Размещено на http://www.allbest.ru/

24

Размещено на http://www.allbest.ru/

Чернігівський національний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка

Кафедра інформатики і обчислювальної техніки

КУРСОВА РОБОТА

з інформатики

на тему: «Принтери і сканери»

Студенки 4 курсу 41 групи

напряму підготовки 6.040201 Математика

Кобець Наталії Олексіївни

Керівник к.пед.н., доцент

Цибко Г.Ю.

м.Чернігів - 2012 рік



План

Вступ

1. Принтер як пристрій виведення інформації

2. Сучасні принтери

2.1 Матричні принтери

2.2 Струменеві принтери

2.3 Лазерні принтери

2.4 Термічні принтери

2.5 Нові розробки принтерів

3. Сканери

4. Типи сканерів

4.1 Планшетні сканери

4.2 Ручні сканери

4.3 Барабанні сканери

4.4 Трьохвимірні сканери

4.5 Листові сканери

4.6 Сканери сітківки ока

4.7 Сканери відбитків пальців

Висновок

Література



Вступ

Наше життя зараз важко уявити без персонального компютера, перенесення інформації в електронному вигляді тощо. Але так само важко уявити наше життя без пристроїв введення-виведення информаціїї, зокрема без принтерів та сканерів.

Метою даної курсової роботи є вивчення найпоширеніших сучасних принтерів та сканерів, принципів їх роботи та короткий огляд переваг та недоліків кожного з розглянутих нижче типів цих пристроїв.

Принтер (від англ. Print - друк) - периферійний пристрій комп'ютера, призначений для перекладу тексту або графіки на фізичний носій, яка як правило, зберігається в електронному вигляді.

Класифікують принтери по п'ятьох основних позиціях: принципу роботи друкуючого механізму, максимальному формату листа паперу, використанню кольорового друку, наявністю або відсутністю апаратної підтримки мови PostScript, а також по місячному навантаженню, яка, як правило, корелює зі швидкістю друку.

За принципом друку розрізняються матричні, струменеві і лазерні (сторінкові) принтери. Існує ряд інших технологій друку, наприклад сублімаційний друк за рахунок термопереносу, що застосовуються набагато рідше. Лазерна і світлодіодна технології (в останньому випадку замість лазера і відхилюючого лазерного променю дзеркала, використовується лінійка світлодіодів) у багатьох випадках з погляду кінцевого користувача нерозрізнені.

Сканер (англ. scanner) - пристрій, який, аналізуючи який-небудь об'єкт, створює цифрову копію зображення об'єкта. Процес отримання цієї копії називається скануванням.

Сканери призначені для введення графічної інформації. За допомогою сканерів можна вводити і знакову інформацію. У цьому випадку вихідний матеріал вводиться в графічному вигляді, після чого обробляється спеціальними програмними засобами.



1. Принтер як пристрій виведення інформації

Комп'ютерний принтер (англ. printer - друкар) - пристрій друку цифрової інформації на твердий носій, зазвичай на папір. Відноситься до термінальних пристроїв комп'ютера.

Існує безліч думок на тему того, що саме потрібно вважати першим в історії принтером. З одного боку, цілком розумно припустити, що прабатьком всякого роду друкувальних пристроїв був інструмент, що використовувався при клинопису.

Не менш хороший кандидат на "першість" - це перша друкарня. Перші ідеї про створення пристрою, що нагадує сучасну оргтехніку, належать ще піонерові обчислювальної техніки, Чарльзу Беббідж, який разом з механічним арифмометром винайшов і принтер під назвою Difference Engine. Принтер мав вузьку спрямованість: він призначався для друку таблиць для навігації, проектування, банківської і страхової справи. Однак він так і не був виготовлений. Через 150 років лондонський Музей Науки відтворив машину Беббіджа за кресленнями автора. Принтер, що складався з 4000 частин і важив 2,5 тонни, вдалося зібрати тільки через 10 років. До речі, той принтер містив багато деталей, що використовуються в сучасній периферії.

Реально діючі моделі принтерів з'явилися тільки після створення першої ЕОМ, в 50-х роках XX сторіччя. Варто зауважити, що сама назва "принтер" в Радянському Союзі тоді прийнята не була, дані пристрої називалися АЦПУ. Перші принтери нагадували собою друкуючі машинки з електроприводом, вже пізніше з'явилися пелюсткові і барабанні принтери. Зображення в них формувалося ударним способом, тобто шляхом удару відповідної літери на папір через фарбувальну стрічку. Друк того часу не йде ні в які порівняння за якістю і швидкістю з сучасним друком.

Існує велика кількість класифікації принтерів. Зокрема виділимо наступні.

За принципом перенесення зображення на носій принтери поділяються на:

- літерні;

- матричні;

- лазерні (також світлодіодні принтери);

- струменеві;

- сублімаційні;

- термічні.

За кількістю кольорів друку принтери поділяються на чорно-білі (монохромні) та кольорові.

По з'єднанню з джерелом даних (звідки принтер може отримувати дані для друку) або інтерфейсом, принтери класифікуються:

- по провідним каналам:

- через послідовний порт;

- через паралельний порт (IEEE 1284);

- по шині Universal Serial Bus (USB);

- через локальну мережу (LAN, NET);

- по бездротовому з'єднанню:

- через ІЧ-порт (IRDA);

- по Bluetooth;

- по Wi-Fi.

Деякі принтери (в основному струменеві фотопринтери) мають можливість автономного (тобто без посередництва комп'ютера) друку, володіючи пристроєм читання flash-карт або портом сполучення з цифровим фотоапаратом, що дозволяє здійснювати друк фотографій безпосередньо з карти пам'яті або фотоапаратів.

Розглянемо більш детально принтери, які найчастіше використовуються сьогодні.

2. 

2. Сучасні принтері

2.1 Матричні принтери

Матричний принтер - «комп'ютерний принтер, який створює зображення на папері з окремих маленьких точок ударним способом» . Матричні принтери - найстаріші з донині застосовуваних принтерів. Їх механізм був винайдений в 1964 році корпорацією «Seiko Epson».

Рис. 1. Принцип формування зображення в матричному принтері

У матричному принтері зображення формується на носії друкуючою головкою, яка складається з набору голок, що приводяться в дію електромагнітами. Головка пересувається поперек аркуша паперу по напрямних (зазвичай за допомогою пасової передачі); при цьому голки в заданій послідовності наносять удари по паперу через фарбувальну стрічку, аналогічну тій, що в друкарських машинках і зазвичай упаковану в картридж, тим самим формуючи точкове зображення. Такий тип матричних принтерів іменується SIDM. Швидкість друку таких принтерів вимірюється в CPS.

Випускаються принтери з 9, 18, 24 і 36 голками в головці; роздільна здатність друку, а також швидкість друку графічних зображень безпосередньо залежать від числа голок. Найбільшого поширення набули 9 - і 24-голчасті принтери. Принтери з 9 і кратним 9 кількістю голок (18, 36) призначені для швидкісного друку, в той час як 24-голчасті для якісного друку.

Крім друку текстової інформації, коли удари голок контролюються програмним забезпеченням самого принтера, багато матричних принтерів мають режим індивідуального управління голками з комп'ютера, що забезпечує можливість друку графічної інформації; проте в цьому режимі швидкість друку значно падає. Іноді вбудоване програмне забезпечення принтера підтримує завантаження у вбудовану пам'ять принтера додаткового набору шрифтів.

В залежності від моделі, матричні принтери можуть підтримувати всі або деякі з наступних режимів:

Таблиця 1. Режими матричного принтера

Режими
графічний (semi-graphic, character graphic)	Алфавітно-графічний
	LQ (англ. Letter Quality - «якість друкарської машинки»), NLQ (англ. Near Letter Quality - «якість майже друкарської машинки»), Draft - чорнова якість друку

Для друку на матричному принтері переважно використовується рулонний або перфорований фальцьований папір. У разі застосування листового паперу, більшість матричних принтерів вимагає її ручної заправки; у багатьох моделях є можливість використання опціонального автоподатчика листової паперу (англ. CSF, Cut Sheet Feeder).

Деякі моделі матричних принтерів (наприклад, EPSON LQ-2550) володіють можливістю кольорового друку, за рахунок використання широкої фарбувальної стрічки, просоченої чорнилом різних кольорів, яка може зміщуватися вгору-вниз щодо друкуючої головки, підставляючи під голки смугу іншого кольору. Однак отримана при цьому якість кольорового друку, значно поступається якості друку струменевих принтерів.

Для підвищення швидкості друку використовують технології, що забезпечують друк рядка за один прохід - так, в високошвидкісних лінійно-матричних принтерах, велика кількість молоточків рівномірно розташовані на човниковому механізмі по всій ширині друку. Швидкість таких принтерів вимірюється в LPS. Для зниження шуму при друці в окремих моделях передбачений тихий режим, в якому кожен рядок друкується в два проходи з використанням половини кількості голок; побічним ефектом такого рішення є значне зниження швидкості друку. Для боротьби з шумом також застосовують спеціальні конструкції з звуконепроникними кожухами.

Переваги та недоліки матричного принтера

Незважаючи на те, що технології матричного друку часто сприймаються як застарілі, матричні принтери і раніше знаходять застосування там, де потрібний факт необоротної деформації носія для запобігання підробки документа, шляхом внесення змін (фінансова сфера), або недорогий масовий друк на багатошарових бланках (наприклад, на авіаквитках), або під копірку, а також у випадках, коли виводять значну кількість суто текстової інформації без пред'явлення особливих вимог до якості одержуваного документа (друк етикеток, ярликів, даних з систем управління і вимірювання); додаткова економія при цьому досягається, за рахунок використання дешевого фальцьованого або рулонного паперу. Ще однією перевагою матричного друку є високий ресурс як самого принтера (8 млн. рядків) так і друкованої головки (30 млн. символів).

Основними недоліками матричних принтерів є:

1. монохромність (можливість кольорового друку, як правило, обмежена чотирма кольорами);

2. низька швидкість друку в графічному режимі;

3. високий рівень шуму, який досягає 25 дБ.

2.2 

2.2 Струменеві принтери

Принцип дії струменевих принтерів схожий на матричні принтери тим, що зображення на носієві формується з крапок. Але замість головок з голками в струменевих принтерах використовується матриця сопел, друкуюча рідкими барвниками. Друкуюча головка може бути вбудована в картриджі з барвниками (в основному такий підхід використовується компаніями Hewlett-Packard, Lexmark), а може бути і деталлю принтера, а змінні картриджі містять тільки барвник (Epson, Canon).

Існують два способи технічної реалізації способу розпилення барвника:

* П'єзоелектричний (Piezoelectric Ink Jet) - над соплом розташований п'єзокристал з діафрагмою. Коли на п'єзоелемент подається електричний струм, він згинається і тягне за собою діафрагму - формується крапля, яка згодом виштовхується на папір. Широке поширення отримала в струменевих принтерах компанії Epson. Технологія дозволяє змінювати розмір краплі.

* Термічний (Thermal Ink Jet) (також званий Bubble Jet, розробник - компанія Canon, принцип був розроблений в кінці 1970-х років) - в соплі розташований мікроскопічний нагрівальний елемент, який при проходженні електричного струму миттєво нагрівається до температури близько 500 ° C, при нагріванні в чорнилі утворюються газові бульбашки (англ. bubbles - звідси і назва технології), які виштовхують краплі рідини з сопла на носій.

Друкуючі головки струменевих принтерів створюються з використанням наступних типів подачі барвника:

1. Безперервна подача (Continuous Ink Jet) - подача фарбника під час друку відбувається безперервно, факт попадання фарбника на запечатувану поверхню визначається модулятором потоку фарбника (стверджується, що патент на даний спосіб друку виданий Вільяму Томпсону (William Thomson) в 1867 р.). У технічній реалізації такої друкуючої головки в сопло під тиском подається фарбник, який на виході із сопла розбивається на послідовність мікро крапель (об'ємом декількох десятків піколітрів), яким додатково повідомляється електричний заряд. Розбиття потоку фарбника на краплі відбувається розташованим на соплі п'єзокристала, на якому формується акустична хвиля (частотою в десятки кілогерц). Відхилення потоку крапель проводиться електростатичною відхиляючою системою (дефлектором). Ті краплі барвника, які не повинні потрапити на поверхню, що задруковується, збираються в збірку фарбника і, як правило, повертаються назад в основний резервуар з барвником. Перший струменевий принтер, виготовлений з використанням даного способу подачі фарбника, випустила Siemens в 1951 році.

2. Подача на вимогу - подача фарбника з сопла друкуючої головки відбувається тільки тоді, коли барвник дійсно треба нанести на відповідну соплу область запечатуваної поверхні. Саме цей спосіб подачі фарбника і набув найширшого поширення в сучасних струминних принтерах.

Переваги та недоліки струйного принтера

При тривалому простої принтера (тиждень і більше) відбувається висихання залишків барвника на соплах друкуючої головки (особливо критично засмічення сопел друкуючої матриці принтерів Epson, Canon). Принтер уміє сам автоматично чистити друкувальну голівку. Але також можливо провести примусове очищення сопел з відповідного розділу настройки драйвера принтера. При прочищенні сопел друкуючої головки, відбувається інтенсивна витрата барвника. Якщо штатними засобами принтера не вдалося очистити сопла друкуючої головки, то подальше очищення і / або заміна друкуючої головки проводиться в ремонтних майстернях. Заміна картриджа, що містить друкувальну головку на новий, проблем не викликає.

Для зменшення вартості друку та поліпшення деяких інших характеристик друку, також застосовують систему безперервної подачі чорнил (СБПЧ).

2.3 Лазерні принтері

Лазерний принтер (laser printer) - «один з видів принтерів, що дозволяє швидко виготовляти високоякісні відбитки тексту і графіки на звичайному папері». Подібно фотокопіювальному пристрою, лазерні принтери використовують в роботі процес ксерографічного друку, однак відмінність полягає в тому, що формування зображення відбувається шляхом безпосереднього сканування лазерним променем фоточутливих елементів принтера.

Відбитки зроблені таким способом не бояться вологи, стійкі до стирання і вицвітання. Якість такого зображення дуже висока. Процес лазерного друку складається з п'яти послідовних кроків:

- Зарядка фотовал. Зарядка фотовал - нанесення рівномірного електричного заряду на поверхню обертового фотобарабана.

- Лазерне сканування (засвічування) - процес проходження негативно зарядженої поверхні фотовал під лазерним променем. Промінь лазера відхиляється обертовим дзеркалом і, проходячи через розподільну лінзу, фокусується на фотовали. Під дією лазера ділянки фоточутливої поверхні фотовал, які були засвічені лазером, стають електропровідними. Тим самим на поверхні фотовал створюється електростатичне зображення майбутнього відбитка у вигляді ослабленого заряду.

- Накладення тонера. Негативно заряджений ролик подачі тонера надає тонеру негативний заряд і подає його на ролик проявлення. Тонер, що знаходиться в бункері, притягається до поверхні магнітного валу під дією магніту, з якого виготовлена серцевина валу. Під час обертання магнітного вала тонер, що знаходиться на його поверхні, проходить через вузьку щілину, утворену між дозуючим лезом і магнітним валом. Після цього тонер входить в контакт з фотовалом і притягується на нього в тих місцях, де негативний заряд був знятий шляхом засвічення.

- Перенесення тонера. Часточки тонера, увійшовши в зіткнення з позитивно зарядженоим папером, переносяться на нього і утримуються на поверхні за рахунок електростатики.

- Закріплення тонера. Папір з «насипаним» тонерним зображенням рухається далі до вузла закріплення (печі). Закріплюється зображення за рахунок нагріву і тиску. При нагріванні паперу (180-220 ° C) тонер, притягнутий до неї, розплавляється і в рідкому вигляді втискається в текстуру паперу. Вийшовши з печі, тонер швидко застигає, що створює постійне зображення, стійке до зовнішніх впливів.

Важливою подією стала поява кольорових лазерних принтерів. Фірми XEROX і Hewlett-Packard (далі скорочено звана HP) представили нове покоління принтерів, які використовували мову опису сторінок PostScript Level 2, що підтримує кольорове представлення зображення і дозволяє підвищити як продуктивність друку, так і точність передачі кольору. Мова принтера PCL 6 також підтримує розширені колірні можливості представлення зображень для принтерів серії HP Color LaserJet.

Переваги та недоліки лазерного принтера

Лазерні принтери мають велику швидкість друку, так як промінь лазера може пересуватися значно швидше, ніж друкуюча головка з десятками і більш того сотнями сопел, з яких в момент друку з певним інтервалом випорскують мікроскопічні крапельки чорнила. Лазерні промені ще більш точні і по причині компактного фокусування, дозволяють знаходити високий дозвіл. Лазерні принтери економніші, ніж струменеві. Лазерні відбитки більш стійкі, чіткість відбитків не порушується в умовах підвищеної вологості.

При роботі лазерного принтера виділяється озон. Велика концентрація озону небажана, малі ж дози благотворно впливають на людину. Наявність в конструкції елементів з високим енергоспоживанням (головний двигун, пічка) призводить до того, що пікова споживана потужність лазерного принтера досить висока, що робить неможливим підключення його до побутових джерел безперебійного живлення середньої і малої потужності.

2.4 Термічні принтери

Історія термічних (direct thermal) друкувальних пристроїв налічує не одне десятиліття. На протязі вже більше 20 років вони використовуються у факсимільних апаратах, а в останні роки намітилася тенденція до розширення сфери їх застосування. В даний час термічні друкуючі вузли все частіше використовуються в контрольно-касових машинах і POS-терміналах, поступово витісняючи з них більш складні (і менш надійні) матричні і барабанні механізми.



Принцип роботи термічного друкуючого механізму досить простий. Для друку використовується спеціальний папір, який темніє під впливом тепла (для зміни кольору її необхідно нагріти до 150-200 ° С). Зображення на папері формується лінійкою термоелементів, розташованих перпендикулярно напрямку переміщення паперу. При подачі напруги на термоелемент відбувається нагрів відповідної ділянки носія, який під впливом тепла темніє. Простягаючи папір уздовж лінійки термоелементів, принтер порядково виводить зображення.

Завдяки надзвичайно простій конструкції, високій надійності і відсутності необхідності в регулярному технічному обслуговуванні, термопринтери відрізняються рекордно низьким рівнем експлуатаційних витрат. Крім того, для термопринтера потрібно всього один вид витратних матеріалів - термопапір, причому для друку можна використовувати як листові, так і рулонні носії. І ще один важливий момент: зображення на термопапері стійке до дії вологи.

З недоліків термопринтерів, варто відзначити відносно низьку за сучасними мірками роздільну здатність (близько 200 dpi) і невисоку швидкість друку. Крім того, термопринтери дозволяють отримувати тільки монохромні зображення і володіють дуже обмеженими можливостями по відтворенню півтонів.

Таким чином, сфера застосування термічних принтерів обмежується виведенням текстової та нескладної графічної інформації. Якщо говорити про використання даної технології в сфері ПК, то в даний час термічні друкуючі механізми застосовуються в презентаційному обладнанні (наприклад, в копі-дошках), а також в деяких моделях портативних принтерів, призначених для експлуатації спільно з ноутбуками і КПК. Висока надійність і невибагливість друкуючих механізмів термічних принтерів, в поєднанні з низькою вартістю відбитків, роблять ці пристрої ідеальними для експлуатації в мобільних умовах. Компанії Citizen і Brother випускають компактні моделі термічних принтерів невеликого формату, орієнтовані на використання з портативними і кишеньковими ПК.

У деяких моделях подібних пристроїв передбачена можливість використання спеціального термопаперу, який в залежності від температури нагріву може набувати або чорного, або червоного кольору.

2.5 Нові розробки принтерів

Сублімаційні і термовоскові принтери

Для отримання кольорового зображення з якістю, близькою до фотографічної, або для виготовлення додрукарських кольорових проб, використовують сублімаційні і термовоскові принтери або, як їх ще називають, кольорові принтери високого класу. Є принтери, що поєднують в собі технологію сублімаційного і термовоскового друку. Такі принтери дозволяють друкувати на одному пристрої як чорнові, так і чистові відбитки.



Загальним для сублімаційної і термовоскової технологій, є нагрівання барвника й перенесення його на папір (плівку) у рідкій або газоподібній фазі. Багатобарвний барвник, як правило, нанесений на тонку лавсанову плівку товщиною 5 мкм. Плівка переміщається за допомогою механізму протягування стрічки, який конструктивно схожий на аналогічний вузол голчастого принтера. Матриця нагрівальних елементів за 3 - 4 проходи формує кольорове зображення.

Відмінність термовоскового друку від сублімації полягає в тому, що в першому випадку плівка покрита воскоподібною мастикою, а в другому - спеціальним барвником.

Термовоскові принтери переносять барвник, розчинений у воску, на папір, нагріваючи стрічку з кольоровим воском. Як правило, для таких принтерів необхідний папір зі спеціальним покриттям. Термовоскові принтери зазвичай використовуються для кольорового друку ділової графіки.

При друку сублімації, здійснюється переведення барвника в газоподібний стан, шляхом нагрівання стрічки. Цей газ потім поглинається полістирольним покриттям спеціального паперу. Дифузійний перенос барвника забезпечує отримання високоякісного кольорового зображення без видимих тональних переходів.

Вперше сублімаційна технологія була успішно реалізована фірмою Tektronix в принтерах серії Phaser. Будучи однією з найпрогресивніших технологій у світі кольорового друку, кольорова сублімаційна технологія є ідеальним засобом забезпечення фотографічної якості зображення.

Вчені використовують такі принтери при вирішенні завдань спектрального аналізу. У деяких країнах сублімаційні принтери використовують для аналізу грунтів у сільськогосподарських цілях. Очевидні практично необмежені прикладні можливості технології, що забезпечують за допомогою комп'ютерних засобів досягнення фотографічної якості зображення.

3. 

3. Сканери

Сканер (scanner) - пристрій, який, аналізуючи який-небудь об'єкт (зазвичай зображення, текст), створює його цифрову копію. Процес отримання цієї копії називається скануванням. Факсимільні засоби передачі документів набули широкого поширення лише в останні десятиліття. Раніше, в силу своєї дорожнечі і специфічних особливостей, вони використовувалися в дуже обмеженій сфері діяльності. Перший телефакс був запатентований в 1843 році шотландським винахідником Олександром Бейном. Його «записуючий телеграф» працював на телеграфних лініях і був здатний передавати тільки чорні і білі зображення, без півтонів. Однак для того часу це було величезним досягненням. Через кілька років, деякі ідеї Олександра Бейна знайшли своє застосування в різних сферах людської діяльності. У 1865 р. можливості факсимільної технології вперше використав у комерційних цілях Джованні Касселл. Його пантелеграф (Pantelegraph) забезпечував передачу документів по лінії, що з'єднує Париж з Ліоном. Пізніше до них приєдналися і багато інших міст.

У 1902 році, німецьким фізиком Артуром Корном була запатентована технологія фотоелектричного сканування, що одержала назву телефакс. Телефакс - пристрій факсимільної передачі зображення по телефонній мережі. Телефакс забезпечує точне відтворення графічного оригіналу засобами друку. Пантелеграф Телефакс складається з: сканера, що забезпечує введення даних; електронного пристрою, призначеного для прийому / передачі сигналу адресату; принтера, що друкує повідомлення. До 30-х роках XX століття, системи, що використовують основні принципи, розроблені Олександром Бейн, Джованні Касселл і Артуром Корном, вже широко використовувалися в офісах видавництв (для передачі свіжих випусків газет), державних служб (для передачі термінових документів), служб захисту правопорядку (для передачі фотографій і інших графічних матеріалів). Головним недоліком усіх цих факсимільних пристроїв було те, що обмін інформацією між ними був можливий лише за умови їх повної ідентичності, тому що різні виробники використовували різні стандарти, технології і навіть деякі основні принципи. Це не дозволяло реалізувати всі можливості і зручності факсимільного зв'язку. Надалі, з розвитком напівпровідників, удосконалився фотоприймач, був винайдений планшетний спосіб сканування, але сам принцип оцифровки зображення залишається майже незмінним.

Скануємий об'єкт кладеться на скло планшета скануючою поверхнею вниз. Під склом розташовується рухлива лампа «Дріш». Вона включається в мережу послідовно з баластними дроселем і застосовується в оптичних приладах для одержання вузького пучка світла великої інтенсивності, з колірною температурою денного світла, порядку 6000 ° К. Використовується в театральних гарматах, сканерах, центральних ефектах, зенітних прожекторах. У рух її приводить кроковий електродвигун - це електричний двигун, перетворюючий цифровий електричний сигнал в механічний рух.

У порівнянні з іншими приладами, які можуть виконувати ці ж або подібні функції, система управління, використовувана в кроковому двигуні, володіє наступними істотними перевагами: у нього немає зворотного зв'язку, зазвичай необхідного для управління становищем або частотою обертання; не накопичується помилка положення; кроковий двигун, як правило, сумісний з сучасними цифровими пристроями.

Сканери можна розділити на кілька груп: за типом інтерфейсу, способом формування сигналу і типом сканованих документів. Після сканування документа за допомогою спеціальних програм дані передаються в комп'ютер для обробки, тобто скановане зображення можна зберегти у вигляді файлу. При виборі сканера необхідно звернути увагу на ті задачі, які будуть вирішуватися з його допомогою (такі, як оцифровка зображень або перетворення в електронний вигляд тексту, віддрукованого на папері). В даний час існує кілька технологій виготовлення сканерів.

* Технологія CIS (Contact Image Sensor). За цією технологією виготовляються планшетні сканери. Кожну точку зображення підсвічує свій світодіод і розпізнає свій сенсор.

* Матриця CCD (Charge Coupled Device) або матриця ПЗС (Прилад із зарядовим зв'язком). В якості джерела світла використовується лампа з хорошими спектральними характеристиками.

* ФЕУ (фотоелектронний помножувач). Використовується в якості світлочутливого елемента в барабанних сканерах і діє за принципом катодної посилюючої лампи.

Скануюча головка закріплена нерухомо, що забезпечує точне фокусування, а сканування кожної точки зображення окремо виключає шуми від взаємного впливу елементів. Оригінал закріплюється на барабані, що обертається з високою швидкістю і переміщається уздовж осі обертання. За кожен оборот голівка знімає всього по декілька точок зображення, чим і досягається висока якість сканування.

Сканери, як і копіювальні апарати, можуть сканувати оригінали різних розмірів: від мініатюр до документів широко використовуваних форматів, а також книг. При установці додаткового модуля з'являється можливість сканування прозорих плівок, негативів і слайдів. Більшість цих модулей призначені для сканування слайдів шириною 35 мм.

Коротко розглянемо основні характеристики сканерів.

* Оптичне розрішення. Вимірюється в пікселях на дюйм (Ppi) і визначає, скільки точок на дюйм зображення може розпізнати сканер.

* Глибина кольору. Чим більше глибина кольору, тим більшу кількість відтінків буде містити отримане зображення.

* Джерело світла. Якість сканування, безпосередньо пов'язана з застосовуваним для освітлення оригіналу джерелом світла. У сучасних планшетних сканерах застосовуються в якості джерел світла ксенонові газорозрядні лампи, люмінесцентні лампи з гарячим катодом, люмінесцентні лампи з холодним катодом і світлодіоди.

* Динамічний діапазон. Під цим терміном розуміється різниця між мінімальною і максимальною оптичними густинами, розрізнюваними сканером. Оптична щільність показує, яка частка світла поглинається і яка відбивається при попаданні на певну ділянку зображення.

* Тип підключення. За типом підключення (інтерфейсу) сканери діляться на декілька категорій:

- сканери, що підключаються до COM або LPT порту; ці інтерфейси підключення найповільніші і поступово себе зживають;

- сканери з інтерфейсом USB; працюють з великою швидкістю;

- сканери з інтерфейсом SCSI і з власною інтерфейсною платою для шини PCI або ISA або подключувані до стандартного SCSI контролеру;

- сканери з інтерфейсом FireWire, спеціально розроблені для роботи з відео і графікою

Надалі більш детально розглянемо основні типии сканерів.



4. Типи сканерів

4.1 Планшетний сканер

Планшетний сканер, призначений для домашнього використання, - це пристрій, "заточений" під вирішення двох основних завдань: перша - сканування текстових документів з подальшим розпізнаванням, а друга - оцифровка фотографій та інших зображень. Багато моделей середньої цінової категорії , оснащуються слайд-модулем, що дозволяє сканувати прозорі оригінали; в основному це позитивна і негативна фотоплівка.

Для введення в комп'ютер текстових документів одного тільки сканера недостатньо: необхідна спеціальна програма розпізнавання текстів (так звана OCR-програма (від англ. Optical character recognition - "оптичне розпізнавання символів"), яка здатна зберігати отримані дані в текстовий файл того чи іншого формату. Однією з кращих програм розпізнавання, по праву вважається FineReader російської компанії ABBYY. Багато сканерів, що продаються в нашій країні комплектуються "полегшеною" версією FineReader Sprint. Втім, окремі виробники включають до комплекту поставки іноземні програми, яким до можливостей FineReader, м'яко кажучи, дуже далеко.

принтер сканер матричний лазерний

Друге завдання складніше. Для хорошої оцифровки кольорової фотографії потрібні якісна оптика, матриця та механіка; крім того, багато залежить і від драйвера сканера. На щастя, сучасні драйвери мають досить розвинений графічний користувальницький інтерфейс, що дозволяє в процесі сканування виправити окремі дефекти оригіналу, включаючи сильно помітний растр, недостатню або надмірну яскравість і навіть спотворення колірної гами. Багато сканерів комплектуються найпростішими графічними редакторами, призначеними для обробки зображень і, в деяких випадках, для створення фотоальбомів. Любителям малювання або фотографії доведеться освоїти більш потужні пакети типу Adobe Photoshop або Gimp.

Що стосується цінового діапазону, то хороший планшетний сканер формату A4 коштує від 100 до 150 доларів, а моделі за ціною від 150 до 250 доларів, як правило, здатні задовольнити самих вибагливих користувачів. Моделі дешевше 100 доларів можна розглядати лише як бюджетне рішення, бо з графікою вони працюють посередньо.

Технічні характеристики сканерів. Планшетний сканер - це плоский агрегат зі склом, на яке кладеться об'єкт, що підлягає скануванню. Існують два види планшетних сканерів, які відрізняються типом скануючого елемента. Найбільш поширений тип - ПЗС-лінійка (ПЗС-прилад із зарядовим зв'язком) або CCD-лінійка. Такий елемент складається з безлічі датчиків, чутливих до ступеня освітленості. Лінійка "їде" уздовж сканованої області і порядково записує інформацію про її освітленості. Для проектування зображення з підсвіченого оригіналу на CCD-лінійку використовується спеціальна оптична система.

Другий різновид планшетних сканерів - моделі на основі CIS-лінійки (від англ. Contact image sensor - "контактний датчик зображення"). На відміну від CCD-сканерів, в CIS-моделях встановлюється лінійка світлодіодів, ширина якої дорівнює ширині сканованої області. Тим самим зникає необхідність у складній рухомій оптичній системі, тому такий сканер набагато тонше і дешевше, ніж CCD-моделі.

Як у CCD-, так і у CIS-сканерів є свої достоїнства і недоліки. CCD-сканер вимагає окремого електроживлення, а CIS-сканер може обходитися живленням через порт USB. CCD-сканери порівняно громіздкі, а деякі моделі CIS-сканерів не товще звичайною книги.

Розрішення. У характеристиках типового побутового сканера середнього класу зазначено, що він працює з роздільною здатністю 2400 х 4800 точок на дюйм (dpi). У даному випадку 2400 dpi - це реальне оптичне розрішення по горизонталі, яке дозволяють отримати встановлені в сканері оптика і матриця. 4800 точок (або, точніше, кроків) на дюйм - це так званий апаратний або механічний дозвіл, який характеризує точність переміщення лінійки з датчиками поперек, що сканується, тобто по вертикалі. Реальна роздільна здатність, природно, не буде при цьому вище 2400 dpi, оскільки оптика і матриця просто не дадуть сканеру "розгледіти" більше за рахунок точної механіки. Менша з двох зазначених у специфікації величин - це саме оптичне розрішення.

Глибина чи розрядність кольору. Цей параметр характеризує максимальне число відтінків кольорів, які здатен обробляти сканер, тобто він свідчить про якість передачі кольору пристрою. У більшості випадків виробники вказують внутрішню розрядність, яка встановлюється до можливостей аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) сканера. Переважна більшість сучасних моделей має 48-розрядні АЦП, тобто кожний колір (червоний, зелений і синій) описується всередині сканера 16-ма бітами інформації. Втім, для непрофесіонала 48-бітна глибина кольору явно надлишкова. Навіть масові графічні редактори, як правило, нездатні працювати з 48-бітним кольором. Підтримка високої розрядності кольору цінна тим, що вона в ряді випадків дозволяє на рівні драйвера скорегувати зображення.

Динамічний діапазон. Динамічний діапазон (або оптична щільність) говорить про те, наскільки добре сканер здатний відтворювати плавні колірні переходи, а також наскільки добре пристрій "розрізняє" найсвітліші та найтемніші фрагменти оригіналу. Динамічний діапазон в планшетних сканерів досить скромний, тому його значення, як правило, не вказують, а якщо і вказують, то сильно завищують. У моделей середнього класу він коливається в межах від D1.8 до D3.0. Саме тому планшетники погано справляються зі скануванням прозорих оригіналів і, в особливості, негативних фотоплівок, які мають підвищену оптичну щільність. Спеціалізовані слайд-сканери мають динамічний діапазон, як правило, в межах від D3.2 до D3.6, при цьому максимальне теоретичне значення оптичної щільності - D4.0.

Швидкість сканування. Швидкість роботи побутових сканерів не надто висока, особливо при скануванні кольорових фотографій з великою роздільною здатністю: цей процес може розтягнутися хвилин на п'ять. Швидко такі апарати працюють тільки при оцифруванні текстових документів.

Інтерфейс. Якщо в старих моделях часто використовувалися повільний паралельний (принтерний) порт і швидкий SCSI, то сучасні моделі оснащуються, як мінімум, інтерфейсом USB 1.1, а всі новинки - швидкісним USB 2.0. Ще один перспективний інтерфейс - IEEE 1394 (він же FireWire, він же iLink), який вже давно присутній на всіх комп'ютерах компанії Apple, а також на всіх машинах із звуковими картами Creative сімейств Audigy і Audigy 2. Власне кажучи, вибирати тут особливо нічого, оскільки практично всі сканери середнього класу оснащені інтерфейсом USB.

Технічні характеристики планшетних сканерів в ціновому діапазоні від 100 до 150 доларів відрізняються незначно, тому при виборі можна сміливо виходити з власних естетичних уподобань, благо всі моделі мають різний дизайн, але майже однакові можливості.



4.2 Ручні сканери

Ручні сканери - пристрої, сканування якими провадиться шляхом проведення по оброблюваному тексту або зображенню. Термін виник з появою перших монохромних портативних сканерів невеликого розміру, функції яких обмежувалися самим скануванням. На даний момент ручними сканерами називають широкий спектр схожих по організації пристроїв.

Перші ручні сканери зображень були особливо популярні на початку 90-х. Більшість ручних сканерів були монохромними і для освітлення зображення використовували світло декількох зелених світлодіодів. Як правило, вони мали спеціалізований інтерфейс, відповідний до певного типу комп'ютерів: наприклад Atari ST або Commodore Amiga.

У порівнянні з планшетними сканерами, перші ручні сканери мали більш компактні розміри, виконували ідентичні функції, але справлялися із завданням на порядок гірше. Наприклад, відсканувати стандартний аркуш А4 за один прохід не представлялося можливим: необхідно було послідовно обробляти декілька ділянок, при кольоровому скануванні часто з'являлися ореоли, спотворювалася колірна гамма. Головною ж проблемою було дотримання постійної швидкості - в більшості випадків не виходило добитися рівномірного руху, що призводило до спотворення одержуваного зображення. Наступним етапом розпізнавання штрих коду є створення 2D сканерів, що дозволяють виконувати принципово нові функції, такі як сканування зображення при русі. Одна із сучасних і запатентованих технологій - технологія розпізнавання руху - Datalogic Motionix.

Ручний сканер штрих-коду - пристрій, який зчитує штрих-код, нанесений на упаковку товару, і передає інформацію в комп'ютер, касовий апарат або POS-термінал. Як і планшетні сканери, він складається з джерела світла, лінзи і світлового датчика, що перетворює оптичні імпульси в електричні. Крім того, майже всі сканери штрих-кодів містять схему дешифрації, анализирующую надавану датчиком інформацію про зображення і посилає вміст штрих-коду на порт виводу сканера. Приклади моделей: Voyager PDF від Honeywell: ручний лазерний сканер для прочитування штрих-кодів стандарту PDF-417 від Honeywell; універсальний сканер штрихкодів Symbol DS6700 від Motorola.

4.3 Барабанний сканер

Сканери барабанного типу ранніх конструкцій були пристроями введення ін формації і розглядалися тільки як частина загальної системи електронної обробки зображень. Для реєстрації RGB-колірних складових в барабанних сканерах використовуються фотоелектронні помножувачі (ФЕП), що забезпечують високу якість відтворення. Сканери барабанного типу, як і раніше залишаються пристроями зчитування зображення, що задовольняють найвищим вимогам з розрішення та якості.

Робота барабанних сканерів базується на використанні високочутливих ФЕП, які дозволяють реєструвати світловий потік, відбитий від оригіналу або пропущений оригіналом з поділом його на три основні складові RGB-кольори. В якості джерел випромінювання в барабанних сканерах використовуються ксенонові або галогенні лампи, випромінювання яких за допомогою волоконної оптики і лінзового конденсора фокусується на малій ділянці оригіналу.

Тільки оригінали, виготовлені на гнучкій основі, можуть закріплюватися на прозорому барабані. У загальному випадку може здійснюватися сканування як оригіналів-негативів, так і діапозитивів. При цьому можливе зчитування у відбитому або прохідному світлі. Оригінали, виготовлені на прозорій основі, висвітлюються з внутрішньої сторони барабана, в той час як оригінали, виконані на непрозорій основі, висвітлюються з його зовнішнього боку. Світловий потік, пропущений або відбитий дуже маленьким майданчиком оригіналу, потрапляє на світлочутливий приймач, який переміщається уздовж швидкообертового барабана. Світло направляється в систему напівпрозорих дзеркал, встановлених під кутом 45 ° до світловому променю. На кожному з напівпрозорих дзеркал частина світлового потоку відбивається, а частина проходить далі, потрапляючи на наступне дзеркало. Відбите від дзеркал світло проходить червоний, зелений і синій світлофільтри, а після цього потрапляє на один з трьох підсилювачів світлового потоку, тобто фотоелектронних помножувачів (ФЕУ). Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) здійснюють переказ аналогового сигналу, що надійшов з ФЕУ, в цифрову форму. Четвертий ФЕУ забезпечує одержання сигналу для забезпечення різкості зображення. Фотоелектронні помножувачі (так само, як і прилади із зарядним зв'язком) перетворять поточні значення яскравості світлового потоку в безперервно змінюється аналоговий електричний сигнал.

4.4 Трьохвимірні сканери

3D сканер (по іншому його ще називають 3D scanner або сканер 3Д) - це інноваційний пристрій, який дозволяє створювати точні тривимірні моделі реальних об'єктів з високим ступенем деталізації і отримувати інформацію про поверхні, форми і кольори об'єкта в комп'ютерному / математичному / цифровому вигляді. Він перетворює об'єкт в його цифрове зображення подібно до того, як простий 2D сканер перетворює зображення на аркуші паперу в зображення на комп'ютері.

3D сканери можуть бути використані для широкого кола завдань у багатьох галузях промисловості, науки, медицини та мистецтва. Зокрема вони успішно вирішують завдання реверс-інжинірингу, контролю форми об'єктів, збереження культурної спадщини, використовуються в музейній справі, в медицині і дизайні. Таким чином, вони необхідні у всіх випадках, коли потрібно зареєструвати форму об'єкта з високою точністю і за короткий час. Тривимірні сканери дозволяють спростити і покращити ручну працю, а деколи навіть виконати завдання, які здавалися неможливими.

Як правило, 3D сканер являє собою невеликий електронний пристрій, ручний (вагою до 2 кг) або стаціонарний, який використовує в якості підсвітки лазер або лампу спалах. Існують моделі 3D сканерів, призначені для сканування об'єктів різних типів і розмірів, будь то ювелірні вироби, музейні експонати або особи людей. Точність одержуваних моделей об'єктів варіюється від десятків до сотень мікрометрів. Можливо сканування з передачею кольору або тільки форми поверхні. Ці пристрої не тільки спрощують процес створення тривимірних моделей, але і вирішують це завдання з максимальною точністю по відношенню до вихідного оригіналу.

Принцип роботи 3D сканера досить простий, і полягає в отриманні і порівнянні зображення від двох камер. Подібно до того, як людина здатна визначати відстань до предметів за допомогою двох очей, оптичний 3D сканер обчислює відстань до об'єкта, використовуючи 2 камери. Зазвичай на додаток до камер використовується підсвічування (лазер або спалах лампи), що допомагає досягати високої точності і надійності в вимірах.

Всі дані про виміри, а так само знімки переходять в портативний комп'ютер, дані та поверхня сканується деталі запам'ятовуються, аналізуються і виводяться на екран у вигляді тривимірного зображення. За допомогою комп'ютера можна керувати процесом сканування, вибирати дозвіл і необхідні області для уточнення деталізації, зберігати і змінювати отримані за допомогою тривимірного сканера.



4.5 Листові сканери

За принципом дії ці пристрої нагадують факс-апарати. Зчитується сторінка за допомогою спеціального механізму простягається повз головки. Протяжний сканер може оснащуватися лотком для автоматичної подачі аркушів, що істотно збільшує швидкість введення багатосторінкових документів. Якість процесу сканування у цих пристроїв, як правило, невисока, головним чином через те, що при протягуванні аркуша паперу дуже важко добитися його рівномірного руху без перекосів.

Протяжні сканери займають небагато місця на робочому столі і коштують досить дешево. Крім того, вони дуже часто комбінуються з іншими периферійними пристроями. В якості прикладу можна згадати додатковий модуль для введення зображень, яким оснащувався «стародавній» принтер Hewlett-Packard LaserJet 1100. Сконструйована навіть клавіатура, в яку вбудований малоформатний сканер. І нарешті, протяжні сканери дуже часто входять до складу комбінованих периферійних пристроїв, що виконують також функції принтера, копіра, факс-апарату і (в деяких випадках) модему.

Серйозним недоліком протяжних сканерів є те, що з їх допомогою можна сканувати тільки окремі аркуші. Щоб ввести таким чином сторінку з журналу, його доведеться розшити або розірвати. А ось вважати зображення з негнучкого носія (наприклад, картону) протяжним сканером не можна взагалі.

4.6 Сканери сітківки ока

Технологія сканування райдужної оболонки ока була вперше запропонована в 1936 році офтальмологом Франком Бурх (Frank Burch). Він зазначив, що райдужна оболонка ока кожної людини є унікальною. У 1994 році Джон Дафман (John Daugman) з компанії Iridian Technologies запатентував алгоритм для виявлення таких відмінностей.

У системах сканування сітківки ока ідентифікація відбувається з використанням інфрачервоного випромінювання низької інтенсивності, направленого через зіницю до кровоносних судин на задній стінці ока. У сканерів сітківки ока - один з найнижчих відсотків відмови в доступі зареєстрованих користувачів і практично не буває помилкових дозволів доступу, хоча вікові зміни сітківки теж здатні вплинути на результат. Крім того, зображення райдужної оболонки має бути чітким, тому наявність катаракти може також призвести до відмови в доступі.

Сканери очей аналізують різні деталі кольорової тканини, навколишнього зіницю. Для сканування використовується звичайна відеокамера. При цьому користувач дивиться в пристрій, а після сканування райдужної оболонки воно порівнює отримане зображення з наявними в базі. Процес упізнання варіюється, але зазвичай становить менше п'яти секунд. При цьому для сканування достатньо лише швидкого погляду в пристрій.

В даний час подібні сканери використовуються в різних військових і правоохоронних структурах. Однак вони не отримали такого широкого розповсюдження, як сканери відбитків пальців, незважаючи на свою більш високу безпеку. Зазвичай такі сканери громіздкі. Вважається, що подібні сканери неможливо обдурити, і тому вони встановлюються в зонах з дуже високою безпекою. Їх висока вартість і необхідність поміщати очі близько до камери, заважає їх більш широкому використанню.

4.7 Сканери відбитків пальців

Всі існуючі на сьогоднішній день сканери відбитків пальців по використовуваних ними фізичним принципам можна виділити в три групи:

- оптичні;

- кремнієві (або напівпровідникові);

- ультразвукові.

Оптичні сканери. В основі роботи оптичних сканерів лежить оптичний метод отримання зображення. За видами використовуваних технологій можна виділити наступні групи оптичних сканерів:

1. FTIR-сканери - пристрої, в яких використовується ефект порушеного повного внутрішнього відбиття (Frustrated Total Internal Reflection, FTIR). При падінні світла на границю розділу двох середовищ світлова енергія ділиться на дві частини: одна відбивається від межі, інша - проникає в друге середовище. Частка відображеної енергії залежить від кута падіння. Починаючи з деякої його величини, вся світлова енергія відбивається від межі розділу. Це явище називається повним внутрішнім віддзеркаленням. Однак при контакті більш щільною оптичного середовища (в нашому випадку поверхню пальця) з менш щільною (у практичній реалізації, як правило, поверхня призми) в точці повного внутрішнього відбиття пучок світла проходить через цей кордон. Таким чином, від кордону відіб'ються тільки пучки світла, що потрапили в такі точки повного внутрішнього відбиття, до яких не було докладено борозенки папілярного узору поверхні пальця. Для фіксації отриманої світлової картинки поверхні пальця, використовується спеціальна камера (ПЗС або КМОП в залежності від реалізації сканера).

2. Оптоволоконні сканери (fiber optic scanners) - являють собою оптоволоконну матрицю, кожне з волокон якої закінчується фотоелементом.

Чутливість кожного фотоелемента дозволяє фіксувати залишкове світло, що проходить через палець, в точці дотику рельєфу пальця до поверхні сканера. Зображення відбитка пальця формується за даними кожного з елементів.

3. Електрооптичні сканери (electro-optical scanners) засновані на використанні спеціального електрооптичного полімеру, до складу якого входить світловипромінюючий шар.



При прикладанні пальця до сканера неоднорідність електричного поля біля його поверхні (різниця потенціалів між горбками і западинами) відбивається на світінні цього шару так, що він висвічує відбиток пальця. Потім масив фотодіодів сканера перетворює це світіння в цифровий вигляд.

4. Оптичні протяжні сканери (sweep optical scanners) в цілому аналогічні FTIR-пристроям.

Їх особливість в тому, що палець потрібно не просто прикладати до сканера, а проводити їм по вузькій смужці. При русі пальця по поверхні сканера робиться серія миттєвих знімків (кадрів). При цьому сусідні кадри знімаються з деяким накладенням, тобто перекривають один одного, що дозволяє значно зменшити розміри використовуваної призми й самого сканера. Для формування зображення відбитка пальця під час його руху, використовується спеціалізоване програмне забезпечення.

5. Роликові сканери (roller-style scanners). У цих мініатюрних пристроях сканування пальця відбувається при прокатуванні пальцем прозорого тонкостінного циліндра, що обертається (ролика).

Під час руху пальця по поверхні ролика робиться серія миттєвих знімків (кадрів) фрагмента папілярного узору, що стикається з поверхнею. Аналогічно протяжливого сканера сусідні кадри знімаються з накладенням, що дозволяє без спотворень зібрати повне зображення відбитка пальця. При скануванні використовується найпростіша оптична технологія: всередині прозорого циліндричного ролика знаходяться статичне джерело світла, лінза й мініатюрна камера. Зображення освітлюваної ділянки пальця фокусується лінзою на чутливий елемент камери. Після повної «прокрутки» пальця, «збирається картинка» його відбитка.

6. Безконтактні сканери (touchless scanners). У них не вимагається безпосереднього контакту пальця з поверхнею скануючого пристрою. Палець прикладається до отвору в сканері, кілька джерел світла підсвічують його знизу з різних сторін, в центрі сканера знаходиться лінза, через яку, зібрана інформація проектується на КМОН-камеру, яка перетворює отримані дані в зображення відбитка пальця.

Напівпровідникові (кремнієві) сканери



В основі цих сканерів використання для одержання зображення поверхні пальця властивостей напівпровідників, що змінюються в місцях контакту гребенів папілярного узору з поверхнею сканера. В даний час існує кілька технологій реалізації напівпровідникових сканерів.