Содержание
Введение
1. Новейшие технологии сканирования
1.1 E.D.I.T. — новая технологиясканирования пленок
1.2 Уникальная технология TwinPlateкомпании Agfa
2.Технологии улучшения изображения впроцессе сканирования
2.1 Digital ICE (ImageCorrection & Enhancement)
2.2 Технология Digital ROC (Reconstruction OfColor)
2.3 Технология Digital GEM (Grain EqualizationManagement)
2.4 Digital ICE3
3. Сравнение новой технологии CIS (Contact Image Sensor) с традиционной CCD (Charge CoupleDevice)
3.1 Сравнение результатовсканирования при использовании CCD и CIS элементов
4. Принцип ПЗС-технологии
4.1 Устройство ПЗС-датчика
4.1.1 Параметры и характеристики ПЗС.
4.1.2 Параметры ПЗС
4.1.2.1 Темновой ток
4.1.2.2. Неоднородностьчувствительности
4.1.2.3. Шумы
4.1.2.4 Антиблюминг, или устойчивостьк локальным пересветкам.
5. Программное обеспечение сканеров.
5.1 Программная часть.
5.1.1 Драйвер сканера
5.1.2 Графический пакет
5.1.3 Программа распознаваниясимволов.
5.1.4 Другие программные продукты
5.1.5 Качество драйвера
5.1.6 Количество и качествоприлагаемого к сканеру ПО
5.1.6.1 Программное обеспечение Epson.
5.1.6.2Програмное обеспечение Hp
6. Источники света и освещенностьсканируемого материала
7. Основные технические параметрысканеров
7.1 Разрешающая способность
7.2 Разрядность
7.3 Источник света
7.4 Шум
7.4.1 Случайный шум
7.4.2 Регулярный шум
8. Система транспорта бумаги
8.1 Узлы подачи бумаги
9. Интерфейс сканера
9.1 SCSI 9.2. USB (USB 2.0) 9.3. Параллельный порт
10. Обзор современных сканеров
Заключение
Список использованной литературы.
Введение
Устройство,ставшее сегодня обычным на офисном столе, — это сканер. Если принтеробеспечивает вывод электронного документа на бумагу, то сканер обеспечиваетобратный процесс — перевод бумажного документа в электронную форму.
Сканер — это устройства ввода текстовой или графической информации вкомпьютер путем преобразования ее в цифровой вид для последующего использования, обработки, хранения или вывода.
Настольные сканеры появились в 80-х годах и сразу стали объектомповышенного внимания, но сложность использования, отсутствия универсальногопрограммного обеспечения, а самое главное, высокая цена не позволяли выйтисканерам за пределы специализированного использования.
Сканированиедокументов сегодня все больше заменяет ввод документов с клавиатуры. Сканервводит в компьютер графическое изображение документа, а соответствующеепрограммное обеспечение, полученное изображение отправляет как факс,преобразовывает в текст, который будет введен в систему электронногоделопроизводства, а если текст на иностранном языке, то и переведен. Выборсканера определяется характером и количеством документов, которые будутсканироваться в службе кадров. Интенсивнаякомпьютеризация офисов не привела к снижению объемов информации, обрабатываемойв бумажном виде. Наоборот, простота изготовления неограниченного числа копий насовременном легкодоступном копировальном оборудовании, возможностьпрофессиональной печати на персональных и сетевых принтерах, интенсивнаяпочтовая и факс-переписка привели к резкому увеличению потребления бумаги дляделовых нужд. Вопреки распространенному мнению о наступлении эры безбумажнойинформатизации, аппараты для перевода электронной информации в бумажную форму(принтеры) и размножения информации на бумаге (копиры) пока значительно болеераспространены, чем сканеры, выполняющие обратный переход от бумажногодокумента к электронному. Так в бюллетене “Мобиле” список предложения попринтерам и копирам включает более 2700 позиций, а по сканерам — 450. При этомподавляющее большинство аппаратов для вывода на бумагу делает это со скоростью4-8 и более страниц в минуту, а среди сканеров заметную часть составляют ручныемодели, для которых скорость ввода зависит от ловкости рук и при наличии такойловкости составит не более 0,5 страницы А4 в минуту. Таким образом,существенной составляющей информационного взрыва является бумажный потоп.
Неудобстваиспользования бумаги в качестве носителя информации широко известны. Занимающиедорогую полезную площадь (характерные для офисного пейзажа галереи шкафов истолы, заваленные бумагами), непрочные и физически уязвимые бумажные документык тому же совершенно неконкурентоспособны по скорости доступа к необходимойинформации.
Поданным компании Xerox до 60% времени сотрудников в организациях расходуется напоиск необходимых бумаг.
Быстродействующиепроцессоры и жесткие диски абсолютно беспомощны при необходимости найти в шкафуили на рабочем столе конкретную бумагу. Обойтись без бумаг нельзя, на то естьмножество юридических, психологических и организационных причин. На помощьприходят сканеры. До недавнего времени эти устройства использовалисьпреимущественно для оформительских работ и облегчения работы машинисток привводе в компьютер текстов. В настоящее время информационная промышленностьпереживает эпоху переоценки ценности сканеров, как устройств для переработкиинформации в промышленных масштабах. Бумажные документы, проходя сканирование,превращаются в электронные копии — файлы или объекты баз данных и при работе сними владелец информации получает все преимущества электронной обработкиданных. Электронные копии оригинальных документов при хранении занимают намногоменьше места, не теряются, не портятся и могут быть мгновенно найдены позапросу с любого рабочего места, подключенного к локальной сети (или теперь ужек сети Internet). При необходимости, весь отсканированный документ илиприцельно выбранные области документа (содержащие номера, даты, фамилии или,например, идентифицирующие штрих коды) переводятся в символьный вид с помощьюсредств оптического распознавания (OCR) и символьный эквивалент информации,записанной или отпечатанной на бумаге, включается в индекс, позволяющий быстронайти нужный документ.
1. Новейшие технологии сканирования
1.1 E.D.I.T. — новая технология сканирования пленок
Аббревиатура E.D.I.T.означает EmulsionDirect Imaging Technology. Технология E.D.I.T. запатентована в США (U.S. patent no.5,574,274). Это буквально означает сканирование со слоя эмульсии. Все знают,что прозрачный оригинал — это полимерная пленка с нанесенными на нейсветочувствительными слоями — эмульсией. Применение E.D.I.T. позволяетприблизить работу устройства к возможностям сканирования на барабанном сканере.Теперь между слоем эмульсии и CCD-матрицей сканера отсутствуют стекла, чтопозволяет избежать паразитных отражений на границах стекло-воздух ивоздух-стекло. При сканировании на привычном планшетном сканере сослайд-модулем приходилось мириться с четырьмя такими пограничными отражениями.
Рассмотримсхему сканирования с использованием обычного сканера, приведенную на рис.1.
/>
Рис.1. Схема сканирования с использованием обычного сканера
Вэтой схеме задействовано три воздушных среды и два стекла. Первое пограничноеотражение происходит на границе В3-С1, второе на границе С1-В2, третье В2-С2,и, наконец, четвертое С2-В3. Если вникнуть в эту проблему основательно, товыяснится, что различны характеристики не только стекол,
нои воздушных сред. Дело в том, что воздушные среды В1 и В3 находятся внутрикорпусов сканера и слайд-модуля и, соотвественно, отличаются по температуре,влажности и даже химическому составу не только от воздуха в помещении В2, нодаже между собой. Если углубляться в проблему дальше, то температурные ифизико-химические характеристики различны и у стекол C1 и С2. Все это приводитк невозможности прогнозирования характеристик сред, задействованных воптической системе и, соотвественно, невозможности не только нейтрализации, нодаже учета их в проработке оптической системы.
Длясравнения рассмотрим схему сканирования пленок с использованием технологииE.D.I.T., приведенную на рис. 2.
/>
Рис.2.Схема сканирования пленок с использованием технологииE.D.I.T.
В этом случае не используется стекло и, соответственно, нет отражений награницах воздух-стекло-воздух. Кроме того, воздушная среда, задействованная воптической системе, всего одна — В1, поскольку весь процесс происходит внутрикорпуса сканера. Теоретически, характеристики этой среды можно даже учесть впроработке оптической системы. Не исключено, что появятся профессиональныедрайверы с индексом environmental, где будут учитываться температурные ивлажностные характеристики воздушной среды, снимаемые с датчиков, установленныхвнутри корпуса сканера. По-моему, неплохая идея для производителей сканеров.Надеюсь, что компания, которая зарегистрирует это изобретение, пришлет мнеприветственную открытку и копию патента на память.
Помимо паразитных отражений, стеклянные поверхности, применяемые вобычных планшетных сканерах, действительно могут вносить искажения впоступающую на CCD информацию. Во-первых, как ни старайся, добиться идеальнойравномерности оптических свойств стекла довольно трудно. Во-вторых, в процессесборки и эксплуатации сканера не исключено оседание пыли на внутреннейповерхности стекла. Даже если вы сто раз протрете внешнюю поверхность стекласпиртом, качество изображения от этого не улучшится. В-третьих, оптическиесвойства стекла напрямую зависят от его толщины. При этом явления рефракции иинтерференции, подробно описанные в школьных учебниках физики, в состояниивнести значительные искажения в сканируемый оригинал. Сделать стеклопланшетного сканера совсем тонким невозможно, поскольку оно входит в конструкциюкорпуса и должно выдерживать хотя бы минимальные нагрузки. Ну и, наконец,паразитный эффект, носящий имя известного физика, — пресловутые Ньютоновыкольца. Не стоит думать, что это совсем уж распространенный дефект. Сканируяслайд на офисном планшетнике получить подобный дефект сложно — оптика сканерапросто его «не видит». Эта неприятность будет заметна тем чаще, чемвыше качество сканера, который вы используете. И чем сложнее оптическая системасканера, тем заметнее эти Ньютоновы радужные разводы. Кольца Ньютона могутпоявляться при сканировании прозрачных оригиналов, когда между пленкой иповерхностью стекла образуется тончайший неравномерный воздушный зазор,отмеченный на рис. 1.
В принципе, для преодоления этой проблемы существует по крайней мере триотносительно надежных способа. Первый, самый простой, — не сканировать пленкина планшетном сканере вообще, второй — воспользоваться барабанным сканером.Третий, на тот случай, если не годятся первые два — положить пленочный оригиналне на стекло, а на картонку толщиной 1-1,5 мм. с прорезанным окошком. Обеспечив более или менее равномерный воздушный зазор между пленкой и стеклом, выизбегаете появления пресловутых колец и почти ничего не теряете в резкости.Сканер, работающий по технологии E.D.I.T., избавляет вас от необходимостиподобных ухищрений. Вы укрепляете слайд в окошке выдвигающегося из корпусасканера картриджа, все остальное происходит внутри без паразитной рефракции,дифракции и интерференции. При сканировании непрозрачного оригинала на сканере,работающем по технологии E.D.I.T., возникают посторонние отражения на границахвоздух-стекло (отражения В1-С1 и С1-В2 на рис.2). Однако при работе вотраженном свете на высококачественном сканере они не способны внестизначительных искажений
ПомимоE.D.I.T. сканеры нового поколения используют еще одну технологию — Flip Mirror- вращающееся зеркало. Оно (зеркало 5 на рис. 2) используется дляперенаправления светового потока в зависимости от типа используемого оригинала.Рассмотрим схему работы сканера с технологией Flip Mirror. В зависимости оттипа оригинала вращающееся зеркало 5 занимает положение «а» или«б» и световой поток изменяет свое направление. При работе с пленкойвращающееся зеркало 5 находится в положении «а», при работе вотраженном свете — в положении «б». Использование механическойсистемы перенаправления светового потока позволяет добиться оптимальныххарактеристик при работе с оригиналами любых типов.
Внастоящее время не менее четырех моделей сканеров различных производителейиспользуют запатентованную технологию E.D.I.T. — Agfa DuoScan, Microtek ScanMaker 4 / 5 / 2000. Неисключено, что в самое ближайшее время эта технология получит дальнейшееразвитие в профессиональных устройствах для оцифровки графики.
Непрямоесветодиодное экспонирование – LED InDirect Exposure LIDE – система, сочетающаяв себе все преимущества технологии контактного датчика изображения (CIS –Contact Image Sensor). Сканеры, созданные на основе LIDE, очень компактны. Ктому же они допускают вертикальную становку при помощи специальной подставки.
/>
/>
LIDE-сканерыотличают меньшие размеры и масса, более низкий уровень шума и малоеэнергопотребление (2,5 Вт). Многие модели оснащены интерфейсом USB,обеспечивающим совместимость как с Windows 98 / 2000, так и с Mac OS версии 8.5и выше, и позволяющим обойтись всего одним шнуром для соединения с компьютероми для подачи питания.
Еслисравнить традиционную конструкцию сканеров с Canon LIDE, то становятсяочевидными преимущества последней: меньшее количество оптических элементов,неизбежно влияющих на качество изображения, упрощенная механика приводасканирующего узла и его компактность в целом. Кроме того, в традиционнойсистеме с ПЗС (CCD, Charge-Couple Device – прибор с зарядовой связью)существует ряд проблем, связанных с искажениями изображения по краям.
/>
Значительноеколичество оптических элементов на пути света в ПЗС-сканере отрицательно влияетна результат сканирования.
Втехнологии LIDE в качестве источника света используются мощные трехцветные(RGB, Red, Green, Blue – красный, зеленый, синий) светодиоды, обеспечивающиеулучшенную цветопередачу и малое энергопотребление по сравнению с ксеноновымиили флуоресцентными лампами. В дополнение к этому разработанный Canonспециальный световод собирает лучи в однородный пучок, равномерно экспонирующийсканируемый оригинал по всей ширине.
/>/>
LIDEпозволяет обойтись без системы зеркал и упростить конструкцию.
/>
Цилиндрическиелинзы фокусируют лучи на светочувствительной линейке.
Цилиндрическиелинзы (каждая менее 1 мм в диаметре) без искажений собирают отраженный оторигинала свет на сенсорной линейке, представляющей собой новое поколениедатчиков изображения. Эти датчики отличаются значительной величиной отношения«сигнал/шум» и сверхвысокой чувствительностью по сравнению с любымидругими существующими сенсорами: 42 бита = 14 бит x 3 цвета RGB! Такоеповышение разрядности данных на входе дает сканеру возможность различать большецветовых градаций в самых светлых и самых темных участках изображения. Смикронной точностью датчики собраны на плате в линейку, размер которойсоответствует максимальной ширине сканируемого документа.
Оптическаясистема с изменяемым преломлением – VAriable Refraction Optical System
VAROS– это совершенно новая технология Canon, соединившая в себе достижения компаниив оптике и точной механике. VAROS позволяет удвоить аппаратное разрешениесканера без усложнения конструкции привода сканирующего узла.
СравнимVAROS-сканер с другими аппаратами. В традиционной конструкции луч белого светаэкспонирует сканируемую строку оригинала, направляя ее изображение ксчитывающей матрице ПЗС (прибор с зарядовой связью) через системумногочисленных зеркал и линз. Разрешающая способность оказывается ограниченнойколичеством «пикселов» ПЗС.
Разрешениеобычного ПЗС-сканера ограничивается количеством элементов в матрице.
Сканирующееустройство на основе оригинальной технологии VAROS компании Canon дополненостеклянной пластиной, расположенной между линзами и ПЗС-матрицей. Сначалаосуществляется сканирование, как в любой аналогичной системе. Затем стекляннаяпластина поворачивается, и процесс сканирования повторяется. Это дает сканерувозможность считать данные со смещением в 1/2 пиксела. Программное обеспечение,объединяющее результаты первого и второго этапов сканирования, позволяетполучить вдвое больше данных. Иными словами, технология VAROS делает возможнымпревращение обычного 600-точечного сканера в почти профессиональный аппарат среальным разрешением 1200 dpi (dots per inch – точек на дюйм). И кстати,немногим дороже по сравнению со сканерами с разрешением 600 dpi.
/>
Сканированиепо технологии VAROS осуществляется в 2 этапа, затем результаты обрабатываютсяпрограммой.
/>
Послепервого прохода стеклянная пластина поворачивается, отклоняя луч на 1/2пиксела.
Сформированноеизображение действительно (без применения интерполяционных методов улучшениякачества) имеет удвоенное разрешение.
/>
Моделисканеров, поддерживающих VAROS, снабжены устройством для сканированияфотопленок.
Технологияудвоения оптической разрешающей способности VAROS незаменима в случаях, когдауровень разрешения является определяющим фактором, например, при сканированиифотопленок. VAROS-сканер в сочетании с фотокамерой и принтером Canonпредоставляют в Ваше полное распоряжение все инструменты для обработкиизображений – прямо на рабочем столе! Для этого новейшие модели сканеров Canonс технологией VAROS комплектуются специальным адаптером для 35-мм фотопленок,делающим утомительную установку и подключение ранних версий подобных устройствпредметом истории. Не говоря уже о том, что теперь средства цифровой обработкиизображений в домашних условиях можно приобрести за более доступную цену.
Z-образнаякрышка стекла экспонирования
/>
Крышка«Z–lid» позволяет сканировать трехмерные оригиналы, ограничиваяпопадание лишнего света.
Оригинальнаяконструкция крышки «Z–lid», помимо тонких бумажных документов,позволяет сканировать объемные оригиналы, например, книги, не повреждая их.Крышка сканера снабжена раздвижным петлевым шарниром, который при необходимостиувеличивает расстояние между ней и стеклом экспонирования.
Этодает возможность разместить на стекле объемные или хрупкие оригиналы, а такжеуменьшить количество постороннего света, попадающего в сканер во время работы.
ЛинзаГалилео – Galileo Lens
Благодаряширокоугольной Линзе Галилео – одной из наиболее важных и уникальных инновацийCanon в технологии сканирования, – расстояние, проходимое отраженным оторигинала светом до считывающего ПЗС, чрезвычайно мало. Это позволилодостигнуть реального оптического разрешения в 1200 точек на дюйм при небывалойкомпактности узла сканирования. Малое относительное отверстие уменьшает потерисвета, из которого складывается изображение, и, следовательно, улучшаетотношение «сигнал/шум».
/>
Увеличенноедо 5 число элементов, составляющих оптическую систему Линзы Галилео (5элементов в 5 группах), обеспечило компенсацию хроматической аберрации икривизны поля, что позволило достичь высокой MTF (Modulation Transfer Function– модуляционная передаточная функция) – одной из характеристик резкостиобъектива.
Аберрация– общий термин, используемый для описания различий между идеальным и реальнымизображением, формируемым объективом. Так, у высококачественного объективааберрация должна быть очень незначительной, стремящейся к получениюизображения, максимально приближенного к идеальному: точка должна бытьотображена как точка, с четкими контурами; перпендикулярная оптической осиплоскость (например, стена), должна отображаться как плоскость; изображение,воссозданное объективом, должно иметь такую же форму, как сам объект. Крометого, объектив должен точно передавать цвет воспроизводимого объекта. Ксожалению, полностью избавиться от аберраций невозможно, их можно толькоуменьшить.
Применительно к цветам RGB, из которых складывается цветное цифровоеизображение, компенсация хроматической аберрации в Линзе Галилео означаетмаксимальное совмещение трех цветовых составляющих по краям сканируемогодокумента, а под компенсацией кривизны поля изображения понимают плавность MTFнезависимо от положения оригинала на стекле экспонирования.
1.2 Уникальная технология TwinPlate компании Agfa
Уникальнаясхема расположения оригиналов, благодаря которой прозрачные и непрозрачныеоригиналы располагаются в сканере в отдельных лотках, обеспечивает прекраснуюцветопередачу и высокий диапозон
./>
Преимуществатехнологии заключаются в том, что при сканировании прозрачных оригиналов уменьшаетсяколичество рассеивающих стеклянных поверхностей на оптическом пути луча, чтоприводит к лучшей проработке изображений в тенях и увеличению динамическогодиапазона
Присканировании слайдов отсутствует стеклянная поверхность между оригиналом и CCDлинейкой, что исключает появление помех от пыли, и появления колец Ньютона отсоприкосновения слайда со стеклом. Кроме того, в процессе сканированияоригиналов одного типа можно монтировать оригиналы другого, что значительноускоряет работу и повышает производительность сканера.
/>
Данноерешение запатентовано и не применяется остальными фирмами.
2.Технологииулучшения изображения в процессе сканирования.
Дляработы с негативами и слайдами компания ASF разработала три технологии,применяемые для устранения дефектов изображения, удаления зерна пленки ивосстановления утерянных оттенков изображения Для особо мощных слайд-сканеровпредусмотрена технология, объединяющая все перечисленные. Но слайд-сканерамикомпания ASF не ограничилась. Любой компьютер, используемый для обработкифотографий, обязательно оснащен планшетным сканером. Фотопечать — вещькапризная. Многие фотографии в результате длительного хранения меняют цвета,тускнеют под влиянием света, влажности и температуры, приобретают царапины идругие дефекты. Кроме того, недостатков не лишены зачастую и снимки, только чтопрошедшие печать (например, передержка или недодержка кадра при фотосъемке илипечати). При сканировании цифровое изображение сохраняет такие дефекты, какцарапины, трещины, ошибки экспозиции, цветовой сдвиг и т. п. Для облегченияработы с фотоснимками ученые, фотографы и инженеры компании ASF такжеразработали технологии автоматического восстановления загрязненных,поврежденных или выцветших фотографий, аналогичные технологиям для фотопленок.
2.1 Digital ICE (Image Correction & Enhancement)
Технологияавтоматического устранения дефектов изображения. Ее бесспорное преимущество втом, что все неповрежденные участки изображения остаются без изменений. При«ручном» устранении дефектов этого достичь практически невозможно.Непосредственно в ходе сканирования определяется точное расположение всехдефектов на оригинале, эти места на оцифрованном изображении удаляются, изначения цветов в этих участках восстанавливаются на основании соседнихобластей. Не правда ли, похоже на описанный в самом начале способ удаления дефектов?Только вам не придется производить ряд манипуляций, в режиме «быстрой маски»выделять все царапинки и пятнышки и т.д., расположение дефектов предельно точноопределится прямо в ходе сканирования. В результате вы получите ужеотредактированное изображение, даже если оно было сплошь покрыто царапинами.Такая методика корректирует не только царапины, но и такие дефекты, которыеэффективно удалить вручную практически невозможно: брызги воды на пленке,отпечатки и т. п.
Получение«карты дефектов» осуществляется, например, дополнительным сканированиемизображения в косых и инфракрасных лучах (такой прием реализован в моделяхслайдовых сканеров Nikon Coolscan LS-30/LS2000, Minolta Dimage Scan Elite). Вместах дефектов ИК-излучение дополнительно рассеивается, а фокусируетсяполученное вспомогательное изображение отдельно от основного. Итог — дваизображения: основное и «карта дефектов».
Технологияавтоматического удаления дефектов разработана и для планшетных сканеров.Царапины, поврежденные участки, трещины на старых фотографиях будут эффективноудалены в ходе сканирования.
Дляреализации технологии Digital ICE в каждом конкретном сканере необходимооптимизировать систему формирования изображения, вести алгоритм вычисленияточной карты дефектов и алгоритм коррекции дефектных пикселов. При этом, чемвыше потенциальные аппаратные возможности самого сканера, тем выше скорость икачество сканирования с коррекцией дефектов.
2.2 ТехнологияDigital ROC(Reconstruction Of Color)
Возвращаетутерянные оттенки как негативным, так и позитивным фотопленкам. Анализируяисключительно ту информацию, которую содержит сам оригинал (цветовые градиенты,тоновые кривые отдельных цветовых каналов и т. п.), Digital ROC корректируетцвета и заметно улучшает или полностью восстанавливает качество изображения.Технология реконструкции цветов также осуществляет коррекцию выдержки ицветовых сдвигов фотографий.
Оналичии этих недостатков позволяет делать выводы информация, скрытая в самомизображении. При этом корректируются даже цветовые недостатки, вызванныеневерной выдержкой, погрешностями освещения в момент съемки (вызванными,например, флуоресцентными или вольфрамовыми источниками света). Как известно,«ручная коррекция» цветовых сдвигов требует некоторых знаний. А затраченное накоррекцию время обратно пропорционально навыкам пользователя.
Предлагаемыеже в различных графических приложениях инструменты автоматической коррекцииприемлемы только для изображений с минимальными искажениями цветов. Для сильновыцветших или, например, засвеченных снимков они обычно неэффективны.
Алгоритмопределения и исправления цветовых недостатков состоит из двух шагов:первоначальное выравнивание цветовых оттенков путем коррекции всех цветовыхканалов и последующая коррекция цветовых сдвигов. Если оригинал выцвел врезультате неправильного хранения, то динамический диапазон одного или болеецветовых каналов сужен относительно других. Поэтому на первом этапеопределяются различия тонового диапазона между цветовыми каналами, и с помощьюкоррекции тоновой кривой каждого канала их диапазоны выравниваются. Следующаяступень — удаление цветовых сдвигов и улучшение контрастности изображения. Всецветовые каналы уравновешиваются, для чего выбирается точка нейтрального серогоцвета. Затем каждый канал цвета корректируется отдельно для соответствия чернойи белой точкам, реальными для улучшения контраста.
2.3 ТехнологияDigital GEM (GrainEqualization Management)
Такжеиспользует данные, полученные прямо в процессе сканирования. С ее помощьюсчитывается с оригинала и «удаляется» из оцифрованного изображения шум,вызванный зерном пленки. Зерно фотопленки — это группы кристаллов галогенидасеребра, из которых состоит светочувствительная фотоэмульсия. Зерно пленкидоступно разрешению слайд-сканера, легко воспроизводится на мониторе припросмотре изображения и неизбежно приводит к уменьшению детализации изображенияи ощутимому ухудшению его качества. Поэтому возможность получить резкое ичеткое изображение без следов зернистости пленки не менее полезна, чем восстановлениеистинных цветов и оттенков.
ТехнологияDigital ROC и Digital GEM уже в 2001 году были воплощены в слайд-сканере DimageScan Multi II от Minolta.
2.4 Digital ICE3
Комбинацияэтих трех технологий. Слайд-сканер с интегрированными тремя технологиямиавтоматически обеспечивает превосходный, качественный результат сканирования иу профессионалов, и у любителей. Эти три технологии планируется реализовыватьне только в сканерах, но и в цветных копирах, устройствах печати фотокопий идругих цифровых устройствах ввода/вывода, где качество изображения и реальностьцветов для конечного потребителя первостепенны. В планшетных сканерах можнореализовывать одновременно две технологии — Digital ROC и Digital ICE. Конечно,сканирование с автоматическими улучшениями Digital ROC, Digital GEM и DigitalICE занимает и гораздо больше времени, чем простое сканирование. Но что этилишние минуты по сравнению с теми часами, которые вы затратили на последующуюкоррекцию изображения. Однако сканирование с такими функциями (даже с одной, ас двумя-тремя и подавно) предъявляет высокие требования к системным ресурсам: кобъему оперативной памяти, свободному месту на жестком диске и т.п.
3. Сравнение новой технологии CIS(Contact Image Sensor) с традиционной CCD (Charge Couple Device)
Вбольшинстве современных сканеров для получения данных об изображенииприменяется приемный элемент, называемый CCD (Charge-Coupled Device, прибор сзарядовой связью — ПЗС). Эта технология известна уже много лет и используетсятакже в аппаратах факсимильной связи, видеокамерах и других устройствах. Внекоторых новых сканерах начинает использоваться другой тип приемного элемента,называемый CIS (Contact Image Sensor). Этот элемент состоит из линейкидатчиков, непосредственно воспринимающих световой поток от оригинала, причемлинейка имеет ширину, равную ширине рабочей области сканера, а оптическаясистема – зеркала, призма, обьектив – полностью отсутствует.
Настоящийраздел дипломной работы сравнивает преимущества двух технологий и приводитпримеры отсканированных изображений.
Таблица1. CCD и CIS – сравнительная таблица.
Charge-Coupled Device (CCD)
Contact Image Sensor (CIS)
(1)
Лучшая глубина резкости
Глубина резкости CCD сканеров в 10 раз больше (+/-3 мм), чем CIS сканеров (+/-0.3мм). Это означает что с CCD сканером 3х-мерные обьекты или даже книги и журналы будут отсканированы с хорошей резкостью, но при сканировании CIS сканером изображение зачастую будет размытым и нерезким.
(1)
Меньшие размеры и вес
Отсутствие оптической системы и зеркал позволяет CIS сканерам иметь меньшие тольщину и вес, чем их конкуренты с CCD-элементом.
(2)
Лучшая чувствительность к оттенкам
CCD сканеры различают уровни оттенков +/-20%, тогда как CIS сканеры определяют различия в оттенках только +/-40%. Для пользователя это означает, что передача деталей оттенков будет лучше у CCD сканеров.
(2)
Уменьшение затрат на производство
CIS-элементы заменяют целый набор компонентов сканера, уменьшая стоимость производства.
(3)
Дольше срок службы сканера
CCD сканеры обеспечивают стабильно высокое качество сканирования в течение более 10,000 часов. У существующих в настоящее время CIS сканеров наблюдается падение яркости в среднем на 30% после всего 500 часов работы.
(4)
Разрешающая способность
В настоящее время существуют профессиональные CCD сканеры с оптическим разрешением 3000 точек на дюйм. В CIS технологии оптическое разрешение в настоящее время ограничено 300 dpi.
(5)
Хорошо развитая технология
В течение многих лет были проданы миллионы сканеров и факсов с CCD элементами. CIS сканеры появились только несколько месяцев назад. И, хотя CIS элементы для факсов существуют уже много лет, только около половины производителей факсов перешли на них, несмотря на низкую цену.
3.1 Сравнение результатов сканирования при использованииCCD и CIS элементо
Всеобразцы были отсканированы с разрешением 300 dpi (режим RGB) при использованииустановок сканирования, принятых по умолчанию. На рабочую поверхность сканеровбыли помещены часы и журнал, при этом дополнительного прижима образцов (кромеобеспечиваемого крышками сканеров) не производилось.
Charge-Coupled Device (CCD)
Contact Image Sensor (CIS)
Сканирование CCD элементом
/>
Сканирование CIS элементом
/>
Обаизображения – непосредственные результаты сканирования, уменьшенные до ширины150 пикселей с разрешением 72ppi. Качество изображений не улучшалось ни в какойпрограмме обработки изображений
4. Принцип ПЗС-технологии
Вскоре после того, как был изобретен транзистор и, впоследствии,планарная технология, полупроводниковые приборы заменили вакуумные либо былиблизки к этому почти во всех областях электроники, за исключением трех, ещедолго не поддававшихся «кремнизации» — генераторные лампы для мощныхпередатчиков, высоковольтные приборы (кенотроны, рентгеновские трубки...) иприборы для ТВ — кинескопы и передающие трубки.
Достаточно сказать, что процессор Пентиум с его 5 миллионами транзисторовпотребляет энергии меньше, чем один ламповый триггер, а о массогабаритныхпоказателях, механической стойкости и сроке службы можно не упоминать. Ничегоудивительного, что попытки создать твердотельный аналог передающей трубки — после изобретения компанией Texas Instruments планарной технологии в 1960 г. не заставили себя ждать. Все такие разработки без исключения представляли собой матрицуфоточувствительных элементов (как правило, фоторезисторов или фототранзисторов)и схемы сканирования по вертикали и горизонтали (регистры сдвига на биполярных,а позднее и полевых транзисторах). Число элементов разложения этих датчиков непревышало 256 на 256, а качество изображения с них было удручающим — как из-занизкой чувствительности, так и, в первую очередь, из-за числа дефектов,свойственных тогдашнему уровню технологии. Весьма раздражающей для глаза была иструктурная неоднородность (выглядевшая как полосатость), связанная снеоднородностью выходных емкостей шин считывания разных столбцов (или строк — взависимости от организации конкретного прибора).
Луч света забрезжил, как это часто бывает, с неожиданной стороны. В 1970 г. сотрудники фирмы Bell Laboratories У. Бойл и Дж. Смит в поисках электрического аналога схемна цилиндрических магнитных доменах предложили — и продемонстрировалиэкспериментально — принцип зарядовой связи. Самый первый ПЗС представлял собойаналоговый (!) регистр сдвига на 8 элементов, изготовленный по p-МОП технологиис молибденовыми затворами, а вскоре появились и двумерные матрицы. Очень быстростало ясно, что присущее ПЗС свойство само сканирования (об этом чуть дальше)устраняет необходимость в регистрах сдвига, создававших столько проблем впредшествующих типах датчиков.
Дальнейший рывок в технологии и параметрах ПЗС был связан с появлениемскрытого канала переноса (об этом тоже ниже) и применением прозрачныхэлектродов из поликристаллического кремния, что резко повысило чувствительностьприборов. Уже в середине 70-х появились первые коммерческие матрицыпроизводства фирм Fairchild, Bell и RCA в США и Philips в Европе, совместимые сТВ стандартом (т. е. имеющие разрешение по вертикали 476 или 576 строк — соответственно для американского или европейского стандартов разложения, и, поменьшей мере, 350 элементов разложения по горизонтали). Ну, а вскоре в Япониибыло налажено массовое производство недорогих ПЗС приемлемого качества длябытовой электроники — и на смену кинокамерам в массовом порядке пришливидеокамеры.
Революционное воздействие оказали ПЗС на астрономию, где их появление постепени влияния сравнимо разве что с тем, которое оказало применение в качествесредства регистрации фотопластинок вместо человеческого глаза (собственно,именно астрономия стала той первой отраслью человеческой деятельности, гдефотоэмульсия уступила место кремнию). С другой стороны, и требования,предъявляемые астрономией, особенно космического базирования, к ПЗС,стимулировали развитие технологии их изготовления, и ныне приборы с числомэлементов 4096 на 4096 и с квантовым выходом около 90% уже не являютсяэкзотикой.
Ну и, наконец, микроскопия в медицине и биологии, компьютерное зрение ивидеоконференции, системы ориентации космических аппаратов и считывателиштрих-кода, телефакс и сканер… — всё это тоже стало возможным и доступнымблагодаря ПЗС.
4.1 Устройство ПЗС-датчика
Для начала отметим, что ПЗС относятся к изделиям функциональнойэлектроники, то есть их нельзя представить как совокупность транзисторов или жеконденсаторов. Сам же принцип зарядовой связи весьма прост и основан на двух равнофундаментальных положениях: 1), одноимённые заряды отталкиваются, и 2), рыбаищет, где глубже. Для начала представим себе МОП-конденсатор (сокращение отслов металл-окисел — полупроводник). Это то, что остаётся от МОП-транзистора,если убрать из него сток и исток, то есть просто электрод, отделённый откремния слоем диэлектрика. Для определённости будем считать, что полупроводник- p-типа, т. е. концентрация дырок в равновесных условиях много (на несколькопорядков) больше, чем электронов.
Что будет, если на такой электрод (его называют затвором) податьположительный потенциал? Первый ответ, который приходит на ум, — «ничегоне будет, поскольку диэлектрик не проводит электричества» — не совсемверен, ибо электрическое поле через диэлектрик проникать может. И когдаэлектрическое поле, создаваемое затвором, проникая в кремний сквозь диэлектрик,отталкивает подвижные дырки; возникает обеднённая область — некоторый объёмкремния, свободный от основных носителей. При параметрах полупроводниковыхподложек, типичных для ПЗС, глубина этой области составляет около 5 мкм.Напротив, электроны, если они каким-либо образом (например, в результате фотогенерации) окажутся вблизи, притянутся к затвору и будут накапливаться награнице раздела окисел-кремний непосредственно под затвором, т. е. как бысваливаются в яму, которая совершенно официально называется потенциальной ямой(рис. 3а).
/>
Рис. 3а Образование потенциальной ямы при приложениинапряжения к затвору
При этом электроны по мере накопления в яме частично нейтрализуютэлектрическое поле, создаваемое в полупроводнике затвором, и, в конце концов,могут полностью его скомпенсировать. Так что всё электрическое поле будетпадать только на диэлектрике, и всё вернётся в исходное состояние (так чтодействительно «ничего не изменилось» — почти!) — за тем исключением,что на границе раздела образуется тонкий слой электронов.
/>
Рис. 3б Перекрытие потенциальных ям двух близко расположенныхзатворов. Заряд перетекает в яму, в которой потенциальная яма глубже.
Пусть теперь рядом с затвором расположен ещё один, и на него тоже поданположительный потенциал, причём больший, чем на первый (рис. 3б). Так вот, еслитолько затворы расположены достаточно близко, их потенциальны ямы объединяются,и электроны, находящиеся в одной потенциальной яме, перемещаются в соседнюю,если её потенциал выше (т. е. если она глубже), в полном соответствии супомянутым выше фундаментальным принципом.
Теперь уже должно быть ясно, что если мы имеем цепочку затворов, томожно, подавая на них соответствующие управляющие напряжения, передаватьлокализованный зарядовый пакет вдоль такой структуры.
/> Рис.3в Простейший трёхфазный ПЗС-регистр. Заряд в каждой потенциальной яме разный!
Замечательное свойство ПЗС — свойство самосканирования — состоит в том,что для управления цепочкой затворов любой длины достаточно всего трёх тактовыхшин. Действительно, для передачи зарядовых пакетов необходимо и достаточно трёхэлектродов: одного передающего, одного принимающего и одного изолирующего,разделяющего пары принимающих и передающих друг от друга, причём одноимённыеэлектроды таких троек могут быть соединены друг с другом в единую тактовуюшину, требующую лишь одного внешнего вывода (рис. 3в). Это и есть простейшийтрёхфазный регистр сдвига на ПЗС.
/>
Рис. 3г Тактовые диаграммы управления трёхфазным регистром — это тримеандра, сдвинутые на 120 градусов.
Тактовые диаграммы работы такого регистра показаны на рис. 3г. Видно, чтодля его нормальной работы в каждый момент времени, по крайней мере, на однойтактовой шине должен присутствовать высокий потенциал, и по
крайней мере, на одной — низкий потенциал (потенциал барьера). Приповышении потенциала на одной шине и понижении его на другой (предыдущей)происходит одновременная передача всех зарядовых пакетов под соседние затворы,и за полный цикл (один такт на каждой фазной шине) происходит передача (сдвиг)зарядовых пакетов на один элемент регистра.
Для локализации зарядовых пакетов в поперечном направлении формируютсятак называемые стоп каналы — узкие полоски с повышенной концентрацией основнойлегирующей примеси, идущие вдоль канала переноса (рис. 3д). Дело в том, что отконцентрации легирующей примеси зависит, при каком конкретно напряжении назатворе под ним образуется обеднённая область (этот параметр есть не что иное,как пороговое напряжение МОП-структуры). Из интуитивных соображений понятно,что чем больше концентрация примеси, т. е. чем больше дырок в полупроводнике,тем труднее их отогнать вглубь, т. е. тем выше пороговое напряжение или же, приодном напряжении, тем ниже потенциал в потенциальной яме (если она вообщеобразовалась).
/> Рис.1д Вид на регистр «сверху». Канал переноса в боковом направленииограничивается стоп каналами.
Понятно, что на полную передачу заряда из одной ямы в другую требуетсявремя, так что при высокой тактовой частоте (а для ТВ стандарта она составляетв регистре считывания 7-13 МГц в зависимости от числа элементов по горизонтали)этого времени может и не хватить. Величина, показывающая, какая частьзарядового пакета передалась в следующий элемент ПЗС, называется эффективностьюпереноса е. Часто пользуются и связанной с ней величиной неэффективности h =1-e. Однако частотные ограничения — это ещё полбеды. Беда же в том, что дляструктуры ПЗС, обсуждавшейся до сих пор, все события происходят в очень тонкой(десятки ангстрем) области у границы раздела окисел-кремний. Сколь бы не быласовершенной кристаллическая структура подложки, граница раздела — нарушениеоднородности кристалла, а из физики твёрдого тела известно, что всякоенарушение однородности кристаллической решётки приводит к возникновению разрешённыхэнергетических уровней в запрещённой зоне. Ясно, что такое нарушение, какграница раздела, даром не проходит. И образующихся при этом энергетическихуровней столько, что они образуют квазинепрерывный спектр, а значит, среди нихесть такие, которые способны захватывать электроны из зоны проводимости(ловушки), причём время, через которое захваченный электрон вернётся обратно взону проводимости, зависит от энергии ловушки (и абсолютной температуры). Иполучается, что, пока над данной точкой границы раздела нет заряда (а этокогда-нибудь, да так), часть ловушек освобождается, эмитируя электрон обратно взону проводимости, а когда придёт очередной зарядовый пакет — мгновеннозаполняется, чтобы снова освободить захваченные электроны после того, как этотзарядовый пакет ушёл, так что освобождённые электроны попадают в другой,пришедший позднее, зарядовый пакет.
Более того, эмиссия электронов с ловушек обратно в зону проводимости, каквсякий тепловой процесс, подвержена термодинамической флуктуации и привносит враспределение зарядов по ячейкам шум переноса. Кроме того, часть электронов,попавшая на глубокий уровень с длительным временем эмиссии, может вовсе невернуться, а называется фиксированными потерями, и особенно заметно припереносе малых зарядовых пакетов. И, наконец, через квазинепрерывный спектрловушек происходит интенсивная генерация темнового тока (тепловой процессспонтанного образования электронно-дырочных пар — к сожалению, процесснеизбежный при температуре, отличной от абсолютного нуля, а наличие уровней взапрещённой зоне резко повышает его вероятность).
Все эти неприятности, связанные с поверхностным каналом переноса, удалосьполностью (или почти полностью) устранить инженерам фирмы Philips, в 1972 годупредложившим ПЗС со скрытым каналом. Это решение, разом убивавшее несколькозайцев, оказалось настолько удачным, что с тех пор все ПЗС выпускаются толькосо скрытым каналом. От обычного он отличается тем, что в поверхностной областикремния создаётся тонкий (порядка 0,3 — 0,5 мкм) слой с проводимостьюпротивоположного подложке типа и с концентрацией примеси такой, чтобы он могполностью обедняться при подаче на него напряжения через соответствующийконтакт. Что же происходит в такой структуре?
Для простоты предположим, что скрытый канал имеет однородную концентрациюпримеси по всей глубине. При полном обеднении скрытого канала в нём остаётсянескомпенсированный заряд легирующей примеси (будем считать её примесью N-типа,т. е. остаются положительно заряженные атомы примеси). Кроме того, обеднённаяобласть будет простираться и в подложку, как и для ПЗС с поверхностным каналом,причём в подложке заряд нескомпенсированной примеси — отрицательный.Распределение потенциала при таком ступенчатом распределении объёмного заряда,как следует из уравнения Лапласа, будет кусочно-параболическим с максимумомпотенциала, лежащем на некоторой глубине от границы раздела (фактически вблизиметаллургической границы p-n перехода скрытый канал — подложка;
/>
Рис. 4а.
/> Рис.4б. Распределение потенциалов в ПЗС со скрытым каналов при отсутствии сигнального заряда, с сигнальным зарядом и при фиксации поверхностного потенциала.
Всё. Задача решена. Ведь теперь сигнальные электроны собираются именно вобласти максимума потенциала, нейтрализуя по мере накопления атомы примеси(зелёная линия на рис. 2б; это, в частности, означает, что максимальнаяплотность накопленного заряда не может превышать поверхностной концентрациипримеси — порядка 1,5*1012 см-2), и не достигают поверхности. А значит, уходятвсе отрицательные моменты, связанные с взаимодействием зарядового пакета сграницей раздела. Для дальнейшего изложения отметим ещё, что потенциал канала вмаксимуме пропорционален дозе легирования канала.
Степень совершенства кристаллической решётки в современных материалахвесьма высока, и ныне эффективность переноса в ПЗС со скрытым каналом(собственно, далее речь будет идти только о них) достигает в лучших приборахпотрясающих величин 99,9999% (или h = 10-6) на перенос, т. е. после тысячипереносов искажения от неэффективности составляют 0,1%. Достигается это нетолько из-за крайне низкой плотности ловушек в объёме полупроводника, но ииз-за того, что перенос происходит на некотором удалении от затворов, а значит,становятся заметными двумерные эффекты — электрическое поле одного затворапроникает под соседний, создавая тем самым дрейфовую составляющую переноса(тянущее поле), что вытягивает заряд гораздо быстрее, чем просто тепловаядиффузия, так что частотные ограничения эффективности в диапазоне частот,характерном для телевизионных матриц, практически незаметны.
Отметим ещё одно отличие ПЗС со срытым каналом от ПЗС с поверхностнымканалом: уровни управляющих напряжений для них биполярные, т. е. напряжениебарьера — отрицательное. Причём при некотором его значении потенциал на границераздела достигает нуля и дальше изменяться не может, так как дырки из стопканала заполняют поверхность, закорачивая её на стопор и экранируя канал отдальнейшего изменения электрического поля затвора.
Это явление называется фиксацией поверхностного потенциала (pin) и используетсяв ПЗС с виртуальной фазой и т. н. приборах МРР (multi-pin phase), о чём мы ещёпоговорим. И ещё: скрытый канал невозможно закрыть; как только наступаетфиксация, дальнейшее изменение потенциала канала прекращается.
Теперь, прежде чем рассказать о том, как из одного регистра сделатьдвумерную матрицу, несколько слов о том, как, собственно, выглядит стандартныйтелевизионный сигнал черно-белого телевидения. Мы не будем углубляться в деталитого или иного ТВ стандарта, а рассмотрим общие принципы формирования сигнала.
/>
Рис. 5. ТВ сигнал
Посмотрим на этот рис. 5, где схематично изображён ТВ сигнал. Он
содержит видеосигналы отдельных строк, разделённые интервалом обратногохода по строке (строчный гасящий интервал), необходимым для того, чтобыэлектронный луч, как в кинескопе, так и в передающей камере (вспомним, что этотстандарт возник достаточно давно, в эпоху вакуумных приборов) успел вернуться кначалу следующей сроки. Во время этого интервала подается и строчныйсинхроимпульс, формируется не самим датчиком изображения, а замешивается всигнал электронными схемами камеры). Уровень синхроимпульсов принят за 0,уровень черного в видеосигнале составляет 0,33 В, уровень гасящего — 0,3 В (30мВ разницы образуют т. н. защитный интервал), максимальный уровень видеосигнала(уровень белого) — 1,00 В. Когда переданы сигналы всех строк одного поля,начинается формирование кадрового гасящего интервала. Строчные синхроимпульсы вэто время продолжают формироваться, чтобы не сбивать схемы строчной развёрткикинескопа (в реальности их частота на короткое время, равное 2,5 длительностистроки, удваивается, а полярность инвертируется, чтобы обозначить кадровыйсинхроимпульс), а видеосигнал не формируется. Затем, по окончании кадровогогасящего, начинается прямой ход по кадру для следующего поля. По принятому,например, в Европе стандарту период строчной развёртки составляет 64 мкс,длительность прямого хода по строке — 52 мкс, длительность обратного хода построке — 12 мкс, а длительность кадрового гасящего — 25 строк. При этом вкаждом поле имеется 312,5 строки, из которых 287,5 — активные, т. е. имеющиевидеосигнал (полстроки возникает из-за того, что полное число строк в кадре длячересстрочной развёртки нечётное — 625).
Теперь вернёмся к структуре двумерной матрицы ПЗС. Простейший её вариантизображён на рис. 6а. В нём можно выделить два вертикальных регистра сдвига наПЗС, образующие секцию накопления и секцию хранения с равным числом строк(каждая строка секции образована одной тройкой электродов), горизонтальныйрегистр сдвига и выходное устройство. Рассмотрим подробнее работу такойструктуры.
/> Рис.6аСтруктура двумерной матрицы ПЗС
В течение времени прямого хода по кадру секция накопления стоит, т. е. нанеё подаются неизменные напряжения, формирующие потенциальные ямы только пододним электродом каждой тройки, скажем, под электродом первой фазы (VS1),причём потенциальные ямы образуются во всех элементах всех строк секции. Погоризонтали отдельные ячейки накопления отделены стоп каналами (выделены нарисунке красным цветом). Изображение, проецируемое на секцию накопления,вызывает фотогенерацию — образование электронно-дырочных пар. При этомфотогенерированные электроны остаются в потенциальной яме, дырки же,соответственно, уйдут в подложку или в вдоль поверхности в стоп каналы. Таким образом,под действием света в ячейках накапливается зарядовый рельеф, т. е. в каждойячейке собирается заряд, пропорциональный её освещённости и времени накопления.
По окончании прямого хода по кадру на обе секции подаются тактовыеимпульсы, вызывающие синхронный перенос заряда, при этом важно (и это показанона рисунке), что обе секции образуют непрерывный регистр сдвига. После числатактов, равного числу строк в каждой секции (напомним, что каждая строкаобразована тремя электродами), весь накопленный зарядовый рельеф целикомпереместится в секцию памяти, закрытую от света, а секция накопления будеточищена от заряда. Этот перенос секции в секцию происходит достаточно быстро(фактически он занимает малую часть времени обратного хода по кадру). Теперь,во время следующего цикла накопления (это следующее поле кадровой развёртки),секция накопления накапливает следующий кадр изображения, а из секции памятизаряды построчно, во время обратного хода по строке, передаются вгоризонтальный регистр), каждый элемент регистра имеет зарядовую связь ссоответствующим столбцом секции памяти, и за один раз передаётся одна строка, изатем выводятся в выходное устройство регистра за время прямого хода по строке,формируя видеосигнал. О выходном устройстве мы подробнее поговорим ниже.
Сразу отметим одно важное обстоятельство. Первые матрицы выглядели именнотак, как показано на рисунке, с электродами, сформированными из металла(молибдена). Понятно, что для обеспечения зарядовой связи и возможно полногопереноса заряда от затвора к затвору зазор между ними не мог быть большим, чтоприводило к крайне низкой чувствительности: действительно, почти вся площадьэлемента оказывалась непрозрачной для света. Кроме того, при ширине зазора 2микрона и суммарной его длине для всей матрицы несколько метров весьма вероятнозамыкание металлических фаз друг на друга, что приводит к потереработоспособности матрицы.
Радикальным выходом стало предложенное в 1974 г. К. Секеном и М. Томпсеттом из Bell Labs использование электродов из поликристаллическогокремния, прозрачного почти во всём видимом диапазоне. В таких приборах дляформирования трёхфазной системы электродов используются три последовательнонаносимых на подложку уровня поликремния, каждый для своей фазы, которые послеформирования электродного рисунка окисляются. Чтобы при окислении поликремнияне изменялась толщина под затворного диэлектрика, в современных приборах онделается двухслойным — окисел + нитрид кремния (Si3N4). Первые же приборы споликремниевыми затворами превзошли по чувствительности вакуумные трубки и дажефотоэмульсию. Кроме того, выращенный на каждом слое поликремния изолирующийокисел (см рис. 6а) резко снизил вероятность межфазного замыкания, а межфазныйзазор уменьшился до 0,2 мкм — толщины межфазного окисла.
Теперь, мне кажется, настало время поговорить о достоинствах иограничениях ПЗС вообще и данной структуры в частности. Разумеется, общиепреимущества перехода от вакуумных приборов сразу к ИС высокой степениинтеграции очевидны и не нуждаются в комментариях. Остановимся на менееочевидных (а для непосвящённых, возможно, и просто новых) моментах.
Прежде всего, отметим жёсткий растр. В трубках растр создавалсясканирующим электронным лучом, и его геометрическое качество зависело от массы факторов- линейности напряжений развёрток, стабильности питающих напряжений,температурных эффектов и т. д. В твердотельных приборах растр задаётся свысокой точностью в процессе изготовления структуры прибора, так чтогеометрические искажения получаемого изображения определяются только качествомоптики. С жёсткостью растра связаны и такие достоинства, как отсутствиемикрофонного эффекта (т. е. изменения параметров электровакуумного прибораиз-за акустического воздействия) и нечувствительность к магнитным полям — аведь искажения в трубках, если не принимать специальных мер, могли поройвозникать даже от изменения её положения относительно магнитного поля Земли!
С жёстким растром — и вообще с тем, что это интегральная схема связано идругое преимущество ПЗС, особенно важное для профессиональных цветных камер — совмещение растров датчиков в трех матричных камерах цветного ТВ. Я напомню,как получается цветной сигнал в таких камерах (будь то на ПЗС или на трубках):световой поток от объектива с помощью специальной дихроичной призмырасщепляется на три — соответственно красный, зелёный и синий, поступающиекаждый на свой датчик. Ясно, что малейшее рассогласование растров этих датчиковприводит к появлению цветовой окантовки на результирующем изображении. А теперьпредставьте себе, каких ухищрений стоит добиться совмещения растров для трёхэлектронно-лучевых приборов! Жёсткий растр и связанная с этим жёсткая привязкавыходного сигнала к тактовой частоте упростила и конструкцию одно-матричныхцветных камер, в которых для получения информации о цвете используетсянанесение непосредственно на фоточувствительную секцию специального фильтра — мозаичного или полосового — так что каждый элемент ПЗС передаёт сигнал толькоодного какого-то цвета, а полный цветной сигнал получается за счётсоответствующей обработки выходного сигнала ПЗС. Ясно, что однозначная привязкасигнала каждого элемента с сетке частот упрощает эту обработку (нелинейностьразвёртки в трубках вынуждала формировать специальный индексный сигнал, длячего конструкция мишени трубок для одно-трубочных камер цветного ТВ сильноусложнялась).
Ещё одно достоинство — отсутствие эффекта выжигания. В трубках чрезмернояркий свет (например, случайно попавший в поле зрения яркий источник света или,не приведи бог, Солнце), приводил к выжиганию — длительному, а иногда инеобратимому изменению параметров фото катода — и изображение этого источника(причём негативное) ещё долгое время можно было наблюдать, даже не открываяобъектив… Ещё один неприятный эффект, свойственный трубкам (кстати, ифоторезисторным матрицам) и полностью отсутствующий в ПЗС — инерционность.Многие, вероятно, видели хвост, тянущийся за изображением яркой лампы припанорамировании камеры. Именно так проявляется инерционность трубки — дажепосле исчезновения освещенности данной точки фото катода сигнал с неё неспадает мгновенно. В матрицах ПЗС, накопленный сигнальный заряд полностьювыводится при переносе кадра — и к началу следующей экспозиции секциянакопления как новенькая.
По сравнению с твердотельными приборами с координатной адресацией (КА)ПЗС сильно выигрывают в однородности сигнала, так как все зарядовые пакетыдетектируются одним усилителем (вспомним, что в приборах с КА каждый столбецимеет свой усилитель — со своим коэффициентом усиления). Помимо одинакового длявсех зарядовых пакетов коэффициента преобразования заряд-напряжение, усилительПЗС характеризуется и значительно меньшим по сравнению с матрицами с КА шумом(это связано с величиной ёмкости преобразования, о чём мы ещё поговорим).
И ещё одно достоинство по сравнению с конструкцией, о которой речь пойдётниже: вся площадь секции накопления является фоточувствительной, т. е.коэффициент заполнения (fill factor) равен 100%. Эта особенность делает приборыданной организации монополистами в астрономии и вообще везде, где идёт борьбаза чувствительность.
При всей несомненной простоте, у матриц с рассмотренной организацией (ониназываются ПЗС с кадровым переносом) есть один существенный недостаток — собственно, сам кадровый перенос (КП). Тактовая частота, подаваемая на секцииво время КП, составляет, как правило, несколько сот Кгц (редко 1-2 МГц), чтосвязано с большой ёмкостью фаз секций (до 10 000 пФ) и тем, что сами электродыимеют распределённые параметры (RC), и тактовые импульсы при их высокой частотемогут просто не дойти до середины электрода. А раз так, то КП занимаетсущественное время — доли мс. Если теперь учесть, что во время КП секциянакопления остаётся освещённой, то яркие участки изображения успевают датьвклад в чужой зарядовый пакет даже за то короткое время, когда он проходитчерез них. Так на сигнале появляется смаз — вертикальный след от ярких участковизображения размером во весь кадр. Для борьбы с ним применяются разныеухищрения. Так, в малокадровых системах (прикладные системы с низкой кадровойчастотой; яркий пример, опять же, — астрономия, где время накопления составляетпорой часы) используется механический затвор, или же, если есть такаявозможность, просто отключают источник света. В цифровых камерах для компенсациисмаза используются достаточно простые алгоритмы обработки изображения (простозапоминается отдельно картинка смаза — её можно, например, получить при нулевомвремени накопления — и затем она вычитается из «суммарного»изображения).
/>
Рис. 6б. Прибор с межстрочным переносом (МП)
Однако радикально проблема смаза решается в приборах с межстрочнымпереносом (МП), завоевавших доминирующее положение на рынке бытовойвидеотехники. Их организация изображена на рис. 6б. В отличие от матриц с КП,функции накопления заряда и его переноса здесь разделены. Заряд из элементовнакопления (это, как правило, фотодиоды — они тоже обладают ёмкостью и способнынакапливать заряд!) передаётся в закрытые от света ПЗС-регистры переноса, тоесть секция переноса как бы вставлена в секцию накопления. Теперь переносзарядового рельефа всего кадра происходит за один такт, и смаз, связанный спереносом, не возникает. Чтобы побороть ещё и искажения, возникающие из-запопадания в каналы переноса носителей, генерируемых в глубине подложки (еслитолько не применяется фильтр ИК отсечки — а в видеокамерах он всегдаприменяется), к матрице с МП добавляется ещё одна секция памяти с соответствующимчислом элементов (рис. 6в). Смаз в такой матрице со строчно-кадровым переносом(СКП) пренебрежимо мал.
/> Рис.6в. Секция памяти
По сравнению с матрицами с КП фактор заполнения в матрицах с МП или СКПпримерно вдвое меньше, так как около половины площади фоточувствительнойповерхности закрыто от света. Чтобы повысить эффективность сбора фотонов,используется микрорастр — массив небольших линзочек.
/>Рис.7. Микрорастр в ПЗС с межстрочным переносом значительно повышает эффективность сбора фотонов
Он формируется очень просто: на поверхность пластины с уже формированнымиструктурами матрицы наносится слой оптической легкоплавкой пластмассы, изкоторого методом фотолитографии вырезаются изолированные квадратики, лежащиенад каждым элементом. Зазор между отдельными квадратиками невелик. Затемпластина нагревается, пластмасса подплавляется и поверхность отдельныхквадратиков приобретает близкую к сферической форму, фокусируя приходящий на еёповерхность свет точно на фоточувствительный элемент матрицы. Получается вотчто
4.1.1 Параметры и характеристики ПЗС
Перейдём рассмотрим параметры и характеристики ПЗС. Прежде всего,остановимся на их спектральных характеристиках — зависимости выходного сигналаот длины волны, или, что эквивалентно, квантовом выходе — количествефотоэлектронов на один фотон падающего излучения.
Спектральная характеристика (СХ) ПЗС определяется, причёммультипликативно, двумя факторами — прохождение света через электроднуюструктуру и фотогенерация, вызванная поглощением света непосредственно вполупроводнике (внутренний квантовый выход). Начнём с последнего.
Поглощение света в полупроводнике описывается коэффициентом поглощения — величиной, обратной длине, на которой интенсивность излучения падает в е раз.Далее, фотогенерацию вызывают только фотоны с энергией, превышающей ширинузапрещённой зоны — около 1,2 эВ (что соответствует длине волны чуть больше 1,05мкм — это ближний ИК диапазон). Фотоны с большей длиной волны просто непоглощаются и соответственно не дают вклада в выходной сигнал, а длина ~1,05мкм оказывается красной границей фотоэффекта в кремнии. При уменьшении длиныволны коэффициент поглощения постепенно растёт; так, при l = 1 мкм светзатухает в е раз на 100 мкм, при l = 0,7 мкм (красный цвет) — на 5 мкм, а при l= 0,5 мкм (зелено-голубой) — на 1 мкм. Что же из этого следует?
Вспомним, что глубина обеднённого слоя (глубина, на которуюраспространяется электрическое поле затвора вглубь полупроводника) — около 5мкм. Ясно, что для света, который целиком поглощается внутри этого слоя (придлине волны менее примерно 0,6 мкм), внутренний квантовый выход будет почти100%, так как происходит мгновенное разделение электронно-дырочных парэлектрическим полем. Для более длинных волн значительная доля фотоновпоглощается в нейтральной подложке, откуда носители могут попасть впотенциальные ямы только за счёт тепловой диффузии — на что шансов тем меньше,чем глубже родился каждый конкретный электрон. Надо ещё учесть, что самаподложка по своим свойствам неоднородна. Так, практически все западные приборыизготавливаются на эпитаксиальных подложках с толщиной эпитаксиального слоя10-12 мкм, а российские ПЗС — на подложках с внутренним геттерированием (этоспециальный процесс, при котором дефекты кристаллической решётки загоняютсявглубь подложки, так что поверхностный слой толщиной около 20 мкм становитсясвободным от дефектов). В обоих этих случаях время жизни свободных носителейвне поверхностного слоя чрезвычайно мало, и они просто не успевают попасть впотенциальные ямы. Это ещё больше снижает внутренний квантовый выход ПЗС длядлинноволнового участка спектра.
Для очень коротких длин волн (менее 270 нм) энергия фотонов достаточнадля генерации двух электронно-дырочных пар, так что для них внутреннийквантовый выход, на первый взгляд, может превышать 100%. Увы, нет в миресовершенства, и граница раздела окисел-кремний — яркий тому пример. Прикоротких длинах волн коэффициент поглощения становится настолько большим, адлина поглощения настолько маленькой, что становится существенным вкладповерхностной рекомбинации, то есть только что рождённые пары успеваютрекомбинировать, не успев разделиться. Так что в области коротких длин волнвнутренний квантовый выход тоже падает, хотя и не до нуля.
/>
/>
Рис.8. Сечение трёхфазного ПЗС с электродами изполикристаллического кремния (вверху, а) и с виртуальной фазой (внизу, б).Около половины площади ячейки свободно от поликремния
Поговорим опропускании света электродной структурой. Как можно судить по рис. 8а, гдесхематично изображено сечение ПЗС, свет, попадая в полупроводник, проходитчерез несколько слоёв с различными оптическими характеристиками, так чтонеизбежна его интерференция, благо, что толщина этих слоёв соизмерима с длинойволны. И действительно, СХ ПЗС довольно причудлива. Далее, поликристаллическийкремний, из которого сделаны электроды, совершенно непрозрачен в области длинволн до 430-450 нм (синий и фиолетовый цвета). В итоге СХ обычного трёхфазногоПЗС с поликремниевыми затворами выглядит так, как показано на рис. 6 краснойлинией.
/> Рис.9. Спектральные характеристики абсолютного квантового выхода: обычного ПЗС(красный), ПЗС с люминофорным покрытием (желтый), с освещением с обратнойстороны подложки (зеленый) и с виртуальной фазой (синий).
Использование фотодиодов в матрицах МП и СКП значительно улучшает СХ ПЗС,особенно в коротковолновой части спектра, поскольку уходят проблемы, связанныес электродами. Именно это обстоятельство позволяет таким приборам успешноработать в вещательных и бытовых камерах цветного телевидения. В камерахприкладного и научного направления, где доминируют всё же приборы с КП,применяются совершенно другие подходы.
Самый простой — нанесение люминофора, специального вещества, прозрачногодля длинных волн, но преобразующего коротковолновый свет в кванты с большейдлиной волны. Этот приём позволяет расширить СХ ПЗС в синюю и УФ областьспектра (на рис. 9) показано жёлтым цветом), не затрагивая, впрочем, средне- идлинноволновую часть СХ. Кроме того, в ряде применений, особенно в астрономии,требуется глубокое охлаждение приборов (о необходимости чего мы ещё поговорим),которое люминофорное покрытие не выдерживает. Второй способ, пожалуй, самыйтрудоёмкий и дорогой, но именно он позволяет добиться фантастическихрезультатов. Состоит он в том, что кристалл ПЗС, уже после изготовления,утоньшается до толщины 10 мкм и менее (и это при размере кристалла в несколькосантиметров!), а свет падает на обратную сторону подложки, специальным образомобработанную. При столь тонкой подложке носители успевают добраться допотенциальных ям (напомним, что они простираются на глубину до 5 мкм), а полноеотсутствие каких бы то ни было электродов гарантирует, что практически весьсвет, за исключением потерь на отражение, проникает в кремний.
Квантовая эффективность таких матриц (зелёная кривая на рис. 6) достигаетиногда 90%, а спектральный диапазон простирается от 180 до 950 нм. Именно такиематрицы, несмотря на дороговизну (порой несколько десятков тысяч долларов — хотя, что это за деньги, если сам телескоп стоит сотни миллионов!), применяютсяв большинстве серьёзных астрономических проектов, включая космический телескоп«Хаббл» или недавно построенную Южную Европейскую Обсерваторию в Чилис несколькими 8-м телескопами.
И, наконец, третий способ улучшения спектральных характеристик ПЗС — виртуальная фаза, способ, предложенный в 1980 году Ярославом Хинечеком, в товремя работавшим в фирме Texas Instruments, для американского проекта Galileoпо запуску космического аппарата к Юпитеру. Суть этого способа в том, что одиниз электродов обычного ПЗС заменяется на мелкий слой p-типа (виртуальныйзатвор) непосредственно на поверхности кремния, замкнутый на стоп каналы (самХинечек модифицировал двухфазный ПЗС; автору ближе ПЗС с виртуальной фазой,полученные из обычных трёхфазных — см. рис. 5б). Доза канала под виртуальнымзатвором делается больше, чем под тактовыми затворами. Вспомним то, чтоговорилось про ПЗС со скрытым каналом по поводу фиксации поверхностногопотенциала и зависимости глубины потенциальной ямы от дозы легирования канала.Структура с виртуальным затвором, замкнутым на подложку, с точки зрения каналапереноса не отличается от состояния фиксации в обычном ПЗС со скрытым каналом.Если к тому же выбрать дозу легирования канала в области виртуальной ямынадлежащим образом, то потенциал канала в ней будет средним между ямой ибарьером под тактовыми электродами, так что условия для тактируемого переносазаряда сохраняются.
Достоинства такой структуры несомненны. По сравнению с обычными ПЗС, вней около половины площади ячейки свободны от поликремния, отсюда высокаячувствительность в синей и УФ области спектра (теоретически даже и до мягкогорентгена). Вместе с тем достигается она при освещении с фронтальной стороныподложки, что явно положительным образом сказывается на их цене. Ещё ПЗС свиртуальной фазой по принципу действия относятся к приборам с МРР, но об этомниже, там, где речь пойдёт о темновом токе.
Я не мог не упомянуть здесь ПЗС с виртуальной фазой, поскольку именноэтим типом приборов я имею честь заниматься уже многие годы (я и не обещал бытьбеспристрастным...). Эти приборы, в частности, уже много лет используются всистемах ориентации российских космических аппаратов (звёздные датчики), иименно на них в 1986 г. впервые в мире было получено детальное изображениекометы Галлея (проект ВЕГА), которое даже попало на почтовые марки некоторыхстран.
Поговорим теперь о других параметрах ПЗС (про неэффективность переноса испектральные характеристики мы уже поговорили). Здесь будут обсуждаться каксами параметры, так и те меры, которые применяются для их улучшения.
4.1.2 Параметры ПЗС
4.1.2.1 Темновой ток
Как уже упоминалось, темновой ток — это результат спонтанной генерацииэлектронно-дырочных пар и есть явление неизбежное, однако бороться с ним можно.Дело в том, что теоретическая величина темнового тока для кремния (если брать врасчёт только прямую генерацию через запрещённую зону) крайне мала, и на самомделе темновой ток в ПЗС (как и обратные токи в других кремниевых приборах)определяется двустадийной генерацией через промежуточные энергетические уровнив запрещённой зоне. Понятно, что чем меньше концентрация этих уровней — а онаопределяется качеством исходного кремния, чистотой реактивов и степеньюсовершенства технологии — тем меньше темновой ток. Понятно также, что границараздела, где этих уровней заведомо много, даёт заметно больший вклад в темновойток, чем объём. И вот здесь-то и надо вспомнить про МРР-приборы. Их отличие отобычных ПЗС в том, что под одной из тактовых фаз доза канала увеличена,соответственно и потенциал канала при фиксации будет выше. Таким образом, дажеесли на всех фазах напряжение на затворе таково, что поверхностный потенциалфиксирован, в канале переноса потенциальный рельеф сохраняется, а значит,возможно, локализованное накопление зарядовых пакетов. Поверхность же замкнутана подложку и исключается из процесса генерации темнового тока.
В настоящее время типовые значения темнового тока для лучших западных ПЗСсоставляют при комнатной температуре доли нА/см2, или несколько сотен (иногдатысяч) электронов на ячейку в секунду. И если для вещательного и бытового ТВ(время накопления 20 или 40 мс) такой темновой ток незаметен, то для научныхприменений, где регистрируются потоки в десяток фотонов на элемент, даже стольнизкий темновой ток неприемлем. Действительно, время накопления в малокадровыхсистемах, скажем, флуоресцентной микроскопии достигает минут, а в астрономии,когда нужно получить спектр звезды 20-й величины (совершенно типовое дело), — часов. В этом случае на помощь приходит охлаждение матриц. Как всякийтермодинамический процесс, темновой ток сильно зависит от абсолютнойтемпературы; принято считать, что при уменьшении температуры на каждые 7-8градусов он уменьшается вдвое. Для глубокого охлаждения (в астрономическихсистемах) используются азотные криостаты, где матрицы охлаждаются до -100оС.Для более простых систем применяется термоэлектронное охлаждение сиспользованием батарей Пельтье, которые способны обеспечить перепад в 70оС приподаче напряжения в 5-6 В, так что температура кристалла при комнатной наружнойоказывается около -40оС, а темновой ток снижается до ~1 электрона на ячейку всекунду. Эти батареи столь компактны, что монтируются непосредственно в одинкорпус вместе с кристаллом ПЗС. Такие охлаждаемые приборы широко выпускаютсякак в США (например, фирмой SITe Technology или Hamamatsu Photonics) и в Европе(EEV, Великобритания), так и в России (фирма «Электрон-Оптроник»,С.-Петербург).
Ну и, наконец, в цифровых системах на ПЗС, поскольку характеристика егоотличается высокой линейностью, можно просто запоминать темновой сигнал (приданной температуре и данном времени накопления), а затем вычитать его изрезультирующего.
4.1.2.2 Неоднородность чувствительности
Ячейки ПЗС имеют неодинаковую чувствительность, т. е. даже при абсолютнооднородной освещённости сигнал с них разный (иногда этот эффект называютгеометрическим шумом). Величина этой неоднородности невелика и обычно непревышает 1-5% (для разных типов приборов), так что, скажем, в обычных ТВкамерах ею можно пренебречь. В научных системах, где требуется высокаяфотометрическая точность, применяют довольно простой алгоритм коррекциинеравномерности. Поскольку чувствительность каждого индивидуального элемента — фиксированная величина, то для её коррекции при некоторой равномернойосвещённости запоминают сигналы со всех элементов прибора — и используют их каккоэффициенты коррекции при всех последующих экспозициях. Предварительно,разумеется, проводят коррекцию темнового тока.
4.1.2.3 Шумы
Шумит сам световой поток. То есть число фотоэлектронов, накопленное вячейке, определено с точностью до квадратного корня из их числа (статистикаПуассона). Например, зарядовый пакет в 10000 электронов от кадра к кадру будетфлуктуировать со среднеквадратическим отклонением в 100 электронов. Точно такойже статистике подвержен и темновой сигнал, и, следовательно, суммарный(световой + темновой). Это, однако, не снимает задачи снижения шумов собственноПЗС, поскольку часто приходится работать с сигналами в десяток-другой фотоновна ячейку (к счастью, не в ТВ системах).
Для качественных приборов, где низки темновой ток и неэффективностьпереноса, доминирующим источником шума будет выходное устройство. Обратимся ещёраз к рис. 4а и посмотрим на выходное устройство. Оно состоит из ёмкостисчитывания, как правило, диода, транзистора сброса Q1 и выходного усилителя(обычно это двухкаскадный истоковый повторитель с высоким входным импедансом).Работает такое выходное устройство так. Импульс сброса соединяет диод систочником опорного напряжения Vref., после чего транзистор сброса закрывается,и диод оказывается плавающим, т. е. его потенциал может изменяться припоступлении в него заряда — и он изменяется при следующем такте переноса зарядав регистре. Это изменение потенциала передаётся на выход прибора черезусилитель. Так вот, фундаментальным свойством системы ключ — конденсатор (вслучае ПЗС это транзистор Q1 и плавающая диффузия) является то, что каждый разпосле размыкания ключа исходный потенциал считывающей ёмкости будет разным,причём среднеквадратическая величина этого шума (он называется установочным)равна (kT/C)1/2, а эквивалентный шумовой заряд — (kTC)1/2, где k — постояннаяБольцмана, Т — абсолютная температура, а С — ёмкость считывающего узла. Прикомнатной температуре установочный шум равен 400C1/2?, если С — в пикофарадах.При этом сам сигнал пропорционален 1/C. Стало быть, чем меньше ёмкость, накоторой детектируется заряд, тем больше отношение сигнал/установочный шум дляданного считывающего устройства. Именно здесь кроется преимущество ПЗС посравнению с предшествующими датчиками, где заряд с одного элемента попадал наобщую для всего столбца шину.
Величина ёмкости считывания в современных ПЗС достигает 0,01-0,03 пФ, чтосоответствует установочному шуму примерно в 40-70 электронов. Для многихприменений такой уровень шума приемлем, однако существует метод, позволяющийпрактически полностью устранить его. Этот метод предложен М. Уайтом и другимииз фирмы Westinghouse в 1974 и носит название двойной коррелированной выборки.Вдумаемся ещё раз в то, когда появляется установочный шум: после размыканиятранзистора сброса (отмечу ещё раз, что «после» не значит«из-за»; причина установочного шума — в фундаментальныхтермодинамических законах), но до поступления заряда в плавающий диод.Поступление сигнального заряда вызывает только изменение потенциала плавающейдиффузии, и если предварительно запомнить напряжение установочного шума, топотом его легко вычесть из результирующего сигнала и тем самым полностью его(шум) устранить. Метод двойной коррелированной выборки стал фактическистандартным методом предварительной обработки сигнала для всех малокадровыхсистем, работающих на сравнительно низких тактовых частотах, да и во многих ТВкамерах.
Остаётся только шум собственно выходного усилителя. Он имеет двекомпоненты: так называемый шум 1/f, присущий МОП-транзисторам, спектральнаяплотность которого, как следует из названия, растёт в области низких частот исильно зависит от степени совершенства технологического процесса, и тепловойшум канала транзисторов, имеющий равномерный (белый) спектр и определяемый восновном геометрией транзистора. Шум 1/f во многом подавляется схемой двойнойкоррелированной выборки, которая служит фильтром верхних частот, причём степеньподавления зависит от соотношения тактовой частоты и частоты изломаспектральной характеристики плотности шума. Обычно конструкция выходногоусилителя оптимизируется с точки зрения достижения минимального эквивалентногошумового заряда для данных условий применения, а полный эквивалентный шумовойзаряд зависит ещё и от тактовой частоты работы ПЗС. Для современных приборов начастоте порядка 100 Кгц типовым считается шум выходного усилителя 3-6электронов (при охлаждении), а в лучших приборах достигается цифра 2 электрона.Поскольку заряд насыщения (максимальная величина зарядового пакета,передаваемого без искажений) составляет, как правило, 200-500 тыс. электронов,то динамический диапазон ПЗС достигает примерно 100-110 дБ; это примерно 18 или19 бит. Кстати, динамический диапазон аудио-CD — всего лишь 16 бит. Впрочем, известныэкспериментальные конструкции усилителей с шумом…… 0,5 электрона. То естьэлектроны считаются поштучно.
4.1.2.4Антиблюминг, или устойчивость к локальным пересветкам
Из-за явления фиксации поверхностного потенциала скрытый канал заперетьнельзя. Что же будет происходить в ячейке ПЗС, когда заряд в ней будет расти ирасти? Вернёмся к рис. 2. На нём показано, что с ростом сигнального заряда впотенциальной яме потенциал канала в ней уменьшается, и когда он достигнетзначения потенциала в канале по соседним электродом, заряд просто начнётпереливаться через этот незапертый участок канала в соседний элемент — причём вобе стороны. На изображении это проявляется в виде вертикального расплыванияярких деталей изображения. Это явление и называется оптической пересветкой(blooming), и если в системах регистрации слабых сигналов с ним ещё можномириться (в силу невысокой вероятности с ним столкнуться и возможности изменитьвремя накопления), то в камерах для ТВ оно совершенно недопустимо.
Бороться с блюмингом можно только разработкой специальной конструкцииячейки. Первый способ (горизонтальный антиблюминг) состоит в том, что вдолькаждого столбца фоточувствительных ячеек прокладывается узкая стоковая область,находящаяся под большим положительным потенциалом и отделённая от накапливающейсигнальный заряд потенциальной ямы некоторым барьером, потенциал канала вкотором (иногда управляемый отдельным затвором) выше, чем в запертом канале,отделяющем ячейки друг от друга. В этом случае избыточный заряд будет переливатьсяв сток, и искажения сигнала в соседних элементах не возникает. Еслииспользуется специальный затвор управления антиблюмингом, то появляетсявозможность принудительной очистки заряда из накопительной ячейки даже без еёпереполнения, что есть не что иное, как электронная регулировка экспозиции.
Ценой горизонтального антиблюминга является некоторое снижениекоэффициента заполнения (область стока, ясно, не может дать вклад в сигнал), иувеличение размеров ячейки, что для приборов с малым размером ячейкинеприемлемо. В матрицах для ТВ, где размер ячейки, как правило, менее 10 мкм,для борьбы с блюмингом применяется другой, весьма изощрённый способ — вертикальный антиблюминг. При этом стоковая область располагается не рядом, апод накопительной ячейкой, следовательно, увеличения площади ячейки нетребуется. Ячейка здесь имеет структуру не просто n+p, как в обычном скрытомканале, а n+pn-, причём средний p-слой служит как бы «подложкой», асобственно n--подложка — стоком антиблюминга. Как можно догадаться, вотсутствие заряда вертикальное распределение потенциала в такой структуре приступенчатой аппроксимации распределения примесей по глубине будеткусочно-параболическим с одним максимумом и одним минимумом потенциала, и приправильном выборе параметров легирования слоёв (и при тщательном их соблюдениив процессе изготовления!) избыточный заряд из ячейки будет сливаться не вбок, авниз. Платой за это, помимо сложной технологии, является сильный спад ИКчувствительности прибора (большая часть ИК фотонов, если помните, поглощаетсяна заметной глубине от поверхности) и некоторый спад в красной области,впрочем, волне приемлемый. Потеря же ИК чувствительности для приборов цветноготелевидения, право же, беда невеликая.
Многообразие ПЗС не исчерпывается рассмотренными в этом обзоре типами.Так, широкое распространение находят линейки ПЗС — как для считыванияодномерных изображений (например, штрих коды), так и в системах, где имеетсямеханическая развёртка по одной координате. Простейшие примеры — телефакс и сканер.Менее очевидные применения — системы наблюдения за земной поверхностью скосмических аппаратов или самолётов, где используется движение самого аппаратаотносительно Земли. Как правило, накопительными элементами в ПЗС-линейкахслужат фотодиоды; по обе стороны от линейки накопительных элементоврасполагаются регистры считывания (соответственно для чётных и нечётныхэлементов — билинейная организация). Номенклатура выпускаемых сейчас линеекдовольно широка, а число фоточувствительных элементов колеблется от 1024 до8192.
Разновидностью приборов для систем с механической развёрткой являютсяприборы ВЗН — с временной задержкой и накоплением. Их организация тождественнаодносекционным ПЗС с КП, но отличаются они режимом тактировки по вертикали:секция тактируется непрерывно, причём тактовая частота подбирается такой, чтоскорость перемещения зарядового рельефа равна скорости перемещения изображения;при этом каждый элемент изображения даёт вклад в один и тот же зарядовый пакет,что, очевидно, увеличивает чувствительность ВЗН по сравнению с обычнымилинейками в число строк раз. Именно ВЗН широко применяются в космическойаппаратуре для наблюдения за земной поверхностью. Число строк в таких приборахколеблется от 64 до 256, а число элементов по горизонтали — от 1024 до 4096.
А вообще приёмники изображения — не единственное применение ПЗС. Так,добавив к регистру ПЗС устройство ввода электрического сигнала, мы получиманалоговую линию задержки, причём время задержки определяется как числомэлементов регистра, так и тактовой частотой, а значит, может легко изменяться.Далее. В качестве элемента регистрации зарядового пакета можно использовать нетолько плавающую диффузию, но и плавающий затвор, характеризующийсянеразрушающим считыванием, т. е. получить регистр с отводами. Такие регистрыявляются основой трансверсальных фильтров, широко применявшихся, например, вобработке радиолокационных сигналов.
Нельзя сказать, что сейчас ПЗС достигли совершенства, хотя за истекшиегоды в технологии их изготовления и был достигнут потрясающий прогресс.Диапазон выпускаемых приборов охватывает как миниатюрные матрицы с шагомэлементов примерно 3 на 5 мкм (одна из последних разработок Sony), так игигантские кристаллы форматом 5 тыс. на 5 тыс. элементов и размером кристаллапочти 8 на 8 см (фирма DALSA, Канада). Не за горами и появление однокристальныхприборов форматом 8 на 8 тысяч элементов, тогда как сейчас приборысверхбольшого формата (эти астрономы ненасытны...) собираются из двух иличетырёх отдельных кристаллов, монтируемых встык на общее основание.
Разумеется, у ПЗС есть и свои проблемы. Самая серьёзная из них — специфическая, ни на что не похожая технология изготовления и чрезвычайножёсткие требования к однородности исходного кремния и степени совершенстватехнологического процесса. Если при производстве цифровых приборов разброспараметров по пластине может достигать нескольких крат без заметного влияния напараметры получаемых приборов (поскольку работа идёт с дискретными уровняминапряжения), то в ПЗС изменение, скажем, концентрации легирующей примеси на 10%уже заметно на изображении. Свои проблемы добавляет и размер кристалла, иневозможность резервирования, как в БИС памяти, так что дефектные участкиприводят к негодности всего кристалла. Специфическим ограничением является иприсущий им по принципу действия последовательный вывод информации, тогда как вряде применений (например, оптические системы наведения или устройстваориентации космических аппаратов) удобнее иметь датчики с произвольным опросом.Всё это привело к тому, что в последние годы заметный интерес проявляется к т.н. приборам с активной ячейкой (APS — active pixel sensors), изготавливаемым постандартной КМОП-технологии. Пока уступая по своим параметрам ПЗС, эти приборыбыстро прогрессируют. В будущем, вероятно, произойдёт определённое разделение«зон влияния» каждого из этих классов приборов, а может быть,появится что-нибудь совершенно новое.
Ну и чтобы всё же закончить на оптимистической ноте… Недавно фирма Sonyанонсировала Microblock CCD — цветную ПЗС-матрицу и чипсет управления ПЗС иобработки видеосигнала, смонтированные в единый корпус со встроеннымпластмассовым объективом. На выходе формируется стандартный ТВ сигнал. Размерэтой цветной телекамеры — 18,3 на 18,3 на 7,3 миллиметра.
5. Программное обеспечение
Сканер — один из первых продуктов, в комплекте с которым пользовательстал получать помимо самого устройства и аппаратного драйвера, несколькопрограммных продуктов. Суммарная стоимость этих лицензионных продуктов вкоробочном исполнении может превышать те деньги, которые вы платите за сканер.Поэтому важно узнавать, что поставляется в комплекте со сканером.
Первое, что обязательно идет в комплекте со сканером — это его Twain драйвер.(technology without an interesting name)
В среде DOS все сканеры работали только со своими программнымиприложениями. Появление Windows казалось бы, должно было положить конецпроблемам связанным с совместимостью сканеров с различным программным обеспечением,но Microsoft не включил сканеры в список устройств, стандартно поддерживаемыхWindows. Ведущие производители сканеров и программного обеспечения создали этотстандарт своими силами, и называться он стал TWAIN, что не является никакойаббревиатурой, хотя многие считают, что Twain — это Tool Without AnyInteresting Name или инструмент без какого-то ни было интересного названия(см.также www.twain.org ).
Сейчас стандарт TWAIN поддерживается всеми производителями настольныхсканеров и всеми ведущими производителями графических пакетов и программраспознавания символов. Таким образом выбрав Twain устройство пользовательможет напрямую сканировать из своей любимой графической программы., запустив изнее Twain драйвер сканера.
Почтивсе современные сканеры поставляются также в комплекте со специальнымипрограммами для оптического распознавания символов (OCR), редактированияизображений, а иногда и с другими прикладными программами. К сожалению,большинство программных средств редактирования изображений было разработано врасчете на профессионалов компьюетрной графики и дизайнеров, готовых затратитьусилия на освоение мощных, но часто очень сложных инструментальных средств. Помере роста популярности сканеров в промышленности отмечается движение в сторонуупрощения пользования программами для редактирования изображений. Хорошимипримерами могут служить Adobe PhotoDeluxe и Ulead PhotoImpact (входящие вкомплект поставки трех сканеров этого обзора). С другой стороны, опытныепользователи, могли бы подыскать ПО с более мощным редактором изображений,например, Adobe Photoshop
Есливы впервые сталкиваетесь с редактированием изображений, то должны потратитьнекоторое время на изучение новых концепций как на этапе сканирования, так иредактирования изображений. Например, гамма-коррекция позволяет изменитьуровень контрастности для различных уровней яркости. Изменение параметрагамма-коррекции может привести к колоссальным различиям получаемых изображений,а понимание этого процесса поможет вам добиться лучших результатов как отсканера, так и редактора изображений. Возможно, вы захотите такжепоэкспериментировать с другими параметрами управления в вашем драйвере Twain,чтобы определить их влияние на изображение. 5.1Программная часть.
Современныепрограммы, работающие под Windows, общаются со сканером через поставляющуюся сним в комплекте специальную программу — TWAIN-модуль
Twain драйвер сканера — это программное приложение с графическиминтерфейсом, которое несет на себе функции панели управления сканером иосуществляет передачу данных от сканера в программное приложение, из котороговы вызываете сканер. С помощью Twain драйвера производится установка параметрови области сканирования, предварительное сканирование и просмотр, обеспечиваетсявозможность цветокорректировки и постобработки получаемого изображения. Кромесканеров Twain поддерживается также и цифровыми камерами.(на Macintosh модульсканирования выполняется как Plug-In для Photoshop). Все программы,поддерживающие стандарт TWAIN (таковы все известные программы, как графические,так и OCR), в теории должны работать с любым поддерживающим его сканером(таковы все современные сканеры). На практике некоторые программы распознаваниярусского текста могут не работать со сканером, с которым предварительно нетестировались разработчиком.
ВАЖНО: поскольку TWAIN-модуль сканера являетсяобычной программой, эта программа может не работать под некоторымиоперационными системами вообще (а различаются даже версии Windows 95), илиработать из рук вон плохо. Здесь справедлив общий закон «качествадрайверов» — драйверы неведомого производства работают не очень надежно, ис выходом очередной версии Windows для нормальной работы понадобится новыйдрайвер.
Некоторыеполезные свойства, не всегда встречающиеся в TWAIN-модулях:
· возможностьавтоматического определения настроек сканирования.
· окнопредварительного просмотра с выбором сканируемого участка и отображениемрезультата производимых настроек и коррекции изображения в реальном времени.
· плавныерегулировки яркости, контрастности, гамма-коррекции.
· выбор точекчёрного и белого, желательно и «пипеткой» и заданием значения.
· фильтр подавленияпечатного растра, многоуровневый или настраиваемый.
· инверсия(негатив) и отражение (переворот) оригинала.
· встроеннаясистема цветосинхронизации с набором профилей, позволяющая скорректироватьсканируемое изображение под конкретное устройство вывода или преобразовать егов CMYK.
· возможностьсканирования через сеть.
· разнообразныевстроенные в драйвер фильтры коррекции резкости и подчёркивания границизображения. Уступают имеющимся в Adobe Photoshop (исключение — программаLinoColor сканеров Linotype-Hell).
Функциональныевозможности, встречающиеся в профессиональных моделях:
· тональнаякоррекция раздельными по RGB/CMYK кривыми, раздельно в светах, тенях иполутонах.
· компенсация"цветового сдвига" оригинала, численным заданием вычитаемогоцвета или указанием образцового цвета, который должна иметь указаннаяоператором точка изображения после сканирования.
· автоматическоевычитание цвета фотоплёнки слайда (не заменяет собой компенсацию цветовогосдвига ввиду возможных собственных искажений цвета на слайде, но и неповредит).
· возможностьпакетного и группового сканирования, автоматическое распознавание слайдов врамках.
· выполнениецветоделения с заданием соответствующих профилей и параметров печати.Издательские пакеты обычно сложнее в настройке цветоделения, но выполняют егокачественнее, чем драйвер сканера (исключение — программа LinoColor сканеров Linotype-Hell.Но и обходится она в настоящие деньги). фильтр подавления печатного растра свозможностью тонкой настройки оператором 5.1.1Драйвер сканера
Говоря о драйвере сканера следуетотметить, что он должен предоставлять пользователю значительное количествонастроек, обеспечивающее требуемое качество сканирования:
-автоматическую установку оптимальных параметров сканирования;
-окно предварительного просмотра изображения с выбором областисканирования и отображения результата при изменении параметров сканирования;
-регулировку яркости, контрастности и цветовой гаммы;
-установку дополнительных параметров;
Стандартом сегодня является двухуровневая архитектура интерфейсадрайвера, предполагающая минимум настроек и интеллектуальное управлениесканированием для новичков, с одной стороны, и максимально гибкие продвинутыенастройки для опытных пользователей- с другой стороны. Вместе с тем следуетиметь в виду, что некоторые производители, предлагая полноценные драйвера длядорогих моделей, поставляют сильно урезанные по своим возможностям драйверыдля не дорогих сканеров начального уровня
5.1.2 Графический пакет
С помощью графического пакета осуществляется ввод графических изображенийв компьютер. В комплекте со сканерами сейчас поставляются продукты таких фирм,как
Adobe (Photoshop), Ulead (Image Palsgo, IPhoto Plus, IPhotoExpress), Micrografx (Picture Publisher) и некоторые другие. Длявыбора источника Twain используется команда
File->Select Source. Для вызова сканера используется команда Acquire вменю File. В некоторых приложениях команда Scan.
Наиболее популярен сейчас в России пакет Adobe Photoshop. В зависимостиот производителя и позиционируемой модели, вы можете получить в комплекте либополную версию, либо ограниченную (урезанную или специальную) с возможностьюпоследующего Upgrade со скидкой.
На западном рынке растет известность продуктов фирмы Ulead Inc, котораясейчас создала несколько очень интересных приложений для Web дизайна.Российским пользователям достаточно хорошо известен продукт IPhoto Plus простойв обращение, компактный и предоставляющий пользователю все необходимые средствав начальном редактировании изображений. Новая модификация IPhoto программаIPhoto Express имеет очень доступный. Красивый интерфейс и позволяет нажатиемодной кнопки создать календарь, обои или Screen Saver из отсканированногоизображения. Программа PhotoImpact представляет собой мощный инструмент в миреграфики.
Конечно всегда есть возможность использовать графический пакет, которыйВам полюбился, оставив в стороне то, что вы получаете в комплекте со сканером.Если вы хотите иметь графический пакет на русском языке, то рекомендуемобратить внимание на продукцию российской фирмы STOIK Software и графическийпакет Picture Man.
5.1.3 Программараспознавания символов
OCR (Optical Character Recognition) — оптическое распознавание символовпозволит Вам вводить печатные документы в компьютер с последующимредактированием в текстовом процессоре. В комплекте со сканером, которыйприехал в Россию пакет распознавания символов распознает все латинские языки,но там отсутствует распознавание русского языка (программные продукты фирмXerox, Recognita, Caero и другие). Для распознавания русского языка существуетдве программы Fine Reader 3.0 (фирма БИТ) и CuneiForm (фирма CognitiveTechnologies), сканеры доукомплектовываются облегченной версией одной из этихпрограмм российским поставщиком, поэтому требуйте у дилера программураспознавания русского языка.5.1.4 Другиепрограммные продукты
Кроме необходимых компонентов поставки сканера Twain драйвера,графического пакета и пакета распознавания символов, часто вы получаете сосканером ряд других полезных программ и утилит. Это может быть приложение дляпрямой печати на принтер или отсылке факсов со сканера, программу переводчик,программу для организации документооборота и многое другое.
5.1.5 Качество драйвера
Все современные сканеры обмениваются данными с прикладными программамипод Windows 95/98 и Windows NT при помощи программного интерфейса TWAIN, однакопредоставляемый драйвером набор функций может быть разным, его обязательноследует уточнить при выборе сканера. Среди них наиболее важны:
— возможность предварительногопросмотра изображения с выбором области сканирования и количества цветов;
— возможность регулировки яркости, контраста,и нелинейной цветовой коррекции (обычно задаваемой в виде кривых);
— возможность подавления муара присканировании изображений с печатным растром;
— возможность простейших преобразованийизображения (инверсия, поворот и т. п.);
— возможность сетевого сканирования;
— возможность режимов автоматическойкоррекции контраста и цветопередачи;
— возможность работы сканера (всочетании с принтером) в режиме копира;
— возможности по цветокалибровке каксканера, так и всей системы;
— возможности по пакетномусканированию;
— возможности тонкой настройки фильтрови параметров цветокоррекции.
5.1.6 Количество и качество прилагаемого к сканеру ПО
5.1.6.1 Программное обеспечение Epson.
Главным стартовым окном является Epson Smart Panel, в котором собраны всенеобходимые утилиты сканирования. Пользователю достаточно лишь кликнуть на одиниз восьми значков, чтобы активизировать требуемое для работы приложение.
/>
/>
Значок Copy запускает утилиту копирования, благодаря которой связкусканер-принтер можно использовать в качестве копировального аппарата.Наглядность и простота использования данной утилиты не оставит в раздумьях даженеподготовленного пользователя. Копирование образа оригинала происходит в двапрохода. Первый – prescan, во время которого происходит определение границоригинала и подстройка яркостных значений, и второй – завершающий этапсканирования, с направлением оцифрованного изображения на выбранный принтер. />Задав минимумнастроечных параметров, пользователь получит вполне функциональный домашнийкопировальный аппарат.
/>
Следующий значок Scan to E-mail запускает программу сканирования сзаранее установленными параметрами, оптимизированными для отправки поэлектронной почте. Сканирование оригинала, определение его типоразмера, — всепроходит автоматически, однако пользователю оставлена возможность перейти наручной режим. />В том случае, если автоматическоесканирование не оправдало себя, можно перейти в режим ручного управления исамолично задать необходимые настройки.
/>
По завершении сканирования одной или серии фотографий, необходимо указатьпрограмму электронной почты, посредством которой будет осуществляться отправка.
/>
Значок Scan to OCR предполагает сканирование содержащего текст документа,с дальнейшим направлением последнего программе распознавания. Замечу, чтопрограмма распознавания PRESTO, которая идет в комплекте, крайне плохосправляется со своими прямыми обязанностями. Для достижения абсолютныхрезультатов лучше воспользоваться проверенной FineReader
/> />
Окно программы подготовки сканов для передачи программераспознавания символов.
Помочь с выводом изображений со сканера на принтер призвана программаEpson Photo Print. Ее главное достоинство – это простота использования.Пользователь практически “в два клика” сможет указать, что ему нужно.Интересно, что программа автоматически определяет ориентацию оригинала и привыводе фотографии по ширине листа займет все полезное место, применив функциюавтомасштабируемости.
/>
Программа Epson Scan to Web Ее основное предназначение – закачиватьотсканированные изображения на персональную страничку в сети сайтов Epsonphoto.
/>
/> />
Окно программы Scan to Web.
Из дополнительных программ (помимо Adobe Acrobat Reader) есть мощныйредактор фотоизображений ArcSoft PhotoImpression. С помощью этого пакета можнодобавлять спецэффекты к отсканированным образам, производить ретушированиефотографий, убирать “красные глаза”, подготавливать изображения для печати нафотопринтере и многое другое. По большому счету, в первую очередь эта программапонравится начинающим пользователям, для которых Adobe Photoshop чрезвычайносложен. />Теперьстоит рассказать о драйвере сканера, который отличается большейфункциональностью и гибкостью. За кажущейся простотой программной оболочкидрайвера скрывается практически полный перечень, для данного класса сканера,всевозможных настроек. К сожалению, как и у аппарата от Hewlett-Packard, вдрайвере Perfection 1650 нет режима пакетного сканирования. Пожалуй, этоединственный недостаток. />Главное окно драйвера сканераподелено на область предварительного просмотра и область инструментов. Обратитевнимание, фильтр “Нерезкая маска” (Unsharp Mask), использующийся в большинствеслучаев при редактировании изображений, не запрятан в недра драйвера.
/>
В меню конфигурирования сканера можно включить или выключитьпредварительный просмотр (что немаловажно, в драйвере реализовано запоминаниенастроечных параметров изображения, т.е. каждый раз не придется задавать всезаново), а также подстроить параметры gamma или назначить цветовой профилькоррекции цвета.
/>/>
/>
/>
/>
В настройках параметров изображения для оцифровки можно вручную задатьточку белого и черного цветов, подстроить экспозицию и gamma.
/>
Тоновая коррекция – пожалуй, одна из самых важных процедур сканирования.Стоит отметить великолепную наглядную реализацию данного окна, с цифровымотображением подстраиваемых характеристик.
/>
Баланс серого, а также цветовую насыщенность можно задать в окне“Регулировка цвета”.
/>
Для каждого конкретного типа изображения можно настроить необходимыепараметры сканирования.
/>
Все пользовательские настройки отображаются в специальном информационномокне.
/>
Подытоживая описание программной части сканера Epson Perfection 1650,нельзя не отметить грамотный подход программистов компании Epson, яснопредставлявших потребности пользователя сканера. В принципе, я нашел всенеобходимое, изучая программную часть как драйвера, так и прикладных утилит. /> />/>Достоинства:
/>/>Великолепная и очень нагляднаяреализация драйвера и сопутствующего ПО />/>Высокий уровень техподдержки ирегулярно обновляемые драйверы />/>Детальное и русифицированноеэлектронное описание сканера с руководством пользователя
/>/>Недостатки:
/>/>Изначально нелокализованноепрограммное обеспечение />/>Слабая программа распознаваниясимволов в комплекте
5.1.6.2 Програмное обеспечение Hp
/>Установкасопутствующего программного обеспечения производится под управлениеминтерактивной оболочки, написанной на Macromedia Flash с единственногокомпакт-диска комплекта поставки. Инсталляция программ происходит в два этапа:сначала устанавливается ПО обработки фотографий и изображений HP, а затем, пожеланию пользователя, программы Hemera CD Design Creator 32 и JigSaw Puzzler 32(этот пакет на основе отсканированных изображений позволяет создавать этикеткидля компакт-дисков и превращать фотографии в игры-мозаики). />Помимо раздела поустановке программ, оболочка позволяет перейти к просмотру интерактивныхинструкций по подключению, а также к вызову справочной системы.
/>
Собственное ПО Hewlett-Packard требует… 225 Мбайт свободного места надиске! Такой вот монстр! Причем, самое интересное, что пакет программ как-то ужсильно изобилует каскадом тонких настроек, обладает высокой гибкостью ифункциональностью, обеспечивает автоматическое разделение оригиналов припакетном сканировании или имеет красочную графическую оболочку – ничего этогонет, и по этой причине вовсе непонятно, на что уходят сотни мегабайт дисковогопространства. Более того, в процессе эксплуатации было отмечено, что программыHP работают крайне нестабильно, время от времени вызывая критические ошибки.Впрочем, об этом позже.
/>
После инсталляции программного обеспечения на рабочем столе появляютсяярлычки HP Director и “Папка выгрузки Share-to-Web” (директория, куда будутнаправляться сканы). Программа HP Director является неким “центром управления”,откуда осуществляется быстрый запуск сопутствующих программ сканирования.
/>
Пользователь может выбрать между сканированием изображений (фотографий,рисунков) и текстовых документов, созданием печатной копии и просмотромотсканированного материала. Давайте рассмотрим каждый программный элемент HPDirector. />Послетого как пользователь активирует модуль “Сканировать изображение”, откроетсяпредварительное меню, в котором необходимо будет указать тип оригинала длясканирования (оригинал со стекла, слайды или негативы с адаптера). В принципе,этот запрос можно отключить, установив соответствующую галочку, а тип оригиналазадавать непосредственно в программе сканирования.
/>
После выбора одного из пунктов открывается основное окно программыоцифровки изображений. Напомню, что пакетное сканирование позволяет в режимепредварительного просмотра выделить несколько областей и установить для каждойподходящие параметры (таким образом, пользователь заметно экономит время приодновременном сканировании нескольких оригиналов). Оказалось, что ПО сканера(хоть и занимает четверть гигабайта) не способно разделять сканируемыеоригиналы, что весьма печально. Можно, конечно, сканировать всю областьоригиналов, после чего вырезать изображения с помощью Photoshop, однако этосоздаст не только лишнюю работу для пользователя, но и огромный файл на диске.
/>
Программа сканирования изображений (драйвер сканера) состоит из трехфункциональных групп: окна предварительного просмотра, главного меню и областиинструментов. Окно появляется сразу после обращения к сканеру (либо посредствомкнопок быстрого сканирования, либо из внешнего программного пакета). Началоработы знаменуется событием разогрева лампы и предварительным сканированиеморигинала на планшете. Для ScanJet 3570c эта процедура достаточно длительная иотнимает 50 сек. в “ожидании чуда”. Prescan без затрат времени на прогрев лампысоставляет 17 сек. Значение времени тайм-аута для лампы, установленноепроизводителем в драйвере, сравнительно невелико. />Операция прогрева лампы в драйверене отключается, но зато можно задать увеличение тайм-аута для нее. Сделать этолучше сразу.
/>
Драйвер сканера небогат ручными настройками по оцифровке изображения. Побольшому счету, пользователю предоставляется возможность выбора разрешениясканирования, изменения размера изображения, да произведения тоновой коррекции,на основе картинки в окне предварительного просмотра. Значения фильтранаведения резкости установлены дискретно; цветокоррекция подразумевает выбормежду двумя пунктами “обычный цвет” и “улучшенный цвет”; фильтр descreen“прячется” под пунктом “Удалить муар”. Вот, собственно, и все.
/>Послеопределения границ оригинала в окне предварительного просмотра, а также заданиянеобходимых настроек можно нажать на значок “Принять”, начав, таким образом,процесс сканирования. />Если планируется сканироватьсодержащие текст документы, то в HP Director выбирается соответствующий пункт.В открывшемся окне пользователю ничего не остается, как ответить на вопрос “Чтосканируется?”, потому как настроить какие-то параметры сканирования здесьнельзя. />Диалоговоеокно программы сканирования документов. Интересная особенность: если выбратьместо назначения – “Сохранять в файл”, то образ будет записан в виде pdf-файла.
/>
/>Пожалуй,самая мощная программная утилита – “Галерея для обработки фотографий и изображенийHP”. С ее помощью можно не только просматривать всевозможные графические файлы,но и создавать фотоальбомы, записывая их на компакт-диски, осуществлятьредактирование и предпечатную подготовку, публиковать личные фотофайлы в Web идр. />Приобращении к папке, содержащей фотографии, программа представляет их в видеминиатюр. Дальнейшие возможные действия с изображениями обозначены кнопкамименю сверху и справа окна.
/>
Полагаю, что каждому, у кого на жестком диске собрано огромное количествофотографий, хотелось бы все это “хозяйство” упорядочить, создав что-то вродефотоальбомов. Специальная программная утилита HP поможет в этом деле. />Произведявыборку интересующих файлов и следуя за мастером создания мультимедиа альбома,Video CD создаешь буквально в два счета.
/>
Следующим этапом, к создаваемому диску прикрепляется музыкальный файл,который будет воспроизводиться во время показа фотографий.
/>
Параметры записи компакт-диска устанавливаются на завершающем этапеподготовки Video CD.
/>
/>
Подводя промежуточные итоги, касающиеся только прикладного программногообеспечения, можно сказать одно: основные проблемы этого сканера заключены вморально отсталом программном обеспечении, а также в драйвере, не обладающемдостаточной гибкостью настроек. По большому счету, драйвер не выдержитсравнения по функциональности со многими, даже устаревшими программнымиоболочками от таких производителей, как AGFA или Mustek. Отмечу, что задаваемыепользователем перед сканированием настройки не сохраняются, и каждый следующийраз приходится задавать все заново. Что ж, программистам компании HP есть надчем работать. Важно только, чтобы они четко представляли потребностипользователя. /> /> />/>Достоинства:
/>/>Полностью локализованныеруководство пользователя и программное обеспечение
/>/>Недостатки:
/>/>“Раздутый” объем прикладного ПО,никак не подкрепленный функциональностью />/>Недоработанный драйвер сканера,изобилующий ошибками />
6. Источники света и освещенность сканируемого материала
Для того, чтобы сенсорная система сканера (в подавляющембольшинстве случаев она строится на основе линейки элементов с зарядовой связью- Charge-Coupled Device, CCD) могла различать оттенки или цвета на сканируемомлисте бумаги, лист должен быть освещен ярким источником света. CCD получаетпоток отраженного света и переводит его в последовательность бинарных сигналов.Если бумага слишком тонкая, свет от источника может быть пропущен насквозь и,отразившись от белой подложки, выдать на сенсор паразитный отраженный поток. Врезультате символы на изображении документа оказываются слегка размытыми. Чтобыэтого не было в сканерах документов применяют поглощающие черные подложки, аспециальные процессоры (или иногда программы на принимающем хост-компьютере)удаляют черный ободок, идущий по краю страницы. Большинство производственныхсканеров включают для освещения страницы две слегка разнесенные высокочастотныефлуоресцентные лампы, что препятствует образованию на сканированном изображениитеней.
Посколькувидимость (для сканера) цветов и оттенков на бумаге определяется цветомосвещения, белый цвет лампы представляется нейтральным и универсальным(позволяющим видеть точки любого цвета). Однако белые лампы быстро теряютяркость и в сканерах, рассчитанных на продолжительное интенсивное сканированиеприменяют зеленые фосфорные лампы. При этом сканер проявляет тенденцию кподавлению светло-зеленых и светло-голубых цветов на странице. Этот эффектиногда даже используется при обработке форм (распознаваемые формы печатают насветло-голубых или зеленых бланках). Но исторически многие бумаги в сферестрахования и здравоохранения были изготовлены на розовой или красной бумаге,поэтому широкое распространение получили красные лампы для подавлениясоответствующего фона. В настоящее время все изготовители производственныхсканеров допускают заказ устройства с лампой необходимого цвета или заказдополнительно одной (нескольких) цветных ламп (или светофильтров) дляулучшенного сканирования в конкретных обстоятельствах.
7. Основные технические параметры сканеров 7.1Разрешающая способность
Разрешающаяспособность, или разрешение, — один из наиболее важных параметров,характеризующих возможности сканера. Наиболее распространенная единицаизмерения разрешающей способности сканеров — количество пикселов на одиндюйм (pixels per inch, сокращенно ppi). Не следует отождествлять ppiс более распространенной аббревиатурой dpi (dots per inch, количествоточек на дюйм). Последняя единица используется для измерения разрешающейспособности растровых печатающих устройств и имеет несколько иной смысл.
Различаютоптическое и интерполированное разрешение. Величину оптическогоразрешения можно вычислить, разделив количество светочувствительных элементов всканирующей линейке на ширину планшета. Нетрудно сосчитать, что количествосветочувствительных элементов у сканера, имеющего оптическое разрешение 600 ppiи формат планшета Legal (то есть шириной 8,5 дюйма, или 216 мм) должно составлять не менее 5100, а при разрешении 1200 ppi — 11 000! Говоря осканере как об абстрактном цифровом устройстве, важно понимать, что оптическоеразрешение — это частота дискретизации, только в данном случаеотсчет идет не по времени, а по расстоянию.
Втабл. 1 приведены требуемые значения разрешающей способности для наиболеераспространенных задач. Как вы можете заметить, при сканировании в отраженномсвете в большинстве случаев более чем достаточно разрешения в 300 ppi, а болеевысокие значения требуются в основном для работы с прозрачными оригиналами, вчастности 35-миллиметровыми диапозитивами и негативами.
Многиепроизводители, стремясь привлечь покупателей, указывают в документации и накоробках своих изделий значение оптического разрешения 600x1200 ppi (илисоответственно 1200x2400). Однако вдвое большая цифра для вертикальной осиозначает не что иное, как сканирование с половинным вертикальным шагом идальнейшей программной интерполяцией, так что в данном случае оптическоеразрешение этих моделей фактически остается равным первой цифре.
Интерполированноеразрешение — это повышение количества пикселов в отсканированном изображении засчет программной обработки. Величина интерполированного разрешения может вомного раз превышать величину оптического разрешения, однако следует помнить,что количество информации, полученной с оригинала, будет таким же, как и присканировании с оптическим разрешением. Иными словами, повысить детальностьизображения при сканировании с разрешением, превышающим оптическое, не удастся.
7.2 Разрядность
Разрядность,или глубина цвета, определяет максимальное число значений, которые можетпринимать цвет пикселя. Иными словами, чем больше разрядность при сканировании,тем большее количество оттенков может содержать полученное изображение.Например, при сканировании черно-белого изображения с разрядностью 8 бит мыможем получить 256 градаций серого (28=256), а используя 10 бит —уже 1024 градации (210=1024). Для цветных изображений возможны дваварианта указываемой разрядности — количество бит на каждый из базовых цветовлибо общее количество бит. В настоящее время стандартом для хранения и передачиполноцветных изображений (например, фотографий) является 24-битный цвет.Поскольку при сканировании цветных оригиналов изображение формируется поаддитивному принципу из трех базовых цветов, то на каждый из них приходится по8 бит, а количество возможных оттенков составляет около 16,7 млн. (224=16 777 216). Многие сканеры используют большую разрядность — 12, 14 или 16 битна цвет (полная разрядность составляет соответственно 36, 42 или 48 бит),однако для записи и дальнейшей обработки изображений эта функция должнаподдерживаться применяемым программным обеспечением; в противном случаеполученное изображение будет записано в файл с 24-битной разрядностью.
Следуетотметить, что более высокая разрядность далеко не всегда подразумевает болеевысокое качество изображения. Указывая 36- или 48-битную глубину цвета вдокументации или рекламных материалах, производители зачастую умалчивают о том,что часть битов используется для хранения служебной информации.
Динамическийдиапазон (максимальная оптическая плотность)
Какизвестно, более темные участки изображения поглощают большее количествопадающего на них света, чем светлые. Величина оптической плотности показывает,насколько темным является данный участок изображения и соответственно какоеколичество света поглощается и какое отражается (или проходит насквозь в случаепрозрачного оригинала). Обычно плотность измеряется для некоего стандартногоисточника света, имеющего заранее определенный спектр. Значение плотностивычисляется по формуле:
D=log (1/R),
гдеD — величина плотности, а R — коэффициент отражения (то есть доля отражаемогоили проходящего света).
Например,для участка оригинала, отражающего (пропускающего) 15% падающего на него света,величина плотности составит log(1/0,15)= 0,8239.
Чембольше максимальная воспринимаемая плотность, тем больше динамическийдиапазон данного устройства. Теоретически динамический диапазон ограничениспользуемой разрядностью. Так, восьми битное монохромное изображение можетиметь до 256 градаций, то есть минимальный воспроизводимый оттенок составит 1/256(0,39%), следовательно, динамический диапазон будет равен log(256)=2,4. Для10-битного изображения он будет уже немного больше 3, а для 12-битного — 3,61.
Практическиэто означает, что сканер с большим динамическим диапазоном позволяет лучшевоспроизводить темные участки изображений или просто темные изображения(например, передержанные фотоснимки). Следует оговориться, что в реальныхусловиях динамический диапазон оказывается меньше приведенных выше значенийиз-за влияния шумов и перекрестных помех.
Плотностьподавляющего большинства непрозрачных оригиналов, сканируемых на отражение, какправило, не превышает значения 2,0 (что соответствует участку с однопроцентнымотражением), а типичное значение для высококачественных печатных оригиналовсоставляет 1,6. Слайды и негативы могут иметь участки с плотностью, превышающей2,0.
7.3 Источник света
Используемыйв конструкции того или иного сканера источник света в немалой степени влияет накачество получаемого изображения. В настоящее время используются четыре типаисточников света:
· Ксеноновыегазоразрядные лампы.Их отличает чрезвычайно быстрое время включения, высокая стабильностьизлучения, небольшие размеры и долгий срок службы. Но, с другой стороны, они неочень эффективны с точки зрения соотношения количества потребляемой энергии иинтенсивности светового потока, имеют неидеальный спектр (что может вызватьнарушение точности цветопередачи) и требуют высокого напряжения (порядка 2 кВ).
· Люминесцентныелампы с горячим катодом. Эти лампы обладают наибольшей эффективностью, очень ровным спектром(которым к тому же можно управлять в определенных пределах) и малым временемразогрева (порядка 3-5 с). К отрицательным сторонам можно отнести не оченьстабильные характеристики, довольно большие габариты, относительно небольшойсрок службы (порядка 1000 часов) и необходимость держать лампу постоянновключенной в процессе работы сканера.
· Люминесцентныелампы с холодным катодом. Такие лампы имеют очень большой срок службы (от 5 до 10 тыс. часов),низкую рабочую температуру, ровный спектр (следует отметить, что конструкциянекоторых моделей ламп с холодным катодом оптимизирована для повышенияинтенсивности светового потока, что негативно отражается на спектральныххарактеристиках). За перечисленные достоинства приходится расплачиватьсядовольно большим временем прогрева (от 30 с до нескольких минут) и болеевысоким, чем у ламп с горячим катодом, энергопотреблением.
· Светодиоды(LED) применяются,как правило, в CIS-сканерах. Они обладают очень малыми габаритами, небольшимэнергопотреблением и не требуют времени для прогрева. Во многих случаяхиспользуются трехцветные светодиоды, с большой частотой меняющие цветизлучаемого света. Однако светодиоды имеют довольно низкую (по сравнению слампами) интенсивность светового потока, что снижает скорость сканирования иувеличивает уровень шума на изображении. Весьма неравномерный и ограниченныйспектр излучения влечет за собой неизбежное ухудшение цветопередачи.
7.4 Шум
Какуже упоминалось выше, сканер с 24-битной разрядностью теоретически способенвоспроизводить даже довольно темные оригиналы. Однако на практике этому мешаютнекоторые факторы, обусловленные применяемой технологией получения изображения,и в первую очередь регулярный и случайный шум. Рассмотрим каждыйиз них подробнее.
7.4.1.Случайный шум
Проявляетсяв виде «снега», гранулярности или хаотически расположенных инородных точек наизображении и возникает как вследствие нестабильности работы полупроводниковыхприборов (при изменении температуры и с течением времени), так и в результатевносимых электронными компонентами искажений. Наиболее заметен такой шум натемных областях изображения, поскольку при равном абсолютном уровне шумаотношение «сигнал/шум» на них будет гораздо меньше, чем на светлых участках.Для минимизации случайного шума перед сканированием выполняется процедуракалибровки, во время которой измеряются пороговые значения и смещение базовогонапряжения для каждого светочувствительного элемента.
7.4.2Регулярный шум
Возникаетвследствие перекрестных помех (наводимых с соседних светочувствительныхэлементов), кратковременных изменений базового напряжения в ПЗС-матрице,воздействия высокочастотных электрических полей, изменения яркости источникасвета и т.п. Регулярный шум, в отличие от случайного, очень хорошо заметен,поскольку проявляется в виде горизонтальных, вертикальных либо диагональныхполос.
8. Систематранспорта бумаги
Наискорейший способ получения сканированного изображения- быстро протащить бумажную страницу перед линейкой CCD, пользуясь каким-нибудьспособом перемещения бумаги. В скоростных сканерах применяются транспортныемеханизмы разных типов: роликовые (roller), ременные (belt), ротационные(drum), вакуумные. “Безусловно, лучшего” транспорта, к сожалению, не существует- каждый из применяемых типов механизмов показывает лучшие результаты вспецифических условиях применения.
Всканерах с роликовым транспортом лист проходит между двумя резиновыми роликами(подобным образом работают факс-аппараты). Преимущества этого вида транспорта заключаютсяв его простоте и низкой стоимости, однако роликовые механизмы обычно неподстраиваются к толщине бумаги и со временем (после некоторого износа роликов)начинают затягивать более одного листа бумаги.
Ременныйтранспорт протягивает лист между двумя системами нескользящих резиновых ремней.В некоторых сканерах (например, BancTec TDC-2610) предусмотрена прецизионнаясистема настройки взаимного расположения и скорости верхних и нижних ремней,что позволяет тонко настроить сканер на работу с конкретным типом материала.Изображение проецируется на сенсоры с помощью системы зеркал и линз, бумага приподаче почти не изгибается и не соприкасается со стеклом, что позволяетсканировать скрепленные, надорванные и слипшиеся документы. Недостатком этоговида транспорта является большое число ремней в конструкции, и, как следствиечувствительность процесса сканирования к физическому состоянию каждого из них.Неравномерный износ ремней и возможность их повреждения случайными предметами(например, скрепками) должны приниматься во внимание при проектированиитехнологического процесса с применением сканеров данной конструкции.
Ротационныесканеры (этот тип механизма используют, в частности, Bell+Howell и Kodak) менеедругих склонны к замятию листов, и обычно допускают настройку на толщинубумаги, однако сканирование сильно разнородного материала (широких и узкихдокументов, грубой и тонкой бумаги) в одном пакете не рекомендуется. Кдостоинствам ротационных сканеров принято относить их неприхотливость в работеи возврат отсканированного материала на операторский стол, а к недостаткамнесколько повышенное число документов отсканированных с перекосом.
Вакуумныйтранспорт с прямым протягом оригинала чрезвычайно терпим к качеству бумаги,возможным надрывам документов, сгибам и скрепкам. Применяется по преимуществу вмоделях, предназначенных для сканирования очень больших объемов документов.Недостатком является относительно высокая цена устройств (и их техническогосопровождения) и складирование отсканированного материала с обратной стороныоператорского стола. Впрочем, второй недостаток, как правило, легко устраняетсяесли не бояться первого, так как все изготовители аппаратов этого классавыпускают дополнительное операторское оборудование для повышения эффективностиработы с устройством (см. рис. 9).
8.1 Узлы подачи бумаги
Путь к быстрому сканированию лежитчерез эффективную подачу документов. Для приложений с сильно разнородным (потолщине бумаги, размерам или полиграфическому исполнению) потоком документовэксперты рекомендуют не пренебрегать ручной подачей. Bell+Howell, BancTec,Kodak, Photomatrix, VisionShape рассматривают ручную подачу большого числадокументов как полноправный и вполне практичный способ обращения с устройством.Для недорогих пластиковых моделей Fujitsu и Ricoh ручная подача хотя и возможна,на практике используется редко (лотки приема документов не рассчитаны на частуюручную установку отдельных листов и легко ломаются).
Вслучае автоматической подачи различают верхнюю и нижнюю автоподачу. Верхняяавтоподача (применяется Bell+Howell) предполагает укладку пачки документов“лицом вверх”, так как их обычно читают. Устройство автоподачи снимает верхнийлист, специальный ролик, вращающийся в противоположном направлении,препятствует затягиванию в сканер следующего листа. Давление пачки не влияет наподачу, и такая конструкция по сравнению с нижней позволяет устанавливать вустройство большее число документов. Недостатком является склонность к перекосунеровно уложенных документов, с чем призваны бороться предусмотренныеконструкцией дополнительные ролики.
Принижней автоподаче документы укладываются “лицом вниз” и сканер первой сканируетлист, лежащий “на дне” пачки. Если слой документов слишком массивен (ввидубольшого их числа или сравнительно плотной бумаги), давление на “дно” осложняетподачу документа или увеличивает вероятность подачи более чем одного листа.Нижняя подача сравнительно редко подает документ с перекосом и допускаетпостепенное (по мере ввода) пополнение сканируемой пачки документов, избавляяоператора от необходимости готовить документы к сканированию порциями.
Автоподатчикикак того, так и другого типа недружественно настроены по отношению к сильнымвариациям ширины листа в пачке, но сравнительно легко переносят совместноесканирование длинных и коротких (по ходу протяга) документов.
Напрактике потери времени в технологическом процессе сканирования зависят отсоответствия свойств сканируемого потока документов интеллектуальным ифизическим возможностям устройства. При выборе высокопроизводительного сканеранеобходимо проанализировать специфические особенности его применения вконкретной технологии обработки бумажных документов. Эффект (и немалый) даетлишь тщательно спроектированная технология ввода.
/>
Рис.10. Скоростной производственный сканер BancTec TDC-2610
/>
Рис.11. Скоростной производственный сканер Bell+Howell Copiscan 6338
Скоростные производственные сканеры документоввыпускаются относительно небольшим числом авторитетных и известныхизготовителей. Главные игроки на рынке документных сканеров — компании Fujitsu,Bell+Howell, Kodak, BancTec, Photomatrix, Ricoh, Scan-Optics, VisionShape.
/>
Рис.12.Станция сканирования / микрофильмирования Kodak Digital Science 990
/>
Рис.13.Скоростной сканер Bell+Howell PS/150 с вакуумным транспортом и стендом дляскладирования отсканированных документов
/>
Рис.14. Скоростной сканер BancTec S-Series
/>
Рис.15. Чековый сканер VisionShape B-1000
9.Интерфейс сканера
Даже для выполнения базовых функций, сканер должен располагатьнекоторым уровнем интеллекта. В процессах производственного сканированияустройство обычно полностью управляемо со стороны хост-компьютера. ПОпереопределяет установки сканера (яркость, контрастность, формат подаваемыхстраниц, черно-белый или полутоновый режим сканирования, ручная илиавтоматическая подача бумаги и т.п.). При этом между сканером ихост-компьютером передаются данные двух типов — сканированные изображения(видеоданные) и управляющие команды (управление режимами, старт стоп и др.). Многиескоростные сканеры используют для передачи видеоданных специальный параллельныйпротокол, а для управления пользуются последовательным. Этот интерфейс(получивший название serial/Video) поддерживается специальными интерфейснымиконтроллерами. Поскольку стандартного протокола для такой связи не существует,некоторые ведущие изготовители сканеров (Bell+Howell, Fujitsu и др.)разработали свои собственные протоколы, а другие (VisionShape, Photomatrix)присоединились к одному из них (выполнив систему команд сканера в стилеэмуляции основного протокола). Интерфейсные контроллеры осуществляют помимоуправления сканером специализированные операции по обработке поступающихизображений (аппаратная компрессия, формирование заголовков файлов, изменениеориентации страницы или исправление легкого перекоса).
Цифровые данные от сканера передаются в компьютер посредством аппаратногоинтерфейса.
9.1 SCSI
ЕслиВы собираетесь использовать сканер не с поставляемой в комплекте картой,учтите, что лёгкая совместимость получается только с контроллерами Adaptec,причём не UltraSCSI модификациями. Все остальные варианты могут принестипроблемы (я вполне понимаю, что значит ASPI -compliant, но уж поверьте — вданном случае лучше «жить с ISA», чем с не-Adaptec для PCI.)Поставляемые в комплекте со SCSI-моделями интерфейсные карты«не-Adaptec» не обещают подключение других SCSI-устройств, хотя быпотому, что не снабжены драйверами (но для некоторых драйвера можно найтисамостоятельно). Однако такие карты напрямую понимаются драйвером сканера иобеспечивают максимально простой и удобный процесс первоначального подключениясканера и перехода на новые версии операционных систем. Некоторые из этих картне требуют выделения фиксированного прерывания. Adaptec позволит подключить чтоугодно, но требует прерывания и некоторой возни с установкой. Размер буфераданных в планшетных моделях варьируется от 64кБ до 3МБ.
9.2USB (USB2.0)
/>
Впоследнее время довольно большой популярностью стала пользоваться шина USBособенно после включения ее поддержки в операционную систему Windows 9x. Этоттип подключения наиболее подходит неподготовленному пользователю — нужно лишьподключить кабель, а система установит самостоятельно все необходимоепрограммное обеспечение. Также данный интерфейс обладает скоростью передачи данных.И хотя он отстает от SCSI в этом отношении онне требует специальных карт-контролеров, так как USB уже широкоподдерживается всеми. И выигрывает в этом отношении у параллельного порта.
9.3Параллельный порт
Этотинтерфейс применим в сканерах низкого уровня. При использовании портов,соответствующих стандарту IEEE 1284 (порты ЕСР и ЕРР), скорость передачи данныхувеличивается. Поскольку во всех компьютерах есть параллельный порт, то сканерыс этим интерфейсом наиболее универсальны.
Сканерыс параллельным подключением обладают рядом существенных недостатков. Во-первых,не всегда удается обеспечить нормальную работу сканера и принтера или другогоустройства (Zip, LS-120 или CD-ROM), подключенных одновременно к параллельномупорту. Во-вторых, скорость передачи данных ограничена скоростью параллельногопорта. Даже если в компьютере установлены новые порты ЕСР или ЕРР, они недостигнут такой скорости передачи данных, как при использовании интерфейса SCSIили USB. Это тип подключения сканера можно рекомендовать только в том случае,если по каким-то npичинам другие интерфейсы использовать невозможно.
10. Обзор современных сканеров
· МодельContex FSS: Монохромные роликовые сканеры для САПР и ГИС • Формат АО • Ширинабумаги 152.4 — 1016 мм (6-40") • Макс, ширина поля сканирования 965 мм (38") • Длина не ограничена • 256 полутонов • Интерфейс SCSI-II, платформы — DOS,Windows, UNIX (SUN, Silicon Graphics, и др.) • Функции обработки растра вреальном времени: кадрирование, инверсия, выравнивание, устранение«мусора», заполнение пропусков в линиях, поворот изображения • 2Dадаптивный порог для сканирования неконтрастных оригиналов (синьки) •преобразование между различными графическими форматами. FSS 4300 разрешение 400dpi, 15с/АО (300dpi) • FSS 8300 разрешение 800 dpi, 15с/АО (200dpi) • FSS 8300Plus разрешение 800 dpi • Сверхбыстрый сканер (8 секунд/формат АО) • FSS 8300Сору разрешение 800 dpi, 15c/AO (200dpi) • Сканер с функцией прямогокопирования на плоттер; FSS 12300 разрешение 1200 dpi, 24с/АО (200dpi) • FSS18300 разрешение 1800 dpi, 31 с/АО (200dpi)
· МодельContex FCS: Цветные роликовые сканеры универсального применения; формат АО •Макс, ширина бумаги 1016мм (40"), для моделей Magnum 1310мм(51.5") •Макс, ширина поля сканирования 914мм (36"), для моделей Magnum 1270мм(50") • Длина не ограничена • Для моделей Magnum максимальная толщинаносителя 15мм • 24 бита RGB • 8/4 bit Paletted color. Простая цветоваякалибровка с помощью стандартных таблиц ANSI IT8, автоматическое или ручноесоздание цветовой палитры сканера, встроенный модуль JetStream (кроме моделиЗОЮ) обеспечивает высококачественное копирование на цветной плоттер в процессесканирования. Основные функции аналогичны сканерам серии FSS. FSC ЗОЮразрешение 300 dpi, 33с/АО (200dpi) • FSC 5010 разрешение 500 dpi, ЗЗс/АО(200dpi) • FSC 6010 разрешение 600 dpi, 48с/АО (200dpi) • FSC 8010 разрешение800 dpi, 48c/AO (200dpi) • FSC 3050 Magnum разрешение 600 dpi, 48c/AO (400dpi)• FSC 6050 Magnum разрешение 600 dpi, Збс/АО (400dpi) • FSC 8050 Magnumразрешение 800 dpi, 28c/AO (400dpi) • FSC 5010 сору разрешение 500 dpi, 33c/AO(200dpi), сканер с функцией прямого копирования на плоттер • FSC 8010 Соруразрешение 800 dpi, 48с/АО (200dpi), сканер с функцией прямого копирования наплоттер.
· МодельContex TDS 8000: Уникальный монохромный роликовый сканер формата A3(разрешением 800 dpi) для технической документации • Максимальная ширина полясканирования 300 мм • Автоподача документов (до 30 листов) • Длина неограничена • Остальные характеристики аналогичны сканерам серии FSS.
Заключение
Из выше перечисленного можно сделать общий вывод. Сканер и все егоразновидности еще долго будут применяться и быть нужными людям. Сканерпрактически применяется во всех сферах нашей повседневной жизни. Так уже сейчасвсе данные и архивы переводят в цифровую форму хранения. Это связано с тем чтотак легче хранить огромные массивы данных, и ориентироваться в них. Всесовременные системы безопасности базируются на сканерах безопасности.
Не смотря на широкую рекламу сделаную в Голливудских фильмах Они широкоприменяются в системах защиты особо важных обьектов. Эти сканеры в основномработают по принципу сканирования отпечатка пальца или сетчатки глаза человека.
Также широко применяются сканеры в торговле. Специальные сканерыштрих-кода используются в супермаркетах, оптовых магазинах, складах. Присчитывании штрих-кода рабочий сразу получает информацию от товаре что облегчаетего работу. Широкое использование штриховых кодов было обусловленонеобходимостью обеспечить автоматизированный ввод информации в компьютерныесистемы управления, который отличался бы высокой надежностью, простотой иэкономичностью. Мы сталкиваемся со штриховыми кодами, покупая товары вмагазинах, сдавая багаж в аэропортах… Этот список можно продолжить, но ужеприведенных примеров достаточно, чтобы убедиться, что потребность в ихизготовлении значительна.
Также широко применяют Листопротяжные сканеры — которые по конструкции ипринципу работы напоминают обычный факс-аппарат или машинку для проверкиподлинности денежных купюр. Оригинал втягивается внутрь специальными роликами исканируется по мере прохождения мимо светочувствительной матрицы. Упрощенныеварианты этих сканеров используются в офисах для распознавания текста исканирования упрощенной графики типа визиток и фирменных бланков, а также впаре с факс-модемом для отправки факсимильных сообщений. Специальные моделииспользуются в медицине для оцифровки рентгеновских снимков и историй болезни.
Планшетные сканеры- самое распространенное семейство сканеров, представителей которого можновстретить как в домашних условиях, так и на столе у профессионала или в любомофисе. Самая прогресирующая ветвь сканеров. Прогресс в этой области идетсемимильными шагами. Если например взять для примера сканер 7-летней давности исравнить его с современным планшетником то можно сразу отметить что увеличилосьоптическое разрешение сканера на целый порядок, скорость сканирования, применениеновых интерфейсов привело уже к тому что сканер мгновенно переносит электроннуюкопию на компьютер (USB,IEEE1394), а количество дополнительныхфункций (слайд-модули и т.д) позволяют применять сканеры в специфической роли –сканирование фотопленок без применения специальных слайд-сканеров. Планшетныйсканер является наиболее универсальным инструментом, подходящим под большинствозадач, модели авторитетных производителей неприхотливы и надежны, просты вустановке и использовании, разнообразие выпускаемых модификаций позволяетподобрать сканер практически под любые средства и требования. Большинствомоделей имеет возможность установки автоматического загрузчика документов изпачки. Разрешение современных планшетников достигает 4800 ppi (при разрешении 1500-2000ppi у сканеров 5-7 лет назад) и сейчасуже планшетные сканеры по качеству сканирования вплотную подбираются кбарабаным сканерам которые считаются самой старшей ветвью сканеров, и имипользуются только профессионалы сканирование производится перемещением объективавдоль вращающегося со скоростью порядка 1000 оборотов в минуту барабана.Использование галогенного источника света, световой поток от которогоконцентрируется на точечной области барабана, позволяет исключить влияние помехи обрабатывать весь спектр оригиналов с высочайшим качеством. модели высшегокласса способны выдать свыше 10000ppi но недостатком этих сканеров остаетсявысокая цена (15000$ и выше). Еще есть один тип сканера-проекционный сканер восновном его применяют для сканирования 3D обьектов и создания их, по принципу работы он напоминаетфотоувеличитель. С его помощью часто создаются 3х мерные объекты которыеиспользуются как макеты, а часто применяются в фильмах для создания спец. эффектов.
Сканеры все еще продолжают развиваться, их технические характеристикибудут расти.
В современном мире сейчас идет тенденция к минитюаризации, это такжекоснется и сканеров уже сейчас датчики ПЗС уменьшаются и повышается плотностьих размещения на линейке, что следовательно повышает оптическое разрешениесканера. Возможно скоро уже уйдет со сцены такой тип сканера как ручной и егозаменят различные приспособления (например сканирующих ручек C-Pen) которые используя такие новейшие интерфейсы как IrDa,Bluetooth и другие переносят данные сразу вкомпьютер. Уже отходит LPTинтерфейс с помощью которого старые сканеры соединяется с ПК так как он ужеморально и физически устарел и его уже заменили USB, FIREWIRE. В возможно в будущем появятся универсальные сканеры которые при высокомоптическом разрешении, скорости сканирования и будут многофункицональнымиустройствами. Это видно уже сейчас когда планшетный сканер может помимопростого сканирования выполнять сканирование пленок и объемных предметов чтоуже говорит о универсальности устройства.
Список использованной литературы
1. Компьютер Пресс 1-12№\2005г.
2. Hard&Soft 1-12\2005г.
3.Upgrade 1-12\2005г.
4.CHIP 1-12\2005г.
5. Internet:
www.scan.tomsk.ru
www.scaners.ru
www.sovetnik.ru
www.referat.ru
www.5balov.ru
www.infocom.uz
www.aport.ru
www.rambler.ru
www.yandex.ru
www.km.ru