Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

МОУ лицей №130

Образовательная область Математика

Предмет Информатика

Сканеры: назначения, виды, области применения различных видов сканеров

реферат

Исполнитель Бессонов Максим Александрович

ученик 10 «Б» класса

учитель Солодова Светлана Владимировна

учитель высшей категории

г. Екатеринбург

2003

Содержание:

Введение

В своем реферате я хочу рассказать о сканерах, а точнее о видах, принципах действия, основных характеристиках и типах подключения непосредственно к компьютеру. Хотелось отметить, что в реферате отсутствует информация, касающаяся описания драйверов, TWAIN-модулей сканера и прикладных программ, взаимодействующих с ними: так как данная информация несет в себе отдельную тему на уровне программного обеспечения. Моя же тема раскрывает непосредственно так называемое «железо» сканеров.

Почти каждый пользователь компьютера постоянно сталкивается с проблемой преобразования документов из бумажной формы в электронную. Однако процедура ввода информации вручную отнимает огромное количество времени и чревата ошибками. Кроме того, вручную можно вводить только тексты, но не изображения. Выходом из положения является сканер, позволяющий вводить в компьютер как изображения, так и текстовые документы.

Сканеры считывают с бумаги, пленки или иных твердых носителей «аналоговые» тексты или изображения и преобразуют их в цифровой формат. Они служат везде: в крупных конторах, где обрабатываются огромные архивы документов, в издательствах и проектно-конструкторских организациях, а также в небольших фирмах и домашних офисах. Насколько широка сфера применения сканеров, настолько много их разновидностей. Цена сканера может составлять от нескольких десятков до десятков тысяч долларов, оптическое разрешение – от 100 до 11000 точек на дюйм (на английском dpi, dot per inch), а скорость сканирования – от 1-2 до 80 с./мин.

Для выполнения тех или иных конкретных задач пригодна отнюдь не каждая модель. Как правило, пригодность сканера определяется совокупностью его технических параметров: конструктивным типом, форматом, разрешением, глубиной цвета, диапазоном оптических плотностей и т.д.

Виды сканеров

Сегодня сканеры выпускаются в четырех конструктивах – ручном, листопротяжном, планшетном и барабанном, причем каждому из них присущи как достоинства, так и недостатки.

Ручные сканеры – обычные или самодвижующиеся – обрабатывают полосы документа шириной около 10 см и представляют интерес, прежде всего для владельцев мобильных ПК. Они медлительны, имеют низкие оптические разрешения (обычно 100 точек на дюйм) и часто сканируют изображения с перекосом. Но зато они недороги и компактны.

В листопротяжном сканере , как в факсимильном аппарате, страницы документа при считывании пропускаются через специальную щель с помощью направляющих роликов (последние зачастую становятся причиной перекоса изображения при вводе). Таким образом, сканеры этого типа непригодны для ввода данных непосредственно из журналов или книг. В целом возможности применения листопротяжных сканеров ограниченны, поэтому их доля на массовом рынке снижается.

Планшетные сканеры весьма универсальны. Они напоминают верхнюю часть копировального аппарата: оригинал – либо бумажный документ, либо плоский предмет – кладут на специальное стекло, под которым перемещается каретка с оптикой и аналого-цифровым преобразователем (однако существуют «планшетники», в которых перемещается стекло с оригиналом, а оптика и АПЦ остаются неподвижными, чем достигается более высокое качество сканирования). Обычно планшетный сканер считывает оригинал, освещая его снизу, с позиции преобразователя. Чтобы сканировать четкое изображение с пленки или диапозитива, нужно обеспечивать подсветку оригиналов как бы сзади. Для этого и служит слайдовая приставка, представляющая собой лампу, которая перемещается синхронно со сканирующей кареткой и имеет определенную цветовую температуру.

Барабанные сканеры , по светочувствительности, значительно превосходящие потребительские планшетные устройства, применяются исключительно в полиграфии, где требуется высококачественное воспроизведение профессиональных фотоснимков. Разрешение таких сканеров обычно составляет 8000-11000 точек на дюйм и более.

В барабанных сканерах оригиналы размещаются на внутренней или внешней (в зависимости от модели) стороне прозрачного цилиндра, который называется барабаном. Чем больше барабан, тем больше площадь его поверхности, на которую монтируется оригинал, и соответственно, тем больше максимальная область сканирования. После монтажа оригинала барабан приводится в движение. За один его оборот считывается одна линия пикселей, так что процесс сканирования очень напоминает работу токарно-винторезного станка. Проходящий через слайд (или отраженный от непрозрачного оригинала) узкий луч света, который создается мощным лазером, с помощью системы зеркал попадает на ФЭУ (фотоэлектронный умножитель), где оцифровывается.

Основные характеристики сканеров

Оптическое и интерполированное разрешение

Оптическое разрешение - измеряется в точках на дюйм (dots per inch, dpi). Характеристика, показывающая, чем больше разрешение, тем больше информации об оригинале может быть введено в компьютер и подвергнуто дальнейшей обработке. Часто приводится такая характеристика, как “интерполированное разрешение”(интерполяционное разрешение). Ценность этого показателя сомнительна — это условное разрешение, до которого программа сканера “берется досчитать” недостающие точки. Этот параметр не имеет никакого отношения к механизму сканера и, если интерполяция все же нужна, то делать это лучше после сканирования с помощью хорошего графического пакета.

Глубина цвета

Глубина цвета – это характеристика, обозначающая количество цветов, которое способен распознать сканер. Большинство компьютерных приложений, исключая профессиональные графические пакеты, такие как Photoshop, работают с 24 битным представлением цвета (полное количество цветов —16.77 млн. на точку). У сканеров эта характеристика, как правило, выше - 30 бит, и, у наиболее качественных из планшетных сканеров, - 36 бит и более. Конечно, может возникнуть вопрос - зачем сканеру распознать больше бит, чем он может передать в компьютер. Однако, не все полученные биты равноценны. В сканерах с ПЗС датчиками два верхних бита теоретической глубины цвета обычно являются “шумовыми” и не несут точной информации о цвете. Наиболее очевидное следствие “шумовых” битов недостаточно непрерывные, гладкие переходы между смежными градациями яркости в оцифрованных изображениях. Соответственно в 36 битном сканере “шумовые” биты можно сдвинуть достаточно далеко, и в конечном оцифрованном изображении останется больше чистых тонов на канал цвета.

Динамический диапазон (диапазон плотности)

Оптическая плотность есть характеристика оригинала, равная десятичному логарифму отношения света падающего на оригинал, к свету отраженному (или прошедшему - для прозрачных оригиналов). Минимально возможное значение 0.0 D - идеально белый (прозрачный) оригинал. Значение 4.0 D – абсолютно черный (непрозрачный) оригинал. Динамический диапазон сканера характеризует какой диапазон оптических плотностей оригинала сканер может распознать, не потеряв оттенки ни в светах, ни в тенях оригинала. Максимальная оптическая плотность у сканера - это оптическая плотность оригинала, которую сканер еще отличает от полной темноты. Все оттенки оригинала темнее этой границы сканер не сможет различить. Данная величина очень хорошо отделяет простые офисные сканеры, которые могут потерять детали, как в темных, так и светлых участках слайда и, тем более, негатива, от более профессиональных моделей. Как правило, для большинства планшетных сканеров данная величина лежит в пределах от 1.7D (офисные модели) до 3.4 D (полупрофессиональные модели). Большинство бумажных оригиналов, будь то фотография или журнальная вырезка, обладают оптической плотностью не более 2.5D. Слайды требуют для качественного сканирования, как правило, динамический диапазон более 2.7 D (Обычно 3.0 – 3.8). И только негативы и рентгеновские снимки обладают более высокими плотностями (3.3D – 4.0D), и покупать сканер с большим динамическим диапазоном имеет смысл, если вы будете работать в основном с ними, иначе вы просто переплатите деньги.

Тип подключения.

По типу интерфейса сканеры делятся всего на четыре категории:

Сканеры с параллельным или последовательным интерфейсом, подключаемые к LPT- или COM-порту.

Эти интерфейсы самые медленные и постепенно себя изживают. Если ваш выбор все-таки пал на подобный сканер, заранее настройтесь на появление проблем, связанных с конфликтом сканера с LPT-принтером, если таковой имеется.

Сканеры с интерфейсом USB.

Стоят чуть-чуть дороже, но работают значительно быстрее. Необходим компьютер с USB-портом. Проблемы с установкой также могут возникнуть, но обычно они легко устранимы.

Сканеры со SCSI-интерфейсом.

С собственной интерфейсной платой для шины ISA или PCI либо подключаемые к стандартному SCSI-контроллеру. Эти сканеры быстрее и дороже представителей двух предыдущих категорий и относятся к более высокому классу.

Сканеры с ультрасовременным интерфейсом FireWire(IEEE 1394).

Специально разработанным для работы с графикой и видео. Такие модели только-только начали появляться на рынке.

В последнее время производители предлагают немало сканеров с двумя интерфейсами (например, LPT и USB). Такая универсальность может быть весьма полезной при покупке сканера «на вырост». Например, вы подключаете сканер к старому ПК (без USB) по параллельному интерфейсу, а после приобретения нового компьютера USB будет вам очень кстати

Планшетные сканеры.

Далее речь пойдет о принципе действия планшетных сканеров. Потому что на мой взгляд планшетные сканеры более распространены на рынке, чем другие типы сканеров и имеют ряд преимуществ по объему применения, то есть как я уже говорил более универсальны, а следовательно – почти каждый пользователь компьютера работает с планшетным сканером, имея его у себя дома или на работе.

Для понимания значения характеристик нужно представлять себе конструкцию типового планшетного сканера (конструкция дорогих моделей немного отличается):

Оригинал располагается на прозрачном неподвижном стекле, вдоль которого передвигается сканирующая каретка с источником света (если сканируется прозрачный оригинал, используется так называемый слайд-модуль - крышка, в которой параллельно сканирующей каретке сканера перемещается вторая лампа).

Оптическая система сканера (состоит из объектива и зеркал или призмы) проецирует световой поток от сканируемого оригинала на приёмный элемент, осуществляющий разделение информации о цветах - три параллельных линейки из равного числа отдельных светочувствительных элементов, принимающие информацию о содержании "своих" цветов. В трёхпроходных сканерах используются лампы разных цветов или же меняющиеся светофильтры на лампе или CCD-матрице. Приёмный элемент преобразует уровень освещенности в уровень напряжения (все ещё аналоговую информацию). Далее, после возможной коррекции и обработки, аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). С АЦП информация выходит уже в "знакомом" компьютеру двоичном виде и, после обработки в контроллере сканера через интерфейс с компьютером поступает в драйвер сканера - обычно это так называемый TWAIN-модуль, с которым уже взаимодействуют прикладные программы.

На качество изображения, получаемое в результате сканирования, в большой мере оказывает влияние источник света, используемый в конструкции сканера. В современных планшетных сканерах используется четыре типа источников света:

Ксеноновые газоразрядные лампы отличаются чрезвычайно малым временем прогрева, высокой стабильностью излучения, небольшими размерами и долгим сроком службы. С другой стороны, они требуют высокого напряжения, потребляют большой ток и имеют неидеальный спектр, что пагубно сказывается на точности цветопередачи.

Люминесцентные лампы с горячим катодом обладают очень ровным, управляемым в определенных пределах спектром и малым временем прогрева. В качестве недостатков можно назвать крупные габариты и относительно короткий срок службы.

Люминесцентные лампы с холодным катодом служат в десять раз дольше предшественниц с горячим катодом, имеют низкую рабочую температуру и ровный спектр, однако время прогрева у них велико — от 30 секунд до нескольких минут. Именно такие лампы используются в большинстве современных CCD-сканеров.

Светодиоды (LED) применяются, как правило, в CIS-сканерах, не требуют времени для прогрева и обладают небольшими габаритами и энергопотреблением. В большинстве случаев используются трехцветные светодиоды, меняющие с большой частотой спектр излучаемого света. Светодиоды имеют довольно низкую интенсивность светового потока и неравномерный, ограниченный спектр излучения, поэтому у сканеров с таким источником света страдает качество цветопередачи, увеличивается уровень шума на изображении и снижается скорость сканирования.

Заключение:

В своей работе я раскрыл тему, касающуюся периферийных устройств ввода информации в компьютер – сканерах. Конечно, тема раскрыта поверхностно, но ее достаточно чтобы иметь представление вообще что такое сканер, какие виды сканеров бывают, их основные характеристики и т.д. Так же этой информации достаточно чтобы обычный пользователь смог выбрать сканер для себя относительно своих запросов и потребностей. Ниже будет приведен пример выбора сканера относительно области дальнейшего его применения (использования).

Выбор сканера.

В офисе сканер может эффективно использоваться для работы как с текстами, так и с несложными изображениями. В этом случае можно ориентироваться на черно-белую модель с разрешением 200—300 dpi. Для ввода коротких документов может пригодиться даже ручной сканер. При больших объемах следует остановиться на сканере с автоматической подачей оригиналов. В зависимости от сложности вводимых в компьютер изображений потребуется планшетный сканер с разрешением 300—600 dpi (с интерполяцией до 1200 dpi), с возможностью восприятия до 16,7 миллиона оттенков цветов – оптимальный выбор для дома и офиса, с производительным интерфейсом (SCSI-2 или USB). Во всех случаях надо удостовериться, что в комплект со сканером входит соответствующее программное обеспечение. Не стоит забывать также и о TWAIN-совместимости.

Библиография:

1. http://potrebitel.ru

2. Журнал «КомпьютерПресс»

3. Гукин Д. Ратбон Э. ПК для «чайников»/ издание 4-е.–М.: АСТ-ПРЕСС, 2001,–230с.

4. Евсеев Г.А., Симонович С.В. Вы купили компьютер: Полное руководство/ издание 3-е, переработанное.–М.: ИНФОРКОМ-ПРЕСС, 1999,–464с.

Приложение:

Технологии изготовления сканеров

Из всех существующих на сегодняшний день технологий изготовления сканеров отметим четыре наиболее часто применяемые. В планшетных сканерах, изготовленных по относительно молодой CIS-технологии (Contact Image Sensor), каждую точку изображения напротив линейки распознает свой сенсор и подсвечивает свой светодиод. Преимущества планшетных CIS-сканеров — в их невысокой цене, портативных размерах, низком энергопотреблении и элегантности исполнения. Однако практика подтверждает, что большинство CIS-моделей сканирует медленней, а цветопередача и глубина резкости у них немного хуже, чем у сканеров с ССD-матрицей. В планшетных сканерах с ПЗС-матрицей (прибор с зарядовой связью, или charge-coupled device — CCD) в качестве источника света используется лампа с хорошими спектральными характеристиками. Тип применяемой лампы, а также технология и качество изготовления CCD-матрицы (иногда ее называют CCD-линейкой) определяют большинство качественных характеристик сканирования. Упоминавшиеся выше специализированные слайд-сканеры рассчитаны только на сканирование фотопленок — негативов и слайдов, причем часто только определенных стандартов. ССD-матрица у них изготовлена по тому же принципу, что и в цифровых фотоаппаратах и видеокамерах, но благодаря тому, что ее габариты и энергопотребление не играют ключевой роли в процессе производства и эксплуатации, слайд-сканеры обладают достаточно высокой разрешающей способностью и большим диапазоном различаемых цветов и плотностей. В профессиональных барабанных сканерах, стоимость которых исчисляется астрономическими суммами, светочувствительным элементом выступает фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), по принципу работы схожий с катодной усиливающей лампой. Благодаря неподвижности сканирующей головки обеспечивается точнейшая фокусировка, а поскольку сканируется каждая точка по отдельности — исключены шумы от взаимовлияния элементов, как в случае матричной CCD-технологии. Сканируемый оригинал (слайд или негатив) наклеивается на специальный барабан. Чтобы оригинал не повредился от чрезвычайно яркого света (он поступает по волоконно- оптическому кабелю от галогенной лампы), барабан вращается с высокой скоростью, постепенно перемещаясь вдоль оси вращения, и за каждый оборот головка снимает всего по нескольку точек изображения. Большую часть рынка как профессиональных, так и любительских моделей занимают планшетные CCD-сканеры. Собственно, для сканирования с приемлемым качеством цветопередачи и хорошей детализацией выбор домашнего или офисного сканера ограничивается именно этой группой устройств.