КомпьюАрт

11 - 2008

Допечатка. О сканировании

Юрий Самарин, доктор технических наук, профессор МГУП

Планшетные сканеры

Барабанные сканеры

Что такое ФЭУ и ПЗС

Начнем с подробной схемы, на которой показано все разнообразие существующего сегодня допечатного оборудования (рис. 1). Хотелось бы напомнить, что полиграфия — это отрасль обработки и представления информации на бумажных носителях. Эта информация в виде текста и иллюстраций (на схеме показана желтым цветом) поступает в допечатные отделы типографий.

Рис. 1. Обобщенная схема системы допечатной подготовки изданий

Рис. 1. Обобщенная схема системы допечатной подготовки изданий с основными вариантами изготовления форм офсетной печати (ФОП), высокой печати (ФВП), флексографской печати (ФФП), глубокой печати (ФГП) и вывода информации непосредственно на печать с помощью цифровой печатной машины

Первое, что после пятиминутного перекура делает работник дизайнерского центра полиграфической фирмы, — он открывает крышку сканера (на схеме показан зеленым цветом) и помещает туда мятый и обшарпанный оригинал, который принес заказчик… Это потом происходит обработка оригинала в программе Adobe Photoshop, верстка полос, вывод печатных форм и печать. Но начинается процесс все-таки со сканера.

В системе допечатной подготовки изданий для оцифровки изобразительной информации, то есть представления изображений в цифровом виде, и ее ввода используются специальные устройства: сканеры и цифровые фотоаппараты, которым в этой публикации тоже отведено несколько строк.

Сканеры позволяют вводить в компьютер изображения, представленные в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий на плоских носителях (обычно на бумаге, пленке или фотобумаге), а также изображения объемных объектов небольших размеров. Сканер при считывании изображения представляет его (дискретизирует) в виде совокупности отдельных точек (пикселов) разного уровня оптической плотности — основной характеристики изображения (рис. 2). Информация об уровнях оптической плотности этих точек анализируется, преобразуется в двоичную цифровую форму и вводится для дальнейшей обработки в систему. Анализ изображения осуществляется методом сканирования (отсюда название устройства — сканер).

Рис. 2. Цифровое представление изображения

Рис. 2. Цифровое представление изображения

Процесс сканирования при анализе изображения заключается в том, что, перемещая сфокусированный световой луч, можно произвести поэлементное считывание двумерного изображения, рассчитанного на наблюдение в отраженном или проходящем свете. Световой поток, приобретающий при этом амплитудную модуляцию вследствие взаимодействия с изображением, можно собрать и преобразовать в электрический сигнал, пригодный для передачи, обработки и записи (рис. 3).

Рис. 3. Механизм работы планшетного сканера: 1 — источник света; 2 — оригинал; 3 и 4 — зеркала; 5 — линза; 6 — линейка ПЗС; 7 — элементы линейки ПЗС

Рис. 3. Механизм работы планшетного сканера: 1 — источник света; 2 — оригинал; 3 и 4 — зеркала; 5 — линза; 6 — линейка ПЗС; 7 — элементы линейки ПЗС

В системах допечатной подготовки изданий в настоящее время применяются планшетные (полутоновые и цветные), проекционные (они напоминают увеличитель и теперь не используются) и барабанные цветные сканеры высокого разрешения (еще встречаются в больших типографиях).

Планшетные сканеры

Наиболее распространенный тип сканеров — планшетный (плоскостной). Почти все модели имеют съемную крышку, что позволяет сканировать толстые оригиналы (журналы, книги). Дополнительно некоторые модели могут оснащаться механизмом подачи отдельных листов, что удобно при работе с программами распознавания текстов — OCR (Optical Characters Recognition).

Рис. 4. Сканер марки ScanMaker 9800XL (MICROTEK), установленный в редакции журнала КомпьюАрт, укомплектован слайд-модулем (размещен в крышке), имеющим свой источник света

Рис. 4. Сканер марки ScanMaker 9800XL (MICROTEK), установленный в редакции журнала КомпьюАрт, укомплектован слайд-модулем (размещен в крышке), имеющим свой источник света

 

Рис. 5. Рамки для сканирования и монтажа слайдов

Рис. 5. Рамки для сканирования и монтажа слайдов

Планшетные сканеры для сканирования прозрачных оригиналов могут комплектоваться слайд-модулем, который имеет свой источник света, расположенный сверху (рис. 4 и 5). Такой слайд-модуль устанавливается на плоскостной сканер вместо простой крышки, делая сканер универсальным (плоскостной сканер с установленным слайд-модулем).

В начало В начало

Барабанные сканеры

Основное отличие барабанных сканеров заключается в том, что оригинал закрепляется на прозрачном барабане, который вращается с высокой частотой. Считывающий элемент располагается максимально близко от оригинала. Данная структура обеспечивает высокое качество сканирования. Обычно в барабанных сканерах установлено три фотоумножителя и сканирование осуществляется за один проход. Некоторые барабанные сканеры в качестве считывающего элемента вместо фотоумножителя используют фотодиод. Барабанные сканеры способны сканировать непрозрачные и прозрачные оригиналы.

Барабанные сканеры дороги, но с их помощью можно получать изображения с высокой степенью детализации, которые, в свою очередь, могут быть использованы для последующего ретуширования, цветоделения и, наконец, формирования конечного варианта представления страницы издания или пленки для изготовления печатной формы.

В барабанных сканерах оригинал с помощью специальной ленты или масла закрепляется на поверхности прозрачного цилиндра из органического стекла (барабана), укрепленного на массивном основании, которое обеспечивает его устойчивость. Барабан вращается с большой частотой, а находящийся рядом с ним сканирующий фотоприемник через крошечную апертуру точка за точкой с высокой точностью считывает изображение. В большинстве сканеров, применяемых в полиграфии, в качестве фотоприемника используется ФЭУ, который перемещается на прецизионной винтовой паре вдоль барабана и точечно сканирует оригинал (при наличии нескольких ФЭУ он сканирует соответствующее число точек). Для освещения оригинала используется мощный ксеноновый или галогенный источник света, к стабильности излучения которого предъявляются высокие требования. При сканировании прозрачных оригиналов применяется источник света, расположенный внутри барабана, а при сканировании отражающих оригиналов — вне его, рядом с приемником излучения. Поскольку частота вращения барабана высокая, на изображении можно фокусировать чрезвычайно мощный источник света без риска повредить оригинал. Яркость источника света, возможность регулирования фокуса и технология поэлементной выборки обеспечивают высокое соотношение «сигнал/шум» и точную передачу тонов изображения без перекрестных помех от соседних точек.

Отличительный признак полиграфических барабанных сканеров — возможность сканировать оригиналы, имеющие высокую оптическую плотность (печатные издания, художественные работы, слайды, диапозитивы, негативные пленки), как в отраженном, так и в проходящем свете с разрешением, ограниченным лишь размером барабана и минимальной апертурой. Современные барабанные сканеры позволяют сканировать изображение с интерполяционным разрешением 24 000 dpi.

Большинство барабанных сканеров имеют горизонтальное расположение прозрачного барабана. Известна конструкция сканеров с вертикальным расположением барабана, что существенно уменьшает занимаемую сканером площадь.

Существуют также листопротяжные (роликовые) сканеры, в которых оригинал протягивается с помощью роликов сквозь сканер, где и считывается его головкой. В отличие от планшетного сканера неподвижной является головка. Данный вид сканеров широко применяется при создании электронных архивов документов (их еще иногда называют документ-сканерами), в библиотеках и архивах, в салонах цифровой печати.

К листопротяжным сканерам относятся и профессиональные роликовые сканеры для CAM/CAD-приложений, которые используются в проектных институтах. Основным достоинством таких сканеров является то, что они могут сканировать оригиналы (архивные чертежи, кальки) шириной формата A0 и толщиной до 15 мм.

В начало В начало

Что такое ФЭУ и ПЗС

В современных сканерах в основном применяются фотоприемники двух типов: фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и приборы с зарядовой связью (ПЗС). Иногда используются фотодиоды (ФД).

Фотоэлектронные умножители в качестве светочувствительных приборов используются в барабанных сканерах. ФЭУ усиливают свет ксеноновой или вольфрамово-галогенной лампы, модулированный изображением, который с помощью конденсорных линз или волоконной оптики фокусируется на чрезвычайно малой области оригинала.

Фототок, возникающий в фотоэлементе под воздействием света, прямо пропорционален интенсивности падающего на него светового потока. Особенность ФЭУ как фотоприемника заключается в том, что благодаря системе диодов коэффициент пропорциональности удается увеличить в миллионы раз (до восьми порядков). Спектральный диапазон ФЭУ для полиграфических целей также безупречен, поскольку он полностью перекрывает видимый спектр световых волн.

Датчик на основе ПЗС — это твердотельный электронный компонент, состоящий из множества крошечных светочувствительных элементов, которые формируют электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего на них света. В основу работы ПЗС положена зависимость проводимости p-n-перехода обыкновенного полупроводникового диода от степени его освещенности (рис. 6).

Рис. 6. Пример использования линейного ПЗС в планшетном сканере

Рис. 6. Пример использования линейного ПЗС в планшетном сканере: 1 — источник света; 2 — диафрагма; 3 — оригинал; 4 — шкив; 5 — стекло; 6 — зеркало; 7 — каретка; 8 — плата управления; 9 — направляющие; 10 — диафрагма; 11 — объектив; 12 — линейка ПЗС; 13 — фрагмент изображения; 14 — шаговый двигатель; 15 — основание; 16 — тросик

В одной линейке ПЗС может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч фоточувствительных ячеек. Размер элементарной ячейки ПЗС является критичным параметром, так как от него зависит не только разрешающая способность сканера, но и максимальная величина удерживаемого заряда, а следовательно, и динамический диапазон устройства. Увеличение разрешающей способности сканера приводит к сужению его динамического диапазона. Хотя и считается, что спектральный диапазон ПЗС может перекрывать весь видимый спектр, но, как и у большинства полупроводниковых фотоприемников, синяя область спектра для них труднодоступна, а наибольшая чувствительность наблюдается ближе к красной области.

ПЗС используются в основном в планшетных и проекционных сканерах, а также в цифровых фотоаппаратах. В последних двух случаях применяются как линейные, так и матричные ПЗС.

Кстати, матрица ПЗС является важной частью цифровых аппаратов.

Напомним, что цифровой фотоаппарат (цифровая камера) — это устройство для фотографической съемки, в котором изображение регистрируется не на пленку, а на одну или несколько линейных или прямоугольных матриц ПЗС и сохраняется в цифровом виде. В зависимости от конструкции цифровые камеры подразделяются на несколько видов: на камеры с задней разверткой; трехкадровые камеры; однокадровые камеры с одной матрицей; однокадровые камеры с тремя матрицами.

Основные технические характеристики цифровых фотоаппаратов во многом аналогичны параметрам сканеров. Это разрешающая способность, технология сканирования, динамический диапазон, а также выдержка, то есть время, в течение которого формируется цифровое изображение.

Разрешение (разрешающая способность) — величина, характеризующая количество считываемых элементов изображения на единице длины. Обычно размерность этой величины указывают в точках на дюйм (dpi). Разрешающую способность сканера определяют как физическое (аппаратное) разрешение и интерполяционное разрешение.

Рис. 7. Схема работы ФЭУ барабанного сканера

Рис. 7. Схема работы ФЭУ барабанного сканера: 1 — источник света; 2 — объектив; 3 — барабан; 4 — оригинал; 5 — объектив; 6 — фотоэлектронный умножитель; 7 — фрагмент изображения

Физическое разрешение характеризует конструктивные возможности сканера в оцифровке изображения по горизонтали и по вертикали. Оптическая (горизонтальная) разрешающая способность сканера характеризует максимальный объем дискретной информации, вводимой оптической системой устройства. Оптическое разрешение планшетных (плоскостных) сканеров, имеющих фиксированное фокусное расстояние, определяется как отношение количества отдельных светочувствительных элементов в линейке (или линейках) фотоприемника к максимальной ширине рабочей области сканера и характеризует шаг дискретизации сканируемого изображения по горизонтали.

Совет работнику дизайнерского центра

Коэффициент увеличения показывает (обычно в процентах), во сколько раз можно увеличить изображение оригинала в процессе сканирования. В зависимости от типа и класса сканера требуемый коэффициент увеличения либо определяется автоматически, либо устанавливается пользователем вручную перед сканированием. В автоматическом режиме драйвер сканера вычисляет требуемое входное разрешение, учитывая размер оригинала и выбранный коэффициент увеличения.

Существует математическая зависимость разрешающей способности R в точках на дюйм (dpi), с учетом которой необходимо сканировать оригинал для получения заданного качества:

R = L K M,

где L — линиатура полиграфического растра, с которым будет производиться дальнейшая печать, lpi; М — коэффициент масштаба увеличения изображения; К — так называемый коэффициент качества, лежащий в пределах от 1,5 до 2.

Высокое значение оптического разрешения достигается за счет увеличения плотности регистрирующих элементов или одновременного использования нескольких фотоприемников. В последнем случае автоматически или вручную перед сканированием объединяются отдельные части вводимого изображения.

Расстояние, на которое с помощью шагового механизма смещается сканирующая головка, определяет разрешающую способность сканера по вертикали, то есть его механическую (вертикальную) разрешающую способность. Разрешение вводимого изображения в вертикальном направлении определяется скоростью перемещения оригинала относительно фотоприемника. При уменьшении скорости увеличивается разрешение сканирования, и, наоборот, чем выше разрешающая способность сканера, тем детальнее будет информация, считанная с оригинала.

Разрешающая способность барабанных сканеров, в отличие от сканеров других типов, выражается как оптическое разрешение (в точках на дюйм), поскольку в них реализован точечный способ получения информации об изображении. Разрешающая способность таких сканеров зависит от характеристик шагового двигателя и апертуры объектива, а также от яркости используемого источника света и максимальной частоты вращения барабана (рис. 7). Во многих сканерах предусматривается возможность программного повышения разрешения — интерполяции. Однако это не повышает степени детализации представления изображения, а лишь снижает его зернистость.

В начало В начало

КомпьюАрт 11'2008

Выбор номера:

heidelberg

Популярные статьи

Удаление эффекта красных глаз в Adobe Photoshop

При недостаточном освещении в момент съемки очень часто приходится использовать вспышку. Если объектами съемки являются люди или животные, то в темноте их зрачки расширяются и отражают вспышку фотоаппарата. Появившееся отражение называется эффектом красных глаз

Мировая реклама: правила хорошего тона. Вокруг цвета

В первой статье цикла «Мировая реклама: правила хорошего тона» речь шла об основных принципах композиционного построения рекламного сообщения. На сей раз хотелось бы затронуть не менее важный вопрос: использование цвета в рекламном производстве

CorelDRAW: размещение текста вдоль кривой

В этой статье приведены примеры размещения фигурного текста вдоль разомкнутой и замкнутой траектории. Рассмотрены возможные настройки его положения относительно кривой, а также рассказано, как отделить текст от траектории

Нормативные требования к этикеткам

Этикетка — это преимущественно печатная продукция, содержащая текстовую или графическую информацию и выполненная в виде наклейки или бирки на любой продукт производства