Сканнеры

В полиграфии используются сканнеры двух типов:

• считывающего

• записывающего

Сканнеры записывающего типа – используются для получения печатных или фото-форм и имеют название формновыводных или фотовыводных устройств.

Сканнеры считывающего типа – это устройство для поэлементного считывания изображения. Их задача – это дискретное поэлементное считывание пространственного изображения; превращение оптического изображения в одномерное электронное; аналоговое – в цифровое; для чего нужно произвести квантование и дискретизацию сигнала.

Дополнительной функцией сканнера является цветоделение.

Поэлементное считывание изображения осуществляется двумя путями:

1. Опто-механическое считывание изображения. Изображение разбивается на строки, по которым перемещается развертывающий элемент и это называется строчной разверткой. Далее, после считывания одной строки, считывающий элемент переходит на следующую строку, на расстоянии, равном размеру этого элемента. Сам считывающий элемент называют апертурой. Перемещение со строки на строку называют кадровкой или разверткой. На надо, чтобы перекрывалось перемещение со строки на строку. Эта развертка может осуществляться по цилиндрическому типу. Строчная развертка осуществляется вращением барабана при неподвижном считывающем элементе. Кадровая развертка осуществляется перемещением считывающего звена вдоль барабана. В результате мы получаем спиральную развертку, при которой скорость вращения барабана и скорость перемещения считывающей головки должны быть согласованы таким образом, чтобы они были разнесены между собой, чтобы каждая строка была смещена относительно другой на расстояние, примерно равное зерну считывающей апертуры. Для осуществления считывания необходима считывающая головка, которая состоит из

Задачей которого состоит в создании на поверхности концентрированного считывающего светового пятна, путем проецирования тела свечения на

В качестве источника излучения могут использоваться

• Галогенные лампы

• Газоразрядные ксеноновые лампы

Требования к источнику:

• Высокая чувствительность

• Достаточно равномерное распределение световой энергии по всему видимому спектру

Второй половиной этой головки является считывающее устройство, которое состоит из микрообъектива, проецирующего этот участок изображения оригинала в этом световом пятне на фотоприемник.

В качестве фотоприемника сканнера может использоваться фотоумножитель или фотоэлемент. Такая система характерна для сканнеров, имеющих цилиндрическую поверхность.

Для планшетных сканнеров используется протяженный источник – люминесцентная газоразрядная лампа, а в качестве приемника – линейка ПЗС. При этом в барабанном сканнере мы считываем микроучасток - пиксель, а в планшетном – считывается сразу вся строка изображения; но эта строка считывается линейкой ПЗС, состоящей из отдельных элементов – разделенных на субъэлементы – до нескольких тысяч пикселей.

Считывание по строке осуществляется не путем механического перемещения, а путем последовательного считывания зарядов последовательности элементов ПЗС – метод коммутации.

В качестве основных элементов сканера следует перечислить:

• Источник излучения (галогенная лампа, ксеноновая лампа) (протяженная (люминисцентная, газоразрядная) и протяженная)

НННННННННННННННННННННННННННННННННННННННННННННННННННННН

Фотоприемники делятся на две группы

• Фотоэлектронные умножители (ФЭУ)

• Линейки ПЗС

ФЭУ – вакуумный электронный прибор. Состоит из:

Фотовывода – светочувствительного сплава, который под действием света производит эмиссию электронов. Электроны идут на динод. Диноды усиливают ток. Усиленный ток собирается на коллекторе в виде сигнала. Этот динод создает сильные усиление, соответственно очень низки шумы. Повышается чувствительность.

Линейка ПЗС состоит измножества микроэлементов – от 8000 до 12000 элементов.

Каждая ячейка линейки состоит из металлоксид полупроводниковой структуры или МОП структуры.

Под действием света возникает заряд. Эти ячейки сопряжены в линейку и связаны между собой. В каждой ячейке создается заряд, пропорциональный нашему световому пропускаемому или отражению считываемого изображения. Затем происходит считывание этих зарядов. Сначала считываются с первой, затем со второй, вместе с тем происходит перетеканиезаряда из предыдущей ячейки в последующую. Этот процесс называется коммутацией. Таким образом мы получаем строчную развертку. В эту базу входят микрообъективы, которые проецируют источники излучения на оригинал и само излучение на фотоприемник.

Роль объективов – формирование пикселя на приемнике.

Для фотоприемников в виде умножителя характерно установление диафрагмы. Таким образом, можно регулировать апертуру считывания.

Скорость считывания изображения естественно зависит от чувствительности системы.

Чувствительность системы зависит от актиничности системы и от чувствительности самого фотоприемника.

Система с барабанным сканированием обладает тем свойством, что разрешающая способность считывания равномерна по всей поверхности считывания. Для системы ПЗС мы всегда имеем одинаковое число элементов в линейке ПЗС. Поэтому разрешающая способность будет зависеть от длинны строки. Для короткой длинны строки мы имеем возможность получить высокую разрешающую способность.

Мы получаем электронное изображение из аналогового. Для его преобразования в цифровое мы используем систему анлогово-цифрового преобразования.

Цветоделение в сканнерах

Для осуществления цветоделения мы пропускаем наш сигнал через три светофильтра. Для этого мы должны разделить наш сигнал на три канала. Это делается так: наш сигнал направляется на светорасщепитель (цветоделитель).

Светоделитель может использоваться из полупроводниковых материалов (например, из серебра) – часть сета отражается, а часть проходит. Затем точно так же производится второй раз с прошедшим лучом. Третий луч уже не пропускается. Соответственно поставив светофильтры, мы получаем каналы красного, синего и зеленого цветов.

В настоящее время разработаны дихроические зеркала – осуществляют деление света.

В сканнерах еще используются серые зеркала, а также теплозащитные фильтры. Как правило, используются в барабанных сканнерах.

В планшетных сканнерах – берут три линейки ПЗС и каждую из них покрывают своим, соответствующим светофильтром – К, С, З.

Были предложены следующие конструктивные системы – вращающийся барабан, на котором три светофильтра.

Самый простой метод – трехпроходной сканнер – наше изображение считывается за три прохода под соответствующим светофильтром.

Видеосистемы персонального компьютера.

Основные средства визуализации:

• Монитор

• Видеокарта, видеоадаптер

В настоящее время используются мониторы двух типов

• На основе электронно-лучевых трубок

• На основе жидких кристаллов

Мониторы на основе ЭЛТ

Монитор получает сигнал от компьютера, преобразует его в форму, воспринимаемую электронно-лучевой трубкой, которая испускает поток электронов. Поток электронов попадает на экран монитора, покрытый люминофором, вызывая его свечение. В качестве люминофоров для ЭЛТ используются сложные соединения редкоземельных металлов.

Люминофор – это вещество, испускающее свет, при попадании на него заряженных частиц. На пути пучка электронов располагаются дополнительные электроды – модулятор интенсивности, с ним связана яркость, ускоряющая система, отклоняющая система (изменяет наклонение потока частиц для того, чтобы они достигали нужной точки экрана.)

Поток электронов проходит цветоделительную маску, попадает на флюоресцирующую поверхность и формирует на нем изображение.

Изображение, видимое человеческим глазом, формируется за счет активизирования лучом экрана.

Цвета на экране возникают за счет аддитивного синтеза. Эта триада излучений, смешиваемая с разной степенью интенсивности. Необходимо дозировать при работе все три излучения.

ЭЛТ имеют три отдельные электропушки, по одной на каждый из основных цветов триады. Эти пушки бьют по большому участку люминофора с различной интенсивностью. Электронные лучи попадают на точки люминофора нужного цвета, формируя при этом нужное нам цветное изображение. Экран монитора по сути представляет собой матрицу, состоящую из гнезд-триад, определенной структуры и формы. Все элементы триады и гнезда располагаются так близко друг к другу, что неразличимы для человеческого глаза.

Таким образом, мы можем перечислить все составляющие монитора части.

1. Электронные пушки – по одной на каждый цвет триады или одна пушка, излучающая цветоделенную триаду.

2. Модулятор интенсивности – определяет яркость системы.

3. Отклоняющая система.

4. Цветоделительная маска – обеспечивает точное попадание электрона от пушки к нужной точке экрана.

5. слой люминофора, формирующего изображение.

Классификация мониторов по типу масок

• Теневые маски

• Щелевые или гнездовые маски

• Апертурные решетки

Теневая маска – наиболее старая технология – представляет собой однородную плдастину, перфорируемую однородными точками. Каждая точка предназначена для трех элементов однородного покрытия.

Изменением тока в каждом из 3х лучей можно добиться изменения цвета каждого элемента (пикселя).на экран монитора люминофор наносится в виде точек.

Щелевая или гнездовая маска состоит из элементарных ячеек, которые также соответствуют трем люминоформным элементам. Люминофор наносится в виде пунктира – прерывистых линий. Отверстие находится прямо напротив зеленой. Минимальное расстояние между двумя ячейками называют щелевой шаг. Чем меньше значение щелевого шага, тем выше разрешение.

Апертура решетки

Апертура решетки – этот тип масок предложила фирма SONY – в электронных пушках этих трубок используют динамические магнитные линзе, позволяющие формировать очень тонкий и точно направленный пучок электронов. В виде апертурной решетки – цветоделительной маски используется вертикальная проволочная сетка. Люминофор наносится в виде апертурной решетки – цветоделительной маски используется вертикальная проволочная сетка. Люминофор наносится в виде длинных вертикальных линий. Рядом располагаются решетки RGB. Для гашения колебаний и предания жесткости проволочной сетке используются горизонтальные проволочки, которые называются демферными нитями. Есть небольшой недостаток – тень отображается на экранею

В ЭЛТ, разработанных фирмой SONY используется система 3х пучков и одной пушки, фирма же MITSUBISHI использует сразу три пушки – по одному лучу на RGB.

Мониторы с апертурной решеткой имеют ряд преимуществ

• Увеличивая площадь покрытия люминофором мы имеем возможность усилить яркость при одном и том же свечении.

• В связи со значительным повышением яркости можно использовать темное стекло и получать более контрастное изображение.

• Экран монитора с апертурной решеткой более плоский, у него расширена возможностьрегулировать цветовую температуру и яркость.

• Монитор с апертурной решеткой можно откалибровать более точно, чем тот, что с маской.

Основные характеристики мониторов на основе ЭЛТ

Разрешение – количество точек по горизонтали на число строк.

Например, 724 точки на 840 строк.

Величина зерна монитора – понимают расстояние между соседними точками. С этим параметром связывается разрешающая способность монитора.

Горизонтальная развертка

Горизонтальная развертка – это перемещение светящегося зерна по оригиналу по строке и по кадру.

Кроме шага, точки и величины зерна на максимальное разрешение напрямую влияет частота горизонтальной развертки, измеряемая в килогерцах. Время горизонтального перемещения луча от левого угла до правого угла горизонтальной развертки называют периодом решетки.

Величина, обратная периоду, называется частотой. Вертикальная развертка или частота кадра – это частота регенерации или обновления экрана – это параметр, определяющий, как часто перерисовывается все изображение. Монитор на основе электронно-лучевой трубки обновляет изображение десятки раз. Это число называется частотой вертикальной развертки. Частота – 70 герц. Жидкокристаллический монитор. Жидкокристаллический монитор представляет собой две стеклянных панели, между которыми находятся все кристаллы. Суть – две пластины, на которые нанесены ячейки, при чем ячейки перпендикулярны друг другу. Между этими двумя панелями расположен пневматический кристалл. Молекулы этих кристаллов имеют продолговатую форму. Эти молекулы квестированы – закручены в спирали. Используется эффект раскрученной спирали – в результате свет либо проходит либо нет. LCD-монитор не излучает, а используется как оптический затвор. Следовательно, ему необходим источник света – оный располагается сзади LCD-панели. Это могут быть одна или две лампы. Основные параметры, определяющие качества LCD-мониторов Относительное отверстие  - отношение площади изображения к общей площади матрицы LCD-монитора. Равномерность заполнения полем – панель с жидкими кристаллами подсвечивается сзади мощной лампой  (галоген, светодиод). Эта подсветка не дает возможности сделать все равномерно ярким. Дефектные пиксели. Матрицы жидкокристаллических дисплеев могут иметь неработающие, заклинившие пиксели. Рабочее разрешение – в отличие от мониторов с ЭЛТ, разрешение которых можно регулировать достаточно гибко, ЖКМ имеют фиксированное число кристаллов, и они рассчитаны на определенное число пикселей. Назначение видеокарты или видеоадаптера – формирование сигнала на мониторе. Имеет: -    графический процессор -    цифро-аналоговый преобразователь -    BIOS -    Видеопамять  Сканнеры Основные свойства и недостатки. 1. Разрешающая способность сканнера – то минимальное пятно, что определяет точность,  с которой считывается изображение. Различают оптическую и интерполяционную разрешающие способности сканнера.

Интерполяция – нахождение среднего значения между двумя точками отсчета. Оптическая разрешающая способность – это то разрешение, которое дает нам оптика.

Интерполяционная способность определяется программными методами – между двумя точками находят среднее арифметическое.

2. Динамический диапазон сканнера – это тот интервал оптических плотностей, внутри которого возможно считывать оптические плотности изображения.

3. Глубина цвета. Глубина цвета – это параметр, характеризующий число разрядов квантования – сколько бит информации можно получить, какое число градаций можно получить. Глубина градации может даваться как в целом – на все каналы или может даваться на один канал. Квантование сигнала – нужно 8 бит информации на каждую точку. Для современных полиграфических сканнеров 8 бит мало, используют 10, 12, 14 разрядов квантования.

Можно использовать формулу: =3,3

0,3 – это число разрядов квантования.

4. Скорость сканирования -    техническая

- технологическая

5. Формат сканирования изображения, масштаб увеличения. Возможность выводить для технического обслуживания.

Барабанные сканнеры

Барабанные сканнеры – обладая в качестве фотоприемника фотоумножителем, обеспечивает большое число разрядов квантования. Обладают высокой технической скоростью считывания и высокой чувствительностью, что обеспечивается высокой скоростью вращения барабана. Большая разрешающая способность также обеспечивается высокой скоростью вращения барабана, вследствие того, что микрообъектив, считывающий изображение может быть расположен очень близко от изображения, поэтому могут использоваться короткофокусные высокоапертурные объективы. Чем выше будет апертура, тем меньше будет размытие и мельче будет кружок Эрри, а следовательно будет выше разрешающая способность считывания.

Для барабанных сканнеров возможно получение разрешающей способности до 20 000 пикселей на дюйм (ppi).

Размер считывающего пятна может достигать 5 микрон и даже меньше. При этом разрешающая способность по всему цилиндру будет одинакова. Это дает нам возможность сканировать большие изображения. Также нам нужно обеспечить высокую разрешающую способность объектива.

Недостатки

1. Высокая стоимость.

2. Нужны сменные цилиндры.

3. Нужно учитывать высокоскоростное вращение цилиндра – нужно очень крепко крепить слайды к цилиндру – чтобы центробегущая сила не оторвала их.

4. Малое фокусное расстояние требует очень точного размещения слайда на поверхности.

5. Слайд обычно приклеивается скотчем к поверхности цилиндра, а чтобы не возникало колец Ньютона в этом маленьком изображении, вводят туда иммерсионную жидкость – жидкость, показатель преломления которой почти равен показателю преломления – как цилиндра, так и слайда. Зазор становиться практически однородным и колец Ньютона не возникает.

Эти сканнеры используются в проходящем свете – для слайдов используются большие увеличения, а для большого увеличения необходимо большое разрешение.

Такие сканнеры могут использоваться в отраженном свете. Для этой цели осветительное устройство размещается под углом с той же стороны, с какой и считывающий микрообъектив. Однако при таком расположении возможно получение теней, если бумага не гладкая, что приводит к шумам в изображении. Для того, чтобы этого избежать, используются бестеневые источники излучения, которые представляют собой освещающее кольцо.

Для обеспечения точной фокусировки по всей поверхности могут использоваться специальные устройства автоматической наводки на резкость.

Сам цилиндр, на котором размещается оригинал, может быть расположен как горизонтально, так и вертикально.

Преимущество вертикального расположения цилиндра в том, что у него меньшие габариты, и центробежные силы не дополняются силами тяжести, как у аппаратов с горизонтальным расположением цилиндра; соответственно, сила давления более равномерная и сканнер дольше не выходит из строя.

Планшетные сканнеры

Планшетные сканнеры имеют оптическую схему, в которой происходит фокусировка всей строки изображения – строка фокусируется на линейку ПЗС и может создавать разрешение, равное 8000 элементов на длину считываемой строки. .

Если у нас есть 5000 элементов – длинна строки, то 5000ppi= . Отсюда

ХУ-технологии – сканирование идет не только по х, но и по у. Мы получаем равномерную разрешающую способность по всей поверхности.

Динамический диапазон планшетного сканнера меньше, чем у барабанного, вследствие того, что у планшетного линейка ПЗС хуже, а также ниже оптическое распределение. Также нужно использовать три линейки ПЗС, выравнивать цвет. Но современные сканнеры по своим качествам уже вполне соотносятся с барабанными сканнерами.

Преимущества планшетных сканнеров

Используются короткофокусные объективы, что позволяет изменять глубину резкости. Кроме того, можно сканировать оригиналы на толстой подложке, можно на жестком картоне. Высокая глубина резкости позволяет нам сканировать даже объемные изображения – медали, ордена и т. д.

Планшетный сканнер имеет движущееся либо:

• Оригиналодержатель

• Головку считывания

Если движущейся является головка, то оригинал можно сильно не закреплять. Освещение оригинала производится со всех сторон, благодаря чему мы можем использовать волоконную оптику.

Волоконная оптика

Волоконная оптика представляет собой полимерное или стеклянное волокно, при введении в которое луча света, мы можем получить полное внутреннее отражение, которое позволяет нашему излучению двигаться в любом направлении.

Частота излучения очень высокая, что позволяет наше излучение очень быстро и в больших количествах, практически без потерь. Волоконные диоды могут быть постоянной величины, а пути могут быть расходящимися или сходящимися, что приводит к изменению масштаба и в обратном направлении – интенсивности изображения. Волокна можно изменять, перепутать.