Skanery: budowa, działanie, parametry

Grzegorz Trzupek

• Skanery to urządzenia cyfrowe umożliwiające

przenoszenie obrazu zapisanego w postaci
tradycyjnej do pamięci masowej komputera.
Skanowany obraz po przetworzeniu na postać
cyfrową może być zapisany jako plik komputerowy
do archiwizacji lub dalszej obróbki cyfrowej. Skaner
umożliwia szybką cyfrową archiwizację zdjęć,
dokumentów, gazet i wszelkiego innego tekstu
zapisanego na papierze. Przy zastosowaniu
specjalistycznego oprogramowania OCR (Optical
Character Recognition - optyczne rozpoznawanie
znaków) możliwe jest odczytanie przez komputer
treści zeskanowanych dokumentów i formatowania
ich w dowolnym edytorze tekstowym.

Rodzaje Skanerów

• Skanery ręczne (ruchome).

Skanery płaskie (stacjonarne):

- Biurowe.
- Skanery fotograficzne – filmowe.
- Skanery do slajdów.

Skanery kodów kreskowych.

Skanery bębnowe.

Skanery ręczne

• to najprostsze z urządzeń tego typu. Ich obsługa polega

na przeciąganiu czytnikiem nad wprowadzanym
dokumentem. Szerokość skanowanego pola w starszych
i tańszych modelach skanerów ręcznych nie przekracza
10 cm. Można za ich pomocą wczytać do programu
graficznego zdjęcie standardowego formatu, lecz
większe może sprawić problemy. Oprogramowanie
takich skanerów przeważnie umożliwia sklejanie z kilku
pasków stron większego formatu, nawet A4. Najczęściej
skanery ręczne pracują w trybie czarno-białym 100 –
200 dpi.

Przykładowe współczesne

skanery ręczne:

• DocuPen R700 przenośny skaner wielkości

długopisu wyposażony jest w system podwójnych
rolek prowadzących i technologię kalibracji
optycznej, co zapewnia sprawne i dokładne
skanowanie. Potrafi skanować dokumenty w
rozdzielczości 100 dpi oraz 200 dpi w trybie
czarno-białym. Posiada pamięć flash o pojemności
2 MB, która mieści do 100 zeskanowanych stron w
rozdzielczości 100 dpi, dołączono do niego
dodatkowo program OCR ABBYY FineReader 6.0
Sprint. 

Skaner przenośny DocuPen

R700

DocuPen R700 - Dane

techniczne 

Wymiary urządzenia: 216 mm x 18 mm
Waga: 57 g 
Szerokość obszaru skanowania: 205 mm 
Prędkość skanowania: 4-8 sekund na stronę 
Rozdzielczość: 200 x 100 dpi; 200 x 200 dpi 
Pamięć: 2 MB flash 
Interfejs: Twain 
Złącze: USB 
Zasilanie: bateria litowo-jonowa, ładowana przez USB 
Tryb skanowania: monochromatyczny 
Wymagania systemowe: 
Windows 98/2000/ME/XP, minimum 32 MB RAM, 
60 MB miejsca na dysku twardym, port USB

• Skaner C-Pen 20 

C-Pen 20 wyglądem przypomina marker z
wbudowanym kablem USB. Skanowanie tekstu
odbywa się poprzez przesunięcia skanera nad linią
tekstu. Dzięki wbudowanej aplikacji ABBYY
FineReader 7.0 urządzenie zdaniem producenta
cechuje wysoka dokładność rozpoznawania pisma.
Odczytuje tekst drukowany napisany w 167 językach
(w tym w j. polskim), cyfry, kody bankowe (OCR-A,
OCR-B i MICR (E13B)) oraz jednowymiarowe kody
kreskowe Warto zwrócić uwagę na szybkość odczytu
tekstu, która wynosi 15 cm/ s.

Skaner przenośny C-Pen 20

Skanery płaskie 

• peryferyjne urządzenie wejściowe komputera

służące do przetwarzania rzeczywistego obrazu do
postaci cyfrowej. Tym obrazem na ogół jest ilustracja
lub tekst. W skanerach płaskich skanowany
dokument układa się w łożu urządzenia, po czym
precyzyjny mechanizm przesuwa układ optyczny
pod powierzchnią dokumentu. Obraz jest dzięki
temu skanowany równomiernie na całej powierzchni
(zwykle co najmniej A4), bez deformacji i znacznie
szybciej. Z punktu widzenia najpopularniejszych
zastosowań - wczytywania zdjęć i dokumentów
tekstowych jest to metoda optymalna. 

Skanery fonograficzne –

filmowe 

• Skaner służący do przetwarzania obrazów analogowych z błon

fotograficznych (potocznie filmów) do postaci cyfrowej.
Najpopularniejsze skanery do filmów służą do skanowania
małoobrazkowych (35 mm) diapozytywów i negatywów, są jednak
dostępne również skanery do filmów średnioformatowych.
Skanowany materiał fotograficzny może być umieszczany w skanerze
w postaci pojedynczych klatek lub krótkich odcinków filmu i
wprowadzany jest do urządzenia po umieszczeniu ich w
odpowiednich ramkach, lub też cały film może być wprowadzana do
skanera za pomocą specjalnego adaptera. Nowoczesne skanery do
filmów poza skanowaniem samego obrazu, bardzo często skanują
również powierzchnię filmu w celu uzyskania informacji o jego
uszkodzeniach i zabrudzeniach. Informacja ta jest wykorzystywana
przez skaner do interpolacji obrazu w miejscach, gdzie występują
uszkodzenia, przy jednoczesnym pominięciu wizualnie podobnych
efektów będących zawartością obrazu. 

Skaner do slajdów

• Wyspecjalizowane urządzenie komputerowe

do skanowania 35-milimetrowych slajdów,
pozwalające przenieść ich zawartość do edycji
w programie komputerowym. Obecnie zamiast
skanera slajdów najczęściej wykorzystuje się
skanery płaskie lub skanerów do filmów
fotograficznych z dodatkowym osprzętem do
mocowania slajdów.

Przykładowe współczesne

skanery płaskie: 

• Dwa skanery firmy HP - modele ScanJet G4050 i SkanJet G4010. Urządzenia

wyposażono we wbudowane przystawki do przeźroczy, wysoka rozdzielczość i 96
bitowa głębia kolorów stawia w pozycji wysokiej klasy skanerów fotograficznych. 

HP ScanJet G4050 to skaner fotograficzny, umożliwiający skanowanie w
rozdzielczości 4800 x 9600 dpi i 96-bitowej głębi koloru. Dzięki wbudowanej
przystawce możemy zeskanować jednocześnie szesnaście slajdów 35 mm lub
trzydzieści klatek negatywu 35 mm. Urządzenie dysponuje technologią HP Real
Life, umożliwiającą między innymi usuwanie efektu czerwonych oczu,
wydobywanie szczegółów z ciemnych obszarów zdjęcia oraz usuwanie zadrapań.
Użytkownik ma możliwość skanowania jednocześnie czterech fotografii (10x15 cm)
i automatycznego zapisywania ich w osobnych plikach. Oczywiście w skanerze nie
zabrakło ułatwiających obsługę przycisków szybkiego wybierania. 

HP ScanJet G4010 różni się przede wszystkim od poprzednika przystawką
umożliwiającą zeskanowanie jednocześnie pięciu slajdów 35 mm lub sześciu klatek
negatywu 35 mm.

HP ScanJet G4050

Epson Perfection V700

Photo 

• Epson wprowadza na rynek nowy model

fotograficznego skanera - Perfection V700 Photo.
Skaner dysponuje systemem podwójnych soczewek
(Dual Lens System) - jedna skanuje zdjęcia, dokumenty
oraz klisze fotograficzne z rozdzielczością 6400, a
druga - 4800 ppi. Urządzenie umożliwia skanowanie
materiałów w formacie do 203x254 mm, z 48-bitową
głębią kolorów i gęstością optyczną 4,0 Dmax.
Dysponuje interfejsami USB 2.0 i IEEE 1394 (FireWire).
Ponadto zastosowana w skanerze technologia Digital
ICE automatycznie usuwa zabrudzenia dokumentów,
takie jak kurz, zadrapania bądź odciski palców.

Epson Perfection V700

Photo

Skanery kodów

kreskowych

• Kod kreskowy, kod paskowy – to graficzna reprezentacja informacji

poprzez kombinację ciemnych i jasnych elementów, ustaloną według
przyjętych reguł budowy danego kodu. Kod kreskowy przeznaczony jest
dla czytników elektronicznych. Ma na celu umożliwienie
automatycznego wczytywania informacji. Głównym zastosowaniem jest
identyfikacja produktów w szeroko pojętej logistyce. W trakcie czytania
kodu, światło pochodzące z czytnika jest odbijane przez jasne elementy
kodu (przerwy) a pochłaniane przez jego ciemne elementy (kreski,
pola). Światło odbite od przerw powoduje powstanie w czytniku
słabszych sygnałów elektrycznych, natomiast w wyniku braku odbicia
(kreski) powstają sygnały silniejsze. W zależności od grubości kresek
różna jest też długość trwania poszczególnych sygnałów. W wyniku tego
powstaje ciąg sygnałów elektrycznych o różnym natężeniu i różnej
długości. Jest to tylko nieco bardziej skomplikowane od zasady działania
alfabetu Morse'a. Otrzymane w ten sposób impulsy elektryczne są
tłumaczone przez dekoder czytnika na język cyfr, liter i innych znaków i
przesyłane do komputera.

Skaner kodów kreskowych i kod

kreskowy

Skaner bębnowy 

• Skaner bębnowy urządzenie peryferyjne komputera pozwalające

na stworzenie postaci cyfrowej obrazu z oryginałów
transparentnych (przeźroczystych) czyli slajdów lub odbitek
fotograficznych. Nazwa wywodzi się od metody odczytu obrazu, w
skanerach bębnowych, bowiem głównym elementem jest bęben,
na którym umieszcza się przed procesem skanowania oryginały
fotografii. W trakcie skanowania bęben obraca się z prędkością od
kilkuset do ponad 1500 obrotów na minutę pod głowicą
skanującą. Skanery bębnowe stosowane są w profesjonalnych
studiach graficznych ze względu na wysoką jakość uzyskiwanych
obrazów, charakteryzują się wysoką rozdzielczością (do kilku
tysięcy dpi) i gęstością optyczną 4.0 D i więcej, co pozwala np.
uzyskać dobrej jakości obraz z przeznaczeniem do druku w
formacie A3 z skanowanego slajdu 36 mm.

Skaner bębnowy Model Scanmaster

4500

Zasada działania skanera

• Światło białe odbite od kolorowego fragmentu oryginału przyjmuje

barwę tego fragmentu. To barwne światło, po przejęciu przez układ
optyczny, pada na filtr dichroiczny, który rozdziela odbity sygnał
świetlny na trzy jednakowe strumienie. Powstałe strumienie padają
na trzy rzędy czujników fotoelektrycznych. Każdy element czujnika
pokryty jest filtrem w odpowiedniej kolejności, czyli czerwonym R,
zielonym G i niebieskim B. W wyniku tego następuje automatyczne
odfiltrowanie trzech tak zwanych podstawowych barw składowych
RGB. Każda składowa ma jasność odpowiednią do koloru światła
odbitego od elementu oryginału. Im jasność podstawowej barwy
składowej większa, tym większy ładunek, co powoduje, że większy
prąd jest generowany przez element fotoczuły. Z kolei w
przewodniku A/C sygnał analogowy, czyli prąd jest zmieniany na
sygnał cyfrowy w celu utworzenia pliku cyfrowego. Następnie
powstały owy plik może być rozpoznawany i reprodukowany w
systemie komputerowym.

Układ optyczny

• Układ optyczny w skanerze płaskim tworzą obiektyw soczewkowy i

zwierciadła. W lepszych skanerach może być więcej obiektywów, co
zwiększa tzw. rozdzielczość optyczną skanera. Odbita od materiału
refleksyjnego (np. papierowego dokumentu) lub przepuszczona przez
materiał transparentny (np. przeźrocze) wiązka światła, przechodzi przez
filtry odpowiedzialne za poszczególne składowe koloru i trafia do
elementów CCD. Otrzymany z nich sygnał odwzorowany w postaci
cyfrowej po wstępnej obróbce przesyłany jest do komputera. Podczas
skanowania kolorowych dokumentów do niedawna stosowano technikę
trójprzebiegowego skanowania - każda z trzech analiz odpowiadała za
jedną z trzech składowych barw RGB. Takie rozwiązanie miało jednak
wiele wad, w tym np. długi czas oczekiwania oraz niedokładne nakładanie
kolorów. Obecnie tego typu urządzeń praktycznie się nie spotyka, a
współczesne jednoprzebiegowe skanery pracują dużo szybciej i z większą
dokładnością. Analiza barw wykonywana jest jednocześnie dla wszystkich
składowych, co znacznie poprawia zbieżność kolorów.

Schemat działania skanera.

Podstawowe

parametry określające skanery

• Rozdzielczość optyczna.
• Dokładność reprezentacji

barwnej.

• Gęstość optyczna skanera.

• pozioma rozdzielczość skanera – jest to

pozioma dokładność jaką zostanie
przetworzony oryginał, podawana jest w
jednostkach ppi lub dpi, co w skrócie
oznacza liczbę analizowanych punktów
obrazu na cal.
Rozdzielczość optyczna jest mierzona w
jednostkach ppi (pixels per inch) -
pikselach na cal, niekiedy utożsamianych
z dpi (dots per inch) - punktami na cal,
co w skrócie oznacza liczbę
analizowanych punktów obrazu
(pikseli) na cal

Dokładność

odwzorowania barwy 

• Parametr ten określa liczbę bitów opisujących jasność i natężenie

barw składowych. Przykładowo skaner o dokładności odczytu
równej 1 (1 bit) mógłby zapisać tylko dwie informacje - badany
punkt jest "jasny" albo "ciemny". Przy zapisie 2- bitowym możliwe
są już cztery wartości, przy zapisie 4- bitowym jest ich 16 itd.
Urządzenie o dokładności odwzorowania równej 8 bitów na punkt
potrafi odwzorować 256 wartości natężenia jasności, co przy
zastosowaniu 8 bitów na każdą składową barwę RGB daje w efekcie
liczbę około 16,7 milionów stanów natężenia jasności. Współczesne
skanery oferują coraz częściej dokładność równą 96 bitowej głębi
kolorów, przeważnie jednak urządzenia wyjściowe (np. karta
graficzna) nie pozwalają na przeniesienie tak szerokiego zakresu
wartości. Przy poważniejszych zastosowaniach tego typu
nadmiarowe informacje są jednak użyteczne i przy wykorzystaniu
profesjonalnego oprogramowania graficznego pozwalają na dużo
większą swobodę działania. 

Jakość odwzorowania

obrazu 

• Największy wpływ na ocenę jakości

skanerów ma analiza ostrości
uzyskanych rezultatów wierność
odwzorowania barw. Szczególną
uwagę należy zwrócić na zachowanie
właściwych proporcji w tonacji i
kolorystyce oraz na nasycenie
kolorów poszczególnych fragmentów
skanowanego dokumentu. 

Krzywa tonalna.

• Dobre sterowniki skanerów są wyposażone w

oprogramowanie, które umożliwia precyzyjne ustalanie
sposobu skanowania według tzw., krzywej tonalnej,
zwanej również krzywą odwzorowania tonów. Krzywa
tonalna to wykres ilustrujący sposób zapisywania
odczytanych z oryginału poziomów jasności pikseli. Na
osi odciętych układu współrzędnych są poziomy jasności
oryginału, które zobrazowano skalą szarości. Na osi
rzędnych znajdują się analogiczne poziomy wynikowego
obrazu cyfrowego. Gdy skaner ma zapisywać poziomy
bez zmian, wtedy wykres jest linią prostą nachyloną pod
kątem 45° . Jeżeli ma nastąpić inna interpretacja
poziomów wyjściowych, to krzywą możemy kształtować.

 Przykładowy kształt krzywej

tonalnej

• Dzięki krzywej tonalnej można zmieniać

obraz cyfrowy względem oryginału np.
zbyt jasnego, zbyt ciemnego, o zbyt
małym kontraście. Efekt skanowania tego
samego oryginału przy różnych
ustawieniach krzywej odwzorowania
tonów przedstawiono na rys. 12. Mniej
skomplikowane sterowniki skanerów
zamiast krzywej tonalnej umożliwiają
zmianę jaskrawości (brightness) i
kontrastu (contrast) obrazu względem
oryginału

Wyniki skanowania tego samego oryginału

dla różnych kształtów krzywej tonalnej

Gęstość optyczna

skanera

• Gęstość optyczna skanera to wielkość charakteryzująca proces

rejestrowania światła przez elementy foto czułe i oznaczająca
zakres gęstości optycznej D, który z oryginału może
zarejestrować skaner, czyli różnicę między największą
gęstością optyczną Dmax na materiale fotograficznym a
najmniejszą Dmin (D = Dmax - Dmin). Im wartość D jest
mniejsza, tym gorszej jakości czerń i zbliżone do nie] barwy
(ciemne granaty, brązy itp.) uzyskuje się na obrazie z
najlepszego nawet oryginału, czyli tym gorsze zinterpretowanie
cieni oryginału w obrazie cyfrowym. Bardzo ciemne barwy
staną się nierozróżnialne - mówi się o utracie szczegółów w
cieniach. Jest to podstawowe niedomaganie w amatorskich
skanerach płaskich. Efekt skanowania tego samego oryginału
na dwóch skanerach różniących się rejestrowanymi
gęstościami optycznymi przedstawiono na zdjęciach poniżej

Efekt skanowania tego samego

oryginału na skanerach o różnych

gęstościach optycznych (różnica w

cieniach)