Технологія обробки образотворчої інформації - лекція, сторінка 5
Сканування призначене для формування цифрового зображення, придатного для подальшої комп'ютерної обробки. Завданнями сканування є виділення малих елементів (пікселів), тобто, просторова дискретизація зображення у всьому зображенні, далі завданням сканування є перетворення зображення в цифровий код, для чого, крім просторової дискретизації, потрібно здійснити дискретизацію за рівнем, тобто квантування і завдання (вираз кожної елементарної комірки (пікселя)) параметрів цифрового коду в двійковій системі.
Крім того, завданням сканування є первинне кольороподіл зображення за трьома параметрами кольору, тобто створення трьох незалежних каналів: R, G, B (червоний, зелений, синій) - каналів, отриманих за червоним, зеленим і синім світлофільтрами.
Остаточне кольороподіл відбувається при перерахунку в CMYK.
Для вирішення цих завдань в даний час використовуються різні типи сканерів.
Основні частини сканера:
скануючий пристрій, що забезпечує малу і кадрову розгортку зображення
електронна схема, що забезпечує амплітудно-цифрове перетворення. АЦП виробляє квантування сигналу за рівнем та присвоєння йому цифрового коду.
З конструкторської точки зору сканери діляться на барабанні та планшетні (площинні).
Сканери відрізняються між собою принципом розгортки. Барабанні сканери здійснюють розгортку зображення методом спіральної розгортки, коли зображення, нанесене на барабан, що обертається навколо своєї осі, зчитується за допомогою обертання або самого барабана, або голівки, що зчитує.
Рядки, які щільно прилягають одна до одної, лягають по спіралі.
Джерело формує пляма, яке попередньо формує пікселі. Інформація зчитується другим мікрооб'ектіва.
На відміну від барабанного сканера, планшетний використовує інший принцип сканування. Він включає не тільки електро-механічне переміщення, але і процес комутації електричного сигналу, в результаті цього рядкова розгортка здійснюється електронним способом і можливо внаслідок використання спеціального фотоприймача ПЗС.
Цей фотоприймач являє собою лінійку окремих світлочутливих осередків, число яких може досягати декількох тисяч штук. Зазвичай - 5-8 тис. З публікацій: є лінійки ПЗС до 12 тис. Осередків.
Заряд у всіх осередках, пропорційний оптичному сигналу зображення, виникає одночасно. Для цього джерело випромінювання повинен мати теж протяжну форму. Він у вигляді трубчастої лампи. Коли створили заряди у всій лінійці ПЗЗ, освітивши її джерелом світла уздовж рядка зображення, ці заряди послідовно зчитуються з лінійки електронним способом. Це і є процес комутації. Таким чином проводиться рядкова розгортка. Роздільна здатність розгортки буде залежати від числа елементів в ПЗС.
Кадрова розгортка здійснюється шляхом переміщення або оригіналу повз голівки, що зчитує, або самої ПЗС щодо оригіналу.
Дозвіл по осі Х (уздовж рядка) буде залежати від числа зчитують елементів, а дозвіл по осі Y (по кадру) буде залежати від кроку переміщення або голівки, що зчитує, або оригіналу.
У зв'язку з таким принципом сканування дозвіл по рядку і по кадру може бути різним.
Джерела випромінювання конструктивно розрізняються:
в барабанних сканерах джерело випромінювання точковий
в планшетних - протяжний
Загальна в джерелах випромінювання то, що вони повинні мати широку спектральну зону випромінювання, практично суцільну, повинні випромінювати у всьому оптичному діапазоні, по можливості, рівномірно.
Реально використовуються: галогенні лампи і газорозрядні лампи із суцільним спектром високої інтенсивності.
У цих сканерах принципово різної форми приймачі. В барабанному - фотопомножувачі або точкові фотоелементи. У планшетних - матриця ПЗС.
Для того, щоб здійснити поділ зображення на окремі канали R, G, B, необхідна наявність трьох незалежних фотоприймачів: 3 канали, в кожному з яких встановлений свій світлофільтр. В принципі, можливо, коли формування сигналу трьох каналів виходить шляхом поділу сигналу за часом. Світло проходить по змінно через червоний, синій, зелений світлофільтри. Раніше застосовувалося.
В даний час в якості фотоприймача використовується матриця з трьох лінійок ПЗЗ, чутливих до різного випромінювання: червоному, синьому, зеленому.
Основні технологічні властивості, якими характеризуються сканери
1. Дозвіл сканера. Це максимальне число пікселів на одиницю лінійної довжини, яке може вважати сканер в зображенні оригіналу. Зараз використовується «пікселів на дюйм (2,54 см)»
В документації на багато приладів дається 2 дозволу: оптичне і Інтерполяційна.
Справжня роздільна здатність - оптичне. Показує реально прочитуване кількість пікселів.
Інтерполяційне дозвіл - це функція. Між двома реально отриманими точками розставляються кілька точок, отриманих інтерполяцією сигналу.
2. Динамічний діапазон. Це той інтервал оптичної щільності, всередині якого може зчитувати сканер сигнал зображення. Зазвичай виражається в одиницях оптичної щільності, бл, становить 2,2; 3; 3,6 одиниць оптичної щільності.
По мимо D зазвичай вказується DMAX. яке може зчитувати сканер. Значення DMAX обмежує величину діапазону, якщо значення DMIN оригіналу дуже велике.
Наприклад, у сканера D = 4, DMAX = 4,2. Якщо є оригінал з DMIN = 0,4 (темний оригінал), то це не означає, що зможемо вважати оригінал з D динамічного діапазону 4, тобто вийде DMAX = 4,4. Ми зможемо вважати тільки з D = 3,8.
3. Глибина кольору. Це властивість тісно пов'язане з динамічним діапазоном. Глибина кольору варіюється від 24 до 42. Цифра означає число розрядів квантування на канали. Якщо 3 канали: 24: 3 = 8 розрядів квантування на канал, отже, в каналі використовується амплітудно-цифровий перетворювач, який має 8-розрядну комірку. Можна одержати 2 8 = 256 рівнів квантування. Якщо глибина кольору 42, то 42: 3 = 14, 2 14 = 16384 рівня квантування.
Амплітудно-цифровий перетворювач характеризує число квантування, тобто забезпечує видимість сигналу як суцільного.
Чим більше D, тим більше і число розрядів квантування.
Якщо D = 3,6, то 3,6: 0,3 = 12 рівнів квантування на кожен канал.
4. Дуже важливим є розмір оригіналу, який можна розмістити на оригінал-тримачі і який може бути лічений з певним дозволом.
5. Зручність розміщення оригіналу в сканері.
6. Швидкість роботи сканера. Досить складний параметр. Швидкість роботи сканера залежить від швидкості переміщення рухомої частини сканера і від швидкості обробки інформації, яка була отримана в результаті сканування.
Швидкість зчитування інформації буде залежати від швидкості переміщення оптичної системи, і буде обернено пропорційна вирішенню.
Швидкість обробки і передачі інформації обернено пропорційна квадрату дозволу.
Визначальною роботу сканера є та, яка менше.
Швидкість переміщення оптичної системи є визначальною при малих збільшеннях оригіналу.
Швидкість обробки і передачі інформації є визначальною при великих збільшеннях оригіналу.
Є сканери однопрохідні і трехпроходние. Зараз випускаються однопрохідні сканери. За один прохід зчитується за червоний, зелений, синій світлофільтри.
Різні сканери можуть мати додаткові технічними можливостями. Деякі сканери дозволяють виробляти автоматичну наводку на різкість.
7. Зручність обслуговування. Можливість гарантійного та післягарантійного ремонту.
Технологічні переваги і недоліки сканерів різних типів
Сканери барабанного типу
Сканери барабанного типу мають наступні переваги
1. Найбільш важливе. Висока роздільна здатність, яка може бути здійснена на цих сканерах. При цьому ця роздільна здатність однакова по всьому полю зображення і не залежить від геометрії розміщення інформації. Роздільна здатність може досягати 10, 12 і більше тисяч. Це оптична роздільна здатність, тобто пляма сканування менше 10 мкм.
2. Можливість забезпечення високого динамічного діапазону і, отже, глибини кольору. Це пов'язано з тим, що в якості фотоприймача використовується фотоумножувач з каскадним посиленням. У них високий ступінь посилення.
3. Вдала можливість надання їм різних додаткових апаратних функцій, таких як:
апаратна функція автоматичного фокусування
апаратна функція корекції різкості методом нерізкого маскування. Цей метод дозволяє сильно збільшити якість зчитування.
Нерізке маскування здійснюється шляхом виділення додаткового каналу з фотоприймачем, отже, можливе збільшення скануючої апертури в каналі, що робить можливим отримувати додатковий сигнал нерезкой маски
додаткова функція точного фокусування. Здійснюється оптико-електронним шляхом (створення відбитого сигналу)
Недоліки барабанних сканерів
1. Основною, істотний. Труднощі і трудомісткість розміщення в ньому інформації. Інформація може бути тільки на гнучкій підкладці.
2. Якщо інформація у вигляді слайд, то відбиток повинен бути дуже ретельно закріплений на орігіналодержателе. При обертанні барабана виникають великі відцентрові сили, отже, необхідно ретельно прикатать слайди до барабану. Якщо цього не зробити, слайди можуть відірватися або можуть виникнути повітряні бульбашки між слайдом і барабаном, виникнуть спотворення, кільця Ньютона.
Для раціонального використання техніки зазвичай використовуються виносні додаткові барабани і спеціальні пристрої для розклеювання інформації. Необхідність використання виносних барабанів і їх пріцензіонності сильно збільшує вартість сканера.
Це головний недолік сканера.
1. Дещо менша роздільна здатність. Характерна роздільна здатність - 6 тисяч dpi. C цим пов'язаний недолік, характерний для більш старих сканерів - сканер має не однакову роздільну здатність по поверхнях орігіналодержателя. Це виникає внаслідок того, що при тій конструкції, яка існує, зображення зчитується в один прохід лінійки ПЗС. Зображення може бути розгорнуто на всю лінійку і максимальне число пікселів, яке можна отримати по ширині зображення, буде дорівнює числу елементів. Якщо в лінійці 8 тисяч елементів, то дозвіл зображення буде 8 тисяч. Цей дозвіл, в залежності від масштабу відтворення, може бути досягнуто на 1 см 10 см. Якщо дозвіл сканера (RCK) одно 5 тисяч ppi, а число елементів в лінійці (N) дорівнює 8 тисяч p, то:
Планшетні сканери вимагають правильного розміщення інформації на орігіналодержателе.
2. Планшетні сканери мають зазвичай менший динамічний діапазон і, відповідно, меншу глибину кольору, ніж барабанні сканери. Це пов'язано з тим, що в якості фотоприймача використовується лінійка ПЗЗ, яка є менш досконалою, ніж фотоумножувач. Вона складається з безлічі елементів, які повинні мати однакову чутливість, але такого бути не може. Тому необхідно застосовувати програмні засоби для вирівнювання чутливості.
Вирівнювання чутливості - прирівнювання загальної чутливості лінійки до чутливості елемента з найменшою чутливістю.
Шуми лінійки більше, ніж шуми у барабанних сканерів. Потрібно відкидати початкові і кінцеві розряди, що знаходяться в зоні шумів.
Лінійки вимагають ретельного відбору, що підвищує вартість сканера.
1. Важлива перевага - зручність розміщення інформації на орігіналодержателе. Це пов'язано з тим, що сканери мають велику глибину різкості, отже, вони мало чутливі до нещільного прилягання оригіналу до поверхні орігіналодержателя.
2. Ні швидкісного руху. Тому не виникають нерівності за рахунок цих сил.
Глибина різкості може сягати приблизно 20мм, що дозволяє сканувати тверді предмети.
Ці переваги роблять планшетні сканери більш зручними в застосуванні. Хоча сам процес сканування повільніше, але технологічна швидкість вище.
Недоліки планшетних сканерів пов'язані з недосконалістю і нерівномірністю лінійок. В даний час долаються. Розроблено сканери, що використовують XY-технологію. Вона полягає в тому, що лінійка ПЗЗ переміщається не тільки в напрямку Y, а й в напрямку X.
Такі XY-сканери мають однакову роздільну здатність по всій поверхні орігіналодержателя. Але повинна забезпечуватися програмна зшивання, щоб в зображенні не виникла межа.
Інтерес до цих сканерів виникає ще тому, що в даний час виникла технологія «копідот» (збереження растрової структури на зчитувати зображення). Для цієї технології важливо, що б оригінал зчитувався з максимальною роздільною здатністю по всій поверхні.
Недолік динамічного діапазону усувається з розробкою все більш досконалих приймачів ПЗС.
У барабанних сканерах за останнім часом виникли такі зміни: барабан розташовується не горизонтально, а вертикально. При вертикальному розташуванні гравітаційна складова не впливає на відцентрові сили, що дозволяє збільшити швидкість і спростити систему.