Конструкция и обслуживание сканеров

2.2 Параметры сканеров

2.2.1 Разрешение

Самой важной характеристикой сканера или цифровой камеры является разрешение. Эта величина зависит от качества оптической системы, числа датчиков в светочувствительной матрице и метода сканирования оригинала. Для сканера формата А4, считывающего изображение построчно, оснащенного матрицей с 5 тыс. элементов в каждой из линеек, разреш

ение по горизонтали составляет 600 dpi. Вертикальное разрешение определяется точностью работы привода, перемещающего каретку (или оригинал — в пленочных слайд-сканерах). Если этот механизм способен сделать 1200 остановок на расстоянии в 1 дюйм, то вертикальное разрешение составляет 1200 dpi.

Принято различать аппаратное и программное разрешение. Первое складывается из оптической (горизонтальной) и механической (вертикальной) составляющих и в рассмотренном примере равно 600x1200 dpi. Программное, или интерполяционное, разрешение всегда выше аппаратного. Это достигается путем вставки между реально отсканированными пикселами еще нескольких, цвет которых определяется путем расчетов на основании данных о соседних точках (методом интерполяции). Размер картинки увеличивается, однако полезной информации в ней не прибавляется, возможна даже потеря резкости.

Реальное разрешение устройства зависит также от характеристик оптики. У любого объектива четкость изображения в центре выше, чем по краям. Разница зависит от сложности оптической схемы, качества стекла и точности формы линз. Если дешевый объектив проецирует на матрицу нерезкое, размытое по краям изображение, то независимо от числа датчиков в сенсоре мелкие детали картинки будут потеряны.

2.2.2 Разрядность оцифровки

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — весьма сложное устройство, назначение которого состоит в определении уровня поданного на вход электрического напряжения и выдаче соответствующего ему цифрового значения. Минимальная и максимальная величины входного напряжения зависят от микросхемы АЦП. Точность измерения определяется разрядностью. К примеру, АЦП с разрядностью 4, работающий в диапазоне 0—1 В, выдает 16 цифровых значений (2^=16), и точность измерения составляет 62,5 мВ. Разрядность АЦП, применяемых сегодня в цифровых камерах и сканерах, равна 16 бит, поэтому при таком же диапазоне входных напряжений точность достигает 0,015 мВ. В общем, надо помнить, что от разрядности оцифровки зависит точность, а не диапазон измерений.

2.2.3 Глубина цвета

Каждый пиксел представлен тремя числовыми величинами. От их разрядности зависит общее количество оттенков, которое может содержаться в цифровом изображении. Обычно в компьютерах используется 24-битное представление цвета, при котором основные цвета кодируются 8-битными числами. Комбинируя по 256 оттенков красного, зеленого и синего (2^=256), можно получить палитру, состоящую почти из 16,8 млн. цветов (256^= 16777216). В современных сканерах и камерах чаще применяются не 8-, а 12- и 16-разрядные АЦП, которые способны обеспечить 36- и 48-битную глубину цвета.

Говоря о сканерах, различают внутреннюю и внешнюю (выходную) глубину цвета. Внутренняя соответствует разрядности оцифровки, изображение с такой разрядностью обрабатывается встроенным процессором устройства. Выходная определяется форматом файлов, передаваемых в компьютер. Стандарт JPEG основан на 24-битном представлении цветов, файлы TIFF могут содержать 36- и 48-битные пикселы. Когда внутренняя глубина цвета больше выходной, процессор камеры или драйвер сканера выполняет необходимые перерасчеты. В любом случае, чем больше глубина цвета, тем лучше передаются тонкие цветовые переходы и различимее детали изображения.

2.2.4 Тени и света

Изображение состоит из пикселов, отличающихся не только цветовыми оттенками, но и яркостью. Можно составить диаграмму распределения яркости (гистограмму), по горизонтальной шкале которой откладываются значения яркости пикселов от наименьшей (черный цвет) до наибольшей (белый), а по вертикальной — количество пикселов с определенной величиной яркости. Принято разделять гистограмму на три участка. Примыкающий к черному концу называют тенями, к белому - светами, а средний — средними тонами. Важной является способность сканера или камеры фиксировать небольшие отличия яркостей в тенях и светах. От нее, например, зависит, будут ли на цифровом снимке различимы светлые облака на небе или скрытые в глубокой тени предметы.

2.2.5 Оптическая плотность

Любая картинка состоит из светлых и темных участков, отличающихся оптической плотностью. Этот параметр изображения определяется как десятичный логарифм отношения количества исходного света к количеству света, отраженному непрозрачным оригиналом или прошедшему через прозрачный. Значения оптической плотности принято указывать числами с пометкой D (от density — плотность). Минимальная величина оптической плотности равна нулю, что соответствует полному пропусканию или отражению света (Dmjn=O D). Для существующих сегодня оригиналов за максимум принята величина Dmax=4,0 D, соответствующая практически непрозрачному участку, через который проходит лишь 1/10000 часть светового потока.

2.2.6 Динамический диапазон

Если оригинал характеризуется оптической плотностью, то одним из важнейших параметров для сканеров или камер является диапазон плотностей оригиналов, считываемых устройством. Эта величина называется динамическим диапазоном, вычисляется как Dmax~'-'min практически всегда меньше 4,0 D. При недостаточном динамическом диапазоне теряются детали в тенях и светах, получается цифровое изображение с завышенной контрастностью. Для считывания непрозрачных оригиналов хватает динамического диапазона 3,0 D, а вот для пленочных негативов требуется 3,6 D.

При слишком малом динамическом диапазоне становится бессмысленной большая глубина цвета, поскольку детали изображения в тенях и светах все равно пропадут. При динамическом диапазоне 2,4 D разница в количестве пропускаемого света между самыми светлыми и темными участками составляет примерно 250 раз. Соответственно, такому устройству вполне достаточно 8-разрядной оцифровки и 24-битной глубины цвета. Сканер с динамическим диапазоном 3,6 D раскрывает все свои возможности, если оснащен 12-битными АЦП и поддерживает как минимум 36-битный цвет на выходе.

2.2.7 Цветовой шум

Цветовой шум проявляется в виде неодинаковой окраски соседних пикселов на однотонных участках изображения. Например, рассматривая при увеличении в несколько раз фрагмент цифровой фотографии, соответствующий однородно окрашенной серой стене, можно обнаружить на нем и голубоватые, и красноватые пикселы. Чем их больше и чем сильнее их оттенок отличается от исходного цвета, тем выше уровень цветового шума. Основной причиной его появления считают электрические помехи, влияющие на работу светочувствительной матрицы и АЦП. Действительно, если АЦП различает уровни напряжения с точностью 0,015 мВ, а под влиянием температурных изменений и других внешних и внутренних факторов в фотодиодах матрицы присутствует электрический шум с амплитудой порядка 0,1 мВ, цвет получаемых пикселов будет случайным образом отличаться на десятки градаций.

 Скачать реферат