Skenery

1. Tomáš Knopp 2.12.2005 Skenery

2. Všeobecná definice • Skener je hardwarové vstupní zařízení sloužící k převedení fyzické obrazové předlohy do digitální podoby pro další využití pomocí počítače.

3. Základní rozdělení skenerů Podle konstrukce rozeznáváme skenery • Ruční (hand-held) skenery • Stolní (flatbed) skenery • Bubnové (drum) skenery • Filmové skenery

4. Ruční skenery • Skenerem je nutno ručně přejíždět po podložce. Nevýhodou je malá kvalita sejmutého obrazu způsobená jak nízkým rozlišením snímače, tak nutností přesného ovládání ze strany uživatele. Výhodou pak zejména nízká pořizovací cena. Vhodné převážně pro snímání malých ploch, nelze-li umístit předlohu do stolního skeneru.(Ke snímání čárových kódů, apod.)

5. Stolní(ploché) skenery • Předloha se pokládá na skleněnou desku, pod kterou projíždí strojově ovládané snímací čidlo(jednořádkové). Při snímání předloha přikryta víkem. Princip tedy podobný jako u kopírky. Dnes velmi levné (od cca. 1500,-) hojně používané i v domácnostech. Nevýhodou je především možnost snímání jen tenkých předloh. Dražší modely snímají často také diapozitivy a negativy(tzv. neodrazivé předlohy)

6. Bubnové skenery • Nejstarší technologie: předloha je nalepena na skleněném válci, který rotuje a současně se posouvá kolem snímacího prvku.Jejich nevýhodou je velká cena, složitá manipulace(předloha musí být pružná), dnes jim už velmi konkurují a vytlačují je nejvýkonnější stolní skenery. Přesto ještě mohou být používány na profesionálních grafických pracovištích pro náročné úkoly.

7. Filmové skenery • Slouží pro skenování jednotlivých políček filmu. Pro profesionání využití(ve fotolabech). • Mají obrovské rozlišení, někteří fotografové preferují fotografování na klasický kinofilm, s následným špičkovým převedením do digitální podoby tímto zařízením.

8. Princip fungování skeneru Skener funguje na principu digitalizace odstínů(barevných, či černobílých) na předloze, procházející před snímacími prvky (jednotlivým bodům předlohy přiřazuje číselnou hodnotu – kódování). U všech typů skenerů je skenovaný obraz buď prosvětlován, pak jde o skenování průsvitem, či osvětlován výkonným zdrojem světla (skenování odrazem).

9. Prošlé nebo odražené světlo se dále zpracovává optickým systémem skeneru, který se skládá z čoček, barevných filtrů a čidel (těmi mohou být CCD čipy nebo fotonásobiče). • Téměř všechny bubnové skenery užívají světlené senzory, známé jako fotonásobiče (PMTs –photomultiplier tubes). • V typických plochých skenerech a skenerech pro diapozitivy se využívají tzv. CCD prvky (charge coupled devices) – méně citlivé než fotonásobiče.

10. CCD snímač • CCD prvky – jsou to součástky, které převádějí optický signál na elektrický (čím je osvětlení CCD prvků větší, tím je signál silnější). Světlo ze zářivky se odrazí od předlohy, projde soustavou čoček a zrcadel a dopadne na snímač CCD(pole nábojově vázaných součástek). Používá se obvykle jedna řada snímačů. Celé zařízení nebo předloha se tedy musí při snímání posunovat. Signály z jednotlivých snímačů jsou poté digitalizovány. Schematický řez elementem snímacího obvodu CCD: vlevo fotodioda s čočkou, vpravo část posuvného registru, ve které se akumuluje náboj elektronů, převedený z fotodiody.

11. Schematický průběh skenování

12. Barevnost výstupu • Nejjednodušší skenery pracují pouze s černobílými předlohami. Skenery vyjadřují stupně šedi (čím je bod tmavší, tím vyšší číslo dostaneme). Číslo je uloženo v jednom bytu (skener tak rozeznává 256=28 stupňů šedi). • Složitější je skenování barevných předloh: Skenery zachycují hodnoty jasnosti tří základních barev (červená, zelená a modrá). Čím jemněji je jasnost odstupňována, tím je hloubka barev lepší a zobrazení na monitoru se více podobá skutečnosti. Standardem jsou 24-bitové skenery (přiřazují každé ze tří barev 256 stupňů jasnosti. 30-bitové skenery zachycují 1024 odstupňování základních barev. Nejlepší skenery mají barevnou hloubku 48b. • Barevná předloha se buď postupně osvětluje třemi zdroji světla – červeným, zeleným a modrým (tzv. trojprůchodový skener) nebo se použije jeden zdroj a světlo prochází 3 různými filtry (jednoprůchodový skener). Snímání trvá déle, než u černobílých předloh.

13. Barevný model • vyjadřuje způsob zobrazení a tvorby barev, metoda vyjádření barvy pomocí rozkladu na vhodně zvolené složky, u skenerů(i všeobecně v IT) se nejvíce užívá model RGB. Pro skenery a monitory je to tzv. aditivní model. • Model RGB je výhodný, lze jím reprezentovat velkou část viditelného spektra. Směsí červeného, zeleného a modrého (RGB) barevného světla v různých poměrech a intenzitách tedy získáváme celé barevné spektrum Když se tyto barvy překrývají, vytvářejí azurovou, purpurovou, žlutou a bílou. Sečtením všech barev vznikne bílá - to znamená, že všechny viditelné vlnové délky se odrážejí zpět do oka. černou barvou rozumíme žádné světlo. Aditivní model RGB

14. Zpracování barev snímačem • Jednotlivé CCD buňky(elementární snímací prvky(tzv.pixely) reagují na intenzitu světla, nikoli na jeho barvu. Potom by ale výsledný obraz byl černobílý, nikoli barevný a protože reagují přímo úměrně intenzitě světla a šlo by o analogové nikoli digitální snímání. Ve vlastní buňce je totiž snímání analogové, dává tedy spojitou veličinu a k digitalizaci dochází později. • Proto je před každou světlocitlivou buňku předřazen barevný filtr jedné ze základních barev (zelená, modrá, červená). Buňka reaguje jen na barvu, která prochází jejím filtrem, zatímco další dvě jsou odfiltrovány. Barevnou informaci získáme tedy sloučením signálů ze sousedících buněk. Zpravidla se využívá čtyř buněk (někdy tří), přičemž zelená je zastoupena 2x (RGBG mikrofiltr). Zelená barva se totiž nejvíce podílí na našem vnímání obrazu. Jedna buňka ovlivňuje výslednou podobu tolika barevných pixelů, do kolika je započítána. Získání kompletní barevné informace pomocí čtyř buněk.

15. Digitalizace signálu • Digitalizaci si můžeme představit tak, že rozdíl mezi minimálním a maximálním výstupním napětím rozdělíme na určitý počet dílů. Potom jakoukoli hodnotu intenzity světla na úrovní, která odpovídá rozmezí hodnot uvnitř dílu, reprezentuje hodnota přidělená tomuto dílu. Ta je na výstupu prezentována číslem ve dvojkové soustavě, se kterou pracují všechna digitální zařízení.

16. Rozhraní • Zprostředkovává přenos dat sejmutých skenerem do počítače. • paralerní port (SPP/EPP/ECP), nejstarší nejpomalejší přenos dat • USB port – daleko rychlejší, dnes jím vybavovány všechny nové skenery, standardem se stává USB2.0.

17. Nejdůležitější parametry skenerů • Optické rozlišení měří se v dpi “dots per inch” (počet bodů na palec čtverečný). Čím je číslo větší, tím více obraz odpovídá skutečnosti. Zatímco dynamická citlivost špičkových plochých skenerů je zhruba srovnatelná s citlivostí bubnových přístrojů, maximální optické rozlišení je u bubnových skenerů mnohem vyšší.Špičkové ploché skenery založené na CCD technologii dosahují asi 5900 dpi, bubnové jsou schopné rozlišit až 18000 dpi. • Barevná hloubka (color bit depth) rozsah barevného vzorkování. Špičkovým plochým skenerům zajišťuje barevnou citlivost stejnou, jako mají bubnové přístroje. Pohybuje se v rozmezí od 24b. do 48b.

18. Nejdůležitější parametry - pokračování • Maximální oblast skenování udává se v palcích. Je to oblast, která může být skutečně zpracována s daným rozlišením – snižuje se úměrně se zvyšováním rozlišení. Např. ploché skenery s  rozlišením 4000 dpi dosahují tohoto rozlišení pouze pro originály nepřevyšující určitou velikost. Ale při skenování větších rozměrů se rozlišení může snížit třeba na polovinu. Naproti tomu bubnové skenery udržují své maximální rozlišení přes celou oblast, kterou pro skenování nabízejí, bez ohledu na to, zda jde o originály prosvěcované, nebo zda pracujeme s odrazem světla. • Rozsah hustoty (dynamický rozsah) je číslelný údaj (od 0 do 4), který určuje jakou šíři barev je skener schopen zachytit. Nulový rozsah odpovídá úplné průhlednosti (průchod světla bez překážky) nebo dokonalému odrazu. Hodnota 4 prakticky znamená úplnou neprůhlednost nebo pohlcení světla. Vysoká hodnota se vyplatí tam, kde se vyskytuje velmi intenzivní osvětlení i stíny. Levné ploché skenery vykazují dynamický rozsah mezi 2 a 3, zatímco špičkové mají dynamický rozsah kolem 3,7, což už je srovnatelné s bubnovými skenery, které dosahují rozsahu 3,8 až 4.

19. Výstupní data • Spolu se skenerem je dodáván ovládací software a software zpracovávající surová data ze skeneru. Většinou ovšem jen do rastrových souborů, ať už nekomprimovaných(bmp), či komprimovaných(jpg). • Další zpracování je již na uživateli. Tzv. obrázky lze převést do textové podoby pomocí speciálního softwaru na rozpoznání textu (OCR – optical character recognition).

20. Převod digitálních dat • převod textových dat do rastru (rastrátory), • převod vektorových dat do rastru (rovněž rastrátory), • převod rastrových dat na textu (OCR) • převod rastrových dat na vektorová (vektorizace).

21. Dotazy? Děkuji za (ne)pozornost.