Skaner jest urządzeniem, które potrafi informacje utrwalone w postaci dokumentów papierowych lub fotograficznych negatywów i slajdów zamienić na postać cyfrową, która jest następnie zapisywana na dysku komputera w postaci tzw. mapy bitowej, nazywanej też plikiem rastrowym. W zależności od budowy i sposobu skanowania dokumentów skanery dzieli się zwykle na płaskie, bębnowe oraz ręczne. Zawsze jednak efektem ich działania jest utworzenie mapy bitowej.
Rodzaje skanerów
Z uwagi na sposób pracy oraz przyjęte rozwiązania konstrukcyjne można podzielić skanery na kilka grup. Do najpopularniejszych należą skanery płaskie, przede wszystkim z uwagi na przystępną cenę najtańszych modeli. Jednak profesjonalne egzemplarze potrafią być o wiele droższe, co sprawia, że są właściwie niedostępne dla prywatnych użytkowników.
Skanery płaskie
Skanery płaskie, jakie najczęściej stosuje się w domach i biurach, przypominają nieco zasadą działania popularne kserokopiarki. Skanowane dokumenty umieszczane są na przezroczystej szybie, pod którą przesuwa się specjalna lampa wraz z listwą, na której umieszczone są światłoczułe elementy. Podczas skanowania powierzchnia dokumentu oświetlana jest lampą, a jego obraz kierowany jest na czujniki światłoczułe przez specjalny układ optyczny, którego jakość decyduje w dużym stopniu o jakości skanera. Czujniki odczytują informację o barwie poszczególnych punktów na powierzchni dokumentu. Wielkość tych punktów, a więc dokładność skanowania, zależy od wielkości użytych czujników. Czujniki odczytują tylko fragment dokumentu, dlatego umieszczone są na ruchomej listwie, która przesuwana jest przez silnik krokowy wzdłuż dokumentu. Przy każdym kroku skanowane są kolejne linie, z których budowany jest kompletny obraz. Barwa poszczególnych punktów obrazu odczytywana jest w oparciu o nasycenie trzema kolorami podstawowymi (czerwonym, zielonym i niebieskim). Na listwie umieszczone są osobno czujniki odpowiedzialne za odczytywanie światła w każdym z tych kolorów. Dzięki temu skanowanie we wszystkich kolorach podstawowych odbywa się za jednym przebiegiem. Sygnały odebrane przez czujniki są przetwarzane na postać cyfrową przez specjalny konwerter analogowo-cyfrowy, a następnie wysyłane są do komputera.
Skanery bębnowe
W skanerach bębnowych skanowane są filmy zarówno negatywy, jak i pozytywy (slajdy). Wycięta klatka filmu jest umieszczana na bębnie, który wiruje z dużą szybkością. Zwykle wzdłuż bębna przesuwany jest układ optyczny o wysokiej jakości, który odczytuje zdjęcie punkt po punkcie. Zaletą tych skanerów jest bardzo duża rozdzielczość oraz precyzyjne odczytanie kolorystyki zdjęcia, jednak są one niezwykle drogie. Jeszcze do niedawna skanery bębnowe znacznie przewyższały swoimi parametrami skanery płaskie i były stosowane właściwie tylko przez profesjonalne pracownie graficzne, chociaż ta sytuacja ostatnio zmienia się i są one wypierane przez profesjonalne skanery płaskie oraz specjalne skanery do filmów.
Skanery do filmów
Skanery bębnowe są powoli zastępowane przez specjalne skanery płaskie przeznaczone tylko do pracy z filmami. Pozwalają na skanowanie negatywów i pozytywów filmów o różnej wielkości klatki. Swoją konstrukcją przypominają skanery płaskie, bowiem umieszczone w ich wnętrzu klatki filmu są nieruchome i skanowane przez układ optyczny o wysokiej rozdzielczości, jednak z uwagi na bardzo wysokie parametry nadają się one do profesjonalnych pracowni graficznych.
Skanery ręczne
Kilka lat temu, gdy skanery płaskie, z uwagi na ich wysoką cenę, stosowane były wyłącznie przez profesjonalnych grafików, dużą popularnością cieszyły się skanery ręczne. Stanowiły one pewną namiastkę skanerów płaskich. Wyposażone były w nieruchomy element skanujący, który należało przeciągnąć wzdłuż dokumentu. Ich zaletą była niska cena, jednak jakość uzyskanych rysunków była niezbyt duża, a dodatkowo bywały one zniekształcone wskutek nierównego przesuwania. Wraz ze spadkiem cen skanerów płaskich zniknęły z rynku. Ostatnio jednak pojawiła się odmiana takich skanerów, pozwalająca na skanowanie dokumentów tekstowych. Jest to właściwie przenośny komputer, który ma kształt dość grubego pióra. Wystarczy przeciągnąć jego końcówkę wzdłuż wiersza tekstu, jaki chcemy zapamiętać, a wbudowane oprogramowanie dokona zamiany zeskanowanego obrazu na tekst, który można następnie przesłać do komputera.
Skanery bębnowe służą do wykonywania profesjonalnych kopii elektronicznych zdjęć z pozytywów i negatywów.
Skanery ręczne to znakomity sposób na wykorzystywanie szybkich kopii fragmentów.
Właściwości skanerów
O możliwościach skanerów decyduje kilka parametrów, które zwykle są podawane przez producentów. Oczywiście musimy pamiętać, że sucha informacja niewiele nam powie o faktycznej jakości skanowania. Do jej oceny niezbędne jest wykonanie kilku testów, w trakcie których skanowane są specjalne rysunki wzorcowe. Dlatego warto przed podjęciem decyzji o zakupie konkretnego modelu, przejrzeć informacje dostępne w prasie, chociażby w naszym dziale Przegląd. Jednak znajomość podstawowych terminów pozwoli nam ograniczyć wybór do modeli, które powinny najlepiej zaspokajać nasze potrzeby.
Rozdzielczość
Rozdzielczość jest to gęstość, z jaką rozmieszczone są punkty tworzące obraz, inaczej mówiąc określa ich wielkość. Podaje się ją zwykle w jednostkach dpi (dot per inch) określających ilości punktów przypadających na 1 cal długości obrazka, przy czym jeden punkt jest zawsze kwadratem. Przy małej rozdzielczości widać wręcz, że rysunek złożony jest z kolorowych kwadratów o dużej wielkości. Przy zwiększaniu rozdzielczości rośnie ilość punktów, a tym samym zmniejsza się ich wielkość, dzięki czemu obraz jest bardziej precyzyjny. Z uwagi na budowę skanerów płaskich za rozdzielczość skanowania odpowiadają dwa różne parametry. Jednym z nich jest czułość użytych elementów światłoczułych, a więc również gęstość, z jaką rozmieszczone są na listwie skanującej, a drugim jest minimalna odległość, na jaką może być przesuwana listwa, za co odpowiada mechanizm skanera. Dlatego też zwykle precyzję, z jaką mogą być skanowane dokumenty, określa się, podając dwie wartości, np. 600 x 1200 dpi. Pierwsza z nich określa rozdzielczość elementów światłoczułych, a inaczej mówiąc gęstość, z jaką są one umieszczone na listwie skanującej. W podanym przykładzie na każdy cal listwy przypada 600 elementów światłoczułych, zaś sama listwa przesuwana jest przy skanowaniu kolejnych pasków o 1/1200 cala.
Rozdzielczość optyczna
Rozdzielczość ograniczona technicznymi możliwościami skanera określana jest zwykle mianem rozdzielczości optycznej. Informuje ona o rzeczywistej precyzji, z jaką może być skanowany rysunek czy zdjęcie. Musimy jednak pamiętać, że nie jest to do końca stwierdzenie prawdziwe, w przypadku gdy rozdzielczość pozioma skanera różni się od rozdzielczości pionowej. Otóż tworzony podczas skanowania rysunek bitowy musi mieć rozdzielczość identyczną w obu kierunkach. Inaczej mówiąc, każdy punkt tworzący rysunek jest kwadratem wypełnionym określonym kolorem. Jeżeli skaner o rozdzielczości optycznej 600x1200 dpi pracuje z maksymalną jakością, to uzyskuje informację o 600 punktach na każdy cal w poziomie i 1200 punktach na cal w pionie. Każdy więc odczytany punkt jest w rzeczywistości prostokątem złożonym z dwóch, ułożonych pionowo kwadratów, których kolory mogą być różne. Aby uzupełnić brakującą informację i uzyskać cztery punkty tworzące kwadrat, skaner musi sam dodać dwa punkty i określić ich kolory. Dokonywane jest to na drodze interpolacji, wskutek czego kolorystyka tych punktów może ulec pewnemu zafałszowaniu. Chcąc tego uniknąć, należy więc skanować dokumenty z maksymalną rozdzielczością, która odpowiada niższej z wartości podawanych przez producenta jako rozdzielczość optyczna skanera.
Rozdzielczość interpolowana
Interpolacja wykorzystywana jest w skanerach do sztucznego zwiększenia rozdzielczości uzyskiwanych rysunków. W trakcie tej operacji skaner, porównując kolorystykę sąsiadujących ze sobą punktów, tworzy pomiędzy nimi punkty o kolorystyce pośredniej. Pozwala to, co prawda, na wygładzanie fragmentów, w których występują ostre przejścia kolorystyczne, a więc ostre granice między elementami rysunku, jednak może też być przyczyną zafałszowań obrazu. Możemy z niej korzystać, ale musimy zdawać sobie sprawę z ograniczeń, jakie niesie wykorzystanie tej funkcji, zwłaszcza że korzystając z interpolacji, skanery mogą uzyskać niebotyczne rozdzielczości, co skwapliwie wykorzystują ich producenci w swoich reklamach. Jednak wykorzystanie tych możliwości jest mało realne z uwagi na olbrzymią wielkość uzyskanych w ten sposób map bitowych.
Głębia koloru
Do określenia koloru każdego punktu w grafice komputerowej stosuje się zwykle format RGB, w którym kolor punktu powstaje przez zmieszanie trzech kolorów podstawowych ([R]ed - czer- wony, [G]reen - zielony i [B]lue - niebieski). Wystarczy więc zastosowanie odpowiedniej ilości każdego z tych kolorów, aby każdy z punktów zabarwić na dowolny odcień z 16 milionów, jakie może rozpoznać ludzkie oko. Chcąc jednak skusić klientów, producenci skanerów wyposażyli je w możliwość odczytywania większej głębi kolorów. Czyli kolor każdego z punktów opisywany jest większą ilością informacji. Niestety, w praktyce trudno to wykorzystać. Nie każdy skaner przekazuje bowiem obraz do komputera z użyciem takiej głębi. Zwykle konwertuje go na postać 24-bitową, a jeżeli nawet zapisuje pliki 48-bitowe, to żaden z programów graficznych, poza drogim, profesjonalnym Photoshopem nie jest w stanie ich wczytać. W sumie więc i tak pozostaje nam użycie 24-bitowej głębi kolorów, z wyjątkiem nietypowych sytuacji, gdy skanujemy rysunki od razu w skali szarości lub w kolorze czarno-białym. Programy graficzne pozwalają jednak zmienić ilość kolorów użytych do oddania kolorystyki rysunku.
Gęstość optyczna
Parametr ten nie zawsze jest podawany przez producentów, zwłaszcza w przypadku tańszych modeli, przeznaczonych do użytku biurowego lub domowego. Określa się go w oparciu o skomplikowany wzór matematyczny, ale dla uproszczenia można przyjąć, że określa on zdolność skanera do rozróżniania odcieni poszczególnych barw. Skanery przeznaczone do prac profesjonalnych powinny się charakteryzować gęstością co najmniej równą 3 D, a do zastosowań półprofesjonalnych nie mniejszą niż 2,5 D.
Układ optyczny
W skanerach do odczytu obrazu stosuje się obecnie układy optyczne typu CCD. W niektórych konstrukcjach są one umieszczone na ruchomej listwie, w innych skanerach są nieruchome, a obraz jest kierowany na nie przez układ luster. Potrafią odczytywać szczegóły obiektów trójwymiarowych, które nie przylegają dokładnie do szyby skanera. Dzięki zastosowaniu silnych lamp oraz specjalnych układów optycznych możliwe jest uzyskanie wyraźnego obrazu nawet w przypadku obiektów o dość skomplikowanym kształcie. W odróżnieniu od układów typu CIS, jakie stosowane były w starszych modelach, pozwalają one na budowanie niewysokich skanerów.
Przystawki do filmów
Niektóre ze skanerów wyposażone są w specjalne przystawki, pozwalające na skanowanie filmów. W takim przypadku dołączone oprogramowanie zwykle pozwala na zeskanowanie zarówno zdjęć pozytywowych, tzw. slajdów, jak i negatywowych, czyli zwykłych klisz uzyskiwanych z aparatów fotograficznych. Nie- które skanery mają po prostu wbudowaną w pokrywę skanera specjalną lampę, która oświetla kliszę umieszczoną w odpowiedniej ramce, dzięki czemu elementy światłoczułe mogą odczytać obraz z filmu. Przy zastosowaniu dużej rozdzielczości możemy uzyskać obraz znacznie lepszy niż w przypadku skanowania zwykłych zdjęć. Są one przecież uzyskiwane na drodze dość skomplikowanej obróbki chemicznej, w trakcie której obraz zachowany na kliszy jest przenoszony na papier i utrwalany na nim. W związku z tym na ostateczną jakość zdjęcia wpływ ma rodzaj zastosowanego papieru oraz chemikalia użyte w całym procesie. Wystarczy zresztą wykonać w pewnym odstępie czasu kilka odbitek tego samego zdjęcia, aby przekonać się, na ile mogą się różnić. Przy skanowaniu kliszy uzyskujemy pierwotny obraz utrwalony w aparacie fotograficznym, a otrzymany rysunek możemy poddać dodatkowej korekcie w programach graficznych, z których można go wydrukować na specjalnych papierach przeznaczonych do druku fotografii, uzyskując efekt niemal identyczny jak na klasycznej odbitce.
Wybór skanera
W sklepach znajdziemy teraz szeroką ofertę skanerów, na pierwszy rzut oka niewiele różniących się między sobą ceną i możliwościami. Dlatego też, rozważając taki zakup, musimy zastanowić się przede wszystkim nad:
Przeznaczenie
Skanery stosuje się zwykle do trzech rodzajów prac: skanowania dokumentów tekstowych, zdjęć i rysunków oraz filmów. W zależności od rodzaju wykonywanych prac powinniśmy zwrócić uwagę na różne elementy skanera.
Skanowanie tekstów - OCR
Tego rodzaje dokumentów skanuje się zwykle w biurach oraz podczas przygotowania różnych prac naukowych lub w przypadku tłumaczeń. Nie potrzebujemy do tego skanerów o dużej rozdzielczości, bowiem przy skanowaniu tekstów stosuje się maksymalnie 300 dpi, głównie z uwagi na wielkość miejsca. Istotne natomiast staje się dołączone oprogramowanie, a zwłaszcza narzędzia pozwalające zamienić zeskanowany obraz na postać czysto tekstową. Pro- gramy tego typu dołączone są zwykle do skanerów. Jednak aby zaspokoić nasze potrzeby, program taki musi przynajmniej rozpoznawać polskie znaki lub znaki charakterystyczne dla języka, w którym napisane są skanowane teksty. Zaletą będzie też wysoka skuteczność rozpoznawania tekstów oraz polski interfejs. Do skanerów dołączane są zwykle uproszczone wersje programów dostępnych normalnie w sprzedaży, więc przy wyborze możemy posiłkować się naszym testem programów OCR, który również zamieszczamy w tym numerze.
Skanowanie zdjęć i rysunków
Skanowanie tego typu materiałów to chyba najbardziej popularne zastosowanie skanerów. Wbrew pozorom nie wymaga olbrzymich rozdzielczości, bowiem nawet w poligrafii stosuje się zwykle 300 dpi. Pod- stawowym ograniczeniem jest i tak wielkość uzyskiwanych plików, która rośnie do niebotycznych rozmiarów przy większych rozdzielczościach, a poza tym oko ludzkie i tak nie wychwyci istotnych różnic. Większe rozdzielczości możemy stosować do niedużych fragmentów zdjęć, które później będą powiększane, w innym przypadku będzie to zwykłe marnowanie miejsca na dysku. Ważniejsza jest dokładność skanowania oraz wierność kolorystyczna. Należy przy tym unikać oceny skanerów na podstawie rozdzielczości interpolowanej, od której znacznie ważniejsza jest rzeczywista rozdzielczość optyczna. Również niezbyt istotna jest głębia kolorów uzyskiwana przez skaner, bowiem i tak zwykle stosować będziemy głębię 24- bitową. Ważniejsze jest wyposażenie skanera w bardziej rozbudowane programy graficzne oraz zastosowanie sterowników TWAI N o rozbudowanych opcjach sterujących skanowaniem.
Skanowanie filmów
Jeżeli chcemy korzystać ze skanowania filmów, najlepiej zdecydować się od razu na skaner wyposażony w odpowiednią przystawkę. Można do niektórych skanerów dokupić osobno taki element, jednak w sumie zapłacimy znacznie więcej, niż od razu kupując cały komplet. Do takich celów musimy jednak stosować skanery o jak największej rozdzielczości, z uwagi głównie na niewielkie rozmiary klatek filmu. Co prawda, niektóre modele mogą skanować nawet filmy o formacie 60x90 mm, jednak najczęściej będziemy raczej skanowali typowe filmy amatorskie o formacie 35 mm. W takim przypadku rozdzielczość 600 dpi wydaje się być nieco za mała. Wystarczającą rozdzielczością na domowe lub biurowe potrzeby będzie na pewno 1200 dpi. Bardzo dużą rolę pełni w takim przypadku sterownik skanera, zwłaszcza w przypadku gdy Przy ocenie dość istotne są też pewne elementy związane z budową skanera. Trudno je ocenić na podstawie ulotki informacyjnej czy reklamy. Dlatego warto przed zakupem obejrzeć samemu różne konstrukcje i bliżej przyjrzeć się opisowi technicznemu.
Interfejs
Obecnie większość popularnych skanerów korzysta z interfejsu USB 1.1, który pozwala na proste podłączenie do komputerów. Niektóre modele mogą jeszcze korzystać z portu równoległe- go (LPT), wykorzystywanego też przez drukarki, który jest znacznie wolniejszy, ale dzięki temu można je podłączyć do starszych komputerów. Najnowsze konstrukcje wykorzystują już interfejs USB 2.0, który pozwala na bardzo szybkie przesyłanie dużych ilości danych, jakie występują przy skanowaniu z dużą rozdzielczością.
Listwa czujników
Niektóre skanery dysponują podwójną listwą czujników. Jedna część wykorzystywana jest przy skanowaniu z niższą rozdzielczością do 300 lub 600 dpi, zaś druga przy skanowaniu w wysokich rozdzielczościach, np. 1200 lub 2400 dpi. Dzięki temu unika się zniekształceń kolorystycznych w pierwszym przypadku oraz zwiększenie szybkości skanowania. Przy skanach o dużej rozdzielczości uzyskujemy zaś mniejszą ziarnistość obrazu
Zespół optyczny
Za jakość skanowania w dużej mierze odpowiada też cały zespół optyczny, na który składają się lampy oświetlające skanowany materiał, zwierciadła kierujące obraz na czujniki oraz filtry kolorystyczne i konwerter analogowo-cyfrowy przetwarzający sygnały z czujników na postać cyfrową. Niestety, w opisie skanerów nie znajdziemy żadnych informacji, które pozwoliłyby w miarę obiektywnie ocenić jakość tych elementów.
Oprogramowanie
Na wykorzystanie możliwości skanera niebagatelny wpływ ma dołączone do niego oprogramowanie. W sytuacji, gdy różne modele tych urządzeń mają zbliżone parametry techniczne i cenę, właśnie pakiet oprogramowania może zadecydować o wyborze skanera.
Sterownik TWAIN
Najważniejszym elementem oprogramowania jest sterownik TWAIN służący do komunikacji systemu Windows ze skanerem oraz wykorzystania jego możliwości. Niekiedy pozwala on jedynie na ustawienie podstawowych parametrów skanowania, takich jak wybór obszaru do skanowania. rozdzielczości głębi kolorów. Bywa jednak, że sterownik TWAIN jest bardzo rozbudowany, przypominając przy tym niemal program graficzny. Dzięki niemu możemy od razu na etapie skanowania wprowadzić pewne korekty do uzyskiwanego obrazu (Gamma, jasność, kolorystyka, wyostrzenie), a nawet od razu przekształcić go różnymi filtrami. Prawidłowo działający sterownik pozwa la na szybkie uzyskanie wiernej kolorystycznie kopii oryginału, bez potrzeby dokonywania dalszej edycji rysunku w jakimś programie.
Dodatkowe programy
Jeżeli nie zajmowaliśmy się edycją rysunków przed zakupem skanera, to raczej nie dysponujemy programami, które na to pozwalają, a są dość drogie. Dlatego dość istotne jest wyposażenie skanera w aplikacje, które pozwolą na jego pełne wykorzystanie. Na pewno powinien być dołączony program do edycji uzyskanych obrazów, które pozwoli na ich korektę oraz wydrukowanie. Przydatny może też być pro- gram OCR do zamiany zeskanowanych dokumentów na postać tekstową, co pozwoli na ich poprawę, uzupełnienie i dalsze wykorzystanie. Coraz większą rolę zaczynają też pełnić programy do tworzenia albumów, dzięki którym możemy przeglądać swoje zdjęcia, jak i tworzyć z ich użyciem różne prezentacje. Chcąc zachęcić do zakupu swoich skanerów, niektórzy producenci dołączają do nich zestawy oprogramowania, których wartość wręcz przerasta cenę samego urządzenia.
Sterownik TWAIN
Wszystkie skanery komunikują się obecnie z systemem Windows za pośrednictwem sterownika TWAIN, który kieruje pracą skanera. Od zakresu funkcji dostępnych w tym sterowniku zależy w dużej mierze, na ile wykorzystamy możliwości skanera. Zwykle do skanerów dołączone jest mniej lub bardziej skomplikowane oprogramowanie graficzne oraz sam sterownik. Niezależnie jednak od zastosowanego programu graficznego, jeżeli tylko może on komunikować się ze sterownikiem TWAIN, zawsze po wywołaniu funkcji skanowania pojawi się takie samo, typowe dla tego skanera, okno sterujące jego funkcjami. Zeskanowany rysunek natomiast będzie od razu wczytywany do uruchomionego programu graficznego. Sterownik TWAl N pozwala zawsze na wykonanie podglądu skanowanego obrazu, wybór obszaru, jaki chcemy skanować, określenie rozdzielczości i głębi kolorów. Jeżeli dołączona jest przystawka do skanowania filmów, możemy też określić rodzaj skanowanego materiału oraz rodzaj kliszy Niekiedy możemy od razu podczas skanowania wprowadzić korektę jasności i kontrastu, a w bardziej rozbudowanych modelach również korekcję gamma, histogramu lub krzywych tonalnych. Niestety, podgląd obrazu jest zwykle zbyt niskiej jakości, aby wprowadzać takie korekty już na etapie skanowania i operacje te lepiej jest wy- konać w programie graficznym.
3. Zasada działania skanera
Światło białe odbite od kolorowego fragmentu oryginału przyjmuje barwę tego fragmentu. To barwne światło, po przejściu przez układ optyczny, pada na filtr dichroiczny, który rozdziela odbity sygnał świetlny na trzy jednakowe strumienie. Powstałe strumienie padają na trzy rzędy czujników fotoelektrycznych.
Rys. 5. Zależność natężeń generowanych prądów od jasności barw składowych RGB Rys. 6. Zasada działania skanera płaskiego i elementy jego budowy
Każdy element czujnika jest pokryty filtrem, odpowiednio: czerwonym R, zielonym G i niebieskim B. W wyniku tego następuje automatyczne odfiltrowanie trzech tzw. podstawowych barw składowych RGB (Red, Green, Blue). 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 (rys. 5). Z kolei w przetworniku A/C sygnał analogowy (prąd) jest zamieniany na sygnał cyfrowy w celu utworzenia pliku cyfrowego. Plik ten może być rozpoznawany i reprodukowany w systemie komputerowym.
Zasadę działania skanera płaskiego, w którym uwidoczniono omówione elementy budowy, przedstawia rys. 6.
4. Podstawowe parametry skanera
Poniżej zostaną omówione parametry skanera - zarówno te, które są zapewniane przez konstrukcję, jak i te, które można uzyskać za pomocą sterownika. Poznamy tylko najistotniejsze z nich. Im skaner jest prostszy, tym dostarcza mniej opcji do regulacji, wybierania, testowania itd. Parametry wymienimy według ich ważności.
Gęstość optyczna skanera. Gęstość optyczna materiału fotograficznego jest podstawą zrozumienia gęstości optycznej skanera. Gęstość optyczna materiału fotograficznego to miara stopnia zaczernienia pola (ilości osadu metalicznego srebra) w wywołanej warstwie fotograficznej. Gęstość optyczną oznacza się symbolem D i jest to liczba bezwymiarowa.
Nie wdając się w rozważania matematyczne, zapamiętajmy, że jeśli wywołany materiał fotograficzny odbija całe światło, to jego gęstość optyczna D = 0; gdy odbija 0,1 światła - wtedy D = 1; jeśli odbija 0,01 - to D= 2, gdy odbija 0,001 - wtedy D =3 itd.
Gęstość optyczna skanera to wielkość charakteryzująca proces rejestrowania światła przez elementy fotoczułe 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 rys. 7.
Rys. 7. Efekt skanowania tego samego oryginału na skanerach o różnych gęstościach optycznych (różnica w cieniach)
Rozdzielczość optyczna skanera. Kombinacja soczewek i układów CCD w skanerze określa rozdzielczość optyczną definiującą najmniejszy szczegół, który może być zreprodukowany przez skaner. Rozdzielczość optyczna jest mierzona w jednostkach ppi {pixels per inch) - pikselach na cal, niekiedy błędnie utożsamianych z dpi (dots per inch) - punktami na cal.
Rozdzielczość optyczna skanera płaskiego jednoohiektywowego to liczba pojedynczych elementów CCD na jednostkę długości listwy tworzącej element fotoczuły skanera.
Przykład 1
Obliczymy rozdzielczość optyczną Ro skanera jednoobiektywowego. który w jednym rzędzie ma ułożonych 5000 elementów CCD, a szerokość obszaru skanowania wynosi 210 mm.
Dane: liczba elementów fotoczułych l= 5000, szerokość skanowania s = 210 mm, 1 cal = 25,4 mm.
Niewiadome: Ro
Rozwiązanie. Ponieważ soczewki muszą zogniskować całą szerokość 210 mm na wszystkich elementach CCD, a każdy element CCD jest odpowiedzialny za wytworzenie jednego piksela w obrazie, więc
Ro=l/s
Podstawiając dane liczbowe Ro = (5000/210) * 25,4 = 600 ppi.
Rozdzielczości optyczne amatorskich i półprofesjonatnych skanerów płaskich są w zakresie 300-1200 ppi, natomiast profesjonalnych do 5000 ppi. Rozdzielczość optyczna skanera decyduje o możliwości uzyskiwania ostrego obrazu o maksymalnej rozdzielczości. Jeżeli skanujemy obraz tonalny z rozdzielczością większą od rozdzielczości optycznej, to wtedy uzyskamy obraz nieostry. W tym miejscu dodajmy, że właściwa rozdzielczość procesu skanowania zależy wprost proporcjonalnie od skali obrazu względem oryginału, czyli im rozdzielczość optyczna jest większa, tym większe możliwości daje skaner, gdy chodzi o proces powiększania obrazu w stosunku do oryginału.
Skanowanie refleksyjne. Jedną z cech skanera jest możliwość skanowania refleksyjnego, tzn, takiego, w którego przypadku na elementy fotoczułe pada świało odbite od powierzchni oryginału.
W skanerach płaskich wyposażonych w CCD można skanować bryły, co jest wielka ich zaletą. Nie musimy wtedy fotografować skanowanego obiektu. Elementy CCD cechuje bowiem pewna „głębia ostrości”. W zależności od modelu skanera może ona wynosić nawet do 15 cm. Można zatem skanować małe przedmioty lub niezbyt wysokie kompozycje ułożone na szybie.
Skanowanie transparentne. Część skanerów umożliwia skanowanie transparcntne, tzn. skanowania z oryginałów wykonanych na materiałach przezroczystych. Skanowanie takie różni się od refleksyjnego tym, że oryginał jest umieszczony między źródłem światła a czujnikami. Przy skanowaniu transparentnym bardzo ważne jest płaskie rozłożenie oryginału na szybie, gdyż klisze mają tendencję do wyginania się. W skanerach płaskich zapewniają to specjalne uchwyty lub ramki mocujące. Niektóre skanery służą wyłącznie do skanowania transparentnego (nie mają szyby).
5. Parametry sterownika skanera
Wybór opcji do skanowania umożliwia jego sterownik. Sterownik to program napisany dla konkretnego skanera. Ponieważ producent zna swój produkt, są więc przez niego podawane parametry sterownika. Niektóre istotniejsze funkcje, które zapewnia sterownik, zostaną opisane poniżej.
Rozdzielczość interpolowana. Oprócz rozdzielczości optycznej w odniesieniu do skanera występuje pojęcie rozdzielczości interpolowanej. Jest to wielkość wynikająca ze „sztucznego” tworzenia w obrazie cyfrowym mniejszych pikseli z większych za pomocą algorytmów arytmetycznych - tzw. interpolacji. Interpolacja jest uśrednianiem algebraicznym poziomów jasności piksela interpolowanego i pikseli sąsiadujących z tym pikselem.
Przykład 2
Przedstawione na rys. 8 kwadraty reprezentują piksele obrazu cyfrowego. Liczby na pikselach oznaczają (w procentach) poziomy ich szarości. Posługując się danymi z obrazu w części lewej, zmniejsz dwukrotnie piksele i oblicz poziom szarości P piksela, który wystąpi w prawym dolnym rogu obecnego piksela o szarości 50. Rys. 8. Zasada działania interpolacji; z lewej - piksele przed interpolacją; z prawej - piksele po interpolacji
Rozwiązanie. Wyobraźmy sobie dwa razy gęstszą siatkę nałożoną na piksele, której oczka będą symbolizowały dwa razy mniejsze piksele. Piksel o szarości 50 (podobnie jak inne) zostanie podzielony tą siatką na cztery części. Każda część będzie miała wokół siebie sąsiadów. Przy pikselu w prawym dolnym rogu piksela 50 wystąpi ośmiu „zmniejszonych” sąsiadów. Jego końcowa szarość jest algebraicznym uśrednieniem jego dotychczasowej szarości i szarości pikseli otaczających; zatem:
P = (50+50+50+50+70+70+90+20+20): 9 = 52
W prawej części rys. 8 przedstawiono piksele po interpolacji, w tym obliczony piksel.
Sterownik skanera włącza rozdzielczość interpolowaną automatycznie, gdy skanowanie przebiega z rozdzielczością większą od rozdzielczości optycznej. Wysoka rozdzielczość interpolowana ma pozytywny wpływ na proces skanowania oryginałów kreskowych (czarno-białych, czyli bez odcieni szarości), gdyż wygładza pochylone i zaokrąglone krawędzie (mniejsze piksele czarne i białe). Rys. 9. Efekt skanowania kreskowego (czarno-biatego) przy różnych rozdzielczościach interpolowanych
Efekt skanowania czarnego pierścienia na białym tle, odpowiednio z dużą i małą rozdzielczością interpolowaną, przedstawiono na rys. 9. Stosowanie natomiast rozdzielczości interpolowanej dla oryginałów ciągłotonalnych (występują na nich ciągłe przejścia między kolorami na oryginale) negatywnie wpływa na ostrość obrazu, gdyż następuje rozmywanie krawędzi, co można zauważyć na rys. 10.
Rys. 10. Porównanie efektu skanowania tonów przy rozdzielczości optycznej (po lewej) i przy włączonej rozdzielczości interpolowanej (po prawej)
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 pozioinow jasności pikseli. Przedstawiono to na rys. 11. 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.
Rys. 11. 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.
Rys. 12. Wyniki skanowania tego samego oryginału dla róźnych kształtów krzywej tonalnej
Odrastrowywanie oryginałów. Podczas skanowania najlepiej dysponować oryginałami fotograficznymi lub rysunkami (wykonanymi ręcznie, aerograficznie itp.) czy obrazami malarskimi. Nieraz jednak zdarza się oryginał w postaci reprodukcji wykonanej w drukarni. Reprodukcja taka jest drukowana tzw, techniką rastrową, w której każda tonalność jest budowana z równoodległych maleńkich punktów (tzw. punktów rastrowych) o różnych wielkościach. Punktów tych nie widać nieuzbrojonym okiem. Pod lupą powiększającą ok. 8 razy są one jednak dobrze widoczne. Rys. 13. Efekt mory powstały podczas skanowania reprodukcji bez odrastrowywania (po lewej) i efekt skanowania z odrastrowywaniem (po prawej)
Po skanowaniu takiej rastrowanej reprodukcji nie otrzymamy więc obrazu zbudowanego z pikseli oddających lonalności przez niewiele zmieniające się poziomy ich jasności, ale w postaci skokowo zmiemąiących się barw, pochodzących z punktów rastrowych wydrukowanych czterema farbami CMYK (cyan, magenta, yellow, black), oraz z bieli niezadrukowanego podłoża. Otrzymany obraz może być nie do przyjęcia z powodu niskiej jakości. Może bowiem w takim przypadku powstać zjawisko tzw. mory. tj. tworzenia przez zeskanowane punkty rastrowe, niepożądanych kolizyjnych wzorów geometrycznych. Jedyną metodą przeciwdziałania temu zjawisku jest wcześniejsze usunięcie („zatarcie”) struktury rastrowej pochodzącej z reprodukcji, tzw. odrastrowanie. Wiele sterowników skanerów ma własność „zacierania” rastra podczas skanowania reprodukcji, co warto wykorzystać.
6. Uwagi eksploatacyjne
Aby skaner zawsze działał bezbłędnie i by można było wykorzystać wszystkie jego możliwości, należy przestrzegać kilku prostych zasad.
Przygotowanie do pracy i konserwacja skanera. Podczas skanowania należy zachowywać czystość zarówno urządzenia, jak i skanowanych materiałów. Wymaganie to jest istotne ze względu na stosowane rozdzielczości. W skanerze płaskim szklana płyta, na której kładzie się oryginały, musi być pozbawiona kurzu, plam. włosów, rys i innych uszkodzeń mechanicznych. Skaner powinien stać w miejscu nienarażohym na działanie wstrząsów, pyłów, wilgoci i gwałtownych zmian temperatury. W zasięgu ręki powinna być zawsze czysta ircha lub inny niepylący miękki materiał, którym należy przecierać szklaną płytę. W przypadku konieczności usunięcia plam z tych elementów lub obudowy należy stosować detergenty lub nieagresywne rozpuszczalniki. Cieczą zwilżamy szmatkę, a nie bezpośrednio element skanera, gdyż zapobiegnie to przedostaniu się środka czyszczącego do elementów wewnętrznych.
Przygotowanie materiałów do skanowania. Materiały do skanowania powinny być przechowywane w oddzielnych kopertach lub torebkach, aby nie ocierały się o siebie, co powoduje uszkodzenie emulsji fotograficznej. Dotyczy to zwłaszcza oryginałów na kliszach, ponieważ powstające wówczas rysy na materiale mogą być niekorzystne dla końcowego wyniku pracy.
Nie należy brać materiału fotograficznego bezpośrednio palcami, gdyż pozostawiają one tłuszcz i odciski linii papilarnych. Najlepiej używać rękawiczek z miękkiej tkaniny lub chwytać oryginał za krawędzie. Jeżeli wcześniej został zabrudzony, to należy go delikatnie oczyścić (irchą, miękką flanelą). Skanowanie odbitki fotograficznej wymaga: używania błyszczących papierów zamiast matowych, niestosowania papierów z fakturą, unikania pisania na odwrocie zdjęcia twardym ołówkiem lub długopisem.
* Skanery bębnowe : Skanery bębnowe, bardzo rzadko spotykane, należą do elity sprzętu ściśle profesjonalnego. Są one bardzo duże, drogie i niewygodne w obsłudze, ale jakością skanowania biją na głowę skanery ręczne, a nawet płaskie. Zasada działania jest dosyć prosta: oryginał przykleja się do specjalnego bębna, wirującego wokół centralnie umieszczonej, przesuwającej się głowicy. Warto zauważyć, że o ile w skanerach ręcznych i płaskich powszechnie stosuje się półprzewodnikowe, światłoczułe elementy CCD, to w skanerach bębnowych wykorzystuje się specjalne lampy zwane fotopowielaczami, mające o wiele lepsze parametry.