Urządzenia grafiki
komputerowej
Pozyskiwanie obrazów cyfrowych
Przez pozyskiwanie obrazów (nazywane też cyfrowym
wprowadzaniem danych lub digitalizacją) rozumiemy
proces przechwytywania danych wizualnych i
przekształcanie ich do postaci cyfrowej, przydatnej do
obróbki komputerowej.
Podstawowymi z
ródłami obrazów cyfrowych są:
" skanery,
" cyfrowe aparaty fotograficzne,
" Photo CD,
" cyfrowe fotografie seryjne,
" zapisy ekranu komputera i video (zrzuty ekranowe).
Skanery
Na jakość skanowanego obrazu mają wpływ następujące
czynniki:
" rodzaj skanowanego oryginału,
" techniczne możliwości skanera,
" umiejętności operatora skanera,
" rozmiar oryginału w stosunku do potrzebnego
powiększenia,
" rozdzielczość skanowania,
" oraz wszelkie procesy obróbki.
Rodzaj oryginału.
Podstawową wielkością, określającą rodzaj oryginału, jest
jego gęstość  zdolność materiału do pochłaniania,
odbijania lub przepuszczania (transmitowania światła,
mierzona jako wartość zawarta między 0 i 4,0. Oryginały
dzielą się na dwie obszerne kategorie:
" nośniki odbijające (refleksyjne), do których zalicza się
uprzednio drukowane prace artystyczne, rysunki
odręczne na papierze i odbitki fotograficzne mają
gęstość zawartą w przedziale od 1,0 do 2,3,
" nośniki przepuszczające, do których zalicza się
negatywy (gęstość 2,8), kolorowe slajdy (2,7  3,0),
przez
rocza o większym formacie (3,0  3,2).
Techniczne możliwości skanera
Możliwości skanera, którego używamy do digitalizacji
oryginału, wyznaczają granice jakości możliwej do
osiągnięcia w druku. Głównymi cechami, które należy tu
ocenić, są:
" jakość czujnika skanera,
" jego maksymalna rozdzielczość optyczna,
" rodzaje materiałów, które akceptuje,
" maksymalna głębia barw,
" zakres dynamiczny.
Wszystkie dostępne urządzenia do digitalizacji obrazów
wykorzystują jeden z dwóch rodzajów elementów
światłoczułych:
" przyrządy o sprzężeniu ładunkowym, tzw. komórki CCD
(ang. Charge  Coupled Device)  urządzenie działające
z przesunięciem ładunków,
" fotopowielacze  wzmacniacze optyczne (ang. Photo -
Multipler Tube PMT).
Dodatkowo każde takie urządzenie jest wyposażone w
przetwornik analogowo  cyfrowy A/C, którego zadaniem
jest przekształcenie odczytanych danych analogowych w
dane cyfrowe.
Rozdzielczość optyczna i powierzchnia obrazu określają,
ile danych zostanie zachowanych z oryginału o danej
wielkości. Rozdzielczość optyczna, mierzona w pikselach
lub punktach na cal (ppi lub dpi) definiuje maksymalną ilość
danych, którą dany skaner może odwzorować w
przeliczeniu na liniowy cal lub centymetr. Powierzchnia
obrazu definiuje rozmiar największego oryginału
akceptowanego przez skaner. Na przykład jeżeli
przetwornik CCD składa się z 5100 komórek i skaner może
odczytać obrazy o szerokości do 8,5 cala, wówczas jego
maksymalna rozdzielczość optyczna wynosi 600 ppi.
Podstawowe typy skanerów
W powszechnym stosowaniu są trzy podstawowe typy
skanerów:
" skanery bębnowe,
" skanery płaskie,
" skanery do filmów.
Skanery bębnowe przeznaczone są do wysokiej jakości
prac barwnych, takich jak: materiały reklamowe, roczne
sprawozdania czy subtelne reprodukcje artystyczne
(technologia PMT).
" Skanery płaskie stanowią grupę skanerów najczęściej
stosowanych do digitalizacji prac artystycznych
refleksyjnych, takich jak wydruki fotograficzne i rysunki
kreskowe, mogą też skanować materiały refleksyjne
(technologia CCD).
" Skanery do filmów podobnie do skanerów płaskich
oparte są na technologii CCD, używają jednak znacznie
czulszych czujników i są zdolne do skanowania z
wyższymi rozdzielczościami.
Typowa charakterystyka
skanera płaskiego klasy
średniej, podawana przez
jego producenta, jest
następująca:
" rozdzielczość optyczna 600x1200 ppi,
" rozdzielczość interpolowana 19200 ppi,
" głębia bitowa 48 bitów/pixel (wewnętrzna),
" układ CCD,
" możliwość skanowania obiektów 3D,
" wbudowana przystawka do skanowania
slajdów i negatywów,
" cena około 350 zł.
Zasada działania skanerów płaskich.
Znane są następujące metody skanowania:
" metoda trzykrotnego przejścia (3  pass  skanner),
" metoda jednokrotnego przejścia (1  pass  skanner).
Obecnie wykorzystywana jest prawie wyłącznie metoda
przejścia jednokrotnego.
Dokument
Lampa
Soczewka
Zwierciadło
Przesuwny
filtr
C
C
D
Dokument
Różnokolorowe
lampy
G
R
B
Soczewka
Zwierciadło
C
C
D
Dokument
Soczewka
Lampa
66,6%
50%
R CCD
0%
G
CCD
CCD
R
Filtr
Zwierciadło półprzepuszczalne
Obecnie w skanerach kierowanych do masowego
użytkownika wykorzystuje się technologię CIS (Contact
Image Sensor).
Zalety:
" brak soczewek ani luster,
" eliminacja elementów narażonych na uszkodzenie,
" większa trwałość,
" mniejsze koszty produkcji,
" mniejsze wymiary,
" mniejsze zużycie energii,
Wady:
" gorsza jakość skanów (pod względem ostrości i
wierności odwzorowania barw),
" brak możliwości skanowania materiałów niezupełnie
płaskich,
Cyfrowe aparaty fotograficzne
Traktowane początkowo przez zawodowych fotografów jak
herezja, cyfrowe aparaty fotograficzne szybko
zdobywają sobie miejsce w świecie wydawnictw
drukowanych, szczególnie wśród producentów folderów i
gazet.
Zalety:
" oferują niższe koszty (niepotrzebny jest film, wystarcza
mniejsza liczba cykli separacji barw),
" zredukowany czas produkcji (nie ma potrzeby
oczekiwania na wywołanie filmu i skanowanie),
" cyfrowe aparaty fotograficzne oferują lepszą dokładność
barwy niż można osiągnąć w systemie pracy film 
skanowanie.
Rodzaje aparatów cyfrowych:
" skanujące (typu scan  back), czujniki CCD
rozmieszczone są w pojedynczej tablicy liniowej, która
skanuje przedmiot podobnie jak skaner płaski
" tablicowe.
W cyfrowych aparatach fotograficznych stosuje się dwa
rodzaje światłoczułych sensorów:
" CCD
" CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
Dane techniczne typowego cyfrowego aparatu fotograficznego:
Maksymalna rozdzielczość zdjęć: 3648x2736
czułość ISO: 100, 200, 400, 800, 1600
pamięć: karty Compact Flash,
matryca CCD: 10,3 mln punktów,
format zapisu zdjęć: bezstratny format TIFF, kompresja stratna JPEG,
RAW
cena: 2100 zł.
Monitory
W chwili obecnej stosowane są powszechnie dwa rodzaje
urządzeń wyświetlających, których nazwa pochodzi od
zastosowanej technologii tworzenia obrazu. Są to:
" monitory CRT (Catode Ray Tube  strumieniowa lampa
katodowa),
" wyświetlacze ciekłokrystaliczne LCD (Liquid Crystal
Display).
Podstawową częścią monitorów CRT jest kineskop.
Monitory LCD
Do parametrów decydujących o jakości monitora (czyli
jakości wyświetlanych na nim obrazów) należą:
" wielkość plamki,
" rozdzielczość,
" częstotliwość odświeżania obrazu,
" częstotliwość pozioma,
" spełnienie wymagań norm jakości.
Wielkość plamki  za pomocą tego parametru podaje się
informację o wielkości najmniejszych detali, jakie monitor
jest w stanie wyświetlić.
Rozdzielczość  jest wykładnikiem ostrości obrazu.
Określając ją, podajemy liczbę pikseli w pionie i
poziomie.
W standardowym trybie VGA karta graficzna generuje
obraz o wielkości 640x480 pikseli. W trybach SVGA
możliwe są wyższe rozdzielczości, np.: 800x600,
1024x768, 1280x1024 lub 1600x1200 pikseli.
Częstotliwość odświeżania  zwana jest też
częstotliwością odchylania pionowego określa, jak
często obraz jest wyświetlany (odświeżany). Im wyższa
jest częstotliwość odświeżania tym lepiej, oznacza to
bowiem mniejsze migotanie obrazu.
Częstotliwość pozioma  jest techniczną miara
wydajności każdego monitora. Określa, ile linii obrazu
można wyświetlić w ciągu jednej sekundy. Wartość ta
determinuje jednocześnie maksymalną częstotliwość
odświeżania. Na przykład dla rozdzielczości 1024x768
punktów monitor o częstotliwości poziomej 95 kHz może
teoretycznie wyświetlić w ciągu sekundy 123,7 obrazów (95
000/768).
Normy jakości  określają pewne podstawowe parametry,
których spełnienie zapewnia bezpieczeństwo i komfort
pracy z monitorem. Najbardziej znane i jednocześnie
najbardziej rygorystyczne są normy szwedzkie MPR II i
TCO 92/95/99/03.
" W ramach najnowszej normy TCO 03 przygotowano pięć
raportów. W czterech pierwszych określa się wymagania
dotyczące monitorów kineskopowych, wyświetlaczy
LCD, komputerów oraz klawiatur, ostatni opisuje
nieodzowne własności tych urządzeń związane z
ekologią.
Norma definiuje następujące parametry pomiarowe:
" czytelność obrazu (a w ramach niej: liniowość, poziom i
jednolitość luminancji, kontrast, odbicia światła,
temperaturę kolorów, jednolitość barw i ich
charakterystyki),
" stabilność obrazu (czasowe zmiany luminancji,
niestabilność położenia  drżenie obrazu),
" wpływ zewnętrznych zakłóceń (podatność na działanie
zewnętrznych zmiennych pól magnetycznych),
" emisja i oszczędzanie energii (emisja promieniowania
rentgenowskiego, potencjał elektrostatyczny, zmienne
pole elektryczne, zmienne pole magnetyczne, poziomy
oszczędzania energii),
" bezpieczeństwo elektryczne i inne elementy.
Drukarki
Biorąc pod uwagę zasadę działania drukarki można
podzielić na następujące kategorie:
" drukarki mozaikowe,
" drukarki atramentowe,
" drukarki laserowe,
" drukarki termiczne i sublimacyjne,
" profesjonalne urządzenia drukujące.
Uderzeniowe drukarki mozaikowe.
Drukarki tego typu są dzisiaj stosowane bardzo rzadko,
głównie do wydruków prostych tekstów (np. rachunki,
faktury VAT itp.).
Podstawowe wady drukarek mozaikowych, które
spowodowały ich wycofanie z użytkowania to:
" niska jakość druku,
" wymagają regularnego czyszczenia,
" wysoki poziom hałasu,
" wydruki monochromatyczne.
Drukarki atramentowe.
W podstawowej technice Buble-Jet dysza drukarki jest
wykonana na płytce krzemowej. Dzięki działaniu sił
kapilarnych komory dysz w głowicy drukującej napełniają
się automatycznie atramentem o objętości jednej
stumilionowej części litra. W celu wykonania wydruku na
czas dwóch mikrosekund włącza się specjalny element
grzejny, który podgrzewa do około 300oC atrament
znajdujący się na dnie komory. Powstający w wyniku
podgrzania pęcherzyk pary powiększa się i wtłacza
atrament do dyszy. Atrament przedostaje się przez nią
na zewnątrz w postaci małej kropli i z prędkością 100
km/h dociera do papieru.
Drukarki laserowe.
Drukarki laserowe należą do kategorii drukarek
stronicowych, tzn. przed rozpoczęciem drukowania
drukarka laserowa wczytuje najpierw wszystkie dane
dotyczące jednej strony, przetwarza je, a potem drukuje
całą stronę. Cały proces drukowania można podzielić na
pięć etapów:
" wczytywanie danych i przygotowanie wydruku,
" naniesienie obrazu strony na bęben naświetlający,
" nałożenie tonera na bęben obrazowy,
" mechaniczne i termiczne utrwalenie tonera,
" czyszczenie mechanizmu drukującego przed
przetwarzaniem następnej strony.
Każdy piksel obrazu rastrowego ma cztery
podstawowe atrybuty:
" wielkość,
" wartość tonalną,
" głębię barwy,
" położenie.
Wielkość - na jednym obrazie wszystkie piksele mają tą
samą wielkość. Początkowo wielkość piksela jest
determinowana przez rozdzielczość obrazu, który jest
skanowany lub cyfrowo przechwycony. Rozdzielczość
skanowania rzędu 600 dpi oznacza, że każdy piksel ma
wielkość 1/600 cala (około 0,0423 mm). Wyższa
rozdzielczość determinuje powstanie mniejszych pikseli, co
z kolei oznacza więcej informacji i szczegółów na jednostkę
miary oraz lepszą symulację ciągłości odcieni.
" Wartości barw lub odcieni  skanery i aparaty cyfrowe
przypisują każdemu pikselowi obrazu pojedynczą
wartość barwy lub odcienia szarości. Złudzenie ciągłości
odcieni powstaje wtedy, kiedy piksele są małe i
sąsiednie elementy obrazu niewiele się od siebie różnią
pod względem barwy lub odcienia.
" Głębia barwna  chociaż do pojedynczego piksela
można przypisać tylko jedną wartość barwy, to
rozdzielczość bitowa (inaczej głębia barwna) urządzenia
ma duże znaczenie. Określa ona, ile jest potencjalnych
barw lub odcieni, które można przypisać.
" Położenie piksela  obraz rastrowy jest niczym innym
jak siatką dyskretnych pikseli, z których każdy ma
zdefiniowaną współrzędną poziomą i pionową.
Pojecie rozdzielczości w urządzeniach wejściowych i
wyjściowych.
Jednym z ważniejszych pojęć w cyfrowej obróbce obrazów
jest rozdzielczość, przy czym pojęcie to jest uzależnione
od urządzeń wejściowych i wyjściowych stosowanych w
cyfrowej obróbce obrazu. Ogólnie biorąc rozdzielczość
opisuje ilość lub gęstość cyfrowych informacji
zapisanych w obrazie.
Rodzaje rozdzielczości
Można mówić o następujących rodzajach rozdzielczości:
" rozdzielczość wejściowa,
" rozdzielczość optyczna,
" rozdzielczość interpolowana,
" rozdzielczość obrazu,
" rozdzielczość monitora,
" rozdzielczość wyjściowa,
" rozdzielczość urządzenia drukującego.
" Rozdzielczość wejściowa (skanowania)  odnosi się
do ilości informacji, którą przechwytuje skaner w
przeliczeniu na cal lub centymetr oryginału.
" Rozdzielczość optyczna  opisuje maksymalną ilość
lub gęstość informacji, którą system optyczny skanera
lub cyfrowego aparatu fotograficznego może próbkować.
" Rozdzielczość interpolowana  opisuje maksymalną
gęstość informacji, którą skaner może symulować za
pomocą algorytmów programowych. Jeśli
zdigitalizowany obraz nie zawiera wystarczającej ilości
informacji do poprawnego wydrukowania, jego
rozdzielczość możesz interpolować. Polega to na tym,
że dodawane są nowe piksele w celu zwiększenia
rozdzielczości, wymiarów lub obu tych wartości.
" Rozdzielczość obrazu  na każdym etapie procesu
obróbki definiuje całkowitą ilość informacji zawartych w
obrazie cyfrowym. Wyrażona jest w pikselach (np.
512x768).
" Rozdzielczość monitora  opisuje całkowitą ilość
informacji, którą ekran komputera może jednorazowo
wyświetlić (np. 1024x768) lub liczbę punktów
przypadających na cal szerokości ekranu. Dla
rozdzielczości 860x600 liczba punktów wynosi około 72
dpi, dla rozdzielczości 1600x1200  około 132 dpi.
Rozdzielczość ekranu ma wpływ tylko na wygodę pracy
z obrazem.
" Rozdzielczość wyjściowa  dotyczy wydruków prac i
wyraża liczbę pikseli na cal, którą trzeba zachować przy
drukowaniu pliku obrazu za pomocą drukarki lub
naświetlarki. Poprawną rozdzielczość wyjściową
determinują takie czynniki, jak metoda drukowania, typ
rastra i rozdzielczość drukarki.
" Rozdzielczość drukarki  określa liczbę punktów w
poziomie i w pionie, przypadających na cal. Im wyższa
jest rozdzielczość drukarki, tym mniejsze są punkty,
które są nanoszone na nośnik i tym wierniejsze
złudzenie ciągłości odcieni w tworzonym obrazie.