Основні компоненти та технології роботи сканерів

Сканер – це електронно-механічним пристрій, призначене для перетворення графічної інформації в цифрову форму (по точках) для її редагування або виведення на друк.

Сканер відноситься допристрій введення даних. Зображення, що вводиться в ПК, може бути текстом, малюнком, фотографією і навіть тривимірним об'єктом невеликої висоти.

Сканування – це процес горизонтальної і вертикальної розгорток зображення з метою одержання растрової матриці.

Растр – представлення зображення в вигляді бітів масиву, як точкової матриці.

Основні компоненти сканера є:

1. джерело світла;

2. світлочутливі елементи (сенсори);

3.алфавітно-цифровий перетворювач.

Джерело світла спрямовує світловий потік на сканований об'єкт (у деяких типах сканерів як джерело світла використовується природне освітлення).

Світловий потік, відбиваючись від об'єкта (непрозорого) чи проходячи через об'єкт, потрапляє на сенсори,що перетворюють значення інтенсивності падаючого на них світла в аналогові значення електричної напруги.

Сенсор може просто фіксувати наявність і відсутність світла в певній точці об'єкта (чорно-біле сканування).

Якщо сенсор фіксує загальну інтенсивність падаючого на нього світла, то таке сканування називають «сірим».

Для відображення кольору об'єкта використовують модель RGB. (RGB –спосіб формування кольорів шляхом змішування трьох основних кольорів: червоного – red, зеленого – green, синього – blue). У цьому разі для вимірювання інтенсивності кожного кольорового компонента (червоного, зеленого і синього) застосовують окремий сенсор.

Алфавітно-цифровий перетворювач, виконаний на одній чи декількох мікросхемах, одержує на вході дані від сенсорів і перетворює їх у цифрову форму.

Використовувані джерела світла і сенсори визначають технологію сканування.

Існують такі основні технології за якими працюють сканери:

1. РМТ (PhotoMultiplier Tube);

2. CCD (Charge-Coupled Device);

3. CIS (Contact Image Sensor).

1.За технологією РМТ як джерело світла використовують ксенонову чи вольфрамо-галогенну лампу, а як сенсор – фотоелектронний помножувальний пристрій – РМТ(Photomultiplier Tube - фотопомножувальна трубка).

Світло від джерела (рис. 12.1, а) за допомогою конденсувальних лінз фокусується на окремій точці сканованого об'єкта (оригіналу). Відбите від оригіналу світло пропускається крізь систему напівпрозорих дзеркал, що розділяють світловий потік на три окремі потоки. Кожний з цих потоків проходить через свій (червоний, зелений чи синій) світлофільтр і потрапляє у відповідний цьому кольору РМТ.

Елементи РМТ, базовані на ламповій технології, здійснюють електронне посилення інтенсивності відбитого від оригіналу світла. Потрапляючи на катод РМТ, світло вибиває з нього електрони, які переносяться через пластини динодів – пристроїв, що підсилюють падаючий на них потік електронів за рахунок вторинної електронної емісії.

Коефіцієнт підсилення залежить від властивостей матеріалу, використовуваного в динодах, і кількості динодів, у результаті на виході РМТ значення електричної напруги буде пропорційним інтенсивності падаючого світла.

2. За технологією CCD (Charge-Coupled Device - прилад із зарядовим зв'язком) як джерело світла використовується флуоресцентна лампа з холодним катодом чи ксенонова лампа, а як сенсор - CCD (рис. 12.1, б).

Протяжне по осі X джерело світла спрямовує світло на оригінал. Дзеркало передає відбите від оригіналу світло на лінзу (попередньо світло проходить крізь діафрагму, що обмежує світловий потік). Лінза фокусує інформацію зображення на лінійку CCD.

Функціонування елемента CCD ґрунтується на явищі залежності провідності переходу р-п напівпровідникового діода від інтенсивності падаючого на нього світла. Коли на елемент потрапляє електричний потенціал, створюється потенціальна яма, що зберігає електрони, генеровані світлом.

Елементи CCD можуть обмінюватися зарядами своїх потенціальних ям за допомогою спеціальних електродів перенесення між сусідніми елементами CCD. Із надходженням на найближчий електрод підвищеного потенціалу заряд перетікає під нього з потенціальної ями.

Потенціали подаються на електроди перенесення синхронізовано, тобто так, що заряди потенціальних ям усіх елементів CCD переміщуються одночасно, і за один цикл перенесення елементи CCD передають по ланцюжку заряди зліва направо (чи справа наліво).

Рисунок 12.1. Технології сканування:

а - з використанням РМТ; б - з використанням CCD;

в - з використанням CIS;

1 - джерело світла; 2 - розгорнення по рядку; 3 - розгорнення по кадру;

4 - оригінал; 5 - барабан; 6 - лінзи; 7 - дзеркало; 8 - напівпрозорі дзеркала;

9 - РМТ; 10 - катод; 11 - диноди; 12 - анод; 13 - світлофільтри; 14 - лінійка CCD; 15 - елемент CCD; 16 - інтерфейсна шина; 17 - АЦП; 18 - діафрагма;

19 - шлях проходження світла; 20 - механізм переміщення по осі Y; 21 - LED; 22 - фотосенсори; 23 - елемент CIS

Значення електричної напруги на виході останнього елемента лінійки CCD подається на вхід АЦП.

Для кольорового сканування використовується лінійка з трьох рядів елементів CCD.

Поділ кольору на компоненти виконується двома способами:

1. за допомогою елементів CCD зі спеціальним покриттям – фільтром червоного, зеленого чи синього кольорів (рис. 3.56, б),

2. з використанням спеціальних призм, розміщених перед елементами, що розділяють кольорові компоненти світлового променя і спрямовують кожний колірний компонент на свій елемент CCD.

Крім того, оскільки не всі ділянки елемента CCD реагують на світло, перед елементом часто поміщають мікролінзу, що спрямовує світло на чутливу ділянку елемента. Весь пристрій, що містить джерело світла, дзеркало, діафрагму, лінзу і лінійку елементів CCD, переміщується за допомогою спеціального механізму по осі Y.

Іноді лінза і лінійка елементів CCD кріпляться нерухомо до задньої стінки сканера (для цього застосовують не одне дзеркало, а систему дзеркал).

Для деяких типів сканерів, а також цифрових фотоапаратів і відеокамер використовують не лінійки, а матриці елементів CCD.

3. За технологією CIS (Contact Image Sensor - контактний сенсор зображення) як джерело світла можна застосовувати такі самі лампи, що й за технологією CCD, але найчастіше використовують лінійку діодів, що випромінюють світло LED, точніше три лінійки, кожна з яких містить LED одного кольору - червоного, зеленого чи синього.

Іноді застосовують одну лінійку елементів LED, яка з великою частотою змінює колір випромінюваного світла. Після відображення світло потрапляє на фотодетектори, оснащені мікролінзами (так само, як і за технологією CCD). Контактною цю технологію названо через дуже малу (кілька міліметрів) відстань від лінійок діодів і фотодетекторів до сканованого оригіналу. Крім того, за цією технологією, на відміну від технологій РМТ і CCD, не використовується оптична система (лінзи, дзеркала і призми).

Дата добавления: 2013-12-12