2.2 Барабанный сканер
Барабанные сканеры стоят дорого,
но с их помощью можно получать изображения
с высокой степенью детализации.
В барабанных сканерах оригинал
с помощью специальной ленты или масла
закрепляется на поверхности прозрачного
цилиндра из органического стекла (барабана),
укрепленного на массивном основании,
которое обеспечивает его устойчивость.
Барабан вращается с большой частотой,
а находящийся рядом с ним сканирующий
фотоприемник точка за точкой считывает
изображение с высокой точностью. В большинстве
сканеров, применяемых в полиграфии, в
качестве фотоприемника используется
ФЭУ, который перемещается на прецизионной
винтовой паре вдоль барабана и точечно
сканирует оригинал. Для освещения оригинала
используется мощный ксеноновый или галогенный
источник света, к стабильности излучения
которого предъявляются высокие требования.
При сканировании прозрачных оригиналов
применяется источник света, расположенный
внутри барабана, а при сканировании отражающих
оригиналов — вне его, рядом с приемником
излучения [1].
Поскольку частота вращения
барабана высока, то можно фокусировать
на изображении чрезвычайно мощный источник
света без риска повредить оригинал. Яркость
источника света, возможность регулирования
фокуса и технология поэлементной выборки
обеспечивают высокое отношение «сигнал/шум»
и точную передачу тонов изображения без
перекрестных помех от соседних точек.
Свет сначала направляется
на оригинал, затем на зеркала и RGB фильтры,
расщепляющие его на три цветовые пучка.
В наиболее простом исполнении полупрозрачные
зеркала представляют собой хроматически
нейтральные светоразделительные элементы,
частично пропускающие и частично отражающие
световую энергию независимо от ее спектрального
состава. В этом случае первое полупрозрачное
зеркало должно отражать одну треть упавшей
на него световой энергии и две трети пропускать.
У второго зеркала отраженная и пропускаемая
части световой энергии должны быть равны.
При таком разделении количество световой
энергии всех длин волн во всех трех каналах
будет одинаковым. Однако этот вариант
расщепления светового пучка не является
оптимальным, ведь в каждом канале не нужен
свет всех длин волн [4].
Рис. 10. Барабанный сканер:
а — с дихроичными зеркалами; б — с цветоделительной
призмой
Более совершенными являются
дихроические полупрозрачные зеркала
(рис. 10 а), обладающие свойством отражать
и пропускать световую энергию избирательно
по спектру. В этом случае первое зеркало
должно, например, отражать свет только
в длинноволновой (красно-оранжевой) части
спектра, второе — только в средневолновой
(желто-зеленой) части спектра, а третье —
только в коротковолновой (сине-фиолетовой)
части спектра. При таком распределении
световая энергия используется более
рационально. Для этой же цели могут применяться
специальные цветоделительные призмы
(рис. 10 б), в которых имеются два дихроичных
фильтра (зеленый и синий).
В зависимости от типа материала
(прозрачный или отражающий) оригинал
освещается либо изнутри барабана, либо
снаружи. Размещаемые в анализирующей
фотоголовке фотоэлектронные умножители
принимают и усиливают отфильтрованный
свет. Затем полученные аналоговые сигналы
преобразуются в цифровые коды. Для повышения
производительности сканирования конструкция
многих моделей барабанных сканеров позволяет
использовать сменные барабаны.
Отличительный признак полиграфических
барабанных сканеров — возможность сканировать
оригиналы, имеющие высокую оптическую
плотность (печатные издания, художественные
работы, слайды, диапозитивы, негативные
пленки) как в отраженном, так и в проходящем
свете с разрешением, ограниченным лишь
размером барабана и минимальной апертурой.
Современные барабанные сканеры позволяют
сканировать изображение с интерполяционным
разрешением до 24 000 dpi.
Анализирующие фотоголовки
сканеров, обеспечивающих считывание
цветных изображений с высокой разрешающей
способностью, представляют собой высокоточную
и достаточно сложную конструкцию. На рис.
11 приведены схема и конструкция анализирующей
фотоголовки барабанного сканера для
работы в отраженном свете.
Рис. 11. Анализирующая фотоголовка
барабанного сканера
В этом режиме работы используется
только одна металлогалогенная лампа
накаливания, находящаяся в задней части
фотоголовки, свет от которой собирается
световодами 1 в пяти различных
точках нити накала и проецируется пятью
конденсорами 2 на поверхность
оригинала. Микрообъектив 3 проецирует
освещенный участок оригинала на плоскость
анализирующей диафрагмы 6. Диафрагма представляет
собой овальное отверстие в круглом зеркале,
установленном под углом 45° к направлению
распространения светового луча. Анализирующие
диафрагмы находятся на турели, что позволяет
заменять их в зависимости от масштаба
сканирования и линиатуры развертки. Отраженный
зеркалом луч проходит через компенсационный
нейтральный фильтр 7 и цветоделительный
фильтр 8. Затем призмы 9 и 10 направляют
отраженный луч на фотоумножитель канала
нерезкого маскирования 11. Прошедший
через анализирующую диафрагму 6 световой луч
дважды поворачивается призмой Дове 12 и попадает
на цветоделительные дихроичные зеркала 13 и 14, которые разделяют
их на три спектральные зоны — синюю, зеленую
и красную. Призмы 10 направляют
цветоделенные лучи на цветоделительные
корректирующие светофильтры 1517 и фотоумножители
цветоделительных каналов 1820.
Для наводки на резкость используют
отклоняемое зеркало 4, которое оператор
при помощи ручки 21 вводит в световой
поток, отклоняя его на контрольный экран 5. Таким образом,
на экране визуального контроля отображается
освещенный участок оригинала. На экране
есть перекрестие, которое позволяет точно
определять местоположение анализируемого
участка оригинала [3].
Лампы накаливания непрерывного
действия широко применяются в качестве
источника света не только в сканерах
с цилиндрической разверткой, но и в планшетных
сканерах.
Потери при передаче и растрировании
изображения наиболее заметны при воспроизведении
мелких деталей изображения. Их передачу
можно улучшить за счет электронного нерезкого
маскирования, при помощи которого удается
выделить существенные для изображения
детали, а также передать его фактуру.
Рис. 12. Нерезкое маскирование
при помощи дополнительного нерезкого
канала: 1 — контур; 2 — анализирующее световое
пятно для основного канала цветоделения;
3 — направление считывания; 4 — анализирующее
световое пятно канала нерезкого маскирования;
y1 — выходной сигнал (сигнал изображения);
y2 — выходной сигнал нерезкого маскирования;
d1 и d2 — соответственно апертуры диафрагмы
основного канала и канала нерезкого маскирования;
t — длительность сигнала
Повышение резкости воспроизведения
деталей — задача так называемого канала
нерезкого маскирования. Он получает одновременно
с основным цветовым каналом сигнал соответствующего
цветоделенного изображения. Диафрагма,
ограничивающая пучок света, в канале
нерезкого маскирования значительно больше,
чем диафрагма, передающая изображение.
Благодаря этому крошечная сканирующая
световая точка перекрывается нерезкой
точкой (рис. 12).
Большая точка нерезкого маскирования
при перекрытии контура, характеризуемого
перепадом плотностей, обеспечивает более
плавное изменение сигнала, так как во
время сканирования большой элемент раньше
уловит изменение плотности, чем малый.
Нерезкая градационная маска образуется
путем суммирования разности основного
и нерезкого сигналов с основным цветоделенным
сигналом. При этом, благодаря увеличению
контраста деталей и образованию дополнительной
каймы, повышается резкость изображения
и улучшается прорисовка деталей. Степень
повышения резкости можно регулировать,
меняя величину диафрагмы в канале нерезкого
маскирования. В некоторых сканерах в
качестве канала нерезкого маскирования
используется один из основных каналов
цветоделения [1].
Рис. 13. Сканер с вертикальным
барабаном
Барабанные сканеры имеют горизонтальное
или вертикальное расположение прозрачного
барабана. В сканере с вертикально расположенным
барабаном (рис. 13) свет от источника 1 при помощи затвора 2 попадает в оптический
тракт световода 3 или 4 соответственно
для работы с непрозрачными или прозрачными
оригиналами, закрепленными на барабане 5. Барабан приводится
в движение при помощи двигателя 6. Прошедший
или отразившийся от оригинала луч света
попадает на ФЭУ 8 сканирующей
головки 7. Электрический
сигнал из ФЭУ поступает в логарифматор 9 и проходит АЦП 10, который преобразует
аналоговый сигнал в цифровой. Управление
процессом преобразования выполняется
процессорной платой 11. Операции масштабирования,
нерезкого маскирования, а также общее
управление сканером осуществляет материнская
плата 12. Приводом барабана
управляет плата 12 через блок
питания (БП).
Визуальный контроль работы
сканера можно осуществлять по сигнальным
лампам, которые расположены в верхней
части крышки сканера и у основания защитной
крышки барабана. Следует упомянуть о
том, что в некоторых картографических
барабанных сканерах в качестве приемника
изображения используется набор линеек
ПЗС, неподвижно установленных на всю
ширину барабана и построчно сканирующих
изображение оригинала [3].
Основными достоинствами барабанных
сканеров являются:
• очень высокое качество сканирования;
• возможность сканирования
как отражающих, так и прозрачных гибких
оригиналов;
• возможность изменения фокусного
расстояния, которая позволяет автоматически
или вручную изменять разрешение сканирования
в зависимости от требуемой степени детализации
изображения.
К недостаткам барабанных сканеров
следует отнести:
• невозможность сканирования
переплетенных оригиналов, например книг
и журналов;
• большие габариты и масса:
барабанный сканер — это, за редким исключением,
тяжелый крупногабаритный аппарат;
• невозможность сканирования
жестких оригиналов, поскольку они должны
прижиматься к цилиндрической поверхности
барабана, принимая ее форму;
• относительная сложность
качественной установки оригинала на
барабане [5].
Заключение
Сканер и все его разновидности
еще долго будут применяться, и быть нужными
людям. Сканер практически применяется
во всех сферах нашей повседневной жизни.
Так уже сейчас все данные и архивы переводят
в цифровую форму хранения. Это связано
с тем, что так легче хранить огромные
массивы данных, и ориентироваться в них.
Все современные системы безопасности
базируются на сканерах безопасности.
Планшетные сканеры - самое
распространенное семейство сканеров,
представителей которого можно встретить
как в домашних условиях, так и на столе
у профессионала или в любом офисе. Планшетный
сканер является наиболее универсальным
инструментом, подходящим под большинство
задач, модели авторитетных производителей
неприхотливы и надежны, просты в установке
и использовании, разнообразие выпускаемых
модификаций позволяет подобрать сканер
практически под любые средства и требования.
Большинство моделей имеет возможность
установки автоматического загрузчика
документов из пачки.
Разрешение современных планшетников
достигает 4800 ppi (при разрешении 1500-2000ppi
у сканеров 5-7 лет назад) и сейчас уже планшетные
сканеры по качеству сканирования вплотную
подбираются к барабаным сканерам которые
считаются самой старшей ветвью сканеров,
и ими пользуются только профессионалы
сканирование производится перемещением
объектива вдоль вращающегося со скоростью
порядка 1000 оборотов в минуту барабана.
Барабанные сканеры, по светочувствительности,
значительно превосходящие потребительские
планшетные устройства, применяются исключительно
в полиграфии, где требуется высококачественное
воспроизведение профессиональных фотоснимков.
Разрешение таких сканеров обычно составляет
8000-11000 точек на дюйм и более [4].
Список используемых
источников
1. Допечатное оборудование:
Учебное пособие/Ю.Н. Самарин, Н. П. Сапошников,
М. А. Синяк. М.: Изд-во МГУП, 2000. 208 с.
2. Ю. Н. Самарин
Сканеры [Электронный ресурс] // Журнал
КомпьюАрт №6 2006 [сайт].[2013]. URL: http://www.compuart.ru/Article.aspx?id=8899
(дата обращения 06.01.2014).
3. Ю. Н. Самарин
Сканеры [Электронный ресурс] // Журнал
КомпьюАрт №7 2006 [сайт].[2013]. URL:http://compuart.ru/article.aspx?id=9000&iid=374
(дата обращения 12.01.2014).
4. Пономаренко В. И., Лапшева
Е. Е. Информатика. Технические средства Учебное пособие – Саратов :
Научная книга, 2009. – 212 с.
5. Шишанов Ю. А. Технические
средства обработки информации. Учеб. пособие. - Н.
Новгород, 2000. -173 с.