Сканер (англ. scanner) - это устройства ввода текстовой или графической информации в компьютер путем преобразования ее в цифровой вид для последующего использования, обработки, хранения или вывода.

В 1857 году флорентийский аббат Джованни Казелли (Giovanni Caselli) изобрёл прибор для передачи изображения на расстояние, названный впоследствии пантелеграф. Передаваемая картинка наносилась на барабан токопроводящими чернилами и считывалась с помощью иглы.

В 1902 году, немецким физиком Артуром Корном (Arthur Korn) была запатентована технология фотоэлектрического сканирования, получившая впоследствии название телефакс. Передаваемое изображение закреплялось на прозрачном вращающемся барабане, луч света от лампы, перемещающейся вдоль оси барабана, проходил сквозь оригинал и через расположенные на оси барабана призму и объектив попадал на селеновый фотоприёмник. Эта технология до сих пор применяется в барабанных сканерах.

В дальнейшем, с развитием полупроводников, усовершенствовался фотоприёмник, был изобретен планшетный способ сканирования, но сам принцип оцифровки изображения остаётся почти неизменным.

1. ВИДЫ СКАНЕРОВ

В зависимости от способа сканирования объекта и самих объектов сканирования существуют следующие виды сканеров:

Планшетные - наиболее распространённый вид сканеров, поскольку обеспечивает максимальное удобство для пользователя -- высокое качество и приемлемую скорость сканирования. Представляет собой планшет, внутри которого под прозрачным стеклом расположен механизм сканирования.

Рис. 1

Сканируемый объект кладется на стекло планшета сканируемой поверхностью вниз. Под стеклом располагается подвижная лампа, движение которой регулируется шаговым двигателем.

Свет, отраженный от объекта, через систему зеркал попадает на чувствительную матрицу, Приёмный элемент преобразует уровень освещенности в уровень напряжения. Далее, после возможной коррекции и обработки, аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). С АЦП информация выходит уже в двоичном виде и, после обработки в контроллере сканера через интерфейс с компьютером поступает в драйвер сканера - обычно это так называемый TWAIN-модуль, с которым уже взаимодействуют прикладные программы.

За каждый шаг двигателя сканируется полоска объекта, которые потом объединяются программным обеспечением в общее изображение.

В качестве линейного источника света используется люминесцентная лампа со спектром света, близким к дневному свету, а в качестве приёмника - используется линейка ПЗС (прибор с зарядовой связью).

Ручные - в них отсутствует двигатель, следовательно, объект приходится сканировать пользователю вручную, единственным его плюсом является дешевизна и мобильность, при этом он имеет массу недостатков -- низкое разрешение, малую скорость работы, узкую полосу сканирования (до 10-ти см.), возможны перекосы изображения, поскольку пользователю будет трудно перемещать сканер с постоянной скоростью.

Листопротяжные - лист бумаги вставляется в щель и протягивается по направляющим роликам внутри сканера мимо лампы. Имеет меньшие размеры, по сравнению с планшетным, однако может сканировать только отдельные листы, что ограничивает его применение в основном офисами компаний. Многие модели имеют устройство автоматической подачи, что позволяет быстро сканировать большое количество документов.

Книжные сканеры - предназначены для сканирования брошюрованных документов. Современные модели профессиональных сканеров позволяют значительно повысить сохранность документов в архивах, благодаря очень деликатному обращению с оригиналами. Сканирование производится лицевой стороной вверх. Программное обеспечение, используемое в книжных сканерах позволяет устранять дефекты, сглаживать искажения, редактировать полученные отсканированные страницы. Книжные сканеры обладает уникальной функцией "устранения перегиба" книги, которая обеспечивает отличное качество отсканированного (или напечатанного) изображения.

Планетарные сканеры - применяются для сканирования книг или легко повреждающихся документов. При сканировании нет контакта со сканируемым объектом (как в планшетных сканерах).

Барабанные сканеры -- Барабанные сканеры, по светочувствительности, значительно превосходящие потребительские планшетные устройства, применяются исключительно в полиграфии, где требуется высококачественное воспроизведение профессиональных фотоснимков. Разрешение таких сканеров обычно составляет 8000-11000 точек на дюйм и более.

Рис. 2

Рис. 3

В барабанных сканерах оригиналы размещаются на внутренней или внешней (в зависимости от модели) стороне прозрачного барабана. После монтажа оригинала барабан приводится в движение. За один его оборот считывается одна линия пикселей, так что процесс сканирования очень напоминает работу токарно-винторезного станка. Проходящий через слайд (или отраженный от непрозрачного оригинала) сфокусированный луч света попадает на расщепляющую систему (призму или блок зеркал) и через три светофильтра попадает на светочувствительные элементы - фотоэлектронные умножители.

В качестве точечного источника света используются галогенные или ксеноновые лампы мощностью 30-75 Вт, т.к. они сочетают высокую интенсивность излучения с достаточно равномерным распределением мощности во всем диапазоне спектра излучения.

Слайд-сканеры - как ясно из названия, служат для сканирования плёночных слайдов, выпускаются как самостоятельные устройства, так и в виде дополнительных модулей к обычным сканерам.

Сканеры штрих-кода - небольшие, компактные модели для сканирования штрих-кодов товара в магазинах.

Рис. 4

3D-сканеры -- устройства, анализирующие физический объект, и c помощью полученных данных, создающие 3d модель. Они используются для инженерного анализа, контроля, дизайна, в играх и развлечениях (создание цифровых моделей персонажей), в медицине и других сферах.

Рис. 5

Трехмерное или 3D-сканирование - это процесс перевода физической формы реального объекта в цифровую форму, т.е. получение трехмерной компьютерной модели объекта.

Для того, чтобы сканер «привязался» к сканируемому объекту, на объект перед сканированием наклеиваются специальные индексные метки-привязки. Совокупность этих меток формирует уникальную, связанную с объектом систему координат, в которых строится поверхность. В случае с оптическим сканером эти точки служат для склейки отдельных сканов между собой.

Все блестящие, зеркальные или прозрачные поверхности объекта покрываются антибликовым составом, создающим белую матовую поверхность пригодную для оптического или лазерного 3D-сканирования.

На выходе со сканера получают треугольную полигональную модель объекта.

3D-сканеры делятся на два типа по методу сканирования:

· Контактный, такой метод основывается на непосредственном контакте сканера с исследуемым объектом.

Контактные 3D сканеры построены по принципу обвода модели специальным высокочувствительным щупом, с помощью него в компьютер передаются трехмерные координаты сканируемой модели.

· Бесконтактный.

Неконтактные устройства в свою очередь можно разделить на две отдельные категории:

· Активные сканеры

· Пассивные сканеры

Активные сканеры излучают на объект некоторые направленные волны (свет, луч лазера, ультразвук или рентгеновские лучи) и обнаруживают их отражение для анализа.

Пассивные сканеры не излучают ничего на объект, а вместо этого полагаются на обнаружение отраженного окружающего излучения. Большинство сканеров такого типа обнаруживает видимый свет -- легкодоступное окружающее излучение.

Ультразвуковые сканеры (УЗИ-сканеры) - используются в медицине для исследования внутренних органов человека.

Рис. 6

Работа УЗИ - сканера основывается на том, что ультразвуковые колебания при распространении подчиняются законам геометрической оптики. Любая среда, в том числе и ткани организма, препятствует распространению ультразвука, то есть обладает различным акустическим сопротивлением, величина которого зависит от их плотности и скорости ультразвука.

Достигнув границы двух сред с различным акустическим сопротивлением, пучок ультразвуковых волн претерпевает существенные изменения: одна его часть продолжает распространяться в новой среде, в той или иной степени поглощаясь ею, другая -- отражается. Коэффициент отражения зависит от разности величин акустического сопротивления граничащих друг с другом тканей: чем это различие больше, тем больше отражение и, естественно, больше амплитуда зарегистрированного сигнала, а значит, тем светлее и ярче он будет выглядеть на экране аппарата. Полным отражателем является граница между тканями и воздухом.

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ СКАНЕРОВ:

Вид оригинала. Сканирование может осуществляться в проходящем свете (для оригиналов на прозрачной подложке) или отраженном (для оригиналов на непрозрачной подложке). Сканирование негативов отличается особой сложностью, поскольку этот процесс не сводится к простому инвертированию градаций цвета от негатива до позитива. Чтобы точно оцифровать цвет в негативах, сканер должен компенсировать цветную фотографическую вуаль на оригинале. Есть несколько способов решения этой проблемы: аппаратная обработка, программные алгоритмы перехода от негатива к позитиву или справочные таблицы для конкретных типов фотопленки.

Оптическое разрешение. - Сканер снимает изображение не целиком, а по строчкам. По вертикали планшетного сканера движется полоска светочувствительных элементов и снимает по точкам изображение строку за строкой. Чем больше светочувствительных элементов у сканера, тем больше точек он может снять с каждой горизонтальной полосы изображения. Это и называется оптическим разрешением. Обычно его считают по количеству точек на дюйм -- dpi (dots per inch). Сегодня считается нормой уровень разрешение не менее 600 dpi.

Скорость работы. - В отличие от принтеров, скорость работы сканеров указывают редко, поскольку она зависит от множества факторов. Иногда указывают скорость сканирования одной линии в миллисекундах.

Глубина цвета. - Измеряется количеством оттенков, которые устройство способно распознать. 24 бита соответствует 16 777 216 оттенков. Современные сканеры выпускают с глубиной цвета 24, 30, 36, 48 бит.

Динамический диапазон - характеризует какой диапазон оптических плотностей оригинала сканер может распознать, не потеряв оттенки ни в светах, ни в тенях оригинала. Максимальная оптическая плотность у сканера - это оптическая плотность оригинала, которую сканер еще отличает от полной темноты. Все оттенки оригинала темнее этой границы сканер не сможет различить.

Пакетная обработка: это сканирование нескольких оригиналов одновременно, с сохранением каждого изображения в отдельном файле. Программа пакетной обработки позволяет без участия оператора выполнить сканирование определенного числа оригиналов, обеспечивая автоматическое переключение режимов сканирования и сохранение отсканированных файлов.

Диапазон масштабирования: это интервал величин изменения масштаба оригинала, который может быть выполнен во время сканирования. Он связан с разрешающей способностью сканера: чем выше значение максимального оптического разрешения, тем больше коэффициент увеличения исходного изображения без потери качества.

По типу интерфейса сканеры делятся всего на четыре категории:

Сканеры с параллельным или последовательным интерфейсом, подключаемые к LPT- или COM-порту Эти интерфейсы самые медленные. Возможно появление проблем, связанных с конфликтом сканера с LPT-принтером, если таковой имеется.

Сканеры с интерфейсом USB Стоят чуть-чуть дороже, но работают значительно быстрее. Необходим компьютер с USB-портом.

Сканеры со SCSI-интерфейсом, с собственной интерфейсной платой для шины ISA или PCI либо подключаемые к стандартному SCSI-контроллеру. Эти сканеры быстрее и дороже представителей двух предыдущих категорий и относятся к более высокому классу.

Сканеры с современным интерфейсом FireWire(IEEE 1394) специально разработанным для работы с графикой и видео. Такие модели представлены на рынке относительно недавно.

3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

После сканирования полученная цифровая информация требует обработки для приведения отсканированного изображения в нужный вид.

Создано много прикладных программ при помощи которых можно корректировать полученные при сканировании изображения, для приведения их в необходимый для дальнейшего использования вид. Наверное, самая известная из них это Adobe Photoshop, которая имеет огромное количество различных инструментов для работы с изображениями. Также нужно назвать ACDSee, Microsoft PfotoEditor (встроенную в Microsoft Offise), Raster Desh, Raster ID, Spotlight.

Для преобразования отсканированных бумажных документов в электронные форматы для последующего редактирования - системы распознавания текста: ABBYY FineReader, OCR CuneiForm, Readiris, Microsoft Office Document Imaging.

Для редактирования объемных изображений используются программы StudioMAX, Maya, Rhinoceros, SolidWorks и другие пакеты 3d моделирования.

4. ПРОИЗВОДИТЕЛИ

На мировом рынке представлено достаточно большое число фирм-производителей сканеров. Наиболее популярные модели производят Hewlett-Packard, Agfa, Canon, Mustek, Epson.

3D-сканеры производят Z Corporation, Contex, Artec Group.

УЗИ-аппаратуру производят ОАО «Уральский приборостроительный завод» (РФ), «Prosound» (Япония), «Siemens» (Германия), Mindray (Китай) и др.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В своей работе я раскрыл тему о периферийных устройствах ввода информации в компьютер - сканерах, их основные виды, особенности устройства, принцип работы и области применения. Широта использования в разных сферах деятельности сделало их незаменимыми помощниками человека.

ЛИТЕРАТУРА:

Сайт http://ru.wikipedia.org

Компьютер Пресс 1-12№\2005г.

«Компьютер. Инструкции по применению». Наука и техника, С-П 2009 г.

http://modernlib.ru/books/leontev_b_k/sekreti_skanirovaniya_na_pk/read_1