KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELDETEKCJI Olsztyn 17.12.2009 r.

SPRAWOZDANIE 6

Temat: Skanery

Łukasz Chmielewski

GiSZN Gr. 3 rok 3

Rodzaje skanerów:

- skaner ręczny

- skaner płaski

- skaner bębnowy

- skaner do slajdów

- skaner do filmów fotograficznych

- skaner kodów kreskowych

- skaner przestrzenny - 3D

Przeznaczenie:

Skanery stosuje się zwykle do trzech rodzajów prac: skanowania dokumentów tekstowych, zdjęć i rysunków oraz filmów.

Skanowanie zdjęć i rysunków

Skanowanie tego typu materiałów to najbardziej popularne zastosowanie skanerów. Nie wymaga olbrzymich rozdzielczości, ponieważ nawet w poligrafii stosuje się przeważnie 300 dpi. Podstawowym ograniczeniem jest wielkość uzyskiwanych plików, która rośnie do ogromnych rozmiarów przy większych rozdzielczościach. Większe rozdzielczości możemy stosować do niedużych fragmentów zdjęć, które później będą powiększane. 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 skanować filmy, musimy mieć najlepiej skaner wyposażony w odpowiednią przystawkę. Do takich celów stosujemy skanery o jak największej rozdzielczości, ze względu na niewielkie rozmiary klatek filmu. Niektóre modele mogą skanować filmy o formacie 60x90 mm. Wystarczającą rozdzielczością na domowe lub biurowe potrzeby będzie 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.

Skanery płaskie

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. Skanery bębnowe służą do wykonywania profesjonalnych kopii elektronicznych zdjęć z pozytywów i negatywów.

Ogólna zasada działania skanera oraz budowa

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.

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. 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.

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. 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, 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. Jednak wykorzystanie tych możliwości jest nie praktyczne z uwagi na olbrzymią wielkość uzyskanych w ten sposób map bitowych.

Gęstość optyczna

Parametr ten określa się w oparciu o skomplikowany wzór matematyczny, ale 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.

Skanery fotogrametryczne

Skanery fotogrametryczne w odróżnieniu od tradycyjnych charakteryzują się bardzo wysoką dokładnością geometryczną rzędu 1 - 3 mikrometrów. Nie jest to możliwe do osiągnięcia w przypadku skanerów tradycyjnych.

Przykład budowy skanera:

skaner PHOTOSCAN

1. Obudowa 9. Lampa

2. Prowadnica główna 10. System optyczny

3. Koder liniowy 11. Przewijarka (dostępna w opcji)

4. Prowadnica druga 12. Rolka filmu (dostępna w opcji)

5. Zwierciadło 13. Pokrywa instrumentu

6. Matryca CCD 14. Pokrywa instrumentu

7. Nośnik (płyta szklana) na zdjęcie 15. Panel sterowania

8. Płyta szklana dociskowa 16. Moduł elektroniczny

Skanowanie tekstów - OCR

Do tej czynności nie są wymagane skanery o dużej rozdzielczości, ponieważ przy skanowaniu tekstów stosuje się nie więcej niż 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. Programy tego typu dołączone są zwykle do skanerów. Aby jednak taki program spełniał swoje zadanie musi 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.

---