Оборудование для ввода графической информации в компьютер

ВверхСуществуют различные технические средства, осуществляющие процесс преобразования изображений в цифровую форму, например, сканеры, дигитайзеры (графические планшеты), цифровые фото- и видеокамеры. В каждом конкретном случае важно правильно выбрать нужное устройство, руководствуясь его техническими характеристиками, для получения оцифрованного изображения с требуемой детальностью и цветовой гаммой.

Сканер - это устройство ввода в персональный компьютер цветного или черно-белого изображения.

Принцип действия практически всех типов сканеров един. Он основан на том, что направленным лучом освещаются отдельные точки исходного изображения (оригинала) и отраженный в результате луч воспринимается фоточувствительным приемником, где информация о «цвете» точки интерпретируется как конкретное численное значение, которое через определенный интерфейс передается в компьютер.

Как правило, светочувствительные элементы объединяют в матрицу, для того, чтобы сканировать одновременно целый участок оригинала.

Сканеры по способу восприятия цвета разделяют на черно-белые и цветные.

Черно-белые сканеры могут в простейшем случае различать только два значения - черное и белое, что вполне достаточно для чтения штрихового кода. Более сложные сканеры различают градации серого цвета.

Цветные сканеры работают на принципе сложения цветов, при котором цветное изображение получается путем смешения трех цветов: красного, зеленого и синего.

По механизму перемещения матрицы светочувствительных элементов относительно оригинала выделяют следующие типы сканеров: ручные, барабанные, листовые, планшетные.

Ручные сканеры - это относительно недорогие устройства небольшого размера, удобны для оперативного сканирования изображений из книг и журналов. Сканирование осуществляется путем ручного перемещения сканера по оригиналу. Ширина полосы сканирования обычно не превышает 15 см. К недостаткам ручного сканера можно отнести зависимость качества сканирования от навыков пользователя и невозможность одновременного сканирования относительно больших изображений.

В барабанном сканере сканируемый оригинал располагается на вращающемся барабане. При этом сканируется точечная область изображения, а сканирующая головка движется вдоль барабана на очень маленьком расстоянии от оригинала. В настоящее время такие сканеры используются только в типографском производстве.

В листовых сканерах носитель с изображением протягивается вдоль линейки, на которой расположены светочувствительные элементы. Ширина изображения как правило составляет формат А4, а длина ограничена возможностями используемого компьютера (чем больше изображение, тем больше размер файла, где хранится его цифровая копия).

Планшетные сканеры осуществляют сканирование в автоматическом режиме. Оригинал располагается в сканере на стеклянном листе, под которым при помощи подвижной линейной матрицы сканируется изображение построчно с равномерной скоростью (рисунок 9.8). Размеры сканируемых изображений зависят от размера сканера и могут достигать размеров большого чертежного листа (А0). Размеры матрицы и системы фокусировки подобраны так, чтобы вести сканирование листа по всей ширине. Специальная слайд-приставка позволяет сканировать слайды и негативные пленки.

Рисунок 9.8. Планшетный сканер

Сканеры подключаются к персональному компьютеру через специальный контроллер (для планшетных сканеров это чаще всего SCSI контроллер). Сканер всегда должен иметь соответствующий драйвер, так как только ограниченное число программных приложений имеет встроенные драйверы для общения с определенным классом сканеров.

При выборе конкретной модели сканера необходимо учитывать ряд характеристик, связанный с техническими возможностями модели.

Разрешение - число точек или растровых ячеек, из которых формируется изображение, на единицу длины или площади. Чем больше разрешение устройства, тем более мелкие детали могут быть воспроизведены.

Аппаратное/Оптическое разрешение сканера - это одна из основных характеристик сканера, напрямую связанная с плотностью размещения чувствительных элементов на матрице сканера. Измеряется в количестве пикселей на квадратный дюйм изображения.

Интерполированное разрешение - разрешение изображения, полученного при помощи математической обработки исходного изображения. С улучшением качества имеет мало общего. Часто служит рекламной уловкой для неподготовленных пользователей.

Глубина цвета - количество разрядов каждого пикселя в цифровом изображении, в т.ч. выдаваемом сканером.

На мировом рынке представлено достаточно большое число фирм-производителей сканеров. Наиболее популярные модели производятHewlett-Packard, Agfa, Canon, Mustek.

Сканирование плоских графических документов - дело сравнительно простое: оригинал кладется на стеклянную пластину планшетного сканера, закрывается крышка и производится пуск аппарата. Но сканирование в трех измерениях, определяющих наш мир, гораздо сложнее и требует большого труда, поэтому до сих пор задача эта для пользователей ПК была почти неразрешима.

Однако сегодня разработан ряд приборов, позволяющих отображать объекты небольших и средних размеров в виде точных трехмерных файлов. Примером может служить прибор для оцифровки трехмерных объектов MicroScribe-3D компании Immersion, который использует современные достижения в различных отраслях технического прогресса.

Рисунок 9.9. Прибор для оцифровки трехмерных объектов MicroScribe-3D

Компания Immersion разработала уникальную механическую технологию оцифровки, которая компактна, доступна и легка в использовании. Прибор представляет собой настольное устройство, внешне напоминающее миниатюрную зубоврачебную бормашину (рисунок 9.9). Каждое соединение MicroScribe-3D использует цифровые оптические датчики, работа которых не зависит от любого относящегося к окружению влияния. Результат -универсальная система, которая может работать практически в любой среде и сканировать объекты из любого материала.

Но кроме этого, есть и другие технологии трехмерного сканирования: ультразвуковое сканирование, магнитное сканирование, лазерное сканирование.

Дигитайзер - это устройство, предназначенное для оцифровки изображений, применяемое для создания на компьютере рисунков и набросков. С помощью специального программного обеспечения он позволяет преобразовывать движение руки оператора в формат векторной графики. Первоначально дигитайзер был разработан для приложений систем автоматизированного проектирования, так как в этом случае необходимо определять и задавать точное значение координат большого количества точек. В отличие от мыши дигитайзер способен точно определять и обрабатывать координаты объекта.

Дигитайзер состоит из специального планшета являющегося рабочей поверхностью и, кроме этого, выполняющего разнообразные функции управления соответствующим программным обеспечением, и светового пера или, чаще, кругового курсора, являющихся устройствами ввода информации (рисунок 9.10).

Рисунок 9.10. Дигитайзер

Принцип действия дигитайзера основан на фиксации местоположения курсора с помощью встроенной в планшет сетки. При нажатии на кнопку курсора его местоположение на поверхности планшета фиксируется, а его координаты передаются в компьютер. Сетка состоит из проволочных или печатных проводников с довольно большим расстоянием между соседними проводниками (от 3 до 6 мм).

Одной из разновидностей дигитайзера является графический или рисовальный планшет. Он представляет собой панель, под которой расположена электромагнитная решетка. Если провести по его поверхности специальным пером, то на экране монитора появится штрих. В планшете реализован принцип абсолютного позиционирования: изображение, нарисованное в левом нижнем угла планшета, появится в левом нижнем углу экрана монитора. Обычно рисовальные планшеты имеют размеры коврика для мыши, но рабочая поверхность несколько меньше.

Имеются планшеты, обладающие чувствительностью к нажиму, с помощью которых, регулируя нажим, можно получать на экране линии различной толщины.

Специальная пластмассовая пленка, прилагаемая к планшету, позволяет копировать подложенные под нее изображения на бумажных оригиналах. Планшеты подключаются к последовательному порту персонального компьютера.

Графический планшет может иметь различные форматы: от А2 - для профессиональной деятельности и меньше - для более простых работ.

Важной характеристикой дигитайзера является регистрируемое число степеней нажатия электронного пера. В существующих моделях эта величина может изменяться в пределах от 1 до 256. Программа-обработчик использует эту величину, устанавливая в зависимости от нее, например, толщину проводимой линии (чем сильнее нажим, тем толще линия).

Наиболее популярны модели следующих фирм: CalComp, NUMONICS, WACOM.

Цифровая фотокамера (рисунок 9.11) получает изображения, обрабатывает их и хранит в цифровом формате. Вместо пленки она использует встроенную или сменную полупроводниковую память, чтобы хранить снимки. Она обладает теми же основными свойствами, что и нормальная фотокамера, и помимо этого может соединяться с компьютером, телевизором или принтером.

Рисунок 9.11. Цифровая фотокамера

Поскольку обработка кадра в цифровой фотокамере происходит непосредственно в камере, пользователь может сразу проверить правильность полученного изображения, напечатать его или послать по электронной почте.

К достоинствам цифровых фотокамер относят:

1) Изображение обрабатывается сразу же. Большинство цифровых камер имеют маленький цветной экран, на котором можно немедленно увидеть снимок, который был сделан. Это позволяет отказаться от неудачного кадра и записать на его место другой.

2) Изображения хранятся в электронной памяти, циклы записи-стирания информации в которую могут повторяться практически бесконечно. Пропадает необходимость каждый раз покупать пленку, реактивы для ее проявки.

3) Упростился процесс ввода фотографий в компьютер. Теперь не нужно сканировать изготовленные обычным образом фотографии. Вы просто подключаете цифровую камеру к ПК и переписываете нужные снимки на жесткий диск.

4) Цифровая камера позволяет проводить множество манипуляций с фотографиями.

Недостатки цифровых фотокамер:

1) Низкое разрешение. Приемлемым для качественной печати разрешением (свыше 300 dpi) обладают, на сегодняшний день, только профессиональные цифровые камеры со стоимостью, делающей их недоступными для массового пользователя.

2) Высокая, по сравнению с обычными фотокамерами такого же класса, цена.

3) Действительно качественная печать цифровых фотографий требует, чаще всего, специального оборудования и имеет высокую себестоимость за счет дорогих расходных материалов.

Принцип действия цифровой фотокамеры состоит в следующем (рисунок 9.12). Пучок лучей света от объекта съемки, проходя через линзу (или систему линз) объектива и диафрагму, попадает на матрицу CCD (Charged Coupled Device). Матрица CCD или, как ее еще называют, ПЗС (преобразователь свет-сигнал) представляет собой прямоугольную матрицу из светочувствительных элементов. Луч света, попадая на чувствительный элемент, преобразуется в аналоговый электрический сигнал. Аналоговые сигналы от CCD преобразуются в цифровые, обрабатываются и записываются в память. Преобразование сигналов в цифровую форму производится с помощью аналого-цифрового преобразователя ADC.

Рисунок 9.12. Схема, иллюстрирующая принцип действия цифровой фотокамеры

Обозначения: 1. луч света; 2. корпус; 3. линза; 4. диафрагма; 5. матрица CCD

Кроме CCD, ADC и памяти в электрическую схему цифровой фотокамеры входят процессор DSP, который формирует изображение из цифровых потоков, и конвертор JPEG, сжимающий изображения для увеличения количества хранимых кадров.

Сменная память используется в цифровых камерах для увеличения количества сохраняемых кадров и, чаще всего, представляет собой Flash-карту памяти.

В настоящее время на рынке работают десятки известнейших фирм-производителей как традиционного фотооборудования и материалов (Kodak,Konica, Nikon, Fuji, Agfa, Olympus и др.), так и компьютерной периферии и прочего электронного оборудования (Hewlett-Packard, Seiko Epson, Sony, Ricoh,Mustek, UMAX, LG Electronics, Minolta и др.).

Чтобы получить возможность использовать все преимущества работы со сканерами и цифровыми фотокамерами в Windows, необходимо правильно установить их. Многие современные устройства не требуют дополнительной установки. Если подсоединить и включить их, система сама обнаружит новое устройство и установит необходимые драйверы. Однако иногда автоматическое обнаружение устройств не срабатывает, и приходится вручную устанавливать оборудование.

Для установки сканера или цифровой фотокамеры требуется подсоединить их к компьютеру, включить и загрузить Windows. Далее следует выбрать команду главного меню Панель управления (Control Panel), и будет открыта одноименная папка. Щелкнуть мышью на значке с названием Сканеры и фотокамеры (Scanners and cameras). В этой папке описан порядок подключения к компьютеру устройства работы с изображениями.