1.3. Основные технические характеристики

В статьях, посвященных сканированию, репродуцированию описывается множество параметров сканера. Чаще всего упоминаются основные, определяющие область применения устройства:

• разрешение (разрешающая способность);

• разрядность кодирования в АЦП ("глубина" цвета);

• порог чувствительности;

• диапазон оптических плотностей;

• максимальный формат сканирования;

• коэффициент увеличения;

• спектральные характеристики цветоделителя.

Разрешающая способность (оценивается количеством элементов разложения изображения на единицу длины -лин/мм). Величину оптического разрешения можно вычислить, разделив количество светочувствительных элементов в сканирующей линейке на ширину планшета.

Разделяют два вида разрешения: оптическое и интерполируемое. Следует помнить, что оптическое разрешение – это частота дискретизации, в случае отсчета не по времени а по расстоянию. Интерполируемое разрешение получают путем пересчета числового массива в сторону уменьшения или увеличения количества элементов изображения в отсканированном изображении.

Разрядность цвета определяется количеством цветов, которые могут быть переданы (представлены), или количеством разрядов (битов) цифрового кода, содержащим описание цвета одного элемента изображения. Одно с другим связано простой формулой:

Количество цветов = 2^{Количество бит}

В сканере электрический аналоговый сигнал с матрицы светочувствительных элементов преобразуется в цифровой посредством АЦП. Цифровой сигнал, несущий информацию о цвете, характеризуется разрядностью, т.е. количеством двоичных разрядов (битов), которыми кодируется информация о цвете каждого элемента. АЦП определяет количество цветов, которое он может обеспечить.

Порог чувствительности определяется уровнем шумов фотоэлектрического преобразования и шумов квантования АЦП.

В одной из исследуемых мной статей [3] автор подразделял шумы на два вида: регулярный и случайный.

Случайный шум проявляется в виде «снега» или хаотически расположенных инородных точек на изображении и возникает как вследствие нестабильности работы полупроводниковых приборов (при изменении температуры и с течением времени), так и в результате искажений, вносимых электронными компонентами.. Наиболее заметен такой шум на темных областях изображения, , поскольку при равном абсолютном уровне шума соотношение «сигнал/шум» на них будет гораздо меньше, чем на светлых участках. Для минимизации случайного шума перед сканированием, как правило, выполняется процедура калибровки, во время которой измеряются пороговые значения и смещение базового напряжения для каждого светочувствительного элемента.

Регулярный шум возникает вследствие перекрестных помех (наводимых с соседних светочувствительных элементов), кратковременных изменений базового напряжения в ПЗС-матрице, воздействия высокочастотных электрических полей, изменения яркости источника света и т.п. Регулярный шум, в отличие от случайного, очень хорошо заметен, поскольку проявляется в виде горизонтальных, вертикальных либо диагональных полос.

Однако, данный параметр не является основополагающем при выборе сканирующего устройства.

Динамический диапазон сканера характеризует способность сканера различать слабые ступенчатые переходы тона на оригинале. Понятие оптической плотности D используется для характеристики поглощательной способности непрозрачных (отражающих) оригиналов и степени прозрачности прозрачных оригиналов и выражается через десятичный логарифм [1]:

, (1)

где - коэффициент пропускания материала (изображения на  прозрачной основе), характеризующий его способность поглощать световой поток;

- коэффициент отражения, характеризующий способность материала (изображения на непрозрачной основе) отражать световой поток;

- соответственно световой поток, прошедший материал, и световой поток, отраженный от материала.

Из­за несовершенства оптической системы сканера и нелинейности спектральной характеристики фотоприемника значения параметров реальных устройств сканирования всегда ниже теоретически возможных. На практике динамический диапазон сканера определяется как разность между оптической плотностью самых темных D_max и самых светлых D_min тонов, которые он может реально различать. Максимальная оптическая плотность оригинала характеризует наиболее темную область оригинала, распознаваемую сканером, более темные области воспринимаются сканером как абсолютно черные. Соответственно минимальная оптическая плотность оригинала характеризует наиболее светлую область оригинала, распознаваемую сканером, — более светлые области воспринимаются сканером как абсолютно белые.

Чем шире динамический диапазон сканера, тем больше градаций яркости он сможет распознать и соответственно тем больше зафиксировать деталей изображения.

Область сканирования (максимальный формат) определяет максимальный размер оригинала в дюймах или в миллиметрах, который может быть сканирован устройством.

Диапазон масштабирования - это интервал величин изменения масштаба оригинала, который может быть выполнен во время сканирования. Он связан с разрешающей способностью сканера: чем выше значение максимального оптического разрешения, тем больше коэффициент увеличения исходного изображения без потери качества.

Величины, которые могут повлиять на диапазон масштабирования и с помощью которых может быть рассчитан объем иллюстрационного файла, определяются с помощью следующих соотношений [1]:

(2)

где d - величина сканирующего пятна,

L - линиатура получаемого растрового изображения;

M - значение масштаба изображения.

(3)

где f - частота считывания оригинала в сканере;

L и M соответственно линиатура и масштаб изображения.

Числовой коэффициент в этих выражениях иногда называют коэффициентом растрирования (screening factor).

Для печати иллюстрации с линиатурой 80 лин/см и увеличением относительно оригинала в три раза последний рекомендуется сканировать, например с частотой разложения f =2*8*3 = 48 лин/мм и считывающим пятном d=1/(2LM) =1/f=20 мкм.

Коэффициент 2 учитывает положение теории дискретизации, согласно которому частота несущего колебания должна как минимум в два раза превышать ту частоту в спектре исходного сообщения, которая подлежит воспроизведению.

Кузнецов Ю. В. также выделяет такой важный параметр как спектральные характеристики цветоделителя. [1]

Спектральный состав каждого из цветоделенных оптических сигналов, получаемых за широкополосными (спектрозональными) КЗС фильтрами, характеризуется зависимостью поступающего на соответствующий фотоэлектрический преобразователь интенсивности излучения, от длины его волны. Здесь учитываются характеристики, описываемые следующими выражениями (2):

(4)

Где ρ(λ) - спектральные характеристики излучения осветителя,

τ_i(λ) и τ_k(λ) - характеристики пропускания и отражения дихроических зеркал,

α(λ), β(λ), γ(λ) - характеристики пропускания цветокорректирующих фильтров в трех оптических каналах,

η(λ) - характеристики чувствительности ФЭП.

Пределы интегрирования заданы в этих выражениях граничными длинами волн чувствительности фотоприемника, а безразмерные коэффициенты a, b, c обеспечивают определенный баланс сигналов в цветоделительных каналах при считывании нейтрального серого поля.

Если из приведенных выше выражений исключить характеристику отражения (цвет) оригинала ρ(λ), то они представляют собою спектральные характеристики чувствительности цветоделительных каналов устройства электрооптического анализа.

Последующим нелинейным преобразованиям цветоделенных сигналов сопутствуют потери информации, обусловленные действием шумов репродукционной системы. Чтобы исключить или свести к минимуму эти преобразования, характеристики трех каналов должны быть оптимально согласованы с характеристиками оригиналов и предполагаемых средств их отображения.

Большинство сканеров работает, осуществляя цветоделение по трем основным (красному, зеленому и синему — КЗС) участкам видимого спектра. При этом характеристики чувствительности цветоделительных каналов подбирают прежде всего, с учетом:

• спектральных характеристик красителей используемого типа оригиналов(фотографические отпечатки, диапозитивы или негативы и т.д.);

• характеристик основных цветов предполагаемого затем воспроизведения (на мониторе, посредством фотографической записи, печати и т.д.);

• освещения, при котором будет рассматриваться копия.

В этом случае значения сигналов оказываются напрямую связанными с цветами синтеза (количествами красок, интенсивностей возбуждения люминофоров и т. п.) и не нуждаются в существенных дополнительных преобразованиях, влекущих за собой потери информации.

Имея в наличии все необходимые данные о параметрах сканера, пользователь может осуществить все необходимые настройки в соответствии с поставленной задачей. Однако, нельзя также забывать, что в зависимости от типа сканера отличаются и механизмы сканирования. Соответственно при использовании некоторых устройств необходимо учитывать важные нюансы, о которых пойдет речь в следующей главе моей работы.