Классификация сканеров

Необходимо  учитывать, что большая разрядность  представления цвета не ведет  автоматически к более высокому динамическому или тоновому диапазону. Отношение сигнал/шум светочувствительных элементов, используемых в конкретном планшетном сканере, определяет, насколько чисто осуществляется выборка цвета. В более дорогих сканерах влияние шумов уменьшают с помощью дополнительной электроники и лучшей обработки сигнала. На практике планшетный сканер с высоким отношением сигнал/шум и 30-битной глубиной цвета может воспроизводить цвет лучше, чем сканер с 36-битной глубиной цвета, но более высоким уровнем шума.

Тени и свет. Как уже отмечалось, цифровое изображение состоит из пикселей, отличающихся не только цветовыми оттенками, но и яркостью. Для каждого цифрового изображения можно составить диаграмму распределения яркости (гистограмму). По горизонтальной шкале такой гистограммы откладываются значения яркости пикселей от наименьшей (черный цвет) до наибольшей (белый), а по вертикальной – количество пикселей с определенной величиной яркости. Принято разделять гистограмму на три участка. Первый участок, примыкающий к черному краю, называют тенями; второй, примыкающий к белому краю – светами, а средний участок называют средними тонами. Важной является способность сканера или камеры фиксировать небольшие отличия яркостей в тенях и светах. От нее, например, зависит, будут ли на цифровом изображении различимы светлые облака на небе или скрытые в глубокой тени предметы.

Оптическая плотность и динамический диапазон. Любой оригинал оцифровываемого изображения 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 носитель. 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 (Dmin = 0D). Для существующих сегодня оригиналов за максимум принята величина Dmax = 4.0D, соответствующая практически непрозрачному участку, через который проходит лишь 1/10000 часть светового потока.

Если  оригинал характеризуется оптической плотностью, то одним из важнейших  параметров для сканера является диапазон плотностей оригиналов, считываемых  устройством. Эта величина называется динамическим диапазоном, вычисляется как D_max-D_min, и практически всегда меньше 4.0D. При недостаточном динамическом диапазоне теряются детали в тенях и светах, получается цифровое изображение с завышенной контрастностью. Так, если для считывания непрозрачных оригиналов достаточно динамического диапазона 3.0D, то для пленочных негативов требуется 3.8D.

При слишком  малом динамическом диапазоне становится бессмысленной большая глубина  цвета, поскольку детали изображения  в тенях и светах все равно  пропадут. При динамическом диапазоне 2.4D отношение количества пропускаемого света между самыми светлыми и темными участками составит примерно 250 раз. Соответственно, такому устройству вполне достаточно 8-разрядной оцифровки и 24-битной глубины цвета. Сканер с динамическим диапазоном 3.6D раскрывает все свои возможности, если оснащен 12-битными АЦП и поддерживает, как минимум, 36-битный цвет на выходе.

Цветовой шум. Цветовой шум проявляется в виде неодинаковой окраски соседних пикселей 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 пиксели. 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 пикселей будет случайным образом отличаться на десятки градаций. Уменьшить цветовой шум помогают программные алгоритмы фильтрации, усредняющие цвет соседних пикселей (например, в случае если отличие между ними не превышает заданной величины – порога срабатывания фильтра). Однако при этом может пострадать четкость картинки.

Коэффициент увеличения. Коэффициент увеличения – это кратность увеличения оригинального изображения в ходе сканирования, необходимая для достижения желаемого размера выводимого изображения.

Область отображения. Размер самого большого оригинала, который может оцифровывать сканер, определяет его область отображения, называемая эффективной областью сканирования. Ручные сканеры стоят недорого, отчасти вследствие ограниченности их областей отображения. Для планшетных сканеров максимальная область отображения обычно находится в пределах от 8.5×11 дюймов до 11×17 дюймов. Сканеры для обработки слайдов и диапозитивов имеют фиксированную область отображения, основанную на размерах стандартной пленки или диапозитива, хотя в некоторых моделях можно использовать несколько различных форматов области отображения.

Область отображения, оптическое разрешение и размеры исходного изображения совместно ограничивают максимальное число пикселей, которые может выделить сканер, а также максимальный размер, с которым может быть напечатано цифровое изображение. 
 
 

Выводы по теме

1. К основным параметрам, характеризующим качество сканера, относятся разрешение, глубина цвета, динамический диапазон сканируемых оригиналов, величина цветового шума, область отображения и коэффициент увеличения изображения.
2. Оптическое разрешение определяется числом элементов в горизонтальной линейке светочувствительной матрицы и размером оцифровываемого оригинала.
3. Механическое разрешение сканера определяется точностью работы шагового привода, перемещающего каретку с оптикоэлектронным преобразователем вдоль оцифровываемого оригинала (для планшетного сканера).
4. Интерполированное разрешение получается путем программного разбиения исходного оцифрованного изображения с соответствующим оптическим и механическим разрешением на более мелкие точки.
5. Входное разрешение. Входное разрешение отражает плотность, с которой сканирующий узел производит выборку информации в оригинале в ходе оцифровки. Входное разрешение является регулируемым параметром, максимальное значение которого не может превышать оптическое разрешение сканера.
6. Глубина цвета определяется количеством разрядов аналого-цифрового преобразователя, преобразующего аналоговый сигнал, величина которого пропорциональна интенсивности отраженного от оригинала света в цифровой код.
7. Цветовой шум проявляется в виде неодинаковой окраски соседних пикселей на однотонных участках изображения.
8. Коэффициент увеличения – это кратность увеличения оригинального изображения в ходе сканирования, необходимая для достижения желаемого размера выводимого изображения\

3D-сканер.

3D-сканер  — устройство, анализирующее физический  объект и на основе полученных  данных создающее его 3D-модель. 3D-сканеры, в отличие от всех  остальных типов, работают не  с плоским изображением, а с  трехмерными оригиналами. Такие сканеры анализируют объект и создают его трехмерную цифровую модель

3D-сканеры  делятся на два типа по методу  сканирования:

• 1 Контактный, такой метод основывается на непосредственном контакте сканера с исследуемым объектом.

Контактные  сканеры физически обследуют сканируемый объект на ощупь, передавая трёхмерные координаты на компьютер. Преимуществами такого вида сканеров является:

 —  способность сканировать призматические  части;

 —  независимость от освещения;

 —  высокая степень детализации;

 —  простота использования;

 —  малый объем получаемых файлов;

К недостаткам  этого вида 3D сканеров относится  то, что они медленны и могут  повредить хрупкие объекты сканирования. Сканером, как правило, управляет  оператор. Несмотря на свои недостатки, они очень точны.

• Бесконтактный

Неконтактные  устройства в свою очередь можно  разделить на две отдельные категории:

Активные  сканеры

Пассивные сканеры

      Активные сканеры излучают на  объект некоторые направленные  волны (чаще всего свет, луч  лазера) и обнаруживают его отражение  для анализа. Возможные типы используемого излучения включают свет, ультразвук или рентгеновские лучи.

      Пассивные сканеры не излучают  ничего на объект, а вместо  этого полагаются на обнаружение  отраженного окружающего излучения.  Большинство сканеров такого типа обнаруживает видимый свет — легкодоступное окружающее излучение. Бесконтактные сканеры подразделяются в зависимости от типа эмиссии, используемой в 3D фотографиях. Они могут использовать свет, излучение и ультразвук. Лазерные сканеры используют свет как источник для обнаружения расстояния до объекта сканирования. Они измеряют время отражения лазера от объекта. Это называется триангуляцией. Ультразвуковые сканеры используются в медицине. Например, звуковые волны могут проникать в матку и показывать трехмерные изображения развивающегося плода. Рентгеновские лучи в 3D-сканере также используются в медицине. Эти сканеры собирают свет или излучение, создаваемое объектом. К преимуществам сканеров такого типа относятся:

экономичность в промышленном применении;

Использование вне помещений с разной освещенностью;

Бесконтактная технология;

Технология  белого структурированного цвета;

Типология по основам:

• 3D cканирование с применением фотограмметрии.

3D cканирование  с использованием фотограмметрии  — фотографирование объекта 3D сканирования с разных точек и воссоздание на основе полученных изображений 3D модели. Преимущества такого 3D cканирования: низкие затраты на аппаратную часть; бесконтактная технология.

• 3D cканирование на основе структурированного белого света.

3D cканирование  с использованием структурированного  белого света заключается в  проецировании на объект линий,  образующих уникальный узор, каждое  изменение которого сканируется  приемной камерой. Преимущества  такого 3D cканирования: большая скорость 3D сканирования; высокая точность и великолепная деталировка; получение порядка 100 000 точек 3D сканирования за один проход; возможность 3D сканирования человеческих лиц благодаря отсутствию лазеров; бесконтактная технология. Процесс 3D сканирования можно прервать, уточнить и, внимательно рассмотрев уже отсканированное, продолжить. [1]

Принципы  работы с полученными сканами:

    При 3D сканировании происходит  автоматическая генерация поверхности  в формате STL, а не в виде  множества точек, которые подлежат  последующей обработке. На мониторе в режиме реального времени отображается весь процесс. Это происходит так: лазер, расположенный в нижней части 3D сканера, проецирует развертку перекрестий лучей на объект 3D сканирования. Две приемные камеры принимают отраженный сигнал, на основе которого в настоящем времени генерируется поверхность.

    Полученные методом сканирования 3D-модели в дальнейшем могут  быть обработаны средствами САПР  и, в дальнейшем, могут использоваться  для разработки технологии изготовления (CAM) и инженерных расчётов (CAE). Для вывода 3D-моделей могут использоваться такие средства, как 3D-монитор и 3D-принтер.

Сферы применения 

Идея  трехмерной визуализации объектов воплощается  в 3D сканерах. В отличие от камеры, это оборудование позволяет сосредоточить внимание на объектах таким образом, чтобы обеспечить 3D эффект. Сканеры используются в индустрии развлечений, для строительства детальных моделей для разлчиных приложений, включая промышленный дизайн и медицину. Применение 3D сканера: