2. Техника сканирования документов

2.1. Сканеры: назначение, классификация, принцип действия

Основным методом перевода бумажных документов в электронную форму является сканирование — технологический процесс, в результате которого создается графический образ бумажного документа, как бы его «цифровая фотография». Сканирование осуществляется с помощью специального устройства, называемого сканером.

Сканер – это оптико-электронно-механическое устройство, которое предназначено для преобразования визуального образа бумажного документа в графический файл, сохраняющий растровое изображение исходного документа и предаваемый в компьютер для последующей обработки (распознавания, редактирования и т.п.).

По своему предназначению сканеры делятся на универсальные и специальные.

Универсальные сканеры обеспечивают ввод текстовой и графической информации в цветном или черно-белом формате. Среди универсальных сканеров выделяются следующие виды:

• ручной сканер – самый простой вид сканеров, дающий наименее качественное изображение. Он не имеет движущихся частей, сканирование производится путем перемещения сканера над поверхностью документа вручную. Его недостатками являются узкая полоса сканирования (стандартный лист бумаги приходится сканировать в несколько проходов), а также высокие требования к самому процессу сканирования;

• листовой сканер – позволяет за одну операцию сканировать лист бумаги стандартного формата. По конструкции напоминает факс-аппарат: оригинал втягивается внутрь специальными роликами и сканируется по мере перемещения мимо неподвижной светочувствительной матрицы;

• планшетный сканер – универсальное устройство, подходящее под большинство задач и позволяющее сканировать любые документы (отдельные листы, книги, журналы и т.д.). Под крышкой сканера располагается прозрачное основание, на которое кладется документ. Блок сканирования перемещается вдоль документа внутри корпуса сканера. Продолжительность сканирования стандартного машинописного листа составляет от одной до нескольких секунд. Планшетные сканеры обеспечивают наилучшее качество и максимальное удобство при работе с бумажными документами формата А4 (реже А3);

• протяжной сканер – предназначен для сканирования листов бумаги заданной ширины. Сканирующая головка перемещается только в одном направлении, а протяжной механизм обеспечивает последовательное смещение бумаги относительно сканирующей головки вдоль другого измерения. Такие устройства компактней планшетных сканеров и позволяют сканировать более протяженные в одном измерении материалы.

К специальным типам сканеров относятся:

• барабанные сканеры, обеспечивающие наивысшее разрешение сканирования и используемые в полиграфии. Оригинал сканирования (чаще всего фотопленка) закрепляется на барабане с помощью специальных зажимов, либо при помощи смазки, а сканирование производится построчным перемещением объектива с фотоэлектронным умножителем вдоль вращающегося со скоростью порядка 1000 оборотов в минуту барабана;

• сканеры форм — специальные сканеры для ввода информации с заполненных бланков;

• штрих-сканеры — разновидность ручных сканеров, предназначенных для считывания штрих-кодов с маркировки товаров в магазинах;

• слайдовые сканеры — предназначены для оцифровки слайдов и негативных фотопленок.

Несмотря на такое разнообразие видов сканеров, устройство и принципы их работы во многом схожи. В качестве примера рассмотрим, как работает планшетный сканер, упрощенная структурная схема которого приведена на рис. 2.1.

Основными структурными элементами планшетного сканера являются:

• подложка (крышка) – закрывает оригинал, с которого производится сканирование (изготовляется из черного материала, максимально поглощающего видимую часть спектра для предотвращения появления на изображении бликов света);

• стекло, на котором размещается сканируемый оригинал;

• светодиодная матрица – набор датчиков (светочувствительных элементов), расположенных в одну линию для черно-белого сканирования или в три линии для сканирования в цвете за один проход (в качестве светочувствительных элементов используются приборы с зарядовой связью (ПЗС – CCD – Charge Coupled Device), разделяющие световой поток на три составляющих (красную, зеленую и синюю) и преобразующие уровень освещенности в уровень напряжения;

• оптическая система – состоит из объектива и зеркал и предназначена для проецирования светового потока, отраженного от сканируемого оригинала, на светодиодную матрицу;

• лампа – источник света, располагаемая на движущейся каретке и освещающая сканируемую страницу. В современных моделях используются ксеноновые или флуоресцентныелампы, обеспечивающие световой поток заданной интенсивности и имеющие повышенные характеристики долговечности;

• шаговый двигатель – обеспечивает перемещение оптического блока, в который входят лампа, оптическая система и светодиодная матрица;

• блок усиления сигналов – усиливает аналоговые напряжения с выходов матрицы ПЗС, осуществляет их коррекцию и обработку;

• аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – преобразует аналоговые напряжения в цифровой код;

• контроллер сканера – обеспечивает прием команд от компьютера и выдачу ему полученных цифровых кодов.

Процесс сканирования заключается в следующем. Оригинал (лист документа, развернутая книга и т.п.) располагается на прозрачном неподвижном стекле и закрывается крышкой. При подаче с компьютера команды на сканирование включается лампа и сканирующая каретка с оптическим блоком начинает перемещаться вдоль листа. Яркий свет от лампы падает на сканируемый оригинал, а затем, отражаясь от него, световой поток фокусируется оптической системой и поступает на приемник сигнала – матрицу ПЗС, которая порознь воспринимает красную, зеленую и синюю составляющие спектра. Полученные на выходе матрицы ПЗС аналоговые напряжения, пропорциональные спектральным составляющим, усиливаются и подаются в аналого-цифровой преобразователь, который осуществляет цифровое кодирование. С АЦП информация выходит в 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.