Сканеры и классификация сканеров

Posted in Периферия, Сканеры | Комментариев нет

В настоящее время выпускается и используется несколько принципиально отли­чающихся друг от друга классов сканеров. К наиболее важным признакам, по ко­торым можно судить о принадлежности сканера к тому или иному классу, отно­сятся:

1. способ монтажа и подачи оригиналов в тракт устройства;

2. метод считывания изображения (попиксельный, построчный или постранич­ный);

3. тип используемых источников света и светочувствительных элементов;

4. спектр поддерживаемых носителей.

На основе перечисленных признаков можно выделить несколько основных классов сканирующих устройств (список приведен с учетом степени их популярности):

1. планшетные;

2. слайд-сканеры;

3. протяжные;

4.      барабанные;

5. проекционные;

6. ручные.

Планшетные сканеры

Из всего многообразия представленных на рынке конструкций наиболее популяр­ными являются планшетные модели. Это легко объяснить, поскольку главным козырем устройств данного класса является необычайная универсальность: можно сканировать и фотографии, и отдельные листы, и страницы книг, и (при наличии некоторого опыта) небольшие объемные предметы, а во многих случа­ях — слайды и негативы.

Отличительной особенностью планшетных сканеров является наличие плоского прозрачного планшета (отсюда и произошло их название), на котором размещают­ся сканируемые оригиналы. Внутри корпуса сканера (под планшетом) расположе­на подвижная каретка, в которой находятся источник света, оптическая система и светочувствительные элементы. Непрозрачные оригиналы укладываются на внешнюю сторону планшета изображением вниз. Каретка в процессе сканирования перемещается вдоль плоскости планшета, построчно считывая изображение ори­гинала. Обычно каретка приводится в движение с помощью специального электро­двигателя, связанного с ней посредством тросиковой или ременной передачи.

При сканировании непрозрачных оригиналов свет от лампы, расположенной в карет­ке, сквозь стекло планшета падает на поверхность оригинала, отражается от него и, пройдя через систему редуцирующих (уменьшающих) линз и светофильтры, попадает на линейки светочувствительных элементов.

У большинства планшетных моделей предусмотрена верхняя крышка, закрыва­ющая планшет с размещенными на нем оригиналами. Крышка способствует более плотному контакту сканируемых материалов с поверхностью планшета, а также позволяет устранить фоновую засветку or работающих в помещении внешних осветительных приборов и дневного света. В большинстве моделей крышку можно приподнимать (в горизонтальном положении) на некоторое расстояние над по­верхностью корпуса или вообще снимать. Это может понадобиться при сканиро­вании оригиналов большой толщины (например, книг). Кроме того, в нерабочем состоянии закрытая крышка предохраняет поверхность планшета от попадания ныли и грязи.

В настоящее время наиболее распространенными являются модели с планшетом формата А4 (210 х 297 мм). Однако некоторые производители для обеспечения совместимости сканеров с оригиналами форматов Letter и Legal делают планшет немного шире — 216 х 297 мм.

ПРИМЕЧАНИЕ

В сегменте полупрофессиональных и профессиональных моделей представлен ряд моделей с удлиненным планшетом (216 х 356 мм). Выпускают сканеры и с планшетом формата A3 (297 х 420 мм), однако такие устройства ориентированы в основном на профессиональное использование и стоят довольно дорого.

Технология CIS

В цветных планшетных сканерах классической конструкции (их иногда обознача­ют аббревиатурой CCD) в качестве источников света обычно используются люми­несцентные лампы с горячим либо холодным катодом. Изображение оригинала, уменьшенное оптической системой, проецируется на три линейки светочувстви­тельных ПЗС-элемснтов, каждая из которых снабжена светофильтром, пропуска­ющим свет только одного из трех базовых цветов RGB — красного, зеленого или
синего. Иногда вместо светофильтров используется призматический элемент, разлагающий свет на спектральные составляющие.

В конце 1990-х годов была разработана и внедрена в ряде моделей альтернативная конструкция каретки для цветных планшетных сканеров, получившая название Contact Image Sensor (CIS). В качестве источника света в CIS-сканерах использу­ется массив светодиодов, которые с большой частотой поочередно излучают свет красного, зеленого и синего цвета. Благодаря этому отпадает необходимость в ис­пользовании трех линеек светочувствительных элементов и светофильтров. Счи­тывание сигнала трех цветовых каналов в CIS-сканерах производится последова­тельно одной и той же линейкой (состоящей из ПЗС- или КМОП-элементов). Еще одно важное отличие заключается в отсутствии у CIS-сканеров оптической систе­мы, уменьшающей изображение оригинала до размеров линейки светочувствитель­ных элементов. Физический размер линейки равен ширине сканируемой области, а светочувствительные элементы в ней расположены на некотором расстоянии друг от друга и снабжены микролинзами, фокусирующими световой поток в центре ячейки.

Благодаря отсутствию светофильтров и сложной в изготовлении (а значит, до­рогой) оптической системы, а также использованию лишь одной линейки свето­чувствительных элементов вместо трех себестоимость производства CIS-сканеров получается заметно ниже по сравнению с устройствами классической конструкции. Кроме того, CIS-сканеры можно делать более легкими и компактными. Светоди­одный источник света (в отличие от люминесцентных ламп) не требует времени для прогрева, благодаря чему такой сканер готов к работе сразу же после включения питания.

Замена люминесцентной лампы массивом светодиодов позволила значительно снизить количество потребляемой сканером энергии. Это дало возможность создать модели планшетных сканеров, не нуждающиеся в подключении внешне­го блока питания: необходимый для работы ток они получают от порта USB по кабелю.

Конечно, дешевизна и удобство CIS-сканеров имеют свою оборотную сторону. Несмотря на постоянное совершенствование конструкции моделей на базе CIS- технологии, по качеству получаемых изображений такие устройства пока уступают сканерам традиционной конструкции. Основная проблема заключается в том, что интенсивность светового потока, излучаемого светодиодами, значительно меньше, чем у компактных люминесцентных ламп. За это приходится расплачиваться уве­личением времени экспозиции (чтобы светочувствительные элементы смогли получить минимально необходимое для работы количество света), а следователь­но, и уменьшением скорости сканирования. По этой же причине уровень цифро­вого шума в получаемом изображении оказывается несколько выше, чем у план­шетных сканеров традиционной конструкции. Еще одним негативным моментом являются неидеальные спектральные характеристики светодиодов (что особенно актуально для голубого цвета), вследствие чего страдает точность цветопередачи. Из-за отсутствия оптической системы сканеры, построенные на базе CIS-техноло­гии, обладают очень малой глубиной резкости.

До недавнего времени CIS-сканеры позволяли работать только с непрозрачными оригиналами. Лишь несколько лет назад появились первые модели подобных устройств, в которых была реализована возможность сканирования прозрачных оригиналов.

На данный момент наибольших успехов в развитии сканеров на базе CIS-техноло- гии удалось добиться разработчикам компании Сапоп. Фирменная версия данной технологии называется LIDE (LED InDirect Exposure). Основным отличием LIDE от базовой технологии CIS является использование массива микролинз цилинд­рической формы и линейки светочувствительных элементов типа КМОП. Приме­нение технологии LIDE позволяет значительно снизить (по сравнению с обычны­ми CIS-устройствами) уровень цифрового шума в получаемых изображениях, а также увеличить скорость сканирования.

К настоящему времени разница в цене CIS-устройств и моделей традиционной конструкции стала уже практически незаметной. Таким образом, выбор в пользу CIS-модели может быть оправдан только в определенных случаях — например, когда сканер периодически эксплуатируется в мобильных условиях и не всегда есть возможность подключить блок питания к электросети. Кроме того, CIS-ска­неры хорошо подходят для некоторых областей применения, где качество получа­емых изображений не является критичным: скажем, когда устройство используется главным образом для ввода (с целью распознавания) текстов или готовых форм.

Работа с прозрачными оригиналами

Многие модели планшетных сканеров позволяют сканировать не только непро­зрачные, но и прозрачные оригиналы. Для реализации данной возможности в крыш­ке сканера устанавливается дополнительный источник света. Крышка с установ­ленным в ней источником света (ее часто называют слайд-модулем) может входить в комплект сканера либо поставляться в виде дополнительного аксессуара. В не­которых моделях сканеров дополнительный источник света для сканирования прозрачных оригиналов не встроен в крышку, а выполнен в виде отдельного моду­ля, устанавливаемого непосредственно на поверхность планшета. Подобное реше­ние имеет серьезные эксплуатационные недостатки и в настоящее время исполь­зуется довольно редко.

При переключении сканера в режим работы с прозрачными оригиналами основной источник света, расположенный в каретке, отключается. В процессе сканирования свет от дополнительного источника проходит сквозь оригинал и стекло планшета, а затем через систему редуцирующих линз и светофильтры попадает на линейки светочувствительных элементов.

В зависимости от модели встроенный в крышку сканера дополнительный источник света может быть выполнен неподвижным либо подвижным. В последнем случае лампа устанавливается на подвижной каретке, которая с помощью специального привода перемещается внутри крышки. При сканировании прозрачных оригиналов дополнительная лампа в крышке перемещается синхронно с основной кареткой сканера. В настоящее время в большинстве универсальных планшетных сканеров низшей, и средней ценовой категории для сканирования прозрачных оригиналов применяется неподвижный источник света.

У недорогих моделей планшетных сканеров максимальный размер области скани­рования прозрачных оригиналов обычно значительно меньше площади планшета. В большинстве случаев такие устройства позволяют сканировать небольшие от­резки 35-миллиметровой фотопленки (длиной от трех до шести кадров) и 35-мил­лиметровые слайды в пластиковых рамках. В более дорогих полупрофессиональных моделях предусмотрена возможность сканирования кадров фотопленки среднего (60 х 60 ... 60 х 90 мм) и большого (4 х 5, 4 х 6 дюймов) формата.

Для установки прозрачных оригиналов в планшет обычно используются специ­альные монтажные рамки, поставляемые в комплекте со сканером, В ряде совре­менных моделей имеется встроенное в крышку устройство для автоматической загрузки отрезков пленки.

В ряде моделей планшетных сканеров профессионального класса прозрачные оригиналы размещаются не в планшете, а закрепляются на специальной рамке, которая через технологическое отверстие загружается внутрь корпуса. Источник света для сканирования прозрачных оригиналов в этом случае расположен не в крышке сканера, а во внутренней части корпуса (под рамкой). Такое решение позволяет значительно улучшить качество изображений (особенно четкость) при сканировании прозрачных оригиналов с высоким разрешением за счет устранения негативного влияния стеклянного планшета.

Выбор разрешения

У многих пользователей, выбирающих или уже эксплуатирующих планшетный сканер, часто возникает вопрос о выборе разрешающей способности при сканиро­вании. У человека неискушенного может создаться впечатление, что с увеличени­ем разрешения соответствующим образом повышается качество изображения (четкость, детальность и пр.). Однако это не совсем так.

Любое изображение — будь то рисунок, фотография или отпечаток — содержит конечное количество полезной информации, и на определенном этапе повышение разрешающей способности позволит лишь более подробно рассмотреть структуру носителя (волокна бумаги, зерна эмульсионного слоя фотопленки и т. п.). Как показывает практика, в подавляющем большинстве случаев при сканировании непрозрачных оригиналов требуется разрешающая способность 300-600 ppi, а за­частую даже меньше.

Конечно, при наличии в сканере слайд-адаптера повышение разрешающей способ­ности является необходимым условием для нормальной работы с прозрачными оригиналами (главным образом — фотопленками). Ведь чтобы получить пригодное для печати изображение размером 10×15 см, кадр 35-миллиметровой пленки не­обходимо отсканировать с разрешением не менее 1200 ppi.

С другой стороны, при сканировании 35-миллиметровых фотопленок с разреше­нием 2400 ppi в получаемом изображении уже вполне отчетливо проявляется зернистая структура эмульсионного слоя пленки. Таким образом, дальнейшее увеличение разрешающей способности без применения специальных средств об­работки (сглаживания гранулярности) нецелесообразно.

При сканировании с высоким разрешением становится все более заметным и влия­ние стекла планшета, располагающегося между оригиналом и оптической системой. С точки зрения физики процесса стекло планшета представляет собой две отра­жающие поверхности, препятствующие нормальному прохождению световых лучей. При сканировании с разрешением порядка 300-600 ppi влияние стекла практиче­ски незаметно, однако уже при 1800—2000 ppi обусловленный его наличием нега­тивный эффект превращается в серьезную проблему — изображение становится мутным и для компенсации этого нежелательного явления приходится исполь­зовать программные фильтры повышения четкости.

СОВЕТ

Разумным максимумом для универсальных планшетных сканеров бюджетного класса явля­ется величина оптического разрешения в пределах 2000—2400 ppi. Использование устройств с более высокой разрешающей способностью в силу объективных причин не позволит до­стичь заметного увеличения четкости и детальности сканируемых изображений.

Дополнительные аппаратные модули

Функциональные возможности многих моделей планшетных сканеров можно расширить посредством подключения дополнительных аппаратных модулей. В за­висимости от варианта комплектации указанные модули могут либо входить в комплект поставки, либо их необходимо приобретать отдельно.

Одним из наиболее распространенных дополнений для недорогих моделей план­шетных сканеров, в стандартной комплектации позволяющих работать лишь с не­прозрачными оригиналами, является слайд-адаптер.

Для высокопроизводительных офисных моделей выпускаются устройства автома­тической подачи оригиналов (Auto Document Feeder, ADF). Использо­вание такого устройства позволяет максимально быстро и с минимальными уси­лиями обработать большое количество документов. Правда, работает оно только с документами, представленными в виде отдельных листов.

Экзотические конструкции

С момента появления первых моделей настольных планшетных сканеров компо­новка этих устройств оставалась практически неизменной. Менялся цвет корпу­са, уменьшалась его высота, появлялись кнопки быстрого вызова приложений, сменные накладки на крышку и прочие украшательства. Такое положение сохра­нялось до второй половины 2003 года, когда компания HP выпустила сканер Scanjet 4670, буквально перевернувший представления о дизайне подобных устройств.

Прежде всего удивляет необычайно малая (для устройств с кареткой традиционной конструкции) толщина этого устройства — всего 19 мм. При этом, как и положено, в каретке присутствуют все необходимые элементы: люминесцентная лампа с хо­лодным катодом, система линз, светофильтры и три ПЗС-линейки. Но еще большее удивление способна вызвать компоновка корпуса этого сканера. У Scanjet 4670 прозрачной сделана не только плоскость планшета, но и противоположная сторо­на корпуса. Благодаря этому можно не только разместить оригинал на планшете, уложив его сверху, но и поступить наоборот: положить сканер на оригинал. В этом случае можно сразу увидеть, как именно сканируемый документ расположен на планшете, не прибегая к предварительному сканированию.

Возможность положить сканер поверх оригинала значительно упрощает процесс ввода изображений с оригиналов большого формата: газет, карт, схем и пр. Кроме того, с помощью такого сканера при необходимости можно отсканировать висящую на стене картину или плакат.

Слайд-сканеры

В отличие от планшетных моделей, слайд-сканеры являются узкоспециализиро­ванными устройствами, применяемыми исключительно для работы с прозрачными оригиналами. Перед началом сканирова­ния оригиналы загружаются внутрь корпуса сканера и располагаются между источником света и массивом светочувствительных элементов, закрепленных на подвижных каретках. В процессе сканирования ка­ретки синхронно перемещаются вдоль плоскости оригинала. Свет от источника проходит сквозь ори­гинал и через оптическую систему попадает на ли­нейки светочувствительных элементов.

В качестве источника света в слайд-сканерах при­меняются линейки светодиодов либо люминесцент­ные лампы с холодным катодом. При использова­нии светодиодного источника света считывание изображения производится одной линейкой свето­чувствительных ПЗС-элементов. В моделях, осна­щенных люминесцентной лампой, используются три линейки светочувствительных элементов, каж­дая из которых снабжена светофильтром.

Класс (и соответственно цена) слайд-сканера в зна­чительной степени зависит от максимального фор­мата и разнообразия типов поддерживаемых оригиналов, наличия системы авто­матической ретуши и ее версии  и, разумеется, производительности. Величина разрешающей способности современных моделей слайд-сканеров в за­висимости от принадлежности к тому или иному классу может варьироваться от 2400 до 4800 ppi.

Самые недорогие модели слайд-сканеров рассчитаны на работу с позитивной и не­гативной фотопленкой, а также слайдами 35-миллиметрового формата. Обычно в этих устройствах предусмотрена возможность загрузки небольших отрезков пленки или нескольких слайдов в рамке. Подобные модели не оснащаются систе­мами автоматической ретуши изображений и обладают довольно низкой произво­дительностью.

Принципиальное отличие более дорогих моделей заключается в наличии системы автоматической ретуши и коррекции изображений, возможности автоматической загрузки рулонов пленки и сканирования с более высокой скоростью.

Стоит отметить, что даже самые недорогие слайд-сканеры по качеству получаемых изображений значительно превосходят полупрофессиональные планшетные мо­дели. Если взять один и тот же кадр и поочередно отсканировать его с одним и тем же разрешением на планшетном и слайд-сканере, то изображение, полученное на последнем, будет выгодно отличаться более высокой четкостью и детальностью, а также более низким уровнем цифрового шума.

Барабанные сканеры

Конструкция барабанных сканеров рассчитана на работу как с прозрачными, так и с непрозрачными оригиналами. Сканируемые оригиналы с помощью липкой ленты закрепляются на внешней поверхности съемного цилиндрического элемен­та (барабана), изготовленного из прозрачного материала. Чтобы обес­печить плотное прилегание оригиналов к поверхности барабана, применяется специальный монтажный станок.

Класс (и соответственно цена) слайд-сканера в зна­чительной степени зависит от максимального фор­мата и разнообразия типов поддерживаемых оригиналов, наличия системы авто­матической ретуши и ее версии (см. далее) и, разумеется, производительности. Величина разрешающей способности современных моделей слайд-сканеров в за­висимости от принадлежности к тому или иному классу может варьироваться от 2400 до 4800 ppi.

Самые недорогие модели слайд-сканеров рассчитаны на работу с позитивной и не­гативной фотопленкой, а также слайдами 35-миллиметрового формата. Обычно в этих устройствах предусмотрена возможность загрузки небольших отрезков пленки или нескольких слайдов в рамке. Подобные модели не оснащаются систе­мами автоматической ретуши изображений и обладают довольно низкой произво­дительностью.

Принципиальное отличие более дорогих моделей заключается в наличии системы автоматической ретуши и коррекции изображений, возможности автоматической загрузки рулонов пленки и сканирования с более высокой скоростью.

Стоит отметить, что даже самые недорогие слайд-сканеры по качеству получаемых изображений значительно превосходят полупрофессиональные планшетные мо­дели. Если взять один и тот же кадр и поочередно отсканировать его с одним и тем же разрешением на планшетном и слайд-сканере, то изображение, полученное на последнем, будет выгодно отличаться более высокой четкостью и детальностью, а также более низким уровнем цифрового шума.

Максимальный размер области сканирования барабанных сканеров ограничен площадью внешней поверхности прозрачного корпуса барабана.

К сожалению, барабанные сканеры недоступны для массовых пользователей в си­лу очень высокой стоимости (порядка $10 ООО и выше). Кроме того, это довольно громоздкие и тяжелые устройства, эксплуатация которых требует специальной теоретической подготовки и определенных практических навыков. В настоящее время барабанные сканеры используются главным образом в средних и крупных полиграфических компаниях, издательствах, типографиях и пресс-бюро.

Протяжные сканеры

Протяжные сканеры являются одними из наиболее простых и дешевых устройств, используемых для оцифровки непрозрачных оригиналов. В протяжных сканерах источник света, оптическая система и массив светочувствительных элементов являются неподвижными. В процессе сканирования оригинал посредством специ­ального привода (валиков) с постоянной скоростью перемещается через тракт подачи в направлении, перпендикулярном линии расположения светочувствитель­ных элементов. Считывание изображения производится построчно.

В протяжных сканерах используются линейки светодиодов либо люминесцент­ные лампы с холодным катодом, а также массивы светочувствительных ПЗС- элементов.

Некоторые модели протяжных сканеров оснащаются механизмом автоматической подачи — это позволяет загружать в лоток сразу стопку листов и сканировать их в пакетном режиме. Максимальная ширина сканируемых документов ограничена шириной тракта подачи носителей. Что касается длины, то аппаратных ограничений на этот параметр у протяжных сканеров нет (теоретически можно сканировать и рулон). Однако на практике ограничение на максимальную длину накладывает­ся возможностями используемого для работы со сканером ПО.

В настоящее время протяжные сканеры, выполненные в виде отдельных устройств, можно встретить довольно редко. Дело в том, что разница в цене между планшет­ными и протяжными моделями не очень существенна — при том, что функциональ­ность последних весьма ограниченна. В частности, протяжные сканеры не позво­ляют сканировать сброшюрованные издания (книги, буклеты), а также фрагменты оригиналов большого формата (карт, схем, постеров).

Протяжные сканирующие модули применяются во многих факсимильных аппа­ратах и в недорогих моделях МФУ.