Skaner obrazu - Image scanner

Skaner płaski. Dokumenty lub obrazy są umieszczane zadrukowaną stroną do dołu pod okładką (pokazano tutaj zamkniętą).

Skaner -often skrócie tylko skaner -jest urządzenie, które optycznie skanuje obrazy, tekst drukowany, pisma lub przedmiotu i konwertuje go na obraz cyfrowy . W biurach powszechnie stosowane są odmiany biurkowego skanera płaskiego, w których dokument umieszcza się na szklanym oknie w celu skanowania. Skanery ręczne , w których urządzenie jest przenoszone ręcznie, ewoluowały od skanujących tekst „różdżek” do skanerów 3D wykorzystywanych w projektowaniu przemysłowym, inżynierii odwrotnej, testowaniu i pomiarach, ortotyce , grach i innych zastosowaniach. Skanery napędzane mechanicznie, które przenoszą dokument, są zwykle używane w przypadku dokumentów wielkoformatowych, gdzie konstrukcja z płaskim stołem byłaby niepraktyczna.

Nowoczesne skanery zwykle wykorzystują jako czujnik obrazu urządzenie ze sprzężeniem ładunkowym (CCD) lub kontaktowy czujnik obrazu (CIS), podczas gdy skanery bębnowe , opracowane wcześniej i nadal używane dla uzyskania najwyższej możliwej jakości obrazu, wykorzystują jako czujnik fotopowielacza (PMT). czujnik obrazu. Skaner obrotowy, używany do skanowania dokumentu wysokiej prędkości jest typu skanera bębna, który wykorzystuje układ CCD zamiast fotopowielacza. Bezdotykowe skanery planetarne zasadniczo fotografują delikatne książki i dokumenty. Wszystkie te skanery wytwarzają dwuwymiarowe obrazy obiektów, które zwykle są płaskie, ale czasami solidne; Skanery 3D generują informacje o trójwymiarowej strukturze obiektów stałych.

Aparaty cyfrowe mogą być używane do tych samych celów, co dedykowane skanery. W porównaniu do prawdziwego skanera, obraz z kamery jest podatny na zniekształcenia, odbicia, cienie, niski kontrast i rozmycie spowodowane drganiami kamery (zmniejszone w kamerach ze stabilizacją obrazu ). Rozdzielczość jest wystarczająca dla mniej wymagających aplikacji. Cyfrowe aparaty fotograficzne oferują korzyści w postaci szybkości, przenośności i bezdotykowej digitalizacji grubych dokumentów bez uszkadzania grzbietu książki. W 2010 roku technologie skanowania łączyły skanery 3D z aparatami cyfrowymi w celu tworzenia pełnokolorowych, fotorealistycznych modeli 3D obiektów.

W obszarze badań biomedycznych urządzenia do wykrywania mikromacierzy DNA nazywane są również skanerami. Skanery te są systemami o wysokiej rozdzielczości (do 1 µm/piksel), podobnymi do mikroskopów. Detekcja odbywa się za pomocą CCD lub fotopowielacza.

Historia skanerów

Pantelograf
Mechanizm pantelografu Caselli
Belinograf BEP2V druciana maszyna Edouarda Bélina, 1930

Nowoczesne skanery są uważane za następców wczesnych telefotografii i urządzeń wejściowych faksu .

Pantelegraph (włoski: pantelegrafo ; francuski: pantélégraphe ) była wczesna forma faksu urządzenia nadawczo na normalnych liniach telegraficznych opracowanych przez Giovanni Caselli , stosowane w handlu w 1860 roku, który był pierwszym tego typu urządzenie, aby wprowadzić praktyczne usługi. Wykorzystano elektromagnesy do napędzania i synchronizacji ruchu wahadeł u źródła i odległej lokalizacji w celu skanowania i odtwarzania obrazów. Może przesyłać pismo odręczne, podpisy lub rysunki na obszarze do 150 × 100 mm.

Édouard Belin „s Belinograph od 1913 roku, zeskanowane za pomocą fotokomórki i transmitowane przez zwykłych linii telefonicznych, stanowiły podstawę dla usługi AT & T Wirephoto. W Europie usługi podobne do wirephoto nazywano Belino . Był używany przez agencje informacyjne od lat 20. do połowy lat 90. i składał się z obrotowego bębna z jednym fotodetektorem o standardowej prędkości 60 lub 120 obr./min (później modele do 240 obr./min). Wysyłają liniowy analogowy sygnał AM przez standardowe telefoniczne linie głosowe do receptorów, które synchronicznie drukują proporcjonalne natężenie na specjalnym papierze. Zdjęcia kolorowe były przesyłane jako trzy separowane obrazy filtrowane RGB kolejno, ale tylko na specjalne okazje ze względu na koszty transmisji.

Rodzaje

Bęben

Pierwszym skanerem obrazu opracowanym do użytku z komputerem był skaner bębnowy. Został zbudowany w 1957 roku w Narodowym Biurze Standardów USA przez zespół kierowany przez Russella A. Kirscha . Pierwszym obrazem, jaki kiedykolwiek zeskanowano na tej maszynie, była fotografia o powierzchni 5 cm kwadratowych przedstawiająca trzymiesięcznego wówczas syna Kirscha, Waldena. Czarno-biały obraz miał rozdzielczość 176 pikseli na stronie.

Bębnowe skanery informacje przechwytywania obrazu z fotopowielaczy (PMT), niż na urządzenie ze sprzężeniem ładunkowym (CCD) macierze się w Skanery płaskie i tani skanerów folii . „Oryginały odblaskowe i transmisyjne są zamontowane na akrylowym cylindrze, bębnie skanera, który obraca się z dużą prędkością, gdy przechodzi przez skanowany obiekt przed precyzyjną optyką, która dostarcza informacje o obrazie do PMT. Nowoczesne kolorowe skanery bębnowe wykorzystują trzy dopasowane PMT, które czytają odpowiednio czerwone, niebieskie i zielone światło. Światło z oryginalnej grafiki jest dzielone na oddzielne wiązki czerwone, niebieskie i zielone w ławce optycznej skanera z filtrami dichroicznymi. Fotopowielacze oferują doskonały zakres dynamiki iz tego powodu skanery bębnowe mogą wydobyć więcej szczegółów z bardzo ciemnych obszarów przezroczystości niż skanery płaskie wykorzystujące czujniki CCD. Mniejszy zakres dynamiczny czujników CCD w porównaniu z fotopowielaczami może prowadzić do utraty szczegółów w cieniach, szczególnie podczas skanowania bardzo gęstych klisz przezroczystych. Chociaż mechanika różni się w zależności od producenta, większość skanerów bębnowych przepuszcza światło z lamp halogenowych przez system ogniskowania, aby oświetlić zarówno odblaskowe, jak i przepuszczalne oryginały.

Skaner bębnowy otrzymał swoją nazwę od przezroczystego akrylowego cylindra, bębna, na którym zamontowana jest oryginalna grafika do skanowania. W zależności od rozmiaru można montować oryginały o wymiarach do 20 na 28 cali (510 mm × 710 mm), ale maksymalny rozmiar różni się w zależności od producenta. „Jedną z unikalnych cech skanerów bębnowych jest możliwość niezależnego kontrolowania obszaru próbki i rozmiaru apertury. Rozmiar próbki to obszar, który odczytuje koder skanera, aby utworzyć pojedynczy piksel. Możliwość oddzielnego kontrolowania apertury i rozmiaru próbki jest szczególnie przydatna do wygładzania ziarna kliszy podczas skanowania czarno-białych i kolorowych negatywów oryginałów”.

Podczas gdy skanery bębnowe są w stanie skanować zarówno dzieła odblaskowe, jak i przepuszczalne, dobrej jakości skaner płaski może generować dobre skany z odblaskowej grafiki. W rezultacie skanery bębnowe są rzadko używane do skanowania wydruków, ponieważ dostępne są wysokiej jakości, niedrogie skanery płaskie. Jednak w przypadku filmów skanery bębnowe są nadal preferowanym narzędziem do zastosowań wymagających wysokiej jakości. Ponieważ kliszę można zamontować na bębnie skanera na mokro, co poprawia ostrość i maskuje kurz i zarysowania, a także ze względu na wyjątkową czułość PMT, skanery bębnowe są w stanie uchwycić bardzo subtelne szczegóły w oryginalnych filmach.

Sytuacja na rok 2014 była taka, że ​​tylko kilka firm kontynuowało produkcję i serwis skanerów bębnowych. Chociaż ceny zarówno nowych, jak i używanych urządzeń spadły od początku XXI wieku, nadal były one znacznie droższe niż skanery płaskie i skanery CCD. Jakość obrazu generowanego przez skanery płaskie poprawiła się do tego stopnia, że ​​najlepsze z nich nadawały się do wielu operacji graficznych, aw wielu przypadkach zastąpiły skanery bębnowe, ponieważ były tańsze i szybsze. Jednak skanery bębnowe z ich doskonałą rozdzielczością (do 24 000 PPI ), gradacją kolorów i strukturą wartości nadal były używane do skanowania obrazów, które miały zostać powiększone, oraz do archiwizacji zdjęć o jakości muzealnej i produkcji wysokiej jakości książek i czasopism. reklamy. Gdy używane skanery bębnowe stawały się coraz liczniejsze i mniej kosztowne, nabyło je wielu fotografów zajmujących się sztuką.

Płaski

Ten typ skanera jest czasami nazywany skanerem refleksyjnym, ponieważ działa poprzez oświetlanie skanowanego obiektu białym światłem i odczytywanie intensywności i koloru odbijanego od niego światła, zwykle linia po linii. Są one przeznaczone do skanowania wydruków lub innych płaskich, nieprzezroczystych materiałów, ale niektóre mają dostępne adaptery do przeźroczy, które z wielu powodów w większości przypadków nie nadają się do skanowania klisz.

skaner CCD

„Płaski skaner składa się z reguły z tafli szklanych (lub płyty ), pod którym jest lekki jasne (często ksenon , LED lub zimna katoda fluorescencyjny ), które oświetla szybę i ruchomego układu optycznego w CCD skanowania. CCD typu skanery zazwyczaj zawierają trzy rzędy (macierze) czujników z filtrami czerwonym, zielonym i niebieskim”.

Skaner CIS

Jednostka skanera z CIS. A: zmontowany, B: zdemontowany; 1: obudowa, 2: światłowód, 3: soczewki, 4: chip z dwoma diodami RGB, 5: CIS

Skanowanie z kontaktowym czujnikiem obrazu (CIS) składa się z ruchomego zestawu czerwonych, zielonych i niebieskich diod LED, które migają w celu oświetlenia oraz połączonej matrycy monochromatycznych fotodiod pod matrycą soczewek prętowych do zbierania światła. „Obrazy, które mają być zeskanowane, są umieszczane stroną zadrukowaną w dół na szybie, nad nią opuszczana jest nieprzezroczysta osłona, aby wykluczyć światło z otoczenia, a matryca czujników i źródło światła poruszają się po szybie, odczytując cały obszar. Dzięki temu obraz jest widoczny dla detektora tylko ze względu na odbijane przez nie światło. Przezroczyste obrazy nie działają w ten sposób i wymagają specjalnych akcesoriów, które oświetlają je od góry. Wiele skanerów oferuje to jako opcję."

Film

Lustrzanka cyfrowa i skaner slajdów

Ten typ skanera jest czasami nazywany skanerem slajdów lub przezroczy i działa poprzez przepuszczanie wąsko skupionej wiązki światła przez film i odczytywanie intensywności i koloru światła, które się pojawia. „Zazwyczaj nieprzycięte paski kliszy zawierające do sześciu klatek lub cztery zamontowane slajdy są umieszczane w uchwycie, który jest przesuwany przez silnik krokowy po soczewce i czujniku CCD wewnątrz skanera. Niektóre modele są używane głównie do skanowania tego samego rozmiaru Skanery do filmów różnią się znacznie pod względem ceny i jakości”. Najtańsze dedykowane skanery do filmów można kupić za mniej niż 50 USD i mogą wystarczyć na skromne potrzeby. Stamtąd osiągają one stopniowe poziomy jakości i zaawansowane funkcje w górę o pięć cyfr. „Szczegóły różnią się w zależności od marki i modelu, a wyniki końcowe w dużej mierze zależą od poziomu zaawansowania systemu optycznego skanera oraz, co równie ważne, od zaawansowania oprogramowania skanującego”.

Skaner rolkowy

Dostępne są skanery, które przeciągają płaski arkusz na element skanujący między obracającymi się rolkami. Mogą obsługiwać tylko pojedyncze arkusze o określonej szerokości (zwykle około 210 mm, szerokość wielu drukowanych listów i dokumentów), ale mogą być bardzo kompaktowe, wymagają tylko pary wąskich rolek, pomiędzy którymi przechodzi dokument. Niektóre są przenośne , zasilane bateriami i mają własną pamięć masową, ostatecznie przenosząc zapisane skany do komputera przez USB lub inny interfejs.

Skaner 3D

Skanery 3D zbierają dane o trójwymiarowym kształcie i wyglądzie obiektu.

Skaner planetarny

Skanery planetarne skanują delikatny obiekt bez kontaktu fizycznego.

Ręka

Skanery ręczne są przesuwane nad obiektem, który ma być ręcznie obrazowany. Istnieją dwa różne typy: skanery dokumentów i skanery 3D.

Ręczny skaner dokumentów

Skaner ręczny z modułem interfejsu.

Ręczne skanery dokumentów to ręczne urządzenia, które są przeciągane po powierzchni obrazu w celu ręcznego zeskanowania. Skanowanie dokumentów w ten sposób wymaga stabilnej ręki, ponieważ nierówna szybkość skanowania powoduje zniekształcenie obrazów; lampka kontrolna na skanerze wskazuje, czy ruch jest zbyt szybki. Zwykle mają przycisk „start”, który jest przytrzymywany przez użytkownika na czas skanowania; niektóre przełączniki do ustawienia rozdzielczości optycznej ; oraz wałek, który generuje impuls zegarowy do synchronizacji z komputerem. Starsze skanery ręczne były monochromatyczne i wytwarzały światło z szeregu zielonych diod LED do oświetlania obrazu”. Późniejsze skanują w trybie monochromatycznym lub kolorowym, zależnie od potrzeb. Skaner ręczny może mieć małe okienko, przez które można oglądać skanowany dokument. Na początku lat 90. wiele skanerów ręcznych miało własny moduł interfejsu, specyficzny dla określonego typu komputera, takiego jak Atari ST lub Commodore Amiga.Od czasu wprowadzenia standardu USB jest to interfejs najczęściej używany. węższe niż większość normalnych rozmiarów dokumentów lub książek, oprogramowanie (lub użytkownik końcowy) potrzebne do połączenia kilku wąskich „pasków” zeskanowanego dokumentu w celu wytworzenia gotowego artykułu.

Niedrogie przenośne, zasilane bateryjnie, ręczne skanery typu „slide-over”, zwykle zdolne do skanowania obszaru o szerokości zwykłego listu i znacznie dłużej dostępne od 2014 roku.

Ręczny skaner 3D

Ręczne skanery 3D są wykorzystywane w projektowaniu przemysłowym, inżynierii odwrotnej, inspekcji i analizie, produkcji cyfrowej i zastosowaniach medycznych. „Aby zrekompensować nierówny ruch ludzkiej ręki, większość systemów skanowania 3D opiera się na umieszczaniu znaczników referencyjnych, zazwyczaj samoprzylepnych odblaskowych zakładek, których skaner używa do wyrównywania elementów i zaznaczania pozycji w przestrzeni”.

Przenośny

Skanery obrazów są zwykle używane w połączeniu z komputerem, który steruje skanerem i przechowuje skany. Małe przenośne skanery, zasilane ręcznie lub przesuwane , zasilane bateriami i z możliwością przechowywania, są dostępne do użytku z dala od komputera; zapisane skany można przesłać później. Wiele z nich może skanować zarówno małe dokumenty, takie jak wizytówki i paragony z kasy, jak i dokumenty w formacie listowym.

Skaner dokumentów na klawiaturze

Przykład Imaging keyboard-skaner
Przykład Imaging Keyboard-Scanner

Skaner dokumentów wbudowany w klawiaturę komputera sprawia, że ​​jest dostępny w razie potrzeby, ale nie zajmuje dodatkowej przestrzeni, ponieważ jest wbudowany w klawiaturę komputera.

Aplikacja do skanowania smartfonów

Aparaty o wyższej rozdzielczości zamontowane w niektórych smartfonach mogą generować skany dokumentów o rozsądnej jakości, robiąc zdjęcie aparatem telefonu i przetwarzając je za pomocą aplikacji do skanowania, która jest dostępna dla większości systemów operacyjnych telefonu , aby wybielić tło stronę, popraw zniekształcenie perspektywy, aby skorygować kształt prostokątnego dokumentu, przekonwertuj na czarno-biały itp. Wiele takich aplikacji może skanować wielostronicowe dokumenty z kolejnymi ekspozycjami aparatu i wyprowadzać je jako jeden plik lub wiele pliki stronicowania. Niektóre aplikacje do skanowania na smartfony mogą zapisywać dokumenty bezpośrednio w lokalizacjach przechowywania online, takich jak Dropbox i Evernote , wysyłać je e-mailem lub faksem za pośrednictwem bramek e-mail-faks.

Aplikacje skanera na smartfony można ogólnie podzielić na trzy kategorie:

  1. Aplikacje do skanowania dokumentów zaprojektowane głównie do obsługi dokumentów i generowania plików PDF, a czasami plików JPEG
  2. Aplikacje do skanowania zdjęć, które wyświetlają pliki JPEG i mają funkcje edycji przydatne do zdjęć, a nie do edycji dokumentów;
  3. Podobne do kodów kreskowych aplikacje do skanowania kodów QR, które następnie przeszukują internet w poszukiwaniu informacji związanych z kodem.

Jakość skanowania

Skanery kolorowe zazwyczaj odczytują dane RGB ( kolor czerwony-zielony-niebieski ) z tablicy. Dane te są następnie przetwarzane za pomocą zastrzeżonego algorytmu w celu skorygowania różnych warunków ekspozycji i wysyłane do komputera za pośrednictwem interfejsu wejścia/wyjścia urządzenia (zwykle USB , przed którym był SCSI lub dwukierunkowy port równoległy w starszych urządzeniach).

Głębia kolorów różni się w zależności od charakterystyki tablicy skanowania, ale zwykle wynosi co najmniej 24 bity. Modele wysokiej jakości mają 36-48 bitów głębi kolorów.

Kolejnym parametrem kwalifikującym skaner jest jego rozdzielczość mierzona w pikselach na cal (ppi), czasami dokładniej określana jako Próbki na cal (spi). Zamiast używać prawdziwej rozdzielczości optycznej skanera , jedynego znaczącego parametru, producenci lubią odwoływać się do rozdzielczości interpolowanej , która dzięki interpolacji programowej jest znacznie wyższa . Od 2009 r. wysokiej klasy skaner płaski może skanować do 5400 ppi, a skanery bębnowe mają rozdzielczość optyczną od 3000 do 24 000 ppi.

„Rozdzielczość efektywna” to rzeczywista rozdzielczość skanera, którą określa się za pomocą wykresu testowego rozdzielczości. Efektywna rozdzielczość większości płaskich skanerów konsumenckich jest znacznie niższa niż rozdzielczość optyczna podana przez producenta. Przykładem jest Epson V750 Pro z rozdzielczością optyczną podaną przez producenta jako 4800 dpi i 6400 dpi (podwójny obiektyw), ale testowany "Według tego otrzymujemy rozdzielczość tylko około 2300 dpi - to tylko 40% deklarowanej rozdzielczości!" Twierdzi się, że zakres dynamiczny wynosi 4.0 Dmax, ale „Jeśli chodzi o zakres gęstości Epson Perfection V750 Pro, który jest oznaczony jako 4.0, trzeba powiedzieć, że tutaj nie osiąga on również wysokiej jakości skanerów do filmów”.

Producenci często twierdzą, że interpolowane rozdzielczości sięgają nawet 19 200 ppi; ale takie liczby mają niewielką wartość, ponieważ liczba możliwych interpolowanych pikseli jest nieograniczona i nie zwiększa to poziomu uchwyconych szczegółów.

Rozmiar tworzonego pliku zwiększa się wraz z kwadratem rozdzielczości; podwojenie rozdzielczości czterokrotnie zwiększa rozmiar pliku. Należy wybrać rozdzielczość, która mieści się w zakresie możliwości urządzenia, zachowuje wystarczającą ilość szczegółów i nie tworzy pliku o nadmiernym rozmiarze. Rozmiar pliku można zmniejszyć dla danej rozdzielczości za pomocą „stratnych” metod kompresji, takich jak JPEG , przy pewnym koszcie jakości. Jeśli wymagana jest najlepsza możliwa jakość, należy zastosować kompresję bezstratną; W razie potrzeby z takiego obrazu można wytworzyć pliki o zmniejszonej jakości o mniejszym rozmiarze (np. obraz przeznaczony do wydrukowania na całej stronie i znacznie mniejszy plik do wyświetlenia jako część szybko ładującej się strony internetowej).

Czystość może pogorszyć szum skanera, odblaski optyczne, słaba konwersja analogowo-cyfrowa, zarysowania, kurz, pierścienie Newtona , nieostre czujniki, niewłaściwa obsługa skanera i słabe oprogramowanie. Mówi się, że skanery bębnowe wytwarzają najczystsze cyfrowe reprezentacje filmu, a następnie wysokiej klasy skanery filmów, które wykorzystują większe czujniki Kodak Tri-Linear.

Trzecim ważnym parametrem dla skanera jest jego zakres gęstości ( zakres dynamiczny) lub Drange (patrz Densytometria ). Wysoki zakres gęstości oznacza, że ​​skaner jest w stanie zarejestrować szczegóły cieni i szczegóły jasności w jednym skanie. Gęstość folii jest mierzona w podstawowej skali 10-logarytmicznej i waha się od 0,0 (przezroczysta) do 5,0, około 16 stopni. Zakres gęstości to przestrzeń zajmowana w skali od 0 do 5, a Dmin i Dmax oznaczają najmniejsze i najgęstsze pomiary na kliszy negatywowej lub pozytywowej. Zakres gęstości filmu negatywowego wynosi do 3,6d, a zakres dynamiki filmu slajdowego to 2,4d. Zakres gęstości koloru ujemnego po przetworzeniu wynosi 2,0d dzięki kompresji 12 stopni do małego zakresu gęstości. Dmax będzie najgęstszy na kliszy do slajdów w przypadku cieni, a najgęstszy na negatywie w przypadku prześwietleń. Niektóre klisze do slajdów mogą mieć wartość Dmax bliską 4,0d przy prawidłowej ekspozycji, podobnie jak czarno-białe negatywy.

Płaskie skanery fotograficzne na poziomie konsumenckim mają zakres dynamiczny w zakresie 2,0–3,0, co może być niewystarczające do skanowania wszystkich rodzajów klisz fotograficznych , ponieważ Dmax może wynosić i często wynosi od 3,0d do 4,0d w przypadku tradycyjnej kliszy czarno-białej . Kolorowa folia kompresuje swoje 12 z możliwych 16 stopni (szerokość geograficzna filmu) do zaledwie 2,0d przestrzeni poprzez proces łączenia barwników i usuwania całego srebra z emulsji. Kodak Vision 3 ma 18 przystanków. Tak więc kolorowe negatywy skanują najłatwiejszy ze wszystkich typów klisz na najszerszej gamie skanerów. Ponieważ tradycyjna folia czarno-biała zachowuje obraz tworząc srebro po przetworzeniu, zakres gęstości może być prawie dwukrotnie większy niż w przypadku folii kolorowej. To sprawia, że ​​skanowanie tradycyjnych filmów czarno-białych jest trudniejsze i wymaga skanera z zakresem dynamicznym co najmniej 3,6d, ale także Dmax między 4,0d a 5,0d. Wysokiej klasy skanery płaskie (laboratorium fotograficzne) mogą osiągnąć zakres dynamiczny 3,7, a Dmax około 4,0d. Dedykowane skanery do filmów mają zakres dynamiczny od 3,0d do 4,0d. Skanery dokumentów biurowych mogą mieć zakres dynamiczny mniejszy niż 2,0d. Skanery bębnowe mają zakres dynamiczny 3,6–4,5.

Łącząc pełnokolorowe obrazy z modelami 3D, nowoczesne ręczne skanery są w stanie całkowicie odtwarzać obiekty elektronicznie. Dodanie kolorowych drukarek 3D umożliwia dokładną miniaturyzację tych obiektów, co ma zastosowanie w wielu branżach i zawodach.

W przypadku aplikacji skanera jakość skanowania w dużym stopniu zależy od jakości aparatu w telefonie oraz od kadrowania wybranego przez użytkownika aplikacji.

Połączenie z komputerem

Reprodukcja zdjęcia są skanowane do komputera przy biurku zdjęć z Detroit News na początku 1990 roku.

Skany muszą być praktycznie zawsze przesyłane ze skanera do komputera lub systemu przechowywania informacji w celu dalszego przetwarzania lub przechowywania. Istnieją dwa podstawowe problemy: (1) sposób fizycznego podłączenia skanera do komputera oraz (2) sposób, w jaki aplikacja pobiera informacje ze skanera.

Bezpośrednie fizyczne połączenie z komputerem

Rozmiar pliku skanu może wynosić do około 100 megabajtów dla nieskompresowanego 24-bitowego obrazu o rozdzielczości 600 DPI 23 x 28 cm (9"x11") (nieco większego niż papier A4 ) . Zeskanowane pliki muszą być przesyłane i przechowywane. Skanery mogą wygenerować taką ilość danych w ciągu kilku sekund, dzięki czemu pożądane jest szybkie połączenie.

Skanery komunikują się z komputerem hosta za pomocą jednego z następujących interfejsów fizycznych, wymieniając mniej więcej od wolnego do szybkiego:

  • Port równoległy — łączenie przez port równoległy jest najwolniejszą powszechną metodą przesyłania. Wczesne skanery miał równoległe połączenia portów, które nie może przekazać dane szybciej niż 70 kilobajtów / sekundy . Podstawową zaletą połączenia portu równoległego była ekonomia i poziom umiejętności użytkownika: unikano dodawania karty interfejsu do komputera.
  • GPIB — magistrala interfejsów ogólnego przeznaczenia. Niektóre skanery perkusyjne, takie jak Howtek D4000, posiadały zarówno interfejs SCSI, jak i GPIB. Ten ostatni jest zgodny ze standardem IEEE-488, wprowadzonym w połowie lat 70-tych. Interfejs GPIB był używany tylko przez kilku producentów skanerów, głównie obsługujących środowisko DOS/Windows. W przypadku systemów Apple Macintosh firma National Instruments dostarczyłakartę interfejsu NuBus GPIB.
  • Small Computer System Interface (SCSI) , rzadko używany od początku XXI wieku, obsługiwany tylko przez komputery z interfejsem SCSI, na karcie lub wbudowane. Podczas ewolucji standardu SCSI prędkości wzrosły. Powszechnie dostępne i łatwe w konfiguracji USB i Firewire w dużej mierze wyparły SCSI.
  • Skanery Universal Serial Bus (USB) mogą szybko przesyłać dane. Wczesny standard USB 1.1 mógł przesyłać dane z szybkością 1,5 megabajta na sekundę (wolniej niż SCSI), ale późniejsze standardy USB 2.0/3.0 mogą w praktyce przesyłać dane z szybkością ponad 20/60 megabajtów na sekundę.
  • FireWire lub IEEE-1394 to interfejs o prędkości porównywalnej do USB 2.0. Możliwe prędkości FireWire to 25, 50 i 100, 400 i 800 megabitów na sekundę, ale urządzenia mogą nie obsługiwać wszystkich prędkości.
  • Zastrzeżone interfejsy były używane w niektórych wczesnych skanerach, które używały zastrzeżonej karty interfejsu zamiast standardowego interfejsu.

Pośrednie (sieciowe) połączenie z komputerem

Na początku lat 90. profesjonalne skanery płaskie były dostępne w lokalnej sieci komputerowej . Okazało się to przydatne dla wydawców, drukarni itp. Ta funkcja w dużej mierze wyszła z użycia, ponieważ koszt płaskich skanerów został zredukowany na tyle, że udostępnianie nie jest już konieczne.

Od 2000 r. dostępne stały się wielofunkcyjne urządzenia typu „wszystko w jednym”, które były odpowiednie zarówno dla małych biur, jak i dla konsumentów, z możliwością drukowania, skanowania, kopiowania i faksowania w jednym urządzeniu, które można udostępnić wszystkim członkom grupy roboczej.

Przenośne skanery zasilane bateryjnie przechowują skany w pamięci wewnętrznej; można je później przenieść do komputera przez bezpośrednie połączenie, zwykle USB, lub w niektórych przypadkach kartę pamięci można wyjąć ze skanera i podłączyć do komputera.

Interfejs programowania aplikacji

Aplikacja do malowania, taka jak GIMP lub Adobe Photoshop, musi komunikować się ze skanerem. Istnieje wiele różnych skanerów, a wiele z nich korzysta z różnych protokołów. W celu uproszczenia programowania aplikacji opracowano interfejsy programowania aplikacji („API”). API przedstawia jednolity interfejs do skanera. Oznacza to, że aplikacja nie musi znać konkretnych szczegółów skanera, aby uzyskać do niego bezpośredni dostęp. Na przykład Adobe Photoshop obsługuje standard TWAIN ; dlatego teoretycznie Photoshop może pobrać obraz z dowolnego skanera, który ma sterownik TWAIN.

W praktyce często występują problemy z komunikacją aplikacji ze skanerem. Albo aplikacja, albo producent skanera (lub obaj) mogą mieć błędy w implementacji API.

Zazwyczaj API jest zaimplementowane jako biblioteka połączona dynamicznie . Każdy producent skanera dostarcza oprogramowanie, które tłumaczy wywołania procedur API na prymitywne polecenia, które są wysyłane do kontrolera sprzętowego (takiego jak kontroler SCSI, USB lub FireWire). Część API producenta jest powszechnie nazywana sterownikiem urządzenia , ale to określenie nie jest ściśle dokładne: API nie działa w trybie jądra i nie ma bezpośredniego dostępu do urządzenia. Zamiast tego biblioteka API skanera tłumaczy żądania aplikacji na żądania sprzętowe.

Typowe interfejsy API oprogramowania skanera:

SANE (sane) jest wolna / open-source API dostępu do skanerów. Pierwotnie opracowany dla systemów operacyjnych Unix i Linux , został przeniesiony do systemów OS/2 , Mac OS X i Microsoft Windows . W przeciwieństwie do TWAIN, SANE nie obsługuje interfejsu użytkownika. Pozwala to na skanowanie wsadowe i przejrzysty dostęp do sieci bez specjalnego wsparcia ze strony sterownika urządzenia.

TWAIN jest używany przez większość skanerów. Pierwotnie używany w sprzęcie niskiej klasy i do użytku domowego, obecnie jest szeroko stosowany do skanowania dużych nakładów.

ISIS (Specyfikacja interfejsu obrazu i skanera) stworzona przez Pixel Translations, która nadal używa SCSI-II ze względu na wydajność, jest używana przez duże maszyny o skali wydziałowej.

WIA (Windows Image Acquisition) to interfejs API dostarczany przez firmę Microsoft do użytku w systemie Microsoft Windows .

Dołączone aplikacje

Chociaż żadne oprogramowanie poza narzędziem do skanowania nie jest funkcją żadnego skanera, wiele skanerów jest dostarczanych z oprogramowaniem. Zazwyczaj oprócz narzędzia do skanowania dostarczane są niektóre aplikacje do edycji obrazów (takie jak Adobe Photoshop ) oraz oprogramowanie do optycznego rozpoznawania znaków (OCR). Oprogramowanie OCR konwertuje graficzne obrazy tekstu na standardowy tekst, który można edytować za pomocą popularnego oprogramowania do przetwarzania tekstu i edycji tekstu; dokładność rzadko jest doskonała.

Dane wyjściowe

Niektóre skanery, zwłaszcza te przeznaczone do skanowania dokumentów drukowanych, działają tylko w trybie czarno-białym, ale większość nowoczesnych skanerów działa w kolorze. W przypadku tych ostatnich zeskanowany wynik to nieskompresowany obraz RGB, który można przenieść do pamięci komputera. Efekty kolorystyczne różnych skanerów nie są takie same ze względu na reakcję spektralną ich elementów detekcyjnych, charakter ich źródła światła oraz korekcję zastosowaną przez oprogramowanie skanujące. Podczas gdy większość przetworników obrazu ma odpowiedź liniową, wartości wyjściowe są zwykle skompresowane gamma . Niektóre skanery kompresują i czyszczą obraz przy użyciu wbudowanego oprogramowania układowego . Po umieszczeniu na komputerze obraz może być przetwarzany w programie do grafiki rastrowej (takim jak Adobe Photoshop lub GIMP ) i zapisany na urządzeniu pamięci masowej (takim jak dysk twardy ).

Obrazy są zwykle przechowywane na dysku twardym . Obrazy są zwykle przechowywane w formatach graficznych, takich jak nieskompresowana mapa bitowa , „bezstratna” (bezstratna) skompresowany plik TIFF i PNG oraz „stratna” skompresowany plik JPEG . Dokumenty najlepiej przechowywać w formacie TIFF lub PDF ; JPEG jest szczególnie nieodpowiedni dla tekstu. Oprogramowanie do optycznego rozpoznawania znaków (OCR) umożliwia konwersję zeskanowanego obrazu tekstu na tekst edytowalny z rozsądną dokładnością, pod warunkiem, że tekst jest czysto wydrukowany i pisany czcionką i rozmiarem, który może być odczytany przez oprogramowanie. Funkcja OCR może być zintegrowana z oprogramowaniem skanującym lub zeskanowany plik obrazu może być przetwarzany za pomocą oddzielnego programu OCR.

Przetwarzanie dokumentów

Skaner dokumentów

Wymagania dotyczące obrazowania dokumentów różnią się od wymagań dotyczących skanowania obrazów. Wymagania te obejmują szybkość skanowania, automatyczne podawanie papieru oraz możliwość automatycznego skanowania zarówno przedniej, jak i tylnej strony dokumentu. Z drugiej strony, skanowanie obrazów zazwyczaj wymaga umiejętności obsługi delikatnych lub trójwymiarowych obiektów, a także skanowania w znacznie wyższej rozdzielczości.

Skanery dokumentów mają podajniki dokumentów , zwykle większe niż te, które czasami znajdują się w kopiarkach lub skanerach uniwersalnych. Skany są wykonywane z dużą szybkością, od 20 do 280 lub 420 stron na minutę, często w skali szarości, chociaż wiele skanerów obsługuje kolor. Wiele skanerów może skanować obie strony dwustronnych oryginałów (działanie dwustronne). Zaawansowane skanery dokumentów mają oprogramowanie układowe lub oprogramowanie, które czyści skany tekstu podczas ich tworzenia, eliminując przypadkowe ślady i rodzaj wyostrzania; byłoby to niedopuszczalne w przypadku prac fotograficznych, gdzie znaków nie można wiarygodnie odróżnić od pożądanych drobnych szczegółów. Tworzone pliki są kompresowane w trakcie ich tworzenia.

Używana rozdzielczość wynosi zwykle od 150 do 300 dpi , chociaż sprzęt może obsługiwać rozdzielczość 600 lub wyższą; w ten sposób powstają obrazy tekstu wystarczająco dobre do odczytania i optycznego rozpoznawania znaków (OCR), bez większych wymagań dotyczących przestrzeni dyskowej wymaganej przez obrazy o wyższej rozdzielczości.

Ministerstwo Kultury, Sportu i Turystyki Republiki Korei wydał interpretację w czerwcu 2011 roku, że jest to naruszenie prawa autorskiego do skanowania książek przez osobę trzecią, która nie jest posiadaczem praw autorskich lub właściciel książka. Dlatego w Korei Południowej właściciele książek odwiedzają „Scan Room”, aby samodzielnie skanować książki.

Skany dokumentów są często przetwarzane przy użyciu technologii OCR w celu utworzenia edytowalnych i przeszukiwalnych plików. Większość skanerów używa sterowników urządzeń ISIS lub TWAIN do skanowania dokumentów do formatu TIFF , dzięki czemu zeskanowane strony mogą być podawane do systemu zarządzania dokumentami, który zajmie się archiwizacją i odzyskiwaniem zeskanowanych stron. Stratna kompresja JPEG, która jest bardzo wydajna w przypadku obrazów, jest niepożądana w przypadku dokumentów tekstowych, ponieważ ukośne proste krawędzie mają postrzępiony wygląd, a jednolity czarny (lub inny kolor) tekst na jasnym tle dobrze się kompresuje w przypadku formatów kompresji bezstratnej.

Podczas gdy podawanie papieru i skanowanie może odbywać się automatycznie i szybko, przygotowanie i indeksowanie są konieczne i wymagają wiele pracy ze strony ludzi. Przygotowanie obejmuje ręczną kontrolę dokumentów do zeskanowania i upewnienie się, że są one w porządku, rozłożone, bez zszywek lub czegokolwiek, co mogłoby zaciąć skaner. Ponadto niektóre branże, takie jak prawnicza i medyczna, mogą wymagać, aby dokumenty posiadały numerację Bates lub inny znak podający numer identyfikacyjny dokumentu oraz datę/godzinę skanowania dokumentu.

Indeksowanie polega na kojarzeniu odpowiednich słów kluczowych z plikami, aby można je było pobrać według treści. Proces ten można czasami w pewnym stopniu zautomatyzować, ale często wymaga pracy ręcznej wykonywanej przez pracowników zajmujących się wprowadzaniem danych . Jedną z powszechnych praktyk jest stosowanie technologii rozpoznawania kodów kreskowych : podczas przygotowywania arkusze kodów kreskowych z nazwami folderów lub informacjami o indeksie są wstawiane do plików dokumentów, folderów i grup dokumentów. Za pomocą automatycznego skanowania wsadowego dokumenty są zapisywane w odpowiednich folderach, a tworzony jest indeks do integracji z systemami zarządzania dokumentami .

Specjalistyczną formą skanowania dokumentów jest skanowanie książek . Trudności techniczne wynikają z tego, że książki są zwykle oprawiane, a czasem kruche i niezastąpione, ale niektórzy producenci opracowali specjalistyczne maszyny, aby sobie z tym poradzić. Często do zautomatyzowania procesu przewracania i skanowania stron wykorzystywane są specjalne mechanizmy robotyczne .

Skanery do aparatów do dokumentów

Kamera dokumentacyjna sceyeX.

Inną kategorią skanera dokumentów jest kamera dokumentacyjna . Przechwytywanie obrazów za pomocą kamer dokumentacyjnych różni się od skanerów płaskich i skanerów z automatycznym podajnikiem dokumentów (ADF) tym, że do skanowania obiektu nie są wymagane żadne ruchome części. Tradycyjnie albo pręt oświetlenia/reflektora wewnątrz skanera musi być przesuwany nad dokumentem (np. w przypadku skanera płaskiego), albo dokument musi być przesuwany nad prętem (np. w przypadku skanerów z podajnikiem) w celu utworzenia skanu całości obraz. Kamery dokumentacyjne rejestrują cały dokument lub obiekt w jednym kroku, zwykle natychmiast. Zazwyczaj dokumenty są umieszczane na płaskiej powierzchni, zwykle na biurku, pod obszarem przechwytywania kamery dokumentacyjnej. Proces przechwytywania całej powierzchni naraz ma tę zaletę, że wydłuża czas reakcji na przepływ pracy skanowania. Po przechwyceniu obrazy są zwykle przetwarzane za pomocą oprogramowania, które może poprawić obraz i wykonać takie zadania, jak automatyczne obracanie, przycinanie i prostowanie.

Nie jest wymagane, aby skanowane dokumenty lub przedmioty miały kontakt z kamerą dokumentacyjną, co zwiększa elastyczność rodzajów dokumentów, które można skanować. Obiekty, które wcześniej były trudne do zeskanowania za pomocą konwencjonalnych skanerów, można teraz wykonać za pomocą jednego urządzenia. Dotyczy to w szczególności dokumentów o różnych rozmiarach i kształtach, zszytych, w folderach lub zgiętych/zgniecionych, które mogą się zaciąć w skanerze podającym. Inne przedmioty to książki, czasopisma, paragony, listy, bilety itp. Żadne ruchome części nie mogą również wyeliminować potrzeby konserwacji, co jest uwzględnione w całkowitym koszcie posiadania , który obejmuje ciągłe koszty operacyjne skanerów.

Wydłużony czas reakcji podczas skanowania ma również zalety w dziedzinie skanowania kontekstowego. Skanery ADF, choć bardzo szybkie i bardzo dobre w skanowaniu wsadowym, wymagają również wstępnego i końcowego przetwarzania dokumentów. Kamery dokumentacyjne można zintegrować bezpośrednio z przepływem pracy lub procesem, na przykład z kasjerem w banku. Dokument jest skanowany bezpośrednio w kontekście klienta, w którym ma zostać umieszczony lub wykorzystany. W takich sytuacjach zaletą jest czas reakcji. Kamery dokumentacyjne zwykle wymagają również niewielkiej ilości miejsca i często są przenośne.

Podczas gdy skanowanie za pomocą kamer dokumentacyjnych może mieć krótki czas reakcji, duże ilości skanowania wsadowego równych, niezszytych dokumentów jest bardziej wydajne w przypadku skanera ADF. Istnieją wyzwania stojące przed tego rodzaju technologią dotyczące czynników zewnętrznych (takich jak oświetlenie), które mogą mieć wpływ na wyniki skanowania. Sposób, w jaki te problemy są rozwiązywane, w dużej mierze zależy od zaawansowania produktu i tego, jak radzi sobie z tymi problemami.

Czyszczenie na podczerwień

Czyszczenie podczerwienią to technika stosowana do usuwania skutków kurzu i zadrapań na obrazach skanowanych z kliszy; wiele nowoczesnych skanerów zawiera tę funkcję. Działa poprzez skanowanie filmu światłem podczerwonym; barwniki w typowych emulsjach kolorowych folii są przezroczyste dla światła podczerwonego, ale kurz i rysy nie są i blokują podczerwień; oprogramowanie skanera może wykorzystywać informacje w zakresie widzialnym i podczerwieni do wykrywania zadrapań i przetwarzania obrazu w celu znacznego zmniejszenia ich widoczności, biorąc pod uwagę ich położenie, rozmiar, kształt i otoczenie.

Producenci skanerów zwykle mają własną nazwę dołączoną do tej techniki. Na przykład Epson , Minolta , Nikon , Konica Minolta , Microtek i inne używają Digital ICE , podczas gdy Canon korzysta z własnego systemu FARE (Film Automatic Retouching and Enhancement system). Plustek korzysta z technologii LaserSoft Imaging iSRD . Niektórzy niezależni programiści projektują narzędzia do czyszczenia na podczerwień.

Inne zastosowania

Skanery płaskie są używane jako cyfrowe plecy do wielkoformatowych aparatów fotograficznych do tworzenia cyfrowych obrazów o wysokiej rozdzielczości statycznych obiektów. Zmodyfikowany skaner płaski został wykorzystany do dokumentacji i oceny ilościowej chromatogramów cienkowarstwowych wykrytych przez wygaszanie fluorescencji na warstwach żelu krzemionkowego zawierających wskaźnik ultrafioletowy (UV). „ChromImage” jest podobno pierwszym komercyjnym densytometrem ze skanerem płaskim . Umożliwia akwizycję obrazów płytek TLC i kwantyfikację chromatogramów za pomocą oprogramowania Galaxie-TLC. Oprócz przekształcenia w densytometry, skanery płaskie zostały również przekształcone w kolorymetry przy użyciu różnych metod. Trichromatic Color Analyzer jest rzekomo pierwszym dystrybuowalnym systemem wykorzystującym skaner płaski jako trójchromatyczne urządzenie kolorymetryczne.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki