В каком году появился барабанный сканер

Обновлено: 19.05.2024

Первое подобное устройство было запатентовано в 1843 году шотландским изобретателем Александром Бэйном. Его «записывающий телеграф» работал на телеграфных линиях и был способен передавать только черно-белые изображения, без полутонов. Однако для того времени это было огромным достижением.

В 1856 году флорентийский аббат Джованни Казелли (итал. Giovanni Caselli) изобрёл прибор для передачи изображения на расстояние, названный впоследствии пантелеграф. Передаваемая картинка наносилась на барабан токопроводящими чернилами и считывалась с помощью иглы

В 1902 году немецким физиком Артуром Корном (нем. Arthur Korn) запатентована технология фотоэлектрического сканирования, получившая впоследствии название телефакс. Передаваемое изображение закреплялось на прозрачном вращающемся барабане, луч света от лампы, перемещающейся вдоль оси барабана, проходил сквозь оригинал и, через расположенные на оси барабана призму и объектив, попадал на селеновый фотоприёмник. Эта технология до сих пор применяется в барабанных сканерах.

Но очень бурное развитие сканера началось в начале двадцатого века, в те времена, когда был изобретен фототелеграф, как мы привыкли его называть - телефакс. В 1902 году, немецкий физик Артур Корн запатентовал технологию фотоэлектрического сканирования, получившую впоследствии название телефакс

Барабанный сканер был первый в мире сканер. Это было сделано в 1957 году в США Национальное Бюро стандартов. Первый снимок был черно-белый с разрешением 176 пикселей. Этот сканер используется в основном в издательской индустрии. В данной технологии, используются для сканирования так называемые фотоэлектронные умножители (PMT).

Планетарный сканер - разновидность сканера изображений, использующаяся для сканирования книг и сброшюрованных документов. Планетарные сканеры широко используются для исходных документов, требующих деликатного обращения (ветхих, исторических документов). Часто используется название «книжный сканер».

Фильм-сканер - устройство, преобразующее изображение в цифровой файл. Иногда фильм-сканерами называют сканеры киноплёнки, но это неверно, поскольку последние предназначены для оцифровки движущегося изображения и обладают гораздо более высоким быстродействием

В 1985 году компания Microtek представила миру черно-белый поточный сканер с разрешением 300 dpi. Позже, в 1990 году такие крупные компании, как HP, Eastman Kodak, Logitech в составе группы Macintosh Сканер Круглый стол решили создать универсальный протокол для взаимодействия сканера с программным обеспечением для обработки изображения

Эти устройства нашли свою популярность в начале 90-х годов. Ручные сканеры используются для сканирования документов путем перетаскивания сканера по поверхности документа. Они доступны как документ-сканеры, а также 3-D сканеры. Это сканирование будет эффективным, только с устойчивым руки, иначе изображение может выглядеть искаженным. Они имеют датчики для определения коэффициента искажений и показатель будет указан в оповещении если движение сканеру слишком быстрое.

Периферийное устройство, анализирующее форму предмета на основе полученных данных создающее его 3D-модель.
3D-сканеры делятся на два типа по методу сканирования
Контактный такой метод основывается на непосредственном контакте сканера с исследуемым объектом.
Бесконтактный
Активные сканеры излучают на объект некоторые направленные волны и обнаруживают его отражение для анализа: чаще всего используется светодиодный или лазерный луч, реже — рентгеновские лучи, инфракрасное излучение или ультразвук.

Пользователи социальных сетей с наступлением нового года раскопали в своих загашниках старинный диафильм (разновидность слайд-шоу с титрами) «В 2017 году». Его авторы в доходчивой форме попытались рассказать советским детишкам, каким станет мир спустя 57 лет в годовщину Великого Октября: роботы, видеосвязь, космические путешествия, атомные поезда.

Кадры из анимационного фильма 1957 г.:

Однако будущее наступило значительно раньше, ну касаемо сканеров точно.

Начало распространения в СССР компьютерной техники открывало новое поле для инновационных разработок.

В конце 80-х годов группа молодых инженеров из Института автоматики и электрометрии СО РАН инициировала создание проекционного сканера. Добившись определенных успехов, коллеги организовали кооператив и занялись созданием и продвижением своей разработки.

Результатом их работы стал проекционный сканер Uniscan, который совмещал в себе возможности сканера и современного цифрового фотоаппарата. Он имел разрешение 72 мегапикселя. Такое разрешение позволяло разглядеть отдельные ресницы на изображении человека форматом А0.

Сканер на штативе

Первые образцы сканера позволяли получать черно-белые изображения или изображения в градациях серого. «Откройте мир во всей его удивительной серости!» — шутили в рекламных проспектах. Изысканным дизайном эти модели также не отличались.

Позже в конструкцию были добавлены светофильтры, и с этого момента сканер позволял получать полноцветные снимки.

Сканер Uniscan применялся для получения и обработки изображений в полиграфии, для распознавания текста и создания баз данных, в картографии и проектировании, для создания цифровых копий редких книг в государственных библиотеках, для макро- и микросъемки неподвижных объектов. Совмещение сканера с микроскопом оказалось очень востребованным судебно-медицинской экспертизой – сканер Uniscan оказался лучшим, что предлагалось в мире для этих задач.

Микроскоп со сканером Uniscan

На сколько я разобрался- эта инициативная группа молодых инженеров в 1995 (уже в РФ) основала ООО «Унискан» г. Новосибирск.

Эта компания является одной из старейших инновационных фирм в Новосибирске.

Основатель этой компании Академгородка Новосибирска ООО «Унискан» Андрей Брызгалов

ООО «Унискан» и сейчас довольно и плодотворно работает. Сканерами их последней модификации оснащаются все региональные судмедэкспертизы. Мобильный рентгеновский аппарат производства «Унискан» сертифицирован в Министерстве здравоохранения РФ. На его базе компания разработала мобильный цифровой флюорографический комплекс. В 2006 году ООО «Унискан» разработал технологию быстрого изготовления небольших партий пластмассовых деталей. В 2007 году по заказу одного из ведущих предприятий России разработан измеритель интенсивности утечек метана «Газоскан-М». Из закрытых проектов ООО «Унискан» — совместная разработка с бывшим оборонным заводом НПО «Север», подземная охранная система «Азимут», которую приобрели различные федеральные службы для оборудования объектов и охраны государственных границ.

Сканеры для ввода слайдов позволли качественно вводить информацию с прозрачных носителей. Обычно это или планшетные сканеры со специальным слайд-модулем, или барабанные сканеры. Основное их применение — издательское дело и картография. Кстати, до недавних пор телетайп, использующий принцип барабанного сканера, применялся для передачи макетов страниц центральных изданий по всей территории бывшего СССР.

Конечно мы были не первые в этой области.

Первый барабанный сканер SEAC*, Рассел Кирш и пульт управления сканера фоном. 1957 год, США.

Но и не аутсайдеры.

Вскоре в СССР появились «ручные» сканеры.

Из отечественных кодировочных устройств со свободно перемещаемыми визирами известен ПКГИО — «Полуавтомат Кодирования Графической Информации Оптический» (оптической частью является по-видимому визир в виде лупы с перекрестием и вмонтированной индукционной катушкой).
В комплект также входят электрический карандаш и клавиатуры: двойная (русская и латинская, а также дополнительная с греческими буквами) кнопочная клавиатура и клавиатура в виде таблицы с лунками, в которые надо тыкать электрическим карандашом — она монтирована в планшет рядом с его рабочим полем. Разрешающая способность устройства достигает 0,1 мм.

Хочется отметит особую категорию сканирующей (вернее копировальной) аппаратуры- шпионскую.

Наиболее известные спецсредства- фотокопировальные аппараты «Корица», «Зима» и «Загар»

Фотокопировальный аппарат «Корица» (из архива Keith Melton Spy Museum)

Результативность использования аппаратов прокатки, а также необходимость быстрого и качественного копирования большого количества документов натолкнули разработчиков НИЛ-11(специализированная лаборатория, входившая в состав Оперативно-Технического Управления (ОТУ) КГБ СССР) на создание портативного фотокопировального аппарата прокатки для документов формата A4. В новой фотокамере с названием «Корица» документ накрывался прижимным стеклом рабочей стороны аппарата (с размерами, как у формата A4), и перемещающийся внутри аппарата зеркально-призменный механизм равномерно сканировал по документу под действием пружины.

Для равномерного освещение документа в «Корице» был предусмотрен специальный тонкий и длинный осветитель наподобие люминесцентных ламп, который двигался вместе с зеркально-призменным механизмом. Его перемещение, а также транспортировку фотопленки обеспечивала пружина, взводимая боковым рычагом для съемки одного кадра. Кассета «Корицы» вмещала до 400 кадров стандартной 35 мм фотопленки и могла быстро заменяться на «свежую» на свету за несколько секунд, что давало возможность копирования большого количества документов. Диафрагма объектива подбиралась в зависимости от чувствительности пленки. «Корица» имела счетчик кадров, а также удобный рычаг спуска затвора, который работал как от правой, так и от левой руки. Для электропитания осветителя «Корицы» могла использоваться стандартная электросеть 110 / 220 вольт, а также напряжение 12 вольт через разъем прикуривателя автомобиля.

Комплект аппарата «Корица» (из архива Keith Melton Spy Museum)

«Корица» оказалась весьма эффективным аппаратом для быстрого копирования большого количества документов, например, когда офицер-куратор получал через тайник от своего агента секретные документы на достаточно короткое время, копировал их в автомобиле, соблюдая требования конспирации и после завершения работы обратно возвращал их агенту заранее оговоренным путем. «Корица» также активно использовалась на конспиративных квартирах и в номерах гостиниц, куда доставлялись полученные на время документы и после фотокопирования возвращались в места официального хранения. Габариты и вес «Корицы» вместе с блоком электропитания и заранее снаряженными фотопленкой кассетами позволяли переносить весь комплект в обычном портфеле или в атташе-кейсе, что обеспечивало конспиративность всего мероприятия работы с аппаратом как в автомобиле на стоянке или в движении, так и для съемки документов в помещении.

Оперативные подразделения КГБ активно использовали «Корицу», отмечая простую настройку и удобное управление аппаратом, в связи с чем было организовано серийное производство «Корицы» на красногорском заводе, где аппарату был присвоен заводской индекс С-125.

Несмотря на меньшие габариты и наличие электропривода, аппарат «Зима» не получил активного применение в оперативной практике. По словам офицеров КГБ, аппарат нередко годами лежал в местах хранения оперативной техники и вынимался только для ежегодной инвентаризации. По мнению специалистов, копирование документа А4 за два раза оказалось неудобным, и многие оперативники предпочитали старую «Корицу».

Фотокопировальный аппарат «Зима» (из архива Keith Melton Spy Museum)

В середине 1980-х гг. появляется прототип «Корицы» и «Зимы», фотоаппарат «Загар», для копирования полного листа А4 на 16 мм фотопленку с электроприводом зеркально-призменного механизмов сканирования и транспортировки пленки.

Кассета «Загара» была рассчитана на 400 кадров, в комплект также входили еще две кассеты. Таким образом, «Загар» мог обеспечить сравнительно быстрое копирование более тысячи листов документов.

Фотокопировальный аппарат «Загар» (из архива Keith Melton Spy Museum)

Так закончился век весьма результативного использования подразделениями КГБ фотокамер прокатки, давших массу необходимых и особо важных для СССР документов, в том числе копий материалов на редких языках, когда особо предъявлялись требования высокой четкости получаемых негативов. Сегодня в арсенале современных разведок имеются разнообразные бытовые цифровые устройства, позволяющие без какого-либо камуфлирования вполне открыто и легко сканировать документы и чертежи любой сложности.

Сегодня, без сканеров, мы уже не можем представить свою нормальную жизнь:

Вот и всё, что мне удалось накопать про сканеры в СССР.
Может кто-то знает больше?

Всего несколько лет назад профессионалы-полиграфисты для высококачественного репродуцирования не имели альтернативы барабанным сканерам. Только с их помощью можно было приблизиться к разрешающей способности приличного слайда. Изображение, снятое даже узкопленочным фотоаппаратом, может содержать более 20 млн. пикселов в 35-миллиметровом кадре (при размере зерна 5-7 мкм), что соответствует разрешающей способности сканера в пределах 4000-5000 пикселов/дюйм (150-200 точек/мм ).

Среди отечественных пользователей барабанных сканеров наиболее популярна продукция фирм Crosfield Electronics (Великобритания), Linotype-Hell (ФРГ), появившихся на нашем рынке с 1960-х годов, а также Dainippon Screen (Япония). В последнее время российские потребители приобретают и барабанные сканеры американских фирм Optronics, Howtek и др.

Отечественный цветоделитель-цветокорректор (прообраз барабанного сканера) был разработан еще в начале 60-х годов во ВНИИ полиграфии под руководством И.С. Файнберга и И.А. Солнцева. По результатам этой работы ленинградским производственным объединением «Красная заря» были изготовлены промышленные образцы электронных цветоделителей-цветокорректоров ЭЦК. Для удовлетворения потребности отечественной полиграфии в подобных устройствах в 70-х годах была начата работа во ВНИИПолиграфмаше под руководством Л.И. Боглаева и В.Г. Вдовина по освоению производства лицензионной цветоделительной машины ЭЦМ. Производство таких машин по лицензии немецкой фирмы Rudolf Hell было налажено в начале 80-х годов на Одесском заводе полиграфических машин.

Принцип действия барабанных сканеров (рис. 4.2) заключается в поэлементном считывании светового сигнала от изображения-оригинала с помощью оптической фотоголовки, где в качестве фотоприемников, как правило, используются фотоэлектронные умножители. Вращением барабана обеспечивается развертка изображения «по строке», а перемещением фотоголовки вдоль барабана - развертка «по кадру». Минимальный размер считываемого элемента может доходить до 5-7 мкм, т.е. практически до размера зерна фотопленки, что обеспечивает высокую разрешающую способность барабанных сканеров. Понятно, что световой сигнал от столь малого элемента будет невелик, а к этому еще добавляется требование различать более 256 градаций по уровню этого сигнала. В цветных сканерах также необходимо иметь высокую чувствительность фотоприемника к излучениям во всем видимом диапазоне спектра. И, естественно, фотоприемник должен быть практически безынерционным, поскольку сканирование оригиналов даже большого формата не может занимать много времени.

Всем этим жестким требованиям лучше других приемников излучения отвечают фотоумножители. Но высококачественный барабанный сканер из-за тонкой оптики, точной механики и сложной электроники стоит довольно дорого, поэтому круг потребителей этих устройств ограничен. Как правило, это репроцентры и издательства, выпускающие богато иллюстрированные журналы, альбомы и книги, имеющие постоянно большой объем сканирований цветных оригиналов в отраженном и проходящем свете (с позитивов и негативов), репродуцируемых на большой формат.

Для таких потребителей приемлем высококлассный барабанный сканер со сменными цилиндрами, оснащенный собственным бортовым компьютером и программным обеспечением. Такой сканер часто обладает искусственным интеллектом (AI-artifical intelligence) , принимающим на себя отдельные функции интеллекта человека, выбирая и реализуя оптимальные решения на основе ранее полученного опыта и рационального анализа условий сканирования. Он может осуществлять необходимые коррекции и преобразования в самом процессе сканирования (на лету - on the fly): нерезкое маскирование (USM - unsharp masking), преобразование цветовых параметров из RGB (Red-Green-Blue) в CMYK (Cyan-Magenta-Yellow-Key), вычитание цветных красок из-под черной (UCR - Under Color Removal) и т.п.

К несомненным достоинствам таких сканеров относятся высокая разрешающая способность (5000-8000 пикселов/дюйм и более), широкий диапазон масштабирования (от 10 до 3000% с шагом 0,1%), возможность сканирования оригиналов от малых (35-миллиметровые слайды) до больших размеров (500×600 мм и более), солидная глубина цвета (до 48 бит, по 16 бит на каждый цветовой канал), хороший динамический диапазон оптических плотностей (4,0 D). Безусловно, столь дорогое и сложное оборудование требует обслуживания операторами высшей квалификации и существенных постоянных затрат на поддержание техники в рабочем состоянии.

Развитие компьютерных издательских систем сделало доступной для широкого круга потребителей область обработки цветных изображений с целью последующего полиграфического репродуцирования. Появился спрос на недорогие вводные устройства, и эту нишу заполнили настольные барабанные сканеры. По многим техническим параметрам (разрешающая способность до 8000 ppi, динамический диапазон оптических плотностей до 4,0 D и глубина цвета 30-36 бит или 10-12 бит на каждый цвет) они мало чем отличаются от описанных выше высококлассных, но стоят значительно дешевле и более приспособлены к работе с открытыми компьютерными системами (такими, как IBM PC), а также с ориентированными на издательскую продукцию Apple Macintosh. Настольный вариант барабанного сканера имеет ограничения по формату оригиналов (примерно 250×300 мм) и более скромное программное обеспечение, так как ориентирован на универсальные (в смысле аппаратной совместимости) компьютерные программы обработки изображений типа Adobe Photoshop . Эти сканеры стали незаменимы для многих издательств и типографий, рекламных агентств и сервис-бюро, имеющих короткий производственный цикл.

Начнем с подробной схемы, на которой показано все разнообразие существующего сегодня допечатного оборудования (рис. 1). Хотелось бы напомнить, что полиграфия — это отрасль обработки и представления информации на бумажных носителях. Эта информация в виде текста и иллюстраций (на схеме показана желтым цветом) поступает в допечатные отделы типографий.

Рис. 1. Обобщенная схема системы допечатной подготовки изданий с основными вариантами изготовления форм офсетной печати (ФОП), высокой печати (ФВП), флексографской печати (ФФП), глубокой печати (ФГП) и вывода информации непосредственно на печать с помощью цифровой печатной машины

Первое, что после пятиминутного перекура делает работник дизайнерского центра полиграфической фирмы, — он открывает крышку сканера (на схеме показан зеленым цветом) и помещает туда мятый и обшарпанный оригинал, который принес заказчик… Это потом происходит обработка оригинала в программе Adobe Photoshop, верстка полос, вывод печатных форм и печать. Но начинается процесс все-таки со сканера.

В системе допечатной подготовки изданий для оцифровки изобразительной информации, то есть представления изображений в цифровом виде, и ее ввода используются специальные устройства: сканеры и цифровые фотоаппараты, которым в этой публикации тоже отведено несколько строк.

Сканеры позволяют вводить в компьютер изображения, представленные в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий на плоских носителях (обычно на бумаге, пленке или фотобумаге), а также изображения объемных объектов небольших размеров. Сканер при считывании изображения представляет его (дискретизирует) в виде совокупности отдельных точек (пикселов) разного уровня оптической плотности — основной характеристики изображения (рис. 2). Информация об уровнях оптической плотности этих точек анализируется, преобразуется в двоичную цифровую форму и вводится для дальнейшей обработки в систему. Анализ изображения осуществляется методом сканирования (отсюда название устройства — сканер).

Рис. 2. Цифровое представление изображения

Процесс сканирования при анализе изображения заключается в том, что, перемещая сфокусированный световой луч, можно произвести поэлементное считывание двумерного изображения, рассчитанного на наблюдение в отраженном или проходящем свете. Световой поток, приобретающий при этом амплитудную модуляцию вследствие взаимодействия с изображением, можно собрать и преобразовать в электрический сигнал, пригодный для передачи, обработки и записи (рис. 3).

Рис. 3. Механизм работы планшетного сканера: 1 — источник света; 2 — оригинал; 3 и 4 — зеркала; 5 — линза; 6 — линейка ПЗС; 7 — элементы линейки ПЗС

В системах допечатной подготовки изданий в настоящее время применяются планшетные (полутоновые и цветные), проекционные (они напоминают увеличитель и теперь не используются) и барабанные цветные сканеры высокого разрешения (еще встречаются в больших типографиях).

Планшетные сканеры

Наиболее распространенный тип сканеров — планшетный (плоскостной). Почти все модели имеют съемную крышку, что позволяет сканировать толстые оригиналы (журналы, книги). Дополнительно некоторые модели могут оснащаться механизмом подачи отдельных листов, что удобно при работе с программами распознавания текстов — OCR (Optical Characters Recognition).

Рис. 4. Сканер марки ScanMaker 9800XL (MICROTEK), установленный в редакции журнала КомпьюАрт, укомплектован слайд-модулем (размещен в крышке), имеющим свой источник света

Рис. 5. Рамки для сканирования и монтажа слайдов

Планшетные сканеры для сканирования прозрачных оригиналов могут комплектоваться слайд-модулем, который имеет свой источник света, расположенный сверху (рис. 4 и 5). Такой слайд-модуль устанавливается на плоскостной сканер вместо простой крышки, делая сканер универсальным (плоскостной сканер с установленным слайд-модулем).

Барабанные сканеры

Основное отличие барабанных сканеров заключается в том, что оригинал закрепляется на прозрачном барабане, который вращается с высокой частотой. Считывающий элемент располагается максимально близко от оригинала. Данная структура обеспечивает высокое качество сканирования. Обычно в барабанных сканерах установлено три фотоумножителя и сканирование осуществляется за один проход. Некоторые барабанные сканеры в качестве считывающего элемента вместо фотоумножителя используют фотодиод. Барабанные сканеры способны сканировать непрозрачные и прозрачные оригиналы.

Барабанные сканеры дороги, но с их помощью можно получать 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 с высокой точностью считывает изображение. 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 он 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. Поскольку частота вращения барабана высокая, на изображении можно фокусировать чрезвычайно мощный источник света без риска повредить оригинал. Яркость источника света, возможность регулирования фокуса и технология поэлементной выборки обеспечивают высокое соотношение «сигнал/шум» и точную передачу тонов изображения без перекрестных помех от соседних точек.

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 сканировать изображение с интерполяционным разрешением 24 000 dpi.

Большинство барабанных сканеров имеют горизонтальное расположение прозрачного барабана. Известна конструкция сканеров с вертикальным расположением барабана, что существенно уменьшает занимаемую сканером площадь.

Существуют также листопротяжные (роликовые) сканеры, в которых оригинал протягивается с помощью роликов сквозь сканер, где и считывается его головкой. В отличие от планшетного сканера неподвижной является головка. Данный вид сканеров широко применяется при создании электронных архивов документов (их еще иногда называют документ-сканерами), в библиотеках и архивах, в салонах цифровой печати.

К листопротяжным сканерам относятся и профессиональные роликовые сканеры для CAM/CAD-приложений, которые используются в проектных институтах. Основным достоинством таких сканеров является то, что они могут сканировать оригиналы (архивные чертежи, кальки) шириной формата A0 и толщиной до 15 мм.

Что такое ФЭУ и ПЗС

В современных сканерах в основном применяются фотоприемники двух типов: фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и приборы с зарядовой связью (ПЗС). Иногда используются фотодиоды (ФД).

Фотоэлектронные умножители в качестве светочувствительных приборов используются в барабанных сканерах. ФЭУ усиливают свет ксеноновой или вольфрамово-галогенной лампы, модулированный изображением, который с помощью конденсорных линз или волоконной оптики фокусируется на чрезвычайно малой области оригинала.

Фототок, возникающий в фотоэлементе под воздействием света, прямо пропорционален интенсивности падающего на него светового потока. Особенность ФЭУ как фотоприемника заключается в том, что благодаря системе диодов коэффициент пропорциональности удается увеличить в миллионы раз (до восьми порядков). Спектральный диапазон ФЭУ для полиграфических целей также безупречен, поскольку он полностью перекрывает видимый спектр световых волн.

Датчик на основе ПЗС — это твердотельный электронный компонент, состоящий из множества крошечных светочувствительных элементов, которые формируют электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего на них света. В основу работы ПЗС положена зависимость проводимости p-n-перехода обыкновенного полупроводникового диода от степени его освещенности (рис. 6).

Рис. 6. Пример использования линейного ПЗС в планшетном сканере: 1 — источник света; 2 — диафрагма; 3 — оригинал; 4 — шкив; 5 — стекло; 6 — зеркало; 7 — каретка; 8 — плата управления; 9 — направляющие; 10 — диафрагма; 11 — объектив; 12 — линейка ПЗС; 13 — фрагмент изображения; 14 — шаговый двигатель; 15 — основание; 16 — тросик

В одной линейке ПЗС может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч фоточувствительных ячеек. Размер элементарной ячейки ПЗС является критичным параметром, так как от него зависит не только разрешающая способность сканера, но и максимальная величина удерживаемого заряда, а следовательно, и динамический диапазон устройства. Увеличение разрешающей способности сканера приводит к сужению его динамического диапазона. Хотя и считается, что спектральный диапазон ПЗС может перекрывать весь видимый спектр, но, как и у большинства полупроводниковых фотоприемников, синяя область спектра для них труднодоступна, а наибольшая чувствительность наблюдается ближе к красной области.

ПЗС используются в основном в планшетных и проекционных сканерах, а также в цифровых фотоаппаратах. В последних двух случаях применяются как линейные, так и матричные ПЗС.

Кстати, матрица ПЗС является важной частью цифровых аппаратов.

Напомним, что цифровой фотоаппарат (цифровая камера) — это устройство для фотографической съемки, в котором изображение регистрируется не на пленку, а на одну или несколько линейных или прямоугольных матриц ПЗС и сохраняется в цифровом виде. В зависимости от конструкции цифровые камеры подразделяются на несколько видов: на камеры с задней разверткой; трехкадровые камеры; однокадровые камеры с одной матрицей; однокадровые камеры с тремя матрицами.

Основные технические характеристики цифровых фотоаппаратов во многом аналогичны параметрам сканеров. Это разрешающая способность, технология сканирования, динамический диапазон, а также выдержка, то есть время, в течение которого формируется цифровое изображение.

Разрешение (разрешающая способность) — величина, характеризующая количество считываемых элементов изображения на единице длины. Обычно размерность этой величины указывают в точках на дюйм (dpi). Разрешающую способность сканера определяют как физическое (аппаратное) разрешение и интерполяционное разрешение.

Рис. 7. Схема работы ФЭУ барабанного сканера: 1 — источник света; 2 — объектив; 3 — барабан; 4 — оригинал; 5 — объектив; 6 — фотоэлектронный умножитель; 7 — фрагмент изображения

Физическое разрешение характеризует конструктивные возможности сканера в оцифровке изображения по горизонтали и по вертикали. Оптическая (горизонтальная) разрешающая способность сканера характеризует максимальный объем дискретной информации, вводимой оптической системой устройства. Оптическое разрешение планшетных (плоскостных) сканеров, имеющих фиксированное фокусное расстояние, определяется как отношение количества отдельных светочувствительных элементов в линейке (или линейках) фотоприемника к максимальной ширине рабочей области сканера и характеризует шаг дискретизации сканируемого изображения по горизонтали.

Совет работнику дизайнерского центра

Коэффициент увеличения показывает (обычно в процентах), во сколько раз можно увеличить изображение оригинала в процессе сканирования. В зависимости от типа и класса сканера требуемый коэффициент увеличения либо определяется автоматически, либо устанавливается пользователем вручную перед сканированием. В автоматическом режиме драйвер сканера вычисляет требуемое входное разрешение, учитывая размер оригинала и выбранный коэффициент увеличения.

Существует математическая зависимость разрешающей способности R в точках на дюйм (dpi), с учетом которой необходимо сканировать оригинал для получения заданного качества:

где L — линиатура полиграфического растра, с которым будет производиться дальнейшая печать, lpi; М — коэффициент масштаба увеличения изображения; К — так называемый коэффициент качества, лежащий в пределах от 1,5 до 2.

Высокое значение оптического разрешения достигается за счет увеличения плотности регистрирующих элементов или одновременного использования нескольких фотоприемников. В последнем случае автоматически или вручную перед сканированием объединяются отдельные части вводимого изображения.

Расстояние, на которое с помощью шагового механизма смещается сканирующая головка, определяет разрешающую способность сканера по вертикали, то есть его механическую (вертикальную) разрешающую способность. Разрешение вводимого изображения в вертикальном направлении определяется скоростью перемещения оригинала относительно фотоприемника. При уменьшении скорости увеличивается разрешение сканирования, и, наоборот, чем выше разрешающая способность сканера, тем детальнее будет информация, считанная с оригинала.

Разрешающая способность барабанных сканеров, в отличие от сканеров других типов, выражается как оптическое разрешение (в точках на дюйм), поскольку в них реализован точечный способ получения информации об изображении. Разрешающая способность таких сканеров зависит от характеристик шагового двигателя и апертуры объектива, а также от яркости используемого источника света и максимальной частоты вращения барабана (рис. 7). Во многих сканерах предусматривается возможность программного повышения разрешения — интерполяции. Однако это не повышает степени детализации представления изображения, а лишь снижает его зернистость.

Читайте также: