Сканер

Сканер является устройством, которое позволяет оцифровывать изображения фотографий, рисунков, книг, монет, печатных плат и иных более или менее плоских объектов. Раньше сканеры стоили довольно дорого, но сейчас цены на них снизились, так что теперь они используются довольно часто. Несмотря на обилие моделей сканеров, классифицировать их можно всего по нескольким признакам: возможности оцифровки цветного изображения, способу формирования изображения, особенностям использования (тип механизма или его отсутствие), максимальному разрешению и, наконец, интерфейсу, то есть способу подключения к РС.

С первым все понятно — для ввода цветного изображения нужен цветной сканер. Обычно у цветных сканеров цветовое разрешение 24 или 32 бита, у некоторых моделей больше. Внутренне представление цвета, как правило, больше, чем внешнее. Если сканер черно-белый, то речь идет о том, сколько градаций серого может различить фотоэлемент сканера. На качество сканирования, особенно цветного, сильно влияет цветовая чувствительность сканирующего элемента. Чем больше его цветовой диапазон, тем плавней получаются цветовые переходы и тем правдивей выглядит полученное изображение. Хорошие цветные сканеры способны давать изображение практически фотографического качества, а вот дешевым сканерам до него, мягко говоря, далековато.

Способов формирования изображения три. Они соответственно осуществляются прибором с зарядовой связью (ПЗС), фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) или так называемым контактным датчиком. ПЗС — это твердотельный электронный компонент, состоящий из множества миниатюрных датчиков, преобразующих падающий на них свет в пропорциональный его интенсивности электрический заряд. В основу ПЗС положена чувствительность проводимости p-n-перехода обыкновенного полупроводникового диода к степени его освещенности. На p-n-переходе создается заряд, который уменьшается со скоростью, зависящей от освещенности. Чем меньше заряд, тем больше ток через диод.

В зависимости от типа сканера (об этом дальше) ПЗС могут иметь различную конфигурацию. При линейном способе считывания микродатчики ПЗС размещаются на кристалле в одну линию (для трехпроходного сканирования) или три линии (для однопроходного сканирования). Дешевые сканеры обрабатывают оригинал за три прохода, боле дорогие и качественные используют второй способ, который лучше, так как более производительный. Способ относительно недорог и позволяет сканировать с высоким качеством, поэтому ПЗС-сканеры являются наиболее распространенными. ПЗС также широко используется в цифровых камерах.

В барабанных сканерах в качестве светочувствительных приборов применяются фотоэлектронные умножители. Источником света служит ксеоновая или вольфрамо-галогенная лампа. Ее излучение с помощью системы конденсаторных линз и волоконной оптики фокусируется на чрезвычайно небольшой области сканируемого объекта. ФЭУ осуществляют электронное усиление отраженного от оригинала света (чем больше интенсивность света, тем больше электрический сигнал). Попадая на катод ФЭУ, свет выбивает из него электроны, которые, проходя через пластины динодов, вызывают вторичную электронную эмиссию. Коэффициент усиления зависит от свойств материала и количества динодов. Напряжение, прямо пропорциональное освещенности катода ФЭУ, снимается с анода и затем преобразуется в цифровой код. Фотоэлектронные умножители дороги, поэтому большой популярности не получили.

Еще одна, недавно появившаяся технология, называется CIS (Contact Image Sensor). Сканирующая головка, выполненная по CIS-технологии, имеет 3 основных компонента – источник света, специальную цилиндрическую линзу (или набор линз), а также приемный элемент с электронной начинкой для формирования выходного аналогового сигнала и синхронизации с другими компонентами сканера, выполненными на единой печатной плате. В качестве источника света у большинства сканеров с контактным датчиком используются светодиоды, излучение которых отражается от сканируемого изображения, и, пройдя через линзу, фокусируется на датчике изображения, который представлен фототранзисторами, выполненными по технологии MOS. На выходе получается аналоговый сигнал, который усиливается и подается на вход аналого-цифрового преобразователя. В том случае, если необходимо сканировать цветное изображение, источником света служат светодиоды трех основных цветов (красный, зеленый, синий).

Так как светодиоды, как и любой другой источник света, не идеальны, возникает ряд проблем, которые требуется решить производителям сканеров. Во-первых, существуют различия в интенсивности свечения светодиодов в составе одной линейки, причем разница может достигать 50%. Во-вторых, светодиоды красного цвета способны при одинаковой силе тока через них отдавать практически вдвое больше световой энергии, чем светодиоды синего и зеленого цвета. В-третьих, будут наблюдаться различия в интенсивностях свечения светодиодов у разных сканирующих головок, даже от одного производителя. Наконец, с течением времени отмечается снижение интенсивности свечения, по некоторым данным уже через 500 часов использования светодиодов их яркость может понизиться на 30%. Поэтому производители сканеров прибегают к достаточно сложной процедуре калибровки сканирующего элемента, производимой перед каждым сканированием. Плюсом сканеров, сделанных по такой технологии, является их небольшие габариты и энергопотребление, низкая стоимость при довольно неплохом качестве, поэтому сегодня все сканеры низшего и многие сканеры среднего ценового диапазона имеют контактные датчики. Однако все же качество сканирования у них ниже, чем у традиционных сканеров с ПЗС-датчиками, но они и стоят подороже.

Для пользователя в конце-концов наиболее важен тип самого сканера. Сканеры бывают:

• ручные
• планшетные
• барабанные
• роликовые
• проекционные

Ручные сканеры самые простые и поэтому дешевые. В небольшом корпусе находится лишь датчик и источник света, а перемещение этого агрегата относительно объекта осуществляется вручную. Естественно, такая технология не является хорошей ни в одном отношении, потому что само по себе качество сканирования невысоко, и оно еще больше ухудшается неравномерностью перемещения сканера вдоль оригинала. Если нужно отсканировать большой оригинал, то приходиться делать это по частям, а затем сшивать полученные кусочки, что, естественно, очень неудобно. Наконец, все время возить сканер по поверхности (поэтому ручные сканеры часто называют граблями) тоже мало кому доставит удовольствие. Так что такие устройства практически никогда не используются, даже несмотря на их низкую стоимость.

К категории планшетных сканеров (часто их называют еще настольными, но, по-моему, это неправильно, так как, например, барабанный сканер тоже не на пол ставится) относятся сканеры, в которых сканирующая головка перемещается вдоль оригинала с помощью шагового двигателя. Как и у копировальных аппаратов, у таких сканеров есть крышка с зеркалом (у сканеров с контактным датчиком внутренняя поверхность, наоборот, темного цвета), что позволяет сканировать самые разнообразные объекты. Обычно планшетный сканер предназначен для сканирования листов формата А4, но есть сканеры и больших размеров. Многие сканеры могут быть оснащены специальным слайд-адаптером (обычно приобретается отдельно), который превращает сканер в слайд-сканер. Кстати, есть отдельные слайд-сканеры, некоторые из них даже вставляются в 5″ отсек, но планшетный сканер с адаптером несомненно универсальней и поэтому предпочтительней (если конечно, не нужно сканировать исключительно слайды). Планшетные сканеры вследствие высокого качества и довольно низкой стоимости и простоты использования, а также универсальности, получили повсеместное распространение. Пожалуй, единственным их недостатком являются большие габариты. При покупке планшетного сканера следует обратить внимание на то, за сколько проходов обрабатывается оригинал. Хорошие сканеры делают это за один проход, а вот дешевым необходимо целых три, о чем уже говорилось.

В барабанных сканерах оригинал закрепляется на поверхности из прозрачного материала цилиндрической формы (барабане), которая укреплена на массивном основании, которое обеспечивает необходимую устойчивость. Барабан вращается с высокой скоростью (от 300 до 1350 оборотов в минуту), а находящийся рядом с ним сканирующий датчик через крошечную конусообразную апертуру пиксел за пикселом считывает изображение. В барабанных сканерах используются датчики на основе ФЭУ. Недостаток барабанных сканеров в том, что невозможно сканировать объекты, отличные от гнущегося листа, а также в том, что стоимость их намного превышает стоимость аналогичных планшетных сканеров. Зато у них самое высокое качество полученного изображения. Поэтому барабанные сканеры используются в основном в офисной деятельности (типичный пример — подсчет голосов после выборов), когда важна надежность и качество и не нужно сканировать объемные объекты. Из-за большого барабана и массивного основания весят такие аппараты довольно много — до 100 килограммов и больше (кстати, профессиональное заболевание людей, занимающихся работой с ними, является грыжа). Так что вряд ли барабанный сканер подходит для использования дома или в малом офисе, тем более что хорошие современные планшетные сканеры практически не уступают по качеству барабанным.

Еще один довольно редко встречающийся вид — роликовые сканеры. В них оригинал пропускается с помощью системы роликов (как в принтерах) и считывается обычной ПЗС-матрицей. Аналогом этих устройств является факс. Кстати, многие роликовые сканеры могут передавать отсканированное изображение в качестве факсимильного документа, так что рассматривать их стоит скорее не как сканеры, а как факсы, которые можно подключить к компьютеру и использовать как сканер. Очевидно, что область применения роликовых сканеров довольно ограничена, хотя, с другой стороны, ни один другой сканер не может похвастаться умением самостоятельно отправлять факсы.

Проекционные сканеры работают приблизительно также, как фотоаппарат (ксати, цифровую фото- или видеокамеру тоже можно рассматривать как сканер). Оригинал располагается на подставке под сканирующей головкой на расстоянии около 30 cm. Внешнего освещения вполне достаточно, поэтому собственная подсветка необязательна. Механизм поворота датчика внутри головки направляет его последовательно на каждую линию объекта. Значительной популярности проекционные сканеры не получили.

Еще один, несколько оригинальный способ заключается в установке сканирующей головки в принтер вместо стандартной. Вообще-то идея не нова — еще в восьмидесятых годах любители попаять конструировали такие «принтеросканеры». Смысл этой идеи в том, что, после замены печатающей головки на головку с фотоэлементом и соответствующей электроникой, в принтер вставляется лист, который нужно отсканировать, и на печать пускается какой-нибудь документ со сплошной заливкой. Принтер исправно передвигает головку по сканируемому объекту, и таким образом мы постепенно получаем попиксельный образ рисунка. Остается только написать нужные драйвера, чтобы все было красиво, просто и понятно, и получается принтер и сканер по совместительству. Мечта пролетария! Ведь сканирующая головка стоит по сравнению со сканером очень дешево, а если принтер уже есть (а он действительно есть, потому что, вообще-то, обычно покупают сначала принтер, если только не идет речь о какой-либо специфической ситуации), то мало кто из соседей может похвастаться тем, что купил сканер в десять раз дешевле. Все ну просто лопнут от зависти и побегут в Sunrise (или куда они там побегут) за такой же штучкой. Правда, небольшая проблема в том, что не на каждый принтер подходит первая попавшаяся головка. И даже если подойдет, то как вы будете ее подключать, а где взять драйвера? Конечно, если вы мастер на все руки и к тому же отличный программист, то это не составит никакого труда. А для тех, у кого руки растут оттуда, откуда должны расти ноги, и кто вообще даже и не догадывается, что это за такое загадочное слово «программирование», фирмы-производители предусмотрели уже готовые модели принтеров с названиями типа «scanner upgradeble». Естественно, сканирующие головки предлагаются за отдельную плату. Лично я не вижу здесь ничего хорошего, кроме цены. Качество полученного изображения заметно уступает нормальным сканерам, да и вряд ли кому-то нравится постоянно поднимать крышку принтера и лазить туда, чтобы заменить головку. А скорость сканирования будет меньше, чем у самого медленного планшетного сканера. И разрешение будет не больше, чем у принтера, а у принтера, как известно, оно не самое высокое. Так что различие между настоящим сканером и головкой с фотоэлементом, посаженной на вал принтера, примерно такое, как, скажем, между танком и подводной лодкой, хотя определенное сходство между двумя последними предметами непременно есть.

Для любого сканера независимо от его типа важно разрешение, которое он поддерживает. Оно может колебаться от 100-150 dpi до до нескольких тысяч dpi. Наибольшее оно у барабанных сканеров, немного меньше у планшетных. Планшетные сканеры обычно имеют разрешение не менее 300 dpi, обычно около 600. У хороших планшетных сканеров эта цифра может достигать 1200, 2400 dpi или даже больше (до 4000-6000 dpi). А вот у ручных и роликовых оно обычно около 150-300, иногда больше. Разрешение должно соответствовать задачам, для которых предназначен сканер. Для того, чтобы сканировать фотографии и сохранять их в виде рисунков, чтобы потом посматривать на мониторе, вполне достаточно и 300 точек на дюйм. Для распознавания текста больше 600 тоже не нужно. Если вы хотите сканировать для того, чтобы потом сделать копию на принтере, то, каково бы высоко ни было разрешение у сканера, все упрется в то разрешение, с каким способен печатать принтер.

Часто разрешение по горизонтали и вертикали неодинаково. Меньшая цифра в таком случае, как правило, обозначает шаг двигателя, а большая — разрешение самого сканирующего элемента. Например, 1200х600 dpi означает, что датчик способен отсканировать оригинал с разрешением 1200 dpi, а шаг двигателя, который перемещает этот датчик, ограничен 1/600 дюйма. По-моему, разрешения порядка 2400х1200 dpi достаточно практически для любых задач (в том числе и для подделки некоторых документов и ценных бумаг, если кому-то хочется попробовать), но не стоит сейчас покупать сканер с разрешением меньшим, чем 300 точек на дюйм. При меньшем разрешении начинают заметно хуже работать программы распознавания текста, а принтер, для которого бы меньше чем 300 dpi было предельным значением, сейчас найти нелегко. Да и сканеры с меньшим разрешением (не считая разве что ручных, которые мало кому нужны) сегодня уже не выпускаются. Так что минимумом скорее можно назвать что-нибудь в районе 600х600 или, на худой конец, 600х300 dpi.

Стоит различать истинное разрешение и разрешение с учетом интерполяционных возможностей устройства. Истинное разрешение — разрешение, с которым сканер может действительно обработать оригинал. Но с помощью интерполяции (смешивании нескольких отдельных элементов с целью получить новый, но более объективный) его можо повышать. Например, если два соседних пиксела имеют соответственно цветовое насыщение 36 и 88, то предполагается, что пиксел, стоящий между ними, имеет насыщенность 62. Таким образом, разрешение повышается вдвое. Во многих случаях это полезно (например, при сканировании рисунков и фотографий), но лучше, конечно же, иметь высокое реальное разрешение.

В конечном счете абсолютно все равно, как подключать сканер к компьютеру, лишь бы работал. Но все дело в том, что работа как раз-таки очень сильно зависит от этого способа. Поэтому далее мы их (способы) и рассмотрим.

Самый старый из них — подключить сканер к параллельному порту. Однако, он плох тем, что скорость этого самого порта весьма и весьма невелика, так что во многих случаях скорость сканирования ограничивается именно портом, а не сканером. Кроме того, сам по себе параллельный порт уже устарел, так что покупать сканер для параллельного порта сейчас уже вряд ли стоит. Ну только если на материнской плате нет разъемов USB и не хватает денег на SCSI (см. дальше), но тогда, когда вы поменяете системную плату на более новую, USB будет, так что связываться с антикварными технологиями стоит только в том случае, если денег на SCSI-контроллер или на новую системную плату нет совсем и в будущем не предвидится, а сканер очень нужен хоть какой-нибудь.

Более продвинуты вариант — воспользоваться шиной USB. Ее пропускная способность заметно выше, чем параллельного порта, поэтому тормозов в работе сканера несколько меньше. В настоящее время он самый выигрышный в плане соотношения цены и качества, так как порты USB имеются на всех более или менее современных системных платах, а разницы в стоимости сканера для параллельного порта и аналогичного сканера для шины USB нет. К тому же вы вдобавок получаете более простую установку и возможность спокойно подключать/отключать устройство во время работы компьютера. Практически все выпускаемые сейчас сканеры могут подключаться к USB.

Но если вы не хотите вообще никаких лишних притормаживаний, то тут может помочь SCSI-интерфейс. Обычно SCSI-сканеры продаются уже со своими контроллерами (и поэтому стоят дороже, чем сканеры для USB или LPT), но иногда можно купить и без него. Последний вариант лучше тогда, если у вас уже есть SCSI-контроллер, так как второй вряд ли понадобится, и не надо платить лишние деньги. Если в комплекте все-таки идёт свой контроллер, то он является упрощенной версией настоящего SCSI-контроллера и подключить к нему, как правило, что-нибудь кроме сканера (а зачастую и сканера только этой модели или, что реже, сканера только этой фирмы) не получится. Следует отметить, что иногда разъем кабеля для подключения к контроллеру бывает нестандартный, и использовать сканер с другим контроллером не представляется возможным (хотя конечно, кабель при желании можно и поменять), поэтому нужно обращать внимание на соответствие разъема стандарту — тогда вы избежите возможных неприятностей с использованием сканера с неродным контроллером. Так как пропускная способность шины SCSI намного больше, чем USB и тем более параллельного порта, то время сканирования уменьшается очень даже заметно. SCSI-контроллер вставляется в свободный слот шины PCI. Раньше были контроллеры для шины ISA, но теперь они устарели и найти их довольно тяжело, да и не стоит искать, так как шина ISA не отличается хорошим быстродействием и производительность сканера, подключенного к ISA-контроллеру, может упасть. Так что если есть деньги и вам действительно нужно сканировать довольно часто, то предпочтение, безусловно, стоит отдавать сканерам со SCSI-интерфейсом.