Роздільна здатність
Розрядність
Динамічний діапазон (максимальна оптична щільність)
Джерело світла
шум
Роздільна здатність
Роздільна здатність, або дозвіл, - один з найбільш важливих параметрів, що характеризують можливості сканера. Найпоширеніша одиниця виміру роздільної здатності сканерів - кількість пікселів на один дюйм (pixels per inch. Ppi). Не слід ототожнювати ppi c більш відомої одиницею dpi (dots per inch - кількість точок на дюйм), яка використовується для вимірювання роздільної здатності растрових друкуючих пристроїв і має дещо інший сенс.
Розрізняють оптичне і интерполированное дозвіл. Величину оптичного дозволу можна обчислити, розділивши кількість світлочутливих елементів в скануючої лінійці на ширину планшета. Нескладно порахувати, що кількість світлочутливих елементів у розглянутих нами сканерів, що мають оптичне здатність 1200 ppi і формат планшета Legal (тобто ширину 8,5 дюйма, або 216 мм), має становити не менше 11 тис.
Говорячи про сканер як про абстрактне цифровому пристрої, потрібно розуміти, що оптичне дозвіл - це частота дискретизації, тільки в даному випадку відлік йде не за часом, а по відстані.
У табл. 1 наведені необхідні значення роздільної здатності для вирішення найбільш поширених завдань. Як можна помітити, при скануванні у відбитому світлі в більшості випадків цілком достатньо дозволу в 300 ppi, а більш високі значення потрібні або для масштабування оригіналу на більший розмір, або для роботи з прозорими оригіналами, зокрема з 35-міліметровими діапозитивами і негативами.
Таблиця 1. Величини роздільної здатності для вирішення найбільш поширених завдань
60-міліметрова плівка, фото для роздруківки на струменевому принтері
Багато виробників, прагнучи залучити покупців, вказують в документації і на коробках своїх виробів значення оптичного роздільної здатності 1200 * 2400 ppi. Однак вдвічі більша цифра для вертикальної осі означає не що інше, як сканування з половинним вертикальним кроком і подальшої програмної інтерполяції, так що в даному випадку оптичний дозвіл цих моделей фактично залишається рівним першій цифрі.
Інтерпольоване дозвіл - це підвищення кількості пікселів у відсканованому зображенні за рахунок програмної обробки. Величина інтерпольованого дозволу може у багато разів перевищувати величину оптичного дозволу, проте слід пам'ятати, що кількість інформації, отриманої з оригіналу, буде таким же, як і при скануванні з оптичним дозволом. Іншими словами, підвищити детальність зображення при скануванні з роздільною здатністю, що перевищує оптичне, не вдасться.
Розрядність
Розрядність, або глибина кольору, визначає максимальне число значень, які може приймати колір пікселя. Інакше кажучи, чим вище розрядність при скануванні, тим більша кількість відтінків може містити отримане зображення. Наприклад, при скануванні чорно-білого зображення з розрядністю 8 біт ми можемо отримати 256 градацій сірого (2 8 = 256), а використовуючи 10 біт - вже 1024 градації (2 10 = 1024). Для кольорових зображень можливі два варіанти, про яку йдеться розрядності - кількість біт на кожен з базових квітів або загальна кількість біт 1. В даний час стандартом для зберігання і передачі повнокольорових зображень (наприклад, фотографій) є 24-бітний колір. Оскільки при скануванні кольорових оригіналів зображення формується за аддитивному принципом з трьох базових кольорів, то на кожен з них припадає по 8 біт, а кількість можливих відтінків становить трохи более16,7 млн. (2 24 = 16 777 216). Багато сканери використовують велику розрядність - 12, 14 або 16 біт на колір (повна розрядність становить відповідно 36, 42 або 48 біт), однак для запису і подальшої обробки зображень ця функція повинна підтримуватися застосовуваним програмним забезпеченням; в іншому випадку отримане зображення буде записано в файл з 24-бітної розрядністю.
Динамічний діапазон (максимальна оптична щільність)
Як відомо, темніші ділянки зображення поглинають більшу кількість падаючого на них світла, ніж світлі. Величина оптичної щільності показує, наскільки темним є дана ділянка зображення і, отже, скільки світла поглинається, а яке відбивається (або проходить наскрізь в разі прозорого оригіналу). Зазвичай щільність вимірюється для якогось стандартного джерела світла, що має заздалегідь визначений спектр. Значення щільності обчислюється за формулою:
де D - величина щільності, R - коефіцієнт відбиття (тобто частка відбитого або прохідного світла).
Наприклад, для ділянки оригіналу, що відображає (пропускає) 15% падаючого на нього світла, величина щільності складе log (1 / 0,15) = 0,8239.
Чим вище максимальна сприймається щільність, тим більше динамічний діапазон даного пристрою. Теоретично динамічний діапазон обмежений використовуваної розрядністю. Так, восьмібітного монохромне зображення може мати до 256 градацій, тобто мінімальний відтворений відтінок складе 1/256 (0,39%), отже динамічний діапазон буде дорівнює log (256) = 2,4. Для 10-бітного зображення він буде вже трохи більше 3, а для 12-бітного - 3,61.
Фактично це означає, що сканер з великим динамічним діапазоном дозволяє краще відтворювати темні ділянки зображень або просто темні зображення (наприклад, перетримані фотознімки). Слід зазначити, що в реальних умовах динамічний діапазон виявляється менше вищевказаних значень через вплив шумів і перехресних перешкод.
У більшості випадків щільність непрозорих оригіналів, що скануються на відображення, не перевищує значення 2,0 (що відповідає ділянці з однопроцентним відображенням), а типове значення для високоякісних друкованих оригіналів становить 1,6. Слайди і негативи можуть мати ділянки з щільністю вище 2,0.
Джерело світла
Джерело світла, що використовується в конструкції того чи іншого сканера, в чималому ступені впливає на якість одержуваного зображення. В даний час використовуються чотири типи джерел світла:
- Ксенонові газорозрядні лампи. Їх відрізняють надзвичайно малий час включення, висока стабільність випромінювання, невеликі розміри і довгий термін служби. Але вони не дуже ефективні з точки зору співвідношення кількості споживаної енергії і інтенсивності світлового потоку, мають неідеальний спектр (що може викликати порушення точності передачі кольору) і вимагають високої напруги (близько 2 кВ).
- Люмінесцентні лампи з гарячим катодом. Ці лампи мають найбільшою ефективністю, дуже рівним спектром (яким до того ж можна управляти в певних межах) і малим часом розігріву (порядку 3-5 с). До негативних сторін можна віднести не дуже стабільні характеристики, досить значні габарити, відносно недовгий термін служби (близько 1000 годин) і необхідність тримати лампу постійно включеної в процесі роботи сканера.
- Люмінесцентні лампи з холодним катодом. Такі лампи мають дуже великий термін служби (від 5 до 10 тис. Годин), низьку робочу температуру, рівний спектр (слід зазначити, що конструкція деяких моделей цих ламп оптимізована для підвищення інтенсивності світлового потоку, що негативно відбивається на спектральних характеристиках). За перераховані достоїнства доводиться розплачуватися досить великим часом прогріву (від 30 с до кількох хвилин) і більш високим, ніж у ламп з гарячим катодом, енергоспоживанням.
- Світлодіоди (LED). Вони застосовуються, як правило, в CIS-сканерах. Цветодіоди мають дуже малі габарити, невеликим енергоспоживанням і не вимагають часу для прогріву. У багатьох випадках використовуються триколірні світлодіоди, з великою частотою міняють колір випромінюваного світла. Однак світлодіоди мають досить низьку (порівняно з лампами) інтенсивність світлового потоку, що знижує швидкість сканування і збільшує рівень шуму на зображенні. Вельми нерівномірний і обмежений спектр випромінювання неминуче тягне за собою погіршення кольору.
Як уже згадувалося вище, сканер з 24-бітної розрядністю теоретично здатний відтворювати навіть досить темні оригінали. Однак на практиці цього заважають деякі фактори, обумовлені пріменямий технологією отримання зображення, і в першу чергу регулярний і випадковий шум. Розглянемо ці шуми докладніше.
Збільшені фрагменти оригіналу (праворуч) і його сканованих зображень (ліворуч). На лівому фрагменті помітний випадковий шум
Збільшені фрагменти оригіналу (праворуч) і його сканованих зображень (ліворуч). На лівому фрагменті помітні прояви регулярного шуму у вигляді вертикальних смуг
Випадковий шум проявляється у вигляді «снігу», гранулярності або хаотично розташованих сторонніх точок на зображенні і виникає як внаслідок нестабільності роботи напівпровідникових приладів (при зміні температури і з плином часу), так і в результаті спотворень, що вносяться електронними компонентами. Найбільш помітний такий шум на темних областях зображення, оскільки при рівному абсолютному рівні шуму відношення «сигнал / шум» на них буде набагато менше, ніж на світлих ділянках. Для мінімізації випадкового шуму перед скануванням виконується процедура калібрування, під час якої вимірюються порогові значення і зміщення базового напруги для кожного світлочутливого елемента.
Регулярний шум виникає внаслідок перехресних перешкод (що наводяться з сусідніх світлочутливих елементів), короткочасних змін базового напруги в ПЗС-матриці, впливу високочастотних електричних полів, зміни яскравості джерела світла і т.п. Регулярний шум, на відміну від випадкового, дуже добре помітний, оскільки проявляється у вигляді горизонтальних, вертикальних або діагональних смуг.