Сканеры принцип работы: Как работает сканер
Сканер. Устройство и принцип работы сканера. Схема.
<<Назад | Содержание | Далее>>
Ска́нер (англ. scanner) — устройство, которое создаёт цифровое изображение сканируемого объекта. Полученное изображение может быть сохранено как графический файл, или, если оригинал содержал текст, распознано посредством программы распознавания текста и сохранено как текстовый файл.
Рассмотрим принцип действия планшетных сканеров, как наиболее распространённых моделей. Сканируемый объект кладётся на стекло планшета сканируемой поверхностью вниз. Под стеклом располагается подвижная лампа, движение которой регулируется шаговым двигателем.
Рис. 28.
Устройство планшетного сканера.
Свет, отражённый от объекта, через систему зеркал попадает на чувствительную матрицу (CCD — Couple-Charged Device), далее на АЦП и передаётся в компьютер. За каждый шаг двигателя сканируется полоска объекта, потом все полоски объединяются программным обеспечением в общее изображение.
В зависимости от способа сканирования объекта и самих объектов сканирования существуют следующие виды сканеров:
Планшетные — наиболее распространённые, поскольку обеспечивают максимальное удобство для пользователя — высокое качество и приемлемую скорость сканирования. Представляет собой планшет, внутри которого под прозрачным стеклом расположен механизм сканирования.
Ручные — в них отсутствует
двигатель, следовательно, объект приходится сканировать вручную,
единственным его плюсом является дешевизна и мобильность, при
этом он имеет массу недостатков — низкое разрешение, малую
скорость работы, узкая полоса сканирования, возможны перекосы
изображения, поскольку пользователю будет трудно перемещать
сканер с постоянной скоростью.
Листопротяжные — лист бумаги вставляется в щель и протягивается по направляющим роликам внутри сканера мимо ламы. Имеет меньшие размеры, по сравнению с планшетным, однако может сканировать только отдельные листы. Многие модели имеют устройство автоматической подачи, что позволяет быстро сканировать большое количество документов, причем в ряде моделей – с двух сторон за один прогон.
Планетарные — применяются для сканирования книг или легко повреждающихся документов. При сканировании нет контакта со сканируемым объектом (как в планшетных сканерах).
Барабанные — применяются в полиграфии, имеют большое разрешение (около 10 тысяч точек на дюйм). Оригинал располагается на внутренней или внешней стенке прозрачного цилиндра (барабана).
Слайд-сканеры — как ясно из
названия, служат для сканирования плёночных слайдов, выпускаются
как самостоятельные устройства, так и в виде дополнительных
модулей к обычным сканерам.
Сканеры штрих-кода — небольшие, компактные модели для сканирования штрих-кодов товара в магазинах.
Характеристики сканеров
Формата сканируемой поверхности: А4 (стандартный печатный лист), A3, слайд-сканеры под формат пленки 13х18 и 18х24…
Оптическое разрешение. Разрешение измеряется в точках на дюйм (dots per inch — dpi). Указывается два значения, например 600×1200 dpi, горизонтальное — определяется матрицей CCD, вертикальное — определяется количеством шагов двигателя на дюйм.
Интерполированное разрешение.
Искусственное разрешение сканера достигается при помощи
программного обеспечения. Его практически не применяют, потому
что лучшие результаты можно получить, увеличив разрешение с
помощью графических программ после сканирования. Используется
производителями в рекламных целях.
Скорость работы. Измеряется в страницах в минуту, при этом имеются в виду страницы определенного формата и определенное разрешение сканнера, из числа возможных.
Глубина цвета. Определяется качеством матрицы CCD и разрядностью АЦП. Измеряется количеством оттенков, которые устройство способно распознать. 24 бита соответствует 16777216 оттенков. Современные сканеры выпускают с глубиной цвета 24, 30, 36 бит. Несмотря на то, что графические адаптеры пока не могут работать с глубиной цвета больше 24 бит, такая избыточность позволяет сохранить больше оттенков при преобразованиях картинки в графических редакторах.
Основные производители: Fujitsu, Mustek, Hewlett-Packard (HP).<<Назад | Содержание | Далее>>
Принцип работы сканера
Сканируемый
объект располагается на прозрачном
неподвижном стекле, вдоль которого
передвигается сканирующая каретка с
источником света.
В
CIS-технологии
(Contact
Image
Sensor
– контактный датчик изображения)
сохранены принципы CCD-технологии.
По большому счету это просто упрощенный
ее вариант.
Качество сканирования во многом зависит от лампы, которая освещает оригинал. К ней предъявляются очень высокие требования – стабильность свечения и спектральной характеристики, равномерность спектра и малый нагрев. В настоящее время используются лампы с холодным катодом. От лампы, в первую очередь, зависит правильность цветопередачи. Все сканеры, предназначенные для сканирования фотографий, обязательно в качестве источника света используют лампу с холодным катодом.
Следует
отметить еще одну возможность современных
сканеров – сканирование негативов и
слайдов. Суть метода состоит в том, что
негатив или слайд укрепляется в
специальной пластмассовой рамке (так,
чтобы пленка не касалась стекла), затем
пленка просвечивается внешней лампой,
а внутренняя лампа выключается.
Существует множество вариантов таких
сканеров. Обычно лампа монтируется в
крышке, но существуют модели с внешней
лампой в виде отдельного съемного
блока.
Также современные сканеры оснащают специализированными процессорами. В число задач такого процессора входит согласование действий всех цепей и узлов, а также формирование данных об изображении для передачи персональному компьютеру. В некоторых моделях сканеров на процессор возлагаются также функции контроллера интерфейса. Файл, создаваемый сканером в памяти машины, называется битовой картой. Существуют два формата представления графической информации в файлах компьютера: растровый формат и векторный.
В
растровом формате графическое изображение
запоминается в файле в виде мозаичного
набора множества точек (нулей и единиц),
соответствующих пикселям отображения
этого изображения на экране дисплея.
Редактировать этот файл средствами
стандартных текстовых и графических
процессоров не представляется возможным,
ибо эти процессоры не работают с
мозаичным представлением информации.
В текстовом формате информация
идентифицируется характеристиками
шрифтов, кодами символов, абзацев и
т.п. Стандартные текстовые процессоры
предназначены для работы именно с таким
представлением информации.
В
настоящее время в конструкции сканеров
используются две конкурирующие
технологии, которые и определяют
назначение и стоимость сканера. Наиболее
старая, но в то же время лучшая для
сканирования художественных фотографий
— CCD-технология
(Charge-Couple
Device,
Прибор с зарядовой связью — ПЗС). Лист
бумаги, положенный на стекло сканера,
освещается мощной лампой, а отраженный
световой поток при помощи нескольких
зеркал направляется в объектив, который
фокусирует картинку на фотодатчике —-
линейке светочувствительных элементов,
для которых и используется ПЗС-матрица
(CCD-матрица).
После считывания строки оптическая
головка сканера передвигается на один
шаг, и производится считывание следующей
строки. В качестве источника света
используется флуоресцентная лампа или
лампа с холодным катодом.
Поскольку
сканер считывает документ построчно,
то количество ячеек соответствует
оптическому разрешению сканера. В
документации указывается разрешение
в точках на один дюйм (dpi).
В цветных сканерах используют ПЗС-матрицу
с тремя линейками светочувствительных
элементов или три отдельных ПЗС-матрицы,
которые находятся за светофильтрами,
т. е. каждая точка документа считывается
тремя отдельными светочувствительными
ячейками. CIS-технология
(Contact
Image
Sensor)
по основным принципам почти аналогична
традиционной CCD-технологии
и является ее упрощенным вариантом. В
CIS-сканерах
отсутствует система зеркал и объектив.
Светочувствительная линейка равна по
ширине листу документа (ширине области
сканирования), а каждая точка строки
фокусируется на фотодиоде цилиндрической
микролинзой. Документ освещается
линейкой светодиодов, а в цветном
сканере — светодиодами трех основных
цветов. Поскольку в CIS-сканере
отсутствуют зеркала, объектив и лампа,
то конструкция такого сканера получается
очень компактной; типичная модель
такого сканера представлена ниже.
Как работает сканер?
Почему мы используем сканеры?
Мы живем в цифровом мире, где жизненно важно сохранять и обмениваться информацией как дома, так и на работе. Важные документы можно копировать, сохранять и хранить, делая печатные копии доступными для поиска и редактирования, как никогда раньше, а также сокращая использование бумаги за счет оцифровки и архивирования информации. Технология сканирования помогла совершить революцию в управлении документами, но как именно она работает?
Как работают сканеры
Сканеры работают, направляя свет на изображение, документ или объект. Проще говоря, отраженный свет затем направляется на светочувствительную технологию через зеркала и линзы, а затем преобразуется в электронные данные, которые используются для формирования цифровой копии оригинала.
В новейших сканерах в качестве светочувствительного элемента чаще всего используется технология устройства с зарядовой парой (ПЗС).
Однако существует несколько вариантов этой технологии, например, более дешевый контактный датчик изображения (CIS), как мы объясним. В ПЗС-матрице используются светочувствительные диоды, называемые фотосайтами, которые преобразуют фотоны в электроны. Хотя это ключевой элемент типичного планшетного сканера, устройство также обычно включает в себя зеркала и линзы.
Концепция сканеров восходит к ранним телефотографическим и факсимильным аппаратам 19-го века, но первый настоящий сканер появился только в конце 1950-х годов. Это были барабанные сканеры, в которых использовались фотоумножители (ФЭУ), а не ПЗС. Сегодня CCD используется в большинстве повседневных сканеров, в то время как более крупные и дорогие барабанные сканеры PMT, которые по-прежнему имеют лучшее качество изображения, зарезервированы для специализированных целей из-за их более высокой стоимости.
Сканеры предназначены не только для документов. Технология продолжала развиваться, и теперь она способна выполнять 3D-сканирование для создания физических моделей объектов.
Конечно, документы по-прежнему являются одной из их основных функций, и сегодняшние сканеры, такие как сканеры Brother, предлагают новейшие современные функции от интеллектуальной обработки изображений до расширенного управления бумагой, проводного и беспроводного подключения, двустороннего сканирования. , сенсорные экраны, портативные модели для работы на ходу и многое другое.
Какие типы сканеров доступны?
От мощных компактных сканеров для тех случаев, когда место ограничено, до настольных сканеров для оцифровки и обмена документами – существует множество вариантов на выбор. Существуют даже передовые профессиональные сканеры для предприятий, обрабатывающих большие объемы, и портативные сканеры для работы в пути, так что действительно есть сканер для каждого дома и бизнеса. Помимо автономных сканеров, эту технологию также можно встроить в ваш принтер. Например, принтеры Brother «все в одном» могут печатать, копировать, отправлять факсы и сканировать, что идеально подходит для тех, кому нужна максимальная эффективность и производительность.
Никогда еще не было так просто оцифровывать, сохранять и обмениваться документами и другой информацией благодаря новейшим сканерам. Компания Brother предлагает широкий ассортимент специально разработанных сканеров для любых нужд, от домашнего офиса до использования в бизнесе, включая компактные, профессиональные, настольные и портативные сканеры. Превратите свои документы в высококачественные цифровые файлы одним нажатием кнопки с помощью сканера Brother.
2.972 Как работает сканер
| ЦИФРОВОЙ СКАНЕР | ||
| ВОПРОСЫ ИЛИ КОММЕНТАРИИ | ||
| АВТОР: | Дженнифер Бландо | |
| ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА: | jblundo@mit. edu | |
| КУРС: | 2 | |
| КЛАСС/ГОД: | 1 | |
ОСНОВНОЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ТРЕБОВАНИЕ: Преобразование изображения/фотографии из аналогового в цифровой формат.
КОНСТРУКТИВНЫЙ ПАРАМЕТР: Цифровой сканер
ГЕОМЕТРИЯ/СТРУКТУРА:
| Артикул | Назначение | |
| 1. | Шаговый двигатель | Приводит в движение приводной ремень |
| 2. | Логическая плата | Передает информацию на сканер и компьютер и обратно |
| 3. | Блок сканирования/каретка | Содержит источник света и датчики CCD |
4. | Приводной ремень | Перемещает блок сканирования по изображению |
| 5. | Гибкая цепь | Переносит информацию с ПЗС на логическую плату |
| 6. | ПЗС-датчики | Преобразует измеренный отраженный свет в напряжение, пропорциональное интенсивность |
| 7. | Стеклянная пластина | Позволяет свету проходить от света под стеклом к изображению и поддерживает образ |
| 8. | АЦП | Блок аналого-цифрового преобразователя, преобразующий измеренное ПЗС напряжение в цифровое |
| Просмотр в формате VRML | |
| Эскиз основных компонентов сканера | Механизм для движущегося источника света В сканере |
ОБЪЯСНЕНИЕ КАК ЭТО РАБОТАЕТ/ПРИМЕНЯЕТСЯ:
- Сканируемое изображение помещается поверх стеклянная пластина сканера
- Компьютер отправляет инструкции на логическую плату о том, как долго должен работать двигатель и как быстро
- Инструкции платы логики устанавливают блок сканирования в соответствующее положение для начать сканирование
- Блок сканирования перемещается по сканируемому изображению со скоростью, заданной инструкция логической платы
- Когда блок сканирования перемещается по изображению, источник света освещает изображение
- Свет падает на изображение, отражается, а затем отражается серией зеркал, объектив сканера
- Свет проходит через объектив сканера и достигает ПЗС-сенсоров Датчики ПЗС
- измеряют количество света, отраженного через изображение, и преобразуют свет на аналоговое напряжение
- Аналоговое напряжение изменяется на цифровые значения с помощью АЦП аналого-цифровое преобразователь
- Цифровые сигналы от ПЗС отправляются на логическую плату и передаются обратно в компьютер
Информация хранится в компьютере в виде электронного файла, состоящего из пикселей.
Программа сканирования TWAIN превращает группу пикселей в изображение.
Блок-схема работы сканера
Цветной сканер и черно-белый сканер
- Черно-белые сканеры имеют только один источник света, а цветные сканеры имеют три источника света. источники, по одному на каждый основной цвет — красный, зеленый, синий.
- Цветное сканирование может выполняться однопроходным или трехпроходным сканером.
- Однопроходный сканер сканирует изображение один раз и записывает все три цвета одновременно, а трехпроходный сканер выполняет три прохода по изображению и записывает только один цвет за каждый проход.
ДОМИНИРУЮЩАЯ ФИЗИКА (система привода):
| Переменная | Описание | Метрические единицы | Английские единицы |
| Р в | Потребляемая мощность электродвигателя | Вт | Лошадиная сила |
| Р вне | Выходная мощность с вала | Вт | Лошадиная сила |
| с | Скорость вращения вала | рад/с | об/мин |
| высота м | Механический КПД | — | — |
Блок сканирования использует отражение для прохождения света от изображения к датчикам CCD.
Можно определить скорость вала, соединенного с двигателем. Сила в и мощность двигателя можно рассчитать:
P в = I x V (двигатель постоянного тока)
P вых = T x w
ч м = эффективность = P вне / P в
P вход = P выход / ч м
КПД этих типов двигателей составляет около 90%
ОГРАНИЧИВАЮЩАЯ ФИЗИКА (система привода):
Не представлено
ДИАГРАММЫ/ГРАФЫ/ТАБЛИЦЫ:
Не представлено
ПРИМЕНЕНИЕ СКАНЕРОВ:
- Компактные сканеры документов, ручные сканеры, фотосканеры, планшетные сканеры и барабанные сканеры ПЗС-датчики
- также используются в видео- и цифровых камерах .
