logo
Ответы на билеты

Билет № 15

1. Технология CIS. Суть технологии. Процесс

сканирования по технологии CIS.

Преимущества CCD-сканеров перед CIS-моделями. Технология CIS (Contact Image Sensor).

В этой технологии используется другой тип приемного элемента, называемый CIS (Contact Image Sensor). Этот элемент состоит из линейки датчиков, непосредственно воспринимающих световой поток от оригинала.

Contact Image Sensor (CIS) (контактный датчик изображения) представляет собой интегрированный модуль, содержащий систему освещения, оптическую систему и светочувствительную систему.

Светочувствительная система представляет собой силиконовую поверхность, разделенную на дискретные квадратные ячейки (например, на 5000). Размер каждой ячейки равен дроби, в числителе которой 1 дюйм, а в знаменателе необходимое разрешение сканирования. В CIS-сканере с разрешением 400 dpi размер ячейки будет 1/400". Оптическая система состоит из линейного массива линз, направляющего свет от документа на силиконовую поверхность. В этой системе нет оптического увеличения или уменьшения (коэффициент 1:1), поэтому такая конструкция сканера характеризуется наилучшей разрешающей способностью и геометрической точностью.

Освещение обеспечивается светодиодами, эмитирующими свет в световод, который в свою очередь направляет свет на документ. Присутствуют светодиоды (красный, зеленый, голубой), которые быстро стробируют, выявляя цветовой состав света. Заметим, что в этом случае отсутствуют цветовые фильтры в оптической или светочувствительной системе. Таким образом, цветовая гамма CIS-сканера определяется спектром каждого светодиода, а не фильтрами как в конструкции CCD-сканера.

В CIS-сканерах отсутствуют оптическая система. Светочувствительная линейка равна по ширине области сканирования, а каждая точка сканируемой строки фокусируется на фотодиоде цилиндрической микролинзой. Документ освещается «линейкой» светодиодов, а в цветном сканере – светодиодами трёх основных цветов (R, G, B). Так как в CIS-сканере отсутствуют зеркала, объектив, преломляющая призма и лампа, то конструкция такого сканера получается очень компактной. Поэтому их легко узнать по более тонкому корпусу. Поскольку CIS-сканеры имеют меньшее энергопотребление, они не имеют отдельного блока питания и запитываются через USB-порт компьютера. К тому же они более дешевые.

На Рис. 7 показан процесс сканирования.

Рис. 7. Процесс сканирования CIS.

Оригинал протягивается над (или под) стеклом экспонирования, в непосредственной близости от которого расположен сканирующий CIS-модуль, который включает в себя светодиодную линейку LED, стержневую линзу и линейку датчиков изображения. Оригинал подсвечивается с помощью светодиодной линейки LED. Затем отраженный от оригинала свет, при помощи стержневой линзы фокусируется на линейку датчиков изображения, вызывает в них электрический сигнал, который затем преобразуется в цифровой код и сохраняется в виде файла.

Для сканирования чертежа широкого формата используются несколько CIS-модулей, расположенных в шахматном порядке по всей ширине области сканирования.

Преимущества CIS-сканеров перед CCD-моделями:

2. Базовые основы цветового восприятия.

Физические и физиологические аспекты.

Физические аспекты

Для физики нет различия между понятиями "свет" и "цвет". Все, что относится к свету, равным образом характеризует и цвет.

Свет с точки зрения физики представляет собой фундаментальное природное явление (одной из мировых констант является скорость света в вакууме). Это природное явление вызывается электромагнитными колебаниями. Диапазон волн занимает довольно незначительное место в общей шкале электромагнитных колебаний, а именно так называемую "видимую часть".

Световые волны образуются в результате нагревания (например, металлическая спираль электрической лампочки) или химической реакции (например, реакции горения). Образовавшиеся потоки световых волн, отражаясь от других объектов, которые сами не "светятся", обеспечивают зрительное восприятие этих объектов.

Любые колебания, в том числе и световые, характеризуются длиной волны — расстоянием между двумя соседними гребнями синусоиды. И этот диапазон чрезвычайно узок: примерно от 400 до 700 нанометров (нм) (см. таблицу).

Таблица. Длины волн диапазонов цветов

Цветовой диапазон

Длина волны (нанометры, нм, nm)

Красные

650-700

Оранжевые

600-649

Желтые

550-599

Зеленые

500-549

Синие

450-499

Фиолетовые

400-450

Нанометр (нм, nm) — это одна миллионная часть миллиметра, или одна миллиардная часть метра, а диапазон длин волн света составляет всего около 300 единиц. Для сравнения: весь известный диапазон электромагнитных колебаний простирается от 104 метров (десять в четвертой степени, т. е. 10 километров) до 10-14 метров. Спектр видимых волн можно наблюдать после дождя в радуге или в физической лаборатории, пропустив тонкий луч белого света через треугольную призму (знаменитые опыты Исаака Ньютона).

В цветовой спектр входят следующие основные диапазоны длин волн: красные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие и фиолетовые. Для того чтобы запомнить эту последовательность, вспомним поговорку: "Каждый Охотник. Желает Знать, Где Сидит Фазан".

Световые волны, которые падают на поверхность любых объектов, изменяются в силу характера этой поверхности: часть световых волн определенной длины поверхность поглощает, оставшаяся часть световых волн отражается. Таким образом, поверхность изменяет состав длин волн, достигающих органов зрения наблюдателя. У наблюдателя возникает ощущение "цвета объекта".

Физиологические аспекты

Из вышесказанного можно сделать вывод, что цвет в отсутствие человека не существует в природе. Такую проблему (и не только в отношении цвета) уже много веков обсуждают философы. Вопрос об объективности цвета, с философской точки зрения – открыт.

В настоящее время общепринятым считается подход «с позиций здравого смысла», а именно. В природе цвета действительно нет, но поскольку источник энергии излучения расположен вне человека, то световой поток для человека объективен (не зависит от него), хотя восприятие субъективно (зависит от конкретного человека).

Фундамент органов зрения — сетка чувствительных рецепторов, которые реагируют на разные длины волн и посылают в мозг комбинации электрических сигналов. Эти сигналы и формируют то ощущение, которое мы называем "цветом" — зрительное восприятие света и цвета.

Рецепторы, которые называются "палочками", ориентированы только на восприятие яркостных характеристик.

Можно сказать, что они создают изображение в режиме "серая шкала" (grayscale). Эти рецепторы довольно чувствительны и позволяют воспринимать зрительную информацию при недостаточном освещении (в сумерках) (рис. 1).

Рис. 1. Относительное восприятие интенсивности света палочками

Второй тип рецепторов, которые называются "колбочки", отвечает за цветовое восприятие. Но поскольку цвет нельзя воспринимать непосредственно, то эти "колбочки" бывают трех видов, каждый из которых ориентирован только на свой цветовой диапазон: красный, зеленый или синий. По степени возбуждения каждого вида рецепторов мозг "судит" об интенсивности светового потока в каждом из цветовых диапазонов и формирует ощущение определенного цвета (рис. 2).

Рис. 2. Относительная чувствительность колбочек