SKANOWANIE

Typy skanerów

• płaskie - biurkowe urządzenia przystosowane głównie do skanowania materiałów refleksyjnych z rozdzielczością rzędu 300-2000ppi (pixels per inch - piksele na cal),

• bębnowe - używane w poligrafii do skanowania materiałów refleksyjnych i transparentnych z rozdzielczością 4000-20000ppi; istnieją również bębnowe skanery biurkowe.

Rys. 1. Skaner płaski: długi zestaw elementów CCD (Charged Coupled Device) mierzy wzdłuż skanowanej linii grafiki natężenie światła odbitego. Skaner bębnowy używa do pomiaru światła pojedynczego fotopowielacza PMT (Photo-Multiplier Tube).

Podstawowe parametry skanerów płaskich

1. 
   Głębokość bitowa kanałów skanera - 10, 12, 14, 16 bitów.

Pojedynczy kanał skanera		Skaner (trzy kanały)
Głębokość bitowa	Liczba odcieni	Głębokość bitowa
10	1 024	30
12	4 096	36
14	16 384	42
16	65 536	48

Nadmiarowe dane wykorzystywane są do:

• odszumienia obrazu - odfiltrowania kilku poziomów odcieni w celu usunięcia zakłóceń,

• kontrolowania krzywej odcieni - zwiększenia liczby odcieni w tych obszarach obrazu, w których muszą być zachowane istotne szczegóły (rys. 2 i 3),

• usuwania przesycenia - ustawienie skanera tak, aby odczytywał mniej przesyconego koloru (rys. 4).

Rys. 2. Szczegóły w światłach

Rys. 3. Szczegóły w cieniach

Rys. 4. Usuwanie przesycenia

2. Rozdzielczość optyczna

Liczba pikseli tworzonych przez detektory CCD z jednego cala skanowanego materiału.

Przykład

Skaner: maksymalna szerokość skanowania 210mm=8,27cali, 4960 elementów CCD. Gdy soczewki układu optycznego zogniskują całą szerokość 210mm na 4960 elementach CCD, to rozdzielczość optyczna skanera wyniesie:

4960/ 8,27 = 600ppi.

3. Rozdzielczość interpolowana

Skaner używa rozdzielczości interpolowanej gdy zabraknie rozdzielczości optycznej. Rozdzielczość interpolowana jest liczbą pikseli jaką można uzyskać na długości jednego cala w wyniku programowego tworzenia dodatkowych pikseli w oparciu o algorytmy interpolacji bazujące na pikselach fizycznie skanowanych.

Rys. 5. Obraz lewy - skanowany z rozdzielczością optyczną. Obraz prawy - tylko 25% pikseli zostało fizycznie zeskanowanych, więc skaner czterokrotnie powiększył obraz przez interpolację.

Odpowiednia rozdzielczość skanowania (S)

Zależy od skali (zmniejszenia lub zwiększenia obrazu w stosunku do oryginału), rozdzielczości wyjścia (W), typu obrazu. Zakładając, że dla każdego punktu reprodukcji będzie skanowany piksel:

S = skala×W skala=szerokość_reprodukcji/szerokość_oryginału

Przykład 1

Skanowany materiał ma rozmiar 4×5cali. Docelowo będzie drukowany na drukarce o rozdzielczości W=300dpi w rozmiarze: a) oryginalnym, b) dwukrotnie powiększony. Zakładamy, że na każdy piksel zeskanowany z oryginału przypada jeden punkt drukarkowy.

a)

Odpowiednia rozdzielczość skanowania:

S = (4/4)×300 = 300 ppi

b)

Odpowiednia rozdzielczość:

S = (8/4)×300 = 600 ppi

Przykład 2

Zakładamy, że skanowany obraz jest przeznaczony dla Internetu, więc będzie wyświetlany na ekranie monitora. Jaką wybrać rozdzielczość wyjścia W dla monitora?

Piksele: 800×600 1024×768 1280×1024 1600×1200

Rozmiar: 11,0×8,3′ 12,8×9,6′ 13,8×11,1′ 15,5×11,6′

W: 72 ppi 80 ppi 92 ppi 103 ppi

Przykład 3

Zakładamy, że skanowany obraz jest przeznaczony do druku nakładowego (na maszynie drukarskiej) z liniaturą 150lpi. Odpowiednia rozdzielczość skanowania musi uwzględniać fakt, że rastery druku są nachylone w stosunku do linii skanowania:

S = skala×m×W

Zwykle przyjmuje się, że m = 2 dla liniatury mniejszej lub równej 150lpi, m = 1,5 dla liniatury większej od 150lpi.

Odpowiednia rozdzielczość:

S = (8/4)×2)×150 = 300 ppi

Formaty graficzne

Kompresja zmniejsza ilość miejsca na dysku potrzebnego do zachowania obrazu:

• Kompresja bezstratna umiarkowanie zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiek informacji: LZW (Lemple-Ziv-Welch) i RLE (run-length encoding) - kodowanie długości ciągów.

• Kompresja stratna znacznie zmniejsza rozmiar pliku (do 1/40) kosztem straty części informacji, a tym samym kosztem pogorszenia jakości obrazu. (JPEG).

1. GIF - Standardowa metoda kodowania skanowanych i generowanych komputerowo obrazów zdefiniowana przez CompuServe w 1987r.

Czym jest GIF ?	Format plików (*.gif) Format strumienia danych przesyłanych z komputera głównego do terminala graficznego
Ilość kodowanych kolorów	Maksymalnie 256 barw. Piksele są zapisywane przy użyciu najmniejszej koniecznej liczby bitów: 256 barw - 8 bitów, 2 barwy - 1 bit.
Kompresja	LZW - bezstratna
Zastosowanie	Skanowane obrazy 2-kolorowe i w skali szarości z dużą ilością szczegółów, linii, krawędzi (wykresy, siatki, szkice, diagramy). Obrazy generowane komputerowo (max 256 barw) z dużymi polami jednobarwnych wypełnień i wzorów oraz z ostrymi krawędziami, które powinny być zachowane. Animowane gify.
Uwagi:	Obraz zawierający więcej niż 256 barw jest przybliżany zbiorem 256 barw przed kodowaniem GIF.

2. JPEG - (Joint Photographic Experts Group - Wspólna Grupa Ekspertów Fotografii). Standardowa metoda kompresji zdigitalizowanych fotografii przeznaczonych do przesyłania liniami komunikacyjnymi.

Czym jest JPEG ?	Format plików (*.jpg) Standard wymiany danych w sieci.
Kodowanie kolorów	True Color RGB 2^24=16,7 mln. barw Zeskanowana fotografia jest kodowana przy użyciu przeciętnie 1 bitu na piksel.
Kompresja	Stratna. Próbkowane są bloki 8x8 pikseli: dokładnie zapamiętywana jest uśredniona wartość barwy, informacje o nagłych skokach jasności lub koloru pikseli zapamiętywane są mniej dokładnie lub usuwane. Im większy stopień kompresji, tym więcej pikseli w bloku będzie miało zbliżoną barwę.
Zastosowanie	Najpopularniejszy format tonalnych obrazów w skali szarości i pełnokolorowych dla: sieci Internet, programów prezentacyjnych i multimedialnych, wymagających małych plików.
Uwagi:	Im większy stopień kompresji tym mniejszy plik i tym większa strata jakości. Z obrazu mogą zostać usunięte drobne szczegóły, a linie i ostre krawędzie zostaną rozmyte. Należy używać zawsze tego samego stopnia kompresji przy wielokrotnym ponownym kompresowniu tego samego obrazu JPEG. Obrazy o wysokiej rozdzielczości są degradowane o wiele mniej niż obrazy o niskiej rozdzielczości.

3. TIFF - (Tagged Image Format - znacznikowy format pliku obrazowego)

Kodowany kolor	Obraz 2-kolorowy, indeksowana paleta kolorów, pełnokolorowy RGB lub CMYK, YCbCr (model oparty na systemie telewizji kolorowej), CIE La*b*
Kompresja	Bez kompresji (mimo to format stosunkowo wydajny) lub bezstratna kompresja LZW.
Zastosowanie	Najpopularniejszy format obrazów skanowanych przeznaczonych do druku oraz do prac DTP (Desktop Publishing - skład i montaż komputerowy).
Uwagi	Pliki TIFF są praktycznie niezależne od platformy, więc można je przenosić np. między platformami Maintosh i Windows (programy edycji obrazów powinny otworzyć każdy plik TIFF). Część programów prezentacyjnych lub multimedialnych nie obsługuje formatu TIFF.

Prawie wszystkie formaty mają na początku lub w pobliżu początku pliku charakterystyczny ciąg bajtów, tzw. liczbę magiczną (ang. magic number), pozwalający na ich identyfikację.

CCD

S = ?

4′

5′

Linia grafiki

W = 300dpi

1200 punktów

15′ 17′ 19′ 21′

13,8′

15,7′

17,7′

19,4′

4′

piksele = ?

piksele = ?

5′

W = 300

4′

5′

S = ?

8'

10'

CCD

2400 punktów

2⁸ = 256 - monitor

2400 punktów

piksele = ?

10'

8'

W = 150lpi

Linia grafiki

4′

5′

S = ?

CCD

45°

˙Ř˙ŕ ðJFIF ððð ˙Ű C ðð

JPEG:

˙Ř˙ŕ ðJFIF ððð H H ˙íððPhoto

ðððð ð ð ð a a

ðððð ð d d H H

PCX

BMňð v ( F ' ð ð

BMP

---