Особенности технологий сканирования CCD и CIS. Схемы этих технологий и их сравнительная характеристика

Практическая работа

«Подключение сканера к компьютеру и основные приемы работы

По сканированию и распознаванию различных видов изображений с оригинала с помощью программы FineReader»

Назначение, классификация сканеров и область их применения

Сканер (англ. scanner, от scan «пристально разглядывать, рассматривать») — это устройство, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием.

Ска́нер (англ. scanner) — устройство, выполняющее считывание расположенного на плоском носителе (чаще всего бумаге) изображения для передачи информации на расстояние или для преобразования его в цифровой формат.

Во время сканирования при помощи АЦП создаётся цифровое описание изображения внешнего для ЭВМ образа объекта, которое затем передаётся посредством системы ввода-вывода в ЭВМ.

Бывают ручные, рулонные (англ. Sheet-Feed), планшетные и проекционные сканеры. Разновидностью проекционных сканеров являются слайд-сканеры, предназначенные для сканирования фотоплёнок. В высококачественной полиграфии применяются барабанные сканеры, в которых в качестве светочувствительного элемента используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).

Принцип работы однопроходного планшетного сканера состоит в том, что вдоль сканируемого изображения, расположенного на прозрачном неподвижном стекле, движется сканирующая каретка с источником света. Отражённый свет через оптическую систему сканера (состоящую из объектива и зеркал или призмы) попадает на 3 расположенных параллельно друг другу фоточувствительных полупроводниковых элемента на основе ПЗС, каждый из которых принимает информацию о компонентах изображения.

Сканер изображений — устройство, выполняющее преобразование изображений в цифровой формат.

Ручной сканер — портативная разновидность сканера.

Сканер штрих-кода — устройство для считывания информации, представленной в виде штрих-кода.

Сканер киноплёнки — устройство для преобразования изображения на киноплёнке в цифровые файлы высокого разрешения.

3D-сканер — устройство для считывания формы объёмного объекта.

Биометрические сканеры используются для целей идентификации личности; например:

Сканер сетчатки глаза считывает рисунок сетчатки глаза;

Сканер отпечатка пальца считывает папиллярный рисунок подушечки пальца руки.

Сканер портов — программный инструмент в области сетевых технологий.

Сканеры уязвимостей — программные или аппаратные средства для диагностики сетевых компьютеров на предмет возможных проблем в системе безопасности.

Сканер в программировании — часть компилятора, осуществляющая лексический анализ.

Сканирующий радиоприёмник — радиоприёмник, осуществляющий поиск радиопередачи на заданных частотах или в заданном диапазоне.

Сканер (телепередача) — познавательная телепередача, состоящая из нескольких кратких сюжетов.

Сканеры применяют для ввода в компьютер рисунков, которые сразу же можно обрабатывать в графическом редакторе. Сканеры лучше вводят плоское изображение в компьютер, чем цифровые камеры.

В чем заключается процесс сканирования (схема)

Процесс сканирования

Процесс сканирования происходит следующим образом.
Документ кладут на стеклянный планшет и накрывают крышкой сканера. Внутренняя сторона крышки, как правило, белая, хотя в некоторых моделях бывает и черная. Крышка служит универсальным фоном, позволяющим определить размер сканируемого документа. Большинство планшетных сканеров позволяет снимать крышку при сканировании громоздких объектов – например, толстых книжек.

Документ подсвечивается лампой. В современных моделях используются ксеноновые лампы или флуоресцентные с холодным катодом. В старых сканерах встречаются стандартные флуоресцентные лампы.
Считывающая головка медленно движется вдоль документа на приводном ремне, соединенном с шаговым двигателем. Головку сканера образует целый механизм: зеркала, линза, фильтр и блок приборов с зарядовой связью. Для предотвращения колебаний при проходе головка закреплена на стержне стабилизатора. Проход – это полное однократное сканирование всего документа.
Изображение документа отражается одним угловым зеркалом на другое. В одних сканерах предусмотрено два зеркала, в других – три. Все зеркала слегка изогнуты, чтобы отражаемое изображение фокусировалось на меньшей площади.
Последнее зеркало отражает изображение на линзу, а та с помощью фильтра фокусирует изображение на блоке CCD.
Конкретное количество и расположение фильтров и линз зависит от модели сканера. В некоторых сканерах используется метод троекратного прохода. При каждом проходе изображение пропускается через разные цветовые фильтры (красный, зеленый, синий), а затем программное обеспечение сканера объединяет три отфильтрованных изображения в одно полноцветное.
Большинство современных моделей сканирует документы в один проход. Линза разбивает изображение на три уменьшенных копии, каждая из которых проходит через цветовой фильтр (красный, зеленый или синий) и попадает на один из секторов блока CCD. Затем сканер объединяет данные с трех секторов блока и генерирует единое полноцветное изображение.
Другая технология, которая широко применяется в недорогих планшетных сканерах, – это контактные датчики изображения (CIS). Эта технология предусматривает использование нескольких рядов красных, зеленых и синих светодиодов (LED) вместо лампы, линзы зеркал, фильтров и блока CCD. Механизм состоит из 300–600 контактных датчиков изображения, расположенных по всей ширине зоны сканирования, очень близко к стеклянному планшету. При сканировании цветные лучи светодиодов смешиваются, образуя белый свет, а датчики захватывают подсвеченное изображение. Сканеры CIS намного дешевле, легче и тоньше моделей CCD, но обеспечивают невысокое качество и разрешение изображения.

Особенности технологий сканирования CCD и CIS. Схемы этих технологий и их сравнительная характеристика

ПЗС-ма́трица (сокр. от «прибор с зарядовой связью») или CCD-ма́трица (сокр. от англ. CCD, «Charge-Coupled Device») — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительныхфотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью.

ПЗС-матрицы выпускаются и активно используются компаниями Nikon, Canon, Sony, Fujitsu, Kodak, Matsushita, Philipsи многими другими. В России ПЗС-матрицы сегодня разрабатывают и выпускают: ОАО «ЦНИИ „Электрон“» Санкт-Петербург и его дочернее предприятие ЗАО «НПП „Элар“» Санкт-Петербург, а также ОАО «НПП „Пульсар“» Москва.

ПЗС-матрица состоит из поликремния, отделённого от кремниевой подложки, у которой при подаче напряжения через поликремневые затворы изменяются электрические потенциалы вблизи электродов.

До экспонирования обычно подачей определённой комбинации напряжений на электроды происходит сброс всех ранее образовавшихся зарядов и приведение всех элементов в идентичное состояние.

Далее комбинация напряжений на электродах создаёт потенциальную яму, в которой могут накапливаться электроны, образовавшиеся в данном пикселе матрицы в результате воздействия света при экспонировании. Чем интенсивнее световой поток во время экспозиции, тем больше накапливаетсяэлектронов в потенциальной яме, соответственно тем выше итоговый заряд данного пикселя.

После экспонирования последовательные изменения напряжения на электродах формируют в каждом пикселе и рядом с ним распределение потенциалов, которое приводит к перетеканию заряда в заданном направлении, к выходным элементам матрицы.

CIS (Contact Image Sensor, контактный датчик изображения) - 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.

Красным цветом выделены и зачеркнуты характеристики, которые к середине 2007 года утратили актуальность. Синим со знаком вопроса - характеристики, которые характерны не для всех моделей. Зеленым цветом - мой комментарий.

Что изменилось по состоянию на середину 2007-го года?

У CCD-сканеров существенно снизилась цена и в нижнем ценовом диапазоне есть модели у которых нет задержек при пакетном сканировании, связанных с прогревом лампы.

У CIS-сканеров увеличено разрешение до 2400x4800 dpi, правда пока только у более дорогих моделей, и у некоторых моделей появилась возможность работать со слайд-адаптерами.

Например компания Canon выпускает CIS-сканер CanoScan LiDE 80 - новую ведущую модель с функцией сканирования фотоплёнок, далее цитата с сайта Canon: "Это - первый в мире сканер с контактным датчиком изображения (Contact Image Sensor, или CIS) и функцией сканирования фотоплёнок, первый в мире CIS-сканер с разрешением 2400x4800 точек на дюйм и первый в мире CIS-сканер с применением технологии FARE (Автоматическое ретуширование и улучшение изображений на плёнке). Сочетание всех этих технологических достижений в столь компактной модели - толщиной всего 38 мм...". Розничная цена на него по состоянию на лето 2007-го года чуть меньше 180 у.е.

Для сравнения цена подопытного CIS-сканера Mustek Be@rPaw 1200CU Plus около 45 у.е., а цена подопытного CCD-сканера Epson Perfection 1270 около 65 у.е.

Выбор сканера для домашнего сканирования книг (IMHO)

Для сканирования большинства книг важна в первую очередь скорость при хорошем качестве.

Именно поэтому для сканирования книг без сложных иллюстраций выбираю разрешение 300dpi.

CCD-сканер, на мой взгляд, обеспечивает наилучшие качество и скорость сканирования.

При выборе модели нужно обратить особое внимание на время полного цикла сканирования, которое сильно зависит от способа прогрева лампы и интерфейса передачи данных на компьютер.

Преимущества CIS-сканера не имеют отношения к качеству получаемого изображения и относятся к потребительским характеристикам, которые могут быть востребованы только в случае, когда возникла необходимость сканировать в читальном зале на ноутбук и нет возможности подключиться к электросети.

4. Основные технические характеристики и параметры сканеров (таблица современных моделей сканеров)

Разрешение по X Этот параметр показывает количество пикселей у фоточувствительной линейки, из которых формируется изображение. Разрешение является одной из основных характеристик сканера. Большинство моделей имеет оптическое разрешение сканера 600 или 1200 dpi (точек на дюйм). Его достаточно для получения качественной копии. Для профессиональной работы с изображением необходимо более высокое разрешение.

Разрешение по Y Этот параметр определяется величиной хода шагового двигателя и точностью работы механики. Механическое разрешение сканера значительно выше оптического разрешения фотолинейки. Именно оптическое разрешение линейки фотоэлементов будет определять общее качество отсканированного изображения.

Скорость сканирования Скорость сканирования зависит от разрешения при сканировании и от размера оригинала. Обычно производители указывают этот параметр для формата А4. Скорость сканирования может измеряться количеством страниц в минуту или временем, необходимым для сканирования одной страницы. Иногда измеряется в количестве сканируемых линий в секунду.

Глубина цвета как правило, производители указывают два значения для глубины цвета - внутреннюю глубину и внешнюю.

Внутренняя глубина - это разрядность АЦП (аналого-цифрового преобразователя) сканера, она указывает на то, сколько цветов сканер способен различить в принципе.

Внешняя глубина - это количество цветов, которое сканер может передать компьютеру. Большинство моделей используют для цветопередачи 24 бита (по 8 на каждый цвет). Для стандартных задач в офисе и дома этого вполне достаточно. Но если вы собираетесь использовать сканер, для серьезной работы с графикой, попробуйте найти модель с большим числом разрядов.

Максимальная оптическая плотность Максимальная оптическая плотность у сканера - это оптическая плотность оригинала, которую сканер отличает от 'полной темноты'. Чем больше это значение, тем больше чувствительность сканера и тем выше качество сканирования темных изображений. Тип источника света Ксеноновые лампы отличаются малым временем прогрева, долгим сроком службы и небольшими размерами. Флуоресцентные лампы с холодным катодом дешевы в производстве и имеют долгий срок службы. Светодиоды (LED) обладают малыми размерами, низким энергопотреблением и не требуют времени для прогрева. Но по качеству цветопередачи LED-сканеры уступают сканерам с флуоресцентными и ксеноновыми лампами.

Подключение сканера к ПК

Данные результатов сканирования в цифровой форме передаются от сканера в компьютер для последующей обработки и/или хранения в виде файлов. Сканеры могут подключаться к компьютеру различными способами. Иначе говоря, они могут иметь различный аппаратный интерфейс.

Одним из наиболее распространенных является SCSI-интерфейс. Он обеспечивается специальной платой (адаптером, картой), вставляемой в разъем (слот) расширения на материнской плате компьютера. К этой плате можно подключать не только сканер с SCSI-интерфейсом, но и другие устройства (например, жесткие диски). Так что, SCSI-интерфейс обеспечивается отдельным устройством, которое уже, возможно, имеется на вашем компьютере. Почти все планшетные сканеры с SCSI-интерфейсом комплектуются усеченной модификацией SCSI-платы, к которой можно подключить только сканер. Таким образом, если на вашем компьютере нет SCSI-адаптера, но есть свободный подходящий слот на материнской плате, то с подключением сканера не возникнет принципиальных проблем. SCSI-интерфейс надежен и обеспечивает быструю передачу данных. Однако может потребоваться установка платы. Для этого следует при выключенном питании компьютера снять кожух системного блока компьютера и установить в один из свободных и подходящих разъемов интерфейсную плату. Подробности вполне понятно описаны в руководстве к сканеру.

Кроме того, есть планшетные сканеры, имеющие собственную интерфейсную плату, которая помимо передачи данных обеспечивает электрическое питание сканера от системного блока компьютера. При этом питание на сканер будет подаваться только при запуске программы сканирования. Следует иметь в виду, что интерфейсная плата сканера может подходить к ISA-слоту или к PCI-слоту материнской платы компьютера. Поэтому прежде чем выбрать такой сканер, следует выяснить, имеется ли в вашем компьютере свободный подходящий слот.

Если вам часто приходится перемещать сканер, подключая его то к одному, то к другому компьютеру, то описанные выше способы могут показаться неудобными: каждый раз необходимо выключить компьютер, снять крышку, вынуть или установить интерфейсную плату. С другой стороны, все эти хлопоты при соответствующей сноровке требуют всего лишь 5 - 10 минут.

Есть сканеры, подключаемые к USB-порту (к универсальной последовательной шине) компьютера. Это — наиболее удобный и быстрый интерфейс, не требующий установки платы в системный блок, а иногда даже выключения компьютера. USB-порт обеспечивает не только обмен данными между компьютером и подключенным к нему внешним устройством, но и питание этого устройства от системного блока питания. Однако это справедливо не для всех устройств. Некоторые из них снабжены своими блоками питания и тогда, как правило, при соединении их кабелем с компьютером последний приходится выключать. В любом случае перед подключением сканера к USB-порту следует узнать из прилагаемого руководства, как именно это делается. Кроме того, нужно иметь в виду, что USB-порты отсутствуют на старых моделях компьютеров (первых Pentium и более ранних).

Многие модели планшетных сканеров подключаются к параллельному порту (LPT) компьютера, к которому обычно подключается принтер. В этом случае сканер подключается через кабель непосредственно к LPT-порту, а принтер — к дополнительному разъему на корпусе сканера. Этот интерфейс медленнее, чем описанные выше. Для подключения сканера к LPT-порту не требуется снимать крышку системного блока, но выключать компьютер на время этой операции все же необходимо.

Вообще говоря, сканеры с любым из рассмотренных выше интерфейсов могут использоваться для работы с графикой. Однако мы отдаем предпочтение интерфейсам SCSI и USB, исходя из соображений надежности, быстродействия и удобства эксплуатации.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: