Упражнение 8. Scanner

Цел на упражнението

В настоящето упражнение ще се разгледат особености при избор на скенер и при сканиране, които често остават на заден план. Всички съвременни скенери имат достатъчно добра резолюция за да извлекат и най-малките детайли от един документ или снимка, но с каква скорост, как ще се възпроизведат цветовете и колко голям ще е изходния файл са въпросите, на които ще отговорим.

Теоретична част

Скенерите са автоматични устройства за въвеждане на графична информация (УВГИ). Те преобразуват графичната информация в цифров вид и като резултат се получава цифрово растерно изображение от снимки, негативи, диапозитиви, текст, илюстрации и т.н. Скенерите работят на следния принцип:

• оригиналното изображение се осветява от вграден в устройството източник на светлина;
• отразените лъчи се улавят от фотопреобразувател с линейна структура, който формира аналогов електрически сигнал;
• сигналът се преобразува в цифров код от АЦП и се предава за обработка от компютъра посредством подходящ интерфейс. Линейната структура на фотопреобразувателя налага изображението да се сканира ред по ред.

Оптичен сензор

Според технологията на цветовия сензор в момента най-разпространени са два вида скенери: CCD (Charged Coupled Device) и CIS (Compact Image Sensor). При CCD скенерите (фиг.1) лампа осветява образеца. Чрез огледална система от призми отразената светлина се разлага на трите основни цвята — червено, зелено и синьо. За всеки цвят CCD сензорът съдържа по една клетка, състояща се от фоточувствителни кондензатори. При осветяване се покачва напрежението. Промените в напрежението се отчитат от анолого-цифровия преобразувател и се подават за следваща компютърна обработка. Предимство: голяма дълбочина на фокуса.

Фигура 1. Път на светлинния лъч. 1)Лампа със студена светлина осветлява образеца, 2) огледална система разлага светлината на основните цветове, 3) леща прожектира основните цветове върху 4) съответните CCD клетки.

При CIS скенерите (фиг. 2) за източник на светлина се използват червени, зелени и сини светодиоди. Чрез опростена цилиндрична система от лещи светлината се насочва към компактния сензор. Поради примитивната система от лещи тези скенери имат много малка дълбочина на фокуса. Ако образецът не e гладко легнал на стъклото, сканираният обект трудно може да се разпознае. Предимството на тези скенери е, че конструкцията им може да се изпълни в компактна форма, имат ниска себестойност, а също и много ниска енергийна консумация и могат да се захранват директно от USB порта.

Фигура 2.CIS скенер. Път на светлинния лъч: Червен, зелен и син диод 1) осветяват образеца. 2) Цилиндрична леща фокусира отразената светлина върху 3) CMOS сензор.

Характеристики

• Разрешаваща способност (резолюция): За обозначаване на резолюцията в практиката се използват няколко обозначения с едно и също значение. Най-често се среща dpi (dots per inch – точки на инч), също се ползва и ppi (pixel per inch – пиксела на инч) и двете означават броя на точките, които могат да бъдат отчетени по дължината на един инч (2.54 см) от сканираната повърхност. Всички съвременни скенери имат сравнително висока резолюция достатъчна за качествено сканиране на снимка. В спецификацията на скенера могат да бъдат дадени максимална оптична резолюция, максимална интерполирана резолюция или и двете. Оптичната резолюция се определя от механиката и от оптичната система. След сканиране могат да се приложат вградени математически алгоритми, които повишават резолюцията чрез интерполиране. Недостатък на ниско бюджетните модели е, че при сканиране с по-висока резолюция времето за сканиране нараства.
• Дълбочина на цвета: Първият етап на обработка след осветяването на изображението е постъпването на информацията от светочувствителния елемент към АЦП. За разлика от видео сигнала или цифровите фотоапарати разрядността на скенерите е по-голяма. Типична стойност на АЦП е 16 бита за цвят ( 3 x 16 = 48 бита > 4 трилиона цвята). Въпреки, че тези цветове не могат да се възпроизведат от видео екрана, това дава възможност за допълнителна обработка на изображението и постигане на по-добри визуални резултати.
• Оптична плътност: При специални изисквания за сканиране на негативи, прозрачни слайдове и други тъмни, полупрозрачни повърхности трябва да се вземе предвид оптичната плътност (Optical Density) на образеца, с която може да работи скенера.

Критерии при избор на скенер:

1. Качество на сканиране – резолюция, истинност на цветовете и шум.
2. Скорост – Тук се сравняват времената за сканиране на една страница от черно бял документ и времената за сканиране на цветна снимка при различни резолюции. Ниско бюджетните плоски скенери са сравнително бавни.
3. Окомплектовка – наличието на драйвери, кабели, представки за сканиране на полупрозрачни документ и негативи, софтуерно осигуряване за сканиране и OCR програми.
4. Ергономичност – размери и удобство на ползване.
5. Документация и сервизно обслужване.

Цветова корекция (калибриране)

Един и същ образ може да изглежда по различен начин, ако го визуализираме на LCD или ЕЛТ монитор, ако го сканираме или заснемем с фотоапарат, когато го отваряме с една или друга програма. С цел за избягване на този проблем през 1993 се основава ICC (International Color Consortium). В него членуват почти всички големи производители на графичен хардуер и софтуер. Спецификацията ICC осигурява съответствие на цветовете, когато даден графичен обект се визуализира на различни устройства и от различни програмни приложения. ICC дефинира формат за създаване на ICC профил на дадено устройство. Този формат се поддържа от програмните приложения за обработка на графика (PhotoShop, GIMP и т.н.).

Методика за създаване на ICC профил и коригиране на цветовете.

1. Необходими са цветен образец IT8.7/2 (фиг. 3) и съответният файл, описващ цветовете на образеца.
2. Сканира се образецът и се запазва във формат без загуби.
3. Файлът, описващ цветовете и сканираният образец се зареждат в приложение за изчисляване и генериране на ICC профил (фиг.4).
4. ICC профилът се зарежда в приложение за графична обработка и се прилага върху сканираните снимки от същия скенер.

Фиг.3. Образец IT8.7/2

Фиг. 4. Екран от LCMS Profiler

Задачи за изпълнение:

1. Инсталирайте и конфигурирайте предоставения от ръководителя на упражнението скенер.
2. Определете необходимата разделителна способност за сканиране на текст и снимка.
3. Определете оптималния формат за съхранение на текст и снимка.
4. Създайте ICC профил, съдържащ информация за корекция на цветовете и коригирайте цветовете на сканираните снимки от задача 2.

Начин на работа

Зад.1. Ако използвате Linux инсталирайте пакета Xsane, който съдържа драйвери за повечето скенери.

Зад.2. Сканирайте предоставените образци при 75dpi, 150dpi, 200 dpi, 300dpi, 400dpi, 600dpi. (текста сканирайте в режим черно бяло). Записвайте файловете в png формат. След това разгледайте снимките и определете, коя е най-малката резолюция достатъчна за разчитане на текст с големина 8 пиксела и снимка.

Зад.3. Запишете сканираните файловете от png формат в jpeg формат с ниво на качеството 30, 50, 70, 90. Сравнете записаните файлове в тази и задача 2 и определете кой е оптималния вариант качество – размер на файла за съхранение на текст и снимки.

Зад.4. Следвайте методологията от т. 2.3.

Контролни въпроси и задачи:

1. Защо се използва калибриране на скенера?
2. Какъв скенер ще е подходящ за малка фирма?
3. От какво зависи максималната разделителна способност на скенера?
4. От какво се определя максималната скорост на сканиране?

scanimage -L