Объемное сканирование

Всем известно, для чего нужны сканеры - предпечатная подготовка материала, распознавание текста, или скажем, подготовка материала для web. Однако существует весьма нестандартная задача, которую способны решать сканеры - сканирование объемных предметов.

Вы пробовали фотографироваться на вашем сканере? :) Зря. Вот что получилось с помощью моего cтаренького HPScanJet4p - см. фотографию справа. А какие дивные получаются иллюстрации при сканировании печатных плат и вообще всяких деталек! Красивые блики на гладкой поверхности больших конденсаторов, чипы махонькие :). Для обычного фотографирования вам понадобится фон, подсветка специальная, пленка, дорогущий фотоаппарат...

Так что помимо оптического разрешения и глубины цветности, срока стабильной цветопередачи и интерфейса, вводим еще один пункт в спецификации - глубина резкости сканера. :) И получаем шампунь с кондиционером - сканер и стационарный цифровой фотоаппарат в одном флаконе.

Не каждый сканер будет поддерживать возможность объемного сканирования. Я подразумеваю под словом "объемность" возможность получения резкого изображения предметов, находящихся на некотором расстоянии от стекла сканера. Сканер такая вещь, что на самом деле нужно говорить об объеме резко изображаемого пространства, потому что нам нет необходимости просто сканировать плоскость, находящуюся на расстоянии от сканера.

Теория

Как работает сканер? Про сканеры и принципы их работы можно почитать вот здесь. А также есть особый сайт http://www.scaner.ru/ - масса полезных советов, есть даже статья про получение стереоскопических снимков. Общую информацию про сканеры на русском языке можно посмотреть на http://www.kv.minsk.by/has/reviews/pl_scaners.html. По интересующему нас вопросу там написано следующее:

Оптико-электронная система cостоит из сканирующей каретки с источником света, фокусирующего объектива или линзы, прибора с зарядовой связью и аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Если дело обстоит так с любым сканером, то логично предположить, что объемность должны поддерживать все. Однако, как показали испытания, у сканеров серии AGFA1212 и AGFA1236 глубина резкости так мала, что мятая бумага сканируется в совершенно несхожую ни с чем поверхность, сильно размытую и чрезмерно резкую на гранях, касающихся стекла. Может быть фирма AGFA использует в качестве сканирующего элемента некую ПЗС-линейку, у которой расстояние между пикселами очень мало? Цитата из той же статьи:

..начинает движение каретка, совершающая путь, равный длине стекла. Расположенная на ней лампа с холодным катодом освещает изображение. При помощи фокусирующего объектива световой поток от изображения проецируется на прибор с зарядовой связью, где преобразуется в аналоговую.

Это традиционное устройство сканера. Почему же объемность поддерживают не все? Ответ: существует и другая технология. Об этом можно прочитать в статье "Устройство сканера. Сравнение новой технологии CIS (Contact Image Sensor) с традиционной CCD (Charge Couple Device)":

"В большинстве современных сканеров для получения данных об изображении применяется приемный элемент, называемый CCD (Charge-Coupled Device, прибор с зарядовой связью - ПЗС). Эта технология известна уже много лет и используется также в аппаратах факсимильной связи, видеокамерах и других устройствах. В некоторых новых сканерах начинает использоваться другой тип приемного элемента, называемый CIS (Contact Image Sensor). Этот элемент состоит из линейки датчиков, непосредственно воспринимающих световой поток от оригинала, причем линейка имеет ширину, равную ширине рабочей области сканера, а оптическая система - зеркала, призма, обьектив - полностью отсутствует."

Внимательно рассмотрев прилагающуюся таблицу, осознаем требуемое - нас интересуют сканеры с CCD.

Какие оптические элементы могут присутствовать в сканере? Я смотрю на свой HP4p и наблюдаю: параллельный пучок света от протяженного источника отражается от предметов на стекле сканера, проходит через длинную призму АР-90 (углы 45-90-45), и попадает на приемник излучения - ПЗС-матрицу. Почему такая призма? Потому что юстировка и крепеж зеркала сложнее, а также абберрации у этой призмы малы. Но абберрации все-таки будут - хроматические (нарушение цветопередачи) и геометрические (дисторсия, видимо), а также дисперсия. Нам надо посчитать (хотя бы приблизительно) величину объема резко изображаемого пространства. В случае идеально оптической системы она равна бесконечности. А в нашем случае имеет место дисперсия - лучи разной длины волны, преломляясь, приходят на разные части матрицы и появляется цветовое пятно. Чем дальше предмет от призмы - тем больше величина пятна. Так что даже самая лучшая матрица нам не поможет бороться с дисперсией. Однако в остальных случаях (сканирование более плоских объектов), от матрицы напрямую зависит качество изображения.

Сенсоры CCD производят несколько мировых фирм-производителей, и, наверняка, качество сканера напрямую зависит от качества этого компонента. Например, Texas Instruments http://www.ti.com/ производит такого рода продукцию. На ее сайте есть описание, характеристики и общие принципы работы CCD-элементов.

Разрешение сканера и будет определяться качеством CCD. Она представляет собой матрицу из ячеек, между которыми существует некоторый зазор. Так вот минимальный замеченный объект будет определяться как один период - расстояние от одной ячейки до другой.

Можно поставить в ход лучей линзу побольше или двигать ее вместе с кареткой. Тогда мы сможем работать со слайдами, например, или с мелкими объектами. Такие линзы есть у сканеров фирмы Heidelberg, мало популярных в России. Однако абберрации в этом случае станут больше и разнообразнее.

Для наилучших результатов надо сканироваться в абсолютно темной комнате, или накрывать предметы белой тряпочкой. При сканировании блестящих (гладких) предметов необходимо учитывать направление движения источника света - как лягут тени и блики. При сканировании прозрачного стекла будет преломление света, дисперсия на гранях - в изображении будет радуга. Черный фон можно получить, если сканировать с открытой крышкой и ничем не накрывая. При сканировании может урезаться пурпурный диапазон из-за пограничной к инфракрасной длине волны, и пурпурный цветок станет просто красным - это касается, конечно, не только объемного сканирования.

Модели

Теперь о конкретных моделях сканеров и о конструктивных различиях.

1. AGFA не пишет ничего про технологию CCD и, видимо, использует CIS. Что и подтвердили мои эксперименты с SnapScan1236p.
2. О сволем варианте реализации CCD-технологии пишет UMAX: http://www.umax.ru/bet.htm. Трудно судить, какие точно сканеры этого производителя следуют этой технологии, а какие нет, так как в характеристиках не всегда указан этот пункт. Но, по крайней мере, сказано,что CCD-технологию B.E.T. используют модели ASTRA 2400S, PowerLook 3000, ASTRA 2000U, ASTRA 1220P. Сотрудники из питерского отделения фирмы "Терем" любезно протестировали модель ASTRA1220S, результаты мне понравились.
3. Вот что пишет про поддержку CDD в своих моделях Mustek. Модели с разрешением от 600*1200dpi, используют CCD - например, Paragon 1200 SP (SCSI для PC и MAC), или его профессиональный родственник Paragon 1200 SP PRO.
4. Heidelberg. Производитель не имеет собственного сайта, но есть обзоры их моделей. Линейка его сканеров - небольшая, но очень представительная, и имеет возможности работы со слайдами, то есть оптическая плотность выше 2.5. Про самый дешевый Jade2 (в фирме Терем стоимость около 300$) написано в PC-Magasine http://www.zdnet.com/pcmag/features/scanners98/rev6.html.
5. HP. Я не нашла ничего про CCD, но у меня есть опыт работы с хьюлеттами и у меня нет основания их не любить. Объемность они, насколько я могу судить, поддерживают? и очень хорошо - сотрудники фирмы Superwave провели эксперимент, картинка меня вполне удовлетворила. Но, в общем, они недешевы. HP6200 (единственный ныне доступный со SCSI-интерфейсом) стоит 370$. Большинство приемлемых моделей только с USB. О своих сканерах фирма HP сделала отдельный сайт http://www.scanjet.com/.
6. Теперь малоизвестная фирма ARTEC http://www.artec.com.tw/. В статье "Устройство сканера...", цитата из которой приводилась выше, автор игрался со сканером именно этой фирмы, но со старой, 300*600dpi, моделью Artec ViewStation A6000C Color Scanner.
7. Primax - сайта найти не удалось. Восторженных поклонников тоже. Отбрасываем :).
8. Таинственный производитель Dysan. Сайта также найти не удалось. Есть описание некоторых моделей, они продаются в России в изобилии, стоят очень дешево (<100$), но подключаются только через LPT. Сканер Dysan 9612 Professional 3D (600x1200 (19200)dpi, 30bit, сканир. 3D предметов, высокая скорость, блокиратор, оригинал. крышка, рус., демонстрация, беспл. подкл., гар. 2г.) - по данным http://propc.dz.ru/sep99/www.price.ru, стоит в районе $85.

Annie Toropova
webmaster@alkon.net
Источник: http://propc.dz.ru, 1999 г.