(как они устроены и работают)

Последние два года планшетные сканеры усиленно вышагивали в сторону сектора SOHO пока, наконец, не вошли в компьютерный быт пользователя "всерьез и надолго". Однако удивительная вещь - в минских специализированных изданиях тема сканеров похожа на табу, неизвестно кем и когда установленное. Здесь имеется в виду не отсутствие статей, посвященных описанию различных моделей (таковые появляются регулярно), а работ более-менее обзорного характера, осветивших бы фундаментальные технические характеристики и принципы работы планшетных сканеров. Предлагаемый ниже материал представляет собой своеобразную "затравку" темы и, как надеется автор, даст даже неискушенному пользователю ясное представление о строении планшетного сканера и особенностях процесса сканирования.

Три составляющие планшетного сканера* оказывают решающее воздействие на результат сканирования: оптико-электронная система, TWAIN-модуль и интерфейс. Разберемся с каждой из названных составляющих по отдельности.

Оптико-электронная система. Состоит из сканирующей каретки с источником света, фокусирующего объектива или линзы, прибора с зарядовой связью и аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Процесс сканирования с участием всех этих элементов выглядит следующим образом. На прозрачное стекло под крышку сканера кладется изображение (текст, графика, фотография), подлежащее сканированию, "лицом" вниз. Дальше начинает движение каретка, совершающая путь, равный длине стекла. Расположенная на ней лампа с холодным катодом освещает изображение. При помощи фокусирующего объектива световой поток от изображения проецируется на прибор с зарядовой связью, где преобразуется в аналоговую информацию. Последняя в АЦП становится цифровой, т.е. битовой, и тем самым понятной компьютеру. Похожее аналого-цифровое (и наоборот) преобразование проделывает модем, поскольку информация по телефонным линиям передается в аналоговой форме. Остановимся подробнее на приборе с зарядовой связью - CCD-матрице (Charge Coupled Device - датчики с зарядовой связью). Точная цветопередача при сканировании цветных изображений происходит путем разделения сканируемого цвета по трем основным составляющим-цветам: красному (Red), зеленому (Green) и синему (Blue) (см. Глубина цвета). В трехпроходных сканерах CCD-матрицы воспринимают показатели светового потока только одного цвета, поэтому каждый цвет из RGB сканируется за отдельный проход. В современных однопроходных сканерах CCD-матрица состоит из трех параллельных линеек приемных ячеек (технология Single Pass), что позволяет производить сканирование изображения за один проход каретки. Технология Single Pass позволяет добиться наиболее точного совмещения цветов изображения, а также значительно снизить само время сканирования. Количественные характеристики CCD-матрицы позволяют определить оптическое и математическое разрешения сканера (см. Типы разрешения). Один из важнейших параметров матрицы - уровень производимого ею шума. Высокий уровень "шумности" крайне отрицательно влияет на качество сканирования, сокращая динамический диапазон (см. Динамический диапазон) и число разрядов с действительно полезными данными. Именно по этой причине сканеры с CIS-матрицей (Contact Image Sensor - контактные датчики изображения) мало пригодны для полноцветного сканирования. Допускаемый уровень шума CCD-матриц сканеров SOHO-сектора - 3-4mV.

TWAIN-модуль. Парадоксально, но факт: сканер не является стандартным устройством для Windows. (Можно было бы оспорить данное утверждение, ведь в Windows98 драйверы для сканеров установлены. Однако мне еще не попадался такой сканер, который бы работал с драйверами "девяностовосьмерки". Может быть, потому, что драйверы написаны для USB, а сканеров с таким интерфейсом на рынке еще мало.) Для взаимодействия графических приложений компьютера и оптико-электронной системы сканера необходима специальная программа, в роли которой выступает TWAIN-модуль. Ничего особо сложного он не представляет, но надо принять во внимание то обстоятельство, что разные версии TWAIN-модуля одного производителя могут вести себя неадекватно по отношению к разным версиям Windows, вплоть до полной их несовместимости. Это легко можно понять, если учесть сходность TWAIN-модуля с обыкновенным драйвером, подлежащим обновлению, например, с выходом нового "детища" Билла Гейтса. Собственно, благодаря TWAIN-модулю пользователь способен управлять на экране монитора процессом сканирования. Модули эти, как "произведения искусства" конкретных производителей сканеров, отличаются различным набором своих функциональных возможностей. В модулях недорогих цветных планшетников, скорее всего, пользователь найдет такие функции, как: окно предварительного просмотра, автоматическое определение области сканирования, возможность выбора разрешения и режима сканирования, регулирование контрастности, яркости и гаммы, фильтр подавления печатного растра и др. Помимо названных, существует масса других, более специфических, функций - их можно встретить в модулях профессиональных сканеров, называть их здесь мы не будем.

Аппаратный интерфейс. Интерфейс влияет на скорость процесса сканирования, будучи ответственным за быстроту обмена данными между компьютером и сканером. Сейчас к LPT- и SCSI-сканерам прибавились модели, оснащенные перспективным и шустрым интерфейсом USB. К примеру, существуют три разновидности модели Astra 1220 (производства UMAX): Astra 1220P, подключаемая к порту принтера, Astra 1220U, использующая интерфейс USB, и Astra 1220S - SCSI-устройство. Как любезно объяснили мне специалисты минской фирмы "Белый Терем", продвигающие продукцию UMAX (и не только), наиболее скоростной из них является модель с интерфейсом SCSCI, с USB - помедленнее, а с LPT - самой "тихоходной". В то же время следует заметить, что в отдельных случаях скоростные показатели сканеров с тем или иным интерфейсом могут значительно отличаться от ожидаемых. Однако такие моменты лишь подтверждают правило, поэтому разница в цене, существующая между LPT-, USB- и SCSI-сканерами вполне оправдана (например: Astra 1220P - 153 y.e., Astra 1220U - 180 y.e., Astra 1220S - 240 y.e. - цены начала апреля).

Выбор разрешения. При сканировании изображений необходимо отталкиваться от оптического разрешения сканера. Т.е. если для сканера указано разрешение 300х600 ррi** - сканируйте в режиме 300х300 ppi или 150х150 ppi. Файлы с интерполированным разрешением (в данном случае это может быть 600, 1200, 2400 и более ppi) не только велики по объему, но и содержат множество нереальных, программно "придуманных" пикселов, что сказывается на качестве получаемой картинки.

Вот, кажется, на первый раз и все. Да, и последнее: разрешение сканера или изображения на экране ни в коем случае не равно разрешению принтера! Но об этом (и многом другом) поговорим в другой раз.

Y_DROZDOFF

* В данном материале рассматриваются цветные планшетные сканеры, относящиеся к классу недорогих (до 500 у.е.) сканирующих устройств.

** Расшифруем, на всякий случай, обозначения dpi и ppi. Более точно по отношению к разрешению сканирования или изображению на экране употреблять сокращение ppi (pixels per inch - пикселов на дюйм), по отношению к распечатанному на принтере изображению - dpi (dots per inch - точек на дюйм).

Динамический диапазон

(обозначается латинской D)

Любое изображение имеет оптическую плотность: от 0.0 D (абсолютно белое, прозрачное) до 4,0 (асболютно черное, непрозрачное). Динамический диапазон сканера определяется его способностью воспринимать оптическую плотность сканируемого изображения. Если сканер имеет динамический диапазон равный 2,5 D, то он сможет справиться с фотографиями, но будет "пас" при работе с негативами, имеющими оптическую плотность более 3,0 D. Это значит, что сканер не воспримет наиболее темные участки изображения и произведет неполноценное сканирование.

Чтобы было понятно, приведу, как пример, советскую цветную фотопленку. Кто имел с ней дело, сравнение поймет отлично. Советская фотопленка выпускалась с низкой глубиной цвета и потому имела большие проблемы с отображением светлых и темных тонов.

Типы разрешения

1. Оптическое

Определяется количеством ячеек в линии матрицы, поделенным на ширину поля сканирования. Обычно разрешение сканера обозначается двумя цифрами: 300х600 ppi, 600х1200 ppi и т.п. Так вот, первая указывает разрешение оптическое, а второе - механическое.

2. Механическое

Определяется количеством выполненного процесса считывания информации матрицей, поделенное на длину каретки, пройденной за это время.

3. Интерполированное

Выбирается пользователем и может в несколько раз превышать реальное разрешение сканера. Например, программно разрешение 600 ppi сканера HP ScanJet 5100C можно довести до 1200 ppi. Однако больше - не значит в данном случае лучше. Качественное сканирование получается при разрешении равном оптическому, либо меньшим, но ему кратным. Что касается интерполированного разрешения, то иногда оно бывает оправдано, например, при сканировании гравюр.

Глубина цвета

(цветопередача, цветной режим, разрядность)

Как мы уже выяснили, в АЦП аналоговая информация матрицы преобразуется в цифровую, битовую. Вот, собственно, и ответ: поскольку информация о цвете хранится в битах, то глубина цвета - это определенное число бит. Стандартной ("истинной") можно считать глубину цвета в 24 бита на каждую точку, когда на цвета RGB приходится по 8 бит. Соответственно, при такой разрядности сканер воспринимает 16,77 млн. цветовых оттенков одной точки. Помимо 24-битных сканеров на сегодняшний день широко распространены 30-, 36-, 42- и даже 48-битные сканеры. Но что интересно: человеческий глаз "не рассчитан" на глубину цвета более 24 бит. Увеличение разрядности сканеров вызвано не желанием производителей подзаработать на истерии вокруг технологических гонок, причина в другом: аналого-цифровое преобразование приводит к появлению искажений в младших, наиболее "ранимых", битах, - 30-битные (и выше) системы не пропускают пустую информацию в компьютер, "вытягивая" на выходе глубину цвета до полноценных 24 бит.