Принципы работы сканеров

Сканер изображений — это устройство, которое создает цифровое представление плоского носителя. В статье будут рассмотрены назначение и принцип работы сканеров следующих видов:

  • Планшетные — сканируют документ, расположенный на полотне и закрытый крышкой;
  • Рулонные — протягивают документ через себя;
  • Для штрих-кодов — передают штрих-код в кассовую аппаратуру;
  • Пленочные — оцифровывают негативы;
  • Барабанные — раскручивают документ на цилиндре.

Некоторые клиенты сканируют свои архивы для их реставрации и сохранения. Восстановленные изображения можно распечатать на полиграфическом предприятии «ВИННЕР». На сайте winnerprint.ru находится информация об услугах и ценах.

Планшетные

Планшетный сканер

Основная доля рынка сканеров приходится на планшетные аппараты. Очень часто они сочетаются с принтером в так называемых МФУ — многофункциональных устройствах. Принцип работы сканеров этого типа достаточно прост. Они имеют стеклянное полотно для размещения исходника. Под ним устроена головка, плавно перемещающаяся под стеклом.

Чтобы избежать движения «впустую», головка возвращается в стартовое положение при определении конца листа. Поэтому на обрамлении отсека указывается угол, к которому следует прикладывать объект, и маркировки для размеров бумаги.

Сканирующая головка конструктивно состоит из:

  • освещающей лампы;
  • зеркала и объектива;
  • сенсора, «считывающего» информацию.

Во время процесса аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует сигнал в сетку пикселей — точек, выражающих тот или иной элемент и представляющих картинку.

Рулонные

В отличие от «планшетников», передвигающих головку под документом, рулонные сканеры протягивают его по аналогии с традиционными факс-машинами. Такой форм-фактор подходит для крупноформатного сканирования.

Для штрих-кодов

Такие сканеры применяются в торговых организациях для идентификации позиций при продаже товаров и их складировании. Принцип работы сканеров штрих-кодов кратко заключается в распознавании аутентичности кода, распечатанного на специальном принтере.

Их основные виды:

  • светодиодные — недороги и надежны, но требуют прямого контакта, относительно медленны;
  • лазерные — быстрее и считывают с большего расстояния. Их недостатки — более высокая цена и чувствительность к падениям;
  • image-сканеры — самая дорогая разновидность. Они вместо считывания кода фотографируют его, затем код распознается программно.

Обычно все они имеют наручный форм-фактор для прикладывания к коробкам, но встречаются и стационарные варианты.

Пленочные

Несмотря на распространенность цифровой фотографии, некоторые фотолюбители желают оцифровать старые негативы или же предпочитают снимать на пленку по сей день. Для этой цели есть пленочные сканеры.

Некоторые планшетные аппараты поддерживают пленку, но их способностей не всегда хватает из-за того, что негативы значительно «плотнее» по сравнению с распечатками. Для краткого примера: эквивалент 35мм пленки — 20-25 мегапикселей, а для печати на фотобумаге A4 рекомендуется 6-8 Мп. Модели начального уровня принимают 35мм слайды, а в профессиональных аппаратах предусмотрены пластины для более крупных форматов.

Барабанные

Барабанный сканер

Первый в истории цифровой сканер был создан в 1957 году в Национальном институте стандартов и технологий США. С его помощью был отсканирован небольшой портрет в 176×176 пикселей. Он использовал барабан, в котором прокручивался загруженный лист.

Сейчас «барабанная» технология считается устаревшей из-за дороговизны, медлительности, громоздкости и воздействия на оригинал. Но ее лучшие образцы по сей день обеспечивают превосходное качество. Устройство и принципы работы барабанных сканеров практически не изменились со временем. Барабан может размещаться горизонтально, вертикально или наклонно. В нем оригинал освещается и раскручивается с большой скоростью, а оптика направляет красный, синий и зеленый цвет на трубку или трубки фотоэлектронного умножителя. Соответственно, если она одна, то делаются три прохода для каждого светового потока, результаты которых затем объединяются.

Аспекты сканирования

Полученные данные проходят внутреннюю обработку для корректировки выдержки, затем результат, в зависимости от выбранной функции:

  • автоматически печатается, если на МФУ было запущено копирование;
  • сохраняется самим МФУ на флеш-накопителе или карте памяти;
  • отправляется на компьютер для дальнейшей обработки.

Качество во многом зависит от состояния сканируемого материала. Попытки восстановить обветшалые источники регулярно ведут к плохим результатам вне зависимости от технических характеристик. В таких ситуациях требуется тщательное восстановление.

Иногда вместо сканеров используются фотоаппараты. По сравнению со сканами, фотографии гораздо сильнее подвержены разнообразным внешним факторам — освещению, тряске, оптическим искажениям, ошибкам фокусировки и так далее. В связи с этим они требуют большей аккуратности и гораздо чаще нуждаются в ретуши.

Соединение

Для подключения к компьютеру есть:

  • USB – стандарт, используемый для разных периферийных устройств. На практике чаще всего задействуется USB 2.0, хотя уже многие годы внедряются более новые версии;
  • Ethernet, Wi-Fi – поддерживаются далеко не всеми моделями, предназначены для доступа в рамках локальной сети;
  • FireWire (IEEE 1394) – раннее являлся ведущим конкурентом USB, сейчас встречается все реже.

До распространения USB в начале 2000-х использовались параллельные, GPIB- и SCSI-порты.

Прикладные интерфейсы

Для того, чтобы «доставить» скан к компьютерному приложению, применяются эти посредники между приложениями и драйвером. Самые распространенные из них:

  • TWAIN (обратная аббревиатура, слово из «Баллады о востоке и западе») – наиболее развитый и универсальный. Уже существует TWAIN Direct, позволяющий обходиться без специализированных драйверов;
  • SANE (Scanner Access Now Easy, «теперь доступ к сканированию прост») – открытый аналог, чаще всего используется на Linux-системах. Поддерживает большинство устройств за счет встроенной библиотеки;
  • WIA (Windows Image Acquisition, «служба загрузки изображений Windows») – проприетарный протокол от Microsoft. Активно применяется в Windows-системах наравне с TWAIN.

Разрешение

Одна из главных характеристик, измеряемая в точках на дюйм. Зачастую производители в маркетинговых целях указывают интерполированное значение, получаемое программным путем. Интерполяция легко осуществляется с любым растровым файлом и бессмысленна на практике.

Эффективное разрешение — способность различать определенное количество линий на единице площади исходного материала — измеряется с помощью тестовой таблицы. Этот показатель зависит не только от сенсора, но и от оптики.

Сканирование с максимальным разрешением очень длительно, приводит к громоздкому файлу и имеет смысл, если необходимо представление мельчайших деталей. Поэтому для повседневных задач следует выбирать более низкую настройку. Обычно достаточно 250-300 ppi (пикселей на квадратный дюйм), для фотораспечаток рекомендуется не менее 800 ppi.

Для текстов и прочих исходников, которые не планируется обрабатывать, вполне достаточно сжатого JPEG-файла. В тех случаях, когда предполагается ретушь, лучше задействовать несжатые форматы — TIFF, PNG.

Глубина цвета

Глубина цвета — это число битов (единиц, принимающих значение 0 или 1), применяемых для выражения пикселя. Современные аппараты используют не менее чем 24 бита — это нужно для «настоящего цвета», от англ. «true color». Премиальные модели могут применять 36-48 битов.

Динамический диапазон

Еще один важный параметр — это динамический диапазон. Он выражает разницу между темнейшей (Dmin) и светлейшей (Dmax) распознаваемой сканером областью.

У любого исходника имеется оптическая плотность — степень отражения направленного на него света. Примеры:

  • 0D – белый непрозрачный лист;
  • около 1D – у газет;
  • около 2-2,5D – у фотораспечаток;
  • около 3D – у слайдов и проявленных негативов;
  • до 4D – у двойных или высококачественных слайдов.

Таким образом, если плотность ниже распознаваемого порога (Dmin), то участок будет «выбелен». И наоборот — если она выше границы (Dmax), то пятно будет абсолютно черным.