Сканирующие устройства минилабов. Фото - уроки

Для офисных и домашних задач, а также для большинства работ по компьютерной графике лучше всего подходят так называемые планшетные сканеры . Различные модели этого типа шире других представлены в продаже. Поэтому начнем с рассмотрения принципов построения и функционирования сканеров именно этого типа. Уяснение этих принципов позволит лучше понять значение технических характеристик, которые учитываются при выборе сканеров.

Планшетный сканер (Flatbed scanner) представляет собой прямоугольный пластмассовый корпус с крышкой. Под крышкой находится стеклянная поверхность, на которую помещается оригинал, предназначенный для сканирования. Через это стекло можно разглядеть кое-что из внутренностей сканера. В сканере имеется подвижная каретка, на которой установлены лампа подсветки и система зеркал. Каретка перемещается посредством так называемого шагового двигателя . Свет лампы отражается от оригинала и через систему зеркал и фокусирующих линз попадает на так называемую матрицу , состоящую из датчиков , вырабатывающих электрические сигналы, величина которых определяется интенсивностью падающего на них света. Эти датчики основаны на светочувствительных элементах, называемых приборами с зарядовой связью (ПЗС, Couple Charged Device - CCD). Точнее говоря, на поверхности ПЗС образуется электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего света. Далее нужно только преобразовать величину этого заряда в другую электрическую величину - напряжение. Несколько ПЗС располагаются рядом на одной линейке.

Электрический сигнал на выходе ПЗС является аналоговой величиной (т.е. ее изменение аналогично изменению входной величины - интенсивности света). Далее происходит преобразование аналогового сигнала в цифровую форму с последующей обработкой и передачей в компьютер для дальнейшего использования. Эту функцию выполняет специальное устройство, называемое аналого-цифровым преобразователем (АЦП, Analog-to-digital Converter - ADC). Таким образом, на каждом шаге перемещения каретки сканер считывает одну горизонтальную полоску оригинала, разбитую на дискретные элементы (пикселы), количество которых равно количеству ПЗС на линейке. Все отсканированное изображение состоит из нескольких таких полос.

Рис. 119. Схема устройства и работы планшетного сканера на основе ПЗС (CCD): свет лампы отражается от оригинала и через оптическую систему попадает на матрицу светочувствительных элементов, а затем на аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

В цветных сканерах сейчас используются, как правило, трехрядная матрица ПЗС и подсветка оригинала калиброванным белым светом. Каждый ряд матрицы предназначен для восприятия одной из базовых цветовых составляющих света (красной, зеленой и синей). Чтобы разделить цвета, используют либо призму, разлагающую луч белого света на цветные составляющие, либо специальное фильтрующее покрытие ПЗС. Однако существуют цветные сканеры и с однорядной матрицей ПЗС, в которых оригинал по очереди подсвечивается тремя лампами базовых цветов. Однорядная технология с тройной подсветкой считается устаревшей.

Выше мы описали принципы построения и работы так называемых однопроходных сканеров, которые сканируют оригинал за один проход каретки. Однако еще встречаются, хотя больше и не выпускаются промышленностью, трехпроходные сканеры. Это сканеры с однорядной матрицей ПЗС. В них при каждом проходе каретки вдоль оригинала используется один из базовых цветных светофильтров: за каждый проход снимается информация по одному из трех цветовых каналов изображения. Эта технология также устарела.

Кроме CCD-сканеров, основанных на матрице ПЗС, имеются CIS-сканеры (Contact Image Sensor), в которых применяется фотоэлементная технология.

Светочувствительные матрицы, выполненные по этой технологии, воспринимают отраженный оригиналом спет непосредственно через стекло сканера без использования оптических систем фокусировки. Это позволило уменьшить размеры и вес планшетных сканеров более чем в два раза (до 3-4 кг). Однако такие сканеры хороши только для исключительно плоских оригиналов, плотно прилегающих к стеклянной поверхности рабочего поля. При этом качество получаемого изображения существенно зависит от наличия посторонних источников света (крышка CIS-сканера во время сканирования должна быть закрыта). В случае объемных оригиналов качество оставляет желать лучшего, в то время как ССО-сканеры дают неплохие результаты и для объемных (до нескольких см в глубину) предметов.

Планшетные сканеры могут быть снабжены дополнительными устройствами, такими как слайд-адаптер, автоподатчик оригиналов и др. Для одних моделей эти устройства предусмотрены, а для других нет.

Слайд-адаптер (Transparency Media Adapter, TMA) - специальная приставка, позволяющая сканировать прозрачные оригиналы. Сканирование прозрачных материалов происходит с помощью проходящего, а не отраженного света. Иначе говоря, прозрачный оригинал должен находиться между источником света и светочувствительными элементами. Слайд-адаптер представляет собой навесной модуль, снабженный лампой, которая движется синхронно с кареткой сканера. Иногда просто равномерно освещают некоторый участок рабочего поля, чтобы не перемещать лампу. Таким образом, главная цель применения слайд-адаптера заключается в изменении положения источника света.

Если же у вас есть цифровая камера (цифровой фотоаппарат), то слайд-адаптер, скорее всего, вам не нужен.

Если сканировать прозрачные оригиналы без использования слайд-адаптера, то нужно понимать, что при облучении оригинала количества отраженного и проходящего света не равны друг другу. Так, оригинал пропустит какую-то часть падающего цвета, которая затем отразится от белого покрытия крышки сканера и снова пройдет через оригинал. Какая-то часть света отразится от оригинала. Соотношение между частями проходящего и отраженного света зависит от степени прозрачности участка оригинала. Таким образом, светочувствительные элементы матрицы сканера получат свет, дважды прошедший через оригинал, а также свет, отраженный от оригинала. Многократность прохода света через оригинал ослабляет его, а взаимодействие отраженного и проходящего пучков света (интерференция) вызывает искажения и побочные видеоэффекты.

Автоподатчик - устройство, подающее оригиналы в сканер, которое очень удобно использовать при потоковом сканировании однотипных изображений (когда не нужно часто перенастраивать сканер), например, текстов или чертежей приблизительно одинакового качества.

Кроме планшетных, есть и другие типы сканеров: ручные, листопротяжные, барабанные, слайдовые, для сканирования штрих-кодов, скоростные для потоковой работы с документами.

Ручной сканер (Handheld Scanner) - портативный сканер, в котором сканирование осуществляется путем его ручного перемещения по оригиналу. По принципу действия такой сканер аналогичен планшетному. Ширина области сканирования - не более 15см. Первые сканеры для широкого применения появились в продаже в 80-х годах XX века. Они были ручными и позволяли сканировать изображения в оттенках серого цвета. Теперь такие сканеры нелегко найти.

Листопротяжный или роликовый сканер (Sheetfed Scanner) - сканер, в котором оригинал протягивается мимо неподвижной линейной CCD- или CIS-матрицы, разновидность такого сканера - факс-аппарат.

Барабанный сканер (Drum Scanner) - сканер, в котором оригинал закрепляется на вращающемся барабане, а для сканирования используются фотоэлектронные умножители. При этом сканируется точечная область изображения, а сканирующая головка движется вдоль барабана очень близко от оригинала.

Слайдовый сканер (Film-scanner) - разновидность планшетного сканера, предназначенная для сканирования прозрачных материалов (слайдов, негативных фотопленок, рентгеновских снимков и т. п.). Обычно размер таких оригиналов фиксирован. Заметим, что для некоторых планшетных сканеров предусмотрена специальная приставка (слайд-адаптер), предназначенная для сканирования прозрачных материалов (см. выше).

Сканер штрих-кодов (Bar-code Scanner) - сканер, предназначенный для сканирования товарных штрих-кодов. По принципу действия он сходен с ручным сканером и подключается к компьютеру, либо к специализированной торговой системе. При наличии соответствующего программного обеспечения распознавать штрих-коды может любой сканер.

Скоростной сканер для работы с документами (Document Scanner) - разновидность листопротяжного сканера, предназначенная для высокопроизводительного многостраничного ввода. Сканеры могут быть оборудованы приемными и выходными лотками объемом свыше 1000 листов и вводить информацию со скоростью свыше 100 листов в минуту. Некоторые модели этого класса обеспечивают двустороннее (дуплексное) сканирование, подсветку оригинала разными цветами для отсечки цветного фона, компенсацию неоднородности фона, имеют модули динамической обработки разнотипных оригиналов.

Итак, для дома и офиса лучше всего подходит планшетный сканер. Если вы хотите заниматься графическим дизайном, то лучше выбрать CCD-сканер (на основе ПЗС-матрицы), поскольку он позволяет сканировать и объемные предметы. Если вы собираетесь сканировать слайды и другие прозрачные материалы, то следует выбрать сканер, для которого предусмотрен слайд-адаптер. Обычно собственно сканер и подходящий к нему слайд-адаптер продаются отдельно. Если не получается приобрести слайд-адаптер одновременно со сканером, то при необходимости вы сможете сделать это позже. Необходимо также определить максимальные размеры сканируемых изображений. В настоящее время типовым является формат А4, соответствующий обычному листу писчей бумаги. Большинство бытовых сканеров ориентированы именно на этот формат. Для сканирования чертежей и другой конструкторской документации обычно требуется формат A3, соответствующий двум листам формата А4, соединенным по длинной стороне. В настоящее время цены однотипных сканеров для форматов А4 и A3 сближаются. Можно предположить, что оригиналы, не превышающие по размерам формат А4, будут лучше обрабатываться сканером, ориентированным на формат A3.

Перечисленные выше параметры далеко не исчерпывают весь список, но на данном этапе нашего рассмотрения мы пока можем использовать только их. При выборе сканера решающими являются три аспекта: аппаратный интерфейс (способ подключения), оптико-электронная система и программный интерфей с (так называемый TWAIN-модуль). Далее мы рассмотрим их более подробно.

» Сканирующие устройства минилабов

Мы продолжаем знакомство с принципами и особенностями работы минифотолабораторий. Попробуем разобраться с тем, как происходит измерение характеристик плотности и цвета негатива и вычисление параметров экспонирования.

Чтобы увидеть и проанализировать увиденное (в нашем случае - негативное изображение на фотопленке), необходимо, как минимум, иметь "глаза и мозги". Функции этих органов в принтере минилаба выполняет сканер. Особенности способа считывания изображения и алгоритма обработки полученных данных определяют степень достоверности вычисления времени экспонирования для получения качественного отпечатка.

Что касается "глаз" сканера, то, чем более подробную информацию о негативе они сообщают компьютеру (чем больше разрешающая способность и динамический диапазон измерительной системы) - тем лучше. Однако, на самом деле, объем обрабатываемой информации ограничен возможностями аппаратных средств компьютера и алгоритма и временем обработки, которое должно быть согласовано с производительностью остальных систем принтера. Тем более что задача, которую призван решать сканер, состоит не только и не столько в компенсации описанных ранее факторов, связанных с негативом, бумагой, оптическим и химическим трактами принтера. Алгоритм сканера должен, в идеальном случае, классифицировать условия съемки объекта и вычислить коррекцию для его оптимального воспроизведения на отпечатке. Следует иметь в виду, что задача определения объекта съемки зачастую не может быть однозначно решена не только мощными программно-аппаратными средствами, но и самим оператором, так как идеальная коррекция плотности для одного участка изображения может привести к потере деталей на другом участке. Например, “выбитое” вспышкой лицо на переднем плане имеет на негативе плотность гораздо выше, чем объекты заднего плана, которые могут представлять не меньший интерес для снимавшего. В этом случае более приемлемым решением может оказаться компромисс, при котором объект переднего плана печатается несколько более плотным, чтобы воспроизвести детали заднего плана. Задачу воспроизведения деталей одновременно с участков негатива повышенной и пониженной плотности решает адаптивное маскирование, примененное в принтере новейшего поколения Agfa MSP DIMAX . В оптический тракт введена жидкокристаллическая матрица, на которой автоматически формируется маскирующее изображение, компенсирующее высокий контраст исходного негатива.

Попытаемся разобраться, как сканеры различных моделей принтеров (Noritsu QSS1401/1501/1201(2)/1701(2) , Gretag MasterOne/MasterLab(+) , Agfa MSC ) справляются со столь сложной задачей, и в какой степени их функционирование может быть оптимизировано настройкой.

Глазами сканера Noritsu является ПЗС матрица 128x128 элементов, на которую через линзу,соответствующую формату пленки, проецируется кадр. Изображение считывается трижды за фильтрами R,G,B. Линзы и фильтры расположены на соосных турелях. После предварительного усиления информация в виде аналогового видеосигнала поступает на процессорную плату сканера, где оцифровывается и анализируется. Несмотря на достаточно большое разрешение ПЗС матрицы и солидную вычислительную мощность процессора этот сканер часто ошибается при вычислении экспозиции. Это обусловлено как несовершенством алгоритма, так и свойствами измерительной системы: характеристики фильтров не адаптированы к спектральной чувствительности фотобумаги и нестабильны во времени (фильтры быстро выгорают). Динамический диапазон измерительной системы недостаточно адаптирован ко всему диапазону плотностей изображения на пленке. Настройка принтера при работе со сканером заключается в калибровке усиления сигнала (потенциометрами на плате предварительных усилителей), определении области ПЗС матрицы, на которую проецируется кадр (для каждого формата пленки), и запоминанию величин для неэкспонированного кадра пленки. Практика показывает, что, для снижения процента брака, операторы Noritsu предпочитают работать в полуавтоматическом режиме, когда сканер корректирует только цветовые сдвиги, а оператор вводит поправки по плотности. Функция цветовой коррекции ухудшается по мере выгорания фильтров, и зачастую роль сканера сводится к позиционированию кадра.

Сканер упомянутых моделей Gretag работает гораздо эффективнее при определении коррекции как по плотности, так и по цвету. Его измерительная система представляет собой линейку фотодиодов, которая сканирует кадр в 12 позициях за каждым из фильтров R,G,B (для полного кадра формата 135 сканируется массив данных 8x12 точек для каждого из цветов) (рис.1 ). Такое небольшое разрешение накладывает определенные ограничения на эффективность распознавания мелких объектов, однако алгоритм обработки неплохо справляется с классификацией типичных сюжетов. Линейка фотодиодов является единственным органом зрения принтера (принтеры Noritsu , помимо матрицы сканера, имеют три фоточувствительных датчика R,G,B, осуществляющих интегральное измерение плотности кадра). Поэтому работа без сканера возможна лишь в режиме фиксированной экспозиции. Сигналы с фотодиодов, после адаптивного усиления, оцифровываются 12-разрядным АЦП, что обеспечивает достаточный динамический диапазон измерительной системы. Алгоритм классифицирует изображение, пытаясь отнести его к одной из групп по условиям съемки (Flash-1, Flash-2, Back Light, Green, Snow). Для каждой группы оценивается вероятность отнесения к ней сюжета, и полученные величины участвуют в процессе вычисления времени экспонирования наряду с параметрами в памяти принтера, определяющими степень коррекции для каждой из групп. К группе Flash-1 относятся сюжеты с ярко выраженным объектом высокой плотности в центре кадра (предполагается, что объект переднего плана снят со вспышкой и требуется плюсовая коррекция плотности для его нормального воспроизведения). Типичный пример - лицо на переднем плане, снятое со вспышкой. Если один или несколько плотных участков негатива смещены от центра, сканер анализирует их цветовой баланс и в случае близости с балансом человеческой кожи принимает их за объект съемки, относя сюжет к группе Flash-2, и, также как в предыдущем случае, осуществляет плюсовую коррекцию плотности. Сканер относит сюжет к группе Back Light (яркий фон), если обнаруживает достаточно большой участок негатива повышенной плотности, ограниченный краями кадра. Такой участок классифицируется как яркий фон и применяется минусовая коррекция плотности. Типичный пример - яркое небо на заднем плане. Сюжеты с объектами на фоне ярко освещенной зелени классифицируются как группа Green и требуют минусовой коррекции. Следует отметить, что, хотя сканер принимает во внимание цветовой баланс при отнесении сюжетов к группам Flash-2 и Green, соответствующая коррекция производится только по плотности. К группе Snow сканер относит низкоконтрастные объекты на однородном светлом фоне (снежный пейзаж, небо). Такие сюжеты требуют минусовой коррекции. Специальные кнопки на клавиатуре позволяют "подсказать" сканеру, с каким случаем он имеет дело.

При вычислении цветовой коррекции используются установленные в памяти пределы цветового сдвига по каждой из цветовых осей (Y-B, M-G, C-R плюс дополнительные оси для цвета ламп накаливания и люминесцентных ламп), при превышении которых коррекция не применяется (предполагается наличие естественной цветовой доминанты). Степень коррекции определяется заданной в памяти величиной максимума (Color Correction Factor) и величиной отклонения от “серого центра”. Она максимальна при малых отклонениях и линейно уменьшается до нуля с приближением к установленным пределам. Баланс “серого центра” индивидуален для каждой пленки. В памяти хранятся величины средней плотности нормального негатива и маски для каждого настроенного пленочного канала в соответствии с DX-кодом. По этим величинам ведется статистика, и заданные величины могут со временем уточняться с использованием статистических данных. При вычислении отклонения по плотности и цвету каждого кадра измеренная интегральная плотность сравнивается с плотностью нормального негатива с учетом отклонения маски.

Сканер показывает приемлемые результаты при работе в автоматическом режиме. Ошибки по плотности составляют в среднем 5-10%. Приведем типичные случаи ошибок. При смещении от центра до соприкосновения с границей кадра объекта переднего плана, снятого со вспышкой, сканер может отнести сюжет к группе Back Light, вместо Flash-1, и применить коррекцию с обратным знаком. Человеческие лица на групповой фотографии могут оказаться слишком мелкими объектами для сканера. Он не применит поправку, предусмотренную для сюжета Flаsh-2, и они окажутся на отпечатке слишком светлыми. Сюжет, содержащий белые объекты,снятые при вечернем или желто-красном искусственном освещении (корабль, здание), может быть отнесен сканером к группе Flash-2. В этом случае принтер напечатает слишком плотный отпечаток, приведя белые объекты к нормальной плотности человеческого лица. Часто сканер пытается привести к средней плотности светлую рубашку, принимая ее за основной объект переднего плана (Flash-1). Ясно, что портрет при этом оказывается слишком темным. Существенные цветовые сдвиги, обусловленные нарушением процесса обработки и хранения пленки, почти не корректируются. Не удается избежать некоторого искажения цветов при наличии в сюжете небольших цветовых доминант. При ручной печати опытный оператор может предвидеть некоторые из упомянутых ситуаций и попытаться их исправить. Оптимизация работы алгоритма сканера является процессом нахождения компромисса путем подстройки в памяти одноименных параметров, отвечающих за степень коррекции каждой из сюжетных групп. Также компромиссом между качеством печати сюжетов с цветовыми доминантами и коррекцией нежелательных цветовых сдвигов является настройка величин пределов коррекции и CCF.

Наилучшие результаты при автоматической печати показывает TFS-сканер семейства принтеров Agfa MSC . Технология “Total Film Scanning” позволяет печатать всю продукцию в общем для всех пленок канале с минимальным участием оператора (только загрузка пленки). Вполне удовлетворительно корректируются даже пленки с серьезными отклонениями, обусловленными нарушением процесса обработки и хранения. Процедура настройки принтера предельно проста. Попробуем разобраться, какими средствами достигается эта простота. “Глаза” сканера представляют собой три линейки из 16 фоточувствительных элементов, каждая из которых экспонируется одной из основных спектральных составляющих света, а также дополнительная линейка для анализа плотности негатива (рис.2 ). Блок фильтров сканера имеет характеристики, адаптированные к спектральной чувствительности эмульсии используемого типа фотобумаги, и выполнен в виде сменной обоймы. Это позволяет сканеру видеть негатив “глазами” фотобумаги. Подвижные части отсутствуют - сканирование происходит по мере подачи пленки. При сканировании полного кадра пленки формата 135 компьютер получает массив данных в 16x31 точках для каждого из трех основных цветов. При загрузке пленки она полностью сканируется. Данные, полученные по всей пленке, анализируются алгоритмом сканера, и выявленные особенности принимаются в расчет, наряду с информацией о каждом кадре. Полученной информации оказывается достаточно, чтобы алгоритм правильно вычислил не только коррекцию, связанную с особенностями пленок разных типов и производителей, но и скомпенсировал цветовые сдвиги пленок с различными отклонениями от нормы. Классификация индивидуальных кадров по сюжетным группам осуществляется подобно тому, как это происходит в сканере Gretag , но с более надежным результатом, что обусловлено как более высоким разрешением, так и информацией о других кадрах пленки. Заслуживает внимание работа алгоритма с сюжетами, содержащими цветовую доминанту. При расчете цветовой коррекции индивидуального кадра алгоритм игнорирует участки с повышенным цветовым сдвигом, что позволяет получить неискаженную цветопередачу объекта в сюжете с цветовой доминантой.

Настройка параметров сканера DL1, DL2, DL3, хранящихся в памяти принтера, позволяет оптимизировать распознавание и коррекцию сканером специфических условий съемки. Например, если замечено, что отпечатки с контрастных негативов, содержащих объект на переднем плане, снятый со вспышкой, получаются недоэкспонированными, следует слегка увеличить параметр DL1. Параметр DL2 отвечает за распознавание и коррекцию контрастных сюжетов с ярким фоном. Как и в случае с Gretag оптимизация этих параметров является поиском некоторого компромисса. Коррекция же негативов с низким контрастом, а также сюжетов на фоне больших водных поверхностей, снежных пейзажей и т.д., производится регулировкой параметра DL3.

При правильной настройке указанных параметров и регулировке порога распознавания цветовых доминант работа оператора в режиме автоматической печати становится чрезвычайно простой и удобной, даже если на пленке имеются кадры со значительными отклонениями от нормальных условий экспонирования.

Завершая сравнительный обзор принципов работы сканеров в МЛ и их возможности по коррекции плотности и цвета фотоотпечатков, хотелось бы отметить, что даже самый лучший сканер, снабженный хорошим алгоритмом, не в состоянии скомпенсировать серьезные отклонения технологических параметров процессов обработки пленки и бумаги от нормальных. Другими словами, всегда нужно помнить, что корректирующая работа сканера наиболее эффективна при условии нормальной, с химической точки зрения, работы как фильмпроцессора, так и бумажного процессора.

Игорь ГОРЮНОВ, Павел ЗАХАРОВ

Ссылки на связанные темы:

Описания минифотолабораторий
Периодически обновляемый раздел сайта, посвященный описаниям, в первую очередь, новых, а так же, по мере возможности, старым моделям минифотолабораторий.

2.6 Технические данные

1) Разрешающая способность

Разрешающая способность говорит нам сколько пикселей или точек на дюйм может быть зафиксировано и обозначено в ppi (пиксели на дюйм) или dpi (точки на дюйм). Чем больше пикселей или точек зафиксированы, тем выше детализация в со сканированном изображении. Разрешающая способность 300 x 300 dpi соответствует 90 000 точкам в сумме на участке в один квадратный дюйм.

Оптическая разрешающая способность

Оптическая разрешающая способность зависит от количества фотоячеек на светочувствительном элементе (горизонтальная оптическая разрешающая способность) и от размера шага мотора каретки, который перемещает светочувствительный элемент поперек документа (вертикальная оптическая разрешающая способность).

2.7 Интерполированная разрешающая способность

Принимая во внимание, что оптическая разрешающая способность может быть достигнута техническими средствами, интерполированная разрешающая способность достигнута программным обеспечением сканера. Посредством алгоритмов программное обеспечение создает дополнительные(виртуальные) пиксели между реальными пикселями, зафиксированными светочувствительным элементом, таким образом достигается максимально возможная разрешающая способность. Эти дополнительные пиксели - это усреднённое значение цвета, и яркости полученное из смежных пикселей. Поскольку эти дополнительные пиксели реально не отражают сканируемый документ, они менее точны и не расширяют качество изображения. Поэтому по критерию качества картинки для сканера оптическое значение разрешающей способности более важно.

Иногда, однако, интерполяция важна когда горизонтальная оптическая разрешающая способность, которая зависит от количества фотоячеек на светочувствительном элементе, ограничена. Например, если бы сканер работал с оптической разрешающей способностью 300 x 600 точек на дюйм, со сканированное изображение было бы деформировано, поскольку горизонтальная оптическая разрешающая способность ниже чем вертикальная оптическая разрешающая способность. В этом случае оптическая разрешающая способность должна быть интерполирована, чтобы достигнуть 600 x 600 точек на дюйм.

2) Глубина цвета

Глубина цвета, также называют битовой глубиной, указывает сколько цветов может быть представлено в пикселе. Это зависит от чувствительности AD преобразователя. AD преобразователь, который использует 8 битовых сигналов, может представить 2(8)=256 уровней яркости для каждого цвета (красный, зелёный, синий) и таким образом получаем 2(24) = 16.7 миллионов цветов в сумме. В этом случае мы имеем глубину цвета 24 бита.

Внутренняя и внешняя глубина цвета

Некоторые сканеры различаются по внутренней и внешней глубине цвета. Внутренняя глубина цвета указывает, сколько цветов может быть представлено AD преобразователем. Внешняя глубина цвета указывает, сколько цветов сканер фактически способен передать компьютеру. Внешняя глубина цвета может быть ниже чем внутренняя глубина. В этом случае сканер выбирает наиболее соответствующие цвета и передаёт их компьютеру.

Глубина цвета и качество

Для сканирования черно-белых документов глубины цвета в 1 бит (0 или 1) - достаточно. Для сканирования цветных документов необходимо гораздо большее количество битов. Если сканировать документ с глубиной цвета 24 бита(16,7 миллионов цветов), то получится почти фотографическое качество, которое упоминается как true color (истинный цвет). Хотя на данный момент большинство сканеров, представленных на рынке, работают с внутренней и внешней глубиной цвета в 48 битов.

3) Оптическая плотность

Оптическая плотность - это мера непрозрачности зоны изображения. Она указывает степень светового отражения этой зоны. Более темная зона - менее слабое отражение. Диапазон от самой яркой зоны(белый цвет) к самой темной зоне(чёрный цвет) в изображении - это диапазон плотности или динамический диапазон.

Оптическая плотность измерена с оптическими денситометрами, и располагается от 0 до 4, где 0 - чистый белый цвет (Dmin), и 4 является очень черным (Dmax).

При узком динамическом диапазоне сканер может не фиксировать часть деталей изображения и терять информацию. Самое яркое значение, которое может фиксироваться, называется Dmin, а самое темное значение Dmax. Чтобы получить лучшие результаты, динамический диапазон сканера должен включать динамический диапазон документа, который будет сканирован.

В этом случае динамический диапазон сканера включает динамический диапазон документа так, что многочисленные детали в белых и черных зонах могут быть зафиксированы устройством.

Динамический диапазон сканируемых оригиналов варьируется от документа к документу.

Как можно видеть из таблицы выше, сканер должен иметь особенно широкий динамический диапазон для работы с негативами или слайдами - это основные свойства присущие фотосканерам. Возможный динамический диапазон сканера зависит от нескольких факторов, таких как глубина цвета AD преобразователя, беспримесность(чистота) света лампы и светофильтров, и помех системы(шум).

1. CCD или CIS: технологии сканеров

Существует две технологии светочувствительных элементов:

3.1 CCD – светочувствительный элемент на основе ПЗС (приборов с зарядной связью). Обычно, представляет собой полоску светочувствительных элементов.

В процессе движения каретки, свет от лампы отражается от сканируемого носителя и проходя через систему линз и зеркал, попадает на светочувствительные элементы, которые формируют фрагмент изображения.

Двигаясь, каретка проходит под всем носителем, и сканер составляет общую картину из последовательно “сфотографированных” фрагментов – изображение носителя…

Технология сканеров на основе ПЗС довольно старая и, надо сказать, лидирующая в данный момент. Она обладает следующими положительными моментами:

1) CCD-сканер обеспечивает большую глубину резкости. Это означает, что даже если вы сканируете, скажем, толстую книгу, то место переплета, которое обычно сложно полностью прижать к стеклу, тем не менее будет отсканировано с приемлемым качеством.

2) CCD-сканер обеспечивает большую чувствительность к оттенкам цветов. Хотя, этот аргумент “ЗА” ПЗС многие называют спорным, но часто ПЗС-сканеры действительно распознают больше цветов, чем сканеры другой конкурирующей технологии, которую мы рассмотрим ниже.

3) ПЗС-сканеры обладают большим сроком службы. Как правило – 10 000 часов.

Основные недостатки:

1. Большая чувствительность к механическим воздействиям (ударам и т.п.).

2. Сложность оптической системы может нуждаться в калибровке и/или очистке от частиц пыли, через определенное время эксплуатации.

3.2 CIS (Contact Image Sensor ) – светочувствительный элемент представляет собой линейку одинаковых фотодатчиков, равную по ширине рабочему полю сканирования, непосредственно воспринимающих световой поток от оригинала. Оптическая система – зеркала, преломляющая призма, объектив – полностью отсутствует.

Это достаточно молодая технология, которую активно развивает и продвигает компания Canon.

Основные плюсы:

1) Сканер получается довольно тонким. Из-за отсутствия оптической системы. Конечное изделие имеет стильный дизайн.

2) Сканер получается дешевым, т.к. производство CIS-элементов обходится дешево.

3) Т.к. в CIS-сканере ртутная лампа заменена светодиодами, получаем несколько плюсов: отсутствие отдельного блока питания (сканер получает питание по USB кабелю), постоянную готовность к работе (не требуется время на прогрев лампы – можно сразу приступать к сканированию после того, как пользователь даст команду); и достаточно высокую скорость сканирования (которая опять же выходит из того, что сканеру не требуется греть лампу).

4) Отсутствие потребности в дополнительном питании из розетки делает сканер мобильным: он обладает малым весом и компактными размерами, его можно носить с собой вместе с ноутбуком; можно сканировать в любое время и в любом месте, даже если ноутбук работает от батареи.

5) CIS-сканеры работают, как правило, гораздо тише CCD-сканеров.

6) Считается, что отсутствие оптики делает CIS-сканер менее чувствительным к внешним механическим воздействиям, т.е. его труднее испортить неаккуратным обращением. Но следует учесть также и то, что стекло планшета у такого сканера часто тоньше, чем у его конкурента с оптикой.

Основные недостатки: CIS-элементов:

1) Из-за отсутствия оптической системы, светочувствительный элемент имеет малую глубину резкости. До 10-ти раз меньше, чем CCD-сканер. Это означает, что сканирование толстых книг затруднено, т.к. носитель должен быть максимально плотно прижат к стеклу.

2) CIS-сканер теряет примерно 30% яркости после 500-700 часов работы. Конечно, обычно для для домашнего использования это часто не критично, но для тех, кто сканирует часто и много – это может стать решающим фактором в выборе.

3) CIS-сканер, как правило, обладает меньшим цветовым охватом, чем CCD, однако, в последнее время разрыв между этими технологии по цветовому охвату либо незначителен, либо отсутствует вовсе.

3D сканирование

В настоящее время для решения строительных и архитектурных задач широко используется тахеометрическая съемка, которая позволяет получить координаты объектов, а затем представить их в графическом виде. Тахеометрическая съемка позволяет проводить измерения с точностью до нескольких миллиметров, при этом скорость измерения тахеометра не более 2 измерений в секунду. Такой метод эффективен при съемке разреженной, незагруженной объектами площади. Очевидными недостатками такой технологии являются малая скорость проведения измерений, и неэффективность съемки загруженных площадей, таких как фасады зданий, заводов с площадь превышающей 2 га, а так же малая плотность точек на 1м2.

Одним из возможных способов решения данных проблем является применение новых современных технологий исследования, а именно лазерного сканирования.

Лазерное сканирование – технология, позволяющая создать цифровую трехмерную модель объекта, представив его набором точек с пространственными координатами. Технология основана на использовании новых геодезических приборов – лазерных сканеров, измеряющих координаты точек поверхности объекта с высокой скоростью порядка нескольких десятков тысяч точек в секунду. Полученный набор точек называется «облаком точек» и впоследствии может быть представлен в виде трехмерной модели объекта, плоского чертежа, набора сечений, поверхности и т.д.

Более полную цифровую картину невозможно представить никаким другим из известных способов. Процесс съемки полностью автоматизирован, а участие оператора сводится лишь к подготовке сканера к работе.

Аппаратура и программное обеспечение

Оптическое разрешение - измеряется в точках на дюйм (dots per inch, dpi). Характеристика, показывающая, чем больше разрешение, тем больше информации об оригинале может быть введено в компьютер и подвергнуто дальнейшей обработке. Часто приводится такая характеристика, как “интерполированное разрешение”(интерполяционное разрешение). Ценность этого показателя сомнительна - это условное разрешение, до которого программа сканера “берется досчитать” недостающие точки. Этот параметр не имеет никакого отношения к механизму сканера и, если интерполяция все же нужна, то делать это лучше после сканирования с помощью хорошего графического пакета.

Глубина цвета

Глубина цвета – это характеристика, обозначающая количество цветов, которое способен распознать сканер. Большинство компьютерных приложений, исключая профессиональные графические пакеты, такие как Photoshop, работают с 24 битным представлением цвета (полное количество цветов -16.77 млн. на точку). У сканеров эта характеристика, как правило, выше - 30 бит, и, у наиболее качественных из планшетных сканеров, - 36 бит и более. Конечно, может возникнуть вопрос - зачем сканеру распознать больше бит, чем он может передать в компьютер. Однако, не все полученные биты равноценны. В сканерах с ПЗС датчиками два верхних бита теоретической глубины цвета обычно являются “шумовыми” и не несут точной информации о цвете. Наиболее очевидное следствие “шумовых” битов недостаточно непрерывные, гладкие переходы между смежными градациями яркости в оцифрованных изображениях. Соответственно в 36 битном сканере “шумовые” биты можно сдвинуть достаточно далеко, и в конечном оцифрованном изображении останется больше чистых тонов на канал цвета.

Динамический диапазон (диапазон плотности)

Оптическая плотность есть характеристика оригинала, равная десятичному логарифму отношения света падающего на оригинал, к свету отраженному (или прошедшему - для прозрачных оригиналов). Минимально возможное значение 0.0 D - идеально белый (прозрачный) оригинал. Значение 4.0 D – абсолютно черный (непрозрачный) оригинал. Динамический диапазон сканера характеризует какой диапазон оптических плотностей оригинала сканер может распознать, не потеряв оттенки ни в светах, ни в тенях оригинала. Максимальная оптическая плотность у сканера - это оптическая плотность оригинала, которую сканер еще отличает от полной темноты. Все оттенки оригинала темнее этой границы сканер не сможет различить. Данная величина очень хорошо отделяет простые офисные сканеры, которые могут потерять детали, как в темных, так и светлых участках слайда и, тем более, негатива, от более профессиональных моделей. Как правило, для большинства планшетных сканеров данная величина лежит в пределах от 1.7D (офисные модели) до 3.4 D (полупрофессиональные модели). Большинство бумажных оригиналов, будь то фотография или журнальная вырезка, обладают оптической плотностью не более 2.5D. Слайды требуют для качественного сканирования, как правило, динамический диапазон более 2.7 D (Обычно 3.0 – 3.8). И только негативы и рентгеновские снимки обладают более высокими плотностями (3.3D – 4.0D), и покупать сканер с большим динамическим диапазоном имеет смысл, если вы будете работать в основном с ними, иначе вы просто переплатите деньги.

Итоги:

• Сканер способен нормально, почти без искажений воспринимать плотности прозрачного оригинала до 1.6
• Сканер, внося искажения и «шумы», но всё же способен воспринимать плотности от 1.6 до 2.35
• Сканер слеп за плотностью 2.4 , любую плотность выше этого значения он воспринимает как чёрное.

Что делать?

Давайте посмотрим, что нам предлагает производитель сканера. В Xsane (если быть точным, то в backend"е Sane) есть возможность регулировать яркость с помощью «железа». Т.е. сканер как бы повышает яркость лампы, для того чтобы «пробить» D max=2.4 . На самом деле, никакого повышения яркости лампы не происходит, сканер (а точнее его firmware) обрабатывает получаемые значения, в результате мы должны получить более высокое значение максимальной плотности, которое сканер интерпретирует как чёрное. Итак, будем использовать возможности предоставленные производителем. Устанавливаем значение Brightness в Xsane на максимум, который позволяет «железо». В нашем случае это 3 .