нескольких малоформатных оригиналов (например, визитных карточек); только нужного участка оригинала. К их недостаткам можно отнести, пожалуй, только б?льшие по сравнению с протяжными сканерами габариты, массу и энергопотребление.
В дальнейшем, если это не будет оговорено специально, мы будем подразумевать под сканером именно планшетный вариант, как наиболее универсальный.
Основной элемент любого сканера – фоточувствительный датчик, преобразующий отраженный от оригинала или прошедший через него свет модуля подсветки в электрические сигналы, амплитуда которых пропорциональна яркости соответствующих участков оригинала. Эти сигналы затем усиливаются, преобразуются в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя и через интерфейсный модуль поступают на ПК.
Датчик изображения
Практически все датчики изображения представляют собой один или более рядов светочувствительных ячеек, одновременно регистрирующих яркости всех точек одной строки, длина которой равна ширине оригинала. Датчик перемещается вдоль оригинала, регистрируя строки одну за другой.
Существует два основных типа светочувствительных датчиков для сканеров – на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС, или по-английски Charge-Coupled Device, CCD), называемые также датчиками с оптическим уменьшением (Optical Reduction Sensor, ORS), и контактные КМОП– или CMOS-датчики (CIS, Contact Image Sensor). У каждого из них есть свои преимущества и недостатки, вытекающие из их конструкции и типа используемого для освещения оригинала источника света.
ПЗС-датчик представляет собой одну или несколько линеек светочувствительных ПЗС-ячеек. Отраженный от оригинала свет люминесцентной лампы с холодным катодом (Cold Cathode Fluorescent) падает на систему зеркал, изменяющую направление лучей на 90°, и попадает в объектив, создающий уменьшенные копии изображения, сфокусированные на каждой из CCD-линеек. Подобная система, благодаря наличию объектива, обладает значительной глубиной резкости и высоким оптическим разрешением – до 4800 точка/дюйм. Такая глубина резкости позволяет сканировать оригиналы большой толщины, в частности развороты книг, без потери четкости в зоне перегиба, и даже небольшие трехмерные объекты. К недостаткам относятся более высокая по сравнению с контактными датчиками цена, большее энергопотребление (для питания лампы необходим специальный преобразователь напряжения – инвертор), меньшие габариты и длительное время разогрева лампы – до 1–2 мин.
Оптическая система с контактным датчиком значительно проще по конструкции, дешевле и энергоэкономичнее, – кроме того, здесь не требуется ждать разогрева лампы. Вместо лампы, зеркал, объектива и ПЗС-линеек используются три линейки светодиодов (красных, зеленых и синих), попеременно освещающих оригинал, и линейка КМОП-фотодиодов с самофокусирующимися линзами длиной, равной ширине области сканирования, перемещающаяся практически вплотную к стеклу сканера. Но CIS значительно уступает CCD по максимальному разрешению, точности передачи оттенков цветов и, самое главное, глубине резкости, из-за чего о сканировании объемных оригиналов здесь не может быть и речи.
Подсветка и цвет
В современных сканерах применяются два вида источников света – флуоресцентные лампы с холодным катодом и светодиоды, причем первые в большинстве случаев используются с CCD-, а вторые с CIS- датчиками.
Как CCD-, так и CIS-датчики регистрируют только уровень интенсивности света, а не его длину волны, – иными словами, получаемое ими изображение монохромно. Чтобы получить информацию о цвете, необходимо для каждой точки снять три отсчета по каждому из трех основных цветов. Существует множество схем цветоделения, но все их можно разделить на три группы: с применением фильтров, с изменением цвета подсветки и с расщеплением луча.
Наиболее простая, и потому распространенная, технология – применение цветных фильтров (обычно это красный, синий и зеленый, RGB), но встречаются модели и с б?льшим количеством опорных цветов, обеспечивающие лучшую цветопередачу), располагаемых между датчиком и сканируемым объектом. В первых цветных сканерах фильтры менялись вручную, позже этот процесс был автоматизирован, но сканирование все равно занимало много времени – каждая строка экспонировалась трижды (трехпроходное сканирование). Помимо большого времени сканирования, трехпроходная схема с применением фильтров имела и другие недостатки: для хранения промежуточных изображений требовалась емкая буферная память, сложно было обеспечить полную неподвижность оригинала между проходами и точность позиционирования датчика на каждом проходе. Кроме того, светофильтры существенно уменьшают интенсивность светового потока (иногда на них теряется до 80–90 % света). Совершенствование технологии автоматической смены фильтров позволило выполнять сканирование в один проход с троекратным экспонированием каждой строки. Такой метод цветного сканирования наиболее прост, недорог и поэтому применяется в большинстве современных сканеров.
Основного недостатка сканеров с автоматической сменой фильтров лишены сенсоры типа OCCF (On-Chip Color Filter – цветной фильтр на кристалле датчика). В них ПЗС-датчик состоит из трех линеек, каждая из которых прикрыта собственным светофильтром. Хотя каждая точка по-прежнему экспонируется трижды, конструкция датчика позволяет сканировать изображение за один проход. OCCF-сканеры не лишены недостатков, наиболее заметные – возможность появления артефактов цвета при неравномерном перемещении сканирующей каретки, а также низкое качество сканирования рельефных объектов (это объясняется тем, что на разные ПЗС-линейки свет падает под разным углом).
Еще один способ разделения цветов – применение нескольких цветных источников света. Такой подход позволяет избежать падения интенсивности света при прохождении светофильтра и поднять скорость сканирования благодаря отсутствию механического блока смены фильтров. Кроме того, при сканировании монохромного изображения могут быть включены все источники света одновременно, что дает увеличение яркости подсветки, благоприятно сказывающееся на качестве сканирования. Сканирование может проходить как за три прохода (изображение сканируется полностью при свете каждого источника), так и за один. В последнем случае для каждой линии изображения по разу включается каждый источник света. Однопроходной способ сканирования не дает существенного выигрыша во времени, поскольку каждая строка по-прежнему экспонируется три раза плюс время на включение-выключение источников, но зато он гарантирует отсутствие артефактов цвета в результирующем изображении, появляющихся при трехпроходном сканировании из-за неточности позиционирования каретки. Цветная подсветка имеет ряд существенных минусов. Применение нескольких газонаполненных ламп делает конструкцию громоздкой, тяжелой и менее надежной. Использование же светодиодов отрицательно сказывается на качестве цветопередачи – из-за их узости спектры излучения светодиодов основных цветов практически не перекрываются, а в результате яркость в областях спектра между опорными цветами оказывается столь малой, что часть информации о цвете теряется.
Наиболее совершенный способ цветоделения – расщепление пучка белого света на хроматические составляющие. При использовании датчика с тремя ПЗС-линейками это позволяет сканировать изображение за один проход при одной экспозиции для каждой строки. Расщепление пучка дает такие преимущества, как быстрое и качественное сканирование цветных изображений без каких-либо артефактов или искажений цвета и максимальная яркость подсветки при сканировании монохромных изображений. Серьезных недостатков у таких систем нет, если, конечно, не считать повышенной сложности оптической системы (она состоит из нескольких линз, зеркал, фильтров и очень требовательна к точности позиционирования каретки)
