Технические характеристики сканеров

Опубликовано в Периферия, Сканеры

Данная статья, а именно: технические характеристики сканеров станет интересной для тех посетителей нашего сайта, которые любят оперировать различными цифрами и оценивать оборудование главным образом на основе числовых данных.



На самом деле технические характеристики сканеров зачастую вообще никак не характеризуют уровень качества получаемых изображений. Стоит учитывать, что изображения одного и того же оригинала, полученные на двух моделях сканеров, номинально имеющих идентичный набор технических характеристик, но относящихся к различным ценовым категориям, будут существенно отличаться друг от друга.

Технические характеристики сканеров

Разрешающая способность

Разрешающая способность, или разрешение, — один из основных параметров, ис­пользуемых производителями для описания возможностей сканера. Наиболее распространенная единица измерения разрешающей способности сканеров — ко­личество пикселов на один дюйм (pixels per inch, ppi).

ПРИМЕЧАНИЕ

He следует путать ppi с более распространенной аббревиатурой dpi (dots per inch — количе­ство точек на дюйм). Последняя единица используется для измерения разрешающей спо­собности растровых печатающих устройств и имеет несколько иной смысл.



Различают оптическое и интерполированное разрешение. Величину оптического разрешения можно вычислить, разделив количество светочувствительных элемен­тов в сканирующей линейке на максимальную ширину области сканирования. Нетрудно посчитать, что количество светочувствительных элементов у сканера, имеющего оптическое разрешение 600 ppi и максимальную ширину области ска­нирования 8,5 дюйма (216 мм), должно составлять не менее 5100. Важно понимать, что оптическое разрешение — это частота дискретизации, только в данном случае отсчет идет не по времени, а по расстоянию.

Большинство современных недорогих планшетных сканеров имеют оптическое разрешение 1200,2400 ppi и даже более. Многие производители, стремясь привлечь покупателей, указывают в документации и на упаковке своих изделий двойное значение оптического разрешения (например, 1200 х 2400 ppi). Однако цифра 2400 для вертикальной оси означает не что иное, как сканирование с половинным вер­тикальным шагом и дальнейшей программной интерполяцией, так что в этом случае оптическое разрешение фактически все равно остается равным 1200 ppi.

Интерполированное разрешение — это повышение количества пикселов в отска­нированном изображении за счет программной обработки. Величина интерполи­рованного разрешения может во много раз превышать значение оптического раз­решения, однако следует помнить, что количество информации, полученной с оригинала, будет таким же, как и при сканировании с оптическим разрешением. Иными словами, повысить детальность изображения при сканировании с разре­шением, превышающим оптическое, не удастся.

Разрядность



Разрядность, или глубина цвета, определяет диапазон значений, которые может принимать цвет пиксела. Иначе говоря, чем больше разрядность при сканировании, тем большее количество оттенков может быть сохранено в полученном изображении. Например, при сканировании черно-белого изображения с разрядностью 8 бит мож­но получить 256 градаций серого (28 = 256), а используя 10 бит — уже 1024 градации (210 = 1024). Для цветных изображений возможны два варианта указываемой раз­рядности: количество бит на каждый из цветовых каналов (8, 12, 14 или 16 бит на канал) либо суммарное количество бит по всем каналам (24, 36,42 или 48 бит).

В настоящее время для хранения и передачи полноцветных изображений (например, фотографий) стандартом является 24-разрядный формат RGB. При сканировании цветных оригиналов с использованием модели RGB изображение формируется из трех цветовых каналов, на каждый из которых приходится по 8 бит. Таким образом, количество возможных оттенков составляет около 16,7 млн (224 = 16 777 216). Многие сканеры используют более высокую разрядность — 12 или 16 бит на цвет (соответственно 36 или 48 бит), однако для записи и дальнейшей обработки изо­бражений эта функция должна поддерживаться применяемым программным обес­печением; в противном случае полученное изображение все равно будет записано в файл с 24-битной разрядностью.

ВНИМАНИЕ

Более высокая разрядность далеко не всегда подразумевает более высокое качество изобра­жения. Указывая 36- или 48-битную глубину цвета в документации или рекламных мате­риалах, производители зачастую умалчивают о том, что часть битов используется для хра­нения служебной информации.

Динамический диапазон и максимальная оптическая плотность

Как известно, более темные участки изображения отражают меньшее количество падающего на них света, чем светлые. Величина оптической плотности показывает, насколько темным является данный участок изображения, иными словами, какая доля света поглощается, а какая отражается при попадании на него (в случае про­зрачного оригинала речь идет о доле света, прошедшего через данный участок).

Обычно оптическая плотность измеряется для некоего стандартного источника света, имеющего заранее определенный спектр.



Например, для участка оригинала, отражающего (или пропускающего) 15 % па­дающего на него света, величина оптической плотности составит log (1/0,15) = 0,8239. Разница между максимальным (D ) и минимальным (Dmin) значениями оптической плотности, которую способен различать светочувствительный элемент сканера, называется динамическим диапазоном.

Максимальное значение оптической плотности (соответствующее наиболее темным участкам изображения) на фотокарточках и оригиналах, отпечатанных типограф­ским способом, обычно лежит в пределах 1,8-2,0 D. Что касается фотопленки, то для нее величина максимальной оптической плотности нередко превышает 3,0 D.

Чтобы у читателей сложилось правильное представление о той пропасти, которая отделяет приведенные выше значения максимальной оптической плотности для прозрачных и непрозрачных оригиналов, произведем несложные вычисления. Оптическая плотность 2,0 D соответствует участку, отражающему (или пропус­кающему) 1 % падающего на него света, а 3,0 D — участку, отражающему (или пропускающему) всего 0,1 % света. Таким образом, для увеличения значения мак­симальной оптической плотности на 1 D (при сохранении того же уровня цифро­вого шума) нужно на порядок повысить чувствительность элементов сенсора.

Шум



Цифровой шум появляется в сканируемом изображении вследствие неидеальности конструкции электронных узлов сканера, в первую очередь — светочувствительных элементов и их цепей. К сожалению, производители сканеров практически никогда не указывают уровень цифрового шума в характеристиках выпускаемых изделий. Отчасти это объясняется тем, что на сегодняшний день пока не существует стан­дартизированной методики измерения данного параметра.

Применительно к отсканированным изображениям различают два вида цифрово­го шума — случайный и регулярный.

Случайный шум проявляется в виде «снега», гранулярности или хаотически рас­положенных инородных точек в изображении и возникает как вследствие неста­бильности работы полупроводниковых приборов (при изменении температуры и с течением времени), так и в результате вносимых электронными компонентами искажений. Наиболее заметен такой шум в темных областях изображения, посколь­ку при равном абсолютном уровне шума отношение «сигнал/шум» в них будет гораздо меньше, чем на светлых участках. Например, если при сканировании в восьмибитном режиме ошибка квантования составляет два младших бита (то есть ее абсолютное значение колеблется в пределах от 0 до 4), то при максимальном уровне считываемого сигнала отношение «сигнал/шум» составит 256/4 = 64, а бо­лее темной области со средним уровнем 60 будет гораздо хуже (60/4 = 15).

Для минимизации случайного шума перед сканированием выполняется процедура калибровки, во время которой измеряются пороговые значения и смещение базо­вого напряжения для каждого светочувствительного элемента.

Регулярный шум возникает вследствие перекрестных помех (наводимых с соседних светочувствительных элементов), кратковременных изменений величины базово­го напряжения в ПЗС-матрице, воздействия высокочастотных электрических полей, изменения яркости источника света и т. п. Регулярный шум, в отличие от случайного, очень хорошо заметен, поскольку проявляется в виде горизонтальных, вертикальных либо диагональных полос.

Технические характеристики сканеров: производительность



Производительность сканера складывается из трех параметров: времени прогрева источника света, времени предварительного сканирования и времени окончатель­ного сканирования.

Некоторые модели сканеров не нуждаются в прогреве и готовы к работе сразу после включения. Что касается устройств, оснащенных люминесцентными и га­зоразрядными лампами, то для выхода их на рабочий режим необходимо опреде­ленное время, обычно несколько десятков секунд. Поскольку в универсальных сканерах для работы с прозрачными и непрозрачными оригиналами обычно используются разные источники света, при каждом переключении соответству­ющих режимов устройство заново выполняет процедуру прогрева активируемой лампы.

Время окончательного сканирования для одной и той же модели сканера может варьироваться в широких пределах в зависимости от величины установленного в настройках разрешения и прочих параметров. Это стоит учитывать при сравнении параметров, заявленных в технических характеристиках сканеров от разных про­изводителей. Зачастую каждый производитель использует собственную методику для определения данной величины.

У универсальных моделей сканеров время сканирования прозрачного и непрозрач­ного оригиналов, имеющих одинаковый физический размер, может существенно различаться даже в том случае, если выбрана одна и та же разрешающая способ­ность. Дело в том, что у прозрачных оригиналов диапазон оптической плотности значительно шире, чем у непрозрачных. Соответственно, при сканировании про­зрачных оригиналов увеличивается время экспозиции, а следовательно, снижает­ся скорость сканирования.

Тип и размер оригиналов



Конструкция сканера накладывает определенные ограничения на тип и формат оригиналов, которые можно оцифровывать с помощью данного устройства. В пер­вую очередь следует обращать внимание на то, для работы с какими именно кате­гориями носителей предназначена та или иная модель. Сканер может поддерживать работу только с прозрачными либо только с непрозрачными оригиналами или с те­ми и другими.

Обычно в характеристиках сканера указывается максимальный (иногда, если существует такое ограничение, — и минимальный) размер сканируемого ориги­нала и сканируемой области (это не одно и то же!). Некоторые модели сканеров могут работать только с оригиналами строго определенных размеров: в этом случае в спецификации должен быть приведен перечень всех поддерживаемых форматов.

У универсальных сканеров допустимые форматы носителей и размеры сканиру­емой области для прозрачных и непрозрачных оригиналов часто различаются.

Интерфейс



В большинстве современных моделей сканеров низшей и средней ценовой кате­гории для подключения к ПК используется интерфейс USB 2.0. В ряде полупро­фессиональных и профессиональных моделей наряду с USB присутствует также интерфейс IEEE 1394 (FireWire). Широко использовавшийся ранее в сканиру­ющих устройствах интерфейс SCSI сдает свои позиции: сейчас им оснащаются только некоторые модели профессионального уровня (в частности, барабанные сканеры).