Реферат: Устройство графического ввода - Сканер

Комитет общего и профессионального образования РФ.

Оренбургский Государственный Университет.

 FORMDROPDOWN

Кафедра  FORMTEXT ВМКСиС

 FORMDROPDOWN

Оренбург’DATE @ «гг» * MERGEFORMAT гг

Выполнил: Андрющенко Д.А.

Группа      :FORMDROPDOWN

Проверил  :FORMTEXT Синицин Ю.И.

 FORMTEXT Тема:”FORMTEXT Сканеры.”

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

Введение.

Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер образы изображений, представленных в виде текста,рисунков, слайдов, фотографий или другой графической информации.Кстати, несмотря на обилие различных моделей сканеров, впервом приближении их классификацию можно провести всегопо нескольким признакам (или критериям). Во-первых, по степени прозрачности вводимого оригиналаизображения, во-вторых, по кинематическомумеханизму сканера (конструкции; механизма движения), в-третьих, по типу вводимогоизображения, в-четвертых, по особенностямпрограммного и аппаратного обеспечения сканера.

Оригиналы изображений.

Вообще говоря,изображения (или оригиналы) можно условно разделить на две большие группы. Кпервой из них относятся называемые непрозрачные оригиналы: всевозможные фотографии, рисунки,страницы журналов и буклетов. Если вспомнить курс школьной физики, то известно,что изображения с подобных оригиналов мы видим в отраженном свете. Другое делопрозрачные оригиналы— цветные ичерно-белые слайды и негативы; в этом случае глаз (как оптическая система)обрабатывает свет, прошедший через оригинал. Таким образом, прежде всего,следует обратить внимание на то, с какими типами оригиналов сканер можетработать. В частности, для работы со слайдами существуют специальные приставки.

Механизм движения.

Определяющимфактором для данного параметра является способ перемещения считывающей головкисканера и бумаги относительно друг друга. Внастоящее время все известные сканеры о этому критерию можно разбить на дваосновных типа: ручной (hand-held) и настольный (desktop).Тем не менее, существуют также комбинированныеустройства, которые сочетают в себе возможностинастольных и ручных сканеров. В качестве примера можно привести модельNiscan Pageамериканскойфирмы Nisca.

Ручные сканеры.

Ручной сканер,как правило, чем-то напоминает увеличен­ию вразмерах электробритву. Для того чтобы ввести в компь­ютеркакой-либо документ при помощи этого устройства, надо безрезких движений провести сканирующей головкой по соответствующемуизображению. Таким образом, проблема переме­щениясчитывающей головки относительно бумаги целиком ложитсяна пользователя. Кстати, равномерность перемещения сканера существенно сказывается на качестве вводимогов компьютер изображения. В ряде моделей для подтверждения нормальноговвода имеется специальный индикатор. Ширина вводимогоизображения для ручных сканеров не превышает обычно4 дюймов(10см). В некоторых моделях ручных сканеров в году повышения разрешающейспособности уменьшают ширину вводимого изображения.Современные ручные сканеры могут обеспечиватьавтоматическую «склейку» вводимого изображения,то есть формируют целое изображение из отдельно водимыхего частей. Это, в частности, связано с тем, что при помощиручного сканера невозможно ввести изображения даже форматаА4 за один проход. К основным достоинствам такого днасканеров относятся небольшие габаритные размеры и сравнительнонизкая цена.

Настольные сканеры.

Настольныесканеры называют и страничными, и. планшетными, и даже авто сканерами. Такиесканеры позволяют вводить изображения размерами8,5 на11 или8,5 на14дюймов. Существуют три разновидности настольных сканеров: планшетные (flatbed),рулонные (sheet-fed) и проекционные (overhead).

Основнымотличием планшетных сканеров является то, что сканирующая головка перемещаетсяотносительно бумаги с помощью шагового двигателя. Планшетные сканеры— обычно, достаточнодорогие устройства, но, пожалуй, и наиболее «способные». Внешне оничем-то могут напоминать копировальные машины—«ксероксы», внешний вид которых известен, конечно, многим. Длясканирования изображения (чего-нибудь) необходимо открыть крышку сканера,подключить сканируемый листнастеклянную пластину изображением вниз, после чего закрыть крышку. Вседальнейшее управление процессом сканирования осуществляется с клавиатурыкомпьютера— при работе с одной изспециальных программ, поставляемых вместе с таким сканером. Понятно, чторассмотренная конструкция изделия позволяет (подобно «ксероксу»)сканировать не только отдельные листы, но и страницы журнала или книги.Наиболее популярнымисканерами этого типана российском рынке являются модели фирмы HewlettPackard.

Работа рулонныхсканеров чем-то напоминает работу обыкновенной факс-машины.Отдельные листы документовпротягиваются через такое устройство, приэтом и осуществляетсяихсканирование. Таким образом,в данном случае сканирующаяголовка остается на месте, а уже относительно нее перемещается бумага. Понятно, что в этом случае копирование страниц книг и журналов просто невозможно. Рассматриваемые сканерыдостаточно  широко используются в областях, связанных с оптическим распознаванием символов ОСR(OptiсаlCharacter Recognition). Для удобства работы рулонные сканеры обычно оснащаются устройствамидля автоматической подачистраниц.

Третьяразновидность настольных сканеров— проекционные сканеры, которые больше всего напоминаютсвоеобразный проекционный аппарат (или фотоувеличитель).Вводимый документ кладется на поверхность сканированияизображением вверх, блок сканированиянаходится при этом также сверху. Перемещается только сканирующее устройство. Основной особенностью данных сканеровявляется возможность сканирования проекций трехмерных проекций.<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-no-proof:yes">

Упоминаемыйвыше комбинированный сканер Niscan Page обеспечивает работу в двухрежимах: протягивания листов (сканирование оригиналов форматомот визитной карточки до21,6 см) исамодвижущегося сканера. Для реализации последнего режима сканера необходимоснять нижнюю крышку. При этом валики, которые обычно протягивают бумагу, служатсвоеобразными ко­дами, на которых сканер и движется по сканируемой поверхности.Хотя понятно, что ширина вводимого сканером изображения в обоих режимах неизменяется (чуть больше формата А4), однако в самодвижущемся режиме можносканировать изображение с листа бумаги, превышающего этот формат, или вводитьформацию со страниц книги.

Типы вводимого изображения.

По данномукритерию все существующие сканеры можно подразделить на черно-белые и цветные.Черно-белые сканеры в свою очередь могут подразделяться на штриховые иполутоновые («серые»). Однако, как мы увидим в дальнейшем, полутона изображениямогут также эмулироваться. Итак, первые модели черно-белых сканеров моглиработать только в двухуровневом (bilevel) режиме, воспринимая иличерный, или белый цвет. Таким образом, сканироваться могли либо штриховыерисунки (например, чертежи), либо двух тоновые изображения. Хотя эти сканеры ине могли работать с действительными оттенками серого цвета, выход длясканирования полутоновых изображений такими сканерами был найден.Псевдополутоновой режим, или режим растрирования (dithering), сканера имитирует оттенкисерого цвета, группируя, несколько точек вводимого изображения в так называемыеgray-scale-пиксели. Такие пиксели могут иметь размеры2х2 (4 точки),3х3 (9 точек) или4х4 (16 точек) ит.д. Отношение количества черных точек к белым и выделяет уровень серого цвета.Например, gray-scale-пиксель размером4х4 позволяет воспроизводить17 уровней серого цвета (включая и полностьюбелый цвет). Не следует, правда, забывать, что разрешающая способность сканерапри использовании gray-scale-пикселя снижается (впоследнем случае в4 раза).

Полутоновыесканеры используют максимальную разрешающую способность, как правило, только вдвухуровневом режиме. Обычно они поддерживают16, 64 или256 оттенков серогоцвета для4-, 6- и 8-разрядного кода,который ставится при этом в соответствие каждой точке изображения. Разрешающаяспособность сканера измеряется в количестве различаемых точек на дюймизображения — dpi(dotperinch). Если в первых моделях сканеров разрешающаяспособность была200—300 dpi, тов современных моделях это, как правило,400,а то и800 dpi. Некоторые сканерыобеспечивают аппаратное разрешение600х1200dpi. В ряде случаев разрешение сканера может устанавливаться программнымпутем в процессе работы из ряда значений:75, 1150, 200, 300 и400 dpi.

Надо сказать,что благодаря операции интерполяции, выполняемой, как правило, программно,современные сканеры могут иметь разрешение800и даже1600 dpi. В результате интерполяциина получаемом при сканировании изображении сглаживаются кривые линии и исчезаютнеровности диагональных линий. Напомним, что интерполяция позволяет отыскиватьзначения промежуточных величин по уже известным значениям. Например, врезультате сканирования один из пикселов имеет значение уровня серого цвета 48, а соседний с ним— 76. Использование простейшей линейной интерполяции позволяетсделать предположение о том, что значение уровня серого цвета дляпромежуточного пикселя могло бы быть равно62.Если вставитьвсе оценочные значенияпикселов в файл отсканированного изображения, то разрешающая способностьсканера как бы удвоится, то есть вместо обычных400 dpiстанет равной800dpi.

Черно-белые сканеры.

Попробуемобъяснить принцип работы черно-белого сканера. Сканируемое изображениеосвещается белым светом, получаемым, как правило, от флуоресцентной лампы. Отраженный свет через редуцирующую (уменьшающую)линзу попадает на фоточувствительный полупроводниковый элемент, называемыйприбором с зарядовой связью ПЗС (Change- Coupled Device, CCD), в основу которогоположена чувствительность проводимости p-n-перехода обыкновенногополупроводникового диода к степени его освещенности. На p-n-переходесоздается заряд, который рассасывается со скоростью, зависящей от освещенности.Чем выше скорость рассасывания, тем больший ток проходит через диод.

<div v:shape="_x0000_s1026">

<img src="/cache/referats/1894/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">


Рис.1.  Блок схема черно-белого сканера.

Каждая строкасканирования изображения соответствует определенным значениям напряжения наПЗС. Эти значениянапряженияпреобразуются в цифровую форму либо через аналого-цифровой преобразователь АЦП(для полутоновых сканеров), либо через компаратор (для двухуровневых сканеров).Компаратор сравнивает два значения (напряжение или ток) от ПЗС и опорное (рис.1), причем в зависимости от результатасравнения на его выходе формируется сигнал0(черный цвет) или1 (белый). РазрядностьАЦП для полутоновых сканеров зависит от количества поддерживаемых уровнейсерого цвета. Например, сканер, поддерживающий64 уровня серого, должен иметь 6-разрядный АЦП. Каким образомсканируется каждая следующая строка изображения, целиком зависит от типаиспользуемого сканера. Напом­ним, что у планшетных сканеров движетсясканирующая голов­ка, а в рулонных сканерах она остается неподвижной, потомучто движется носитель с изображением—бумага.

Цветные сканеры.

В настоящеевремя существует несколько технологий для получения цветных сканируемыхизображений. Один из наиболее общих принципов работы цветного сканеразаключается в следующем. Сканируемое изображение освещается уже не белымцветом, а через вращающийся RGB-светофильтр (рис.2). Для каждого из основных цветов (красного,зеленого и синего) последовательность операций практически не отличается отпоследовательности действий при сканировании черно-белого изображения.Исключение составляет, пожалуй, только этап предварительной обработки игамма-коррекции цветов, перед тем как информация передается в компьютер.Понятно, что этот этап является общим для всех цветных сканеров.

В результатетрех проходов сканирования получается файл, содержащий образ изображения в трехосновных цветах — RGB(образ композитного сигнала). Если используетсявосьмиразрядный АЦП, который поддерживает 256 оттенков для одного цвета, токаждой точке изображения ставится в соответствие один из 16,7 миллионавозможных цветов (24 разряда). Сканеры, использующие подобный принцип действия,выпускаются, например, фирмой Microtek.

<div v:shape="_x0000_s1027">

<img src="/cache/referats/1894/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">

 Рис.2. Блок-схема цветногосканера с вращающимся RGB-фильтром.

Надо отметить, что наиболеесущественным недостатком описанного выше метода является увеличение временисканирования в три раза. Проблему может представлять также «выравнивание»пикселов при каждом из трех проходов, так как в противном случае возможно размываниеоттенков и «смазывание» цветов.

В сканерахизвестных японских фирм Epson иSharp, какправило, вместо одного источника света используется три, для каждого цветаотдельно. Это позволяет сканировать изображение всего за один проход иисключает неверное «выравнивание» пикселов. Сложности этого метода заключаютсяобычно в подборе источников света со стабильными характеристиками.

Другая японскаяфирма — Seiko Instruments — разработала Цветнойпланшетный сканер SpectraPoint, в котором элементы ПЗС были замененыфототранзисторами. На ширине 8,5 дюйма размещено 10200 фототранзисторов,расположенных в три колонки по 3400 в каждой. Три цветных фильтра(RGB) устроены так, что каждаяколонка фототранзисторов воспринимает только один основной цвет. Высокаяплотность интегральных фототранзисторов позволяет достигать хорошей разрешающей способности — 400 dpi (3400/8,5)  — без использования редуцирующей линзы.

Принцип действияцветного сканераScanJet Iic фирмы HewlettPackard несколькоиной. Источник белого света освещает сканируемое изображение, а отраженный светчерез редуцирующую линзу попадает на трех полосную ПЗС через системуспециальных фильтров, которые и разделяют белый свет на три компонента:красный, зеленый и синий (рис. 3). Физика работы подобных фильтров связана сявлением дихроизма, заключающегося в различной окраске одноосных кристаллов впроходящем белом свете в зависимости от положения оптической оси. В рассматриваемомслучае фильтрация осуществляется парой таких фильтров, каждый из которыхпредставляет собой «сэндвич» из двух тонких и одного более толстого слоякристаллов. Первый слой первого фильтра отражает синий свет, но пропускаетзеленый и красный. Второй слой отражает зеленый свет и пропускает красный,который отражается только от третьего слоя. Во втором фильтре, наоборот, отпервого слоя отражается красный свет, от второго — зеленый, а от третьего —синий. После системы фильтров разделенный красный, зеленый и синий светпопадает на собственную полосу ПЗС, каждый элемент которого имеет размер около8 мкм. Дальнейшая обработка сигналов цветности практически не отличается отобычной. Заметим, что подобный принцип работы (с некоторыми отличиями,разумеется) используется и в цветных сканерах фирмыRicoh.

<div v:shape="_x0000_s1028">

<img src="/cache/referats/1894/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">


Рис.3.Блок-схема сканера с dichroic-фильтрами.

Аппаратные интерфейсы сканеров.

Для связи скомпьютером сканеры могут использовать специальную 8- или 16-разряднуюинтерфейсную плату, вставляемую в соответствующий слот расширения. Дляпортативных компьютеров подходит устройство PCCard. Крометого, в настоящее время достаточно широкое распространение получили стандартныеинтерфейсы,  применяемые в IBM PC-совместимыхкомпьютерах (последовательный и параллельный порты, а также интерфейс SCSI).Стоит отметить, что в случае стандартного интерфейса у пользователя невозникает проблем с разделением системных ресурсов: портов ввода-вывода,прерываний IRQи каналов прямого доступа DMA.

По понятнымпричинам наиболее медленно передача данных осуществляется черезпоследовательный порт (RS-232C). Именно поэтому в рядепоследних ручных или комбинированных моделей сканеров для связи с компьютеромприменяется стандартный параллельный порт. Это очень удобно, например, приработе с портативным компьютером.

Программные интерфейсы и TWAIN.

Для управленияработой сканера (впрочем, как и иного устройства) необходима соответствующаяпрограмма— драйвер. В этом случаеуправление идет не на уровне «железа» (портов ввода-вывода), а черезфункции или точки входа драйвера. Донедавнеговремени каждый драйвер для сканера имел свой собственный интерфейс. Это былодостаточно неудобно, поскольку для каждой модели сканера требовалась свояприкладная программа. Логичнее было бы наоборот, если бы с одной прикладнойпрограммой могли работать несколько моделей сканеров. Это стало возможнымблагодаря TWAIN.

TWAIN—это стандарт, согласно которому осуществляетсяобмен данными между прикладной программой и внешним устройством(читай— его драйвером). Напомним, чтоконсорциум TWAINбыл организован с участием представителей компаний Aldus, Caere, Eastman Kodak, Hewlett Packard & Logitech. Основной целью созданияTWAIN-спецификации было решениепроблемы совместимости, то есть легкого объединения различных устройств ввода слюбым программным обеспечением. Конкретизируя, можновыделить несколько основных вопросов: во-первых, поддержкуразличных платформ компьютеров; во-вторых, поддержку различных устройств,включая разнообразные сканеры и устройства ввода видео; в-третьих, возможностьработы с различными формата данных. Благодаря использованию TWAIN-интерфейсаможно вводить изображение одновременно с работой в прикладной программе,поддерживающей TWAIN, напримерCorelDraw, PicturePublisher, PhotoFinish. Таким образом, любая TWAIN-совместимая программабудет работать с TWAIN-совместимым сканером.

В заключениестоит отметить, что образы изображений в компьютере могут храниться вграфических файлах различных форматов, например TIFF, РСХ, ВМР, GIFидругих.Надо иметь в ввиду, что при сканировании изображений файлы получаютсядостаточно громоздкими и могут достигать десятков и сотен мегабайт. Дляуменьшения объема хранимой информации используется обычно процесс компрессии(сжатия) таких файлов.

Выбор сканера.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

В офисе сканерможет эффективно использоваться для работы как с текстами (OCR),так и с изображениями. В первом случае можно ориентироваться на недорогуючерно-белую модель с разрешением200—300 dpi. Дляввода коротких документов может пригодиться даже ручной сканер. При большихобъемах следует остановиться на сканере с автоматической подачей оригиналов. Взависимости от сложности вводимых в компьютер изображений может потребоватьсясканер с разрешением300—600 dpi(синтерполяцией до1200 dpi),с возможностью восприятия до16,7миллиона оттенков цветов (24-разрядное кодирование) и производительныминтерфейсом (SCSI-2). Во всех случаях надо удостовериться, что вкомплект со сканером входит соответствующее программное обеспечение, будь то OCR-программыили графический пакет. Не стоит забывать также и о TWAIN-совместимости.

Список использованной литературы.

1.<span Times New Roman"">    

А.Борзенко «IBM PC:устройство, ремонт, модернизация»

2.<span Times New Roman"">    

Документация из сети Internet.
еще рефераты
Еще работы по компьютерам и переферийным устройствам