С помощью сканера можно
Технические средства обучения уже довольно давно вошли в наши образовательные учреждения и в течение второй половины XX в. получили широкое распространение. Накоплен интересный практический опыт, разработаны основы их применения, т.к. люди с давних времен старались сделать свою жизнь проще, при этом иметь эффективный результат своей деятельности. С развитием науки и техники эти потребности человека постепенно удовлетворяются. Одним из устройств, облегчающих жизнь современного человека и занимающих не последнее место в образовательной сфере, является сканер.
Сканер является устройством, выполняющим изображения, расположенного на плоском носителе (чаще всего бумаге) в цифровой формат, а процесс получения такой цифровой копии называется сканированием.
История устройства под названием « сканер » началась в далеком 1857 году, когда флорентийский монах Джованни Казелли изобрел «пантелеграф». Аппарат позволял передавать изображения на расстоянии. В 1906 году, немецкий физик Артур Корн продемонстрировал новую технологию фотоэлектрического сканирования, в последствие названную «телефаксом». После появления полупроводников был доработан фотоприемник, и появились планшетные сканеры. Изобретателем сканера как такового считается Рудольф Хелл , создавший сканер-факс, который «научил» прототип современного сканер-факса переводить текст и изображения в точки и линии и обратно. Позже, в 1969 год Рудольф усовершенствовал технологию и отсканировал цветное изображение [1].
В настоящее время в зависимости от способа сканирования объекта и самих объектов сканирования существуют следующие виды сканеров:
Планшетные сканеры являются наиболее распространённым видом сканеров, поскольку обеспечивают высокое качество и приемлемую скорость сканирования. Представляет собой планшет, внутри которого под прозрачным стеклом расположен механизм сканирования.
В листопротяжные сканеры лист бумаги вставляется в щель и протягивается по направляющим роликам внутри сканера мимо лампы. Многие модели имеют устройство автоматической подачи, что позволяет быстро сканировать большое количество документов.
Книжные сканеры предназначены для сканирования брошюрованных документов. Программное обеспечение, используемое в книжных сканерах, позволяет устранять дефекты, сглаживать искажения, редактировать полученные отсканированные страницы.
Барабанные сканеры по светочувствительности, значительно превосходящие потребительские планшетные устройства, применяются исключительно в полиграфии, где требуется высококачественное воспроизведение профессиональных фотоснимков. Разрешение таких сканеров обычно составляет 8000-11000 точек на дюйм и более.
Слайд-сканеры служат для сканирования плёночных слайдов, выпускаются как самостоятельные устройства, так и в виде дополнительных модулей к обычным сканерам.
3D-сканеры — устройства, анализирующие физический объект, и c помощью полученных данных, создающие 3d модель. Они используются для инженерного анализа, контроля, дизайна, в играх и развлечениях, в медицине и других сферах [2].
В настоящее время, людям не приходится тратить много времени, чтобы перевести печатный текст в электронный формат, хотя, если заглянуть на 20 лет в прошлое, эта процедура была многочасовой, потому людям приходилось набирать текст вручную. Время диктует свои условия, новые веяния пришли в науку, которая развивается по все новым и новым технологиям. Сканер не является исключением, и на 2014 год он имеет следующие характеристики:
Ø Формата сканируемой поверхности: А4
Ø Глубина цвета - 48 бит
Ø Оптическое разрешение - 2400х4800 dpi
Ø Скорость сканирования (цветн.) : 25стр/мин
Ø Скорость сканирования (ч/б): 25 стр/мин
Ø Емкость устройства автоподачи: 50листов
Ø Интерфейс: USB, Ethernet
Ø Количество оттенков серого: 256
На мировом рынке сканеров уже на протяжении долгих являются востребованными и не уступают другим компаниям по качеству, цене и популярности такие марки сканеров как Epson , Canon , Plustek . Большинство покупателей остаются довольны не только своим выбором, но и качеством продукта.
Несомненно, в будущем, когда технологии сканирования станут более развитыми, чем на сегодняшний день, а прогресс поднимется на новый уровень, то в наш повседневный обиход войдет такое новшество сейчас как 3 D -сканер.
Под 3D-сканер ом понимается периферийное устройство, анализирующее физический объект и на основе полученных данных создающее его 3D-модель.
Технология 3 D -сканирования очень дорогая, но цена на нее постепенно падает за счет того, что 3D-сканер ов стали производить больше, и на рынке они уже не являются редкостью, каковой являлись раньше.
Перспективой развития 3D-сканер ов является и то, чтобы сделать их более удобными и компактными для использования, ведь эти сканеры имеют достаточно большие размеры, что затрудняет их использование в офисах и домашних условиях.
Современный учебный процесс уже немыслим без широкого применения информационных и коммуникационных технологий. Несомненно, составляющей частью эффективной образовательной деятельности являются сканеры, ведь с помощью сканеров можно не просто облегчить жизнь, но и внести дополнительные идеи в образование, как детей, так и взрослых.
В педагогической практике существует некоторый опыт использования сканеров в образовательных целях. Например, технологии сканирования можно применить на уроке истории или краеведения: отсканировав старые фотографии, можно собрать их на одном компакт-диске и создать интерактивный фотоальбом с комментариями и музыкальным сопровождением, также можно не просто показывать их на уроке детям, но и сделать фотовыставку или оформить стенд [3].
Также сканер является незаменимым помощником при изучении литературы тем, кто желает создать свою собственную электронную библиотеку: можно не сидеть часами в библиотеке, не листать запылившиеся книжки, а отсканировать нужное произведение, прочитать, сохранить его в памяти своего компьютера и, при необходимости, прибегнуть к электронной библиотеке в нужное время.
Кроме того, с помощью сканера можно создать электронную копию своей подписи, и, например, при отсылке факса с компьютера подписать документ или поставить печать организации, в которой человек работает или учится.
Еще одним достоинством сканера является быстрый перенос изображения на электронный носитель. Слишком много лишних движений и времени пришлось бы сделать и потратить при отсутствии сканера [4].
Итак, сканер является полезной и нужной вещью, как в образовательной среде, так и в обыденной жизни человека, ведь именно с помощью сканера человек может сэкономить время, повысить эффективность своей работы. Наука и развитие направлены на то, чтобы сделать жизнь всех людей проще и лучше, и современные сканеры являются тому подтверждением.
3. Коджаспирова Г.М. Технические средства обучения и методика их использования [Текст]: Учебное пособие / Г.М. Коджаспирова, К.В.Петров. - М.: Академия, 2008.
4. Комарова Н.И. Технические и аудиовизуальные средства обучения [Текст]: Учебное пособие / Н.И. Комарова. - М.: МГПУ, 2009.
Начнем с ответа на вопрос, что такое сканер. Сканером называют механическое устройство, позволяющее преобразовывать различные объекты (текст, изображение, фото, документы) в цифровой формат (точнее, в картинку). Файл, полученный в результате сканирования, можно сохранить в памяти компьютера.
Сканер нужен для сканирования
Разные уровни отражения позволяют сканеру формировать цифровую копию сканируемого объекта. Проще говоря, в результате сканирования получается файл (или цифровая копия), содержащий картинку (точнее, фото), точную копию того, что находится на бумаге. Есть сканеры, которые могут сканировать не только изображение на бумажном носителе, но и даже объемные предметы.
Сканеры бывают нескольких типов. Однако наибольшую популярность получили аппараты, позволяющие работать с текстовыми и графическими документами.
Большинство бюджетных недорогих моделей относятся к устройствам планшетного типа. Здесь сканирование (или фотокопия) происходит следующим образом.
Лист бумаги с имеющейся на нем информацией помещается на специальное прозрачное окно (стекло) сканера и сверху прижимается плотной крышкой. Затем на лист направляется поток световых лучей, которые отражаются от сканируемого изображения и улавливается, распознаются и преобразовываются в цифровую копию.
Об устройстве сканера
Основным элементом сканера является матрица, которая улавливает и распознает изображение. Она бывает двух типов:
Первый тип CCD — Charge Coupled Device – сканирование изображения с использованием чувствительных элементов, называемых сенсоры ПЗС (прибор с зарядовой связью).
Модель первого типа имеет матрицу с кареткой со встроенной лампой подсветки. Система фокусирующих систем (линзы) собирает отраженный свет. Чтобы получить цветное изображение, он разделяется на составляющие цветового спектра и улавливается фотоэлементами.
Это позволяет получить насыщенные и яркие изображения на выходе. Причем плотного прижима листа бумаги со сканируемым изображением к окну сканера не требуется. Так как световой поток обладает достаточной интенсивностью, чтобы преодолеть небольшие расстояния. И это обстоятельство очень важно для простых устройств, для широкого применения.
Информация в таких сканерах обрабатывается с довольно высокой скоростью. Недостатками можно считать небольшой срок службы лампы и необходимость в применении внешнего блока питания.
Второй тип CIS — заглавные буквы от Contact Image Sensor – переводится как «контактный датчик изображения».
В матрицу типа CIS встроена каретка с фотоэлементами и светодиодами. В процессе сканирования она медленно передвигается вдоль копируемого объекта, включая поочередно светодиоды различных цветов (красные, синие, зеленые), что позволяет сформировать цветную картинку.
Подобные модели отличаются высокой надежностью. К тому же, их стоимость относительно невысокая. К основным недостаткам устройства можно отнести необходимость плотного прижима бумаги к окну сканера и невысокую скорость сканирования.
Основной характеристикой данных устройств является, так называемая, глубина цветового обхвата (24, 32, 42 бит) и разрешающая способность или просто разрешение. Чем больше бит в разрешении устройства, тем лучше будет качество полученного изображения. Разрешение обозначают в виде XXX (разрешение в точках):YYY(шаги каретки), например, 600:300 dpi (бит на дюйм).
Видео 1 «Как подготовить сканер и документ на МФУ HP Laser Jet M1005»
Далее на видео показана работа сканера на примере многофункционального устройства HP Laser Jet 1005 MFP, в составе которого есть ч/б (черно-белый) принтер, ч/б ксерокс и цветной сканер.
В первом видео можно посмотреть, как нужно подготавливать сканер и как расположить документ для последующего сканирования.
Запуск сканирования
Прежде чем приступить к работе со сканером, надо
- сканер подключить к 220В,
- а также подключить сканер к компьютеру, как правило, через порт USB.
- Еще важно нажать кнопку включения питания на сканере, если она есть.
Затем на окно сканера нужно правильно положить документ для сканирования (вниз текстом или картинкой на окно, прижимая к тому углу, которое показано на схеме, нанесенной прямо возле окна сканера).
Итак, «железо» собрали, подключили. Переходим к его программному управлению на компьютере. Для этого нажимаем кнопку «Пуск».
В меню Пуск кликаем по «Устройства и принтеры». Открывается такое окно, как показано на рис. 1:
Рис. 1. Где в Windows 7 найти МФУ (принтер, ксерокс, сканер в одном флаконе), если он подключен к ПК.
На рис. 1 цифрой 1 обозначен принтер (+сканер, +ксерокс), который подключен и готов к работе. Зеленая галочка на рис. 1 показывает статус принтера (+сканера), что именно этот принтер является «Принтером по умолчанию». Это значит, что он будет использоваться в настоящий момент.
По принтеру (+сканеру) кликаем ПКМ (правой кнопкой мыши). Появится контекстное меню, как на рис. 2:
Рис. 2. Как начать сканирование?
В этом меню находим опцию «Начать сканирование» (цифра 1 на рис. 2). Откроется окно «Новое сканирование» (рис. 3):
Рис. 3. Окно «Новое сканирование» в Windows 7.
Пять настроек сканирования
1) Перед началом сканирования при необходимости можно сделать настройки. Начнем с параметра «Цветовой формат» (цифра 1 на рис. 3). Кликнув по маленькому треугольнику (цифра 1 на рис. 3), можно выбрать один из форматов:
- Цветное
- Оттенки серого
- Черно-белое
Я выбрала формат «Цветное», так как необходимо сканировать цветную открытку.
2) Следующий параметр — «Тип файла» (цифра 2 на рис. 3). Имеется в виду тип того файла, который мы получим в результате сканирования. При желании можно выбрать форматы:
- BMP (Точечный рисунок)
- JPG (Рисунок JPEG)
- PNG (Рисунок PNG)
- TIF (Рисунок TIFF)
У меня выбран тип «JPG (Рисунок JPEG)», так как этот тип позволяет хранить файл в более сжатом виде, и экономит место на жестком диске.
3) Параметр «Разрешение (DPI)» обозначен цифрой 3 на рис. 3.
Чем меньше выбрано разрешение, тем хуже качество скана. Минимальное разрешение – 75. Максимальное для этого устройства – 1200.
Чем выше разрешение, тем лучше качество полученного скана. Но сканирование будет длиться дольше и полученный файл (скан) будет иметь бОльший объем, то есть, занимать больше места на жестком диске.
Для моего устройства рекомендованное разрешение – 300 dpi.
4) Параметр «Яркость» выделен цифрой 4 на рис. 3. Можно регулировать яркость сканирования с помощью ползунка. У меня установлена яркость – 25, немного правее середины шкалы.
5) Параметр сканирования «Контрастность» помечен цифрой 5 на рис. 3, регулируется ползунком. В моем случае стоит контрастность 0, то есть ровно на середине шкалы. Яркость и контрастность подбираются опытным путем. Здесь нельзя дать точные рекомендации.
Сканирование запущено и завершено
Нажимаем кнопку «Сканировать» (цифра 6 на рис. 3). После завершения сканирования появится превью скана (уменьшенная по размеру копия скана для компактного представления пользователю) и вместе с ним поле, в котором предлагается полученному скану дать название.
В моем примере (Windows 7, сканер HP LaserJet M1005) полученный таким образом скан находится на компьютере в папке «Изображения».
Можно при необходимости провести обработку полученного скана: удалить лишнее, добавить надписи и другое. В видео 2, ниже более подробно рассказано, например, как на полученном скане обрезать лишние белые поля.
На других устройствах подготовка сканера, подготовка документов для сканирования, само сканирование и последующая обработка отсканированных изображений делается похожим образом.
Кнопки на устройстве HP Laser Jet M1005
Рис. 4. Кнопки на устройстве HP LaserJet M1005
Верхний ряд кнопок предназначен для возможности выбора из меню тех вариантов, которые требуются при настройке принтера или сканера.
Видео 2 «Сканирование и обработка сканера на HP LaserJet M1005»
На втором видео показано, как нужно выполнять операции сканирования и последующей обработки полученного отсканированного файла. Опять же, на примере многофункционального устройства HP Laser Jet M1005 MFP.
Драйверы принтера устанавливаются в несколько этапов. Сначала устанавливается программное обеспечение (то есть, драйвера). Причем, это нужно сделать ДО момента подключения принтера к компьютеру. В какой-то момент программа установки просит подключить принтер, и лишь затем завершает установку.
Если же эти этапы не делать, например, просто подключить принтер к компьютеру в первый раз, то принтер может быть «схвачен» операционной системой. Но не все драйверы могут быть установлены, включая все то, что нужно для сканирования.
Двенадцать «простых» вопросов о сканере с ответами
1) Что такое сканер, принтер, ксерокс?
Это МФУ – МногоФункциональное Устройство, «три в одном». Другими словами, принтер, сканер, ксерокс в «одном флаконе», который сокращенно называется МФУ.
2) Что делает сканер в принтере?
Например, иногда в интернет-банке, в бухгалтерии, при подготовке переговоров, а также для проведения каких-либо действий требуют выслать скан того или иного документа. Это может быть скан подписанного договора с печатью, скан свидетельства о рождении и т.п.
МФУ (многофункциональное устройство) – это принтер, сканер и ксерокс. Поэтому МФУ лучше, чем принтер и сканер по той причине, что три в одном (3 в 1), лучше, чем два в одном (2 в 1).
За исключением поломок. Если устройство одно, и оно сломалось, то пользователь лишается всех возможностей (принтера, сканера, ксерокса) одновременно.
Комплектация со сканером означает, что кроме принтера в устройство входит еще и сканер.
4) Что лучше принтер или сканер?
У принтера и сканера разные функции, поэтому вопрос: «что лучше» не корректный. Принтер печатает на бумаге документы, изображения и другие файлы, которые есть на компьютере.
Принтер печатает файлы из компьютера на бумаге. Сканер делает обратное действие: переводит в файл (т.е. в картинку, в цифровой вид) ту информация, которая есть «на руках» в бумажном виде.
Вместе принтер и сканер дополняют друг друга: перевод из «цифры» на бумагу, и перевод с бумаги в «цифру».
5) Что такое драйвер сканера?
Драйвер сканера – это программное обеспечение (софт), т.е. это те программы, с помощью которых сканер «из железа» превращается в управляемое устройство.
Если на компьютере отсутствует драйвер сканера, то это может быть одной из причин, почему сканер не работает.
Как правило, наличие драйвера сканера проверяется при первом подключении сканера к компьютеру. В последнее время драйверы автоматически скачиваются из Интернета (если Интернет подключен) при самом первом подключении сканера к компьютеру.
Если этого не происходит, то стоит вспомнить, может, при продаже к сканеру прилагался диск с драйверами. Тогда драйвера сканера устанавливаются на компьютер с этого диска.
Также встречается комплексный вариант. Сначала драйверы и программы для сканера устанавливаются с диска, прилагаемого к сканеру. А потом эти драйверы и программы еще и дополнительно обновляются из Интернета.
6) Что такое разрешение сканера?
Что такое разрешающая способность сканера?
Этот параметр обозначает, с каким качеством получится цифровое изображение сканируемого оригинала (см. цифру 3 на рис. 3).
Чем выше разрешение, тем точнее будет цифровая копия (скан), она будет более похожа на оригинал. Но при этом сканирование будет проходить дольше, а объем полученного файла тоже будет большим.
При меньшем разрешении сканирование производится быстрее, объем полученного файла меньше, а качество похуже.
Разрешение пользователь ПК выбирает сам в зависимости от цели сканирования. Как правило, рекомендуется ставить не слишком высокое разрешение, например, 300 dpi.
7) Тип сканера планшетный, что это?
Тип сканера протяжный, что это?
В планшетном сканере оригинал кладется на окно сканирования и закрывается крышкой. Оригинал лежит неподвижно под крышкой, а двигается внутри сканера. Таким образом осуществляется сканирование.
Планшетные сканеры бывают как самостоятельные устройства, так и могут входить в состав многофункциональных устройств: принтер, ксерокс, сканер.
В протяжном сканере оригинал протягивается с одного конца в другой конец сканера. Сам сканер при этом стоит неподвижно. В этом случае больше вероятность того, что оригинал может застрять, замяться, повредиться.
Но механизм протяжного сканера получается проще, чем у планшетного, работает дольше. В протяжные сканеры, как правило, можно закладывать документы, что называется, пачкой. И они будут автоматически подаваться для сканирования один за другим. В этом его удобство по сравнению с планшетным сканером.
Правда, уже существуют многофункциональные устройства со сканерами планшетного типа, в которые также можно подавать оригиналы пачкой. Так что производители продолжают свое бесконечное соревнование за предпочтения потребителей.
8) Компьютер (ноутбук) не видит сканер, что делать?
Сканер не сканирует, что делать?
Проверьте следующие моменты:
- Подключение сканера к 220В.
- Включен ли сканер (у сканера может быть своя кнопка включения).
- Подключение сканера к компьютеру (как правило, через USB-порт).
- Проверить готовность драйвера сканера начать работу следующим образом:
- подводим мышку к изображению сканера в окне «Устройства и принтеры»,
- делаем небольшую паузу,
- появляется маленькое окошко с надписями, свидетельствующими о статусе устройства, которое должно быть подключено и готово к работе.
Если сканер подключается к компьютеру первый раз, то необходимо убедиться в наличии драйвера сканера.
9) Что делать, если сканер выдает ошибку?
Что такое ошибка сканера?
Для начала лучше перезагрузить компьютер, закрыть ненужные окна, отключить все лишние программы и устройства. И снова попробовать отсканировать документ или картинку.
Если же это не поможет, то самое простое в такой ситуации – «погуглить», т.е. поискать ответ в Интернете:
- Выделить код ошибки (или «закрасить синим цветом»), который выдает сканер.
- Скопировать выделенный код ошибки, например, с помощью горячих клавиш Ctrl+C.
- В поиск (например, Google, Яндекс) вставить код ошибки, например, с помощью горячих клавиш Ctrl+V.
- Посмотреть информацию об ошибке и применить ее на практике.
10) Сканер плохо сканирует, что делать?
Или бледно сканирует, что делать? Сканер пишет, что параметр задан неверно.
Следует изменить настройки сканера (рис. 3): цветовой формат, разрешение, яркость, контрастность. Оптимальные настройки подбирает пользователь ПК опытным путем.
Я настраивала свой сканер несколько часов, пробуя разные варианты настроек, пока не остановилась на параметрах:
- цветной формат,
- формат файла .jpg,
- разрешение 300 dpi,
- яркость 25,
- контрастность 0.
11) Сканер пишет, что занят
Если сканер находится в общем доступе с нескольких компьютеров, то им можно воспользоваться в порядке очереди. Пока предыдущий пользователь не закончит сканирование, этот доступ невозможно получить.
Если сканер находится в индивидуальном доступе, на личном ПК, то надо проверить, не открыли ли Вы случайно к нему общий доступ через Интернет. На жаргоне сисадминов это называется «расшарить сканер», то есть, «разделить сканер» от английского слова share – доля.
Проверить это можно кликом правой кнопкой мыши по изображению сканера в окне «Устройства и принтеры», далее в меню выбрать «Свойства сканера» или «Свойства принтера» (для многофункциональных устройств).
В открывшемся окне «Свойства: тип сканера или принтера» на вкладке доступ не должно быть галочки напротив надписи «Общий доступ к данному сканеру (принтеру)»
12) Что такое антивирусный сканер?
Антивирусный сканер — это уже не устройство, это программа, не имеющая никакого отношения ко всему, что написано выше!
Антивирусный сканер проверяет и лечит зараженную операционную систему компьютера. Он не конфликтует с антивирусной программой, установленной на компьютере.
Бывают разные антивирусные сканеры, например, Dr.Web CureIt! или Kaspersky Security Scan. Антивирусный сканер еще называют лечащей утилитой.
P.S. Другие статьи по компьютерной грамотности:
Сканер имеет несколько исключительно положительных качеств, и как минимум одно из них - это высокое разрешение. Современные образцы сканеров дают разрешение соответствующее обычной фотографии. При этом сканер, как правило, дает хорошее разрешение для изображения, воспроизводимого в масштабе 1 к 1, в то время как кадры, получаемые с помощью камеры, должны быть увеличены.
Если воспользоваться аналогией с пленочной фотографией, то сканер можно рассматривать в качестве сверхширокоформатной камеры, эквивалентной камере, работающей с фотопластинками 8*10 дюймов или 11*14 дюймов.
Такие сверхширокоформатные камеры иногда используются для получения фотографий или фотокопий наивысшего качества. И если ваш объект съемки отвечает нескольким базовым требованиям, воспользуйтесь именно сканером, а не камерой, и вы получите результат наивысшего качества.
Требования, предъявляемые к объекту съемки, следующие: 1) размеры объекта не должны превышать формата сканера; 2) объект должен быть неподвижен; 3) объект должен быть плоским или, по меньшей мере, не разрушаться, если его слегка расплющить.
Первое что сразу приходит на ум в качестве примера, это большой листок дерева, примерно такой как на снимке ниже.
Действительно, плоскостность здесь не обязательна, во всяком случае, не более чем при обычной съемке крупных планов. Но так как сканер предназначен для работы с плоскими документами, то он просто пропустит те части объекта, которые будут находиться не в фокусе.
И, что очень важно, вы не сможете менять положение плоскости фокусировки у сканера, потому что у сканера эта плоскость находится вблизи стекла. Естественно, очень важно следить за состоянием поверхности стекла и не поцарапать его.
Качество освещения в сканере контролировать невозможно, но оно удивительно хорошее даже для трехмерных объемных предметов, поскольку хорошо освещается передняя часть предмета и не образуется резкого цветового контраста, как это бывает при использовании лампы-вспышки фотоаппарата.
По существу, это освещение больше напоминает кольцевой осветитель - распределенный осветитель, дающий очень мягкие переходы к тени.
Что же касается сканированного снимка белой орхидеи, то вы можете разглядеть в глубине на заднем плане мягкие тени, которые выглядят очень эффектно.
Можно изменять время экспозиции и свет при помощи программных кнопок настройки сканера. Это значит - вы можете подыскать наилучшее сочетание параметров и включить их. Но это уже будет зависеть от того, насколько совершенны программные возможности вашего сканера.
За и против применения сканера в качестве камеры.
За.
Возможность получить высокое разрешение для крупноразмерного предмета (Формата А4 или А3).
Освещение, обеспечивающее плавный переход к тени.
Изображение сразу загружается в компьютер.
Широкий выбор возможностей для настройки изображения.
Против.
Ограниченная глубина изображаемого пространства. Наилучший результат - при изображении плоских предметов.
Процесс сканирования предполагает различного рода крышки. Сканер не является устройством транспортабельным.
С помощью современных технологий сканирования можно оцифровать самые разнообразные объекты — от произведений искусства до вертолетов и даже небоскребов. Мы расскажем, как это делается.
Век цифровых технологий поставил перед человеком серьезную задачу — перенести окружающий мир в электронный формат. Для этого используются и сканирование собранных предками текстов и изображений, и оцифровка местности для навигации, и перенос макетов для проектирования, и даже сканирование отдаленных объектов нашей Вселенной. Технологии, предназначенные для достижения данной цели, существуют как в виде дорогостоящих промышленных решений, так и вполне доступных, которые можно изготовить своими руками. В этой статье мы расскажем о различных вариантах.
2D-сканирование
История оставила нам множество культурных ценностей, значительную часть из которых представляют картины народов мира. XXI век позволяет взглянуть на них любому желающему с помощью цифровых технологий.
Перевести произведение искусства в «цифру», не потеряв в процессе качество оригинала, — задача не из простых. Давайте разберемся, как это делается.
Для получения высококачественных цифровых копий изображения используются сканеры. Принцип их работы довольно прост: излучаемый лампой свет отражается от поверхности изображения через серию зеркал на ПЗС-матрицу. Сканирование обычной бумаги для таких устройств — дело нехитрое.
Однако задача осложняется, когда речь заходит об оцифровке картин, написанных маслом. Тут в силу вступает целый ряд обстоятельств, препятствующих нормальному процессу сканирования. В частности, подлинники картин легко повредить при сканировании, они имеют нестандартные габариты (вспомните хотя бы «Явление Христа народу» Александра Иванова) и к тому же масляная краска имеет рельеф, что также может значительно ухудшить результат.
Первое, что приходит на ум в таком случае, — это использование обычной фотографии, особенно если учесть успехи в технологиях производства матриц высокого разрешения. Но и тут не все гладко. Разрешение фотоматриц редко превышает 30 мегапикселей, что при съемке картины площадью 1 метр даст четкость 140 точек на дюйм — этого слишком мало.
Также стоит учесть, что, в отличие от линейной ПЗС-матрицы сканера, фотоаппарат снимает из одной точки, ввиду чего обязательно возникнут искажения. Однако из этой ситуации был найден выход: картину фотографируют не целиком, а по частям.
Сканирование сокровищ культуры
Для автоматизации этой задачи, отечественная компания «Эпос» разработала специальный комплекс. Он состоит из фотокамеры, оснащенной специальным вращающимся объективом, который позволяет автоматически спроецировать нужный сегмент картины на ПЗС-матрицу. Таким образом, задав требующуюся степень разбивки, можно получить серию снимков сегментов картины, а затем сшить их воедино программными методами.
Комплекс от компании «Эпос» позволяет создавать изображения с разрешением 250 мегапикселей.
«Эпос» позволяет решить и другую проблему современных фотоаппаратов — невысокий динамический диапазон. Он характеризуется оптической плотностью (D) — мерой ослабления света прозрачными объектами или отражения света непрозрачными. При значении D равном «0» свет отражается (или проникает) полностью. D равное «4» означает, что объект полностью черный.
У большинства современных моделей оптическая плотность не превышает 1,7 D, из-за чего некоторые участки кажутся пересвеченными, а другие — слишком темными. Однако отечественная установка позволяет сделать последовательно несколько снимков с разной выдержкой и затем, собрав все кадры воедино, получить изображение с широким динамическим диапазоном (HDR).
Методы объемного сканирования
Устройства, сканирующие двухмерные изображения, давно и прочно вошли в нашу жизнь. Но что делать, если вам необходимо оцифровать объемную фигуру? С современными технологиями и это не проблема. На рынке вы можете встретить устройства, позволяющие сканировать самые различные предметы — от бижутерии до целых зданий.
Вопрос о возможности создания цифровых образов объемных объектов возник довольно давно, однако существовавшая на тот момент потребность не оправдывала массовое производство подобных устройств. 3D-сканеры выпускались в единичных экземплярах и стоили чрезвычайно дорого.
Серьезным толчком к их развитию стал переход крупнейших компаний на полностью трехмерное проектирование своих изделий. Оценивать качество деталей в условиях их массового производства на полностью автоматизированных станках с числовым программным управлением по старинке, сверяя размеры с чертежами, стало попросту невозможно. На выручку пришли технологии объемного сканирования.
Как это работает?
Первые 3D-сканеры были контактными, то есть предполагали, что по поверхности модели, установленной на специальной вращающейся подставке, перемещался «щуп», информация с которого записывалась и обрабатывалась ЭВМ. Такие установки для оцифровки сложной детали могли потребовать до месяца работы.
Лазерно-дальномерный промышленный 3D-сканер FARO Focus3D за несколько минут воссоздаст трехмерную модель любого помещения или открытого пространства.
Все изменилось с развитием полупроводниковых лазеров и цифровых фотоматриц. На сегодняшний день применяются три основных метода объемного сканирования.
Лазерно-дальномерное (лидарное) сканирование базируется на определении расстояния до точки на объекте путем вычисления времени прохождения луча лазера до нее и обратно. Современная электроника позволяет рассчитать это время с высочайшей точностью. Однако есть и обратная сторона медали: сканирование происходит в одной точке, поэтому построение модели таким способом занимает довольно много времени.
Современный лазерно-дальномерный сканер способен считывать до 100 000 точек в секунду. Полученный массив точек аппроксимируется численными методами в поверхности. А программные алгоритмы позволяют затем воссоздать теоретическую поверхность объекта, устранив все ненужные шероховатости и неточности.
В триангуляционном лазерном сканере измерению подвергается отклонение отраженного луча от оптической оси линзы детектора (см. схему ниже). Существенным преимуществом такого метода является возможность сделать луч плоским и с помощью двухмерной матрицы сканировать сразу всю проекцию луча на объект, а не точки по отдельности. Это значительно ускоряет процесс оцифровки и упрощает последующую обработку данных.
В то же время у метода есть и свои недостатки: так, отверстия, расположенные в стороне от оптической оси лазера, могут затеняться, что требует уточняющего сканирования и особых алгоритмов сведения сканированных участков.
Схема работы триангуляционного лазерного сканера. Лазерный луч на приемнике изменяет положение в зависимости от расстояния до сканируемой поверхности.
Оптические сканеры состоят из проектора (может использоваться лазер), транслирующего на поверхность объекта сетку, и камеры, находящейся под некоторым углом к проектору и регистрирующей искажения линий сетки. ПО сканера анализирует искривление сетки и составляет на ее основе карту глубины. Этот метод уступает в точности лазерным сканерам, однако значительно превосходит их по скорости сканирования и дешевизне изготовления.
Подобный сканер легко создать практически в домашних условиях: все компоненты можно найти в продаже, а ПО давно доступно на просторах Интернета. Дополнительной возможностью подобных сканеров является восприятие цвета объекта.
Оптический сканер — самодельная конструкция, доступная каждому.
В областях, где точность не столь важна и существует необходимость сканировать крупные объекты, применяются также ультразвуковые и радарные виды сканирования.
Для чего это нужно?
Контроль качества — самый очевидный, но далеко не единственный вариант применения технологий объемного сканирования. Сегодня 3D-сканирование используется во многих областях — от медицины до астрономии (так, космические объекты сканируют с помощью радиоволн для составления их подробных объемных портретов). Находят применение трехмерные сканеры и в таких сферах, как проектирование и творчество.
Сканирование в проектировании
При проектировании предметов обихода, средств управления и вообще всего того, чего человек касается руками, в виртуальной среде довольно сложно обеспечить должную эргономичность. Это приводит к появлению на рынке широкого спектра устройств и приборов, красивых на вид, но не слишком удобных в использовании. В качестве примера можно привести обычные компьютерные мыши: их существуют тысячи разновидностей, а по-настоящему удобных — единицы.
Процесс оцифровки древней пряжки пояса викинга с помощью ручного сканера VIUscan
В такой ситуации 3D-сканер просто незаменим. Оцифровав вылепленный вручную макет, его легко перевести в подходящий формат и, сгладив неточности, неизбежно возникающие при ручном изготовлении, получить готовую для производства модель, благо все необходимое для этого программное обеспечение уже представлено на рынке. Например, программный пакет RapidWorks от компании NextEngine позволяет осуществить весь процесс в полуавтоматическом режиме.
3D-сканеры и творчество
Областью, в которой трехмерные сканеры совершили революцию, стала компьютерная графика. Раньше художникам нужно было тратить сотни часов на моделирование реалистичных людей для фильмов и компьютерных игр. Теперь же стало возможным просто найти подходящего человека и оцифровать его с помощью 3D-сканера.
Значительно упростили эти устройства и массовое производство различных фигурок. Сейчас достаточно вылепить одну фигурку, отсканировать ее — и можно изготовить тысячи таких же на станках с ЧПУ.
Масштабный эффект
При упоминании об объемном сканировании для контроля качества на ум в первую очередь приходят относительно небольшие объекты. В наше время промышленники этим не ограничиваются. Например, на заводе «Прогресс» в Арсеньеве, где производятся известные отечественные вертолеты «Ка-52», сканирование отдельных деталей уже считают вчерашним днем. Сейчас завод осваивает сканирование готовых вертолетов после сборки. Это позволит поднять контроль качества сборки на абсолютно новый уровень.
Настольный автоматический 3D-сканер Next-Engine 3D Scanner HD
Однако и такой порог уже не является чем-то сверхъестественным. Сегодня лидеры рынка предлагают устройства для объемного сканирования целых зданий. Такому контролю в процессе постройки подвергли самый высокий небоскреб в мире — «Бурдж-Халифа» в Дубае.
Но и это не предел. На орбите Земли вращается уже не один десяток геологических спутников, составляющих трехмерный портрет нашей планеты. Подобные устройства позволяют создавать карты сверхвысокой точности со всеми возможными объектами на них. Эта информация в дальнейшем используется как в геологических исследованиях, так и для вполне прикладных задач обеспечения навигации и планирования инфраструктуры.
И наконец, вершиной объемного сканирования являются беспилотные космические корабли, предназначенные для исследования удаленных объектов Солнечной системы. В частности, уже существуют трехмерные модели поверхности Марса, которые в текущий момент дополняются результатами точного сканирования с помощью робота-марсохода Curiosity, также использующего в своем арсенале 3D-сканер.
Текст: Сергей Яковлев
Фото: компании-производители; TNG Visual Effects/Facebook
Читайте также: