Пояснення терміну "роздільна здатність" (далі по тексту "дозвіл") - подібно спробі пояснити метричну систему комусь виросло на дюймах і футах. Якщо Ви не програміст, а інформатику в школі Ви "пройшли повз", розібратися з даному питанні буде дуже не просто.

Перш ніж ми займемося "Дозволом" необхідно з'ясувати - Що таке піксель.
піксель- це елементарний модуль зображення знаходиться в цифровому вигляді, що не має власного лінійного розміру. Слово "Піксель" це скорочення від picture element(Елемент зображення). "Файли цифрових зображень" (не плутати з форматом файлу) складаються з рядів пікселів, що заповнюють висоту файлу, таким чином створюється двомірне цифрове зображення з розмірністю px * px. побачити піксель не можна, Можна побачити тільки відображення інформації пікселя пристроєм виведення. Якщо відкрити в Adobe Photoshop вашу улюблену картинку, і збільшити масштаб подання до 1600% ви побачите квадратні ділянки одного кольору, кожен з них сформований відкритий комп'ютера виходячи з інформації одного пікселя. При масштабі перегляду 100% - інформація кожного пікселя використовується для формування кольору на мінімально можливому ділянці екрана монітора (розмір цієї ділянки залежить від обраної розмірності монітора в драйвері відіокарти- так зване "дозвіл монітора") ці точки створюють мозаїку, яка зливається в безперервний тон. . Формат цифрових значень, пікселя залежать від моделі представлення кольору (bitmap, Grayscale, RGB, CMYK, Lab, LCH, і ін.), Розрядності (глибини) даних (1 біт, 8 біт, 16 біт, 32 біт). Наприклад для бітової карти це -або 0 або 1, для CMYK - інформація являє собою чотири цифри і кожна цифра може приймати значення від 0 до 100 (відсоток фарби). Візуалізацію цих значень виробляють драйвери пристроїв виведення.
У повсякденному житті пикселем називають все досить "дрібне", яке формує "щось ціле", наприклад точки друку або, що набагато частіше - точки зображення на екрані монітора, але як тільки заходить мова про дозволітака зухвалість щодо одиниці інформації зображення - піксель, не припустима. Піксель можна уявити собі, наприклад як на малюнку нижче: "щось", що несе інформацію про зображенні в цифровому вигляді. :)

Ще одна аналогія - таблиця Excel, осередки якої заповнені цифрами, одним числом в разі зображення в градаціях сірого, три числа буде містити осередок в разі RGB зображення, в коментарі така таблиця повинна містити інформацію щодо колірного профілю, "глибині" кольору (розрядність даних - біт) - це дозволить візуалізувати інформацію таблиці на моніторі, в коментарі так само потрібна інформація про дозвіл - це дозволить роздрукувати інформацію.

Усвідомлення пастулата: Піксель - це не зображення - це інформація про зображенніздорово допоможе в освоєнні прийомів корекції зображення - всі маніпуляції з цифровим зображенням виробляються над інфомація про зображенні, а не з кольором і тоном зображення.

Одиниці виміру дозволу:

Роздільна здатність сканеравимірюється в вибірках на дюйм ( spi)
Дозвіл цифрових зображень, Вимірюється в отриманих або призначених для виведення пікселях на дюйм ( ppi)
Роздільна здатність пристрою виведення- в точках на дюйм ( dpi).
Багато хто плутає ці одиниці виміру. Сканер і цифрові камери створюють пікселі, які не точки. Однак, пікселі в кінцевому рахунку будуть визначати значення точок на виведенні. Tочкана вивідному пристрої може бути створена виходячи з інформації:
-Кожен пікселя;
-групи пікселів
-або група точок створена з групи пікселів.

Наприклад, якщо зображення має довжину 300 пікселів і виводиться на принтері, дозвіл друку якого 300 точок на дюйм (dpi), то на друку довжина зображення буде дорівнює одному дюйму, тому що одна точка була створена виходячи з інформації, яку несе один піксель. Виникає наступне питання: - "Наскільки велика точка друку?" Для пристрою друку, здатного надрукувати 300 точок на дюйм, кожна точка - 1/300 дюйма (0,0846мм). (Наприклад цифровий фотодрук в мінілабі). Якщо Ви друкуєте файл, у якого сторона має 3000 пікселів, на такому пристрої друку, то один дюйм надрукованого зображення буде з'являтися на виведення для кожної групи з 300 пікселів у файлі. Розмір відбитка буде 10 дюймів. Якщо Ви виводите той же самий файл для отримання слайда, використовуючи пристрій запису на фотоплівку з роздільною здатністю 1000 точок на дюйм, кожна точка - 1/1000 дюйма (0,0254 мм). З 3000 пікселями в файлі, записуючий пристрій на фотоплівку зробить один дюйм зображення на слайді для кожної групи в 1000 пікселів. розмір відбитка буде три дюйма. В обох випадках, є 3000 пікселів у файлі, але на одному пристрої виведення зображення довжиною 10 дюймів, а на іншому тільки 3 дюйми. У цій ситуації, записуючий пристрій на фотоплівку має більш високу роздільну здатність, ніж принтер. Цифрові зображення не мають конкретної фізичної лінійної довжини і ширини.
Звикайте оцінювати величину цифрового зображення за розміром файлу в мегабайтах. Як велике зображення RGB, має 2000 x 3000 пікселів? -в форматі файлу, що не використовує стиснення, на жорсткому диску воно займає 17,2 МБ? Які воно має лінійні розміри? Питання не має відповіді, поки невідомо пристрій виведення. Створіть нове зображення в Photoshop, задавши вказане кількість пікселів, Програма дозволить Вам при цьому, виставити значення в поле Дозвіл до 9999 ppi, створені з різним дозволом файли будуть рівноцінними за якістю і кількістю інформації.

Знову повернемося до нашої таблиці Excel - ми можемо відправити на друк 10 рядів осередків на сторінку або 30 рядів, або 300 (своя рука владика). Якщо 10 осередків на сторінці смотряться "пухко" - цифра від цифри далеко і ми можемо сказати, що на одиницю площі інформації мало. У разі друку 300 рядів осередків на сторінку - інформації на одиницю площі занадто багато - ми елементарно не зможемо прочитати вміст - інформації надлишково багато. А ось 30 рядів осередків то, що треба, інформація складається в зображення, наприклад таке :.
Погано, і недолік, і надлишок інформації. Але це "погано" тільки на друку, поки цифрове зображення в комп'ютері тег "дозвіл" (значення кількості пікселів на одиницю довжини, які ми виділяємо для друку зображення) якість зображення ніяк не характеризує.

ніякої демократії

Якість Висновку залежить від якості інформації, яку несуть пікселі в файлі. Для прикладу: барабанний сканер з максимальною роздільною здатністю 19000 spi може легко відсканувати оригінал з дозволом сканування 300 spi і він точно відповідав би розміру і дозволу сканування 300spi планшетного сканера за 100 $; проте, відмінність в якості величезне. Те ж можна сказати і про пікселі з цифрами фотоапаратів різного класу. Навіть якщо один пристрій здатне отримувати більшу кількість пікселів з дюйма оригіналу, ніж інше, це не говорить про те, що якість буде вищою. Це - особливо стосується цифрових камер. Більшість людей, які купують цифрові фотоапарати, критерієм вибору для себе визначають кількість елементів в матриці камери і не звертають увагу на інші аспекти, що впливають на якість. Багато факторів, які зачіпають якість: ПЗС і його рівень шуму, аналого-цифровий перетворювач, оптика, і формати збереження файлу - все це впливає на якість одержуваного зображення. Наприклад в даний час роздільна здатність існуючої оптики в істотній мірі стримує розвиток цифрової фотографії.

Розглянемо невелику вправу, що ілюструє взаємозалежність розміру зображення від дозволу пристрою виведення:

Запускаємо Photoshop.
Створюємо новий файл, вибираючи New в меню File (Cmd / Ctrl N).
У спливаючому вікні, назвіть файл "Випробування Вирішальною здатності"
Зверніть увагу на поля Width і Height. Ви можете визначити, в яких одиницях працювати - в пікселях, дюймах, і т.д. У меню, виберіть пікселі, і введіть 400 в поле ширини і 500 в поле висоти. Встановіть в поле Resolution 72 pixels inch.
Виберете режим в спадному меню Mode - Grayscale (можливо створити файл CMYK, RGB, або Grayscale). Пізніше, Ви виведіть, що розмір файлу в кожному з цих колірних просторів різний.
Список Background Contents дозволяють Вам встановлювати колір фону в новому документі. Залиште його білим (White).
Клацаємо кнопкою OK.

Монітор, теж пристрій виведення

Отже Ви знаєте, як працювати в пікселях і як використовувати діалогове вікно Image size Photoshop, Ви також знаєте, як змінити дозвіл файлу. Ви можете задати питання, чому 72 точки на дюйм - так часто зустрічається дозвіл. Це, тому що раніше більшість екранів монітора мало роздільну здатність 72 точки на дюйм (як визначити дозвіл свого монітора написано трохи нижче) і це - пристрій виведення, як і принтер. Уявіть, що станеться, якщо Ви подивіться файл 2000 x 3000- пікселя в Photoshop. Так як висновок здійснюється - наприклад 72 точки на дюйм, зображення при 100 відсотках настільки велике, що Ви бачите тільки частину повного зображення. Це, тому що кожен піксель в файлі буде відображено однією точкою на екрані, роблячи зображення для редагування незручним. На щастя, Photoshop дозволяє зменшити масштаб зображення, щоб бачити його повністю. Щоб робити це, однак, програмне забезпечення повинно оперативно розрахувати інтерполяцію для виведення на монітор. Коли Ви зменшуєте масштаб менше 100%, Ви бачите зображення неточним, адже кожна точка на екрані сформована виходячи з інформації декількох пікселів зображення. Тому при роботі в Photoshop деякі операції необхідно робити при 100%, щоб бачити все пікселі, які будуть використовуватися для друку, наприклад коли Ви піднімаєте різкість зображення.

Для того, що б дізнатися дозвіл екрана Вашого моніторастворіть новий файл з розмірами 1 на 1 дюйм і задайте дозвіл 100 ppi. Встановіть масштаб перегляду 100%, користуючись звичайною лінійкою (дерев'яної або пластикової, рулеткою або метром- взагалі вешью, а не інструментом компьюторной програми), повзунком в палітрі Navigator змінюйте масштаб створеного зображення поки його довжина не стане рівною одному дюйму (2,54 см) . Отримане значення масштабу одно дозволу екрану монітора. Його можна виставити в Preferences-> Units & Rules-> Screen Resolution, що дозволить по команді View-> Print Size отримувати розміри зображення на екрані рівні розмірам на відбитку.

Кількість "каналів Кольори - в одному дюймі"

Файл 1000 x 1000 - пікселів займає більшу кількість дискового простору, ніж файл 100x100 - пікселів, але файли можуть бути складені з колірних каналів, що теж впливає на фізичний розмір файлу, при рівному вирішенні. Наприклад, розмір полутонового файлу 100x100 піксель становитиме одну третину файлу RGB розміром 100x100 - пікселів. Справа в тому, що файл RGB має три колірних каналу (червоний, зелений, синій), один для кожного кольору. Файл CMYK буде великим на одну третину файлу RGB,. Знаючи розміри файлу в пікселях, Ви можете завжди обчислити фізичний розмір файлу в Мб, для будь-якого режиму колірного відтворення. Пробуйте цю вправу: Якщо Ви маєте файл, у якого є 1000 x 1000 пікселів, знайдіть площу 1000 помножити на 1000 одно - 1,000,000. Це - загальна кількість пікселів у файлі. Помножте отримане число на кількість колірних каналів. Для файлу RGB буде: 1000000x3 = 3000000 байт. Тепер, 3,000,000 розділіть на 1024, щоб перевести в кілобайти (в одному кілобайті - 1024 байти) і Ви отримаєте 2929 Кб. Розділіть ще на 1024, щоб отримати мегабайти, і Ви отримаєте 2.86Mб. (Ще про каналах цифрового зображення).

Покупець обережніше Вас обманюють

Ви, можливо, бачили рекламу і технічні описи планшетних сканерів, в них виробник спокушає Вас великими цифрами роздільної здатності. Ви природно бачили специфікацію 600 x 1200 точок на дюйм? Ви дізналися, що точки на дюйм - неправильний термін (сканер має параметр - кількість вибірок на дюйм - spi), але це - незначна неточність, в порівнянні з фактом, що цей сканер може сканувати з оптичною роздільною здатністю тільки 600 ppi. Датчик в планшетному сканері - це рядок ПЗС (матриця приладів із зарядним зв'язком), від якої повністю залежить дозвіл. В цьому випадку, датчик ПЗЗ має 600 триколірних елементів в межах одного дюйма, здатних створювати 600 пікселів в дюймі. Що ж робить друге число в технічному описі? Він характеризує кроковий двигун сканера, який переміщує ПЗС вгору і вниз по ложу сканера. Кроковий двигун може переміщати матрицю з кроком 1/1200 дюйма. Що відбувається при скануванні на 1200 ppi. ПЗС може фіксувати максимум тільки 600 пікселів в дюймі, при переміщенні з кроком 1/1200 дюйма вибірки виходять прямокутної форми і програмне забезпечення сканера обчислює з отриманих вибірок значення пікселя, яке буде записано в файл зображення. Часто зустрічається рекомендація сканувати з дозволом кратним максимальному оптичному дозволу сканера - це було б справедливо тільки в одному випадку - фізичне відключення "невикористовуваних" елементів ПЗС, що не реалізоване ні в одному сканері. Тому сканувати з дозволом необхідним для отримання потрібних Вам розмірів файлу (що не перевищує максимальну оптичну роздільну здатність сканера).

Робити вставки в текст чужої рукописи або Ні?

Якщо Ви повинні створити файл вимагає дозвіл сканування більше, ніж може ваш сканер, Ви можете дозволити сканера робити "вставки в текст чужої рукописи", або ж Ви можете робити "вставки в текст чужої рукописи" (інтерполювати) в Photoshop або іншій програмі? Все залежить від алгоритму інтерполяції, який використовує програмне забезпечення сканера. Як правило Бикубическая (Bicubic) інтерполяція (і його варіант з згладжуванням), яка використовується в Photoshop - забезпечує кращий за якістю результат. Існують програми використовують складні математичні алгоритми інтерполяції, результати роботи яких, трохи краще, ніж Photoshop. Лише деякі виробники сканерів повідомлять Вам тип інтерполяції - Bicubic, або більш швидкий, але менш якісний алгоритм. Я рекомендую наступне випробування: сканувати оригінал з максимальною оптичною роздільною здатністю сканера, і зробіть інтерполяцію в Photoshop на 400%. Відскануте ще раз не змінюючи нічого крім масштабу - збільште його в чотири рази. Відкрийте обидва зображення в Photoshop. Перенесіть шар Background, натиснувши клавішу Shift в вікно другого зображення і змініть режим накладання шару на Difference. Якщо зображення немає і екран абсолютно чорний, то відмінностей в зображеннях немає, Якщо ж відмінності є, то треба визначити яке зображення краще - в восьми випадках з десяти зображення збільшене в Photoshop - краще. Але програми сканування постійно удосконалюються і завжди не буде зайвим перевірити. Повернемося до нашого завдання -

З яким дозволом сканувати зображення для різних умов друку?

Якісне програмне забезпечення сканера обчислює необхідний дозвіл сканування за представленими нижче формулами вже інтегрованим в програму. Все, що Ви повинні зробити: ввести бажаний лінійний розмір роздруківки або масштаб збільшення; дозвіл виводу (значення тега - дозвіл, який запишеться в файл) або підвищувальний коефіцієнт і линиатуру растра. Програмне забезпечення подбає про все інше. Для тих з Вас, хто хотів би до вивчити точні формули, тут - все, що Вам необхідно для обчислення дозволу сканування, для найбільш часто використовуваних процесів друку. Для принтерів, які можуть відтворювати безперервні тони (Подібно термосублімаційних, thermosublimation, принтеру), Ви можете обчислювати необхідний дозвіл, використовуючи наступний метод:
Дозвіл сканування = Роздільна здатність друку x Коефіцієнт масштабування
Необхідні розміри визначені, і вони інші, ніж у оригіналу. Наприклад: Вам необхідно сканувати оригінал, який 1x1 дюйма. Оригінал надто маленький, так що Ви вирішуєте збільшувати його до 3x3 дюйма і надрукувати "це", на вашому принтері у якого дозвіл 300 dpi. Наступні результати обчислення:
Дозвіл сканування = 300 dpi x 3 = 900 ppi

Сканування для офсетного друку.

Історія та ж сама, - Ви хочете сканувати напівтоновий або кольоровий оригінал. Якщо буде використовуватись для друку зображення наприклад для використання в журналі; наступна формула для обчислення дозволу сканування:
Scan Resolution = Printout's Screen Ruling x Screening Factor x Sizing Factor
Дозвіл сканування = Линиатура друку * Підвищуючий коефіцієнт * Коеф. масштабування
У офсетного друку інформації одного пікселя зображення не достатньо для отримання однієї растрової точки тому, Ви повинні включити коефіцієнт (Screening Factor) в рівняння. Цей коефіцієнт збільшує дозвіл зображення і дозволяє пристрою виведення (Rip "у - растровому процесору) обчислити значення для растрових точок більш точно. Якщо Вам не знайомі інші значення для конкретних умов друку конкретних сюжетних типів зображень - використовуйте Коефіцієнт рівний двом. Тоді колір кожної растрової точки на друку буде розрахований, виходячи з значень чотирьох пікселів (2x2 матриця) (насправді розрахунок набагато складніше, ніж просто осреднение значень пікселів, наданих для формування одиниці довжини відбитка, тут враховується багато факторів, таких, як кути повороту растра, і значення має в першу чергу кількість пікселів необхідних для формування однієї растрової точки),. Повернемося до нашого прикладу так, якщо ми все ще хочемо надрукувати наше 1x1 дюймове зображення розмірами 3x3 дюймів, але на цей раз для цілей офсетного друку при линиатуре друку 150 Lpi, ми повинні обчислити дозвіл сканування:
Линиатура = 150 lpi
Screening Factor = 2
Шкала наближення = 3
Дозвіл сканування = 150 lpi x 2 x 3 = 900 ppi

Пристрій і функціонування сканерів

Сканер - пристрій, що конвертує видиме зображення в потік бінарних сигналів, іншими словами - здійснює перетворення оптичних аналогових даних в електричні цифрові.

Зображення поміщається перед кареткою, яка складається з джерела освітлення та масиву датчиків.

Світло від трубки надходить на датчики, які зчитують оптичні дані (наприклад, ПЗС), потім проходить призми, лінзи і Інші оптичні компоненти. Подібно очками або лупам, ці елементи можуть досить відрізнятися за якістю. Високоякісний сканер використовує точну скляну, просвітлений оптику зі світлофільтрами виправлення кольору. У дешевших моделях застосовуються пластмасові компоненти, щоб зменшити витрати.

Інтенсивність світла, відбитого або що пройшов крізь зображення і зібраного датчиком, перетворюється в напругу, пропорційне світловий інтенсивності.

датчики сканерів

Датчик зображення зазвичай реалізується за однією з трьох технологій:

фотоелектронний помножувач (ФЕП або photomultiplier tube - РМТ) - технологія, успадкована від барабанних сканерів минулого;
прилад із зарядним зв'язком (ПЗС або charge-coupled device - CCD) - датчик, типовий для настільних сканерів;
контактний сенсор зображення (contact image sensor - CIS) - більш нова технологія, яка інтегрує функції і дозволяє створювати сканери більш компактних розмірів.

Технологія фотоелектронні помножувачі

ФЕУ - технологія датчиків високопродуктивних кольорових барабанних сканерів, які використовуються зазвичай для підготовки матриць кольорової поліграфії. Дорогі і важкі в обслуговуванні, вони були основними пристроями введення зображень в ЕОМ до появи настільних сканерів.

Оригінал зображення тут ретельно закріплюється на циліндричній барабані, який починає обертатися з високою швидкістю. Каретка з датчиками і освітлювачами починає переміщатися уздовж зображення. Управляти дозволом або розміром зображення можна, підбираючи швидкість руху каретки, оптичну силу лінз і радіус барабана.

ФЕУ-сканери мають два джерела освітлення, один для сканування в відбитому світлі, інший - для прозорих оригіналів. Світло підсвічування розщеплюється на три промені, які проходять через світлофільтри (червоний, зелений і синій), а потім потрапляють на трубку фотоумножителя, де світлова енергія перетворюється в електричний сигнал. ФЕУ-сканери мають набагато більш високу світлочутливість і більш низький рівень шуму, ніж сканери ПЗС, і, отже, здатні до гарної передачі тонів, будучи менш сприйнятливими до помилок в ламанні або фокусуванні світла, ніж їх планшетні колеги.

Однак барабанні сканери повільніше і дорожче, ніж сканери ПЗС. В даний час вони зазвичай використовуються тільки в спеціалізованих високопродуктивних додатках.

Прилад із зарядним зв'язком (ПЗС)

Технологія приладу з зарядовим зв'язком, яка лежить в основі настільних сканерів, раніше використовувалася довгий часв таких пристроях, як телефакси і цифрові камери. ПЗС - твердотельное електронний пристрій, Яке конвертує світло в електричний заряд. Датчик настільного сканера, як правило, має масив (лінійку) з тисяч елементів ПЗС, розміщених на рухомий каретці. Відбите світло лампи сканера, пройшовши світлофільтри, направляється на масив ПЗС через систему дзеркал і лінз.

Контактний сенсор (CIS)

Це відносно нова технологія Датчиків, яка почала з'являтися на ринку планшетних сканерів в кінці 1990-х років Сканери цієї системи використовують компактні банки червоних, зелених і синіх світлодіодів в поєднанні з лінійкою датчиків ПЗС, поміщених надзвичайно близько до вихідного зображення. В результаті отримано сканер, який менше, легше, дешевше і економічніше, ніж традиційний устрій на основі ПЗС, однак ця технологія ще далека від досконалості.

Показники ефективності сканера

Механізм датчика - не єдиний фактор, який задає ефективність сканера. Наступні показники є важливими аспектами специфікації пристрою:

Роздільна здатність;
розрядна глибина;
динамічний діапазон.

Роздільна здатність сканера

Роздільна здатність описує точність пристрою і зазвичай вимірюється в точках на дюйм (ТНД). Типова роздільна здатність недорогого настільного сканера в кінці 1990-х років становила 300 х 300.

Типовий планшетний сканер використовує елемент ПЗС для кожного пікселя, так що для настільного сканера, що має горизонтальну оптичну роздільну здатність 600 ТНД і максимальну ширину документа 8.5 ", потрібно масив з 5100 (5100 = 600 x 8.5) елементів ПЗС в блоці, відомому як скануючаголівка .

Головка встановлюється на каретці, яка переміщується вздовж оригіналу зображення. Хоча рух здається безперервним, переміщення відбувається дискретними кроками (в частки дюйма), і в кожної паузі здійснюється зчитування інформації. У разі планшетного сканера головка управляється кроковим двигуном - пристроєм, який повертає вісь на даний кут (і не більше) кожного разу, коли поданий електричний імпульс.

Число фізичних елементів в масиві ПЗС визначає інтервал дискретизації напрямки X, а кількість зупинок на дюйм задає дискретизацию напрямки У. Хоча вони зазвичай згадуються як «роздільна здатність» сканера, термін не цілком точний. Роздільна здатність (можливість сканера виявити всі подробиці зображення) визначається якістю електроніки, оптики, фільтрів і моторного приводу, а також частотою дискретизації (оцифровки).

До кінця 1998 року максимальна щільність елементів ПЗС в лінійці становила 600 на 1 дюйм. Однак видима роздільна здатність може бути збільшена, використовуючи методику, відому як інтерполяція, яка полягає в програмному або апаратному обчисленні проміжних значень сигналу і їх вставці між реальними даними. Деякі сканери роблять це більш ефективно, інші - менш. Природно, формулюючи вимоги до розв'язання сканера, не слід забувати про його погодження з параметрами пристрою виведення інформації.

Розглянемо, як можна було б оцінити вимоги до розв'язання сканерів в залежності від якості вихідного зображення.

кольорова поліграфія

Тут обладнання, що відтворює різні рівні кольору, використовує метод, іменований обробкою півтонів. Складальні пристрої, що використовуються в офсетного друку - технології друку глянцевих журналів - здатні до висновку 133 рядків / дюйм. Як показує досвід, для отримання якісного друку дозвіл сканера має бути в 1.5 рази вище, тобто близько 200 ТНД.

Струменевий принтер

При скануванні для подальшого виведення на принтер роздільна здатність сканера повинна відповідати роздільної здатності виведення настільки близько, наскільки можливо, беручи до уваги відносні розміри оригіналу і вихідного зображення. Якщо вони однакові, ніякої коригування не потрібно. Якщо, проте, вихідне зображення має бути надруковано в іншому розмірі (більшому або меншому, ніж оригінал), дозвіл сканера має бути відповідно скориговане.

Припустимо, необхідно від скановану поштову марку розміром 1 х 1.5 «надрукувати на струменевому принтері, Який має дозвіл друку 600 ТНД, причому зображення повинно бути збільшено і скласти в розмірі 2 х 3 ». Якби марка сканувалася при вирішенні 600 ТНД, від відскановане зображення мало б 600 пікселів по вертикалі (1 «помножити на 600) та 900 пікселів по горизонталі (1.5» помножити на 600). Збільшення зображення до розміру, призначеного для друку (2 х 3 «), зменшує фактичну роздільну здатність до 300 ТНД (900/3 = 300, оскільки 900 горизонтальних пікселів будуть розташовані в 3»), і так само в вертикальному вимірі. Це тільки половина роздільної здатності принтера, і якість виведення буде нижче оптимального. для кращої якостінадрукованого зображення, яке фактично використовує 600 ТНД, сканування повинне проводитися при 1200 ТНД.

Висновок на монітор

Подібні розрахунки можна зробити також, якщо розмір виведеного образу менше, ніж оригінал. Припустимо, необхідно від сканувати фотографію розміром 4 х 5, яка буде відображена на WEB сторінці в половинному розмірі, 2 х 2.5. Комп'ютерні монітори зазвичай мають роздільну здатність 72 або 90 ТНД. Сканування фотографії при 72 ТНД дає зображення розміром в 288 x 360 пікселів. Скорочення цього розміру в 2 рази давало б зображення з вертикальною роздільною здатністю 144 ТНД, що вдвічі більше за необхідну. У цьому прикладі оригінальне зображення могло бути від сканувати при 36 ТНД без втрати якості результуючого зображення.

Співвідношення, використовувані в цих прикладах, описуються наступною формулою:

SR = (DR x DW) / OW.

де SR - ідеальне дозвіл сканера, ТНД;

DR - здатність пристрою виведення, ТНД;

DW - ширина, з якої зображення буде надруковано або відображено, в дюймах;

OW - ширина сканованого оригіналу, в дюймах.

інтерполяція

Незважаючи на те що в специфікаціях сканерів можуть зазначатися дозволяють здібності в 2400.4800 і 9600, необхідно розуміти, що реально вони не здатні розрізняти такого рівня подробиці. Фактичне оптичне дозвіл ПЗС в найсучасніших сканерах в кращому випадку - 600 х 1200 ТНД, і будь-які вищі показники засновані на інтерполяції.

Вказівка неоднорідною роздільної здатності (наприклад, 600 х 1200 ТНД) обов'язково має на увазі апаратну інтерполяцію, так як прийом даних при 600 ТНД по одній осі (X) і 1200 по інший (Y) явно не призведе до «квадрату» зображення. При 600 х 600 ТНД такий сканер буде знижувати дозвіл в 1200 ТНД по осі Y до 600 (зазвичай це робиться шляхом збільшення вдвічі кроку двигуна, який переміщує головку), а при 1200 х 1200 - буде інтерполювати вимір X. При цьому чіп інтегральної схеми в сканері генерує додаткові дані, використовуючи точки, які фактично зняті сканером, і прогнозуючи найбільш ймовірний колір і яскравість проміжних пікселів.

кольорові сканери

Головки одних колірних сканерів містять єдину флюоресцентную трубку з трьома ПЗС, забезпеченими кольоровими фільтрами, в той час як інші мають три кольорові трубки і єдиний блок ПЗС. Перші роблять повне колірне зображення за єдиний прохід, в той час як другі - за три проходи. Однак з кінця 1990-х років однопрохідні пристрою становлять більшість колірних сканерів.

Ці сканери використовують один з двох методів: або розщеплення променя, або ПЗС з колірними фільтрами. У першій конструкції світло, що проходить через призму, розділяється на три первинні кольори, кожен з яких зчитується відповідними ПЗС. Цей метод вважається найкращим для обробки відбитого світла, але для зниження витрат багато виробників використовують три масиви ПЗС, кожен з яких покритий фільтрує плівкою так, щоб він сприймав тільки один з первинних квітів. Будучи технічно менш точним, цей метод зазвичай виробляє результати, які важко відрізнити від таких для сканера з розщепленням променя.

разрядная глибина

Разрядная (бітова, колірна) глибина сканера характеризує кількість інформації, що міститься в одному пікселі вихідного образу. Найпростіший сканер (чорно-білий сканер на 1 біт) використовує для представлення кожного пікселя «1» або «0». Щоб відтворити півтони між чорним і білим, сканер повинен мати хоча б 4 біта (для 16 = 2 4 півтонів) або 8 біт (для 256 = 2 8 півтонів) на кожен піксель.

Найсучасніші колірні сканери підтримують не менше 24 біта, що означає фіксацію 8 біт інформації по кожному з первинних кольорів (червоний, синій, зелений). Пристрій на 24 біта може теоретично фіксувати більш ніж 16 млн різних квітів, хоча практично це число набагато менше. Це майже фотографічне якість, і згадується тому зазвичай як «повно кольорове» сканування ( «true colour» scanning).

Останнім часом все більше збільшується список виробників пропонує сканери з бітних на 36 або 30 біт. Хоча мало хто прикладні програми машинної графіки здатні до обробки зображень з глибиною більш ніж 24 біта, цей надлишок дозволу дозволяє здійснювати корисні операції по редагуванню графіки як в драйверах, так і в додатках.

Динамічний діапазон. Динамічний діапазон по своїй суті подібний розрядної глибині, яка описує колірний діапазон сканера, і визначається як функціонуванням АЦП сканера, так і чистотою світла, якістю кольорових фільтрів і рівнем будь-яких перешкод в системі.

Динамічний діапазон вимірюється в шкалі від 0.0 (абсолютно білий) до 4.0 (абсолютно чорний), і єдине число, дане Для конкретного сканера, каже, скільки відтінків модуль може Розрізнити. Більшість кольорових планшетних сканерів насилу сприймає тонкі відмінності між темними і світлими кольорами на обох кінцях діапазону і має динамічний діапазон близько 2.4. Це звичайно, небагато, але зазвичай досить для проектів, де ідеальний колір - не самоціль. Для отримання більшого динамічного діапазону слід використовувати колірний планшетний сканер вищої якості зі збільшеною бітних і поліпшеною оптикою. Ці високопродуктивні модулі зазвичай забезпечують динамічний діапазон між 2.8 і 3.2 і добре підходять для більшості додатків, що вимагають високоякісний колір (наприклад, офсетний друк). Найбільш близько до межі динамічного діапазону дозволяють підійти барабанні сканери, часто забезпечують значення від 3.0 до 3.8.

Теоретично сканер на 24 біта пропонує діапазон 8 біт (256 рівнів) для кожного первинного кольору, і відмінність між двома з 256 рівнів зазвичай не сприймається людським оком. На жаль, найменші з значущих бітів губляться в шумі, в той час як будь-які тональні виправлення після сканування ще більш звужують діапазон. Саме тому краще всього заздалегідь встановлювати будь-які виправлення яскравості і кольору на рівні драйвера сканера перед заключним скануванням. Дорожчі сканери з глибиною 30 або 36 біт мають набагато більш широкий діапазон, пропонуючи більш деталізовані відтінки, і дозволяють користувачеві робити тональні виправлення, що закінчуються пристойним 24-бітових зображенням. Сканер на 30 біт приймає 10 біт даних на кожен колір, в той час як сканери на 36 біт - по 12 біт. Драйвер сканера дозволяє користувачеві вибрати, які саме 24 біта з вихідних 30 або 36 біт зберегти, а які - ні. Ця настройка робиться шляхом зміни «кривої колірної гами» (Gamma Curve) і доступна при зверненні до Настройці тонів (Tonal Adjustment control) драйвера TWAIN.

режими сканування

Серед загальної різноманітності методів представлення зображення в ЕОМ найбільш поширеними є:

штрихова графіка (line art);
півтонування (greyscale);
кольорове зображення (colour).

штрихова графіка- найбільш простий формат. Так як зберігається тільки чорно-біла інформація (в комп'ютері чорний колір представлений як «1» і білий як «0»), потрібно тільки 1 біт даних, щоб зберегти кожну точку переглянутого зображення. Штрихова графіка найбільш підходить при скануванні креслень або тексту.

півтонування. У той час як комп'ютери можуть зберігати і видавати зображення в півтонах, більшість принтерів не здатна друкувати різні відтінки сірих кольорів. Вони застосовують метод, названий обробкою півтонів, використовуючи точковий растр, що імітує півтонову інформацію.

Зображення у відтінках сірого - найбільш простий метод збереження графіки в комп'ютері. Людина може розрізнити не більше 255 різних відтінків сірого, що вимагає єдиного байта даних із значенням від 0 до 255. Даний тип зображення становить еквівалент чорно-білої фотографії.

повнокольорові зображення- найбільш об'ємні і найскладніші, які зберігаються і обробляються в персональному комп'ютері, Використовують 24 біта (по 8 на кожен з основних кольорів), щоб представити повний колірний спектр.

конструкції сканерів

По областях застосування розрізняють персональні і виробничі сканери, а з технічної реалізації - ручні, планшетні і проекційні пристрої.

Розглянемо основні характеристики оптико-електронної системи сканера: дозвіл, глибину кольору, розрядність, оптичну щільність і область високого дозволу.

Дозвіл

Дозвіл(Resolution) або роздільна здатність сканера- параметр, що характеризує максимальну точність або ступінь детальності подання оригіналу в цифровому вигляді. Дозвіл вимірюється в пікселах на дюйм (pixels per inch, Ppi). Нерідко дозвіл вказують в точках на дюйм (dots per inch, Dpi), але ця одиниця виміру є традиційною для пристроїв виведення (принтерів). Говорячи про дозвіл, ми будемо використовувати ppi. Розрізняють апаратне (оптичне) і інтерполяційне дозвіл сканера.

Апаратне (оптичне) дозвіл

Апаратне (оптичне) дозвіл ( Hardware / optical Resolution) Безпосередньо пов'язано з щільністю розміщення світлочутливих елементів в матриці сканера. Це - основний параметр сканера (точніше, його оптико-електронної системи). Зазвичай вказується дозвіл по горизонталі і вертикалі, наприклад, 300x600 ppi. Слід орієнтуватися на меншу величину, т. Е. На горизонтальне дозвіл. Вертикальна роздільна здатність, яке зазвичай удвічі більше горизонтального, виходить в кінцевому рахунку інтерполяції (обробкою результатів безпосереднього сканування) і безпосередньо не пов'язане з щільністю чутливих елементів (це так зване дозвіл подвійного кроку). Щоб збільшити дозвіл сканера, потрібно зменшити розмір світлочутливого елемента. Але зі зменшенням розміру втрачається чутливість елемента до світла і, як наслідок, погіршується співвідношення сигнал / шум. Таким чином, підвищення дозволу - нетривіальна технічна задача.

інтерполяційне дозвіл

Інтерполяційне дозвіл ( Interpolated Resolution) - дозвіл зображення, отриманого в результаті обробки (інтерполяції) відсканованого оригіналу. Цей штучний прийом підвищення дозволу зазвичай не призводить до збільшення якості зображення. Уявіть собі, що реально відскановані пікселі зображення розсунуті, а в утворилися проміжки вставлені "обчислені" пікселі, схожі в якомусь сенсі на своїх сусідів. Результат такої інтерполяції залежить від її алгоритму, але не від сканера. Однак цю операцію можна виконати засобами графічного редактора, Наприклад, Photoshop, причому навіть краще, ніж власним програмним забезпеченням сканера. Інтерполяційне дозвіл, як правило, в декілька разів більше апаратного, але практично це нічого не означає, хоча може ввести в оману покупця. Значущим параметром є саме апаратне (оптичне) дозвіл.

У технічному паспорті сканера іноді вказується просто дозвіл. У цьому випадку мається на увазі апаратне (оптичне) дозвіл. Нерідко вказуються і апаратне, і інтерполяційне дозвіл, наприклад, 600х 1200 (9600) ppi. Тут 600 - апаратне дозвіл, а 9600 - інтерполяційне.

розрізнення ліній

Розрізнення ліній ( Line detectability) - максимальна кількість паралельних ліній на дюйм, які відтворюються за допомогою сканера як роздільні лінії (без злипання). Цей параметр характеризує придатність сканера для роботи з кресленнями та іншими зображеннями, що містять багато дрібних деталей. Його значення вимірюється в лініях на дюйм(Lines per inch, Ipi).

Яке дозвіл сканера слід вибрати

Це питання частіше за інших задають при виборі сканера, оскільки дозвіл - один з найголовніших параметрів сканера, від якого істотно залежить можливість отримання високоякісних результатів сканування. Однак це зовсім не означає, що слід прагнути до максимального можливого вирішення, тим більше, що воно дорого коштує.

Виробляючи вимоги до розв'язання сканера, важливо усвідомити загальний підхід. Сканер є пристроєм, що перетворює оптичну інформацію про оригінал в цифрову форму і, отже, здійснює її дискретизацию. Наданому етапі розгляду здається, що чим дрібніше дискретизація (більше дозвіл), тим менше втрат вихідної інформації. Однак результати сканування призначені для відображення за допомогою деякого пристрою виведення, наприклад, монітора або принтера. Ці пристрої мають свою роздільну здатність. Нарешті, очей людини має здатність згладжувати зображення. Крім того, друковані оригінали, отримані друкарським способом або за допомогою принтера, також мають дискретну структуру (друкований растр), хоча це може бути і не помітно для неозброєного ока. Такі оригінали володіють власним дозволом.

Отже, є оригінал з власним дозволом, сканер зі своєю роздільною здатністю і результат сканування, якість якого має бути якомога вище. Якість результуючого зображення залежить від встановленого дозволу сканера, але до певної межі. Якщо встановити дозвіл сканера більше власного дозволу оригіналу, то від цього якість результату сканування, взагалі кажучи, не покращиться. Ми не хочемо сказати, що сканування з більш високим, ніж у оригіналу, дозволом марно. Є ряд причин, коли це потрібно робити (наприклад, коли ми збираємося збільшувати зображення при виводі на монітор або принтер або коли треба позбутися муару). Тут ми звертаємо увагу на те, що поліпшення якості результуючого зображення за рахунок підвищення дозволу сканера не безмежно. Можна збільшувати дозвіл сканування, не добився при цьому поліпшення якості результуючого зображення, але зате збільшуючи його обсяг і час сканування.

Про вибір дозволу сканування ми ще неодноразово будемо говорити в цьому розділі. Дозвіл сканера - це максимальна роздільна здатність, Яке можна встановити при скануванні. Так яка ж величина дозволу нам потрібна? Відповідь залежить від того, які саме зображення ви збираєтеся сканувати і на які пристрої виводити. Нижче ми наведемо лише орієнтовні значення.

Якщо ви збираєтеся сканувати зображення для подальшого виведення на екран монітора, то зазвичай достатньо дозволу 72- l00ppi. Для виведення на звичайний офісний або домашній струменевий принтер - 100-150 ppi, на високоякісний струменевий принтер - від 300 ppi.

При скануванні текстів з газет, журналів і книг з метою подальшої обробки програмами оптичного розпізнавання символів ( OCR- Optical Character Recognition) зазвичай потрібен дозвіл 200-400 ppi. Для виведення на екран або принтер ця величину можна зменшити в кілька разів.

Для аматорських фотографій зазвичай потрібно 100-300 ppi. Для ілюстрацій з розкішних друкарських альбомів і буклетів - 300-600ppi.

Якщо ви збираєтеся використовувати масштабування для виведення на екран або принтер без втрати якості (чіткості), то дозвіл сканування слід встановити з деяким запасом, т. Е. Збільшити його в 1.5-2 рази в порівнянні з наведеними вище значеннями.

Рекламним агентствам, наприклад, потрібно високоякісне сканування слайдів і паперових оригіналів. При скануванні слайдів для виведення на друк у форматі 10x15 см буде потрібно здатність 1200 ppi, а в форматі А4-2400 ppi.

Узагальнюючи викладене вище, можна сказати, що в більшості випадків апаратного дозволусканера 300 ppi досить. Якщо ж сканер має дозвіл 600 ppi, то це дуже добре.

Сканери та цифрові фотокамери є основним джерелом оцифрованої растрової графічної інформації (в статичній формі), пристосованої для подальшої обробки в ЕОМ.

Сканери, класифікація і пристрій

Класи сканерів.Сканер - пристрій для введення графічної растрової інформації в ЕОМ. Список додатків сканера дуже великий і на сьогоднішній день склалися і виробляються такі різновиди цих пристроїв (рис. 4.6):

високоякісні барабанні сканери, які здатні обробляти як прозорі, так і непрозорі зображення - від 35-мм плівок до матеріалів розміром 16 футів на 20 дюймів з високим (понад 10 000 ТНД) дозволом;
планшетні настільні сканери універсального призначення;
компактні сканери документів, призначені виключно для оптичного зчитування і розпізнавання потоків документів;
спеціальні фотосканер, які працюють, переміщаючи фотографію щодо нерухомого джерела світла;
сканери слайдів або негативів, що працюють з прозорими зображеннями;

Мал. 4.6.

а- планшетний (flatbed) сканер Epson Perfection 3490; б- сканер документів (pass-through scanner) Kodak i30; в- сканер кінофільмів (35 mm film scanner) Nikon Coolscan 5000 ED; г- ручний сканер Mustek

Ручні сканери для використання на невеликому просторі столу.

Однак планшетні сканери - найбільш універсальні і популярні вироби. Вони здатні знімати кольорові зображення, документи, сторінки з книг і журналів, а також прозорі фотоплівки.

датчики сканерів

Датчик зображення зазвичай реалізується за однією з трьох технологій:

фотоелектронний помножувач (ФЕП, або photomultiplier tube - РМТ) - технологія, успадкована від барабанних сканерів;
прилад із зарядним зв'язком (ПЗС або charge-coupled device - CCD), - датчик, типовий для настільних сканерів;
контактний сенсор зображення (contact image sensor - CIS) - більш сучасна технологія, яка інтегрує функції і дозволяє створювати сканери більш компактних конструкцій.

Технологія фотоелектронних помножувачів.ФЕУ - технологія датчиків високопродуктивних кольорових барабанних сканерів, які використовуються зазвичай для підготовки матриць кольорової поліграфії. Дорогі і важкі в обслуговуванні, вони були основними пристроями введення зображень в ЕОМ до появи настільних сканерів.

Мал. 4.7.

хорошою передачею тонів, будучи менш сприйнятливими до помилок в ламанні або фокусуванні світла, ніж їх планшетні колеги (рис. 4.7).

Однак барабанні сканери повільніше і дорожче, ніж сканери з ПЗС. В даний час вони зазвичай використовуються тільки в спеціалізованих високопродуктивних додатках.

Прилад із зарядним зв'язком (ПЗС).Технологія приладу з зарядовим зв'язком, яка лежить в основі планшетних сканерів, використовується також в таких пристроях, як телефакси і цифрові камери. Зображення поміщається перед кареткою, яка складається з джерела освітлення та масиву датчиків (рис. 4.8). Світло від трубки надходить на датчики, які зчитують опти-

Мал. 4.8.

1 - оригінал; 2 - джерело світла; 3 - нерухоме дзеркало; 4 - рухоме дзеркало; 5 - лінза; 6 - лінійка ПЗЗ; 7 - на АЦП і вихід

етичні дані (наприклад, ПЗС), потім проходить призми, лінзи та інші оптичні компоненти. Подібно лінз окулярів або лупам, ці елементи можуть досить відрізнятися за якістю. Високоякісний сканер використовує точну, просвітлений оптику зі світлофільтрами виправлення кольору, виготовлену зі скла, в той час як в дешевих моделях застосовуються пластмасові компоненти.

Головка встановлюється на каретці, яка переміщується вздовж оригіналу зображення. Хоча рух здається безперервним, переміщення відбувається дискретними кроками (в частки дюйма), і в кожної паузі здійснюється зчитування інформації. У разі планшетного сканера головка управляється кроковим двигуном - пристроєм, який повертає вісь в точності на заданий кут кожен раз, коли поданий електричний імпульс.

Інтенсивність світла, відбитого або що пройшов крізь зображення і зібраного датчиком, перетворюється в напругу, пропорційне світловий інтенсивності. Перетворення аналог-код - процес, чутливий до електричних перешкод і шумів в системі. Щоб зберегти зображення, кращі сканери використовують електрично ізольований конвертер аналог-код, віддалений від основної схеми сканера. Однак ця конструкція недешева, тому в більш простих моделяхконвертер вбудований в основну монтажну схему сканера.

Контактний сенсор (CIS).Це відносно нова технологія датчиків, яка почала з'являтися на ринку планшетних сканерів в кінці 1990-х рр. Сканери цієї системи використовують компактні банки червоних, зелених і синіх світлодіодів в поєднанні з лінійкою датчиків ПЗС, поміщених надзвичайно близько до вихідного зображення. В результаті отримано сканер, який менше, легше, дешевше і економічніше ніж, традиційний устрій на основі ПЗС, однак ця технологія ще далека від досконалості.

Показники ефективності сканера

Розглянемо основні характеристики зображень, процесів їх створення і обробки. Механізм датчика - не єдиний фактор, який задає ефективність сканера. Наступні показники є важливими аспектами специфікації пристрою:

Роздільна здатність;
розрядна глибина;
динамічний діапазон.

Роздільна здатність сканера.Роздільна здатність описує точність пристрою і зазвичай вимірюється в точках на дюйм (ТНД) або ppi (points per inch). Середня роздільна здатність недорогого настільного сканера в кінці 1990-х рр. становила 300 х 300.

Типовий планшетний сканер використовує елемент ПЗС для кожного пікселя, так що наприклад, для настільного сканера, що має горизонтальну оптичну роздільну здатність 600 ТНД і максимальну ширину документа 8,5 ", потрібно масив з 5100 (5100 = 600 х 8,5) елементів в лінійці ПЗС (див. рис. 1.24).

Число фізичних елементів в лінійці визначає інтервал дискретизації напрямки X,а кількість зупинок на дюйм задає дискретизацию напрямки Y.Хоча вони зазвичай згадуються як «роздільна здатність» сканера, термін не цілком точний. Роздільна здатність (можливість сканера виявити всі подробиці зображення) визначається якістю електроніки, оптики, фільтрів і моторного приводу, а також частотою дискретизації (оцифровки).

До кінця 1998 р максимальна щільність елементів ПЗС в лінійці становила 600 на 1 дюйм. Однак видима роздільна здатність може бути збільшена, використовуючи методику, відому як інтерполяція,яка полягає в програмному або апаратному обчисленні проміжних значень сигналу, після чого вони вставляються між реальними даними.

Розглянемо, як можна було б оцінити вимоги до розв'язання сканерів, в залежності від якості вихідного зображення.

Кольорова поліграфія.Тут обладнання, що відтворює різні рівні кольору, використовує метод, іменований обробкою півтонів. Складальні пристрої, що використовуються в офсетного друку - технології друку глянцевих журналів - здатні до висновку 133 рядків / дюйм. Як показує досвід, для отримання якісного друку дозвіл сканера має бути в 1,5 рази вище, т. Е. Близько 200 ТНД.

Висновок на струменевий принтер.При скануванні для подальшого виведення на принтер роздільна здатність сканера повинна відповідати роздільної здатності виведення настільки близько, наскільки можливо, беручи до уваги відносні розміри оригіналу і вихідного зображення. Якщо вони однакові, ніякої коригування не потрібно. Якщо, проте, вихідне зображення має бути надруковано в іншому форматі (більшому або меншому ніж оригінал), дозвіл сканера має бути відповідно скориговане.

Припустимо, необхідно відскановану поштову марку розміру 1 х 1,5 "надрукувати на струменевому принтері, який має дозвіл друку 600 ТНД, причому зображення повинно бути збільшено, і скласти в розмірі 2 х 3". Якби марка сканувалася при вирішенні 600 ТНД, відскановане зображення мало б 600 пікселів по вертикалі (1 "помножити на 600) та 900 пікселів по горизонталі (1,5" помножити на 600). Збільшення зображення до розміру, призначеного для друку (2 х 3 "), зменшує фактичну роздільну здатність до 300 ТНД (900/3 = 300, оскільки 900 горизонтальних пікселів будуть розташовані в 3"), і так само в вертикальному вимірі. Це тільки половина роздільної здатності принтера, і якість виведення буде нижче оптимального. Для кращої якості надрукованого зображення, яке фактично використовує 600 ТНД, сканування слід проводити при 1200 ТНД.

Висновок на монітор.Подібні розрахунки можна зробити також, якщо розмір виведеного образу менше, ніж оригінал. Припустимо, необхідно відсканувати фотографію розміром 4 х 5 ", яка буде відображена на Web-сторінці в половинному розмірі - 2 х 2,5". Комп'ютерні монітори зазвичай мають роздільну здатність 72 або 90 ТНД. Сканування фотографії при 72 ТНД дає зображення розміром в 288 х 360 пікселів. Скорочення цього розміру в 2 рази давало б зображення з вертикальною роздільною здатністю 144 ТНД, що вдвічі більше за необхідну. У цьому прикладі оригінальне зображення могло бути відскановано при 36 ТНД без втрати якості результуючого зображення.

Співвідношення, використовувані в цих прикладах, описуються наступною формулою:

де SR -ідеальне дозвіл сканера, ТНД;

DR -здатність пристрою виведення, ТНД;

DW -ширина, з якої зображення буде надруковано або відображено, дюйми;

OW -ширина сканованого оригіналу, дюйми.

кольорові сканери

Головки деяких колірних сканерів містять єдину флюоресцентную трубку з трьома ПЗС, які забезпечені кольоровими фільтрами, в той час як інші мають три кольорових трубки і єдиний блок ПЗС. Перші роблять повне колірне зображення за єдиний прохід, в той час як другі - за три проходи. З кінця 1990-х рр. однопрохідні пристрою становлять більшість колірних сканерів.

Ці сканери використовують один з двох методів - або розщеплення променя, або ПЗС з колірними фільтрами. У першій конструкції світло, що проходить через призму, розділяється на три первинні кольори, кожен з яких зчитується відповідними ПЗС. Цей метод вважається найкращим для обробки відбитого світла, але для зниження витрат багато виробників використовують три масиви ПЗС, кожен з яких покритий фільтрує плівкою так, щоб він сприймав тільки один з первинних квітів. Будучи технічно менш точним, цей метод зазвичай виробляє результати, які важко відрізнити від таких для сканера з розщепленням променя.

Разрядная глибина.Разрядная (бітова, колірна) глибина сканера характеризує кількість інформації, що міститься в одному пікселі вихідного образу. Найпростіший сканер (чорно-білий сканер на 1 біт) використовує для представлення кожного пікселя «1» або «0». Щоб відтворити півтони між чорним і білим, сканер повинен мати хоча б 4 біта (для 16 = 2 4 півтонів) або 8 біт (для 256 = 2 8 півтонів) на кожен піксель.

Найсучасніші колірні сканери підтримують не менше 24 біта, що означає фіксацію 8 біт інформації по кожному з первинних кольорів (червоний, синій, зелений). Пристрій на 24 біта може теоретично фіксувати більш ніж 16 млн різних квітів, хоча практично це число набагато менше. Це майже фотографічне якість і згадується тому зазвичай як «повнокольорове» сканування (true colour scanning).

Останнім часом все більше збільшується список виробників пропонує сканери з бітних на 36 або 30 бітів. Хоча поки мало хто прикладні програми машинної графіки здатні до обробки зображень з глибиною більш ніж 24 біта, цей надлишок дозволу дозволяє здійснювати корисні операції по редагуванню графіки як в драйверах, так і в додатках.

Динамічний діапазон.Динамічний діапазон по своїй суті подібний розрядної глибині, яка описує колірний діапазон сканера, і визначається як функціонуванням АЦП сканера, так і чистотою світла, якістю кольорових фільтрів і рівнем будь-яких перешкод в системі.

Динамічний діапазон вимірюється в шкалі від 0,0 (абсолютно білий) до 4,0 (абсолютно чорний), і єдине число, дане для конкретного сканера, каже, скільки відтінків модуль може розрізнити. Більшість кольорових планшетних сканерів насилу сприймає тонкі відмінності між темними і світлими кольорами на обох кінцях діапазону і має динамічний діапазон близько 2,4. Це звичайно, небагато, але зазвичай досить для проектів, де ідеальний колір не самоціль. Для отримання більшого динамічного діапазону слід використовувати колірний планшетний сканер вищої якості зі збільшеною бітних і поліпшеною оптикою. Ці високопродуктивні модулі зазвичай забезпечують динамічний діапазон між 2,8 і 3,2 і добре підходять для більшості додатків, що вимагають високоякісний колір (наприклад, офсетний друк). Найбільш близько до межі динамічного діапазону дозволяють підійти барабанні сканери, часто забезпечують значення від 3,0 до 3,8.

36 бітів мають набагато більш широкий діапазон, пропонуючи більш деталізовані відтінки, і дозволяють користувачеві робити тональні виправлення, що закінчуються пристойним 24-бітових зображенням. Сканер на 30 бітів приймає 10 бітів даних на кожен колір, в той час як сканери на 36 бітів - по 12 бітів. Драйвер сканера дозволяє користувачеві вибрати, які саме 24 біта з вихідних 30 або 36 бітів зберегти, а які - ні. Ця настройка робиться шляхом зміни «кривої колірної гами» (Gamma Curve) і доступна при зверненні До Настройці тонів (Tonal Adjustment control) драйвера TWAIN (див. Рис. 1.28).

Режими сканування.Серед загальної різноманітності методів представлення зображення в ЕОМ найбільш поширеними є:

штрихова графіка (line art);
півтонування (greyscale);
кольорове зображення (colour).

Шт р їх про в а я графіка -найбільш простий формат. Так як зберігається тільки чорно-біла інформація (в комп'ютері представлений чорний колір як «1» і білий як «0»), потрібно тільки 1 біт даних, щоб зберегти кожну точку переглянутого зображення. Штрихова графіка найбільш підходить при скануванні креслень або тексту.

Півтонування.У той час як комп'ютери можуть зберігати і видавати зображення в півтонах більшість принтерів не здатна друкувати різні відтінки сірих кольорів. Вони застосовують метод, названий обробкою півтонів, Використовуючи точковий растр, що імітує півтонову інформацію.

Повнокольорові зображення -найбільш об'ємні і найскладніші, які зберігаються і обробляються в ПК, використовують 24 біта (по 8 на кожен з основних кольорів), щоб представити повний колірний спектр.

У табл. 4.1 даються характеристики ряду сканерів.

Таблиця 4.1.Характеристики деяких моделей сканерів

Найменування	Деякі особливості конструкції	Швидкість сканування (стор. / Хв, формату А4, 200 ТНД)	оптичне Дозвіл,	документа	інтерфейс
ScanPartner Е.О.	Лоток автоподачі на 30 аркушів
ScanPartner 10с	Планшетний з автоподачей 50 аркушів, кольоровий (трехпроходних)

3093GX, 3093ЕХ	Планшетний з автоподачей 50 аркушів				SCSI (GX), відео (EX)
3093DG, 3093DE					SCSI (DG), відео (DE)
3096GX, 3096ЕХ					SCSI (GX), відео (EX)
3097G, 3097Е	Планшетний з автоподачей 100 аркушів				SCSI (G), відео (E)
3099GH +, 3099ЕН +	Ротаційний, автоподача 1000 аркушів				SCSI (GH +), відео (EH +)
	Планшетний з автоподачей 50 аркушів, кольоровий (однопрохідний)
	Планшетні з автоподачей 100 аркушів	36 (5000F), 54 (6000F)			(можливий
Copiscan 2137А, 2138А	Ротаційні з автоподачей 100/500 листів, автоматичне посилення контра- стності (АСЕ)	48 (2137А), 72 (2138А)			(можливий


	Ротаційний з автоподачей 100 аркушів, АСЕ				Відео та SCSI

Закінчення табл. 4.1

Цифрове фото: уявлення і обробка

Фотографічне зображення в цифровій формі може бути отримано за допомогою сканера і в подальшому оброблено за допомогою редактора зображень на зразок Photoshop. Зупинимося на цифрових фотокамерах.

Беспленочного (цифрові) камери зовні дуже схожі на традиційні фотокамери - в камерах обох типів є об'єктив, затвор і діафрагма. Фактично в деяких професійних безплівкову камерах використовуються готові корпусу від 35-мм апаратів Nikon, Minolta або Canon (рис. 4.9, а).Різниця ж полягає у внутрішньому устрої або в способі збереження зображення.

У традиційних фотокамерах зображення фокусується на плівці, покритої світлочутливим шаром кристалів галоидного срібла. У цифрових - зображення зазвичай фокусується на фоточутливому кристалі напівпровідника, званому приладом із зарядовим зв'язком (ПЗЗ, рис. 1.24). ПЗС застосовуються також в сканерах, факсимільних апаратах і відеокамерах.

КМОП (CMOS).У 1998 р з'явилися датчики CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) як альтернативна до приладів із зарядним зв'язком технологія зняття зображення. Виробничі процеси CMOS ті ж, що і у виробництві

Мал. 4.9. Загальний вигляд цифрової камери (а); функціонування колірних пікселів в звичайних матрицях ПЗС (б); технологія ХЗ (В);пікселі змінного розміру (г)

мільйонів процесорів і чіпів пам'яті в усьому світі. Оскільки вже існувала високопродуктивна індустрія з існуючою інфраструктурою, чіпи CMOS виявилися значно дешевше у виготовленні, ніж ПЗС. Інша перевага полягає в тому, що вони мають значно нижчі вимоги до потужності, ніж ПЗС. Якщо останні мають тільки одну функцію - реєстрації, то КМОП може бути завантажений низкою інших завдань - аналого-цифрове перетворення, обробка сигналів, баланс білого кольору, управління камерою і ін.

ХЗ.Вельми перспективним є розширення CMOS - технологія ХЗ, запропонована в 2002 р Foveon Corporation. У звичайних цифрових системах фільтри кольору застосовані до єдиного шару фотодатчиків, розташованих в мозаїчному порядку. Фільтри дозволяють тільки однієї довжини хвилі світла - червоний, зелений або синій - проходити до будь-якого даного пікселя, дозволяючи записати тільки один колір. В результаті, типові мозаїчні датчики вловлюють тільки 50% зелених і 25% синіх або червоних падаючих променів. Підхід має непереборні недоліки, незалежно від того, скільки пікселів міг би містити датчик зображення. Так як вони фіксують лише частина світлового потоку, доводиться здійснювати додаткову обробку, щоб інтерполювати дві третини, які вони втрачають. Це уповільнює швидкість отримання зображення, а інтерполяція веде до колірних артефактів і втрати чіткості зображення. Деякі камери навіть навмисно розмивають зображення, щоб зменшити колірні артефакти.

Датчик зображення CMOS Foveon Corporation використовує технологію ХЗ і дозволяє фіксувати інформацію в 3 рази швидше, ніж звичайні цифрові камери при збереженні дозволяють здібностей. Це досягається використанням трьох шарів фотодатчиків, впроваджених в кремній. Рівні розташовані так, щоб використовувати той факт, що кремній поглинає промені світла різної довжини хвилі на різних глибинах, так що один шар реєструє червоні, інший зелені і залишився - сині промені. Це означає, що для кожного пікселя на датчику зображення Foveon ХЗ, фактично є стек трьох фотодатчиків (рис. 4.9, в).

Технологія ХЗ не тільки веде до кращих зображень, але також і найкращим камерам. Фактично, це відкриває можливість побудови нового покоління пристроїв, які стирають існуючу межу між фотографією і цифровим відео, не жертвуючи якістю. Оскільки датчики ХЗ фіксують повний колір в кожному місцезнаходження пікселя, ці пікселі можуть групуватися, щоб створити великі, повноколірний суперпікселі.Ця можливість, названа «пікселі змінних розмірів» (Variable Pixel Sizing - VPS). У цьому випадку сигнали від групи пікселів можуть бути об'єднані так, що камера буде розглядати її як один піксель (рис. 4.9, г).Наприклад, датчик зображення 2300 х 1500 містить більше 3,4 млн пікселів, але при використанні VPS, щоб згрупувати їх в блоки 4x4, датчик зображення набуває розмірність 575 х 375 пікселів, кожен з яких в 16 разів більше, ніж вихідний. Розміри групи пікселів є змінними - 2x2, 4x4, 3x5, і т. Д., І управляються електронною схемою, інтегрованої в датчики зображення Foveon ХЗ.

Угруповання пікселів збільшує відношення «сигнал-шум», що дозволяє робити повнокольорові знімки при низькому освітленні з зменшеним шумом. Використання VPS для зменшення роздільної здатності також дозволяє датчику працювати при високих швидкостях передачі кадрів. Технологія VPS дозволяє створювати комбіновані пристрої, які поєднують цифрове фото (висока роздільна здатність, щодо повільна обробка інформації) і цифрове відео (висока швидкість при більш низькій роздільній здатності); за оцінками, зміна параметрів може досягати 50 разів.

У той час як звичайні датчики зображення CMOS виготовлялися, використовуючи 0,35 або 0,50-мкм технології, і вважалося, що наступний крок - 0,25-мкм, датчик CMOS Foveon Corporation ХЗ містить 16,8 млн пікселів (4096 х 4096), має розмір 22 х 22 мм і виконується по 0,18-мкм технології.

Якість зображення.Якість цифрової камери залежить від багатьох факторів, включаючи оптичне якість лінзи, матриці зйомки зображення, алгоритмів стиснення і інших компонентів. Однак, найважливіший детермінант якості зображення - роздільна здатність матриці ПЗС - чим більше елементів, тим вище роздільна здатність, і таким чином може бути зафіксовано більше подробиць зображення.

У 1997 р типова роздільна здатність цифрових камер була 640 х 480 = 307 тис. Пікселів, рік по тому з'явилися «камери мегапікселя», що мало на увазі, що за ті ж гроші можна було придбати модель на 1024 х 768 або навіть 1280 х 960 = 1 , 22 млн. до початку 1999 р дозволяють здібності дійшли до 1536 х 1024 і в середині цього ж року був подоланий бар'єр 2 мегапікселів з появою роздільної здатності 1800 х 1200 = 2,16 млн. Рік по тому - бар'єр 3 мегапікселів (2048 x +1536 = 3,15 млн пікселів). Перша камера з 4 мегапікселямі з'явилася в середині 2001 року, забезпечуючи 2240 х 1860 = 4,16 млн пикселей.

Однак навіть датчик Foveon ХЗ (4096 х 4096 = 16,8 млн пікселів) все ж не перекриває можливостей звичайної фотоплівки. Оскільки високоякісні лінзи об'єктивів забезпечують дозвіл принаймні 200 точок на 1 мм, негативна плівка стандарту 100ASA шириною 35 мм і розміром кадру 24 х 36 мм забезпечить дозвіл 24 х 200 х 36 х 200 = 34,56 млн пікселів, що все ще недосяжно для цифрових камер.

Проте основна перевага цифрових фотокамер в порівнянні зі звичайними полягає в тому, що вони дозволяють негайно відтворити зображення на телевізорі або моніторі комп'ютера, роздрукувати його на кольоровому принтері, записати на відеомагнітофон або передати в телевізійну мережу.

Цифрові камери - автоматичні пристрої, які не потребують ручної настройки. Завантаження зображень в ПК не викликає ускладнень і вимагає тільки підключення з'єднувального кабелю до камери і порту комп'ютера, відкриття файлів, що поставляється з фотокамерою програмного забезпечення і вибору зображень, які будуть автоматично передані і запам'ятали на жорсткому диску. Крім того, запис зображень може здійснюватися на флеш-пам'ять (карти CompactFlash або SmartMedia).

Істотна відмінність між беспленочного і звичайними камерами складається в затримці тривалістю кілька секунд, яка потрібна камері для фіксації зображення, його перетворення, стиснення і збереження в цифровому вигляді.

На відміну від плівкових, кожна з цифрових камер дозволяє стерти останній знятий кадр. Щоб не займати пам'ять будь-яким невдалим знімком, можна видаляти кілька кадрів вразбивку. У всіх камерах передбачений також механізм захисту, що оберігає від випадкового стирання відзнятих кадрів, що зберігаються в пам'яті камери. Ще одна важлива особливість полягає в програмному забезпеченні, Що поставляється разом з камерою. У багатьох випадках до складу ПО входять невеликі прикладні програми, що дозволяють кадрувати, повертати і коригувати зображення без необхідності імпортувати їх в більш складні програми редагування (наприклад, Adobe Photoshop). При наявності у камери засобів цифрового входу й установки виведення можна завантажити ділову презентацію в її пам'ять і потім відтворити її на телевізійному приймачі.

Оскільки видимість (для сканера) кольорів і відтінків на папері визначається кольором освітлення, білий колір лампи представляється нейтральним і універсальним (що дозволяє бачити точки будь-якого кольору). Однак білі лампи швидко втрачають яскравість і в сканерах, розрахованих на тривалий інтенсивне сканування застосовують зелені фосфорні лампи. При цьому сканер виявляє тенденцію до придушення світло-зелених і світло-блакитних кольорів на сторінці. Цей ефект іноді навіть використовується при обробці форм (розпізнаються форми друкують на світло-блакитних або зелених бланках). Але історично багато паперу в сфері страхування та охорони здоров'я були виготовлені на рожевою або червоною папері, тому широкого поширення набули червоні лампи для придушення відповідного фону. В даний час всі виробники виробничих сканерів допускають замовлення пристрою з лампою необхідного кольору або замовлення додатково однієї (кількох) кольорових ламп (або світлофільтрів) для поліпшеного сканування в конкретних обставинах.

Основні технічні характеристикисканерів

Роздільна здатність

Роздільна здатність, або дозвіл, - один з найбільш важливих параметрів, що характеризують можливості сканера. Найбільш поширена одиниця виміру роздільної здатності сканерів - кількість пікселів на один дюйм(Pixels per inch, скорочено ppi). Не слід ототожнювати ppi з більш поширеною абревіатурою dpi(Dots per inch, кількість точок на дюйм). Остання одиниця використовується для вимірювання роздільної здатності растрових друкуючих пристроїв і має дещо інший сенс.

розрізняють оптичнеі интерполированноеДозвіл. Величину оптичного дозволу можна обчислити, розділивши кількість світлочутливих елементів в скануючої лінійці на ширину планшета. Неважко порахувати, що кількість світлочутливих елементів у сканера, що має оптичний дозвіл 600 ppi і формат планшета Legal (тобто шириною 8,5 дюйма, або 216 мм) повинна становити не менше 5100, а при дозволі 1200 ppi - 11 000! Говорячи про сканер як про абстрактне цифровому пристрої, Важливо розуміти, що оптичне дозвіл - це частота дискретизації, тільки в даному випадку відлік йде не за часом, а по відстані.

В табл. 1наведені необхідні значення роздільної здатності для найбільш поширених завдань. Як ви можете помітити, при скануванні у відбитому світлі в більшості випадків цілком достатньо дозволу в 300 ppi, а більш високі значення потрібні в основному для роботи з прозорими оригіналами, зокрема 35-міліметровими діапозитивами і негативами.

Багато виробників, прагнучи залучити покупців, вказують в документації і на коробках своїх виробів значення оптичного дозволу 600x1200 ppi (або відповідно 1200x2400). Однак вдвічі більша цифра для вертикальної осі означає не що інше, як сканування з половинним вертикальним кроком і подальшої програмної інтерполяції, так що в даному випадку оптичний дозвіл цих моделей фактично залишається рівним першій цифрі.

Інтерпольоване дозвіл - це підвищення кількості пікселів у відсканованому зображенні за рахунок програмної обробки. Величина інтерпольованого дозволу може у багато разів перевищувати величину оптичного дозволу, проте слід пам'ятати, що кількість інформації, отриманої з оригіналу, буде таким же, як і при скануванні з оптичним дозволом. Іншими словами, підвищити детальність зображення при скануванні з роздільною здатністю, що перевищує оптичне, не вдасться.