Особенности применения объективов и источников освещения

Лекция №8 КДИ –сканеры

Принцип действия КДИ сканера.

Особенности применения объективов и источников освещения.

Сравнительная характеристика ПЗС и КДИ сканеров.

Слайд-модули и слайд-сканеры.

Принцип действия КДИ сканера

На рис. 1 изображено устройство КДИ- сканеров.

Рис. 1. 1- сканирующая каретка; 2- источник освещения (светодиоды); 3- линзы; 4- КДИ- матрица.

Рис. 2. КДИ-сканер CanoScan N650U

КДИ-матрицы используются уже довольно долгое время в устройствах типа факса. Однако в сканерах их начали использовать совсем недавно. Первые серийные планшет­ные сканеры, основанные на этой технологии, были выпу­щены в 1998 году. Главной деталью КДИ-сканера, как и любого планшетного, является сканирующая головка. Ска­нирующая головка состоит:

- из источников света — светодиодов;

- цилиндрической линзы (набора линз);

- печатной платы, на которой находятся чувствительные элементы (датчики), видеоусилитель, регистры и буферы. Подробная схема устройства головки изображена на рис. 3.

Рис 3.Устройство сканирующей головки. 1- набор светодиодов; 2- линзы; 3- фотоэлементы; 4- регистр сдвига; 5- видеоусилитель; 6- выход (АЦП).

Излучение, идущее от светодиодов, отражается от оригина­ла и, пройдя через линзу, фокусируется на датчике изобра­жения. Датчик изображения — фототранзисторы, сделан­ные на основе МОП (аналогично ПЗС). В результате получается аналоговый сигнал, который усиливается в ви­деоусилителе и поступает на вход АЦП.

Датчик изображения обычно состоит не из одной, а из не­скольких линеек, последовательно соединенных в одну. Отсутствие оптической системы налагает свои ограничения на такую технологию. Если, например, полный датчик изоб­ражения длиной 216 мм (формат А4) состоит из 27 мень­ших датчиков, каждый из которых имеет 96 светочувствитель­ных элементов (одно из лучших значений), то в результате получится 12 элементов на миллиметр, что в пересчете на дюймы дает 300 элементов на дюйм.

Для сканирования полноцветного изображения используются три светодиода на один элемент датчика: красный, зеленый и синий, — которые при сканировании включаются по очереди.

В некоторых моделях сканеров встречаются головки, выполняющие полноцветное считывание за один раз. Достигается это за счет ис­пользования специальных светофильтров на интегрированных схе­мах. В качестве источника освещения в данном случае используются не светодиоды, а лампы с холодным катодом.

Особенности применения объективов и источников освещения

Источник освещения. В КДИ-модификациях сканеров источник освещения заме­няется светодиодами. При этом для цветного сканирования возникает необходимость в трех светодиодах на пиксел, в соответствии со стандартным разложением цвета RGB. Зер­кала и объектив в КДИ-сканерах не представлены, так как эта технология обеспечивает прямую проекцию полной повер­хности рабочей области прямо на считывающую матрицу.

Во многих профессиональных планшетных сканерах уста­новлен не один, а несколько объективов, что позволяет переключаться с одного на другой и таким образом зна­чительно повысить оптическое разрешение, хотя при этом уменьшается рабочая область. Реализована эта возмож­ность следующим образом: при сканировании полной ра­бочей области объектив проецирует ее полную ширину на полную длину ПЗС-линейки. Например, если при фокуси­ровке один дюйм проецируется на 600 элементов ПЗС-линейки, то разрешение будет 600 ppi. Если на те же 600 элементов с помощью другого объектива фокусировать полдюйма, то разрешение, соответственно, увеличится вдвое — до 1200 ppi. Такая конструкция дает возможность получать очень высокое оптическое разрешение, однако при максимальном разрешении рабочая область становится очень малой.

Например, модель ScanMate F8 Plus с разрешением 4000 ppi дает возможность сканировать оригинал, ширина которого не больше 54,9мм. Для этой же модели разрешение на пол­ной рабочей области (279,4х430,8 мм) — 700 ppi.

Линза. В ПЗС- и КДИ-сканерах линза играет несколько раз­ные роли. В ПЗС-сканерах свет, идущий от оригинала, по­падает с помощью зеркал на линзу-объектив (или прямо на призму), которая проецирует ширину рабочей области скане­ра на ширину ПЗС-матрицы. При этом к качеству и точнос­ти настройки линзы объектива (или призмы) предъявляют­ся весьма высокие требования, особенно при проецировании краев рабочей области сканера.

В наиболее мощных моделях планшетных сканеров исполь­зуются два и более объективов, причем режимы их исполь­зования можно переключать. При этом помимо главного (то есть обычного) режима доступны усиленные режимы, когда один из дополнительных объективов проецирует на полную поверхность ПЗС-матрицы только часть полной рабочей поверхности сканера. Таким образом, для изобра­жения меньшего размера использовано такое же количе­ство точек (элементов) ПЗС-матрицы, как и для полного, то есть увеличивается качество сканирования (оптическое разрешение). В КДИ-сканерах может быть не одна линза, а много — по количеству элементов линейки фотоприемни­ка. Каждая из них играет роль маленького проектора, кото­рый фокусирует попадающий на него свет на соответству­ющий фотоэлемент.

Разберем для наглядности характеристики сканера класса SOHO (Small Office, Home Office) Agfa SnapScan 1212u.

ПЗС: цветная, 5100 элементов. Сканирование производится по технологии ПЗС (CCD), причем линейка ПЗС — цветная. Количество элементов — стандартное для сканера такого класса (для профессиональных сканеров сейчас — 8640 элементов).

Число проходов: 1 (трехпроходные сканеры сейчас практически отсутствуют на рынке).

Формат в отраженном свете: 216х297 мм (8,5х11,7"). Формат несколько больше А4 (210х297 мм). Форматы рабочей области сканеров могут варьироваться, но почти всегда они лежат близко к какому-либо стандартному фор­мату.

Оптический диапазон: 1,8D. Довольно низкий диапазон, но для домашнего использования вполне пригоден.