Устройства ввода графических данных

Для ввода графической информации используют сканеры, графические планшеты (дигитайзеры) и цифровые фотокамеры. Интересно отметить, что с помощью ска­неров можно вводить и знаковую информацию. В этом случае исходный материал вводится в графическом виде, после чего обрабатывается специальными программ­ными средствами (программами распознавания образов).

Сканер – это устройство ввода в ЭВМ информации непосредст­венно с бумажного документа. Можно вводить тексты, схемы, ри­сунки, графики, фотографии и другую графическую информацию.

Сканеры являются важнейшим звеном электронных систем об­работки документов и необходимым элементом любого «электрон­ного стола». Записывая результаты своей деятельности в файлы и вводя информацию с бумажных документов в ПК с помощью скане­ра с системой автоматического распознавания образов, можно сде­лать реальный шаг к созданию систем безбумажного делопроизвод­ства.

Сканеры весьма разнообразны, и их можно классифицировать по целому ряду признаков. Сканеры бывают черно-белые и цветные.

Черно-белые сканеры могут считывать штриховые изображения и полутоновые. Штриховые изображения не передают полутонов или, иначе, уровней серого. Полутоновые – позволяют распознать и передать 16, 64 или 256 уровней серого.

Цветные сканеры работают и с черно-белыми, и с цветными оригиналами. В первом случае они могут использоваться для считы­вания и штриховых, и полутоновых изображений.

В цветных сканерах используется цветовая модель RGB: скани­руемое изображение освещается через вращающийся RGB-свето­фильтр или от последовательно зажигаемых трех цветных ламп; сигнал, соответствующий каждому основному цвету, обрабатывает­ся отдельно. Число передаваемых цветов колеблется от 256 до 65536 (стандарт High Color) и даже до 16,7 млн. (стандарт True Color).

Разрешающая способность сканеров составляет от 75 до 1600 dpi (dot per inch). Конструктивно сканеры бывают ручные и настоль­ные. Настольные, в свою очередь, делятся на планшетные, ролико­вые и проекционные, барабанные, сканеры форм, штрих – сканеры.

Планшетные сканеры. Планшетные сканеры предназначены для ввода графической информации с прозрачного или непрозрачного листового материала. Принцип действия этих устройств состоит в том, что луч света, отраженный от поверхности материала (или прошедший сквозь прозрачный материал), фиксируется специаль­ными элементами, называемыми приборами с зарядовой связью (ПЗС). Обычно элементы ПЗС конструктивно оформляют в виде линейки, располагаемой по ширине исходного материала. Перемещение линейки относительно листа бумаги выпол­няется механическим протягиванием линейки при неподвижной установке листа или протягиванием листа при неподвижной установке линейки.

Это самые распространенные сканеры; в них скани­рующая головка перемещается относительно оригинала автоматиче­ски; они позволяют сканировать и листовые, и сброшюрованные (книги) документы. Скорость сканирования 2-10 с на страницу (формат А4).

Основные потребительские параметры планшетных сканеров:

• разрешающая способность;

• производительность;

  • динамический диапазон;

  • максимальный размер сканируемого материала.

Разрешающая способность планшетного сканера зависит от плотности размещения приборов ПЗС на линейке, а также от точности механического позиционирования линейки при сканировании. Типичный показатель для офисного применения: 600-1200 dpi (dpi — dots per inch — количество точек на дюйм). Для профессионального применения характерны показатели 1200-3000 dpi.

Производительность сканера определяется продолжительностью сканирования листа бумаги стандартного формата и зависит как от совершенства механической части устройства, так и от типа интерфейса, использованного для сопряжения с компьютером.

Динамический диапазон определяется логарифмом отношения яркости наиболее светлых участков изображения к яркости наиболее темных участков. Типовой показатель для сканеров офисного применения составляет 1,8-2,0, а для сканеров профессионального применения — от 2,5 (для непрозрачных материалов) до 3,5 (для прозрачных материалов).

Пример. Цветные сканеры: Mustek Paragon 1200, Epson ESI200, HP Scan Jet 11CX..

Ручные сканеры. Ручные сканеры конструктивно самые простые: они вручную перемещаются по изображению. Принцип действия ручных сканеров в основном соответствует планшетным. Разница заключается в том, что протягивание линейки ПЗС в дан­ном случае выполняется вручную. Равномерность и точность сканирования при этом обеспечиваются неудовлетворительно, и разрешающая способность ручного сканера составляет 150-300 dpi.

С их помощью за один проход вво­дится лишь небольшое количество строчек изображения (их захват обычно не превышает 105 мм). У ручных сканеров имеется индика­тор, предупреждающий оператора о превышении допустимой скоро­сти сканирования. Эти сканеры имеют малые габариты и низкую стоимость. Скорость сканирования 5-50 мм/с (зависит от разре­шающей способности).

Пример. Сканеры Mustek: GS-400L – черно-белый полутоновый, CG-8400T- цветной.

Роликовые сканеры наиболее автоматизированы; в них ориги­нал автоматически перемещается относительно сканирующей го­ловки, часто имеется автоматическая подача документов, но скани­руемые документы только листовые. Пример. Сканер Mustek SF-630, скорость 10 с на страницу.

Проекционные сканеры внешне напоминают фотоувеличитель, .но внизу лежит сканируемый документ, а наверху находится скани­рующая головка. Сканер оптическим образом сканирует информа­ционный документ и вводит полученную информацию в виде файла в память компьютера.

Барабанные сканеры. В сканерах этого типа исходный материал закрепляется на цилиндрической поверхности барабана, вращающегося с высокой скоростью. Устрой­ства этого типа обеспечивают наивысшее разрешение (2400-5000 dpi) благодаря применению не ПЗС, а фотоэлектронных умножителей. Их используют для ска­нирования исходных изображений, имеющих высокое качество, но недостаточные линейные размеры (фотонегативов, слайдов и т. п.).

Сканеры форм. Предназначены для ввода данных со стандартных форм, заполнен­ных механически или «от руки». Необходимость в этом возникает при проведении переписей населения, обработке результатов выборов и анализе анкетных данных.

От сканеров форм не требуется высокой точности сканирования, но быстродействие играет повышенную роль и является основным потребительским параметром.

Штрих-сканеры. Эта разновидность ручных сканеров предназначена для ввода данных, закодированных в виде штрих-кода. Такие устройства имеют применение в розничной торговой сети.

Файл, создаваемый сканером в памяти машины, называется би­товой картой. Существуют два формата представления графиче­ской информации в файлах компьютера: растровый формат и век­торный.

В растровом формате графическое изображение запоминается в файле в виде мозаичного набора множества точек (нулей и единиц), соответствующих пикселям отображения этого изображения на эк­ране дисплея. Редактировать этот файл средствами стандартных тек­стовых и графических процессоров не представляется возможным, ибо эти процессоры не работают с мозаичным представлением ин­формации. В текстовом формате информация идентифицируется характеристиками шрифтов, кодами символов, абзацев и т.п. Стандартные текстовые процессоры предназначены для работы именно с таким представлением информации.

Следует также иметь в виду, что битовая карта требует большо­го объема памяти для своего хранения. Так, битовая карта с 1 листа документа формата А4 (204*297 мм) с разрешением 10 точек/мм и без передачи полутонов (штриховое изображение) занимает около 1 Мбайта памяти, она же при воспроизведении 16 оттенков серого – 4 Мбайта, при воспроизведении цветного качественного изображения (стандарт High Color – 65536 цветов) – 16 Мбайт. Иными словами, при использовании стандарта Тrue Color и разрешающей спо­собности 50 точек/мм для хранения даже одной битовой карты мо­жет не хватить емкости НЖМД. Сокращение объема памяти, необ­ходимой для хранения битовых карт, осуществляется различными способами сжатия информации, например TIFF (Tag Image File Format), CTIFF (Compressed TIFF), JPEG, PCX, GIF (Graphics Interchange Format – формат графического обмена) и др. (файлы с битовыми картами имеют- соответствующие указанным аббревиату­рам расширения).

Наиболее предпочтительным является использование сканера совместно с программами систем распознавания образов, например типа OCR (Optical Character Recognition). Система OCR распознает считанные сканером с документа битовые (мозаичные) контуры символов (букв и цифр) и кодирует их ASCII-кодами, переводя в удобный для текстовых редакторов векторный формат.

Некоторые системы OCR предварительно нужно обучить распо­знаванию – ввести в память сканера шаблоны и прототипы распо­знаваемых символов и соответствующие им коды. Сложности воз­никают при распознавании букв, совпадающих по начертанию в раз­ных алфавитах (например, в латинском (английском) и в русском – кириллица), и разных гарнитур (способов начертания) шрифтов. Но большинство систем не требуют обучения: в их памяти уже заранее помещены распознаваемые символы. Так, одна из лучших OCR – программный пакет TIGER 2.0 содержит прототипы 30 различных гарнитур, а для распознавания английских и русских букв использу­ет встроенные электронные словари.

В последние годы появились интеллектуальные программы распознавания образов типа Omnifont, которые опознают символы не по точкам, а по характерной для каждого из них индивидуальной топологии. При наличии системы распознавания образов текст запи­сывается в память ПК уже не в виде битовой карты, а в виде кодов, и его можно редактировать обычными текстовыми редакторами.

Сканер подключается к параллельному порту ПК. Для работы со сканером ПК должен иметь специальный драйвер, желательно драйвер, соответствующий стандарту TWAIN. В последнем случае возможна работа с большим числом TWAIN-совместимых сканеров и обработка файлов поддерживающими стандарт TWAIN програм­мами, например распространенными графическими редакторами Corel Draw, Max Mate, Picture Publisher, Adobe Photo Shop, Photo Finish. Большинство драйверов ориентированы на работу с локаль­ным компьютерным интерфейсом SCSI.

Графические планшеты (дигитайзеры). Эти устройства предназначены для ввода художественной графической информации. Существует несколько различных принципов действия графических планшетов, но в основе всех их лежит фиксация перемещения специального пера относительно планшета. Такие устройства удобны для художников и иллюстраторов, поскольку позволяют им создавать экранные изображения привычными приемами, наработанными для традиционных инстру­ментов (карандаш, перо, кисть).

Цифровые фотокамеры. Как и сканеры, эти устройства воспринимают графические данные с помощью приборов с зарядовой связью, объединенных в прямоугольную матрицу. Основным параметром цифровых фотоаппаратов является разрешающая способность, которая напрямую связана с количеством ячеек ПЗС в матрице. Наи­лучшие потребительские модели в настоящее время имеют до 1 млн. ячеек ПЗС и, соответственно, обеспечивают разрешение изображения до 800х 1200 точек. У про­фессиональных моделей эти параметры выше.