Skanery

Chociaż budowa skanera jest bardzo prosta, to o jego prawidłowej obsłudze napisano wiele prac naukowych, a nawet doktoratów. Z tego samego oryginału w pozornie takich samych warunkach można otrzymać knot lub arcydzieło. Zwracamy uwagę na kilka szczegółów zwiększających szansę uniknięcia pierwszego i stworzenia drugiego.

Chociaż budowa skanera jest bardzo prosta, to o jego prawidłowej obsłudze napisano wiele prac naukowych, a nawet doktoratów. Z tego samego oryginału w pozornie takich samych warunkach można otrzymać knot lub arcydzieło. Zwracamy uwagę na kilka szczegółów zwiększających szansę uniknięcia pierwszego i stworzenia drugiego.

Budowa

Coraz częściej mówi się, że nadchodzi koniec ery skanerów, które mają zostać wyparte przez cyfrowe aparaty fotograficzne. Rzeczywiście właściciele cyfrówek nie muszą już skanować świeżo zrobionych fotografii, ale pozostaje wielka rzesza amatorów, których na porządną cyfrówkę nie stać, a z byle jakich korzystać nie chcą. Zajęcie dla skanerów znajdzie się także przy albumach pełnych starych zdjęć, które w postaci elektronicznej będą łatwiejsze do przeglądania, retuszowania i powielania. Nie zapominajmy o kilometrach półek w biurach, ale i domowych szafach, zapełnionych dokumentami, które z podobnych powodów powinny doczekać się wreszcie swojej cyfrowej analogii. Wśród rozwiązań zasłużonych w rozpowszechnieniu skanerów powinno być złącze USB, dzięki któremu skończyły się problemy z podłączeniem do komputera.

Już z tej wyliczanki wynika, że aparaty cyfrowe i skanery nie będą wchodzić sobie w drogę. Pierwsze używane są głównie do zdjęć z natury, drugie - wizerunków, na których wcześniej odcisnęła swoje piętno jedna z technik drukarskich lub fotograficznych. Wykorzystuje się w nich niedoskonałości ludzkiego wzroku, co skanerów, oczywiście, nie dotyczy. Stąd na skanach często pojawiają się "duchy", których nie było na oryginale. Podwójne skanowanie w różnych rozdzielczościach i skomplikowane filtry mogą całkowicie lub tylko częściowo usunąć takie wady.

Jeden z takich filtrów, tzw. descreen, jest od wielu lat w sterownikach skanerów i powinien mieć kilka opcji dostosowujących jego działanie do użytej liniatury - innej w gazetach, ilustrowanych magazynach i reklamach. Bez tego filtru w sterowniku skanera i znajomości kilku sztuczek, np. lekkiego obrócenia oryginału o mały kąt, lepiej nie zabierać się do pracy.

Descreen to przykład filtru do materiałów drukowanych, wymagającego współpracy sprzętu i oprogramowania. Znany jest tak dawno, jak mit, że oprogramowanie i sprzęt to osobne części, więc nawet największy knot da się poprawić dobrym edytorem klasy Photoshopa.

Podobnie działające filtry stosuje się także w skanowaniu fotografii. Rośnie liczba metod poprawy jakości, które opierają się na współdziałaniu sprzętu i oprogramowania. Dwie z nich są przedstawione w dalszej części.

Przykładowe powiązania między skanerem a jego oprogramowaniem są pokazane na schemacie. Widać jak wiele czynności wymaga współdziałania urządzenia z jego sterownikiem.

Zasadnicze części skanera.

Zasadnicze części skanera.

Tradycyjnie skanery dzieli się według wymagań co do dynamiki i rozdzielczości. Najsłabsze nadają się tylko do skanowania tekstu. Następną grupą są urządzenia do skanowania fotografii papierowych, kolejną - do negatywów, wreszcie przezroczy. Wymienione oryginały różnią się maksymalną rozpiętością tonalną, którą mogą zmieścić. Skaner nie może dysponować mniejszą, bo często powoduje to utratę szczegółów. Drugim ograniczeniem jest rozdzielczość. Duża nie przyda się nawet do najtrudniejszych fotografii, ale wymagają jej slajdy i przezrocza.

Technologia CIS, która zdominowała faksy, ale w skanerach płaskich jeszcze niedawno uchodziła za zbyt słabą, przeżywa renesans. Pojawiły się pierwsze modele CIS nadające się nawet do skanowania fotografii. W dominującej w droższych modelach technologii CCD bite są nowe rekordy szybkości, jakości i wprowadzane zmyślne układy komórek światłoczułych do sprostania tym wyzwaniom. Drugie oświetlenie i uchwyty w pokrywce do skanowania materiałów przezroczystych są w skanerach od dawna, ale często stanowią tylko dekorację, gdyż niewiele modeli dysponuje wystarczającą dynamiką. Ciekawe są krzyżówki obu technologii, w których celuje HP, wykorzystujące lepsze cechy obu metod.

Przepływ danych między skanerem a sterownikiem.

Przepływ danych między skanerem a sterownikiem.

Ważniejsze cechy wymienionych technologii znalazły się w tabeli, ale przed jej omówieniem warto zwrócić uwagę na punkty wspólne obu metod. W każdym skanerze, CCD czy CIS, znajdziemy pięć zasadniczych części: źródło światła, układ optyczny, element światłoczuły, przetwornik analogowo-cyfrowy i na koniec układ przetwarzania obrazu częściowo programowy, częściowo sprzętowy. Ponieważ przetwornik A/C jest monochromatyczny, więc układ musi być uzupełniony o system separacji koloru.

Wszystko zaczyna się od oświetlenia. Lampa musi świecić w pełnym zakresie długości fal, w przeciwnym razie skaner nie zarejestruje brakujących kolorów, nawet gdyby były na oryginale. Przez czas skanowania wstępnego i właściwego powinna gwarantować stabilność natężenia i koloru światła oraz wydzielać niewiele ciepła.

Oba rodzaje skanerów różnią przede wszystkim system oświetlenia i metoda separacji kolorów. W skanerach CCD lampa świeci światłem białym, a separacja kolorów następuje dzięki kolorowym filtrom nałożonym na każdy fotoczujnik.

W skanerach CIS używa się kolorowego źródła światła. Montuje się czerwone, zielone i niebieskie LED-y. Świecą po kolei, więc fotoelement w tej samej kolejności mierzy składową odpowiedniego koloru. Zamienia padające światło na sygnał elektryczny.

Najważniejsze cechy technologii CCD i CMOS

Najważniejsze cechy technologii CCD i CMOS

Niezależnie od oświetlenia, na końcu drogi optycznej dochodzi do konwersji sygnału na postać cyfrową. Do tego służą dwie technologie: CCD i CMOS. Komórką światłoczułą w obu przypadkach może być fotodioda lub fototranzystor, różnice między technologiami są zebrane w tabelce.

Wspólnym problemem obu metod są szumy, zależność czułości fotoczujnika od koloru światła i jego nieliniowa charakterystyka. Rada na drugi i trzeci to przekształcanie wyników, ale walka z szumem nie jest taka prosta. Co prawda, szum można redukować, przedłużając pomiar, ale poprawa jakości w ten sposób kosztowałaby zbyt wiele. Mamy minimalny próg czułości wyznaczony punktem, od którego sygnał świetlny przewyższy poziom szumu. W istocie ten próg decyduje o przydatności skanera do pracy z fotografiami czy tylko z tekstem i grafiką.

Na oryginałach z dużą rozpiętością tonalną są zarówno miejsca jasne jak i bardzo ciemne. W słabym skanerze te drugie nie wyjdą ponad poziom szumów. Ich obraz zleje się w jednolitą czarną plamę.

Od układu optycznego wymagamy dobrego przenoszenia szczegółów i kontrastu. Do sprawdzania tej cechy używa się wzorców, pokazanych na następnym rysunku.

Przy za ciemnym oryginale szczegóły toną w szumie.

Przy za ciemnym oryginale szczegóły toną w szumie.

Coraz gęstsze linie odpowiadają wzrostowi rozdzielczości. Wraz z tym wzrostem spada zdolność rozróżniania bieli i czerni, początkowo stopniowo, ale od pewnego zagęszczenia linii - gwałtownie. Objawia się to niwelowaniem różnicy między czarnymi paskami i białym tłem, a w rezultacie pasiasty wzorzec staje się prawie jednolicie szary. Po tym poznajemy kres zdolności rozdzielczej łącznie wszystkich elementów konstrukcji: optyki, mechanizmów transportu i przetwornika analogowo/cyfrowego.

Dynamika wyjątkowo klarownie dzieli skanery na dwie grupy produktów. Tanie od droższych dzieli nie tylko cena, ale i wiele cech technicznych. Niektóre kombinacje cech skanera, jego rozdzielczości czy dynamiki nie mają szans na wykorzystanie z powodu unikatowości materiałów, do których skanowania mogłyby się przydać. Na przykład duża zdolność rozdzielcza przydaje się tylko w powiększeniach, które robi się najczęściej z klatki filmowej. Z kolei ten rodzaj oryginału wymaga wyjątkowo dużej dynamiki i drugiego źródła światła do prześwietlenia skanowanego obiektu. I na odwrót: połączenie znakomitej dynamiki z niewielką rozdzielczością lub odwrotnie nie znajdzie powszechnego zastosowania, więc i urządzenia, które mogłyby mieć "średnie" ceny, należą do wyjątków.

Wierność kolorów najlepiej sprawdzać na wzorcach z dokładnie zdefiniowanymi barwami. Jednym z nich jest IT8. Na slajdzie widać związek między poszczególnymi barwami testowymi a przestrzenią barw CIELab. Oczywiście punkty pomiarowe spadającego nasycenia testowanych kolorów leżą na linii łączącej punkt bieli z maksymalnym nasyceniem.

Czego szukać w kanałach RGB

Chociaż kolory podstawowe: czerwony, zielony i niebieski w formułach rachunkowych są jednakowo ważne, to każdy z nich wnosi nieco inny rodzaj informacji o błędach w zeskanowanym obrazie. Warto korzystać z filtrów w programie retuszerskim bądź w sterowniku skanera, aby łatwiej znaleźć przyczynę i wyeliminować niedoskonałości.


Zobacz również