сканеров высокого класса должен быть не менее 3,0. Для кодирования цвета используются 8-14 и даже 16 бит на канал.

Поставляемые в комплекте со сканером рамки для монтажа слайдов в сочетании со специализированным программ­ным обеспечением позволяют автоматизировать процесс скани­рования слайдов стандартных форматов (пакетов сканирования).

 

Барабанные сканеры дороги, но с их помощью можно полу-чать, изображения с высокой степенью детализации, которые, в свою очередь, могут быть использованы для последующего ре­туширования, цветоделения и, наконец, формирования конечного варианта представления страницы издания или пленки для изготовления печатной формы.

В барабанных сканерах оригинал с помощью специальной ленты или масла закрепляется на поверхности прозрачного ци­линдра из органического стекла (барабана), укрепленного на массивном основании, которое обеспечивает его устойчивость, барабан вращается с большой частотой, а находящийся рядом с ним сканирующий фотоприемник через крошечную апертуру точка за точкой считывает изображение с высокой точностью. В большинстве сканеров, применяемых в полиграфии, в каче­стве фотоприемника используется ФЭУ, который перемещается на прецизионной винтовой паре вдоль барабана и точечно сканирует оригинал (при наличии нескольких ФЭУ сканирует соответствующее число точек). Для освещения оригинала используется мощный ксеноновый или галогенный источник све­та, к стабильности излучения которого предъявляются высокие требования. При сканировании прозрачных оригиналов приме­няется источник света, расположенный внутри барабана, а при сканировании отражающих оригиналов - вне его, рядом с при­емником излучения.

Так как частота вращения барабана высокая, то можно фо­кусировать на изображении чрезвычайно мощный источник света без риска повредить оригинал. Яркость источника света, возможность регулирования фокуса и технология поэлементной выборки обеспечивают высокое отношение сигнал/шум и точ­ную передачу тонов изображения без перекрестных помех от соседних точек.

Свет сначала направляется на оригинал, затем на зеркала и RGB-фильтры, расщепляющие его на три цветовые пучка. В наиболее простом исполнении полупрозрачные зеркала пред­ставляют собой хроматически нейтральные светоразделительные элементы, частично пропускающие и частично отражаю­щие световую энергию независимо от ее спектрального соста­ва. В этом случае первое полупрозрачное зеркало должно отра­жать одну треть упавшей на него световой энергии и две трети пропускать. У второго зеркала отраженная и пропускаемая час­ти световой энергии должны быть равны. При таком разделе­нии количество световой энергии всех длин волн во всех трех каналах будет одинаковым.

Этот вариант не является оптимальным. В каждом канале не нужен свет всех длин волн, так как установленные в различных каналах цветоделительные светофильтры пропускают световой поток в разных областях спектра -динноволновой, средневол­новой и коротковолновой.

Более совершенными в этом смысле являются дихроические полупрозрачные зеркала (рис. 8.2. а), обладающие свойством отражать и пропускать световую энергию избирательно по спек­тру. В этом случае первое зеркало должно, например, отражать свет только в длинноволновой (красно-оранжевой) части спект­ра. Второе зеркало отражает свет только в средневолновой (жел­то-зеленой) части спектра, третье - только в коротковолновой (сине-фиолетовой) части спектра. При таком распределении световая энергия используется рациональнее. Для этой же цели могут использоваться специальные цветоделительные призмы (рис. 8.2. б), в которых имеются два дихроичных фильтра (зе­леный и синий).

 

Рис. 8.2. Барабанный сканер:

а - с дихроичными зеркалами; б - с цветоделительной призмой

 

В зависимости от типа материала (прозрачный или отража­ющий) оригинал освещается либо изнутри барабана, либо сна­ружи. Размещаемые в анализирующей фотоголовке фотоэлек­тронные умножители принимают и усиливают отфильтрован­ный свет. Затем полученные аналоговые сигналы преобразуют­ся в цифровые коды. Конструкция многих моделей барабанных сканеров позволяет использовать сменные барабаны для повы­шения производительности сканирования.

Отличительный признак полиграфических барабанных ска­неров – возможность сканировать оригиналы, имеющие высо­кую оптическую плотность (печатные издания, художественные работы, слайды, диапозитивы, негативные пленки), как в отра­женном, так и в проходящем свете с разрешением, ограничен­ным лишь размером барабана и минимальной апертурой. Со­временные барабанные сканеры позволяют скопировать изображение с интерполяционным разрешением 24000 dpi.

Анализирующие фотоголовки сканеров, обеспечивающих считывание цветных изображений с высокой разрешающей способностью, представляют собой высокоточную и достаточ­но сложную конструкцию.

Лампы накаливания непрерывного действия широко приме­няются в качестве источника света не только в сканерах с ци­линдрической разверткой, но и в планшетных сканерах.

Потери при передаче и растрировании изображения наибо­лее заметны при воспроизведении мелких деталей изображения. Их передачу можно улучшить за счет электронного нерезкого маскирования, при помощи которого даже удается выделить существенные для изображения детали, а также его структуру (например, поверхность материалов).

Рис. 8.3. Нерезкое маскирование при помощи дополнительного «нерезкого» канала.

1 - контур; 2 - анализирующее световое пятно для основного канала цветоделения; 3 - направление считывания; 4 - анализирующее световое пятно канала нерезкого маскирования; - выходной сигнал (сигнал изображения); - выходной сигнал нерезкого маскирования; и - соответственно апертуры диафрагмы основного канала и канала нерезкого маскирования; - длительность сигнала.

 

Повышение резкости воспроизведения деталей - задача так называемого канала нерезкого маскирования. Он получает од­новременно с основным цветовым каналом сигнал соответству­ющего цветоделенного изображения. Диафрагма, ограничива­ющая пучок лучей света, в канале нерезкого маскирования значительно больше, чем диафрагма, передающая изображение. Благодаря этому крошечная сканирующая световая точка пере­крывается нерезкой точкой (рис. 8.3). Большая точка нерезкого маскирования при перекрытии контура, характеризуемого пере­падом плотностей, обеспечивает более плавное изменение при этом сигнала, так как во время сканирования больший элемент раньше уловит изменение плотности, чем малый. При вычисле­нии в сканере разности основного и нерезкого сигналов, ее сум­мировании с основным цветоделенным сигналом образуется не­резкая градационная маска (рис. 8.3). Разностный сигнал СИ -СН добавляется к основному СИ + СИ - СН. Благодаря увеличе­нию контраста деталей и образованию дополнительной каймы повышается резкость изображения, улучшается прорисовка де­талей. Степень подчеркивания деталей можно регулировать вы­бором величины диафрагмы в канале нерезкого маскирования.

В некоторых сканерах в качестве канала нерезкого маскиро­вания используется один из основных каналов цветоделения.

Большинство барабанных сканеров имеет горизонтальное расположение прозрачного барабана. Известна конструкция сканеров с вертикальным расположением барабана, что суще­ственно уменьшает занимаемую сканером площадь. На рис. 8.4 представлена схема такого сканера.

Рис. 8.4. Сканер с вертикальным барабаном.

 

Свет от источника 1 при помощи затвора 2 попадает в опти­ческий тракт световода 3 или 4 соответственно для работы с не­прозрачными и прозрачными оригиналами, закрепленными на барабане 5. Барабан приводится в движение при помощи двигателя 6. Прошедший или отразившийся от оригинала луч света попада­ет на ФЭУ 8 сканирующей головки 7. Электрический сигнал из ФЭУ поступает в логарифматор 9 и проходит аналого-цифровой преобразователь 10 (АЦП), который преобразует аналоговый сиг­нал в цифровой. Управление процессом преобразования осуще­ствляется процессорной платой 11.

Операции масштабирования, нерезкого маскирования, а так­же общее управление сканером осуществляет материнская пла та 12. Приводом барабана управляет плата 12 через блок пита­ния (БП).

Визуальный контроль работы сканера можно осуществлять по сигнальным лампам, которые расположены в верхней части крыш­ки сканера и у основания защитной крышки барабана. Следует упомянуть о том, что в некоторых картографических барабанных сканерах в качестве приемника изображения используется набор линеек ПЗС, неподвижно установленных на всю ширину бараба­на и построчно сканирующих изображение оригинала.