Виды сканеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской федерации

Пензенский государственный университет

Кафедра «Информационно-вычислительные системы»

Реферат

по дисциплине

«Геометрическое моделирование и компьютерная графика»

Автоматическое устройство ввода графической информации (сканер): назначение, разновидности, описание работы одной из разновидностей.

Пенза, 2015

Введение

Почти каждый пользователь компьютера постоянно сталкивается с проблемой преобразования документов из бумажной формы в электронную. Однако процедура ввода информации вручную отнимает огромное количество времени и чревата ошибками. Кроме того, вручную можно вводить только тексты, но не изображения. Выходом из положения является сканер. сканер фотодатчик планшетный графический

Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий или другой графической информации.

1. Принцип действия и классификация сканеров

Сканер как оптоэлектронный прибор включает следующие функциональные компоненты:

· датчик, содержащий источник света,

· оптическую систему,

· фотоприемник,

· механизм перемещения датчика (или оптической системы) относительно оригинала

· электронное устройство (обеспечивает преобразование информации в цифровую форму).

В процессе сканирования оригинал освещается источником света. Светлые области оригинала отражают больше света, чем темные. Отраженный (или преломленный) свет оптической системой на­правляется на фотоприемник, который преобразует интенсивность принимаемого света в соответствующее значение напряжения. Аналоговый сигнал преобразуется в цифровой для дальнейшей обработки с помощью ПК.

Сканеры весьма разнообразны, и их можно классифицировать по целому ряду признаков. В основе классификации могут быть следующие признаки: способ формирования изображения (линейный, матричный);

· конструкция кинематического механизма (ручной, настоль­ный, комбинированный);

· тип вводимого изображения (черно-белый, полутоновый, цветной);

· степень прозрачности оригинала (отражающий, прозрачный);

· аппаратный интерфейс (специализированный, стандартный);

· программный интерфейс (специализированный, TWAIN-со­вместимый).

2. Фотодатчики, применяемые в сканерах

В современных сканерах применяют фотодатчики двух типов: фотоэлектронные умножители -- ФЭУ (РМТ -- Photomulti Plier Tube) или приборы с зарядовой связью -- ПЗС (ССО -- Charge--Coupled Device).

Фотоэлектронный умножитель

Фотоэлектронный умножитель изобретен советским инженером Л.А. Кубецким в 1930 г. ФЭУ, изображенный на рисунке 1, представляет электровакуумный прибор, внутри которо­го расположены электроды -- катод, анод и диноды. Световой поток от объекта сканирования вызывает эмиссию электронов из катода. В соответствии с законом фотоэффекта фототок эмиссии прямо пропорционален интенсивности падающего на него светового потока. Вылетающие из катода электроны под действием раз­ности потенциалов между катодом и ближайшим к нему электродом -- динодом притягиваются к последнему и выбивают с его поверхности вторичные электроны, число которых многократно превышает первичный электронный поток с катода. Это обеспечивается благодаря тому, что диноды выполнены из материалов, имеющих высокий коэффициент вторичной эмиссии, а между ними приложены потенциалы, обеспечивающие усиление вторич­ной эмиссии. В результате через сопротивление нагрузки в анодной цепи ФЭУ протекает усиленный ток. Коэффициент усиления фототока в ФЭУ достигает 108. Такое усиление достигается за счет подачи на ФЭУ напряжения от высоковольтного источника (в зависимости от количества динодов -- от 500 до 1500 В), причем потенциалы распределяются между электродами равномерно с помощью делителя напряжения. ФЭУ обладает высокой чувствительностью (1 А/лм), а его спектральный диапазон, определяемый областью длин волн регистрируемого излучения, соответ­ствует задачам сканирования, поскольку перекрывает видимый спектр световых волн.

Прибор с зарядовой связью

Прибор с зарядовой связью (ПЗС) -- это твердотельный электронный фотоприемник, состоящий из множества миниатюрных фоточувствительных элементов, которые формируют электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего на них света, и конструктивно выполняются в виде матриц или линеек.

Работу ПЗС впервые продемонстрировали В.Бойл и Дж. Смит в 1970 г. Принцип действия ПЗС основан на зависимости проводимости р-n -перехода полупроводникового диода от его освещенности.

ПЗС представляет собой полупроводниковый кристалл (как правило, кремний), на поверхность которого нанесена прозрачная оксидная пленка, выполняющая функцию диэлектрика в микроскопических конденсаторах. Одной из обкладок та­кого конденсатора является поверхность самого кристалла, а другой -- нанесенные на диэлектрик металлизированные электроды толщиной не более 0,6 мкм.

К электродам в определенной последовательности подается низкое напряжение (5--10 В). Это приводит к тому, что под электродами образуются так называемые потенциальные ямы в виде скоплений электронов. Под воздействием света в результате внутреннего фотоэффекта появляются свободные электроны. Количество электронов, скапливающихся под чувствительной площадкой каждого электрода, пропорционально интенсивности светового потока, падающего на чувствительную площадку данного электрода. Электроны образуют зарядовый пакет. Если ПЗС выполнен в виде линейки, зарядовые пакеты передаются из одной потенциальной ямы в соседнюю, достигая последней ячейки, откуда поступают на предварительный усилитель. ПЗС-линейка может содержать до нескольких тысяч фоточувствительных ячеек. Размер элементарной ячейки ПЗС определяет разрешающую способность сканера.

3. Виды сканеров

Планшетный сканер

Планшетные сканеры - самое распространенное семейство сканеров, представителей которого можно встретить как в домашних условиях, так и на столе у профессионала. Оригинал укладывается на стекло, под которым перемещается оптический блок, и прижимается к стеклу крышкой или слайд модулем. Некоторые модели, оптика которых имеет значительную глубину резкости и снабжена авто фокусировкой, могут обрабатывать объемные оригиналы. Некоторые модели оборудованы встроенным лотком для сканирования слайдов. Это обеспечивает неоспоримое преимущество перед классическим слайд-модулем, устанавливаемым вместо крышки сканера: свет, проходя через прозрачный оригинал, не проходит черед дополнительное стекло и поэтому меньше рассеивается.

Планшетный сканер является наиболее универсальным инструментом, подходящим под большинство задач, модели авторитетных производителей неприхотливы и надежны, просты в установке и использовании, разнообразие выпускаемых модификаций позволяет подобрать сканер практически под любые средства и требования. Большинство моделей имеет возможность установки автоматического загрузчика документов из пачки, подключения слайд модуля и прочей экзотики.

Ручной сканер

Ручные сканеры (Handheld Scanner) используются для сканирования оригиналов малых размеров или поверхностей нестандартных громоздких предметов. Главное его преимущество это портативность. Вы можете отключить ручной сканер и убрать его, например, в выдвижной ящик стола, пока он вам не нужен. Рабочее пространство ручной сканер практически не занимает -- главное, чтобы нашлось место для оригинала. Небольшие размеры и простота подключения делают ручные сканеры незаменимыми для пользователей PC типа Notebook.

Роликовый сканер

Роликовые сканеры осуществляют сканирование оригинала при его перемещении по специальным направляющим посредством роликового механизма подачи бумаги относительно неподвижных осветителя и ПЗС-линейки. Сканирование в роликовом сканере, как и в планшетном, производится в отраженном свете. В отдельных моделях роликовых сканеров имеется устройство для подачи листов, которое позволяет сканировать в автоматическом режиме. Большинство роликовых сканеров офисного применения предназначены для работы с оригиналами формата А4. Однако суще­ствуют широкоформатные роликовые сканеры, обеспечивающие сканирование оригиналов форматов А1 и АО.

Преимущества роликовых сканеров определяются их компактностью, удобством подключения и пользования, автоматической подачей листов оригинала, удовлетворительной скоростью сканирования и низкой стоимостью. В то же время эти сканеры имеют ряд недостатков, связанных с невозможностью без специальных приспособлений осуществлять сканирование сброшюрованных документов, книг, а также с опасностью повреждения оригинала.

Барабанный сканер

Этот вид сканеров предназначен для высокопрофессионального использования. В барабанных сканерах оригинал - гибкий лист с изображением - с помощью специальной ленты или масла закрепляется на поверхности прозрачного цилиндра (барабана, отсюда и название), вращающегося с большой скоростью (от 300 до 1350 об/мин.), а сканирующий приемник пиксел за пикселом считывает изображение с высокой точностью. При сканировании прозрачных оригиналов применяется источник света, расположенный внутри барабана, а при сканировании отражающих - оригиналов вне его. Оптическое разрешение барабанных сканеров может достигать 24000 ppi (пикселов на дюйм). Поскольку скорость вращения барабана высокая, можно фокусировать на источнике изображения чрезвычайно мощный источник света без риска повредить оригинал. Яркость источника света, возможность регулирования фокуса и технология поэлементной выборки обеспечивают хорошее соотношение - сигнал/шум и точную передачу тонов изображения без перекрестных помех от соседних пикселов. Барабанные сканеры дорогие (от $20000 и выше), но позволяют получать изображения с высокой степенью детализации, которые могут быть использованы для последующего ретуширования, цветоделения и, наконец, формирования конечного варианта представления страницы издания или пленки для изготовления печатной пластины (для офисной печати).

Листопротяжные сканеры

Листопротяжные сканеры - по конструкции и принципу работы напоминают обычный факс-аппарат или машинку для проверки подлинности денежных купюр. Оригинал втягивается внутрь специальными роликами и сканируется по мере прохождения мимо светочувствительной матрицы. Упрощенные варианты этих сканеров используются в офисах для распознавания текста и сканирования упрощенной графики типа визиток и фирменных бланков, а также в паре с факс-модемом для отправки факсимильных сообщений. Специальные модели используются в медицине для оцифровки рентгеновских снимков и историй болезни. Невысокая стоимость и компактность этих сканеров делает их приобретение выгодным.

Планетарный сканер

Планетарные сканеры - эффективный способ для профессионального перевода различных сшитых материалов в электронный вид. Цветной планетарный сканер предназначен для удобной и быстрой оцифровки книг, журналов и каталогов, газет, различного рода скрепленных документов, ветхих и нестандартных сшитых материалов. Сканер позволяет получать электронные образы оригиналов высокого качества. Встроенные в планетарный сканер передовые технологии глубокого автофокуса позволяют оцифровывать оригиналы с высоким качеством, независимо от их толщины, формата и степени ветхости. Бесконтактный способ сканирования позволяет избежать возможности нанесения вреда оригиналу в процессе оцифровки. При сканировании в черно-белом режиме планетарный сканер обеспечивает динамическую бинаризацию изображения с максимальным сохранением деталей документа и аппаратную компрессию выходных данных, преобразуя их в стандартный промышленный формат. При сканировании в полутоновом режиме (256 градаций серого) или цветном реализована возможность выбора форматов сохранения файлов. Цветной и полутоновый режимы оцифровки обеспечивают фотографическое качество отсканированного образа. Таким образом, получаемые файлы адекватны задачам архивирования и автораспознавания даже поврежденных и малоконтрастных оригиналов. Сканирующий узел и специальное программное обеспечение позволяют оперативно создавать высококачественные копии различных оригиналов с минимальным участием оператора. Поставляемое вместе со сканером программное обеспечение позволяет производить пакетное сканирование и обработку изображений для дальнейшего использования в системах документооборота. Сканер может использоваться в качестве копира - работая непосредственно с лазерным принтером для прямой печати копии отсканированного документа.

Слайд сканер

Слайдовые сканеры предназначены для сканирования прозрачных оригиналов -- слайдов, пленок и диапозитивов. В комплект поставки большинства моделей слайд-сканеров входит одна или несколько рамок, в которые устанавливаются слайды различных размеров и типов, а также фрагменты пленок. Благодаря возможности пакетного сканирования можно без вмешательства оператора производить оцифровку слайдов пакетами по 50 штук. Главное преимущество слайд-сканеров - большое оптическое разрешение: даже самые дешевые имеют разрешение не ниже 2000ppi.

Сканер штрих - кода

Сканеры штрих-кода - устройства, которые позволяют считывать информацию с маркировки товара в виде штрих-кода и передавать ее в компьютер.

3D сканер

3D лазерный сканер предназначен для получения объемной 3D модели (математической компьютерной модели), путём сканирования лазерным лучом по прототипу изделия. Благотворя тому что прототип может быть из любого материала ( гипс, глина, пенопласт, пластилин, дерево, МДФ, метал, и всё остальное), 3D лазерный сканер все больше используется в деревообработке, как способ получения программ на сложные изделия для фрезерных станков с ЧПУ. Это создание копий изделий ручной работы, старинных изделий, элементов мебели с высокохудожественной резьбой, барельефов, панно, художественного литья, элементов отделки интерьеров и многого другого.

Все больше растет популярность сканеров для домашнего и офисного пользования. Каждый, кто представляет, сколь разнообразно применение современных технологий ввода изображений, понимает, как может расширить его возможности сканер.

4. Описание работы планшетного сканера

Планшетные сканеры, или сканеры плоскостного типа, используются для ввода графики и текста с носителей формата А4 или A3. В планшетных сканерах оригинал располагается на его рабочей поверхности неподвижно. Освещение оригинала производится стабилизированным по интенсивности источником, в качестве которого используют лампы с холодным катодом или флуоресцентные лампы. В качестве фотоприемника обычно используют прибор с зарядовой связью (ПЗС). Лампа, ПЗС и оптическая система, направляющая на ПЗС световой поток, отраженный от оригинала, находятся на одной каретке и с помощью шагового механизма перемещаются вдоль оригинала. В планшетных сканерах микродатчики ПЗС размещаются на кристалле в одну линию (для трехпроходного сканирования) или в три линии (для однопроходного сканирования). Такая конфигурация позволяет устройству производить выборку всей ширины исходного аналогового изображения и записывать его как полную строку. Каждый раз, когда ПЗС производит выборку строки исходного изображения, он передает заряды (пропорциональные аналоговому значению градации яркости) на АЦП, преобразующие их в двоичные данные. После этого ПЗС очищается и готов к получению электрических зарядов со следующей строки изображения. В современных сканерах этот процесс занимает малую долю секунды.

Наиболее важным компонентом планшетного сканера является светочувствительный элемент - CIS или CCD-матрица. Она закрепляется в перемещаемой каретке, вместе с оптической системой и источником света. При сканировании, свет от источника ( 1) попадает на сканируемую поверхность, отражается от нее, и с помощью системы зеркал (2) и линзы (3) попадает на сенсоры матрицы (4), где преобразуется в серию электронных сигналов.

Размещено на Allbest.ru