Как работает сканер

Компания Canon является ведущим производителем множества компьютерной, и не только, техники. В предыдущем блоге вы познакомились с рядом инновационных технологий, используемых Canon при производстве своих принтеров. Сейчас же мы познакомимся еще с некоторыми технологиями, но на этот раз используемых Canon в своих сканерах.

Но прежде чем переходить к рас­смотрению этих технологий, давай­те взглянем на традиционную кон­струкцию сканеров.

В традиционной конструкции ска­нера луч белого света экспонирует сканируемую строку оригинала, на­правляя ее изображение к считыва­ющей матрице ПЗС (прибора с заря­довой связью) через систему мно­гочисленных зеркал и линз. В связи с этим разрешающая способность оказывается ограниченной количе­ством элементов (пикселов) в ма­трице ПЗС.

Для того чтобы увеличить аппа­ратное разрешение сканера без усложнения конструкции приво­да сканирующего узла, компания Canon начала применять в своих ап­паратах совершенно новую техноло­гию - оптическую систему с изменя­емым преломлением VAROS (VAriable Refraction Optical System).

В данном случае сканирующее устройство дополнено стеклянной пластиной, расположенной между линзами и ПЗС-матрицей, и процесс сканирования по технологии VAROS осуществляется в 2 этапа, после чего результаты обрабатываются про­граммой. Сначала осуществляется сканирование, как в любой аналогич­ной системе. Затем стеклянная пла­стина поворачивается, отклоняя луч на 1/2 пиксела, и процесс сканиро­вания повторяется. Это дает сканеру возможность считать данные со сме­щением в полпиксела. Программное обеспечение, объединяющее резуль­таты первого и второго этапов скани­рования, позволяет получить вдвое больше данных. То есть в итоге по­лучается так, что самый вроде бы обычный 600-пиксельный сканер с использованием технологии VAROS превращается почти в профессио­нальный аппарат с реальным разре­шением 1200 dpi (dots per inch - то­чек на дюйм).

Таким образом удается практи­чески удвоить аппаратное разре­шение сканера без усложнения кон­струкции привода самого сканирующего узла. Технология удвоения оптической разрешающей способ­ности VAROS особенно незамени­ма в тех случаях, когда уровень раз­решения является определяющим фактором, как например, при скани­ровании фотопленок. Для этого но­вейшие модели сканеров с техноло­гией VAROS комплектуются специ­альным адаптером для 35-мм фо­топленок, делающим утомительную установку и подключение ранних версий подобных устройств пред­метом истории.

А вот следующая технология соз­дана для того, чтобы достичь ре­ального оптического разрешения в 1200 точек на дюйм при небывалой компактности узла сканирования. В данном случае используется ши­рокоугольная линза Галилео (Galileo Lens) - одно из наиболее важных и уникальных изобретений Canon в технологии сканирования, которая состоит из пяти элементов и обеспе­чивает компенсацию хроматической аберрации и кривизны поля, а это, в свою очередь, позволяет достичь небывало высокой MTF (Modulation Transfer Function - модуляционная передаточная функция) - одной из характеристик резкости объектива (screen 1).

Аберрация - общий термин, ис­пользуемый для описания различий между идеальным и реальным изо­бражением, формируемым объек­тивом. Так, у высококачественного объектива аберрация должна быть очень незначительной, стремящейся к получению изображения, мак­симально приближенного к идеаль­ному: точка должна быть отображе­на как точка, с четкими контурами, перпендикулярная оптической оси плоскость (например, стена) долж­на отображаться как плоскость, изо­бражение, воссозданное объекти­вом, должно иметь такую же форму, как сам объект. Кроме того, объектив должен точно передавать цвет вос­производимого объекта. К сожале­нию, полностью избавиться от абер­раций невозможно, их можно только уменьшить.

Касательно цветов RGB, из ко­торых, как вы знаете, складывает­ся цветное цифровое изображение, компенсация хроматической абер­рации в линзе Галилео означает мак­симальное совмещение трех цвето­вых составляющих по краям скани­руемого документа, а под компен­сацией кривизны поля изображе­ния понимают плавность MTF не­зависимо от положения оригинала на стекле экспонирования. И кроме того, малое относительное отвер­стие уменьшает потери света, из ко­торого складывается изображение, а следовательно, улучшает отноше­ние «сигнал/шум».

Следующая технология Canon для своих сканеров называется LIDE (LED InDirect Explosure) - не­прямое светодиодное экспониро­вание и сочетает в себе все преи­мущества технологии контактного датчика изображения (CIS - Contact Image Sensor).

LIDE позволяет полностью обой­тись без системы зеркал и упростить конструкцию (screen 2). В сравнении с традиционной конструкцией скане­ров становятся очевидными преиму­щества технологии LIDE: здесь мень­шее количество оптических элемен­тов, неизбежно влияющих на каче­ство изображения, упрощенная ме­ханика привода сканирующего узла и его компактность в целом. Кроме того, в традиционной системе с ПЗС (CCD, Charge-Couple Device - прибор с зарядовой связью) существует ряд проблем, связанных с искажениями изображения по краям.

В технологии LIDE в качестве ис­точника света используются мощные трехцветные (RGB: Red, Green, Blue - красный, зеленый, синий) светодиоды, которые обеспечивают улучшен­ную цветопередачу и малое энерго­потребление по сравнению с ксено-новыми или флуоресцентными лам­пами, а в дополнение к этому разра­ботанный специальный световод со­бирает лучи в однородный пучок, рав­номерно экспонирующий сканируе­мый оригинал по всей ширине.

Цилиндрические линзы, диаметр каждой из которой менее 1 мм, без искажений собирают отраженный от оригинала свет на сенсорной ли­нейке, представляющей собой но­вое поколение датчиков изображе­ния. Эти датчики отличаются значи­тельной величиной отношения «сиг­нал/шум» и сверхвысокой чувстви­тельностью по сравнению с любы­ми другими существующими сенсо­рами: 42 бита = 14 бит х 3 цвета RGB. Такое повышение разрядности дан­ных на входе дает сканеру возмож­ность различать больше цветовых градаций в самых светлых и самых темных участках изображения. С ми­кронной точностью датчики собраны на плате в линейку, размер которой соответствует максимальной шири­не сканируемого документа.

В итоге LIDE-сканеры отличают­ся меньшими размерами и массой, более низким уровнем шума и малым энергопотреблением - до 2,5 Вт. Многие же модели оснащены ин­терфейсом USB, обеспечивающим совместимость со многими опера­ционными системами и позволяю­щим обойтись всего одним шнуром для соединения с компьютером и для подачи питания. К тому же они допускают вертикальную установку при помощи специальной подставки.

Многие популярные графические редакторы и прикладное программ­ное обеспечение сканеров облада­ют функциями автоматического ре­туширования изображений. Они ана­лизируют оцифрованные изображе­ния и в случае обнаружения резких изменений данных о цвете между со­седними точками (пикселями) заме­няют цвет «подозрительных» участ­ков на цвет окружающих точек.

В сканерах же компании Canon также используется подобная функ­ция, которая носит название FARE (Film Automatic Retouching and Enhancement) - автоматическое ре­туширование и улучшение изобра­жений на пленках. Она предназначена, прежде всего, для исправления де­фектов негативных или позитивных пленок. Царапины и пылинки почти незаметны при сканировании круп­ных оригиналов, в случае же работы с фотопленками, когда отсканиро­ванное изображение впоследствии будет многократно увеличено, они доставляют большие неприятности.

Однако в отличие от многих дру­гих подобных в технологии FARE об­работке подвергнутся исключитель­но механические дефекты сканируе­мого оригинала. Так, например, бе­лые точки на фотографии звездного неба не будут расценены как пыль и закрашены - обработке подвергнут­ся исключительно механические де­фекты сканируемого оригинала.

При использовании техноло­гии FARE изображение так же, как и в любом другом сканере, внача­ле сканируется в видимом свете, а затем производится еще повторное сканирование в инфракрасном (ИК) диапазоне. При этом считывающее устройство «видит» только дефекты на пленке (изображение почти про­зрачно для ИК-лучей). После этого программное обеспечение «вычи­тает» результаты второго сканиро­вания из первого и, основываясь на данных о цвете соседних пикселов, закрашивает следы только от дей­ствительно существующих царапин и пыли. Ну а в том случае, если вы уве­рены в безупречном качестве своих негативов, данную функцию можно запросто отключить.

Компания Canon первая из про­изводителей разработала принте­ры с уникальным сканирующим кар­триджем IS Scanner (IS-12, IS-22, IS-32 и IS-52). Он устанавливается вместо печатающей головки и по­зволяет сканировать полноцветные и черно-белые фотографии, рисун­ки и тексты, а затем картридж сно­ва меняется на чернильный для по­лучения фотореалистичных копий.

Новейшие модели сканирующих картриджей для принтеров Canon обеспечивают разрешение 360-720 точек на дюйм (в зависимости от мо­дели принтера) при глубине цветно­сти 24 бит (8 бит х 3 цвета RGB). При цветном сканировании картридж трижды проходит по одному и тому же участку, последовательно осве­щая его красным, зеленым и синим светодиодами. В итоге две такие важные функции, как цветное скани­рование и печать, реализованы все­го в одном компактном устройстве.

И в завершение этого неболь­шого экскурса в технологии скане­ров Canon хочется рассказать еще об одной очень интересной и ори­гинальной технологии Z-Lid. Вы бу­дете удивлены, но суть технологии заключается всего лишь в ориги­нальной конструкции крышки стек­ла экспонирования - ее Z-образной форме.

Такая конструктивная особен­ность крышки позволяет помимо тонких бумажных документов скани­ровать также объемные оригиналы, например, книги, не повреждая их. Крышка сканера снабжена раздвиж­ным петлевым шарниром, который при необходимости увеличивает рас­стояние между ней и стеклом экспони­рования. Это и дает возможность раз­местить на стекле объемные или хруп­кие оригиналы, а также уменьшить ко­личество постороннего света, попа­дающего в сканер во время работы.