Устройства ввода графической информации

Устройства ввода графической информации

17

КАФЕДРА КОМПЬЮТЕРНЫХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Реферат

По дисциплине “Методы и средства КИТ”

На тему “Устройства ввода графической информации”

Оглавление

Введение.....................................................................................................3

Настольные барабанные сканеры............................................................4

Планшетные сканеры................................................................................4

Технологии планшетного сканирования.................................................5

Сканеры для обработки пленок и диапозитивов....................................6

Листовые и многоцелевые сканеры.........................................................7

Ручные сканеры.........................................................................................7

Беспленочные камеры .............................................................................8

Видеокамеры и платы ввода видеоданных............................................9

Введение

Устройства ввода графической информации находят широкое распространение благодаря компактности и наглядности способа представления информации для человека. По степени автоматизации поиска и выделения элементов изображения, устройства ввода графической информации делятся на 2 больших класа: автоматические и полуавтоматические. В полуавтоматических устройствах ввода графической информации функции поиска и выделения элементов изображения возлагаются на человека, а преобразование координат считываемых точек выполняется автоматически. В автоматических устройсвах процесс поиска и выделения элементов изображенияя осуществляется без участия человека. Эти устройства строятся либо по принципу сканирования всего изображения с последующей его обработкой и переводом из растровой формы представления в векторную , либо по принципу слежения за линией, обеспечивающей считывание графической информации, представленной в виде графиков, диаграмм, контурных изображений.Основной областью применения устройств ввода графической информации являются системы автоматизированого проектирования, обработки изображений, обучения, управление процессами, мультипликации и др. К этим устройствам относятся сканеры, кодирующие планшеты (дигитайзеры), световое перо, сенсорные экраны, цифровые камеры, видеокамерыю.

Настольные барабанные сканеры

Возможности барабанных сканеров меняются в зависимости от требований специфических сегментов рынка . Простые модели имеют оптическое разрешение 2500 ppi, динамический диапазон 3, 6 (что все же превышает соответствующие параметры большинства планшетных сканеров) и сравнительно скромные средства автоматизации. Для инструментов высокого класса типичны оптическое разрешение 8000 ppi, диапазон плотности близкий к (или равный) 4, 0, и полностью автоматизированные средства пакетного сканирования и обработки изображения, конкурирующие с возможностями автономных барабанных сканеров. В настольных моделях используются барабаны меньших размеров, чем у их высококачественных кузенов, но практика показывает, что для большинства художественных оригиналов достаточна область отображения 11 х 15 дюймов, предоставляемая более дорогими барабанными сканерами. Сравнительно редкие оригиналы больших размеров, которые невозможно обработать на настольном барабанном сканере, вы всегда сможете передать на "большой" барабанный сканер в агентство по допечатной подготовке цветных иллюстраций.

Особенностии настольных барабанных сканеров.

Пакетное сканирование -- Все настольные модели могут обрабатывать отражающие и прозрачные оригиналы различной плотности на одном барабане, а несколько моделей могут автоматически корректировать апертуру и освещенность в соответствии с плотностью каждого оригинала. Для многих моделей поставляется факультативное программное обеспечение, позволяющее вводить отдельные параметры установки для каждого оригинала на барабане. Это дает возможность автоматизировать сканирование множественных оригиналов и значительно повышает производительность.

Сменные барабаны -- Другое новшество, увеличивающее производительность, -- использование сменных барабанов для всех настольных моделей, кроме самых простых. Для экономии времени можно устанавливать второй набор оригиналов на запасной барабан, пока производится сканирование оригиналов с первого. Если модель сканера включает автоматизированное программное обеспечение управления заданиями, то можно даже прерывать работу, удалять барабан, чтобы вставить "горящий" проект, и автоматически продолжать прерванное сканирование, как только производственное напряжение спадет.

Факультативное программное обеспечение -- Если с высококачественными барабанными сканерами поставляется автономное программное обеспечение, то большинство настольных моделей обычно включают только расширения для Photoshop версии Macintosh или Windows. Для реализации большинства возможностей повышения производительности -- автоматизированного увеличения контраста переходов на границах областей в ходе сканирования, преобразования из RGB в CMYK, улучшения цветов и демаскирования -- во многих случаях придется приобрести дорогое дополнительные программное обеспечение.

Планшетные сканеры

Планшетные сканеры -- это рабочие лошадки в промышленности и наиболее популярный тип устройств ввода изображения. И не без причин: они доступны и просты в использовании, могут обрабатывать оригиналы различных размеров и обеспечивают приемлемое качество изображения для широкого диапазона приложений -- издательского дела, мультимедиа и OCR.

Еще год-два тому назад профессионалы цветной печати поглядывали свысока на непритязательный планшетный сканер, считая, что с его помощью можно получать изображения только для компоновки издания. Для печати они должны заменяться высококачественными изображениями с более высоким разрешением, сканированными с помощью барабанного сканера в сервисном бюро или агентстве по допечатной подготовке цветных иллюстраций. Однако с тех пор планшетные сканеры стали более универсальными -- сегодня они имеют более высокое оптическое разрешение, большую глубину цвета в битах, более широкий динамический диапазон и лучше поддерживают различные типы оригиналов. Из анализа цены и эффективности следует, что целесообразно разделить класс планшетных сканеров на подклассы сравнительно простых, промежуточных и высококачественных инструментов, а не сравнивать в целом планшетные сканеры с другими типами устройств для ввода изображений.

Технологии планшетного сканирования

Планшетные сканеры всегда были популярны среди профессионалов в области художественной графики, потому что с ними просто работать: снимите крышку, положите оригинал на стекло (или органическое стекло), отделяющее его от сканирующей головки, закройте крышку, а все остальное -- дело механизма перемещения головки, управляемого программным обеспечением. Эта базовая эргономическая концепция применима к планшетным сканерам во всем диапазоне цен и характеристик, но различия между типами инструментов определяют характер и качество изображений, которые они могут оцифровывать. Рассмотрим вкратце особенности конструкции, скрытые под крышкой, которые влияют на качество изображения и эффективность. Собираясь покупать планшетный сканер, полезно более детально разобраться в этих вопросах, чтобы сделать осмысленный выбор из предложений, конкурирующих изготовителей.

Оптическое разрешение

Оптическое разрешение определяется числом элементов датчика в горизонтальной линейке ПЗС. Несколько лет назад число ячеек ПЗС, которые можно было поместить в настольном сканере, лимитировалось их размерами, но сегодня ПЗС- ячейки более компактны. ПЗС с высоким разрешением увеличивают эффективный коэффициент увеличения планшетного сканера, позволяя ему оцифровывать небольшие прозрачные оригиналы (слайды, негативы) и увеличивать небольшие отражающие оригиналы во много раз.

Глубина цвета и динамический диапазон

Изготовители сканеров иногда измеряют глубину цвета двумя способами. Аналоговая глубина цвета указывает, сколько исходных градаций яркости могут считывать ПЗС с учетом шума и всех прочих факторов; для всех планшетных сканеров промежуточного и высокого класса приводится разрядная глубина 30--36 (10--12 бит на канал цвета). Подобная повышенная аналоговая разрядная глубина гарантирует, что по крайней мере 8 из битов в сохраненном файле изображения будут точными, что приводит к понятию разрядности представления цвета после обработки -- числу битов, остающихся после выборки аналогового напряжения АЦП. Стандарт глубины цвета среди популярных пакетов графических редакторов -- 24 бита (8 на канал), но Adobe Photoshop поддерживает ограниченное использование цветовой информации с большей глубиной, и некоторые изощренные пакеты (среди них Live Picture) поддерживают полноценное использование многоразрядного цвета. Некоторые из планшетных сканеров промежуточного и высокого класса могут сохранять более чем 24-битную цветовую информацию в файле изображения.

Отношение сигнал/шум датчиков ПЗС, используемых в конкретном планшетном сканере, определяет, насколько чисто осуществляется выборка цвета. Имеется множество типов ПЗС, и в более дорогих приборах влияние шумов уменьшают с помощью дополнительной электроники и лучшей обработки сигнала. На практике планшетный сканер с высоким отношением сигнал/шум и 30-битной глубиной цвета может воспроизводить лучший цвет, чем устройство с 36-битной глубиной цвета и более высоким уровнем шума.

Источник света в планшетном сканере также влияет на эффективный динамический диапазон. В новых и более дорогих планшетных сканерах используются или флуоресцентные источники с холодным катодом, или, вольфрамовые галогенные лампы, что уменьшает выделение теплоты. Пониженное выделение тепла означает, что сканирующий механизм можно поместить ближе к оригиналу и дольше его экспонировать, что улучшает выборку деталей.

Возможности обработки различных типов оригиналов

Обычно считается, что планшетные сканеры могут обрабатывать только отражающие оригиналы. Сегодня прогресс в технологиях разрешения и источников света позволяет непритязательному планшетному сканеру оцифровать слайды, диапозитивы большого формата и (в некоторых случаях) даже негативную пленку. В планшетных сканерах отражающие оригиналы освещаются снизу, а прозрачные материалы -- сверху, иногда с помощью волоконной оптики, размещенной в крышке адаптера диапозитива.

Однако, хотя технически возможно сканировать прозрачные материалы с разрешением 1200 ppi, такого разрешения может оказаться недостаточно, если для вывода на печать необходимо увеличивать действительно небольшие оригиналы (например 35-мм слайды) более, чем в несколько раз. Если вы регулярно оцифровываете подобные небольшие материалы и необходимо значительное увеличение размеров изображения, тогда нужно подумать о приобретении специализированного сканера для обработки слайдов/диапозитивов, планшетного сканера высокого класса или настольного барабанного сканера .

Сканеры для обработки пленок и диапозитивов

Профессионала в области художественной графики, который должен оцифровывать прозрачные материалы -- 35-мм слайды, пленки, или диапозитивы большого формата, -- лишь отчасти могут удовлетворять планшетные сканеры промежуточного класса с адаптерами для диапозитивов. Но специализированные сканеры для обработки слайдов и пленок/диапозитивов имеют важную нишу на рынке ввода художественной графики, обслуживая потребности организаций с высоким объемом сканирования: издателей иллюстрированной продукции, газет, журналов, презентаторов, а также отделы маркетинга, управления и информации. Высокое оптическое разрешение специализированных сканеров для обработки пленок/диапозитивов позволяет увеличивать небольшие оригиналы до размеров, достаточных, чтобы заполнить страницу журнала или плакат. К тому же многие специализированные сканеры для обработки пленок/диапозитивов включают средства повышения производительности, поддерживаемые аппаратно или программно. Профессионалов в области подготовки изображений, которые регулярно оцифровывают и отражающие, и прозрачные материалы, но не обладают достаточными средствами для приобретения барабанного сканера, может вполне устроить комбинация планшетного сканера промежуточного класса и специализированного сканера для обработки пленок/диапозитивов. С помощью сканеров для обработки пленок/диапозитивов с динамическим диапазоном 3, 0 или более можно получать высококачественные сканированные изображения, с трудом отличимые от произведенных барабанными сканерами (см. рисунок С-2 в цветной вставке).

Оцифровка негативов отличается особой сложностью, поскольку этот процесс не сводится к простому инвертированию градаций цвета от негатива до позитива. Чтобы точно оцифровывать цвет в негативах, сканер должен компенсировать два фактора: собственно пленку (которая создает сильный сдвиг цвета) и красители в пленке, которые ориентированы больше на характеристики материалов, используемых для цветной печати, чем на способ восприятия цвета человеческим глазом. Некоторые сканеры для обработки пленок/диапозитивов просто инвертируют градации цвета негативов, взваливая на конечного пользователя бремя выполнения коррекции цвета, что явно не способствует повышению производительности. Другие изготовители включают справочные цветовые таблицы (называемые LUT или CLUT) для конкретных типов пленки, или предусматривают аппаратную обработку, или программные алгоритмы для облегчения перехода от негатива к позитиву. Собираясь приобрести специализированный сканер для обработки пленок/диапозитивов, при выборе конкретной модели нужно выяснить ее возможности компенсации цвета негатива. Оптическое разрешение сканеров для обработки пленок/диапозитивов лежит в диапазоне от 2000 ppi для простых моделей до 5083 ppi для Leafscan 45. Разрешение 2000 ppi достаточно для оцифровки 35-мм изображений, которые будут использоваться в презентациях и мультимедиа, и даже для воспроизведения изображений в коммерческом издательском деле при размерах до 6 х 9 дюймов (для линейного растра 150 линий на дюйм). Однако для цветной печати, когда требуются изображения на полную страницу, необходимо разрешение не менее 2700--3000 ppi, если не предполагается использовать оригиналы большие, чем 35-мм. Для таких приложений, печать 35-мм оригиналов на полный плакат или долговременное архивирование важных корпоративных документов и баз данных требуется входное разрешение 4000 ppi или выше.

Подобно их кузенам -- планшетным сканерам, наиболее специализированные сканеры для обработки пленок/диапозитивов используют линейные массивы ПЗС для считывания цвета и уровней серого и поэтому подвержены шумам и перекрестным помехам. Более дорогие ПЗС, используемые в моделях высокого класса, имеют повышенные отношения сигнал/шум; в моделях промежуточного класса для достижения большей точности и чистоты цвета используются другие методы компенсации (например, более яркие источники света).

Динамический диапазон, или диапазон плотности, даже более критичен для сканеров для обработки пленок/диапозитивов, чем для планшетных сканеров, так как плотности негативных и особенно позитивных пленок выше, чем для отражающих материалов. Динамический диапазон от 2, 2 до 2, 8, типичный для наиболее простых сканеров для обработки пленок/диапозитивов, не пригоден для ввода всех тонов на слайдах и диапозитивах. Для инструментов промежуточного класса динамический диапазон равен или немного превышает 3, 0, а в моделях высокого класса он достигает 3, 7, что позволяет им конкурировать с некоторыми настольными барабанными сканерами.

Спектр глубины цвета сканеров для обработки пленок/диапозитивов начинается с 24 бит (8 бит на канал цвета) для наименее дорогих моделей. Устройства промежуточного класса обычно считывают от 30 до 36 бит цвета и оптимизируют тоновый диапазон для 24 бит. Модели самого высокого класса могут производить выборку 14 или даже 16 бит цвета на канал (42- или 48-битный цвет).

Средства повышения производительности

Производительность важна для пользователей сканеров для обработки пленок/диапозитивов, иначе они не приобретали бы столь специализированных инструментов. Набор средств повышения производительности изменяется от установки к установке, но может включать один или большее число следующих вариантов:

Корректируемый фокус -- Сканеры для обработки пленок/диапозитивов, оптика которых может автоматически увеличивать или уменьшать фокусное расстояние, позволяют получать более совершенные резкие сканированные изображения, регулируя фокусное расстояние для различных типов пленки.

Встроенный интеллект -- Некоторые модели включают специальные процессоры для быстрой автоматической предварительной обработки изображения (увеличения контраста переходов на границах областей и/или коррекции цвета).

Пакетное сканирование -- Инструменты промежуточного и более высокого класса могут включать аппаратные возможности пакетного сканирования и/или программное обеспечение для сканирования множественных оригиналов.

Листовые и многоцелевые сканеры

В области деловых коммуникаций типа OCR и архивации, а также дизайнерских агентствах, использующих отражающие оригиналы как шаблоны для создания новых оригиналов, листовые сканеры еще не сказали своего последнего слова. Листовые сканеры -- обычно черно-белые (1-битные) или полутоновые (8-битные) инструменты, которые протягивают гибкий оригинал через ролики или другое стационарное устройство. Недавно на рынке появился новый класс многоцелевых деловых машин, удовлетворяющих типичные потребности сканирования в области деловых коммуникаций -- они включают OCR, электронную почту, архивирование и факс. Часто в них имеется автоматический загрузчик документов для сканирования многостраничных документов, которые засоряют любое ведомство. Один пример новых многоцелевых сканеров -- PageOffice фирмы UMAX.

Ручные сканеры

Ручные сканеры обычно не интересуют профессионалов в области обработки изображений, потому что их область отображения, разрядность битового представления и диапазон плотности чрезвычайно ограничены. Тенденция быстрее--лучше--дешевле среди простых моделей планшетных сканеров привела к частичному вытеснению ручных сканеров с рынка. Однако ручные сканеры все еще имеют нишу среди пользователей PC, в основном в областях деловых коммуникаций (OCR) и настольных издательских средств -- простых моделей или внутреннего использования. Эти компактные устройства также полезны для сканирования небольших отражающих оригиналов или поверхностей громоздких предметов (больших книг, шаблонов ковров, крышек мебели и т. д.), которые нелегко уложить на стекло планшетного сканера.

Беспленочные камеры

Беспленочные камеры -- цифровые камеры, видеокамеры и платы ввода видеоданных -- оспаривают монополию сканеров среди устройств ввода изображений в компьютер. Эти устройства имеют очень различные области использования. В то время как видеокамеры и платы ввода видеоданных оцифровывают изображения в основном для использования в мультимедиа и видео, цифровые камеры входят как самостоятельные инструменты в издательские приложения всех типов.

Цифровые камеры

Беспленочная фотография -- это великая идея: прощайте, ядовитые химикалии, длительное время обработки, сканирование и оригиналы с качеством второй копии, -- но ее практическая реализация затянулась на многие годы. В цифровой камере элемент, регистрирующий изображение, -- не пленка, а один или несколько линейных или прямоугольных матриц ПЗС. Число пикселов, которые записывают дискретные единицы визуальной информации, непосредственно связано с числом ячеек или фотодиодов в ПЗС -- здесь и находится камень преткновения. Множество цифровых камер, продававшихся еще несколько лет назад, могли отображать в фотоснимке только несколько сотен тысяч пикселов, по сравнению с разрешением почти в 20 миллионов пикселов, типичным для мелкозернистой слайдовой пленки в аналоговой 35-мм камере. Изображения, которые могут вводить подобные камеры низкого разрешения, приемлемы для просмотра на мониторе или экране телевизора, но (за исключением небольших газетных фотографий) слишком зернисты для использования в печати.

Однако недавно в этой области был достигнут значительный технологический прогресс по многим направлениям -- в глубине цвета, скорости вывода изображения, количестве информации, которую можно вводить в фотоснимок, а также опциях сохранения изображения, которые "освободили" камеру от компьютера и сделали ее удобным инструментом как для оперативной фотосъемки, так и для работы над каталогом или в студии. Современные цифровые камеры можно отнести к одной из трех категорий, каждая из которых имеет собственную нишу на рынке:

- Камеры низкого разрешения, имеющие встроенные модули памяти или хранения данных с ограниченными возможностями, позволяют сделать несколько фотоснимков без непосредственного соединения с главным компьютером. Эти камеры, типичным примером которых является OuickTake 150 фирмы Apple , производят изображения, пригодные для использования в мультимедиа, видео, газетах и (при условии малоформатной печати) для печати сборных публикаций типа информационных бюллетеней и каталогов.

- Камеры промежуточного класса, в которых используются достаточно большие матрицы ПЗС, обладающие высоким отношением сигнал/шум и позволяющие генерировать файлы изображения, содержащие несколько мегабайтов информации, обычно имеют глубину цвета более 24 бит. Некоторые из этих камер, например, Crosfield Celsis 130 и 160, необходимо соединять с компьютером, что полезно при обработке фотографий для каталогов или фотографировании в студии, но слишком громоздко для оперативной съемки.

-Более новые камеры промежуточного класса типа Nikon E2s могут сохранять изображения на сменных носителях данных большой емкости или на карточках флэш-памяти, что освобождает их от компьютера и позволяет использовать для оперативной фотосъемки

Электронная и пленочная фотография

Если у вас имеется опыт работы в традиционной фотографии, то терминология, принятая в новой цифровой области, может показаться непривычной. Однако термины, которые используются в старом и новом способах ввода изображений, довольно близки, например:

Разрешение -- Электронный термин "разрешение" непосредственно связан с понятием степени детальности изображения, зафиксированного в пленках на основе соединений серебра. Цифровую камеру с высоким разрешением можно сравнить с мелкозернистой пленкой.

ISO -- В отличие от сканеров, для цифровых камер динамический диапазон измеряется в терминах эквивалентной характеристики ISO (Международной организации по стандартизации), а не плотности. Это связано с тем, что корни цифровых камер находятся в традиционной фотографии, где такие термины, как "светочувствительность", определяют световую чувствительность пленки. Имеется прямое терминологическое соответствие для таких понятий, как динамический диапазон, контраст и размер зерна между терминами ISO, используемыми для цифровых камер, и терминами ASA, которые применяются для традиционных камер. Низкие характеристики ISO соответствуют менее контрастным изображениям с высоким разрешением и более широким тоновым диапазоном, а высокие характеристики ISO -- более контрастным изображениям с пониженной разрешающей способностью и более узким тоновым диапазоном.

Среди инструментов высокого класса рынка цифровых камер -- сканирующие камеры, обладающие чрезвычайно высоким разрешением и глубиной цвета, которым необходимо до нескольких минут на ввод цифрового изображения объемом в десятки мегабайт. Digital Camera Back фирмы Di-comed -- пример такой камеры, которая должна соединяться с главным компьютером и, следовательно, лучше всего подходит для медицинских и научных приложений, каталогов и фотографирования стационарных объектов.

Как следует из приведенных примеров, сегодня все еще имеется компромисс между оптическим разрешением цифровой камеры и ее портативностью, а также скоростью ввода цифровых изображений, что, в свою очередь, влияет на пригодность камеры репортерской или оперативной съемки. Правда, этот компромисс постепенно смягчается, что видно на примере серии Nikon ES и Kodak 460, где сменные запоминающие устройства большой емкости обеспечивают автономность, а новые ПЗС и оптика уменьшают время экспозиции. Собираясь использовать цифровую камеру как первичное оцифровывающее устройство, соберите максимально подробные данные о разрешении, портативности, глубине цвета, эквивалентной характеристике ISO, требованиях к освещению и режиме сохранения изображения каждой модели.

Видеокамеры и платы ввода видеоданных

Видеоизображения, пропущенные через видеокамеры или платы ввода видеоданных, содержат аналоговый сигнал, необходимый для просмотра по телевидению. Поэтому для ввода полного кадра информации необходимы два прохода. Это чередование данных делает изображения, вводимые платой ввода видеоданных, хорошими кандидатами на вывод в компьютерных презентациях, но является недостатком при выводе на печать или в интерактивных мультимедиа, где могут проявляться визуальные артефакты или кажущаяся размытость изображения. Для удаления таких артефактов используется фильтрация чередования, например, с помощью фильтра, имеющегося в Adobe Photoshop.

При использовании изображений, введенных для видео, важное значение может иметь и динамический диапазон. Размер отдельных ПЗС-датчиков в видеокамерах очень небольшой, так что для ввода изображения с адекватной детальностью и динамическим диапазоном для видеокамер требуется большая освещенность, чем для пленочных. Кроме того, видеокамеры вводят изображения в видеодиапазоне цветов -- более узком и более насыщенном, чем гамма CMYK, используемая в печатных материалах. Если планируется использовать изображения, генерированные для видео, в других средах вывода, то следует предусмотреть настройку тонов, коррекцию и балансировку цвета с помощью соответствующего пакета редактирования.

Еще один фактор, который следует рассмотреть при работе с генерированными для видео изображениями, -- объем имеющейся информации и его влияние на размер выводимого изображения. В видеокамерах область ввода ограничивается, чтобы согласовать ее с параметрами телевизионного экрана: 512 х 480, 640 х 480 или (максимум) 756 х х 576 пикселов в США, Канаде и Японии, где используется разрешение NTSC (Национального комитета телевизионных стандартов). В лучшем случае изображения этого размера будут неплохо отпечатаны только в каталогах продукции, рекламных листках по недвижимости, внутренних информационных бюллетенях или других материалах, где изображения остаются небольшими или разрешение менее важно, чем содержание. Некоторые видеокамеры интерполируют изображения, добиваясь гораздо большего разрешения.