Сканер изображений (часто сокращенно просто сканер ) — это устройство, которое оптически сканирует изображения, печатный текст, рукописный текст или объект и преобразует его в цифровое изображение . Наиболее распространенным типом сканера, используемым в офисах и дома, является планшетный сканер , в котором документ помещается на стеклянное окно для сканирования. Листовой сканер , который перемещает страницу по датчику изображения с помощью ряда роликов, может использоваться для сканирования одного документа за раз или нескольких, как в автоматическом податчике документов . Ручной сканер — это портативная версия сканера изображений, которую можно использовать на любой плоской поверхности. Сканы обычно загружаются на компьютер , к которому подключен сканер, хотя некоторые сканеры могут сохранять сканы на автономных флэш-носителях (например, картах памяти и USB-накопителях ).
Современные сканеры обычно используют прибор с зарядовой связью (ПЗС) или контактный датчик изображения (КИС) в качестве датчика изображения, тогда как барабанные сканеры , разработанные ранее и до сих пор используемые для максимально возможного качества изображения, используют фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) в качестве датчика изображения. Документ-камеры , которые используют обычные или специализированные камеры высокого разрешения, фотографируют все документы одновременно.
Сканеры изображений считаются преемниками ранних факсимильных (факсимильных) аппаратов. [1] : 2 Самая ранняя попытка создания факсимильного аппарата была запатентована в 1843 году шотландским часовщиком Александром Бейном, но так и не была запущена в производство. В его конструкции металлический стилус, соединенный с маятником, сканирует медную пластину с рельефным изображением. Когда стилус касается рельефной части пластины, он посылает импульс по паре проводов на приемник, содержащий электрод, соединенный с другим маятником. Лист бумаги, пропитанный электрохимически чувствительным раствором, находится под электродом и меняет цвет всякий раз, когда импульс достигает электрода. Шестерня продвигает медную пластину и бумагу в тандеме с каждым колебанием маятника; со временем результатом становится идеальное воспроизведение медной пластины. В системе Бейна критически важно, чтобы маятники приемопередатчика и приемника находились в идеальном шаге, иначе воспроизводимое изображение будет искажено. [2] [3]
В 1847 году английский физик Фредерик Бейквелл разработал первый рабочий факсимильный аппарат. Аппарат Бейквелла был похож на аппарат Бэйна, но использовал вращающийся барабан, покрытый фольгой, с непроводящими чернилами, нарисованными на фольге, и стилус, который сканирует барабан и посылает импульс по паре проводов, когда он касается проводящей точки на фольге. Приемник содержит электрод, который касается листа химически обработанной бумаги, которая меняет цвет, когда электрод получает импульс; результатом является обратное контрастное (белое на синем) воспроизведение исходного изображения. Факсимильный аппарат Бейквелла был немного более успешным, чем аппарат Бэйна, но страдал от тех же проблем с синхронизацией. В 1862 году Джованни Казелли решил эту проблему с помощью пантелеграфа , первого факсимильного аппарата, введенного в эксплуатацию. В значительной степени основанный на конструкции Бэйна, он обеспечивал полную синхронизацию путем размещения маятников как приемопередатчика, так и приемника между двумя магнитными регуляторами, которые намагничиваются с каждым колебанием маятника и размагничиваются, когда маятник достигает максимума и минимума каждого колебания. [4]
В 1893 году американский инженер Элиша Грей представил телеавтограф , первый широко коммерчески успешный факсимильный аппарат, который использовал тяговые стержни, транслирующие движение по осям x и y на приемнике, чтобы сканировать ручку по бумаге и ударять по ней только тогда, когда он приводился в действие стилусом, движущимся по барабану приемопередатчика. Поскольку он мог использовать обычную канцелярскую бумагу, он стал популярен в бизнесе и больницах. [4] В 1902 году немецкий инженер Артур Корн представил фототелеавтограф, факсимильный аппарат, который использовал светочувствительный селеновый элемент для сканирования бумаги для копирования, вместо того, чтобы полагаться на металлический барабан и стилус. Он был даже более коммерчески успешен, чем аппарат Грея, и стал основой для телефотоаппаратов , используемых газетами по всему миру с начала 1900-х годов. [3]
Александр Мюррей и Ричард Морзе изобрели и запатентовали первый аналоговый цветной сканер в Eastman Kodak в 1937 году. Предназначенный для разделения цветов на печатных станках , их машина представляла собой аналоговый барабанный сканер , который отображал цветной диапозитив , установленный в барабане, с источником света, размещенным под пленкой, и тремя фотоэлементами с красным, зеленым и синим цветными фильтрами, считывающими каждую точку на диапозитиве, чтобы преобразовать изображение в три электронных сигнала. В первоначальной конструкции Мюррея и Морзе барабан был соединен с тремя токарными станками , которые вытравливали голубые, пурпурные и желтые (CMY) полутоновые точки непосредственно на трех офсетных цилиндрах. Права на патент были проданы Printing Developments Incorporated (PDI) в 1946 году, которая усовершенствовала конструкцию, используя фотоумножительную трубку для отображения точек на негативе, что производило усиленный сигнал, который затем подавался на специализированный компьютер, который обрабатывал сигналы RGB в скорректированные по цвету значения голубого, пурпурного, желтого и черного (CMYK). Обработанные сигналы затем отправляются на четыре токарных станка, которые вытравливают полутоновые точки CMYK на офсетных цилиндрах. [5] [6]
В 1948 году Артур Харди из Interchemical Corporation и Ф. Л. Вюрцбург из Массачусетского технологического института изобрели первый аналоговый цветной планшетный сканер изображений [7] , предназначенный для изготовления цветных литографических пластин с коррекцией цвета с цветного негатива. В этой системе три цветоделенные пластины (со значениями CMY) готовятся из цветного негатива с помощью точечного травления и помещаются в платформу сканера. Над каждой пластиной жестко закреплены равноудаленные проекторы светового луча , которые фокусируют луч света на один угол пластины. Вся платформа со всеми тремя пластинами движется горизонтально, вперед и назад, чтобы достичь противоположных углов пластины; с каждым горизонтальным колебанием платформы платформа перемещается на одну ступень вниз, чтобы покрыть всю вертикальную область пластины. Пока это происходит, луч света, сфокусированный на заданной точке на пластине, отражается и отражается на фотоэлемент, расположенный рядом с проектором. Каждый фотоэлемент подключается к аналоговому процессору изображений , который оценивает отражательную способность объединенных значений CMY с использованием уравнений Нейгебауэра и выводит сигнал на световой проектор, парящий над четвертой, неэкспонированной литографической пластиной. Эта пластина получает цветокорректированную, непрерывно тоновую точечную травку либо голубого, либо пурпурного, либо желтого значений. Четвертая пластина заменяется другой неэкспонированной пластиной, и процесс повторяется до тех пор, пока не будут получены три цветокорректированные пластины голубого, пурпурного и желтого цветов. В 1950-х годах Radio Corporation of America (RCA) взяла патент Харди и Вюрцбурга и заменила конструкцию проектора и фотоэлемента на трубку видеокамеры, фокусирующуюся на одной точке пластины. [5] [6]
Первой цифровой системой формирования изображений была система Bartlane в 1920 году. Названная в честь пары, которая ее изобрела, Гарри Г. Бартоломью и Мейнарда Д. Макфарлейна, система Bartlane использовала цинковые пластины , на которых протравлено изображение с негатива пленки, проецируемое на пяти различных уровнях экспозиции, чтобы соответствовать пяти уровням квантования. Все пять пластин прикреплены к длинному вращающемуся цилиндру с двигателем, с пятью равноудаленными контактами, сканирующими каждую пластину в одном и том же начальном положении. Система Bartlane изначально использовалась исключительно по телеграфу, с пятибитным кодом Бодо, используемым для передачи цифрового изображения в оттенках серого . В 1921 году система была модифицирована для автономного использования, с пятибитным перфоратором бумажной ленты, пробивающим отверстия в зависимости от того, соединены ли ее соединения с контактами или нет. Результатом было сохраненное цифровое изображение с пятью уровнями серого. Воспроизведение изображения достигалось с помощью лампы, проходящей над пробитыми отверстиями, экспонирующей пять различных интенсивностей света на негатив пленки. [1] [8]
Первым сканером, сохранявшим изображения в цифровом виде на компьютере, был барабанный сканер, созданный в 1957 году в Национальном бюро стандартов (NBS, позже NIST) группой под руководством Рассела А. Кирша . Он использовал фотоумножительную трубку для обнаружения света в заданной точке и выдавал усиленный сигнал, который компьютер мог считывать и сохранять в памяти. В то время основным компьютером был мэйнфрейм SEAC ; максимальное горизонтальное разрешение, которое SEAC мог обрабатывать, составляло 176 пикселей. Первым изображением, когда-либо отсканированным на этой машине, была фотография трехмесячного сына Кирша, Уолдена. [1] [9]
В 1969 году Dacom представила факсимильный аппарат 111, который был первым цифровым факсимильным аппаратом, использовавшим сжатие данных с использованием бортового компьютера. Он использовал планшетную конструкцию с непрерывной подачей, способную сканировать вплоть до формата Letter в 1-битном монохромном режиме (черно-белом). [10] [11]
Первым планшетным сканером, использовавшимся для цифровой обработки изображений , был Autokon 8400, представленный ECRM Inc., дочерней компанией AM International , в 1975 году. [12] [13] [14] Autokon 8400 использовал лазерный луч для сканирования страниц размером до 11 на 14 дюймов с максимальным разрешением 1000 линий на дюйм. Хотя он был способен сканировать только в 1-битном монохромном режиме, встроенный процессор был способен на полутоновую обработку, нерезкое маскирование , регулировку контрастности и анаморфные искажения , среди прочих функций. [14] [15] : 53 Autokon 8400 можно было подключить либо к пленочному рекордеру для создания негатива для производства пластин, либо к мэйнфрейму или мини-компьютеру для дальнейшей обработки изображений и цифрового хранения. [15] : 53 [16] Autokon 8400 широко использовался в газетах — ECRM поставила 1000 единиц газетным издателям к 1985 году [13] — но его ограниченное разрешение и максимальный размер сканирования сделали его непригодным для коммерческой печати. В 1982 году ECRM представила Autokon 8500, способный сканировать до 1200 строк на дюйм. Четыре конкурента ECRM представили коммерческие планшетные сканеры в том же году, включая Scitex , Agfa-Gevaert и Linotype-Hell , все из которых были способны сканировать большие отпечатки с более высоким разрешением. [12]
В 1977 году Рэймонд Курцвейл из своей стартап-компании Kurzweil Computer Products выпустил читающую машину Kurzweil, которая была первым планшетным сканером с элементом формирования изображения на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС). [17] [18] Читающая машина Kurzweil была изобретена для того, чтобы помочь слепым людям читать книги, которые не были переведены на шрифт Брайля . Она состояла из сканера изображений и мини-компьютера Data General Nova — последний выполнял обработку изображений, оптическое распознавание символов (OCR) и синтез речи . [17]
Первые сканеры для персональных компьютеров появились в середине 1980-х годов, начиная с ThunderScan для Macintosh в декабре 1984 года. [19] Разработанный Энди Херцфельдом и выпущенный Thunderware Inc., ThunderScan содержит специализированный датчик изображения, встроенный в пластиковый корпус той же формы, что и картридж с красящей лентой принтера ImageWriter компании Apple . ThunderScan вставляется в держатель ленты ImageWriter и подключается как к ImageWriter, так и к Macintosh одновременно. Каретка ImageWriter, управляемая ThunderScan, движется слева направо, сканируя одну строку с разрешением 200 dpi (точек на дюйм) за раз, при этом возврат каретки служит для продвижения сканера вниз по отпечатку для сканирования. ThunderScan был первым сканером Macintosh и хорошо продавался, но работал очень медленно и был способен сканировать отпечатки только в однобитном монохромном режиме. [20] [21] В 1999 году компания Canon реализовала эту идею, выпустив картридж IS-22, который подходил для ее струйных принтеров и превращал их в сканеры с листовой подачей. [22]
В начале 1985 года был выпущен первый планшетный сканер для IBM PC , Datacopy Model 700. Основанная на элементе формирования изображения CCD, Model 700 была способна сканировать документы формата Letter с максимальным разрешением 200 точек на дюйм в монохромном режиме 1 бит. Model 700 поставлялась со специальной интерфейсной картой для подключения к ПК, а также для Model 700 продавалась дополнительная карта программного обеспечения OCR и программный пакет. [21] [15] : 69 [23] В апреле 1985 года LaserFAX Inc. представила первый цветной планшетный сканер на основе CCD, SpectraSCAN 200, для IBM PC. SpectraSCAN 200 работал, помещая цветные фильтры на CCD и выполняя четыре прохода (три для каждого основного цвета и один для черного) за сканирование для создания цветопередачи. SpectraSCAN 200 потребовалось от двух до трех минут, чтобы отсканировать отпечаток формата Letter с разрешением 200 точек на дюйм; его аналогу в оттенках серого, DS-200, потребовалось всего 30 секунд, чтобы отсканировать изображение того же размера и разрешения. [24] [25]
Первый относительно доступный планшетный сканер для персональных компьютеров появился в феврале 1987 года с моделью ScanJet компании Hewlett-Packard , которая была способна сканировать 4-битные (64 оттенка) изображения в оттенках серого с максимальным разрешением 300 точек на дюйм. [26] [27] К началу 1988 года на ScanJet приходилось 27 процентов всех продаж сканеров в долларовом выражении, согласно Gartner Dataquest . [28] В феврале 1989 года компания представила ScanJet Plus, который увеличил глубину цвета до 8 бит (256 оттенков), при этом стоимость была всего на 200 долларов США больше, чем у оригинального ScanJet за 1990 долларов (что эквивалентно 4891 доллару США в 2023 году). [27] Это привело к значительному падению цен на сканеры в оттенках серого с эквивалентными или меньшими характеристиками на рынке. [29] Количество сторонних разработчиков, выпускающих программное обеспечение и оборудование, поддерживающее эти сканеры, в свою очередь, резко возросло, эффективно популяризируя сканер для пользователей персональных компьютеров. [27] [30] К 1999 году стоимость среднего цветного сканера упала до 300 долларов (что эквивалентно 549 долларам в 2023 году). В том же году Computer Shopper объявил 1999 год «годом, когда сканеры наконец стали массовым товаром». [31]
Планшетный сканер — это тип сканера, который имеет стеклянную поверхность ( пластину ), на которой объект сканирования лежит неподвижно. Сканирующий элемент движется вертикально из-под стекла, сканируя либо всю поверхность пластины, либо заранее определенную часть. Программное обеспечение драйвера для большинства планшетных сканеров позволяет пользователям предварительно сканировать свои документы — по сути, делать быстрый проход с низким разрешением по документу, чтобы оценить, какая область документа должна быть отсканирована (если не весь документ), перед сканированием с более высоким разрешением. Некоторые планшетные сканеры включают в себя механизмы подачи листов, называемые автоматическими податчиками документов (АПД), которые используют тот же сканирующий элемент, что и планшетная часть. [32] [33]
Этот тип сканера иногда называют отражательным сканером , потому что он работает, освещая белым светом объект сканирования и считывая интенсивность и цвет света, который отражается от него, обычно по одной строке за раз. Они предназначены для сканирования отпечатков или других плоских, непрозрачных материалов, но некоторые из них имеют доступные адаптеры прозрачности, которые — по ряду причин — в большинстве случаев не очень хорошо подходят для сканирования пленки. [34]
.jpg/1280px-ScanSnap_iX500_029_(8703118513).jpg)
Листовой сканер, также известный как устройство подачи документов, [35] представляет собой тип сканера, который использует ролики с электроприводом для перемещения одного листа бумаги за раз мимо неподвижного сканирующего элемента (двух сканирующих элементов в случае сканеров с функцией двусторонней печати). [36] [37] В отличие от планшетных сканеров, листовые сканеры не оборудованы для сканирования переплетенных материалов, таких как книги или журналы, и не подходят для материалов толще обычной бумаги для принтера. [36] [38] Некоторые листовые сканеры, называемые автоматическими податчиками документов (АПД), способны сканировать несколько листов за один сеанс, [39] [40] хотя другие принимают только одну страницу за раз. [37] Некоторые листовые сканеры портативны, работают от батарей и имеют собственное хранилище, в конечном итоге передавая сохраненные сканы на компьютер. [37]
Ручной сканер — это тип сканера, который необходимо вручную перетаскивать или золотить рукой по поверхности сканируемого объекта. Сканирование документов таким образом требует твердой руки, так как неравномерная скорость сканирования приводит к искажению изображений. [41] Некоторые ручные сканеры имеют индикаторную лампу на сканере для этой цели, которая срабатывает, если пользователь перемещает сканер слишком быстро. [42] Обычно у них есть по крайней мере одна кнопка, которая запускает сканирование при нажатии; пользователь удерживает ее в течение всего сканирования. Некоторые другие ручные сканеры имеют переключатели для установки оптического разрешения , а также ролик, который генерирует тактовый импульс для синхронизации с компьютером. [43] [44] Старые ручные сканеры были монохромными и излучали свет от массива зеленых светодиодов для подсветки изображения; более поздние сканируют в монохромном или цветном режиме по желанию. [45] Ручной сканер также может иметь небольшое окошко, через которое можно было просматривать сканируемый документ. Поскольку ручные сканеры намного уже, чем большинство обычных размеров документов или книг, программному обеспечению (или конечному пользователю) необходимо было объединить несколько узких «полосок» отсканированных документов для создания готовой статьи. [43] [46]
Недорогие, портативные, работающие от батареек или USB сканеры-палочки и сканеры-ручки, обычно способные сканировать область шириной с обычную букву и намного длиннее, остаются доступными по состоянию на 2024 год [обновлять]. [47] [48] [49] Некоторые компьютерные мыши также могут сканировать документы. [50]
Барабанный сканер — это тип сканера, который использует прозрачный вращающийся цилиндр (барабан), приводимый в движение двигателем, на котором отпечаток, негативная пленка, прозрачная пленка или любой другой плоский объект прикрепляются клейкой лентой или иным образом закрепляются. Луч света либо проецируется мимо, либо отражается от сканируемого материала на ряд зеркал, которые фокусируют луч на фотоумножительную трубку (ФЭУ) барабанного сканера. После одного оборота луч света перемещается на одну ступень вниз. При сканировании прозрачных носителей, таких как негативы, световой луч направляется изнутри цилиндра на носитель; при сканировании непрозрачных предметов световой луч сверху отражается от поверхности носителя. Если присутствует только один ФЭУ, для полноцветного сканирования RGB требуются три прохода изображения. Если присутствуют три ФЭУ, требуется только один проход. [51]
Фотоэлектронные умножители барабанных сканеров обеспечивают превосходный динамический диапазон по сравнению с ПЗС-датчиками. По этой причине барабанные сканеры могут извлекать больше деталей из очень темных теневых областей прозрачной пленки, чем планшетные сканеры, использующие ПЗС-датчики. Меньший динамический диапазон ПЗС-датчиков (по сравнению с фотоэлектронными умножителями) может привести к потере деталей в тенях, особенно при сканировании очень плотной прозрачной пленки. [52] Барабанные сканеры также способны разрешать истинные детали свыше 10000 точек на дюйм, производя сканирование с более высоким разрешением, чем любой ПЗС-сканер. [51]
Сканер верхнего расположения — это тип сканера, который помещает сканирующий элемент в корпус на верхней части вертикальной стойки, парящей над документом или объектом для сканирования, который лежит неподвижно на открытой платформе. Chinon Industries запатентовала определенный тип сканера верхнего расположения, который использует вращающееся зеркало для отражения содержимого платформы на линейный ПЗС, в 1987 году. Хотя он очень гибкий — позволяя пользователям сканировать не только двухмерные отпечатки и документы, но и любые трехмерные объекты любого размера — конструкция Chinon требовала от пользователя обеспечения равномерного освещения объекта для сканирования и была более громоздкой в настройке. [53] [54] [55]
Более современный тип проекционного сканера — это документ-камера (также известная как видеосканер), которая использует цифровую камеру для захвата документа целиком. Большинство документ-камер выводят живое видео документа и обычно зарезервированы для показа документов живой аудитории, но они также могут использоваться в качестве замены сканерам изображений, захватывая один кадр вывода в виде файла изображения. Документ-камеры могут даже использовать те же API, что и сканеры при подключении к компьютерам. [56] Планетарный сканер — это тип документ-камеры с очень высоким разрешением, используемой для захвата определенных хрупких документов. [57] Книжный сканер — это еще один вид документ-камеры, объединяющий цифровую камеру с областью сканирования, определяемой ковриком, для помощи в сканировании книг. Некоторые более продвинутые модели книжных сканеров проецируют лазер на страницу для калибровки и программной коррекции перекоса. [58] [59]
.jpg/1280px-Reflecta_DigitDia_6000_Slide_Scanner_(1).jpg)
Сканер для плёнки , также известный как сканер слайдов или сканер прозрачности, представляет собой тип специализированного планшетного сканера, специально предназначенного для сканирования негативов плёнки и слайдов . Типичный сканер плёнки работает, пропуская узконаправленный луч света через плёнку и считывая интенсивность и цвет выходящего света. [34] Самые дешёвые специализированные сканеры плёнки можно купить менее чем за 50 долларов, и их может быть достаточно для скромных нужд. Оттуда они постепенно повышаются в ступенчатых уровнях качества и расширенных функциях до пятизначных цифр. [60]
Сканеры изображений обычно используются в сочетании с компьютером , который управляет сканером и сохраняет сканы. Небольшие портативные сканеры, как с листовой подачей, так и ручные, работающие от батарей и имеющие возможность хранения, доступны для использования вдали от компьютера; сохраненные сканы можно перенести позже. [47] Многие могут сканировать как небольшие документы, такие как визитные карточки и кассовые чеки , так и документы формата Letter. [47] [61]
Камеры с более высоким разрешением, установленные на некоторых смартфонах, могут производить сканы документов приемлемого качества, делая фотографию камерой телефона и обрабатывая ее с помощью приложения для сканирования, ряд которых доступен для большинства операционных систем телефонов , чтобы отбелить фон страницы, исправить искажение перспективы, чтобы форма прямоугольного документа была исправлена, преобразовать в черно-белый и т. д. Многие такие приложения могут сканировать многостраничные документы с последовательными экспозициями камеры и выводить их либо в виде одного файла, либо в виде многостраничных файлов. Некоторые приложения для сканирования смартфонов могут сохранять документы непосредственно в онлайн-хранилищах, таких как Dropbox и Evernote , отправлять по электронной почте или отправлять документы по факсу через шлюзы электронной почты на факс. [62]
Приложения для сканирования смартфонов можно условно разделить на три категории:
Сканеры, оснащенные сканирующими элементами с зарядовой связью (ПЗС), требуют сложной серии зеркал и линз для воспроизведения изображения, но результатом этой сложности является гораздо более высокое качество сканирования. Поскольку ПЗС имеют гораздо большую глубину резкости, они более снисходительны, когда дело доходит до сканирования документов, которые трудно идеально прижать к пластине (например, переплетенные книги). [63]
Сканеры, оснащенные сканирующими элементами контактного датчика изображения (CIS), разработаны для почти прямого контакта с документом, который будет сканироваться, и, таким образом, не требуют сложной оптики сканеров CCD. Однако их глубина резкости намного хуже, что приводит к размытому сканированию, если сканируемый документ не идеально прилегает к платтену. Поскольку датчики требуют гораздо меньше энергии, чем сканеры CCD, сканеры CIS могут быть изготовлены по низкой стоимости и, как правило, намного легче по весу и глубине, чем сканеры CCD. [63]
Сканеры, оснащенные фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), почти всегда являются барабанными сканерами . [51]
Цветные сканеры обычно считывают данные о цвете RGB (красный-зеленый-синий) с массива. Затем эти данные обрабатываются с помощью некоторого фирменного алгоритма для коррекции различных условий экспозиции и отправляются на компьютер через интерфейс ввода-вывода устройства (обычно USB, до которого в старых устройствах был SCSI или двунаправленный параллельный порт ).
Глубина цвета варьируется в зависимости от характеристик сканирующей матрицы, но обычно составляет не менее 24 бит. Высококачественные модели имеют глубину цвета 36-48 бит.
Другим квалификационным параметром для сканера является его разрешение , измеряемое в пикселях на дюйм (ppi), иногда более точно называемое выборками на дюйм (spi). Вместо того, чтобы использовать истинное оптическое разрешение сканера, единственный значимый параметр, производители любят ссылаться на интерполированное разрешение, которое намного выше благодаря программной интерполяции . По состоянию на 2009 год [обновлять], высококлассный планшетный сканер может сканировать до 5400 ppi, а барабанные сканеры имеют оптическое разрешение от 3000 до 24000 ppi.
Эффективное разрешение относится к истинному разрешению сканера и определяется с помощью тестовой таблицы разрешения. Эффективное разрешение большинства всех потребительских планшетных сканеров значительно ниже, чем оптическое разрешение, указанное производителем. [64]
Производители часто заявляют о разрешении интерполяции до 19200 ppi; однако такие цифры не несут в себе большой смысловой нагрузки, поскольку количество возможных интерполированных пикселей неограниченно, и это не увеличивает уровень детализации снимков.
Размер создаваемого файла увеличивается пропорционально квадрату разрешения; удвоение разрешения учетверяет размер файла . Необходимо выбрать разрешение, которое соответствует возможностям оборудования, сохраняет достаточно деталей и не создает файл чрезмерного размера. Размер файла можно уменьшить для заданного разрешения, используя методы сжатия с «потерями», такие как JPEG, за счет некоторого снижения качества. Если требуется наилучшее возможное качество, следует использовать сжатие без потерь; при необходимости из такого изображения можно создавать файлы с пониженным качеством и меньшим размером (например, изображение, предназначенное для печати на полной странице, и гораздо меньший файл для отображения как часть быстро загружаемой веб-страницы).
Чистота может быть снижена шумом сканера, оптическими бликами, плохим аналого-цифровым преобразованием, царапинами, пылью, кольцами Ньютона , датчиками вне фокуса, неправильной работой сканера и плохим программным обеспечением. Говорят, что барабанные сканеры создают самые чистые цифровые представления пленки, за ними следуют высококачественные сканеры пленки, которые используют более крупные датчики Kodak Tri-Linear.
Третий важный параметр для сканера — его динамический диапазон (также известный как диапазон плотности). Диапазон высокой плотности означает, что сканер способен регистрировать детали теней и детали яркости за одно сканирование. Плотность пленки измеряется по логарифмической шкале с основанием 10 и варьируется от 0,0 (прозрачная) до 5,0, около 16 ступеней. [65] Диапазон плотности — это пространство, занимаемое по шкале от 0 до 5, а Dmin и Dmax обозначают, где наименее плотные и наиболее плотные измерения на негативной или позитивной пленке. Диапазон плотности негативной пленки составляет до 3,6d, [65] в то время как динамический диапазон слайдовой пленки составляет 2,4d. [65] Диапазон плотности цветного негатива после обработки составляет 2,0d благодаря сжатию 12 ступеней в небольшой диапазон плотности. Dmax будет самым плотным на слайдовой пленке для теней и самым плотным на негативной пленке для светлых участков. Некоторые слайдовые пленки могут иметь Dmax, близкий к 4,0d при правильной экспозиции, как и черно-белая негативная пленка.
Планшетные фотосканеры потребительского уровня имеют динамический диапазон в диапазоне 2,0–3,0, что может быть недостаточным для сканирования всех типов фотопленки , так как Dmax может быть и часто составляет от 3,0d до 4,0d с традиционной черно-белой пленкой. Цветная пленка сжимает свои 12 стопов из возможных 16 стопов (широта пленки) всего в 2,0d пространства с помощью процесса связывания красителя и удаления всего серебра из эмульсии. Kodak Vision 3 имеет 18 стопов. Таким образом, цветная негативная пленка сканируется легче всего из всех типов пленок на самом широком диапазоне сканеров. Поскольку традиционная черно-белая пленка сохраняет изображение, создавая серебро после обработки, диапазон плотности может быть почти вдвое больше, чем у цветной пленки. Это затрудняет сканирование традиционной черно-белой пленки и требует сканера с динамическим диапазоном не менее 3,6d, но также и Dmax от 4,0d до 5,0d. Высококлассные (фотолабораторные) планшетные сканеры могут достигать динамического диапазона 3,7, а Dmax около 4,0d. Специализированные пленочные сканеры [66] имеют динамический диапазон от 3,0d до 4,0d. [65] Офисные сканеры документов могут иметь динамический диапазон менее 2,0d. [65] Барабанные сканеры имеют динамический диапазон 3,6–4,5.
Для сканирования пленки,Инфракрасная очистка — это метод, используемый для удаления эффектов пыли и царапин на изображениях, отсканированных с пленки; многие современные сканеры включают эту функцию. Он работает путем сканирования пленки инфракрасным светом; красители в типичных эмульсиях цветной пленки прозрачны для инфракрасного света, но пыль и царапины — нет, и блокируют инфракрасный свет; программное обеспечение сканера может использовать видимую и инфракрасную информацию для обнаружения царапин и обработки изображения, чтобы значительно уменьшить их видимость, учитывая их положение, размер, форму и окружение. Производители сканеров обычно присваивают этой технике собственные названия. Например,Epson,Minolta,Nikon,Konica Minolta,Microtekи другие используютDigital ICE, в то время какCanonиспользует свою собственную системуFARE(Film Automatic Retouching and Enhancement).[67] PlustekиспользуетLaserSoft ImagingiSRD. Некоторые независимые разработчики программного обеспечения разрабатывают инструменты для инфракрасной очистки.
Объединяя полноцветные изображения с 3D-моделями, современные ручные сканеры способны полностью воспроизводить объекты в электронном виде. Добавление цветных 3D-принтеров позволяет производить точную миниатюризацию этих объектов, что находит применение во многих отраслях и профессиях.
Для приложений-сканеров качество сканирования во многом зависит от качества камеры телефона и от кадрирования, выбранного пользователем приложения. [68]
.jpg/1280px-Photoshop_goddess_version_1.05_(3378276180).jpg)
Сканы практически всегда должны передаваться со сканера на компьютер или в систему хранения информации для дальнейшей обработки или хранения. Существуют две основные проблемы: (1) как сканер физически подключен к компьютеру и (2) как приложение извлекает информацию из сканера.
Размер файла сканирования может достигать около 100 МБ для 600 точек на дюйм, 23 × 28 см (немного больше, чем бумага A4 ) несжатого 24-битного изображения. Отсканированные файлы должны быть переданы и сохранены. Сканеры могут генерировать этот объем данных за считанные секунды, что делает желательным быстрое соединение.
Сканеры взаимодействуют со своим главным компьютером, используя один из следующих физических интерфейсов, перечисленных примерно от медленного к быстрому:
В начале 1990-х годов профессиональные планшетные сканеры были доступны по локальной компьютерной сети . Это оказалось полезным для издательств, типографий и т. д. Эта функция в значительной степени вышла из употребления, поскольку стоимость планшетных сканеров снизилась настолько, что совместное использование стало ненужным.
С 2000 года появились многоцелевые устройства «все в одном», подходящие как для небольших офисов, так и для частных лиц, с функциями печати, сканирования, копирования и факсимильной связи в одном устройстве, которое может быть доступно всем членам рабочей группы.
Портативные сканеры с питанием от аккумуляторов сохраняют отсканированные изображения во внутренней памяти; впоследствии их можно перенести на компьютер либо с помощью прямого подключения, обычно через USB, либо, в некоторых случаях, можно извлечь карту памяти из сканера и подключить ее к компьютеру.
Редактор растровых изображений должен уметь взаимодействовать со сканером. Существует множество различных сканеров, и многие из них используют различные протоколы. Для упрощения программирования приложений были разработаны некоторые интерфейсы прикладного программирования (API). API предоставляет сканеру единый интерфейс. Это означает, что приложению не нужно знать конкретные детали сканера, чтобы получить к нему прямой доступ. Например, Adobe Photoshop поддерживает стандарт TWAIN ; поэтому теоретически Photoshop может получить изображение с любого сканера, имеющего драйвер TWAIN.
На практике часто возникают проблемы с приложением, взаимодействующим со сканером. Либо приложение, либо производитель сканера (или оба) могут иметь ошибки в реализации API.
Обычно API реализуется как динамически связанная библиотека . Каждый производитель сканера предоставляет программное обеспечение, которое преобразует вызовы процедур API в примитивные команды, которые выдаются контроллеру оборудования (например, контроллеру SCSI, USB или FireWire). Часть API производителя обычно называется драйвером устройства , но это обозначение не совсем точно: API не работает в режиме ядра и не обращается напрямую к устройству. Вместо этого библиотека API сканера преобразует запросы приложений в запросы оборудования.
Распространенные API программного обеспечения сканера включают:
Хотя ни один сканер не имеет программного обеспечения, кроме утилиты сканирования, многие сканеры поставляются в комплекте с программным обеспечением. Обычно в дополнение к утилите сканирования поставляется некоторый тип редактора растровых изображений (например, Photoshop или GIMP ) и программное обеспечение для оптического распознавания символов (OCR). Программное обеспечение OCR преобразует графические изображения текста в стандартный текст, который можно редактировать с помощью обычного программного обеспечения для обработки текстов и редактирования текстов; точность редко бывает идеальной.
Некоторые сканеры, особенно те, которые предназначены для сканирования печатных документов, работают только в черно-белом режиме, но большинство современных сканеров работают в цвете. Для последнего отсканированный результат представляет собой несжатое изображение RGB, которое можно перенести в память компьютера. Цветовой вывод разных сканеров не одинаков из-за спектральной реакции их чувствительных элементов, природы их источника света и коррекции, применяемой программным обеспечением сканирования. Хотя большинство датчиков изображения имеют линейный отклик, выходные значения обычно гамма-сжаты . Некоторые сканеры сжимают и очищают изображение с помощью встроенной прошивки . После того, как изображение попало на компьютер, его можно обработать с помощью растрового графического редактора (например, Photoshop) и сохранить на устройстве хранения (например, жестком диске ).
Сканы могут храниться в несжатом виде в таких форматах файлов изображений , как BMP ; храниться сжатыми без потерь в таких форматах файлов, как TIFF и PNG ; храниться сжатыми с потерями в таких форматах файлов, как JPEG; или храниться как встроенные изображения или конвертироваться в векторную графику в PDF . Программное обеспечение оптического распознавания символов (OCR) позволяет преобразовывать отсканированное изображение текста в редактируемый текст с разумной точностью, при условии, что текст напечатан чисто и имеет шрифт и размер, которые могут быть прочитаны программным обеспечением. Возможность OCR может быть интегрирована в программное обеспечение сканирования, или файл отсканированного изображения может быть обработан с помощью отдельной программы OCR.
Требования к обработке документов отличаются от требований к сканированию изображений. Эти требования включают скорость сканирования, автоматическую подачу бумаги и возможность автоматического сканирования как лицевой, так и оборотной стороны документа. С другой стороны, сканирование изображений обычно требует возможности обработки хрупких и/или трехмерных объектов, а также сканирования с гораздо более высоким разрешением.
Сканеры документов имеют податчики документов, обычно большего размера, чем те, которые иногда встречаются на копировальных аппаратах или универсальных сканерах. Сканирование выполняется с высокой скоростью, от 20 до 420 страниц в минуту, часто в оттенках серого, хотя многие сканеры поддерживают цвет. Многие сканеры могут сканировать обе стороны двусторонних оригиналов (дуплексная работа). Сложные сканеры документов имеют встроенное ПО или программное обеспечение, которое очищает сканы текста по мере их создания, устраняя случайные отметки и резкость шрифта; это было бы неприемлемо для фотографической работы, где отметки невозможно надежно отличить от желаемых мелких деталей. Создаваемые файлы сжимаются по мере создания.
Обычно используется разрешение от 150 до 300 точек на дюйм, хотя оборудование может поддерживать разрешение 600 и выше; это позволяет создавать изображения текста, достаточно качественные для чтения и распознавания текста, без повышенных требований к объему памяти, которые требуются для изображений с более высоким разрешением.
Сканированные документы часто обрабатываются с использованием технологии OCR для создания файлов, доступных для редактирования и поиска. Большинство сканеров используют драйверы устройств ISIS или TWAIN для сканирования документов в формат TIFF, чтобы отсканированные страницы можно было загрузить в систему управления документами , которая будет заниматься архивированием и извлечением отсканированных страниц. Сжатие JPEG с потерями, которое очень эффективно для изображений, нежелательно для текстовых документов, поскольку наклонные прямые края приобретают неровный вид, а сплошной черный (или другой цветной) текст на светлом фоне хорошо сжимается с помощью форматов сжатия без потерь.
В то время как подача бумаги и сканирование могут выполняться автоматически и быстро, подготовка и индексация необходимы и требуют много работы со стороны людей. Подготовка включает в себя ручной осмотр документов для сканирования и проверку того, что они в порядке, развернуты, без скоб или чего-либо еще, что может заклинить сканер. Кроме того, некоторые отрасли, такие как юридическая и медицинская, могут потребовать, чтобы документы имели нумерацию Бейтса или какую-либо другую отметку, дающую идентификационный номер документа и дату/время сканирования документа.
Индексация подразумевает привязку соответствующих ключевых слов к файлам, чтобы их можно было извлечь по контенту. Иногда этот процесс можно автоматизировать в некоторой степени, но часто он требует ручного труда, выполняемого клерками по вводу данных . Одной из распространенных практик является использование технологии распознавания штрихкодов : во время подготовки листы штрихкодов с именами папок или информацией об индексе вставляются в файлы документов, папки и группы документов. С помощью автоматического пакетного сканирования документы сохраняются в соответствующие папки, и создается индекс для интеграции в системы управления документами.
Специализированной формой сканирования документов является сканирование книг. Технические трудности возникают из-за того, что книги обычно переплетены, а иногда хрупки и незаменимы, но некоторые производители разработали специализированное оборудование для решения этой проблемы. Часто для автоматизации процесса перелистывания страниц и сканирования используются специальные роботизированные механизмы.
Планшетные сканеры использовались в качестве цифровых задников для крупноформатных камер для создания цифровых изображений статичных объектов с высоким разрешением. Модифицированный планшетный сканер использовался для документирования и количественной оценки тонкослойных хроматограмм, обнаруженных путем гашения флуоресценции на слоях силикагеля, содержащих ультрафиолетовый (УФ) индикатор. [69] ChromImage предположительно является первым коммерческим планшетным сканером- денситометром . Он позволяет получать изображения пластин ТСХ и количественно оценивать хроматограммы с помощью программного обеспечения Galaxie-TLC. [70] Помимо превращения в денситометры, планшетные сканеры также были превращены в колориметры с использованием различных методов. [71] Trichromatic Color Analyser предположительно является первой распределяемой системой, использующей планшетный сканер в качестве трехстимульного колориметрического устройства.
Планшетные сканеры также могут использоваться для непосредственного создания произведений искусства в практике, известной как сканография .
В области биомедицинских исследований устройства обнаружения для ДНК-микрочипов также называются сканерами. Эти сканеры представляют собой системы с высоким разрешением (до 1 мкм/пиксель), аналогичные микроскопам. Детекция осуществляется с использованием ПЗС или фотоумножительных трубок.
