Полиграфические сканеры

                         

Рисунок 5 - Планшетный цветной однопроходный сканер с системой ПЗС-датчиков

Фильтры разделяют белый свет на три составляющие. Принцип их работы основан на явлении дихроизма — изменении окраски кристаллов в проходящем белом свете в зависимости от положения их оптической оси. После прохождения системы фильтров разделённые световые потоки — красный, зелёный и синий — попадают каждый на свою линейку ПЗС. Путем последовательно выполняемых операций считывания тонового распределения в каждой строке по основным цветам можно получить информацию, необходимую для воспроизведения цветного изображения.

В однопроходных цветных сканерах с системой цветоделительных светофильтров используется один элемент ПЗС и один источник света (рисунок 6).

В процессе сканирования каждой строки изображения три фильтра сменяют друг друга и тем самым последовательно создаётся цифровой образ строки для каждого цвета. Осветительная система сканера (рисунок 7) состоит из двух частей: для непрозрачных и для прозрачных оригиналов.

 

                  

Рисунок 6 - Планшетный однопроходный цветной сканер с системой цветоделительных светофильтров

                            

Рисунок 7 - Осветительная система: а — для непрозрачных; б — для прозрачных оригиналов

В осветительной системе, состоящей из оптико-волоконных световодов и источника белого света (галогенной лампы), установлена вращающаяся с высокой частотой турель с тремя цветными светофильтрами. В осветительной системе для непрозрачных оригиналов (рисунок 7а) оптико-волоконный жгут световодов, пропускающий свет того или иного цвета, раздваивается и освещение оригинала производится двумя осветителями. В осветительной системе для прозрачных оригиналов (рисунок 7б) оптико-волоконный жгут состоит из световодов с переменным размером сечения, который увеличивается по мере удаления от источника света и образует оптико-волоконную пластину. Эта пластина заканчивается линзой, которая проецирует поток света на прозрачный оригинал.

Грязь, соринки и другие посторонние предметы на оригинале могут искажать информацию о нем. Поэтому в некоторых сканерах применяют специальную асферическую осветительную линзу, которая уменьшает помехи от частичек пыли, царапин и отпечатков пальцев на оригинале. На рисунке 8а показано, как можно минимизировать помехи, вызванные наличием посторонних частиц на поверхности оригинала, за счет того, что лучи света попадают на дефектную область одновременно с разных сторон. Асферическая осветительная линза сконструирована так, что имеет меньшую кривизну по краям, чем в середине, поэтому свет может фокусироваться не только в середине линзы, но и по ее краям, что позволяет почти полностью компенсировать отклонения светового потока. Обычная осветительная линза (рисунок 8б) также может собирать в пучок свет с разных направлений, но самая интенсивная часть излучения исходит, как правило, из середины линзы. Недостатком асферических линз, по сравнению с обычными, является сложность их изготовления.

                                              

Рисунок 8 - Осветительная линза: а — асферическая; б — обычная 

Иногда планшетные однопроходные цветные сканеры снабжаются двумя одинаковыми линейками ПЗС. Один ПЗС используется для широкоформатных оригиналов, а другой — для оригиналов малого формата. Это позволяет значительно повысить разрешение при сканировании малоформатных изображений, так как меньшее по размеру изображение сканируемой строки считывается тем же количеством светочувствительных элементов ПЗС, что и при сканировании большого оригинала. Схема сканера с двумя ПЗС приведена на рисунке 9.

                            

Рисунок 9 - Схема планшетного сканера с двумя ПЗС-датчиками

Оригинал закрепляется на оригинал держателе 1, который перемещается в зону сканирования. Свет в световоды 2 поступает от галогенной лампы 3, пройдя через один из фильтров RGB 4 или нейтрально серый фильтр. Разворачивающее зеркало 5 направляет световой поток по нужному световоду. После того как свет разворачивается зеркалом 6 на 90°, он попадает на систему линз 7 или 8 (в зависимости от заданного разрешения) и, пройдя их, проецируется на одну из линеек ПЗС 9. Генерируемое ПЗС напряжение поступает на аналого-цифровой преобразователь 10, который формирует цифровой сигнал и передаёт его на управляющий компьютер.

Современные планшетные сканеры обеспечивают сканирование прозрачных и непрозрачных оригиналов с оптическим разрешением до 5000 dpi. Интерполяционная разрешающая способность их достигает 11 000 dpi, максимальный динамический диапазон — 3,74,0.

Основными достоинствами планшетных сканеров являются:

• простота установки и съёма оригиналов различных форматов;

• возможность сканирования оригиналов различных размеров. Максимальный размер сканируемого оригинала зависит только от размера рабочей области сканера, а минимальный размер оригинала практически не ограничен. Кроме того, оригиналы большого формата можно отсканировать по частям, а затем объединить их в одном из графических редакторов;

• возможность сканирования плоских оригиналов разных типов, в том числе небольших трёхмерных объектов. Как и у копировальных аппаратов, у планшетных сканеров есть крышка, прижимающая к рабочей поверхности такие нестандартные оригиналы, как, например, книга;

• возможность установки дополнительных устройств, например, механизма автоматической подачи оригиналов или диапозитивной приставки для сканеров, работающих только с непрозрачными оригиналами;

• высокая скорость сканирования.

К недостаткам планшетных сканеров следует отнести относительно большую занимаемую ими площадь и сложность выравнивания оригинала с неровно размещённым на носителе изображением.

 

 

 

 

 

2.2 ПРОЕКЦИОННЫЕ СКАНЕРЫ

 

Проекционные сканеры напоминают фотоувеличитель и работают почти так же, как фотографическая камера. выпускаются проекционные сканеры для работы с непрозрачными оригиналами, для работы с прозрачными оригиналами (такие сканеры часто называют слайд-сканерами) и универсальные. В сканерах для работы с непрозрачными оригиналами считывание оригинала осуществляется в отражённом свете.

                             

Рисунок 101 - Схема проекционного сканера для работы с непрозрачным оригиналом.

Оригинал располагается на подставке под сканирующей головкой изображением вверх. Сканирующая головка (камера) закрепляется на вертикальном штативе на некоторой высоте. В зависимости от конструктивных особенностей сканера камера может перемещаться по стойке или по вертикальным направляющим. Перед началом сканирования камеру следует установить в положение, соответствующее требуемому разрешению и размеру изображения. Настройка (фокусировка) камеры осуществляется перемещением линзы. Специальный источник света при этом может и не устанавливаться. Иногда источники света (не более двух) присоединяются непосредственно к камере. Внутри камеры небольшой двигатель перемещает линейку ПЗС в фокальной плоскости линзы. Процедура сканирования занимает некоторое время, поэтому следует учитывать возможное нежелательное воздействие вибрации и внешних источников света. Схема работы проекционного сканера приведена на рисунке 10.

В некоторых моделях проекционных сканеров свет через линзу освещает оригинал целиком, а отражённый свет фиксируется с помощью ПЗСматрицы. Подобная конструкция сканера позволяет избежать влияния внешних возмущений и добиться более высокого качества сканированных изображений. Максимальный размер оригинала может быть до 300 x 400 см.

Класс проекционных слайдовых сканеров определяется максимальным размером оригинала, с которым он может работать. Если сканеры среднего класса предназначены для обработки 35 миллиметровых негативных и позитивных плёнок, то устройства высокого класса могут выполнять сканирование прозрачных оригиналов средних (6 x 7 см, 21/4 x 21/4 и 4 x 5 дюймов) и больших форматов до (42 x 52 см).

Оптическое разрешение слайдовых сканеров составляет от 2000 до 5000 dpi в зависимости от класса устройства. Слайдовый сканер во многом напоминает планшетный. Различие состоит лишь в том, что слайд-сканер фиксирует образ сканируемого изображения в проходящем свете, а соответственно источник света, оригинал и фотоприёмник в нем имеют другое взаимное расположение. Для фиксирования цвета и уровней серого в слайд-сканерах используются либо наборы линеек ПЗС, либо матрицы ПЗС (рисунок 11).

 

                        

Рисунок 11 - Схема проекционного слайдового сканера с матрицей ПЗС-датчиков

В некоторых сканерах для повышения отношения «сигнал/шум», характеризующего качество считывания информации, применяются дополнительные компенсационные методы, например, более яркие источники света.

Оптическая плотность цветных слайдов и диапозитивов обычно находится в пределах от 2,8 до 3,0. Поэтому динамический диапазон слайдовых сканеров высокого класса должен быть не менее 3,0. Для кодирования цвета используются 814 и даже 16 бит на канал.

Поставляемые в комплекте со сканером рамки для монтажа слайдов (рисунок 12) в сочетании со специализированным программным обеспечением позволяют автоматизировать процесс сканирования слайдов стандартных форматов (пакетов сканирования).

Проекционные сканеры обладают следующими достоинствами:

• удобство позиционирования оригинала. Непрозрачный оригинал располагается лицевой стороной вверх, что облегчает процедуру его выравнивания. На подставке сканера, как правило, имеются специальные направляющие, которые можно использовать для точного позиционирования оригинала;

• небольшая занимаемая площадь. Проекционные сканеры занимают на рабочем столе лишь чуть больше места, чем сканируемый объект;

• разнообразие сканируемых непрозрачных оригиналов. Не помещающийся на подставке оригинал можно сканировать по частям. Этот процесс реализуется даже проще, чем в случае использования планшетного сканера, поскольку видно, какие части оригинала уже отсканированы;

• возможность пакетного автоматического сканирования слайдов.

 

                           

Рисунок 12 - Рамки для монтажа слайдов

К недостаткам проекционных сканеров следует отнести сложность сканирования переплетённых оригиналов. В отличие от планшетных сканеров, где книга удерживается в развёрнутом виде за счет прижима крышкой, в проекционных сканерах ее необходимо расположить лицевой стороной вверх и прижать стеклом или специальным держателем.

 

 

 

 

 

 

 

2.3 БАРАБАННЫЕ СКАНЕРЫ

 

Барабанные сканеры стоят дорого, но с их помощью можно получать изображения с высокой степенью детализации.

В барабанных сканерах оригинал с помощью специальной ленты или масла закрепляется на поверхности прозрачного цилиндра из органического стекла (барабана), укреплённого на массивном основании, которое обеспечивает его устойчивость. Барабан вращается с большой частотой, а находящийся рядом с ним сканирующий фотоприёмник точка за точкой считывает изображение с высокой точностью. В большинстве сканеров, применяемых в полиграфии, в качестве фотоприёмника используется ФЭУ, который перемещается на прецизионной винтовой паре вдоль барабана и точечно сканирует оригинал. Для освещения оригинала используется мощный ксеноновый или галогенный источник света, к стабильности излучения, которого предъявляются высокие требования. При сканировании прозрачных оригиналов применяется источник света, расположенный внутри барабана, а при сканировании отражающих оригиналов — вне его, рядом с приёмником излучения.

Поскольку частота вращения барабана высока, то можно фокусировать на изображении чрезвычайно мощный источник света без риска повредить оригинал. Яркость источника света, возможность регулирования фокуса, и технология поэлементной выборки обеспечивают высокое отношение «сигнал/шум» и точную передачу тонов изображения без перекрёстных помех от соседних точек.

Свет сначала направляется на оригинал, затем на зеркала и RGBфильтры, расщепляющие его на три цветовые пучка. В наиболее простом исполнении полупрозрачные зеркала представляют собой хроматически нейтральные светоразделительные элементы, частично пропускающие и частично отражающие световую энергию независимо от ее спектрального состава. В этом случае первое полупрозрачное зеркало должно отражать одну треть упавшей на него световой энергии и две трети пропускать. У второго зеркала отражённая и пропускаемая части световой энергии должны быть равны. При таком разделении количество световой энергии всех длин волн во всех трёх каналах будет одинаковым. Однако этот вариант расщепления светового пучка не является оптимальным, ведь в каждом канале не нужен свет всех длин волн.

Более совершенными являются дихроические полупрозрачные зеркала (рис. 13а), обладающие свойством отражать и пропускать световую энергию избирательно по спектру. В этом случае первое зеркало должно, например, отражать свет только в длинноволновой (красно-оранжевой) части спектра, второе — только в средневолновой (жёлто-зелёной) части спектра, а третье — только в коротковолновой (сине-фиолетовой) части спектра. При таком распределении световая энергия используется более рационально. Для этой же цели могут применяться специальные цветоделительные призмы (рис. 13б), в которых имеются два дихроичных фильтра (зелёный и синий).

В зависимости от типа материала (прозрачный или отражающий) оригинал освещается либо изнутри барабана, либо снаружи. Размещаемые в анализирующей фото головке фотоэлектронные умножители принимают и усиливают отфильтрованный свет. Затем полученные аналоговые сигналы преобразуются в цифровые коды. Для повышения производительности сканирования конструкция многих моделей барабанных сканеров позволяет использовать сменные барабаны.

Отличительный признак полиграфических барабанных сканеров — возможность сканировать оригиналы, имеющие высокую оптическую плотность (печатные издания, художественные работы, слайды, диапозитивы, негативные плёнки) как в отражённом, так и в проходящем свете с разрешением, ограниченным лишь размером барабана и минимальной апертурой. Современные барабанные сканеры позволяют сканировать изображение с интерполяционным разрешением до 24 000 dpi.