Сканер история создания кратко
Обновлено: 03.07.2024
Сканеры предназначены для ввода графической информации . С помощью сканеров можно вводить и знаковую информацию. В этом случае исходный материал вводится в графическом виде, после чего обрабатывается специальными программными средствами. Сканирование документов – процесс создания электронного изображения бумажного документа, напоминает его фотографирование .
Из всех компьютерных устройств, сканер – одно из самых старых по времени из изобретений. Системы для сканирования изображения являются неотъемлемой частью таких устройств, как фототелеграф, телефакс, телекамера и существуют уже более ста лет. В 1855 году итальянский физик Казелли создал прибор для передачи изображений, названный "пантелеграфом" . В этом приборе игла сканировала изображение , нарисованное токопроводящими чернилами. С изобретением фотоэлемента был создан фототелеграф , в котором тонкий луч света перемещался по поверхности закрепленной на барабане фотографии. Свет, отражаясь от поверхности изображения, попадает на катод фотоэлемента, вызывая ток эмиссии, пропорциональный отражательной способности. В начале века немецким физиком Корном был создан фототелеграф , который ничем принципиально не отличается от современных барабанных сканеров. В нем происходит механическое сканирование изображения по двум координатам и освещается каждая точка в отдельности. Проходящий через нее свет воспринимается одним селеновым фотоприемником - следовательно, отсутствует погрешность, связанная с неидентичностью чувствительных элементов. Это самый старый и на сегодняшний день самый качественный, но и самый дорогой способ. Он не имеет принципиальных ограничений на число точек, из которых будет составлено изображение. Развитие полупроводниковых технологий позволило объединить несколько фотоприемников в одну линейку и обойтись перемещением только по одной координате. Это привело к рождению планшетных, рулонных, проекционных и ручных сканеров. Их оптическая схема абсолютно одинакова и может быть представлена в виде объектива , фокусирующего строку изображения на линейку фотоприемников. Различие заключается в способе перемещения фотографии , линейки фотоприемников и объектива. Обычно объектив и линейка фотоэлементов жестко связаны и перемещаются относительно фотографии. Разрешение подобных устройств обусловлено числом чувствительных элементов в линейке, и если ширина фотографии меньше рабочей поверхности сканера, то используется только часть фотоэлементов. В некоторых проекционных сканерах и студийных цифровых фотоаппаратах происходит перемещение линейки фотоприемников относительно изображения , сформированного неподвижным объективом. Проекционные сканеры позволяют сфокусировать объект на всю ширину линейки чувствительных элементов и, таким образом, вне зависимости от размера изображения получить максимально возможное разрешение.
Современный сканер функционально состоит из двух частей: собственно сканирующего механизма (engine) и программной части ( TWAIN-модуль , система управления цветом и прочее).
Принцип работы (планшетный):
Оригинал располагается на прозрачном неподвижном стекле, вдоль которого передвигается сканирующая каретка с источником света (если сканируется прозрачный оригинал, используется так называемый слайд-модуль - крышка, в которой параллельно сканирующей каретке сканера перемещается вторая лампа).
Оптическая система сканера (состоит из объектива и зеркал или призмы) проецирует световой поток от сканируемого оригинала на приёмный элемент, осуществляющий разделение информации о цветах - три параллельных линейки из равного числа отдельных светочувствительных элементов, принимающие информацию о содержании "своих" цветов. В трёхпроходных сканерах используются лампы разных цветов или же меняющиеся светофильтры на лампе или CCD-матрице . Приёмный элемент преобразует уровень освещенности в уровень напряжения (все ещё аналоговую информацию). Далее, после возможной коррекции и обработки, аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). С АЦП информация выходит уже в двоичном виде и, после обработки в контроллере сканера через интерфейс с компьютером поступает в драйвер сканера - обычно это так называемый TWAIN-модуль , с которым уже взаимодействуют прикладные программы.
Классификация современных сканеров:
Ручные сканеры:
В основу работы ручных сканеров положен процесс регистрации отраженных лучей светодиодов от поверхности сканируемого документа. Для того чтобы ввести в компьютер какой-либо документ при помощи этого устройства , надо без резких движений провести сканирующей головкой по соответствующему изображению. Таким образом, проблема перемещения считывающей головки относительно бумаги целиком ложится на пользователя. Равномерность перемещения сканера существенно сказывается на качестве вводимого в компьютер изображения. В ряде моделей для подтверждения нормального ввода имеется специальный индикатор. Ширина вводимого изображения для ручных сканеров не превышает обычно 4 дюймов (10 см). В некоторых моделях ручных сканеров для повышения разрешающей способности уменьшают ширину вводимого изображения . Современные ручные сканеры могут обеспечивать автоматическую "склейку" вводимого изображения, то есть формируют целое изображение из отдельно вводимых его частей. Благодаря этому, при помощи ручного сканера невозможно ввести изображения даже формата А4 за один проход.
К основным достоинствам такого типа сканеров относятся:
- низкая стоимость . Поскольку в ручных сканерах в качестве позиционирующего модуля выступает пользователь, отпадает необходимость в этом дорогом элементе; портативность. С появлением ручных сканеров, подключаемых к параллельному порту, их можно использовать как с настольными, так и с портативными компьютерами ;
- сканирование книг без их повреждения. С помощью ручного сканера можно отсканировать книгу, не сгибая и не разрывая ее. Это особенно важно при сканировании старинных книг или древних манускриптов.
Первые модели ручных сканеров подключались к компьютеру с помощью интерфейсной карты, которой необходимо было выделять отдельное прерывание, канал прямого доступа к памяти и адрес ввода-вывода. В настоящее время практически все устройства этого класса подключаются к параллельному порту, освобождая, таким образом, необходимые ресурсы.
Настольные сканеры:
В России модели среднего класса (настольные офисные сканеры документов) в силу своей универсальности являются наиболее часто используемым типом сканерного оборудования. Настольные сканеры называют и страничными, и. планшетными, и даже авто сканерами. Такие сканеры позволяют вводить изображения размерами 8,5 на 11 или 8,5 на 14 дюймов. Они выпускаются со SCSI или скоростными видео- интерфейсами, обычно допускают сканирование с планшета или с использованием интегрированного устройства автоподачи документов . Существуют три разновидности настольных сканеров: планшетные (flatbed), рулонные (shett-fed) и проекционные(overhead).
Планшетные сканеры:
Планшетные сканеры, особенно предназначенные для чего-то кроме подарка или использования в качестве игрушки, при внешней простоте являются весьма интересными и довольно сложными опто-электронно-механическими устройствами. Однако конструкция их устоялась, производство хорошо налажено и технологически не является чем-то запредельным, так что обычно планшетные сканеры в ценовом диапазоне до 10000 долларов (включая такие известные имена, как AGFA, Linotype-Hell и UMAX ) производятся на Тайване .
Основным отличием планшетных сканеров является то, что сканирующая головка перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя . Понятно, что рассмотренная конструкция изделия позволяет сканировать не только отдельные листы, но и страницы журнала или книги.
Оптическое разрешение настольных сканеров регулируется в диапазоне 100-800 dpi . Скорости сканирования достигают 64 страниц в минуту . На планшетных настольных сканерах можно сканировать неразброшюрованные документы, книжные страницы, документы нестандартного размера или полиграфического исполнения. Универсальный характер устройств подчеркивается в последнее время выпуском моделей, позволяющих наряду со скоростным вводом документов полноценно (до 16.7 млн. цветов) сканировать в цвете. Несмотря на то, что паспортная производительность отдельных моделей настольных сканеров не уступает и даже, иной раз, превосходит соответствующие показатели специализированных производственных сканеров , во избежание частых замен изнашивающихся элементов устройства (главным образом, ламп, роликов и прокладок), настольные модели не следует использовать в режимах полносменного или круглосуточного сканирования. При условии непревышения рекомендованных дневных нагрузок (приблизительно 5 часов сканирования в день) среднее время между отказами для старших моделей настольных скоростных сканеров составляет около трех лет (при этом в зависимости от модели после сканирования каждых 100-200 тысяч страниц потребуется замена расходуемых элементов - consumables).
Планшетные сканеры в свою очередь классифицируются на однопроходные или трехпроходные .
Раньше для цветного сканирования приходилось использовать трехпроходную технологию, то есть первый проход с красным фильтром для получения красной составляющей, второй - для зеленой составляющей и третий - для синей. Такой метод имеет два существенных недостатка: малая скорость работы и проблема объединения трех отдельных сканов в один, с вытекающим отсюда несовмещением цветов. Решением стало создания True Color CCD , позволяющих воспринимать все три цветовые составляющие цветного изображения за один проход. Сейчас на рынке нет трехпроходных сканеров.
True Color CCD является стандартом на данный момент и в мире уже никто не выпускает трехпроходные сканеры. Однопроходные сканеры используют одну из двух подсистем для получения данных о цвете изображения: некоторые используют ПЗС со специальным покрытием, которое фильтрует цвет по составляющим, другие используют призму для разделения цветов.
Рулонные сканеры:
Рулонные сканеры представляют собой монохромные устройства, предназначенные главным образом для ввода документов в машину, с помощью оптического распознавания символов OCR (Optical Character Recognition) . Работа рулонных сканеров происходит следующим образом: отдельные листы документов протягиваются через такое устройство, при этом и осуществляется их сканирование. Таким образом, в данном случае сканирующая головка остается на месте, уже относительно нее перемещается бумага. Понятно, что в этом случае сканирование страниц книг и журналов просто невозможно. Для удобства работы рулонные сканеры обычно оснащаются устройствами для автоматической подачи страниц.
Проекционные сканеры:
Разновидность настольных сканеров — проекционные сканеры, которые напоминают своеобразный проекционный аппарат (или фотоувеличитель). Вводимый документ кладется на поверхность сканирования изображением вверх, блок сканирования находится при этом также сверху. Перемещается только сканирующее устройство. Основной особенностью данных сканеров является возможность сканирования проекций трехмерных изображений. Комбинированный сканер обеспечивает работу в двух режимах: протягивания листов (сканирование оригиналов форматом от визитной карточки до 21,6 см) и самодвижущегося сканера. Для реализации последнего режима сканера необходимо снять нижнюю крышку. При этом валики, которые обычно протягивают бумагу, служат для передвижения сканера по сканируемой поверхности. Хотя понятно, что ширина вводимого сканером изображения в обоих режимах не изменяется (чуть больше формата А4), однако в самодвижущемся режиме можно сканировать изображение с листа бумаги, превышающего этот формат, или вводить информацию со страниц книги .
Сканер (scanner, scan – пристально разглядывать, рассматривать) – устройство ввода, предназначенное для создания цифровой копии изображения объекта после его анализа. Процесс получения этой копии называется сканированием.
История
В $1857$ г. итальянский аббат Джованни Казелли изобрёл устройство для передачи изображений на расстояние, который впоследствии назвали пантелеграфом. Нанесение изображения на барабан происходило токопроводящими чернилами, а считывание – иглой.
В $1902$ г. немецкий физик Артур Корн запатентовал технологию фотоэлектрического сканирования, которая впоследствии была названа телефаксом. Изображение для передачи закреплялось на прозрачном вращающемся барабане, луч света от лампы, которая перемещалась вдоль оси барабана, проходил через оригинал и попадал на селеновый фотоприёмник через расположенные на оси барабана призму и объектив. Такая технология и сегодня применяется в барабанных сканерах.
С развитием полупроводников в сканерах был усовершенствован фотоприёмник, изобретён планшетный способ сканирования, но принцип оцифровки изображения практически не изменился.
Классификация сканеров
Однозначной классификации сканеров не существует. Рассматриваются сканеры по областям применения:
Сканеры изображений – устройство, которое выполняет преобразование изображений в цифровой формат:
- ручные сканеры – портативные сканеры;
- сканеры штрих-кода – сканеры для считывания информации в виде штрих-кода (рис. 1);
- сканеры киноплёнки – сканеры для преобразования изображений на киноплёнке в цифровой формат высокого разрешения (рис. 2);
$3D$-сканер – сканер считывания формы объёмного объекта (рис. 3);
биометрические сканеры – сканеры для идентификации личности:
- сканеры сетчатки глаза;
- сканеры отпечатков пальцев;
сканеры портов – программные средства в области сетевых технологий;
Готовые работы на аналогичную тему
Рисунок 1. Сканер штрих-кода
Рисунок 2. Сканер кинопленки
Рисунок 3. 3D-сканер
Самыми распространенными являются классификации сканеров по двум критериям:
Классификация по конструкции (рис. 4):
Рисунок 4. Классификация сканеров по конструкции
Классификация по типу обрабатываемых изображений (рис. 5):
Рисунок 5. Классификация сканеров по типу обрабатываемых изображений
Рисунок 6. Ручные сканеры первого поколения
Рисунок 7. Современный ручной сканер
Настольные сканеры делятся на рулонные, планшетные, проекционные и барабанные.
У рулонных сканеров бумага перемещается относительно головки с помощью протяжного механизма. Недостаток: возможность сканирования только отдельных листов.
У проекционных сканеров, внешне напоминающих проектор, считывающая часть перемещается при помощи микромеханизма. Вводимый документ размещается на поверхности сканирования изображением вверх. Блок сканирования при этом находится сверху. Такие сканеры обладают низкой скоростью сканирования.
В барабанных сканерах сканируемое изображение закрепляется на прозрачном барабане, который вращается с большой скоростью. Считывающий элемент располагается максимально близко от оригинала. Такая конструкция обеспечивает наивысшее качество сканирования. Обычно в барабанные сканеры устанавливают три фотоумножителя и сканирование осуществляется за один проход. Барабанные сканеры применяются для сканирования любых типов оригиналов, в том числе прозрачных и непрозрачных одновременно. Бывают не только настольные.
Принцип работы планшетного сканера
Вдоль сканируемого изображения, которое располагается на прозрачном неподвижном стекле, движется сканирующая каретка с источником света. Свет, который отражается через оптическую систему, состоящую из объектива и зеркал или призмы, попадает на три расположенные параллельно друг другу фоточувствительные полупроводниковые элементы, каждый из которых принимает информацию о компонентах изображения.
Сканеры.
Во время сканирования в сканере создаётся цифровое описание внешнего изображения образа объекта в приемлемом для ЭВМ виде, которое затем передаётся посредством системы ввода-вывода на ЭВМ или другие устройства.
Процесс создания цифровой копии исходного изображения носит название сканирование.
История создания сканера.
Эксперименты с преобразованием оптического изображения в электрические сигналы начались еще до появления компьютеров.
В 1856 году флорентийский аббат Джованни Казелли создал свой прибор для передачи изображения на расстояние, названный впоследствии пантелеграф. Передаваемая картинка в пантелеграфе наносилась токопроводящими чернилами на металлический барабан и считывалась с помощью иглы.
В 1902 году немецкий физик Артур Корн запатентовал технологию фотоэлектрического сканирования, на основе которой был создан телефакс. Передаваемое изображение закреплялось на прозрачном вращающемся барабане, луч света от лампы, перемещающейся вдоль оси барабана, проходил сквозь оригинал, и через призму и объектив, попадал на селеновый фотоприёмник. Такой тип сканеров получил название барабанные сканеры. Они используются до сих пор.
В дальнейшем, с развитием полупроводников и вычислительной техники, начали совершенствоваться конструкции фотоприёмников, был изобретён планшетный способ сканирования, но сам принцип получения электрических сигналов сканируемого визуального изображения, предложенный Артуром Корном, остаётся практически неизменным.
Виды сканеров.
В настоящее время разработано множество универсальных и специализированных сканеров.
Основные типы сканеров. Сканеры бывают: ручные сканеры, настольные сканеры, рулонные сканеры, планшетные сканеры, барабанные сканеры, проекционные сканеры, слайд сканеры и др.
Сканер — техническое приспособление, способное разложить на составные части какой-либо объект (обычно текст или картинка) и создать его цифровую копию. Процесс создания цифровой копии носит название сканирование.
В более привычном для нас виде сканер был создан в 1902 году немецким изобретателем Артуром Корном. Он представлял собой телефакс, построенный на методе фотоэлектрического сканирования. Его принцип работы заключался в следующем.
Объект-оригинал фиксировался на подвижном барабане бесцветного цвета. Сквозь барабан проходил луч света от мощной лампы. В дальнейшем посредством призмы и объектива объект-оригинал оказывался на селеновом фотоприёмнике. Последний создавал объект-копию. Такой тип сканеров получил название барабанные сканеры. Они используются до сих пор.
Помимо барабанных сканеров существуют еще планшетные и ручные сканеры. Первые – планшетные — являются ныне широко распространенными. Их принцип работы прост. Объект-оригинал располагают на стекло сканера нужной стороной. С нижней части стекла расположена лампа. Лампа посредством шагового двигателя двигается, фиксируя каждую строчку.
Испускаемый ее свет отражается от объекта-ориганала и посредством развитой системы зеркал оказывается на матрице. С матрицы изображение попадает на аналого-цифровой преобразователь, а затем в компьютер. В компьютере изображение обычно храниться в формате RAW.
Ручной сканер – это сканер, лишенный двигателя. Все изображение приходиться сканировать вручную. Качество его работы часто оставляет желать лучшего.
Почти каждый человек постоянно сталкивается с проблемой переноса информации от одного носителя к другому. Процедура ввода информации вручную отнимает огромное количество времени и чреватаошибками. Кроме того, вручную можно вводить только тексты, но не изображения. Выходом из положения является такое устройство как сканер, позволяющий вводить в компьютер как изображения, так и текстовые документы.
В своем реферате я бы хотела рассказать об этом уникальном устройстве. Я расскажу о том, что это за устройство. С чем связанно его появление, где используется сканер, как он работает и является ли он полезной и необходимой вещью в повседневной жизни или можно обойтись без этого устройства.
Что такое сканер?
Сканер (от английского языка scanner) — устройство, которое, анализируя какой-либо объект, создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием.
Сканер по средствам аналого-цифрового преобразования позволяет создать цифровое описание изображения внешнего для электронной вычислительной машины образа объекта и передать его посредствам системы ввода или вывода на экран электронной вычислительной машины.
Можно сказать, что создание сканера началось со времен изобретения всем известного телеграфа. Был изобретен прибор, который передавал изображение на расстояния.
Но очень бурное развитие сканера началось в начале двадцатого века, в те времена, когда был изобретен фототелеграф, как мы привыкли его называть – телефакс.
1. сканера, обеспечивающего ввод данных;
2. электронного устройства, предназначенного для приема или передачи сигнала адресату;
Принцип действия был таков :передаваемое изображение закреплялось на прозрачном вращающемся барабане, луч света от лампы, перемещающейся вдоль оси барабана, проходил сквозь оригинал и через расположенные на оси барабана призму и объектив попадал на селеновый фотоприёмник.
К 30-м годах XX века, системы, использующие основные принципы, разработанные Александром Бэйном, Джованни Касселли и Артуром Корном, уже широко использовались в офисах издательств (для передачи свежих выпусков газет), государственных служб (для передачи срочных документов), служб защиты правопорядка (для передачи фотографий и других графических материалов). Главным недостатком всех этих факсимильных устройств являлось то, что обмен информацией между ними был возможен только при условии их полной идентичности, так как различные производители использовали разные стандарты, технологии и даже некоторые основные принципы. Это не позволяло реализовать все возможности и удобства факсимильной связи.
В дальнейшем, с развитием полупроводников, усовершенствовался фотоприёмник, был изобретён планшетный способ сканирования, но сам принцип оцифровки изображения остается почти неизменным.
Принцип работы сканера
Рассмотрим принцип действия сканеров. Сканируемый объект кладется на стекло планшета сканируемой поверхностью вниз. Под стеклом располагается подвижная лампа, движение которой регулируется шаговым двигателем. Свет, отраженный от объекта, через систему зеркал попадает на чувствительную матрицу, далее на аналого-цифровой преобразователь (входной аналоговый сигнал преобразуется в дискретный код) и передается в компьютер. За каждый шаг двигателя сканируется полоска объекта, которые потом объединяются программным обеспечением в общее изображение.
Данная конструкция имеет ряд преимуществ перед своими предками, основное из которых – это то, что сканер передает изображение в компьютер.
Типы сканеров и их применение
Планшетный сканер (flatbedscanner) – сканер, предназначенный для малого офиса или домашнего использования. Как правило, устройство используется для сканирования документов или для оцифровки изображений или фотографий.
Широкоформатный сканер – Сканер с функциями для сканирования, копирования и рассылки по электронной почте, которые могут быть легко сконфигурированы под различные задачи. Как правило, используется в типографиях и на предприятиях. Сканеры с широким сканированием позволяют получать чистые и четкие изображения чертежей, эскизов и карт. Быстро и аккуратно сканируют как простые чистые изображения, так и слабые загрязненные оригиналы без потери данных.
Ручные – Применение в качестве устройства ввода, ограничен очень узким кругом задач.Его можно использовать дома, если надо процитировать отрывок из книги, когда планшетного сканера нет под рукой.
Планетарные – предназначены для сканирования книжных, сброшюрованных и деликатных оригиналов, толстых и крупноформатных документов.
Книжные – устройство для сканирования любых сброшюрованных документов.
Барабанные – в каждый момент времени сканер считывает информацию с одной точки носителя. Поэтому, для получения изображения, необходимо взаимное перемещение сканирующего элемента и носителя по двум координатам. Это достигается за счет вращения барабана с наклеенным на него носителем (слайдом) и линейного перемещения сканирующего элемента и источника света вдоль оси барабана.
Слайд-сканеры – предназначены для ввода изображения в компьютер с диапозитивов и фотопленки. Негативные кадры автоматически преобразуются самим сканером в позитивные.
Сканеры штрих-кода – как правило, предназначен для работы в составе высокопроизводительных POS-терминалов на кассовых узлах гипермаркетов.
Сканер сетчатки глаза – идентификатор личности на основе рисунка радужной оболочки глаза.
Оптический сканер отпечатка пальцев – предназначен для сканирования и преобразования изображения папиллярного рисунка пальца с последующей идентификацией личности.
Сканирование в медицине
Подводя итоги, хотелось бы отметить, что такое современное устройство как сканер является необходимой вещью в повседневной жизни не только служащих офисов или типографий, но и имеет место в быту. Таким примером служит сканер для считки штрих-кодов в магазинах.
Сканирование процесс передачи информации от одного носителя к другому является актуальным в наши дни именно поэтому ученые осуществляют исследования в данной области и развивают ее. Примером тому может служить изобретение сканера сетчатки глаза или сканера папиллярного рисунка пальца для последующего определения личности. Но на этом наука не останавливается и сейчас ведутся исследования в области 3В сканироания, что является актуальным в наше время.
Читайте также: