Уменьшить цветовой шум помогают программные алгоритмы фильтрации, усредняющие цвет соседних пикселов (например, в случае если отличие между ними не превышает заданной величины — порога срабатывания фильтра). Однако при этом может пострадать четкость картинки. А иногда и сама цифровая обработка изображения становится источником цветового шума, если процессор не способен выполнять вычисления с высокой точностью

2.3 Интерфейсы

Эффективность работы сканера в значительной степени зависит от типа используемого интерфейса. Традиционно сканеры были SCSI устройствами, но за последние годы даже это изменилось. Многие производители сейчас предлагают версии своих продуктов для подключения к расширенному параллельному порту (Enhanced Parallel Port, EPP), что может стать спасением для тех пользователей, которые не в состоянии самостоятельно установить плату SCSI. (Стоит также отметить, что в последнее время сканеры стали выпускать и с портами USB.) Хотя для разных вариантов подключения скорость передачи данных может быть различной, в общем соединение через обычный параллельный порт оказывается примерно вчетверо медленнее, чем SCSI. EPP, скорость передачи данных для которого составляет около 2 Мбайт/с, работает быстрее, чем обычный параллельный порт, но и в этом случае SCSI со скоростью 5 Мбайт/с выигрывает. Однако нельзя забывать, что на скорость сканирования влияют и такие факторы, как объем буферной памяти и тип центрального процессора. Тем не менее, большинство производителей предлагают пользователям ПК и сканеры с адаптером SCSI (кроме того, сканеры комплектуются программным обеспечением, предназначенным для конфигурирования SCSI-интерфейса).

На случай отсутствия в компьютере контроллера SCSI изготовители включают в комплект поставки сканеров простые интерфейсные платы SCSI, предназначенные, как правило, для монтажа в разъеме ISA, а не PCI. Если в машине уже имеется SCSI-контроллер типа Adaptec 1540 или 2940, пользователь может подсоединить сканер непосредственно к контроллеру жесткого диска - при наличии подходящего ASPI драйвера. Это, в частности, возможно для сканеров HP и Mustek. Напомним, что ASPI-стандарт для SCSI-периферии, предложенный Adaptec, позволяет драйверу любого устройства, например дисковода ZIP или сканера, взаимодействовать с любым SCSI-контроллером - от Adaptec до Ultrastor, - имеющим драйвер ASPI. При подключении сканера ко встроенной SCSI-плате необходимо позаботиться о правильном согласовании шины - лишь в этом случае подсоединенные к шине SCSI периферийные устройства смогут нормально функционировать. Иными словами, оба конца цепочки устройств SCSI должны быть снабжены согласующими сопротивлениями (терминаторами). Если внешние устройства SCSI отсутствуют, то следует активизировать терминатор на контроллере, обычно служащем последним звеном в цепочке SCSI (ID 7), первым звеном которой является жесткий диск (ID 0). Сканер рекомендуется использовать в качестве последнего устройства шины SCSI, поэтому после подсоединения сканера надлежит задействовать его собственный терминатор, предварительно отключив согласующее сопротивление на плате контроллера с помощью BIOS. Обычно терминаторы сканеров находятся внутри, и лишь некоторые модели снабжены внешними переключателями.

2.4 Программное обеспечение

Как известно, результатом работы сканера является изображение - электронная копия оригинала. Чтобы преобразовать его в текст ASCII или в векторную графику, необходимо специальное ПО. Обычно покупателей интересует не только сканер, но и программное решение, позволяющее, например, одним пользователям создавать и вести базы текстовых печатных документов и осуществлять полнотекстовый поиск, а другим - переводить печатные тексты на иностранный или русский язык с помощью систем автоматизированного перевода. Типичной задачей является также ввод цветных фотографий, их обработка при помощи специальной программы с целью последующего включения в презентационные материалы или в издательский макет. Сканеры массового спроса, в частности изделия Hewlett-Packard, Epson или Mustek, комплектуются не только драйверами и дополнительными утилитами, но и прикладными программами, позволяющими сразу же начать эксплуатацию купленного устройства. К ним, как правило, относятся усеченные версии программ распознавания текстов CuneiForm или FineReader фирм - разработчиков Cognitive Technologies и ABBYY соответственно. Обязательным дополнением также считается и какой-либо пакет для обработки изображений, например Adobe Photo Deluxe, Corel PhotoPaint или усеченная версия Adobe PhotoShop. Иногда в комплект входят полезные инструментальные средства, превращающие сканер и цветной принтер в копировальный аппарат на базе персонального компьютера, и версия системы автоматизированного перевода Stylus все той же фирмы ABBYY. Дорогие планшетные сканеры зачастую снабжаются профессиональными пакетами обработки изображений (например, Adobe PhotoShop), а также специальными пакетами калибровки.

3. Технология

3.1 Общие положения

Любые различаемые глазом оттенки можно представить в виде сочетания трех основных цветов: красного, зеленого и синего (для вывода на монитор) или голубого, пурпурного и желтого (для печати). Соответственно каждый пиксел представляется тремя числами, соответствующими яркости основных цветов. Чтобы при считывании изображения получить на пиксел по три величины светового потока в разных частях спектра, в современных сканерах ^ч используются три светочувствительные матрицы. Раньше выпускались сканеры, оснащенные одной матрицей и считывающие оригинал за три прохода.

Для разделения светового потока на красную (Red, R), зеленую (Green, G) и синюю (Blue, В) составляющие применяются две технологии — цветные светофильтры или призма. Оснащение ячеек матрицы светофильтрами является более дешевым и практичным способом, однако качество картинки при этом может пострадать. Использование призмы делает конструкцию устройства более сложной, но гарантирует прецизионное разделение светового потока на три цвета от каждой точки оригинала.

В сканерах применяются матрицы, представляющие собой три параллельные линейки CCD- или CMOS-ячеек. Ширина сенсора примерно в четыре раза меньше, чем у оригинала формата А4, и световой поток фокусируется на нем с помощью объектива. Каждая из линеек включает в себя около 5 тыс. ячеек, что обеспечивает сканеру с размером рабочего поля А4 оптическое разрешение 600 dpi.

Стремление максимально удешевить сканеры привело к созданию технологии CIS (contact image sensor — контактный сенсор изображения). Матрица этого типа состоит из трех фотодиодных линеек с RGB-светофильтрами. По ширине сенсор и поле сканирования одинаковы. В сканере с рабочим полем А4 и разрешением 600 dpi линейки состоят из 5 тыс. плотно расположенных ячеек. Физического контакта оригинала со светочувствительной матрицей, конечно, нет, да он и не требуется. Однако CIS-сенсор располагается предельно близко к поверхности оригинала, что избавляет от необходимости использовать объектив. Планшетные сканеры данного типа компактнее, проще по конструкции и дешевле, чем устройства с CCD- или CMOS-матрицами.

Первоначально в планшетных сканерах применялись вполне обычные, хотя и высококачественные, флуоресцентные лампы. Они слишком медленно прогревались перед работой, излучали много тепла и не отличались постоянством характеристик. На смену им пришли флуоресцентные лампы с холодным катодом, в которых нет нитей накаливания. Благодаря этому они не так нагреваются, обладают более продолжительным сроком службы. Характеристики светового потока у них также лучше и стабильнее. Сегодня лампы с холодным катодом окончательно вытеснили обычные флуоресцентные лампы из планшетных сканеров, включая самые дешевые модели.

Еще лучшими характеристиками обладают ксеноновые лампы. Они моментально включаются, очень стабильны по параметрам, излучают свет в расширенном спектре, имеют большой ресурс. Недостаток их заключается в повышенном энергопотреблении.

3.2 Считывание

Технология считывания данных в современнвх устройствах оцифровки изображений реализуется преимущественно на основе использования светочувствительных датчиков 2 типов: ФЭУ - фотоэлектронный умножитель и ПЗС - прибор с зарядовой связью. Используемые во всех устройствах ввода АЦП, либо компараторы преобразуют считанную информацию в понятные для компьютера цифровые данные. ФЭУ. Используются в барабанных сканерах. Основанные на ламповой технологии ФЭУ усиливают свет ксеноновой или вольфрамно-галогенной лампы, кот с F1 конденсаторных линз и волоконной оптики фокусируются на чрезвычайно малой области оригинала. Конструктивно ФЭУ представляют собой стеклянный баллон с торцевым или боковым рабочим окном и расположенным внутри баллона электродами - катодом, анодом и донодами. Входной поток света ч/б рабочее окно попадает на катод, выбивая из него электроны. Благодаря системе динодов коэффициент пропорциональности м увеличить в миллион раз (до 8 порядков). Для этого на ФЭУ подается напряжение от высоковольтного источника. Конструкция ФЭУ обеспечивает чрезвычайно высокое внутреннее сопротивление ФЭУ и малые темновые токи (шумы) на уровне наноампер. ФЭУ способен регистрировать очень слабые световые сигналы, вплоть до единичных фотонов. ФЭУ при такой высокой чувствительности имеет достаточно широкий динамический диапазон - более 10000. Для полиграфических целей спектральный диапазон ФЭУ безупречен. Жесткие требования к стабильности работы ФЭУ. Для электрического питания используется высокое напряжение. Принцип развертки изображения (поточечного сканирования) предусматривает высокую скорость вращения барабана. "-" высокая стоимость. ПЗС. Датчик на основе ПЗС - это твердотельный электронный компонент, состоящий из множества крошечных светочувствительных электронов, кот формируют электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего на них света. В основе - зависимость проводимости p-n перехода обыкновенного полупроводникового диода от степени его освещенности. На поверхность полупроводникового кристалла (кремния) наносят прозрачную оксидную пленку, служащую диэлектриком. Толщина электродов 0,1-0,64 мкм. К электродам в определенной последовательности подается низкое напряжение (5-10 В) -скопление электродов (образование потенциальных ям). Свободные электроды появляются в результате внутреннего фотоэффекта под воздействием света. В одной ПЗС линейке м.б. от нескольких сотен до несколько тысяч фоточувствительных ячеек. "-" ослепление и перекрестные помехи. Используется в широком кругу пользователей ручных, планшетных, роликовых и проекционных сканерах. В слайдовых сканерах, цифровых, фото- и видеокамерах (матричный способ). "-" размер ячейки ПЗС имеет конечный диапазон.

3.3 Технология UMAX Bit Enhancement Technology

BET (Bit Enhancement Technology) - собственная разработка UMAX, направленная на улучшение качества изображения путем очистки полезного сигнала от шума, вносимого электронно-оптическими преобразователями. Известно, что в некоторых промышленных сканерах для устранения шума сканируют одну и ту же линию несколько раз, после чего результат усредняется, а отклонения от него считается шумом. В сканерах, построенных по технологии BET, помимо различных механизмов улучшения качества, перед гамма-коррекцией используется 48-битный цифровой фильтр, работающий на основе модифицированного алгоритма Nearest-Neighbor-Pixel, выполняющий функцию очистки полезного сигнала от шумов. В сочетании с выполнением гамма-коррекции в 48-битном пространстве это позволяет получить 36 чистых бит информации о цвете точки. Итог работы BET - информация, содержащая меньше шумов и больше реальных данных даже при использовании корректирующих фильтров. Это, в свою очередь, увеличивает реальный динамический диапазон, улучшает MTF (Modulation Transfer Function, специфическая характеристика сканера) и снижает эффект «пикселизации». Отсканированное полноцветное изображение содержит больше деталей, особенно в тенях, а цветовые переходы выглядят более естественными и плавными. Разумеется, для использования этой технологии требуются дополнительные ресурсы, а время сканирования увеличивается.

3.4 Особенности сканирования графики и распознавание текстов

Сканирование выполняется за два этапа: 1) пробное - программа автоматически находит изображение, задает правильную экспозицию и определяет тип изображения: *черно-белый рисунок, не имеет промежуточных оттенков серого используется для чертежей, эскизов, знаков; *черно-белая фотография, содержит оттенки серого цвета, используется для сканирования цветной фотографии, кот м. печататься на ч/б принтере; *цветной рисунок, использует 256 цветов или оттенков одного цвета, похож на ч/б рис, но содержит участки со сплошным цветом, используется для диаграмм, иллюстраций; *цветная фотография (обычная, нормальная) 256 цветов используется для сканирования изображений, кот б. показаны только на экране компьютера, в качестве фона, презентаций; *цветная фотография улучшенного качества - 16,8 млн цветов, самое высокое качество, увеличивается время сканирования и объем дисковой памяти. 2) окончательное (производится после того, как нажата кнопка принять) в окне программы имеются: -инструменты выбора (стрелка, прямоугольник, петля), -инструменты четкости (для детализации оригинальных ото или рисунков линиями), -кнопка параметры (задает размер и тип изображения, выбор принтера), -кнопки фокуса (увеличить, уменьшить, детальный просмотр изображения), -трока состояния (ширина, высота, % масштабирования, размер памяти, разрешение для выбранного участка).

4. Конструкция сканеров

Страница документа или фотоснимок на бумаге укладывается на стеклянный рабочий стол сканера картинкой вниз и сверху прижимается крышкой. Во многих моделях предусмотрена возможность считывания с толстых книг или журналов, для чего крепящие крышку шарниры приподнимаются из своих гнезд или она вообще снимается.

Во время сканирования под стеклом вдоль большей стороны оригинала передвигается каретка. Она движется по мощным стальным направляющим, перемещение задается прецизионным приводом с шаговым электродвигателем. Точность работы этого механизма определяет вертикальное разрешение сканера. Хотя движение кажется непрерывным, изображение считывается дискретными шагами, построчно.

Чем выше заданное разрешение, тем медленнее перемещается каретка. Поскольку планшетные сканеры часто используются для ввода многостраничных документов, скорость работы является важной характеристикой. Использование однопроходной схемы, при которой считываются сразу все три основных цвета, дало трехкратный выигрыш по производительности, однако планшетные сканеры остаются весьма медленными устройствами. Компания Seiko-Epson нашла еще один способ сократить затраты времени на ввод документов. Перед считыванием страницы обычно выполняется предварительное сканирование с низким разрешением, позволяющее определить границы текста или изображения. После него каретка возвращается обратно к началу страницы.

В старых сканерах в каретке были смонтированы лишь лампа подсветки и зеркало, направляющее отраженный от оригинала свет на другое зеркало — закрепленное неподвижно, связанное с объективом и светочувствительной матрицей. Теперь в каретке размещают всю оптическую схему устройства, включая лампу, зеркало, объектив, призму или систему светофильтров, сенсор и АЦП. Конструкция CIS-сканеров проще, поскольку в них нет доброй половины этих деталей. Каретка связана многожильным гибким шлейфом с интерфейсной платой, которая отвечает за первоначальную обработку изображения и его передачу в компьютер. Для подключения сегодня чаще всего используется интерфейс USB, некоторые модели оснащены FireWire. Раньше применялись SCSI или связь через параллельный порт ЕСР/ЕРР.

Более дорогие планшетные сканеры дают возможность считывать изображения на прозрачных носителях, т.е. не только в отраженном, по и проходящем сквозь оригинал свете. Для этого применяется вторая лампа подсветки, вмонтированная в крышку сканера. Отрезки пленки или одиночные кадры размещаются на рабочем столе в специальных рамках-шаблонах, задающих точное расположение оригиналов относительно лампы подсветки. Кроме того, наличие рамки определяется сканером при предварительном считывании, и он автоматически переключается в режим сканирования на просвет. Приспособление, обеспечивающее считывание с прозрачных носителей, называют слайд-модулем.

Планшетный сканер, оснащенный слайд-модулем, —универсален и не слишком дорог, но при этом не лишен недостатков. Если со считыванием непрозрачных оригиналов все обстоит замечательно, то при сканировании фотопленок часто возникают обусловленные конструкцией устройства проблемы. Во-первых, оригинал оказывается зажат между двумя стеклянными поверхностями, что приводит к возникновению на изображении колец Ньютона, — концентрических окружностей или кривых, напоминающих круги на воде. Во-вторых, каждая лишняя прозрачная поверхность на пути света служит для цифровой картинки источником пылинок и прочих подобных дефектов. В-третьих, когда имеют дело с фотопленками, важно обеспечить гораздо более высокое разрешение, чем для непрозрачных оригиналов большого формата. Это требует перенастройки или замены объектива, который обычно отрегулирован так, чтобы охватывать всю ширину рабочего поля. Далеко не все сканеры, даже те, что считаются профессиональными, обладают такой возможностью — уж слишком дорого.