Что определяет разрешающая способность сканера

Обновлено: 17.01.2025

Сканер — устройство ввода, назначение которого оцифровка информации, хранящейся на нецифровом носители, с её последующей передачей в память ПК в виде графики.

Основные характеристики сканера

Основными параметрами, на которые стоит опираться при выборе данного периферийного устройства, являются: тип сканера, тип установленного датчика, разрешение, оптическая плотность, глубина цвета, скорость сканирования и поддерживаемый формат нецифрового носителя (А4, А3).

Тип сканера

По типу, сканеры подразделяются на планшетные, протяжные и слайд-сканеры.

Планшетный тип сканера наиболее распространен. Конструктивно сканер состоит из стеклянной основы (планшета) и считывающего механизма под ней. В процессе сканирования документ или книга неподвижны, а информация снимается за счет перемещения линии считывающих фотоэлементов вдоль оригинала.

Сканер имеющий протяжный тип , осуществляет сканирование лишь отдельных листов бумаги, которые проходят через считывающую светочувствительную линию. К сожалению, такой подход не позволяет оцифровывать объемные носители информации.

Слайд-сканер. Данный тип сканера используется для сканирования материалов имеющих прозрачную или полупрозрачную основу. К таким нецифровым носителям, например, можно отнести фотопленку или рентгеновский снимок.

Тип датчика

Contact Image Sensor, CIS — представляет собой линию фотоэлементов, которая перемещается вдоль сканируемого материала, и строка за строкой передает информацию с носителя в виде электроимпульсов. Для подсветки оригинала используются светодиоды, расположенные вблизи фотоэлементов. Недостатком данного типа датчиков является малая глубина резкости.

Charge-Coupled Device, CCD – не что иное, как интегральная микросхема, обладающая линией фоточувствительных элементов. При построении картинки, используется оптическая конструкция -включающая в себя зеркало и объектив. Для подсветки сканируемого материала применяется люминесцентная подсветка. Плюсом CCD-сканеров является хорошая глубина резкости и цветопередача. К минусам, можно отнести большую толщину и вес датчика, а также стоимость в сравнении с CIS.

Разрешение

Разрешение сканера зависит от количества фоточувствительных элементов линейки на один дюйм по оси X и минимальным интервалом хода шагового двигателя, также на дюйм, по оси Y. Разрешение – основной параметр при выборе сканера, подавляющее большинство моделей имеет минимальное разрешение 600 х 1200 точек на дюйм (dpi). Почему минимальное? Существует понятие улучшенного разрешения , когда готовое изображение формируется по принципу интерполяции. Для того чтобы получить картинку превышающую разрешение оригинала, пространство между соседними точками заполняется по принципу градации яркости и цвета исходя из данных полученных оптическим способом о цвете и яркости оригинальных точек.

Оптическая плотность

Способность сканера отличить сканируемый материал от «полной темноты», своего рода, параметр «слепоты» считывающих светочувствительных датчиков. Чем выше чувствительность, тем лучше результат при сканировании темных малоконтрастных исходников.

Глубина цвета

Влияет на цветопередачу при сканировании исходных материалов. Различают два вида цветопередачи:

- внутренняя – количество цветов, различаемых системой сканера;

- внешняя – количество цветов, которые сканер отправляет на ПК.

В основном используется 24-битная цветопередача, что вполне достаточно для задач офиса или дома. Но, если работать с графикой, необходим сканер с большей разрядностью.

Скорость сканирования

Чем выше этот показатель, тем лучше. Но, нужно помнить, что скорость также зависит от выбранного разрешения и площади сканируемого материала.

Формат сканирования

Максимальный формат оригинала, который может отсканировать устройство. Сканеры, поддерживающие формат A4, получили большее распространение.

Характеристиками сканера, определяющими область его применения, являются режимы сканирования, тип механизма сканирования оригиналов и некоторые другие технические данные.

Разрешение(разрешающая способность) - величина, характеризующая количество считываемых элементов изображения на единице длины. Обычно размерность этой величины указывают в точках на дюйм. Разрешающую способность сканера определяют как физическое (аппаратное) разрешение и интерполяционное разрешение.

Физическое разрешение характеризует конструктивные возможности сканера в оцифровке изображения по горизонтали и вертикали. Оптическая (горизонтальная) разрешающая способность сканера характеризует максимальный объем дискретной информации, вводимой оптической системой устройства. Оптическое разрешение планшетных (плоскостных) сканеров, имеющих фиксированное фокусное расстояние, определяется как отношение количества отдельных светочувствительных элементов в линейке (или линейках) фотоприемника к максимальной ширине рабочей области сканера и характеризует шаг дискретизации сканируемого изображения по горизонтали.

Высокое значение оптического разрешения достигается за счет увеличения плотности регистрирующих элементов или одновременного использования нескольких фотоприемников. В последнем случае автоматически или вручную перед сканированием объединяются отдельные части вводимого изображения.

Расстояние, на которое с помощью шагового механизма смещается сканирующая головка, определяет разрешающую способность сканера по вертикали, т.е. его механическую (вертикальную) разрешающую способность. Разрешение вводимого изображения в вертикальном направлении определяется скоростью перемещения оригинала относительно фотоприемника. При уменьшении скорости увеличивается разрешение сканирования и наоборот, чем выше разрешающая способность сканера, тем детальнее будет информация, считанная с оригинала. В проекционных сканерах, а также в цифровых фотоаппаратах оптическое разрешение обычно выражается не в точках на дюйм, а в точках, поскольку степень детализации зафиксированного ими изображения зависит от удаленности объекта сканирования от регистрирующей камеры, и для выражения разрешающей способности используют размер фотокадра.

Разрешающая способность барабанных сканеров в отличие от сканеров других типов выражается как оптическое разрешение (в точках на дюйм), поскольку в них реализован точечный способ получения информации об изображении. Разрешающая способность таких сканеров зависит от характеристик шагового двигателя и апертуры объектива, а также от яркости используемого источника света и максимальной частоты вращения барабана. Во многих сканерах предусматривается возможность программного повышения разрешения - интерполяции. Однако это не повышает степени детализации представления изображения, а лишь понижает его зернистость.

При интерполяции сканер считывает с оригинала графическую информацию на пределе своего физического разрешения и включает в формируемый образ изображения дополнительные элементы, присваивая им усредненные значения цвета соседних, реально считанных точек. Несмотря на то, что алгоритмы интерполяции не добавляют деталей в изображение, во многих случаях применение подобной технологии представления изображений позволяет добиваться хороших результатов: сглаживаются границы растровых объектов и четче прорабатываются мелкие детали.

Для интерполяции в процессе сканирования важно, чтобы механическое разрешение сканера превышало оптическое. Легко выполняется интерполяция между смежными точками вдоль горизонтальной линии сканирования, поскольку сканер получает информацию о ней в полном объеме. Сложнее выполнять интерполяцию вдоль вертикальной оси, так как для этого необходимо сканировать несколько горизонтальных линий. Применяя меньший шаг считывания информации вдоль вертикальной оси, можно избежать интерполирования данных по вертикали. В сканерах с интерполяционным разрешением, превышающим оптическое и механическое, интерполирование производится с помощью специализированного программного обеспечения.

Глубина цвета - это количество битов, которое сканер мо.жет назначить при оцифровывании точки. Сканер с глубиной точки 1 бит может регистрировать только два уровня - белый и черный, сканер с глубиной точки о бит может регистрировать 256 уровней, 12 бит - 4096 уровней.

Рис. 3.2. Сигнал (пример), характеризующий распределение оптической

плотности в точках (х) линии сканирования.

Сканеры и как они устроены

Содержание

Сканеры

Сканер - устройство для ввода графической растровой информации в ЭВМ. Список приложений сканера почти бесконечен, на сегодняшний день сложились и производятся следующие разновидности этих устройств:

высококачественные барабанные сканеры, которые способны обрабатывать как прозрачные, так и непрозрачные изображения - от 35-мм пленок до материалов размером 16 футов на 20 дюймов с высоким (свыше 10 000 тнд) разрешением;
планшетные настольные сканеры универсального назначения;
компактные сканеры документов, предназначенные исключительно для оптического считывания и распознавания документов;
специальные фотосканеры, которые работают, перемещая фотографию по неподвижному источнику света;
сканеры слайдов или негативов, работающие с прозрачными изображениями;
ручные сканеры для использования на небольшом пространстве стола.

Некоторые образцы сканеров

а - планшетный (flatbed) сканер Epson Perfection 3490;
б - сканер документов (pass-through scanner) Kodak i30;
в - сканер кинофильмов (35 mm film scanner) Nikon Coolscan 5000 ED;
г - ручной сканер Mustek.

Устройство и функционирование сканеров

Сканер - устройство, конвертирующее видимое изображение в поток бинарных сигналов, иными словами - осуществляющее преобразование оптических аналоговых данных в электрические цифровые.

Изображение помещается перед кареткой, которая состоит из источника освещения и массива датчиков.

Свет от трубки поступает на датчики, которые считывают оптические данные (например, ПЗС), затем проходит призмы, линзы и Другие оптические компоненты. Подобно очкам или лупам, эти элементы могут весьма различаться по качеству. Высококачественный сканер использует точную стеклянную, просветленную оптику со светофильтрами исправления цвета. В более дешевых моделях применяются пластмассовые компоненты, чтобы уменьшить затраты.

Устройство и функционирование планшетного сканера

Интенсивность света, отраженного или прошедшего сквозь изображение и собранного датчиком, преобразуется в напряжение, пропорциональное световой интенсивности.

Датчики сканеров

Датчик изображения обычно реализуется по одной из трех технологий:

фотоэлектронный умножитель (ФЭУ или photomultiplier tube - РМТ) - технология, унаследованная от барабанных сканеров прошлого;
прибор с зарядовой связью (ПЗС или charge-coupled device - CCD) - датчик, типичный для настольных сканеров;
контактный сенсор изображения (contact image sensor - CIS) - более новая технология, которая интегрирует функции и позволяет создавать сканеры более компактных размеров.

Технология фотоэлектронных умножителей

ФЭУ - технология датчиков высокопроизводительных цветных барабанных сканеров, которые используются обычно для подготовки матриц цветной полиграфии. Дорогостоящие и тяжелые в обслуживании, они были основными устройствами ввода изображений в ЭВМ до появления настольных сканеров.

Оригинал изображения здесь тщательно закрепляется на цилиндрическом барабане, который начинает вращаться с высокой скоростью. Каретка с датчиками и осветителями начинает перемещаться вдоль изображения. Управлять разрешением или размером изображения можно, подбирая скорость движения каретки, оптическую силу линз и радиус барабана.

ФЭУ-сканеры имеют два источника освещения, один для сканирования в отраженном свете, другой - для прозрачных оригиналов. Свет подсветки расщепляется на три луча, которые проходят через светофильтры (красный, зеленый и синий), а затем попадают на трубку фотоумножителя, где световая энергия преобразуется в электрический сигнал. ФЭУ-сканеры имеют намного более высокую светочувствительность и более низкий уровень шума, чем сканеры ПЗС, и, следовательно, способны к хорошей передаче тонов, будучи менее восприимчивыми к ошибкам в преломлении или фокусировке света, чем их планшетные коллеги.

Схема функционирования барабанного сканера

Однако барабанные сканеры медленнее и дороже, чем сканеры ПЗС. В настоящее время они обычно используются только в специализированных высокопроизводительных приложениях.

Прибор с зарядовой связью (ПЗС)

Технология прибора с зарядовой связью, которая лежит в основе настольных сканеров, ранее использовалась долгое время в таких устройствах, как телефаксы и цифровые камеры. ПЗС - твердотельное электронное устройство, которое конвертирует свет в электрический заряд. Датчик настольного сканера, как правило, имеет массив (линейку) из тысяч элементов ПЗС, размещенных на подвижной каретке. Отраженный свет лампы сканера, пройдя светофильтры, направляется на массив ПЗС через систему зеркал и линз.

Контактный сенсор (CIS)

Это относительно новая технология Датчиков, которая начала появляться на рынке планшетных сканеров в конце 1990-х годов Сканеры этой системы используют компактные банки красных, зеленых и синих светодиодов в сочетании с линейкой датчиков ПЗС, помещенных чрезвычайно близко к исходному изображению. В результате получен сканер, который меньше, легче, дешевле и экономичнее, чем традиционное устройство на основе ПЗС, однако эта технология еще далека от совершенства.

Показатели эффективности сканера

Механизм датчика - не единственный фактор, который задает эффективность сканера. Следующие показатели являются важными аспектами спецификации устройства:

разрешающая способность;
разрядная глубина;
динамический диапазон.

Разрешающая способность сканера

Разрешающая способность описывает точность устройства и обычно измеряется в точках на дюйм (тнд). Типичная разрешающая способность недорогого настольного сканера в конце 1990-х годов составляла 300 х 300.

Типичный планшетный сканер использует элемент ПЗС для каждого пикселя, так что для настольного сканера, имеющего горизонтальную оптическую разрешающую способность 600 тнд и максимальную ширину документа 8.5", требуется массив из 5100 (5100=600 x 8.5) элементов ПЗС в блоке, известном как сканирующая головка.

Головка устанавливается на каретке, которая перемещается вдоль оригинала изображения. Хотя движение кажется непрерывным, перемещение происходит дискретными шагами (в доли дюйма), и в каждой паузе осуществляется считывание информации. В случае планшетного сканера головка управляется шаговым двигателем - устройством, которое поворачивает ось на данный угол (и не больше) каждый раз, когда подан электрический импульс.

Число физических элементов в массиве ПЗС определяет интервал дискретизации направления X, а количество остановок на дюйм задает дискретизацию направления У. Хотя они обычно упоминаются как «разрешающая способность» сканера, термин не вполне точен. Разрешающая способность (возможность сканера выявить все подробности изображения) определяется качеством электроники, оптики, фильтров и моторного привода, а также частотой дискретизации (оцифровки).

К концу 1998 года максимальная плотность элементов ПЗС в линейке составляла 600 на 1 дюйм. Однако видимая разрешающая способность может быть увеличена, используя методику, известную как интерполяция, которая заключается в программном или аппаратном вычислении промежуточных значений сигнала и их вставке между реальными данными. Некоторые сканеры делают это более эффективно, другие - менее. Естественно, формулируя требования к разрешению сканера, не следует забывать о его согласовании с параметрами устройства вывода информации.

Рассмотрим, как можно было бы оценить требования к разрешению сканеров в зависимости от качества выходного изображения.

Цветная полиграфия

Здесь оборудование, воспроизводящее различные уровни цвета, использует метод, именуемый обработкой полутонов. Наборные устройства, используемые в офсетной печати - технологии печати глянцевых журналов - способны к выводу 133 строк/дюйм. Как показывает опыт, для получения качественной печати разрешение сканера должно быть в 1.5 раза выше, то есть около 200 тнд.

Струйный принтер

При сканировании для последующего вывода на принтер разрешающая способность сканера должна соответствовать разрешающей способности вывода настолько близко, насколько возможно, принимая во внимание относительные размеры оригинала и выходного изображения. Если они одинаковы, никакой корректировки не требуется. Если, однако, выходное изображение должно быть напечатано в ином размере (большем или меньшем, чем оригинал), разрешение сканера должно быть соответственно откорректировано.

Предположим, необходимо от сканированную почтовую марку размером 1 х 1.5 «напечатать на струйном принтере, который имеет разрешение печати 600 тнд, причем изображение должно быть увеличено и составить в размере 2 х 3». Если бы марка сканировалась при разрешении 600 тнд, от сканированное изображение имело бы 600 пикселей по вертикали (1«умножить на 600) и 900 пикселей по горизонтали (1.5» умножить на 600). Увеличение изображения до размера, предназначенного для печати (2 х 3«), уменьшает фактическую разрешающую способность до 300 тнд (900/3=300, поскольку 900 горизонтальных пикселей будут расположены в 3»), и так же в вертикальном измерении. Это только половина разрешающей способности принтера, и качество вывода будет ниже оптимального. Для лучшего качества напечатанного изображения, которое фактически использует 600 тнд, сканирование должно проводиться при 1200 тнд.

Вывод на монитор

Подобные расчеты можно сделать также, если размер выводимого образа меньше, чем оригинал. Предположим, необходимо от сканировать фотографию размером 4 х 5, которая будет отображена на WEB странице в половинном размере, 2 х 2.5. Компьютерные мониторы обычно имеют разрешающую способность 72 или 90 тнд. Сканирование фотографии при 72 тнд дает изображение размером в 288 x 360 пикселей. Сокращение этого размера в 2 раза давало бы изображение с вертикальной разрешающей способностью 144 тнд, что вдвое больше необходимой. В этом примере оригинальное изображение могло быть от сканировано при 36 тнд без потери качества результирующего изображения.

Соотношения, используемые в этих примерах, описываются следующей формулой:

где SR - идеальное разрешение сканера, тнд;

DR - разрешение устройства вывода, тнд;

DW - ширина, с которой изображение будет напечатано или отображено, в дюймах;

OW - ширина сканируемого оригинала, в дюймах.

Интерполяция

Несмотря на то что в спецификациях сканеров могут указываться разрешающие способности в 2400.4800 и 9600, необходимо понимать, что реально они не способны к различению такого уровня подробности. Фактическое оптическое разрешение ПЗС в самых современных сканерах в лучшем случае - 600 х 1200 тнд, и любые более высокие показатели основаны на интерполяции.

Указание неоднородной разрешающей способности (например, 600 х 1200 тнд) обязательно подразумевает аппаратную интерполяцию, так как прием данных при 600 тнд по одной оси (X) и 1200 по другой (Y) явно не приведет к «квадрату» изображения. При 600 х 600 тнд такой сканер будет понижать разрешение в 1200 тнд по оси Y до 600 (обычно это делается путем увеличения вдвое шага двигателя, который перемещает головку), а при 1200 х 1200 - будет интерполировать измерение X. При этом чип интегральной схемы в сканере генерирует дополнительные данные, используя точки, которые фактически сняты сканером, и прогнозируя наиболее вероятный цвет и яркость промежуточных пикселей.

Цветовые сканеры

Головки одних цветовых сканеров содержат единственную флюоресцентную трубку с тремя ПЗС, снабженными цветными фильтрами, в то время как другие имеют три цветные трубки и единственный блок ПЗС. Первые производят полное цветовое изображение за единственный проход, в то время как вторые - за три прохода. Однако с конца 1990-х годов однопроходные устройства составляют большинство цветовых сканеров.

Эти сканеры используют один из двух методов: либо расщепление луча, либо ПЗС с цветовыми фильтрами. В первой конструкции свет, проходящий через призму, разделяется на три первичных цвета, каждый из которых считывается соответствующими ПЗС. Этот метод считается наилучшим для обработки отраженного света, но для снижения затрат многие изготовители используют три массива ПЗС, каждый из которых покрыт фильтрующей пленкой так, чтобы он воспринимал только один из первичных цветов. Будучи технически менее точным, этот метод обычно производит результаты, которые трудно отличить от таковых для сканера с расщеплением луча.

Разрядная глубина

Разрядная (битовая, цветовая) глубина сканера характеризует количество информации, содержащейся в одном пикселе выходного образа. Самый простой сканер (черно-белый сканер на 1 бит) использует для представления каждого пикселя «1» или «0». Чтобы воспроизвести полутона между черным и белым, сканер должен иметь хотя бы 4 бита (для 16=2 4 полутонов) или 8 бит (для 256=2 8 полутонов) на каждый пиксель.

Самые современные цветовые сканеры поддерживают не менее 24 бита, что означает фиксацию 8 бит информации по каждому из первичных цветов (красный, синий, зеленый). Устройство на 24 бита может теоретически фиксировать более чем 16 млн различных цветов, хотя практически это число намного меньше. Это почти фотографическое качество, и упоминается поэтому обычно как «полно цветное» сканирование («true colour» scanning).

В последнее время все более увеличивающийся список изготовителей предлагает сканеры с разрядной глубиной на 36 или 30 бит. Хотя немногие прикладные программы машинной графики способны к обработке изображений с глубиной более чем 24 бита, этот избыток разрешения позволяет осуществлять полезные операции по редактированию графики как в драйверах, так и в приложениях.

Динамический диапазон. Динамический диапазон по своей сути подобен разрядной глубине, которая описывает цветовой диапазон сканера, и определяется как функционированием АЦП сканера, так и чистотой света, качеством цветных фильтров и уровнем любых помех в системе.

Динамический диапазон измеряется в шкале от 0.0 (абсолютно белый) до 4.0 (абсолютно черный), и единственное число, данное Для конкретного сканера, говорит, сколько оттенков модуль может Различить. Большинство цветных планшетных сканеров с трудом воспринимает тонкие различия между темными и светлыми цветами на обоих концах диапазона и имеет динамический диапазон около 2.4. Это конечно, немного, но обычно достаточно для проектов, где идеальный цвет - не самоцель. Для получения большего динамического диапазона следует использовать цветовой планшетный сканер высшего качества с увеличенной разрядной глубиной и улучшенной оптикой. Эти высокопроизводительные модули обычно обеспечивают динамический диапазон между 2.8 и 3.2 и хорошо подходят для большинства приложений, требующих высококачественный цвет (например, офсетная печать). Наиболее близко к пределу динамического диапазона позволяют подойти барабанные сканеры, часто обеспечивающие значения от 3.0 до 3.8.

Теоретически сканер на 24 бита предлагает диапазон 8 бит (256 уровней) для каждого первичного цвета, и различие между двумя из 256 уровней обычно не воспринимается человеческим глазом. К сожалению, наименьшие из значащих битов теряются в шуме, в то время как любые тональные исправления после сканирования еще более сужают диапазон. Именно поэтому лучше всего предварительно устанавливать любые исправления яркости и цвета на уровне драйвера сканера перед заключительным сканированием. Более дорогие сканеры с глубиной 30 или 36 бит имеют намного более широкий диапазон, предлагая более детализированные оттенки, и разрешают пользователю делать тональные исправления, заканчивающиеся приличным 24-битовым изображением. Сканер на 30 бит принимает 10 бит данных на каждый цвет, в то время как сканеры на 36 бит - по 12 бит. Драйвер сканера позволяет пользователю выбрать, какие именно 24 бита из исходных 30 или 36 бит сохранить, а какие - нет. Эта настройка делается путем изменения «кривой цветовой гаммы» (Gamma Curve) и доступна при обращении к Настройке тонов (Tonal Adjustment control) драйвера TWAIN.

Режимы сканирования

Среди общего разнообразия методов представления изображения в ЭВМ наиболее распространенными являются:

штриховая графика (line art);
полутоновое изображение (greyscale);
цветное изображение (colour).

Штриховая графика - наиболее простой формат. Так как сохраняется только черно-белая информация (в компьютере черный цвет представлен как «1» и белый как «0»), требуется только 1 бит данных, чтобы сохранить каждую точку просмотренного изображения. Штриховая графика наиболее подходит при сканировании чертежей или текста.

Полутоновое изображение. В то время как компьютеры могут сохранять и выдавать изображения в полутонах, большинство принтеров не способно печатать различные оттенки серых цветов. Они применяют метод, названный обработкой полутонов, используя точечный растр, имитирующий полутоновую информацию.

Изображения в оттенках серого - наиболее простой метод сохранения графики в компьютере. Человек может различить не более 255 различных оттенков серого, что требует единственного байта данных со значением от 0 до 255. Данный тип изображения составляет эквивалент черно-белой фотографии.

Полноцветные изображения - наиболее объемные и самые сложные, сохраняемые и обрабатываемые в персональном компьютере, используют 24 бита (по 8 на каждый из основных цветов), чтобы представить полный цветовой спектр.

Конструкции сканеров

По областям применения различают персональные и производственные сканеры, а по технической реализации - ручные, планшетные и проекционные устройства.

Дополнительная информация по теме

В статье дается полное описание устройства принтеров и описание с графическими схемами основных частей печатающих устройств

Полное описание, как устроены жидкие кристаллы на кремнии в различного рода экранах

Полное описание как устроены плазменные экраны широко используемые в уличных условиях

Полное описание, как устроены светодиодные экраны для промышленного использования или в рекламных целя

Разрешение сканера — это характеристика, которая определяет максимально возможную точность и степень детализации цифровой копии документа. Разрешающая способность может измеряться в единицах PPI («pixels per inch» — пиксели на дюйм) и DPI («dots per inch» — точки на дюйм).

В первом случае эта характеристика применима к качеству вводимого изображения, во втором — к качество изображения, выводимого устройством, например, принтером. Оптическое разрешение сканера, которое часто можно встретить в характеристиках, представляет собой реальное количество пикселей, которое может распознать светочувствительная матрица устройства.

Разрешение PPI

Говоря о единицах PPI, следует различать также аппаратное (оптическое) и интерполяционное разрешение сканера.

Аппаратное разрешение зависти от того, насколько плотно размещены светочувствительные элементы в матрице сканера. Встретив, например, показатель 300×600 ppi, необходимо учитывать, что он приводится как разрешение по горизонтали и вертикали.

Ключевое значение имеет горизонтальное количество точек, поскольку показатель по вертикали обычно всегда вдвое больше и достигается при помощи интерполяции — обработки результатов непосредственного сканирования.

На какие значения ориентироваться?

Еще раз стоит упомянуть, что сканирование с большим, чем у оригинала, разрешением чаще всего не приведет к качественному результату — цифровая копия от этого не улучшиться. Однако в отдельных случаях эта операция может принести пользу. Например, когда необходимо увеличить изображение при выводе на монитор или принтер, а также в случаях, когда нужно избавиться от муара.

Точные показатели разрешения напрямую зависят от того, что вы собираетесь сканировать:

изображения для вывода на монитор — 72-100 ppi;
изображения для вывода на обычный струйный принтер —
изображения для вывода на высококачественный или широкоформатный струйный принтер — от 300 ppi;
газеты, журналы и книги для последующей обработки —
любительские фотографии —
цветные изображения типографского качества — 300-600ppi.
разрешения сканера 300 ppi достаточно. Если же сканер имеет разрешение 600 ppi, то это очень хорошо.

При необходимости наши специалисты помогут вам наиболее точно определиться с необходимым разрешением, а также купить сканер в полном соответствии с вашими нуждами.

В системе допечатной подготовки изданий для оцифровки изобразительной информации, т.е. представления изображений в цифровом виде, и ввода в нее используются специальные устройства: сканеры и цифровые фотоаппараты.

Сканеры позволяют вводить в компьютер изображения, представленные в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий на плоских носителях (обычно на бумаге, пленке или фотобумаге), а также изображения объемных объектов небольших размеров. Сканер при считывании изображения представляет его (дискретизирует) в виде совокупности отдельных точек (пикселов) разного уровня оптической плотности — основной характеристики изображения. Информация об уровнях оптической плотности этих точек анализируется, преобразуется в двоичную цифровую форму и вводится для дальнейшей обработки в систему. Анализ изображения осуществляется методом сканирования (отсюда название устройства — сканер).

Процесс сканирования при анализе изображения заключается в том, что, перемещая сфокусированный световой луч, можно произвести поэлементное считывание двумерного изображения, рассчитанного на наблюдение в отраженном или проходящем свете. Световой поток, приобретающий при этом амплитудную модуляцию вследствие взаимодействия с изображением, можно собрать и преобразовать в электрический сигнал, пригодный для передачи, обработки и записи.

В основном применяется метод прямоугольного линейного растрового сканирования. При растровом сканировании одиночный сканирующий луч перемещается (разворачивается) по последовательности близко расположенных прямых линий с быстрым переходом от конца одной линии сканирования (строки) к началу следующей.

Растровая развертка образуется из двух ортогональных составляющих - строчной развертки (х-развертки) и кадровой развертки (у-развертки), создающей интервал между соседними строками для последовательного перекрытия всего изображения в целом.

Основными параметрами технической характеристики сканеров являются: разрешение (разрешающая способность), глубина цвета, порог чувствительности, динамический диапазон оптических плотностей, максимальные размеры сканирования, коэффициент увеличения. Характеристиками сканера, определяющими область его применения, являются режимы сканирования, тип механизма сканирования оригиналов и некоторые другие технические данные.

Разрешение (разрешающая способность) - величина, характеризующая количество считываемых элементов изображения на единице длины. Обычно размерность этой величины указывают в точках на дюйм. Разрешающую способность сканера определяют как физическое (аппаратное) разрешение и как интерполяционное разрешение.

В проекционных сканерах, а также в цифровых фотоаппаратах оптическое разрешение обычно выражается не в точках на дюйм, а в точках, поскольку степень детализации зафиксированного ими изображения зависит от удаленности объекта сканирования от регистрирующей камеры, и для выражения разрешающей способности используют размер фотокадра.

При интерполяции сканер считывает с оригинала графическую информацию на пределе своего физического разрешения и включает в формируемый образ изображения дополнительные элементы, присваивая им усредненные значения цвета соседних, реально считанных точек. Несмотря на то, что алгоритмы интерполяции не добавляют деталей в изображение, во многих случаях применение подобной технологии представления изображений позволяет добиваться хороших результатов: сглаживаются границы растровых объектов и четче прорабатываются мелкие детали.

Существует выведенная практическим путем формула, которая позволяет определить максимально возможное увеличение отсканированного изображения. Для простоты запоминания мы ее представим следующим образом:

dpi - разрешающая способность сканера, которая обычно измеряется в количестве точек на дюйм;
lpi - линиатура растра при выводе фотоформ для офсетной печати, которая обычно задается в программе в линиях на дюйм;
К_у - коэффициент увеличения изображения.

Из этой формулы легко определить максимальное увеличение, которое без потери качества может обеспечить сканер. Допустим, наш сканер имеет максимальную разрешающую способность 600 точек на дюйм, а выводить фотоформы и соответственно печатать мы будем с линиатурой растра 60 линий на сантиметр, или 150 линий на дюйм. Такая линиатура растра в нашей полиграфической промышленности является обычной при печати цветных журналов, проспектов и другой подобной литературы. Подставив эти значения в формулу, мы получим:

К_у = dpi/2*lpi = 600/2*150 = 2

Мы видим, что, пользуясь таким сканером, мы можем только в два раза увеличить наше отсканированное изображение.

Глубина цвета - это количество битов, которые сканер может назначить при оцифровывании точки. Сканер с глубиной точки 1 бит может регистрировать только два уровня - белый и черный, сканер с глубиной точки 8 бит может регистрировать 256 уровней, 12 бит - 4096 уровней.

Цветное сканирование - не что иное, как сканирование в сером режиме с разными фильтрами (красным, синим, зеленым). В итоге 256 оттенков по каждой компоненте 256*256*256 дают 16,7 млн. возможных комбинаций, т. е. цветов (24-битовое изображение). 24-битовый цвет формата RGB стал стандартом для сканирования и редактирования изображений потому, что число 256 соответствует максимальному числу градаций яркости на цветовой канал, который может воспроизводить PostScript — цифровой издательский стандарт для печати. Казалось бы, этого достаточно для точной печати любого оттенка, однако при дальнейшей корректировке гаммы, яркости или контрастности размер палитры значительно уменьшается, особенно по краям спектра, и часть данных теряется. Именно по этой причине ведущие производители уже выпускают модели с глубиной цвета 30 bit, передающие более одного миллиарда цветов, и даже 36-битовые устройства.

Динамический диапазон (диапазон оптической плотности) сканера характеризует его способность различать переходы между смежными тонами на изображении. Понятие оптической плотности D используется для характеристики поглощательной способности непрозрачных (отражающих) оригиналов и степени прозрачности прозрачных оригиналов и выражается через десятичный логарифм:

D = lg(1/τ) = -lgτ или D = lg(1/ρ) = -lgρ, где

τ = Ф_τ/Ф_о - коэффициент пропускания материала (изображения на прозрачной основе), характеризующий его способность поглощать световой поток;
ρ = Ф_ρ/Ф_о - коэффициент отражения, характеризующий способность материала (изображения на непрозрачной основе) отражать световой поток Ф0;
Ф_τ и Ф_ρ - соответственно световой поток, прошедший материал, и световой поток, отраженный от материала.

Из-за несовершенства оптической системы сканера и неравномерности спектральной характеристики фотоприемника значения параметров реальных устройств сканирования всегда ниже теоретически возможных. На практике динамический диапазон сканера определяется как разность между оптической плотностью самых темных D_max и самых светлых D_min тонов, которые он может реально различать. Максимальная (минимальная) оптическая плотность оригинала характеризует наиболее темную (светлую) область оригинала, распознаваемую сканером, более темные (светлые) области воспринимаются сканером как абсолютно черные (белые).

Чем шире динамический диапазон сканера, тем больше градаций яркости он сможет распознать и соответственно зафиксировать больше деталей изображения. Практически невозможно получить цифровое изображение с плотностью тона, превышающей 4,0. Видимо, исходя из этого, диапазон оптических плотностей сканера часто ограничивают именно этим значением.

Некоторые сканеры обладают способностью автокалибровки, т.е. настройки на динамический диапазон плотностей оригинала.

Рассмотрим это на конкретном примере. Допустим, мы имеем ПЗС-сканер, воспринимающий оптический диапазон плотностей до 3,2. С его помощью нам нужно отсканировать слайд, имеющий максимальную оптическую плотность 4,0. Сканер выполняет предварительное сканирование для анализа оригинала и получения диаграммы оптических плотностей. После анализа диаграммы сканер производит автокалибровку с целью сдвига своего динамического диапазона восприятия оптических плотностей. Таким образом, в данном конкретном случае минимизируются потери в "тенях" благодаря несущественным потерям в "светах".

Область сканирования определяет максимальный размер оригинала в дюймах или миллиметрах, который может быть сканирован устройством. Иногда используется также термин максимальный формат.
Коэффициент увеличения показывает (обычно в процентах), во сколько раз можно увеличить изображение оригинала в процессе сканирования. В зависимости от типа и класса сканера требуемый коэффициент увеличения либо определяется автоматически, либо устанавливается пользователем вручную перед сканированием. В автоматическом режиме драйвер сканера вычисляет требуемое входное разрешение, учитывая размер оригинала и выбранный коэффициент увеличения.

Технология сканирования определяет количество, тип и параметры используемых фотоприемников (фотоэлектрических преобразователей).

В современных сканерах в основном применяются фотоприемники двух типов: фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и приборы с зарядовой связью (ПЗС). Иногда применяются фотодиоды (ФД).

Фотоэлектронные умножители в качестве светочувствительных приборов используются в барабанных сканерах. ФЭУ усиливают свет ксеноновой или вольфрамово-галогенной лампы, промодулированный изображением, который с помощью конденсорных линз или волоконной оптики фокусируется на чрезвычайно малой области оригинала. Фототок, возникающий в фотоэлементе под воздействием света, прямо пропорционален интенсивности падающего на него светового потока. Особенность ФЭУ как фотоприемника заключается в том, что благодаря системе динодов коэффициент пропорциональности удается увеличить в миллионы раз (до восьми порядков). Спектральный диапазон ФЭУ для полиграфических целей также безупречен, так как он полностью перекрывает видимый спектр световых волн.

Датчик на основе ПЗС - это твердотельный электронный компонент, состоящий из множества крошечных светочувствительных элементов, которые формируют электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего на них света. В основу работы ПЗС положена зависимость проводимости p-n-перехода обыкновенного полупроводникового диода от степени его освещенности.

В одной линейке ПЗС может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч фоточувствительных ячеек. Размер элементарной ячейки ПЗС является критичным параметром, так как от него зависит не только разрешающая способность сканера, но и максимальная величина удерживаемого заряда, а следовательно, и динамический диапазон устройства. Увеличение разрешающей способности сканера приводит к сужению его динамического диапазона. Хотя и считается, что спектральный диапазон ПЗС может перекрывать весь видимый спектр, но, как и у большинства полупроводниковых фотоприемников, синяя область спектра для них труднодоступна, а наибольшая чувствительность наблюдается ближе к красной области.

ПЗС используют в основном в планшетных и проекционных сканерах, а также в цифровых фотоаппаратах. В последних двух случаях используются как линейные, так и матричные ПЗС.

Механизм сканирования оригиналов. Устройство сканера во многом определяется применяемым фотоприемником. Профессиональные сканеры для использования в системах допечатной подготовки изданий можно классифицировать по следующим признакам:

по характеру расположения оригинала - плоскостные (планшетные), проекционные, барабанные сканеры;
по характеру перемещения - сканеры с движущимся и с неподвижным оригиналом;
по виду считываемых оригиналов - сканеры цветные и черно-белые;
по режиму сканирования - сканеры однопроходные (черно-белые и цветные, в которых сканирование цветного оригинала осуществляется за один проход) и трехпроходные;
по технологии сканирования - сканеры с ФЭУ, с одной или тремя линейками ПЗС, с матрицей ПЗС;
по виду движущихся при сканировании оптических деталей (только для плоскостных сканеров) - с движущимся считывателем, с движущимися зеркалами и гибридный, когда перемещаются и считыватель и зеркала.

Наиболее распространенный тип сканеров - планшетный (плоскостной). Почти все модели имеют съемную крышку, что позволяет сканировать "толстые" оригиналы (журналы, книги). Дополнительно некоторые модели могут оснащаться механизмом подачи отдельных листов, что удобно при работе с программами распознавания текстов - OCR (Optical Characters Recognition).

Планшетные сканеры для сканирования прозрачных оригиналов могут комплектоваться слайд-модулем. Слайд-модуль имеет свой источник света, расположенный сверху. Такой слайд-модуль устанавливается на плоскостной сканер вместо простой крышки и превращает сканер в универсальный (плоскостной сканер с установленным слайд-модулем).

Основное отличие барабанных сканеров состоит в том, что оригинал закрепляется на прозрачном барабане, который вращается с большой частотой. Считывающий элемент располагается максимально близко от оригинала. Данная структура обеспечивает высокое качество сканирования. Обычно в барабанные сканеры устанавливают три фотоумножителя и сканирование осуществляется за один проход. Некоторые барабанные сканеры используют вместо фотоумножителя в качестве считывающего элемента фотодиод. Барабанные сканеры способны сканировать непрозрачные и прозрачные оригиналы.

Проекционные сканеры применяются для сканирования с высоким разрешением и качеством слайдов небольшого формата (как правило, размером не более 4х5 дюймов). Существует две модификации: с горизонтальным и вертикальным расположением оптической оси считывания. Наиболее популярным является вертикальный проекционный сканер. Существуют также проекционные сканеры, работающие на отражение, для сканирования непрозрачных оригиналов, и универсальные проекционные сканеры, которые позволяют использовать любой вид изобразительного оригинала.

Цифровой фотоаппарат (цифровая камера) - это устройство для фотографической съемки, в котором изображение регистрируется не на пленку, а на одну или несколько линейных или прямоугольных матриц ПЗС и сохраняется в цифровом виде. В зависимости от конструкции цифровые камеры подразделяются на камеры с задней разверткой; трехкадровые камеры; однокадровые камеры с одной матрицей; однокадровые камеры с тремя матрицами.

Основные параметры технической характеристики цифровых фотоаппаратов во многом аналогичны параметрам сканеров. Это разрешающая способность, технология сканирования, динамический диапазон, а также выдержка, т.е. время, в течение которого формируется цифровое изображение.

Читайте также: