ECRANE SENSIBILE ŞI ECHIPAMENTE DE GRAFICĂ

1. ECRANE SENSIBILE ŞI ECHIPAMENTE DE GRAFICĂ Petre OGRUŢAN, mai 2010

2. Touchscreen Principiul ecranelor sensibile la atingere a fost dezvoltat şi aplicat în anii 1940. Prima realizare comercială a fost calculatorul HP-150 în 1983, cu un afişaj CRT de 9”. Ecranele sensibile se folosesc acolo unde lucrul cu tastatura si mouse-ul nu sunt eficiente, de exemplu chioşcuri de informare, automate bancare, telefoane mobile, navigatoare, console de jocuri etc. Primele ecrane puteau detecta doar apăsarea într-un singur punct, cele actuale pot detecta şi forţa apăsării.

3. Principii de funcţionare 1.Rezistiv Peste ecran este construită o structură din două folii transparente conductive separate printr-un strat izolator. Apăsarea unei zone are ca efect modificarea rezistenţei electrice între cele doă folii. 2.Unde acustice de suprafaţă (SAW) Unde acustice ultrasonice sunt aplicate în paralel cu suprafaţa ecranului. Când ecranul este apăsat o porţiune a undei este absorbită. Un controller identifică poziţia apăsării. 3.Capacitiv Ecranul este acoperit cu un strat izolator transparent pe care sunt depuse straturi conductive transparente. Atingerea unui strat conductiv produce modificarea capacităţii electrice a condensatorului format din straturile conductive opuse datorită încărcării electrice a corpului uman. Principiul este asemănător celui rezistiv. 4.Capacitate de suprafaţă Ca şi la principiul capacitiv, dar o singură parte a izolatorului este acoperită cu strat conductiv. Atingerea stratului izolator produce modificarea capacităţii punctului apăsat faţă de cele neapăsate. 5.Pe principiul timbrelor tensometrice Se poate măsura deformarea ecranului dacă se apasă un punct. Acest principiu, aplicat de curând poate determina şi forţa apăsării şi se aplică la chioşcurile de informare datorită rezistenţei lor la vandalism.

4. Principii de funcţionare 6.Capacitate proiectată (PCT) Ca şi la principiul capacitiv dar cele două părţi conductive sunt în forma unor linii conductive, orizontale pe una din părţi şi verticale pe cealaltă. La apăsare, modificarea capacităţii între 2 linii perpendiculare identifică punctul apăsat. Acest principiu este utilizat la multe realizări actuale. 7.Optic În spatele ecranului este aplicată o sursă de lumină infraroşie. La suprafaţa ecranului, în colţuri sunt aplicaţi senzori optic care măsoară intensitatea iluminării în infraroşu. Atingerea unui punct produce obturarea razelor de lumină şi în funcţie de intensitatea măsurată de cei 4 senzori se poate calcula poziţia punctului atins.

5. Modul de atingere. Avantaje şi dezavantaje. Un ecran sensibil se poate uza la atingeri repetate cu degetul. Se poate folosi un beţişor de material plastic pentru apăsare, ceea ce măreşte precizia poziţionării. Din păcate acest mod de apăsare nu se poate folosi în toate eplicaţiile, de exemplu la chioşcuri. Unghia umană poate fi folosită pentru apăsare, ea nu zgărie ecranul. Unghia poate fi modelată cu un vârf ascuţit, ceea ce măreşte precizia atingerii. Probleme de utilizare: Apariţia amprentelor pe ecran, care se evită prin acoperirea afişajului cu straturi de protecţie. Distrugerea ecranelor prin vandalismul, mai ales la chioşcuri poate fi parţial eliminată prin ecrane din sticlă specială, la principiile de detectare a atingerii care permit acest lucru. Se pare că poziţia verticală a ecranelor nu este ergonomică, de aceea se propune trecerea la ecrane orizontale, la care atingerea nu oboseşte braţul. La chioşcuri sau bancomate acest lucru nu este posibil.

6. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F I0 I1 I2 I3 Controller Codul zonei apăsate, emis serial V0 V1 V2 V3 Cod emis de controller, codat NRZ V0 V1 V2 V3 timp timp timp timp 0 1 B timp timp timp Principiul controllerului de ecran sensibil matricial Se notează nodurile cu 0,1....F (16 noduri) şi pe liniile verticale V0... V3 (4 linii) se trimite un semnal digital. Fiecare nod reprezintă o zonă a afişajului. Controllerul analizează intrările, dacă pe intrarea I0 apare forma V0, a fost apăsată tasta 0 şi controllerul emite serial acest cod. Dacă apare V1 se emite codul 1. Dacă pe intrarea I2 apare V3 atunci se emite codul B.

7. Tableta grafică

8. Tableta grafică (tableta de digitizare) Ceea ce se desenează pe tabletă cu stiloul special apare pe monitor, imaginea putând fi salvată sau prelucrată digital. Tableta grafică este folosită de artişi (formate mici, până la A4) şi de proiectanţi (formate mari, A0). Prima tabletă grafică a fost concepută în principiu în 1888 de către Elisha Gray, dar prima realizare comercială a apărut în 1957, numită Styalator. Tabletele grafice s-au răspândit în anii 1970-1980 datorită avântului proiectării mecanice.

9. Principii de funcţionare Unele principii de funcţionare seamănă cu cele de la ecranele sensibile (de exemplu la tableta pe principiu de detecţie capacitiv, constructor Scriptel).. Tabletele pasive sunt cele în care există mici bobine aranjate într-o matrice (fire perpendiculare). Bobinele emit un semnal recepţionat de o bobină din stilou, apoi intră în regimul de citire şi citesc valoarea energiei stocate în stilou. Este măsurată forţa de apăsare şi linia desenată ţine cont de aceasta. Tabletele active au stiloul alimentat cu baterie, el emite un semnal recepţionat de matricea de fire din tabletă. Faptul că tableta nu trece prin regimuri de emisie- recepţie măreşte precizia şi timpul de răspuns al tabletei. O firmă cunoscută ca şi producător este WACOM. Tabletele capacitive au un principiu asemănător cu ecranele sensibile. Ca şi diferenţe faţă de ecranele sensibile, tabletele de digitizare oferă o rezoluţie mult superioară la costuri mai mari şi are nevoie de stiloul special. Pucul este un fel de mouse care se poate plimba pe suprafaţa tabletei, variantele profesionale având o lupă cu un reticul pentru poziţionarea precisă. Pucul pe tabletă oferă coordonate absolute de poziţie şi nu doar informaţii relative ca şi mouse-ul. Ca aspect un puc nu se poate deosebi de un mouse.

10. Modul de desenare Cu tableta grafică se poate lucra în două moduri: 1.urma desenată urmăreşte stiloul (specific aplicaţiilor de artă) 2.desen vectorial, specific proiectanţilor în care o figură se desenează prin specificarea coordonatelor şi tipului figurii. Digitizarea 3D, prin urmărirea contururilor unui obiect cu un stilou pe o tabletă 3D.

11. Artă cu tableta Tabletă WACOM cu stilou şi puc (circa 700Euro, format 12x12”, 30,5x30,5cm) Desen realizat de artista Iulia Şchiopu din Braşov Comunitatea artiştilor cu tableta grafică: http://www.ratemydrawings.com/

12. Scanner

13. Descriere şi istoric Scannerul este un dispozitiv care se cuplează cu un calculator cu funcţia de preluare de imagini 2D sau 3D şi transformarea lor în format digital. Se pot prelua imagini desenate, obiecte plate, scris etc. Există programe de tip OCR (Optical Character Recognition) care pot transforma imaginea preluată de scanner în text prelucrabil cu editoare de text, cum este de exemplu Word. Prima operaţie de scanare se consideră cea realizată de Edouard Belin în 1920 şi numită telefotograf care prelua o imagine cu un senzor optic (fotomultiplicator) şi o transmitea prin linia telefonică sub formă de semnal analogic. Prima imgine digitală a fost realizată în 1957 la Biroul Naţional de Standarde din SUA de către Russell Kirsch, o imagine de copil.

14. Tipuri de scanner Scannerele de mână sunt purtate cu mâna deasupra unui document. Dimensiunea lor este mică dar imaginea scanată poate avea distorsiuni datorită vitezei variabile de trecere a scannerului peste document. Scannerele pot fi prevăzute cu o fereastră prin care se vede documentul şi butoane pentru Start şi rezoluţia de scanare. Scannere de documente, utilizate mai ales la faxuri asigură trecerea documentului prin faţa senzorului prin deplasarea lui cu ajutorul unui tambur acţionat de un motor. Nu se pot scana obiecte mai groase, rigide sau mai mici decât formatul standard dar locul ocupat de aparat este mai mic.

15. Tipuri de scanner Scannerele flatbed sunt cele mai răspândite. Sunt formate dintr-o placă de sticlă pe care este pus documentul (A4, A3 şi mai rar formate mai mari) şi un car mobil care se deplasează de-a lungul documentului. Pe car este situată o lampă puternică cu descărcare în gaze (xenon) şi reflexia luminii de pe document este captată cu oglinzi sau cu fibră optică şi transmisă la un senzor. Actualmente senzorii sunt de tip CCD (charge-coupled device). Pentru scanarea color se folosesc filtre în culorile fundamentale RGB aplicate senzorului. O variantă a scannerului flatbed este cea complet transparentă cu care se pot scana documente de orice dimensiuni prin aşezarea scannerului succesiv pe părţile ale documentului, softul realizând suprapunerea fragmentelor de imagini scanate. Imprimantele multifuncţionale conţin un scanner flatbed în structură şi devin din ce în ce mai uzuale pentru economia de spaţiu, preţul scăzut şi posibilitatea de copiere a unui document chiar dacă calculatorul este oprit. ADF- Automatic Document Feeder

16. Caracteristici principale Rezoluţia se măsoară în dpi (dots per inch sau pixel per inch).Există o rezoluţie optică (capacitatea de citire a senzorului) şi una software care este mai mare şi se obţine prin interpolare (calculul software a valorii unor pixeli între cei citiţi real). Un scanner obişnuit are o rezoluţie optică de 1200dpi iar unul de vârf poate ajunge la 5400dpi. Rezoluţia software ajunge curent la 4800dpi dar şi la 19200dpi. Adâncimea de culoare (numărul de nuanţe care se poate distinge) este dat în biţi, de regulă este 24 de biţi, poate ajunge la 48 de biţi în multe scannere şi poate depăşi aceste valori la variantele de vârf. Atenţie: o rezoluţie mare şi un număr mare de nuanţe duce la încetinirea scanării şi la obţinerea unor fişiere de dimensiuni mari. De obicei este nevoie de o comprimare JPEG. Tipul interfeţei este de regulă USB dar poate fi şi Ethernet mai ales la multifuncţionalele mai scumpe. Observaţie: o parte a aplicaţiilor scannerelor a fost preluată de fotografia digitală

17. Scanner de coduri de bare Un cod de bare este o reprezentare a informaţiei care arată preţ, furnizor, garanţie etc. folosit în activitatea comercială dar şi în alte activităţi de recunoaştere, cum ar actele prezentate fiscului, date de identitate etc. Informaţia este stocată în lăţimea fiecărei linii şi în distanţa între linii. Codul de bare a fost inventat de studentul Bernard Silver în 1948 şi l-a propus unei firme de vânzare de alimente pentru identificare. În 1949 a patentat invenţia. Patentul a fost cumpărat de RCA în 1952 dar aplicarea s-a făcut mai târziu, la căile ferate americane începând cu anul 1967. În 1981 Departamentul de apărare al SUA a adoptat codul de bare pentru a marca toate produsele militare. Codul de bare PDF417 este un cod de bare liniar (pe orizontală) stratificat (pe verticală) inventat în 1991 de Ynjiun Wang

18. Tipuri de scannere de coduri de bare Un cititor de coduri de bare este asemănător cu un scanner. Constă într-o sursă de lumină proiectată pe un cod de bare imprimat, lumina reflectată fiind recepţionată cu un senzor. Majoritatea cititoarelor conţin un decodificator de coduri de bare şi transmit la ieşire informaţia decodată conţinută de codul de bare. Tipuri de cititoare • Manuale, sub forma unui creion care trebuie trecut perpendicular pe codul de bare • Semi automate la care codul de bare trebuie poziţionat deasupra cititorului • Automate la care codul de bare este citit la distanţă • Laser, la care lumina este emisă cu o diodă laser şi cu o prismă rotitoare se baleiază codul. Acest principiu se aplică la cititoarele automate. Senzorul optic de citire este ca şi la scannere un dispozitiv CCD. Există cititoare de coduri cu cameră video, în care se analizează codul de bare prin tehnici software de analiză de imagini. Cititoarele omnidirecţionale emit o imagine laser complexă în care se baleiază în spaţiu cu raze perpendiculare sau orientate după curbe, în scopul citirii codului de bare în orice poziţie ar fi acesta.

19. Dispozitive cuplate prin sarcină CCD Dispozitivele CCD realizate sub formă de registre permit deplasarea sarcinii electrice între celulele registrului. Aceste dispozitive se folosesc ca senzori de imagine în scannere, microscoape electronice, camere de luat vederi, aparate foto digitale etc. Dispozitivele CCD au fost inventate în 1969 la AT&T Bell Labs de Willard Boyle and George E. Smith. În anul 2009 autorii au fost recompensaţi cu premiul Nobel pentru fizică. Desenul arată modul în care aplicarea tensiunii de comandă pe terminalele de comandă ale dispozitivului determină deplasarea liniară a sarcinii. Dacă sarcina este proporţională cu iluminarea, recepţionarea semnalului la un capăt conţine informaţia de iluminare serială pentru fiecare pixel al senzorului. Sursa de lumină

20. Dispozitive cuplate prin sarcină CCD pentru imagini color Pentru preluarea imaginilor color se poate folosi filtrul Bayer. Fiecare pixel este împărţit în 4 sferturi. Filtrul acoperă senzorul şi lasă să treacă culorile RGB pe cate un sfert de pixel. Culoarea verde este aplicată la 2 sferturi pentru că ochiul receptează verdele altfel. Sloan Digital Sky Surveyeste un telescop optic cu lentila de 2,5m cu senzori CCD în New Mexico. Senzor de aparat foto digital împreună cu panglica de conexiuni Senzor CCD liniar pentru scannere

21. Imagini vectoriale şi imagini bitmap La o imagine vectorială (preluată cu o tabletă de digitizare), prin mărire se pot observa detaliile. Imaginea a fost preluată în ACAD.

22. Imagini vectoriale şi imagini bitmap La o imagine scanată prin mărire detaliile se pierd. Desenul vectorial cu tableta grafică şi scanarea au domenii diferite de aplicabilitate.

23. Plotter Plotterul este un dispozitiv de ieşire cu care se pot imprima imagini vectoriale. Limbajul de trimitere a imaginilor grafice cel mai cunoscut este HPGL (HP Graphic Language). De regulă formatul plotterului este mare, A1 sau A0. Plotterele pot fi: • Pe o suprafaţă format mare se mişcă în coordonate x şi y un cap de scriere (stilou) care desenează forma dorită. Stiloul poate fi înlocuit cu un cuţit şi în acest caz se poate tăia un material după un contur dorit. Tăierea poate fi realizată la anumite modele cu laser. Aceste tipuri sunt foarte lente. • Imprimante de format mare (impropriu numite plottere) care primesc date vectoriale de la calculator (sunt văzute ca plottere de driverul anumitor programe, cum este ACAD-ul) şi convertesc datele în format bitmap. Conversia de date necesită multe resurse de calcul aşa încât unele plottere au chiar şi hard disc. Ca principiu de imprimare este utilizat principiul inkjet. Cu acest tip de plotter nu se poate tăia.