9.1.3.2Устройство и принцип работы планшетного сканера

Среди обычных пользова­телей наибольшее распрост­ранение получил планшетный сканер. Именно на его приме­ре мы разберем устройство и принцип работы сканера. Сто­ит отметить, что большинство из нижесказанного примени­мо и к другим типам сканиру­ющих устройств.

Начнем с оптической сис­темы. В современных скане­рах наиболее распростране­ны два типа приемных чув­ствительных элементов: CCD-матрица (Charge Coupled De­vice – прибор с зарядовой связью) и CIS-матрица (Con­tact Image Sensor – контакт­ный датчик изображения). В первом случае световой поток проецируется на матрицу CCD посредством системы зеркал и фокусирующего объектива.

Разреше­ние в таких сканерах строго ограничено числом чувстви­тельных элементов в матри­це, и если ширина оригинала меньше рабочей поверхности сканера, то используется толь­ко часть фотоэлементов от воз­можного числа. По этой при­чине в особо качественных сканерах оптика может переключаться в режим, когда на полную ширину CCD-матрицы проецируется только часть ширины рабочего стола ска­нера. Таким образом, на по­стоянное число приемных ячеек CCD-матрицы проеци­руется участок меньшей ши­рины, сохраняя при этом ка­чество изображения.

Контактный датчик изоб­ражения стал применяться в сканерах несколько позже CCD-матрицы. CIS-матрица воспринимает отраженный оригиналом свет непосред­ственно через стекло сканера без использования дополни­тельных систем зеркал и фо­кусировки. Этот факт позво­лил уменьшить размеры план­шетных сканеров на CIS-мат­рице более чем в два раза. Качество отсканированных отображений при этом также ухудшилось.

Первоначально в качестве источника света в сканерах использовалась обычная флу­оресцентная лампа (сходная с лампами дневного света). Ее недостатки – слабая стабиль­ность характеристик освеще­ния и ограниченный срок службы. В современных мо­делях сканеров применяется лампа с холодным катодом, имеющая лучшие параметры и значительно больший срок службы.

Цветные сканеры принци­пиально ничем не отличаются от полутоновых. Точная цве­топередача при сканировании цветных изображений проис­ходит путем разделения ска­нируемого цвета по трем ос­новным составляющим-цве­там: красному (Red), зелено­му (Green) и синему (Blue).

Трехпроходные сканеры осу­ществляют сканирование цвет­ного изображения за 3 прохо­да через разные светофильт­ры. В современных однопро­ходных сканерах матрица со­стоит из трех параллельных линеек приемных ячеек, при­нимающих информацию о со­держании "своих" цветов (тех­нология Single Pass).

С приемного светочувстви­тельного элемента, преобразу­ющего уровень освещенности в уровень напряжения, все еще аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобра­зователь (АЦП). С АЦП ин­формация выходит уже в дво­ичном виде и, после обработки в контроллере сканера, через соответствующий интерфейс поступает в компьютер.

Основные параметры сканеров

Оптическое и аппаратное разрешение

Сканер снимает изображение не целиком (как цифровая фотокамера), а по строкам. Строка, в свою очередь, снимается по точкам. Чем боль­ше светочувствительных элементов содержит строка ПЗС-матрицы, тем больше точек в строке на оригинале может различить сканер Этот параметр называют оптическим разрешением и измеряют в точках на дюйм (dot per inch, dpi). Для сканирования оригинала с высотой более одной строки необходимо переместить светочувствительный элемент в следующую позицию. Перемещение осуществляет механи­ческий привод, состоящий из шагового электродвигателя и прецизи­онной механической передачи. Минимально возможный шаг переме­щения матрицы по вертикали называется аппаратным разрешением и измеряется также в точках на дюйм. Покупатели (обычно бессозна­тельно) и производители (часто сознательно) иногда смешивают поня­тия оптического и аппаратного разрешения. Разрешение прямо влияет на качество получаемого изображения: различимость мелких деталей, резкость контрастных цветовых переходов, отсутствие «лестницы» в наклонных прямых.

Истинное разрешение

Оптическое разрешение — величина скорее теоретическая, чем реально обеспечиваемая сканером. На пути от оригинала к «цифре» встречается немало ухабов: оптические искажения в фокусирующей системе, «грубый» АЦП, погрешности в механизмах привода, неста­бильность освещения и прочие. Поэтому истинное разрешение, изме­ряемое сканированием специальной штриховой миры, заметно отли­чается в худшую сторону от оптического. Как показывают тесты, для сканеров офисного класса истинное разрешение составляет в сред­нем 65% от оптического (разброс значений от 45% до 88%).

9.2Устройства вывода

9.2.1Монитор

9.2.1.1Мониторы с электронно-лучевой трубкой

9.2.1.1.1Краткое устройство

Принципиально конструкция ЭЛТ для монитора совпадает с конст­рукцией телевизионного кинескопа. В горловине стеклянной колбы, дно которой покрыто слоем люминофора, установлена электронная пушка, испускающая поток электронов. Такой поток отклоняется электромагнитным полем управляющей системы в нужном направ­лении и затем, проходя через теневую маску, установленную перед дном колбы, попадает на люминофор, вызывая его свечение.

В цветных мониторах для формирования изображения применяют отдельные пушки для каждого из основных цветов (Red — красный, Green — зеленый, Blue — синий), а слой люминофора составляют из близко расположенных группами по три (также в сочетании Red, Green, Blue — RGB) точек цветного люминофора.

Для точного попадания в заданную точку люминофора слишком широ­кий электронный луч необходимо сузить до заданных пределов. Это осуществляется установкой перед люминофорным покрытием теневой маски, имеющей отверстия с размерами, близкими к поперечнику единичной точки люминофора. Кроме того, при помощи теневой маски каждая пушка направляет поток электронов только на пятна люминофора соответствующего цвета.

При горизонтальной развертке пучок электронов (луч) развертывает­ся по экрану примерно за 50 мкс, образуя почти горизонтальную полосу на экране. Затем луч совершает горизонтальный обратный ход к левому краю, чтобы начать следующую развертку. Устройство, которое так, линия за линией, создает изобра­жение, называется устройством растровой развертки.

Горизонтальная развертка контролируется линейно возрастающим напряжени­ем, которое воздействует на пластины горизонтального отклонения, расположен­ные слева и справа от электронной пушки. Вертикальная развертка контролирует­ся более медленно возрастающим напряжением, которое воздействует на пластины вертикального отклонения, расположенные под и над электронной пушкой. По­сле определенного количества разверток (от 400 до 1000) напряжение на пластинах вертикального и горизонтального отклонения спадает, и луч возвращается в верх­ний левый угол экрана. Частоты горизонтальной и кадровой развертки являются одними из важных характеристик монитора.. Хотя мы описали работу электронно-лучевых трубок, в которых для развертки луча по экрану используются элек­трические поля, во многих моделях вместо электрических используются магнит­ные поля (особенно в дорогостоящих мониторах).

Рис. 9.1. Устройство ЭЛТ-монитора

Для получения на экране изображения из точек внутри электронно-лучевой трубки находится сетка. Когда на сетку воздействует положительное напряжение, электроны возбуждаются, луч направляется на экран, который через некоторое время начинает светиться. Когда используется отрицательное напряжение, элект­роны отталкиваются и не проходят через сетку, и экран не зажигается. Таким об­разом напряжение, воздействующее на сетку, вызывает появление соответствую­щего набора битов на экране. Такой механизм позволяет переводить двоичный электрический сигнал на дисплей, состоящий из ярких и темных точек.