...
...

Сканирование — основной способ ввода графической информации в компьютер

Похоже, к концу второго тысячелетия человечество вступило в информационную эру. Нам, конечно, трудно оценить значение происходящего с точки зрения истории цивилизации, но создается впечатление, что по важности события не уступают изобретению колеса, бронзы или открытию электричества.

И всего-то за десяток лет наши представления об информации претерпели коренные изменения. Собственно, само понятие "информация" стало близким и понятным большинству людей именно в последние годы, до этого она воспринималась как нечто абстрактное и сугубо научное, как геометрия Лобачевского.

Большей частью виноваты в этом персональные компьютеры. С самого начала они и не претендовали на роль вычислительных монстров, за секунды перемалывающих мегатонны чисел. Постоянно стремясь стать более доступными самым широким кругам пользователей, они взялись помочь в решении мелких повседневных рутинных задач. Именно помочь, а не решить их самостоятельно. И первое, что приспособились делать с их помощью люди, это быстрее и легче накапливать всевозможную информацию.

Дальше все понеслось с головокружительной быстротой. Введенная в компьютер информация никуда сама по себе не исчезает. Она накапливается на жестких дисках, и ее количество рано или поздно, но обязательно должно перейти в качество. Растущие объемы данных потребовали повышения производительности машин. Прогресс в технике позволил заняться улучшением представления информации, хранимой в компьютерах.

Без этого никак нельзя было обойтись, так как человеческий мозг, в отличие от мозга искусственного, компьютерного, ограничен в возможностях. Когда поток информации, которую необходимо воспринять, приближается к пределу усвояемости, следует предпринять что-то, коренным образом меняющее методы работы с ней. Ведь просто заявить "Все, баста, больше не полезет!" нельзя.

Длинные колонки цифр можно заменить наглядными диаграммами, одного взгляда на которые достаточно, чтобы оценить состояние дел. Вместо бесконечных наиподробнейших словесных описаний просто показать картинку, фотографию, и даже ребенок моментально сообразит, о чем идет речь. Если неподвижной картинки мало, чтобы получить полное представление о предмете, к вашим услугам компьютерное видео. Пока будете смотреть, вполне можете еще кое-что воспринять на слух.

Роль информации в обществе была бы мизерной, если бы ею нельзя было обмениваться. Рассказывать об Интернет не буду, вы и сами догадываетесь, что ее значение сложно не только оценить, но и переоценить. Между тем Великая Сеть накладывает свои условия на распространение и представление информации. Информационная емкость компьютерного экрана, если заполнить его одним текстом, удручающе мала. К тому же Интернет не терпит промедления и не дает времени на долгие размышления. Пока вы будете переваривать прочитанное, информация уже изменится, и при следующем визите на ту же Web-страничку вы увидите совсем другие сведения.

Так что компьютерная графика важна сегодня не только и не столько как элемент украшения и реализации своих эстетических способностей. Не сумеете ею воспользоваться, представляя свою информацию остальному миру, - прогорите. И если Билл Гейтс не шутит, а мне кажется, что нюх у него на эти дела отличный, то скоро с этой проблемой придется столкнуться и тем, кто сегодня не видит в персональном компьютере абсолютно ничего, кроме дорогой пишущей машинки с множеством шрифтов.

Что есть цифровое изображение 

Пора сузить границы рассматриваемой темы, взяться за один из основных аспектов компьютерной графики. Конкретнее, остановиться на представлении в компьютере рисунков и фотографий, так как чертежи и видео - отдельные большие темы, к тому же не столь актуальные для сегодняшнего массового пользователя.

Изображения, как и любая другая информация, в компьютере представлены в виде чисел. Поэтому их и называют цифровыми. Растровая графика, о которой пойдет дальше речь, далеко не самый экономный с точки зрения потребления компьютерных ресурсов способ хранения информации.

Рисунок, в том числе и трехмерный (сцена), можно представить в виде набора геометрических объектов - линий, замкнутых фигур правильной, как у круга или квадрата, или произвольной формы, закрашенных определенным цветом либо прозрачных. Для исчерпывающего описания такого набора достаточно координат опорных точек, толщин линий, кодов соответствующих им цветов, что не требует очень уж много места. Это называется векторной графикой.

С фотографиями так поступить нельзя. Единственный доступный способ ее сохранения в компьютере - это разбиение на мельчайшие одинаковые по размеру фрагменты, которые условно можно считать одноцветными, и последовательная запись их в файл. Элементы изображения называются пикселами. Переводя это слово на русский, часто говорят о точках. Большой ошибки в этом нет, хотя в принципе понятие пиксела отличается от определения точки в растровой графике.

Каждый пиксел представляет собой квадрат, закрашенный строго определенным цветом. Квадраты плотно прилегают друг к другу, и из них складывается мозаика, которую мы и называем оцифрованной фотографией, или растровым изображением. Растровым оно называется потому, что состоит из строк и колонок, образующих растр. От величины пикселов (плотности растра) и, соответственно, их количества зависит качество передачи картинки.

Цвет в компьютере кодируется числом. Поскольку все пикселы в изображении одинаковы по ширине и высоте, достаточно записать их размер в самом начале растрового графического файла, подсчитать и запомнить количество пикселов по ширине и высоте картинки, а дальше просто последовательно перечислять цвета пикселов в первой строке изображения, затем во второй и так далее.

Разрешение цифрового изображения 

Уже ясно, что у цифрового изображения не так уж и много параметров. Во-первых, это разрешение, определяющее число пикселов, на которые было разбито изображение при оцифровке.

Разрешение выражается в количестве пикселов, приходящемся на единицу площади картинки. Когда говорят, что разрешение составляет 300 пикселов на дюйм (pixels per inch, ppi), это означает, что каждый квадратный дюйм изображения складывается из 300 2= 90,000 пикселов. Если разрешение по горизонтали и вертикали не совпадает, говорят, например, о разрешении в 720 х 360 пикселов.

Применительно к сканированию термин "разрешение" носит отличный от других случаев характер. При сканировании разрешение соответствует понятию дискретизации, связанному с преобразованием аналогового, то есть плавно изменяющегося сигнала, в дискретное цифровое представление. В частности, это происходит при цифровой звукозаписи, знакомой всем по компакт-дискам. Для воспроизведения высококачественного аудиосигнала, близкого по форме к оригинальному аналоговому сигналу, при записи с некоторой постоянной частотой замеряется его амплитуда. Показания сохраняются в виде последовательности чисел. Частоту замеров амплитуды звука называют частотой дискретизации.

В сканере происходит практически то же самое. Замеряется яркость оригинала, который можно рассматривать как аналоговое представление изображения. Измерения выполняются с постоянным шагом, соответствующим частоте дискретизации картинки. Этот шаг и является разрешением.

Размер и масштаб 

Одного разрешения маловато, надо еще указать, на сколько пикселов разбито изображение по ширине и по высоте. Так мы получим размер картинки.

Его можно указывать как в единицах длины, например в сантиметрах, так и в пикселах. Связующим звеном выступает разрешение, которое позволяет пересчитать количество пикселов в сантиметры и, наоборот, по известной ширине и высоте вычислить число пикселов. Каким способом описания размеров картинки удобнее воспользоваться при сканировании, зависит от того, как будет потом использовано введенное в компьютер изображение.

Если его планируется распечатать, вставить (заверстать) в электронный документ, по форме аналогичный распечатанному, лучше работать с единицами длины. При верстке документа вы всегда знаете ширину и высоту листа, ширину колонок текста. Все это - в сантиметрах. Поэтому и при сканировании, и при обработке изображения удобнее оперировать размерами, выраженными в сантиметрах.

Другое дело - Web-публикации. Экран компьютера, как известно, в дюймах мерят только при покупке. Во время работы вы не задаетесь вопросом, сколько сантиметров составляет ширина выводимой на него картинки. Зато точно известно, что на мониторе отображаются 800 пикселов по ширине и 600 по высоте. Или 1,024 х 768. Или другие значения в зависимости от выбранного режима. Поскольку Web-страница почти равна по площади экрану, вам удобнее рассчитывать размеры картинок в пикселах.

Изменение размеров картинки при сохранении разрешения, то есть увеличение или уменьшение количества составляющих ее пикселов, называют масштабированием. Процедура эта выполняется очень часто и во многих случаях автоматически. Новый масштаб изображения принято задавать в процентах от исходных размеров. Например, при масштабировании на 75% картинка шириной в 10 сантиметров будет ужата до 7.5 сантиметра.

Расчеты при масштабировании сводятся к вычислению цвета новых пикселов, отталкиваясь от цвета пикселов исходного изображения. Если масштаб уменьшается, несколько соседних пикселов заменяются на один, которому назначается средний по суммируемым пикселам цвет. При увеличении масштаба между пикселами исходной картинки вставляются новые. Цвет им назначается промежуточный между цветами пикселов, где они вставляются.

Процесс вычисления цвета новых пикселов при масштабировании называется интерполяцией. Формулы и алгоритмы интерполяции - "ноу-хау" специализирующихся на компьютерной графике компаний. Чем совершеннее эти расчеты, тем незаметнее отличия оригинала от копии измененного масштаба.

Цветовые модели и глубина цвета 

Любой сложный цвет, встречающийся в природе, можно разложить на несколько составляющих. Смешивая в разной пропорции основные цвета, подобно тому, как художник смешивает краски на палитре, компьютер умудряется достаточно точно передать богатство цветов окружающего нас мира.

Полноцветная картинка, таким образом, составляется из нескольких так называемых каналов, соответствующих основным цветам. Канал - это изображение такого же размера, что и полноцветное, но состоящее из одного-единственного основного цвета. В каждом из каналов записывается только информация о яркости пикселов, пропущенная через соответствующий основному цвету цветной фильтр. Например, когда истинный цвет пиксела включает в себя 50% красного цвета, в красном цветовом канале соответствующему пикселу назначается яркость 50%.

Один канал, несущий исключительно яркостную информацию, позволяет получить черно-белое полутоновое изображение. Точно как в покойных черно-белых телевизорах. В компьютерной растровой графике такие изображения называются grayscale, что переводится как градации серого. Цветная картинка должна состоять как минимум из трех каналов. Дополнительные каналы позволяют улучшить четкость или цветопередачу, но не являются необходимыми.

По способу смешения основных цветов различают аддитивную и субстрактивную схемы образования цветов.

Аддитивная схема заключается в оптическом сложении трех основных цветов. Она используется в телевизорах и мониторах, а также в сканерах и других приборах, в которых картинка создается электронным способом. При аддитивной схеме смешиваются красный (red), зеленый (green) и синий (blue) цвета. По их начальным буквам и получила название соответствующая цветовая модель - RGB.

Когда яркость пикселов во всех трех каналах модели RGB нулевая, то есть они черные, в результате сложения получается черный пиксел. При 100-процентной яркости образуется белый цвет. Смешиваемые в равном количестве красный, зеленый и синий цвета образуют оттенки серого. Когда количество основных цветов неодинаково, получаем сложный цвет, такой, например, как оливковый.

Для печати на бумаге применяется субстрактивная схема образования цветов. При этом задействованы другие основные цвета - голубой (cyan), пурпурный (magenta) и желтый (yellow). Соответствующая цветовая модель получила название CMY. Принцип образования сложных цветов на бумаге прямо противоположен электронному.

Из белого цвета, который уже задан бумагой, вычитаются доли голубого, пурпурного и желтого цветов. Если не вычитать ничего, цвет останется белым. Если вычесть все 100% каждого из основных цветов, на распечатке получим черный пиксел. Как и при аддитивной схеме, равная пропорция обеспечивает оттенки серого, а остальные цвета образуются при ее нарушении в пользу одного или двух основных цветов.

В модель CMY обычно вводят четвертый канал - черный (black). Тогда ее называют CMYK. Добавление четвертого, черного канала вызвано особенностями технологии получения изображений на бумаге и позволяет увеличить четкость картинки. Дело в том, что бумага впитывает краски, уходя в глубину, они становятся бледнее, а потому не удается получить абсолютно черный цвет. Приходится допечатывать его дополнительно.

Кроме этих двух цветовых моделей существует еще несколько, в которых каналы несут информацию не о яркости конкретного основного цвета, а описывают результирующий цвет другими параметрами. Например, в модели HSB (hue, saturation, brightness - тон, насыщенность, яркость) первый канал описывает тон пиксела, определяя его по углу на цветовом круге. Цветовой круг представляет собой спектр, размещенный по кругу. Красному соответствует 0°, желтому - 60°, зеленому - 120°, голубому - 180°, синему - 240°, фиолетовому - 300°. Второй канал задает густоту тона, выражаемую в процентах, то есть количество примешиваемого к основному тону белого цвета. Третий канал отвечает за яркость, также выражаемую в процентах. Яркость в 100% - чистый белый цвет, в 0% - черный.

Другая модель - LAB (lightness, a, b) - также состоит из трех каналов. Первый эквивалентен черно-белому варианту изображения, а второй и третий являются цветоразностными, то есть пикселы в них передают пропорцию между зеленым и пурпурным, синим и желтым основными цветами. В компьютерной графике модель LAB используется в редакторах для внутреннего преобразования цветных изображений, записанных в форматах RGB или CMYK.

Кроме цветовой модели очень важно понятие глубины цвета. Под ним подразумевается число градаций яркости, передаваемое пикселами в основных цветовых каналах. Если использовать для описания каждого пиксела в каждом цветовом канале 1 байт, то есть 8 бит, для модели RGB получим 24-битовую глубину цвета.

Переводя на более понятный язык, замечу, что по глубине цвета несложно рассчитать максимальное количество цветов в изображении. Смотрите сами: при глубине цвета в 24 бита можно получить 2 24=16,777,216 оттенков. Глубина цвета в 16 бит соответствует 2 16= 65,536 цветов. Разумеется, ни один нормальный человек перемножать столько двоек не станет, но надо всего-то запомнить эти два числа - 16.8 миллиона оттенков при 24-битовом цвете и 65 тысяч при 16-битовом.

Обратите внимание, что модель CMYK при 8-битовых каналах не дает большего числа цветов, чем RGB, так как черный канал используется не для образования новых оттенков, а для придания четкости. Так что в данном случае нельзя говорить о 32-битовом цвете, он остается 24-битовым.

Итак, качество растрового компьютерного изображения тем лучше, чем выше его разрешение и больше глубина цвета. Естественно, что по закону бутерброда это ведет к сумасшедшему росту количества хранимых в машине байтов. Остается придерживаться принципов разумной достаточности.

Сканирование 

Судя по всему, задача ввода изображения в компьютер сводится к разделению поступающей в некий прибор сложной цветовой информации на три основных канала - красный, зеленый и синий - и считыванию яркостной информации в каждом из них в соответствии с реализованной в приборе электронной схемой дискретизации, то есть выделения пикселов.

Эту работу выполняют как сканеры, так и другие устройства, включая цифровые фото- и видеокамеры. Разница лишь в конструкции, а не в принципе работы.

Сканеры по конструкции делятся на пять основных типов: планшетные, роликовые, барабанные, слайд-сканеры и ручные. Какому из них отдать предпочтение, зависит от предъявляемых вами требований к качеству и, разумеется, денежного наполнения кармана. Наиболее популярные и у нас, и во всем цивилизованном мире планшетные сканеры обеспечивают необходимое для бизнес-приложений качество, пригодны и для полиграфических работ, отличаются простотой в пользовании; и предлагается выбор в большом ценовом диапазоне: от самых дешевых за $200 до дорогих за $20,000.

Роликовые сканеры используются в основном только для сканирования текстов. Эти устройства работают по принципу протяжки оригинала над неподвижным считывающим элементом, как в факсе. Распространение роликовых сканеров вызвано необходимостью автоматизировать ввод поступающих в контору текстовых документов, а также связано с успехом многофункциональных устройств, похожих на факс, в которых можно отдельно эксплуатировать сканирующий, печатающий и приемопередающий узлы. Обычно они дешевле планшетных сканеров, но в то же время менее универсальны. Через роликовый сканер удается пропустить только отдельный лист, а книгу или отчет придется расшивать, что не всегда возможно. К тому же они не могут качественно сканировать прозрачные оригиналы - слайды.

Ограниченность возможностей применения роликовых сканеров становится особенно ощутимой по мере того, как все чаще в бизнесе появляется необходимость не просто загнать в машину текст и распознать в нем буковки, а привлекательно оформить рекламу, подготовить презентационные материалы или Web-страницу. Думаю, что судьба сулит куда более завидную участь планшетным сканерам.

Барабанные и слайд-сканеры обеспечивают самое высокое качество, но они намного дороже и требуют специальных технических знаний и навыков. Эти устройства предназначены для профессиональных издательств, дизайн-студий и репроцентров типографий. Правда, в последнее время появилось множество "домашних" слайд-сканеров небольшого формата, но из-за того, что они способны сканировать лишь слайды, разумность их приобретения вызывает множество вопросов.

Ручные сканеры по качеству вводимой информации и удобству работы сильно уступают планшетным, хотя в описании многих моделей и фигурируют впечатляющие параметры разрешения, глубины цвета и т.п. На них стоит обратить внимание, только если ищете совсем дешевый способ сканирования текстов или собираетесь ограничиться разработкой публикаций для Web, где к качеству предъявляются самые скромные требования.

Планшетные сканеры 

Планшетные, или настольные, сканеры обязаны популярностью в народе простоте и надежности своей конструкции. Однако это не мешает применять их не только в бизнесе, но и при решении более требовательных к качеству задач - в издательской деятельности, науке, медицине и инженерном проектировании. Деньги считать умеют все, и стараются выжать из сканера все, что позволяет его конструкция.



В планшетных сканерах оригинал неподвижен, а вдоль него перемещаются источник света и считывающие элементы. Габариты устройства в значительной степени определяются размером оригинала, поэтому планшетные сканеры выпускают для форматов A4 - A3. Они могут комплектоваться дополнительными устройствами, повышающими эффективность работы. Это слайд-адаптеры, обеспечивающие сканирование прозрачных оригиналов размером от кадра на 35-миллиметровой фотопленке до листа A4, а также устройства автоматической подачи документов - Automatic Document Feeder, ADF.

Планшетные сканеры комплектуются богатым набором программного обеспечения, включая графические редакторы, программы распознавания текста (OCR), TWAIN-модули, связывающие сканер с приложениями Windows. Современные утилиты сканирования предлагают мощные средства для управления параметрами считывания изображений, в том числе и автоматические. Благодаря им можно получить неплохое качество, даже не обладая богатым опытом и профессиональными знаниями.

К недостаткам планшетных сканеров в первую очередь следует отнести не очень высокое разрешение, недостаточное для высококачественной цветной полиграфии, и малый динамический диапазон, мешающий считыванию и качественной передаче деталей в самых темных областях оригинала. Пользователи настольных сканеров, серьезно работающие в области графики и верстки и выводящие результаты на пленки, обычно для финишных операций пользуются услугами сервисных бюро и их барабанных сканеров. Тем не менее для многих настольных издательств планшетные сканеры являются неплохим вариантом.

Барабанные сканеры 

Барабанные сканеры традиционно применяются для сканирования в издательствах и компьютерными дизайнерами. Из-за того, что они очень дороги (их стоимость лежит в пределах от $50,000 до $150,000), чаще всего ими располагают сервисные бюро, обслуживающие профессионалов.

Барабанные сканеры отличаются от планшетных тем, что в них неподвижен считывающий элемент, а оригинал крепится к прозрачному барабану, вращающемуся с высокой скоростью. Вращение барабана обеспечивает сканирование строк пикселов, а в рамках одной строки символы считываются за счет перемещения источника и приемника света.



Несмотря на очень высокое качество, барабанные сканеры практически не имеют шансов на широкое распространение, даже если бы и удалось снизить их цену до уровня планшетных устройств. Дело в том, что они все-таки в основном рассчитаны на считывание прозрачных оригиналов - слайдов. Кроме того, чтобы достичь необходимой для сканирования скорости вращения барабана, требуется время. Аналогично и после того, как изображение будет введено, придется ждать остановки барабана.

Значительные дополнительные затраты времени и необходимые для работы с барабанными сканерами профессиональные навыки окупаются высоким качеством считывания и большим динамическим диапазоном. И все же они уместны только при финальном сканировании, а промежуточные операции удобнее выполнять на планшетных сканерах.

Слайд-сканеры 

В отличие от планшетных сканеров, которые считывают картинку и в отраженном (непрозрачные), и в проходящем свете (прозрачные оригиналы), слайд-сканеры используются для сканирования только изображений на пленках. Обычно это очень маленькие оригиналы - 35-миллиметровые кадры.

Такие сканеры обеспечивают очень высокое разрешение, но из-за микроскопичности оригинала окончательное изображение приходится увеличивать. Изображение, сканированное с разрешением 1,200 пикселов на дюйм, увеличенное в четыре раза, имеет разрешение 300 пикселов на дюйм. В то же время слайд-сканеры предлагают лучший динамический диапазон и могут "видеть" очень мелкие отличия в цвете и оттенках серого даже в самой темной части спектра.

Большинство слайд-сканеров снимают картинку, используя как минимум 10-битовую глубину цвета на каждый канал, а некоторые даже более 16 бит. Столь высокая чувствительность, учитывая ограниченные возможности использования устройства, делает слайд-сканеры более приемлемыми для профессионального графического дизайна или медицины, чем для бизнес-приложений.

Ручные сканеры 

Эти устройства (стоимостью от десятков до нескольких сотен долларов) работают только с отраженным изображением. Оно формируется из строк пикселов, снимаемых линейкой чувствительных элементов, когда вы вручную перемещаете сканер по листу.

Ручные сканеры отличаются еще меньшим, чем у планшетных, динамическим диапазоном, разрешением и глубиной цвета. Декларации производителей о высоком оптическом разрешении ручных сканеров заставляют поинтересоваться, а как обстоят дела с утренней дрожью в руках. Ведет-то сканер человек, а его точность измеряется далеко не в сотых долях дюйма.

Врожденные ограничения на применение ручных сканеров вытекают из того, что практически невозможно точно управлять физическими характеристиками сканирования. Время сканирования страницы, скорость, прямолинейность сканирования - все это зависит от руки человека, перемещающего сканер. Тем не менее при использовании программ распознавания текстов ручной сканер может оказаться хорошей альтернативой барабанящей по клавиатуре машинистке. Ручной цветной сканер станет удобным инструментом и для разработчика Web-страниц, которому не требуется высокое разрешение (оно обычно составляет 72 пиксела на дюйм - как на экране монитора), но приходится снимать массу мелких картинок.

Как считывается изображение 

Независимо от конструкции, размеров области сканирования и назначения любые сканеры используют одну из двух технологий считывания: с помощью приборов с зарядовой связью (ПЗА) - Charge Coupled Device (CCD) или вакуумных фотоумножительных трубок - Photomultiplier Tubes (PMT).

CCD-технология применяется в планшетных, ручных, рулонных и слайд-сканерах. Внутри сканера находятся источник света, устройство фильтрации цветов, обеспечивающее формирование цветовых каналов, и воспринимающая яркостную информацию CCD-матрица. Яркий и спектрально чистый свет, отражаясь от бумаги или проходя сквозь прозрачную пленку, попадает через оптическую систему линз и цветных фильтров на CCD-матрицу, в которой сила света преобразуется в электронные импульсы, а те в свою очередь - в компьютерные данные.

Приборы с зарядовой связью - это миниатюрные кристаллы, которые действуют как фотометр для измерения поступающего света и с помощью аналого-цифрового преобразователя переводят измеренное аналоговое напряжение в цифровую форму. Когда вы помещаете объект на стекло и начинаете сканировать, источник света освещает его тонким лучом поперек страницы. Многократно (согласно выбранному вертикальному разрешению) сканируя объект тонкими горизонтальными лучами и сдвигаясь по вертикали на шаг, устройство, работающее по CCD-технологии, формирует полное изображение.

Горизонтальная частота дискретизации (реальное, или оптическое, разрешение) определяется шириной сканирования и числом CCD-элементов в матрице. Для планшетных сканеров она обычно составляет 300-400 пикселов на дюйм. Для разрешения в 400 пикселов на дюйм при ширине сканирования в 8 1/2 дюйма (формат Letter) необходимо иметь в CCD-матрице 3,400 элементов. Физически CCD-матрица меньше чем 8 1/2 дюйма, и свет фокусируется оптической системой сканера на меньшем пространстве.

Глубина считываемой CCD-матрицами яркости света определяется разрядностью аналого-цифрового преобразования. Наращивать разрядность этих преобразователей накладно с точки зрения как стоимости, так и производительности работ сканера, поэтому чаще всего ее ограничивают 8 - 10 битами. Как я уже говорил, это обеспечивает каждому пикселу от 256 до 1,024 градаций яркости и при сложении цветовых каналов позволяет получить "истинный" цвет (true color), состоящий как минимум из 16.8 миллиона оттенков.

В то же время CCD-технология ограничена по динамическому диапазону, что выливается в слабую различимость соседних уровней яркого света. Элемент CCD "видит" линейную интенсивность света в отраженном пространстве, тогда как человеческий глаз воспринимает разные уровни яркости света нелинейно.

С одной стороны, сканер может различить больше уровней серого в световом спектре, чем человеческий глаз (где-то до 64 градаций), а с другой - человеческий глаз способен определить больше уровней интенсивности в темных областях. При этом разница интенсивности, обеспечиваемая одним битом при 8-битовом сканировании в темной части спектра, меньше, чем воспринимаемая человеческим глазом.

Таким образом, человек лучше, чем сканер, различает детали в темных областях изображения. Чтобы в какой-то степени компенсировать этот недостаток, многие сканеры используют оцифровку разрядностью в 10 бит на канал вместо 8. Это позволяет расширить динамический диапазон сканера, и затененные детали прорабатываются более глубоко.

Фотоумножительная PMT-технология используется в барабанных сканерах. В них объект сканирования, который может быть прозрачным или отражающим, устанавливается на вращающийся барабан и освещается полноспектральным источником света. Проходящий или отраженный свет фокусируется на полупрозрачных зеркальных цветофильтрах, каждый из которых отражает свою часть изображения (цветовой канал) в PMT-элементы, а остальное пропускает дальше.

Во время сканирования барабан вращается, а точка фокуса, обрабатывающая изображение пиксел за пикселом, смещается по нему, последовательно захватывая его целиком. Экспонирование на барабанном сканере, таким образом, представляет собой последовательный процесс попиксельной обработки изображения. Барабанные сканеры способны работать с различной скоростью, позволяя получать различный масштаб и требуемую точность. Это достигается изменением частоты вращения барабана и скорости, с которой собирающие линзы проходят сканируемое изображение.

Одна из главных причин громадной разницы в стоимости и качестве работы барабанных и настольных сканеров - PMT. Фотоумножительный элемент - это стеклянная вакуумная трубка, подобная той, которая применялась раньше в телевизионных камерах и используется до сих пор в электронных микроскопах.

Внутри трубки светочувствительный металл (эмиттер) при попадании на него света испускает электроны, которые проходят небольшое расстояние в вакууме и сталкиваются с металлическим коллектором, создающим электрический ток. Поток электронов в вакууме усиливается подобно тому, как это происходит в старых телевизионных лампах. Изменение силы потока зависит от изменения яркости света и формирует сигнал, который снова усиливается, на этот раз обычной электроникой, и передается на аналого-цифровой преобразователь. Тот, в свою очередь, преобразует аналоговые сигналы в двоичные единицы и нули, что позволяет ввести их в компьютер.

PMT-сканеры, обладая достаточно высокой чувствительностью к свету и высоким соотношением сигнал/шум, считывают изображения с самым высоким качеством. В них светочувствительные элементы работают при намного более высоком напряжении (обычно 110 вольт), чем в CCD-сканерах (5-10 вольт), благодаря чему их чувствительность в разных областях спектра может быть отрегулирована точнее. Хороший PMT-сканер способен снимать детали изображения, не различимые глазом, давая возможность при последующей обработке существенно улучшить изображение.

Два главных правила при сканировании 

Каким бы сканером вы ни пользовались и какие бы задачи с его помощью ни пытались решить, для получения наилучших результатов надо придерживаться универсальных правил.

Во-первых, следует помнить, что ни одна программа не способна выявить в изображении детали, которые были потеряны при сканировании. То есть чем больше вам удастся получить информации от сканера, тем большие возможности по ее обработке предоставит вам графический редактор и тем вероятнее получение высококачественного цифрового изображения.

Во-вторых, нельзя выжать из оригинала больше информации, чем в нем содержится. Нельзя также получить от сканера больше полезных сведений, чем тот способен снять физически. Всякая интерполяция и прочие "расширения" ничего нового в изображение не добавляют, а всего лишь позволяют сразу получить картинку с нужным разрешением и размерами и просачковать стадию ее обработки в компьютере.

В то же время чрезмерная страсть к работе на максимальных режимах сканирования может привести (чаще всего так и случается!) к вводу в компьютер не только изображения, но и его мельчайших погрешностей, с которыми потом придется долго сражаться в графических редакторах, на всю катушку задействовав потенциал компьютерного ретуширования и улучшения изображений. А в результате вы получите то, что могли сразу снять сканером, если бы не поставили перед ним задачу воспроизвести с оригинала абсолютно все, включая и мусор.

О том, как следует сканировать изображения, какие режимы являются достаточными и в каких случаях, как получить со сканера максимум полезной информации, надо поговорить отдельно.

Роман Соболенко 
Продолжение следует


© Компьютерная газета

полезные ссылки
Регистрация компаний в Великобритании