Задание 4.1 Изучение конструкции и принципа действия сканера

 

Посмотреть фильм «Сканер» (4 мин 53 сек)

Изучить конструкцию и принцип работы сканера. В отчете зарисовать основные схемы, заполнить таблицы, ответить на вопросы:

1. Сравнение технологий сканирования

Технология	Достоинства	Недостатки
РМТ
CCD
CIS

2. Конструкция сканера

Компонент	Назначение

(приложение 3)

3. Описать процедуру сканирования

4. Перечислить характеристики сканера

Характеристика	Краткое описание	Единица измерения

(приложение 2)

 

Сканер - устройство, конвертирующее видимое изображение в поток бинарных сигналов, иными словами - осуществляющее преобразование оптических аналоговых данных в электрические цифровые.

Изображение помещается перед кареткой, которая состоит из источника освещения и массива датчиков.

Свет от трубки поступает на датчики, которые считывают оптические данные (например, ПЗС), затем проходит призмы, линзы и другие оптические компоненты. Подобно очкам или лупам, эти элементы могут весьма различаться по качеству. Высококачественный сканер использует точную стеклянную, просветленную оптику со светофильтрами исправления цвета. В более дешевых моделях применяются пластмассовые компоненты, чтобы уменьшить затраты.

Устройство и функционирование планшетного сканера

Интенсивность света, отраженного или прошедшего сквозь изображение и собранного датчиком, преобразуется в напряжение, пропорциональное световой интенсивности.

Датчик изображения обычно реализуется по одной из трех технологий:

· фотоэлектронный умножитель (ФЭУ или photomultiplier tube - РМТ) - технология, унаследованная от барабанных сканеров прошлого;

· прибор с зарядовой связью (ПЗС или charge-coupled device - CCD) - датчик, типичный для настольных сканеров;

· контактный сенсор изображения (contact image sensor - CIS) - более новая технология, которая интегрирует функции и позволяет создавать сканеры более компактных размеров.

Технология фотоэлектронных умножителей

ФЭУ - технология датчиков высокопроизводительных цветных барабанных сканеров, которые используются обычно для подготовки матриц цветной полиграфии. Дорогостоящие и тяжелые в обслуживании, они были основными устройствами ввода изображений в ЭВМ до появления настольных сканеров.

Оригинал изображения здесь тщательно закрепляется на цилиндрическом барабане, который начинает вращаться с высокой скоростью. Каретка с датчиками и осветителями начинает перемещаться вдоль изображения. Управлять разрешением или размером изображения можно, подбирая скорость движения каретки, оптическую силу линз и радиус барабана.

ФЭУ-сканеры имеют два источника освещения, один для сканирования в отраженном свете, другой - для прозрачных оригиналов. Свет подсветки расщепляется на три луча, которые проходят через светофильтры (красный, зеленый и синий), а затем попадают на трубку фотоумножителя, где световая энергия преобразуется в электрический сигнал. ФЭУ-сканеры имеют намного более высокую светочувствительность и более низкий уровень шума, чем сканеры ПЗС, и, следовательно, способны к хорошей передаче тонов, будучи менее восприимчивыми к ошибкам в преломлении или фокусировке света, чем их планшетные коллеги.

Схема функционирования барабанного сканера

Однако барабанные сканеры медленнее и дороже, чем сканеры ПЗС. В настоящее время они обычно используются только в специализированных высокопроизводительных приложениях.

 

В настоящее время в конструкции сканеров используются две конкурирующие технологии, которые и определяют назначение и стоимость сканера. Наиболее старая, но в то же время лучшая для сканирования художественных фотографий — CCD-технология (Charge-Couple Device, Прибор с зарядовой связью — ПЗС).

Технология прибора с зарядовой связью, которая лежит в основе настольных сканеров, ранее использовалась долгое время в таких устройствах, как телефаксы и цифровые камеры. ПЗС - твердотельное электронное устройство, которое конвертирует свет в электрический заряд. Датчик настольного сканера, как правило, имеет массив (линейку) из тысяч элементов ПЗС, размещенных на подвижной каретке. Отраженный свет лампы сканера, пройдя светофильтры, направляется на массив ПЗС через систему зеркал и линз.

Лист бумаги, положенный на стекло сканера, освещается мощной лампой, а отраженный световой поток при помощи нескольких зеркал направляется в объектив, который фокусирует картинку на фотодатчике —- линейке светочувствительных элементов, для которых и используется ПЗС-матрица (CCD-матрица). После считывания строки оптическая головка сканера передвигается на один шаг, и производится считывание следующей строки. В качестве источника света используется флуоресцентная лампа или лампа с холодным катодом. Принцип работы сканера с CCD-технологией показан на рисунке.

Типичный представитель планшетных сканеров с CCD-технологией представлен ниже.

Mustek Bear Paw2448TA

Этот класс сканеров имеет "толстый" корпус, в котором размещается сложная оптическая система, профессиональные модели имеют еще большую толщину корпуса.

Epson Perfection 3200

Поскольку сканер считывает документ построчно, то количество ячеек соответствует оптическому разрешению сканера. В документации указывается разрешение в точках на один дюйм (dpi). В цветных сканерах используют ПЗС-матрицу с тремя линейками светочувствительных элементов или три отдельных ПЗС-матрицы, которые находятся за светофильтрами, т. е. каждая точка документа считывается тремя отдельными светочувствительными ячейками.

ПРИМЕЧАНИЕ Когда указывается разрешение, например, 1200x2400 dpi (dots per inch — точек на дюйм), то это означает, что механика сканера передвигает считывающую головку на половину точки (пиксела). Реального удвоения вертикального разрешения нет, но результирующее качество электронной копии выше.

CIS-технология (Contact Image Sensor) по основным принципам почти аналогична традиционнойCCD-технологии и является ее упрощенным вариантом. Это относительно новая технология Датчиков, которая начала появляться на рынке планшетных сканеров в конце 1990-х годов Сканеры этой системы используют компактные банки красных, зеленых и синих светодиодов в сочетании с линейкой датчиков ПЗС, помещенных чрезвычайно близко к исходному изображению. В результате получен сканер, который меньше, легче, дешевле и экономичнее, чем традиционное устройство на основе ПЗС, однако эта технология еще далека от совершенства.

В CIS-сканерах отсутствует система зеркал и объектив. Светочувствительная линейка равна по ширине листу документа (ширине области сканирования), а каждая точка строки фокусируется на фотодиоде цилиндрической микролинзой. Документ освещается линейкой светодиодов, а в цветном сканере — светодиодами трех основных цветов. Поскольку в CIS-сканере отсутствуют зеркала, объектив и лампа, то конструкция такого сканера получается очень компактной; типичная модель такого сканера представлена ниже.

Umax AstraSlim 1200SE

Все технологии сканирования постоянно модернизируются, например, корпорация Canon на основе CIS-технологии выпускает LIDE-сканеры (LED InDirect Exposure, непрямое светодиодное экспонирование), его принцип работы показан ниже.

По конструкции большинство выпускаемых сканеров— планшетного типа . Размер стола для оригинала обычно имеет формат А4. Кроме планшетных в небольшом количестве выпускаются специализированные модели, например, сканеры с вертикальным расположением стола , сканеры для работы с оригиналами формата A3, рулонные сканеры, слайд-сканеры .

"Прозрачный" вертикальный сканер HP Scanjet 4670

Ранее были популярны ручные сканеры, которые в настоящее время сохранились разве что в магазинах для считывания кодовых полосок на товарах.

Сегодня все больше компаний переводят документооборот в электронный вид, поэтому стали популярны модели сканеров, которые позволяют обрабатывать в автоматическом режиме большие стопки документов. Одна из моделей для бизнеса производства корпорации Xeroxпоказана ниже.

Xerox DocuMate 262i - поточный документ-сканер

В отличие от старых громоздких автоматизированных сканеров, которые когда-то были популярны, эта модель больше напоминает обычный струйный принтер и не занимает много места. Аналогичные конструкции выпускают и другие компании, в частности, очень популярны решения, выполненные в виде многофункциональных устройств .

Для всех конструкций сканеров можно составить следующую общую процедуру сканирования:

1. Разогрев лампы, если не используются светодиоды.

2. Калибровка, в процессе которой выполняется автоподстройка преобразо-вательных каскадов.

3. Перемещение и позиционирование каретки.

4. Опрос элементов светочувствительной матрицы и аналого-цифровое пре-образование.

5. Накопление полученных данных в буфере сканера.

6. Передача данных в компьютер.