Wat bepaalt de optische resolutie van een scanner? Belangrijkste kenmerken

Pagina 1

Optische resolutie wordt gedefinieerd als het aantal lichtgevoelige elementen in de scankop gedeeld door de breedte van het werkgebied. Hoge resolutie is meestal alleen nodig voor een comfortabele visuele waarneming.  

Optische resolutie [optische resolutie] - een parameter die de maximale resolutie van de scanner zonder interpolatie bepaalt. De resolutie wordt gewoonlijk gemeten aan de hand van het aantal afzonderlijk opgenomen of waargenomen beeldpunten van een object per eenheid van vaste lengte of oppervlakte.  

Als de optische resolutie van de scanner bijvoorbeeld 800 dpi is, schrijven de fabrikanten in grote letters in de documentatie dat de scannerresolutie 1200 dpi of zelfs 1600 dpi is, terwijl ze in kleine letters toevoegen dat dit een softwareresolutie is.  

Door de extreem korte golflengte wordt een optische resolutie bereikt die veel groter is dan bij gebruik van zichtbaar licht. De resolutielimiet voor een elektronenmicroscoop bedraagt ​​enkele tienden van een nanometer; In zichtbaar licht kunnen slechts ongeveer duizend keer grotere details worden onderscheiden.  

Met deze omstandigheden bedoelen we optische resolutie in een elektronenmicroscopisch beeld die voldoende is om veelhoekige vormen te onderscheiden, bijvoorbeeld in deeltjes van goudhydrosolen.  

Er zijn grote investeringen gedaan in de ontwikkeling van deze camera om zowel de hoogst mogelijke optische resolutie als extreem korte belichtingstijden te bereiken.  

De prachtige tekeningen van Phil werden verfijnd door Robin Raskin en vervolgens afgedrukt op een QMS Lasergrafix-laserprinter met vier keer de oorspronkelijke optische resolutie. De kwaliteit van deze tekeningen was niet zo hoog als een professionele kunstenaar met pen en inkt zou kunnen bereiken, maar de mogelijkheid tot extra persoonlijke betrokkenheid leek mij belangrijker.  

Er moet onderscheid worden gemaakt tussen de concepten optische resolutie van een scanner en softwareresolutie. Optische resolutie toont de maximale mogelijkheden van het lichtgevoelige element van de scanner. Met behulp van softwaretrucs, dat wil zeggen door speciale algoritmen te gebruiken voor het werken met afbeeldingen, kunt u echter de resolutie van de scanner verhogen, meestal naar de volgende waarde in de bovenstaande reeks.  

Over het algemeen kan het in zwakke concentraties worden vergeleken met de kleur van een dichromaatoplossing, maar dit is geen algemene regel. Het probleem van de optische resolutie van dergelijke vloeistoffen kan alleen worden opgelost door een spectrocolorimeter. Dergelijke apparaten zijn nog niet in de oliepraktijk terechtgekomen en worden tot op zekere hoogte vervangen door de Lovibond-tintometer.  

De resolutie wordt bepaald door het aantal optische elementen per lengte-eenheid. Software-interpolatie van optische resolutie levert geen echte verbetering van de kwaliteit van de digitalisering op. Het dynamisch bereik van CCD-apparaten is lager dan dat van PMT's omdat siliciumelementen een slechtere signaal-ruisverhouding hebben.  

Deze waarden bepalen de theoretische limiet van de optische resolutie van fotolithografie.  

Bij de meeste preparaten varieert de lokale transmissie van punt tot punt binnen het gezichtsveld van de microscoop. De invloed van deze heterogeniteit leidt tot het optreden van een specifieke fout: de middelingsfout. Deze fout treedt altijd op wanneer gebieden van het monster met verschillende transmissie worden onderzocht, waarvan de grootte groter is dan de optische resolutielimiet.  

Dunne schijf germanium, dat aan één zijde een concaaf oppervlak heeft, wordt versterkt door middel van een draadcontact op dit oppervlak. De andere kant van de germaniumschijf wordt blootgesteld aan licht, dat er met een lens op kan worden scherpgesteld. Wanneer een polarisatiespanning van geschikte grootte wordt aangelegd, hangt de uitgangsstroom van de fototransistor af van de verlichting. Omdat het actieve oppervlak van de fotocel erg klein is, wordt een goede optische resolutie verkregen. De spectrale karakteristiek bestrijkt tegelijkertijd het bereik van zichtbaar licht en infraroodstraling tot golflengten van ongeveer 2 micron met een maximum van ongeveer 15 micron. De fototransistor heeft een vrij vlakke frequentierespons tot 200 kHz. Het is mogelijk om zelfs bij een belasting van 2K een uitgangsstroom van 0,07 mA/mlm te verkrijgen.  

Een fotografische lens geplaatst tussen de fotografische plaat en het monster focust het beeld van het oppervlak van het object op het vlak van de fotografische plaat. Bovendien moeten hun vlakken evenwijdig zijn. Een belangrijk voordeel van gefocusseerde beeldhologrammen is de mogelijkheid om een ​​vergroot beeld van een object te verkrijgen, en daardoor een grotere optische resolutie van interferentieranden.  

Sommige soorten cementiet, zoals tertiair cementiet of cementiet dat na uitharding in de structuur van staal wordt verdeeld, worden door dit etsmiddel beter zichtbaar dan met behulp van etsmiddelen, waarvan het ijzercarbide na behandeling donker lijkt tegen de achtergrond van de omringende lichtmatrix . Klemm gebruikte het om cementiet en -y-fase in verharde structuren te detecteren. Voor het etsen is het niet nodig om de vervormde laag van de ferrietmatrix te verwijderen. Het beeld van de structuur is van betere kwaliteit als de sulfideafzetting gelijkmatig over het gehele oppervlak van het ferriet is georiënteerd. Met deze methode kan men de ontwikkeling van de coagulatie van cementiet observeren dat vrijkomt tijdens het temperingsproces. Uiteraard om een ​​klein aantal kleine cementietdeeltjes te bestuderen belangrijk heeft optische resolutie.  

Een scanner is een apparaat waarmee u informatie in een computer kunt invoeren grafische vorm tekst, tekeningen, dia's, foto's, grafieken, artikelen, manuscripten, enz. Alle scanners kunnen worden onderverdeeld in verschillende klassen: handbediende (uitgebreide), desktop of tablet, scanners voor transparante materialen. De belangrijkste verschillen tussen de apparaten zijn kosten, beeldkwaliteit en gebruikswijze.

Scanners behoren tot SAD-systemen (Source Attenuator Detector - verzwakkingsbrondetector of wijzigingsdetectietool). Naarmate het licht in de scanner weerkaatst of door het document gaat, zal de amplitude van het lichtsignaal enigszins verzwakken, wat wordt gedetecteerd door de sensoren van de scanner, die het verschil tussen de lichtwaarden meten. Er zijn verschillende soorten sensoren. De meeste skers gebruiken CCD-sensoren (Charged-coupled devices) - charge-coupled devices of charge-coupled devices (CCD's) die licht in piels omzetten. Elke scanner heeft een line array bestaande uit enkele duizenden CCD-apparaten die in een rij langs de scanengine zijn gerangschikt. Sommige scanners gebruiken sensoren die zijn gebaseerd op complementaire metaaloxide-halfgeleiders, CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), die voor het eerst verschenen in digitale fototoestellen. CMOS-apparaten verschillen van CCD-sensoren doordat ze als een afzonderlijke eenheid bestaan. Tijdens het scannen vergelijken CCD- en CMOS-apparaten de hoeveelheid elektrische lading vóór en nadat deze door het gescande origineel wordt gereflecteerd. Het verschil wordt omgezet in een tint en bepaalt de kleur van de pixels.

Scansnelheid- een van de kenmerken van de scanner.

De scantijd begint door op de knop te drukken Scannen en eindigt met het feit dat de afbeelding bewerkbaar is in Adobe Photoshop. Als het scannen wordt uitgevoerd terwijl de automatische kalibratiemodus is ingeschakeld, die vóór elke scan wordt uitgevoerd, wordt de scantijd met 6-8 seconden verlengd.

Uit onderzoek blijkt dat scan tijd met resoluties van 1200 en 2400 dpi bleken hetzelfde te zijn, wat erop wijst dat de verticale resolutie, die veel fabrikanten hanteren De laatste tijd voor reclamedoeleinden zeggen ze twee keer zo groot als horizontaal - hoogstwaarschijnlijk is het slechts een interpolatieresolutie, en het getal 2400 duidt alleen op verbeterde scannermechanica.

Moderne scanners hebben een behoorlijk grote geheugenbuffer: bij het scannen van foto's van 50 MB terwijl u de liniaal parkeert (beweging van scanapparaten in startpositie) blijft de scanner het beeld berekenen en verzenden.

Dynamisch bereik- een van de belangrijkste parameters van de scanner. Het dynamisch bereik wordt berekend met de formule: D = Dmax – Dmin, waarbij D het verschil is tussen de maximale en minimale optische dichtheden die door de scanner worden onderscheiden. Normaal gesproken is de minimale optische dichtheid Dmin die door de scanner wordt waargenomen 0,07-0,08 D.

Optische dichtheid gelijk aan de negatieve decimale logaritme van de reflectie- (transmissie-)coëfficiënt. Als de optische dichtheid 1, 2, 3, enz. is, wordt respectievelijk een tiende, honderdste of duizendste van het invallende licht gereflecteerd (of doorgelaten). Op transparant beeldmateriaal (dia's) en foto's kan de optische dichtheid 4,0 bereiken.

Optische scannerresolutie

Het belangrijkste kenmerk van de scanner is optische resolutie. Het wordt gemeten in ppi - pixels per inch, maar vaak wordt het geschreven als dpi - dots per inch. De term "punt" betekent een element dat geen specifieke vorm heeft en wordt gebruikt om de resolutie van afdrukapparaten te meten. Scanners en rastergrafische bestanden werken met pixels die altijd vierkant van vorm zijn.

Optische resolutie geeft aan hoeveel pixels de scanner kan tellen in een vierkante inch. Het is als volgt geschreven: 300'300, 300'600, 600'1200, etc. Het eerste getal geeft het aantal sensoren aan dat de informatie leest, en hier moet u op letten. Vaak geven fabrikanten en verkopers graag iets van 4000, 4500 dpi in de resolutie aan. Deze geïnterpoleerde oplossing is geen eigenschap van de scanner, maar van het programma dat deze ondersteunt. De kwaliteit van de op deze manier verkregen afbeeldingen hangt niet alleen af ​​van de scanner, maar ook van de kwaliteit van de interpolatiefuncties die in het programma zijn geïmplementeerd.

Natuurlijk is het scannen van het maximale bereik van optische dichtheden helemaal niet nodig, en soms ook niet wenselijk - voor normaal scannen, niet voor testscans.

Een andere maateenheid voor optische resolutie is spi (samples per inch) - het aantal monsters dat door de scanner in één inch is genomen. In dit geval geeft de resolutie aan hoe vaak de scanner tijdens het scannen naar de afbeelding kijkt. Als de line array van een flatbedscanner 600 kleine sensoren per centimeter heeft, is de optische resolutie van de scanner 600 spi.

Optische resolutie in dpi wordt doorgaans aangegeven door scannerfabrikanten, hoewel het logischer is om deze in spi aan te geven.

dr. technologie. Wetenschappen Yu.N. Samarin, MSUP

Scanreproductietechnologie, het prototype van moderne scanners, verscheen al een hele tijd geleden. Al in de jaren vijftig van de vorige eeuw werden elektronische graveermachines gemaakt voor de productie van boekdrukformulieren (clichés), en in de jaren zestig elektronische graveermachines voor de productie van diepdrukformulieren en elektronische kleurscheiders en kleurcorrectors. Het analyseapparaat van deze machines las met een bepaalde resolutie het beeld element voor element uit het illustratieve origineel en zette de waarde van de optische dichtheid van het beeld om in analoge elektrische signalen. Deze signalen werden verwerkt en gecorrigeerd elektronische eenheden en gecontroleerde syntheseapparaten bij het graveren van formulieren of bij het opnemen van kleurgescheiden fotovormen. In wezen waren de analyseapparatuur van deze machines de eerste scanners. Onafhankelijke analyseapparatuur (scanners) begon pas te worden geproduceerd na de wijdverbreide automatisering van technologische informatieverwerkingsprocessen. Dit maakte het mogelijk om de belangrijkste handelingen van het technologische proces van het voorbereiden van illustraties voor afdrukken te verdelen tussen een scanner (analyse en codering van visuele informatie), een computer (informatieverwerking) en een fotozetmachine (het uitvoeren van afbeeldingen op fotografisch materiaal).

Algemene informatie en technische kenmerken

Met scanners kunt u afbeeldingen op een plat medium (meestal papier, film of fotografisch papier) in een computer invoeren, evenals afbeeldingen van driedimensionale objecten kleine maten. Bij het lezen van een afbeelding bemonstert de scanner deze als een verzameling individuele punten (pixels) met verschillende niveaus van optische dichtheid. Informatie over de optische dichtheidsniveaus van deze punten wordt geanalyseerd en omgezet in binair getal digitale vorm en wordt in het systeem geïntroduceerd voor verdere verwerking (Fig. 1). Beeldanalyse wordt uitgevoerd door te scannen (vandaar de naam van het apparaat - scanner).

Het scanproces bestaat uit het feit dat het, door een gefocusseerde lichtbundel te verplaatsen, mogelijk is om element voor element een tweedimensionaal beeld te lezen dat is ontworpen voor observatie in gereflecteerd of doorgelaten licht. De lichtstroom, die tegelijkertijd verwerft amplitudemodulatie kunnen door interactie met het beeld worden verzameld en omgezet in een elektrisch signaal dat geschikt is voor verzending, verwerking en opname.

Tegenwoordig wordt voornamelijk de methode van rechthoekig lineair rasterscannen gebruikt, waarbij een enkele scanbundel opeenvolgend langs rechte lijnen beweegt (ontvouwt) met snelle overgang vanaf het einde van de ene scanlijn (lijn) tot het begin van de volgende.

De rasterscan wordt gevormd uit twee orthogonale componenten: horizontale scan (x-scan) en framescan (u-scan). Deze laatste stelt de afstand tussen aangrenzende lijnen in om consistent de hele afbeelding te bedekken.

Belangrijkste technische parameters van scanners:

Resolutie (resolutie);

Kleuren diepte;

Gevoeligheidsdrempel;

Dynamisch bereik van optische dichtheden;

Maximaal scanformaat;

Vergrotingsfactor.

Belangrijke mogelijkheden scanner, die het toepassingsgebied ervan bepalen, zijn scanmodi, het type mechanisme voor het scannen van originelen en enkele andere technische gegevens.

Toestemming . Resolutie (resolutie) waarde die het aantal gelezen beeldelementen per lengte-eenheid karakteriseert. Meestal wordt de afmeting van deze waarde aangegeven in dots per inch. Er is een onderscheid tussen fysieke (hardware) resolutie en scannerinterpolatieresolutie.

Fysieke resolutie kenmerkt de ontwerpmogelijkheden van de scanner bij beeldbemonstering horizontaal en verticaal. De horizontale optische resolutie van flatbedscanners (planaire scanners) met een vaste brandpuntsafstand wordt gedefinieerd als de verhouding tussen het aantal individuele lichtgevoelige elementen in de fotodetectorarray (of arrays) en de maximale breedte scannerwerkgebied. Hoge waarde optische resolutie wordt bereikt door de dichtheid van opname-elementen te vergroten of door gelijktijdig gebruik van verschillende fotodetectoren. In het laatste geval worden afzonderlijke delen van het invoerbeeld automatisch of handmatig gecombineerd. De afstand waarover de scankop wordt verplaatst met behulp van een stapmechanisme bepaalt de verticale resolutie van de scanner. De resolutie van het invoerbeeld in verticale richting bepaalt de snelheid waarmee de fotodetector beweegt ten opzichte van het origineel (of omgekeerd). Naarmate de resolutie afneemt, neemt de scansnelheid toe.

Bij projectiescanners, maar ook bij digitale camera's, wordt de optische resolutie gewoonlijk uitgedrukt in het totale aantal punten in het beeld, aangezien de mate van detail in het vastgelegde beeld afhangt van de afstand van het gescande object tot de opnamecamera. De optische resolutie van drumscanners is afhankelijk van de kenmerken stappenmotor en lensopening, evenals de helderheid van de gebruikte lichtbron en maximale frequentie trommelrotatie.

Veel scanners bieden de mogelijkheid om de resolutie softwarematig te verhogen interpolatie. Dit verhoogt echter niet het detailniveau in de afbeelding, maar vermindert alleen de korreligheid ervan. Tijdens interpolatie leest de scanner grafische informatie van het origineel op de limiet van de fysieke resolutie en neemt afbeeldingen op in de gegenereerde afbeelding aanvullende elementen, door hen de gemiddelde kleurwaarden van aangrenzende, feitelijk getelde punten toe te wijzen. Door het gebruik van interpolatie kunnen in sommige gevallen goede resultaten worden bereikt: de grenzen worden verlegd rasterobjecten en fijnere details worden duidelijker verwerkt.

Kleuren diepte is het aantal bits dat de scanner kan toewijzen bij het digitaliseren van een punt. Bij het scannen wordt een analoog signaal gelezen dat de optische dichtheid van het beeld karakteriseert. Analoog signaal (Fig. 2 A) kan waarden aannemen uit het bereik van acceptabele waarden. Het signaal dat is omgezet naar een digitaal equivalent is discreet in termen van de reeks geaccepteerde waarden (Fig. 2 B). Voor een 8-bits conversie (2 8) zijn er slechts 256 van dergelijke waarden (Fig. 2 V), voor 12-bit (2 12) 4096, voor 16-bit (2 16) 65 536. In alle gevallen geeft het omzetten van een analoog signaal naar digitale vorm een ​​afrondingsfout, die soms de helft bedraagt ​​van het gewicht van het minst significante bit , genaamd kwantiseringsruis.

Opgemerkt moet worden dat sommige scanners een 10-bits (1024 grijsniveaus), 12-bits (4096 grijsniveaus) of zelfs 16-bits grijstinten gebruiken. Beeldverwerkingsprogramma's werken echter alleen met 8-bits gegevens. Deze scanners hebben het voordeel dat ze kwantiseringsruis verminderen.

Gevoeligheidsdrempel . Bij halftoonscannen kan de helderheid van elk punt één van de vele mogelijke waarden aannemen (gradaties van helderheid), en bij binair scannen slechts één van twee. In de binaire modus converteert de scanner gegevens door deze te vergelijken met een bepaalde drempelwaarde (zwartniveau). Omdat de scanner grijstinten kan onderscheiden, moet de gevoeligheidsdrempel zo worden ingesteld dat de scanner beeldelementen in zwart en wit kan classificeren. De helderheid van elke pixel van een 8-bits halftoonafbeelding wordt uitgedrukt als een getal van 0 tot 255 (0 wit, 255 zwart). Om een ​​grijswaardenafbeelding naar een binair beeld te converteren, moet de scanner het niveau (getal) “kennen” waarboven een punt als wit (0) wordt beschouwd, en waaronder deze als zwart (1) wordt beschouwd. Dit niveau wordt de gevoeligheidsdrempel genoemd.

Rijst. 3. Om de optische dichtheid te bepalen: a - afbeelding op transparante basis; b - afbeelding op een ondoorzichtige basis

Dynamisch bereik (bereik optische dichtheid) Een scanner wordt gekenmerkt door zijn vermogen om overgangen tussen aangrenzende tonen in een afbeelding te onderscheiden. Het concept van optische dichtheid D wordt gebruikt om het absorptievermogen van ondoorzichtige (reflecterende) originelen en de mate van transparantie van transparante originelen te karakteriseren en wordt uitgedrukt in de decimale logaritme:

waar de transmissie van het materiaal (afbeeldingen op transparante basis) (Fig. 3 A), karakteriserend zijn vermogen om lichtstroom te absorberen; reflectiecoëfficiënt (Fig. 3 B), dat het vermogen van een materiaal (afbeelding op een ondoorzichtige basis) karakteriseert om de lichtstroom te reflecteren; respectievelijk de lichtstroom die door het materiaal wordt doorgelaten en de lichtstroom die door het materiaal wordt gereflecteerd.

Optische dichtheid D = 0,05 komt overeen met de waarden of; D = 1 komt overeen met de waarden en ;
enz.

Vanwege de imperfectie van het optische systeem van de scanner en de niet-lineariteit van de spectrale kenmerken van de fotodetector, zijn de parameterwaarden echte apparaten scans zijn altijd lager dan theoretisch mogelijk is. In de praktijk wordt het dynamisch bereik van een scanner gedefinieerd als het verschil tussen de optische dichtheid van de donkerste Dmax- en de lichtste Dmin-tonen die deze daadwerkelijk kan onderscheiden. De maximale optische dichtheid van het origineel kenmerkt het donkerste gebied van het origineel dat door de scanner wordt herkend; donkere gebieden worden door de scanner als volledig zwart ervaren. Dienovereenkomstig kenmerkt de minimale optische dichtheid van het origineel het lichtste gebied van het origineel dat door de scanner wordt herkend; lichtere gebieden worden door de scanner als volledig wit waargenomen.

Hoe groter het dynamische bereik van de scanner, hoe meer helderheidsgradaties hij kan herkennen en dus hoe meer beelddetails hij kan vastleggen. Het is vrijwel onmogelijk om een ​​digitaal beeld te produceren met een toondichtheid groter dan 4,0. Blijkbaar is op basis hiervan het bereik van de optische dichtheden van de scanner vaak beperkt tot precies deze waarde.

Sommige scanners kunnen kalibreren, dat wil zeggen zich aanpassen aan het dynamische bereik van de dichtheden van het origineel. Laten we hier eens naar kijken specifiek voorbeeld. Laten we zeggen dat we een CCD-scanner hebben die een optisch bereik van dichtheden tot 3,2 waarneemt. Met zijn hulp moeten we een dia scannen met een maximale optische dichtheid van 4,0. De scanner voert een voorlopige scan uit om het origineel te analyseren en een optische dichtheidsgrafiek te produceren. Meestal ziet zo’n diagram er ongeveer zo uit als in figuur 2. 4. Na analyse van het diagram voert de scanner een automatische kalibratie uit om het dynamische bereik van de waarneming van de optische dichtheid te verschuiven. In dit specifieke geval worden de verliezen in de “schaduwen” dus geminimaliseerd als gevolg van onbeduidende verliezen in de “hoogtepunten”.

Scangebied definieert maximumgrootte origineel in inches of millimeters dat door het apparaat kan worden gescand. Soms wordt ook de term maximaal formaat gebruikt.

Vergrotingsfactor Toont (meestal een percentage) hoe vaak een originele afbeelding tijdens het scannen kan worden vergroot. Afhankelijk van het type en de klasse van de scanner wordt de vereiste vergrotingsfactor vóór het scannen automatisch bepaald of handmatig door de gebruiker ingesteld. IN automatische modus Het scannerstuurprogramma berekent de vereiste invoerresolutie op basis van het formaat van het origineel en de geselecteerde vergrotingsfactor.

Er is een wiskundige afhankelijkheid van de resolutie R in dots per inch (dpi), waarbij er rekening mee wordt gehouden dat het origineel moet worden gescand om de opgegeven kwaliteit te verkrijgen: R=LKM,

Waar L lijntekening van het afdrukraster waarmee verder zal worden afgedrukt (lpi); M schaal factor; NAAR de zogenaamde kwaliteitsfactor, waarvan de waarde varieert van 1,5 tot 2.

Scantechnologie bepaald door het aantal, het type en de parameters van de gebruikte fotodetectoren (foto-elektrische omzetters).

Moderne scanners maken hoofdzakelijk gebruik van twee soorten fotodetectoren: fotomultiplicatorbuizen (PMT's) en ladingsgekoppelde apparaten (CCD's). Soms worden fotodiodes (PD's) gebruikt.

Fotomultiplicatorbuizen worden gebruikt als lichtgevoelige apparaten in drumscanners (Fig. 5). PMT's versterken het licht van een xenon- of wolfraam-halogeenlamp-gemoduleerd beeld, dat met behulp van condensorlenzen of glasvezel op een extreem klein deel van het origineel wordt gefocust. De fotostroom die onder invloed van licht in een fotocel ontstaat, is recht evenredig met de intensiteit van de lichtstroom die erop valt. Het bijzondere van een fotomultiplier als fotodetector is dat dankzij een systeem van dynodes de evenredigheidscoëfficiënt miljoenen keren kan worden verhoogd (tot acht ordes van grootte). Ook het spectrale bereik van PMT’s voor printdoeleinden is onberispelijk, omdat het het zichtbare spectrum van lichtgolven volledig dekt.

Een CCD-sensor bestaat uit vele kleine lichtgevoelige elementen die een elektrische lading produceren die evenredig is aan de intensiteit van het licht dat erop valt. De werking van een CCD is gebaseerd op de afhankelijkheid van de geleidbaarheid van de pn-overgang van een halfgeleiderdiode van de mate van verlichting ervan.

Eén CCD-lijn kan enkele honderden tot enkele duizenden lichtgevoelige cellen bevatten. De grootte van de CCD-eenheidscel is een kritische parameter, omdat deze niet alleen de resolutie van de scanner bepaalt, maar ook de maximale waarde van de vastgehouden lading, en bijgevolg het dynamische bereik van het apparaat. Het verhogen van de resolutie van de scanner leidt tot een vernauwing van het dynamische bereik. Hoewel wordt aangenomen dat het spectrale bereik van CCD's het gehele zichtbare spectrum kan bestrijken, is het blauwe gebied van het spectrum, zoals bij de meeste halfgeleiderfotodetectoren, moeilijk toegankelijk en wordt de grootste gevoeligheid dichter bij het rode gebied waargenomen.

CCD's worden voornamelijk gebruikt in flatbed- (Fig. 6) en projectiescanners, maar ook in digitale camera's. In de laatste twee gevallen worden zowel lineaire als matrix-CCD's gebruikt.

Mechanisme voor het scannen van originelen. Het ontwerp van de scanner wordt grotendeels bepaald door de fotodetector die erin wordt gebruikt. Professionele scanners bedoeld voor gebruik in prepresssystemen kunnen als volgt worden geclassificeerd (Fig. 7):

Afhankelijk van de aard van de locatie van het origineel: planair (flatbed), projectie, drumscanners;

Afhankelijk van de aard van de beweging van het origineel: scanners met een bewegend en een stilstaand origineel;

Bij kleurenscanners zijn kleur en zwart-wit mogelijk;

Via scanmodus: scanners met één doorgang (zwart-wit en kleur, waarbij het scannen van een kleurenorigineel in één doorgang wordt uitgevoerd) en driedoorgangen;

Door scantechnologie: scanners met fotomultipliers, met één of drie CCD-lijnen, met CCD-matrix;

Door het type optische onderdelen dat beweegt tijdens het scannen (alleen voor platte scanners) met een bewegende lezer, met bewegende spiegels en hybride, waarbij zowel de lezer als de spiegels bewegen.

Het meest voorkomende type scanner is flatbed (flatbed). Bijna alle modellen hebben een afneembare hoes, waarmee u dikke originelen (tijdschriften, boeken) kunt scannen. Bovendien kunnen sommige modellen worden uitgerust met een invoermechanisme aparte bladen, wat handig is bij het werken met tekstherkenningsprogramma's OCR (Optical Characters Recognition).

Flatbedscanners voor het scannen van transparante originelen kunnen worden uitgerust met een diamodule. De diamodule heeft een eigen lichtbron en wordt op een vlakscanner geïnstalleerd in plaats van op een deksel.

Het belangrijkste verschil tussen drumscanners is dat het origineel op een transparante drum is gemonteerd, die met hoge snelheid ronddraait. Het leeselement bevindt zich zo dicht mogelijk bij het origineel. Deze structuur biedt hoge kwaliteit scannen. Normaal gesproken worden er in drumscanners drie fotovermenigvuldigingsbuizen geïnstalleerd en wordt het scannen in één keer uitgevoerd. Sommige drumscanners gebruiken een fotodiode als leeselement in plaats van een fotomultiplier. Drumscanners kunnen zowel ondoorzichtige als transparante originelen scannen.

Projectiescanners worden gebruikt voor het scannen van dia's met hoge resolutie klein formaat(meestal niet groter dan 4 x 5 inch). Er zijn twee constructieschema's: met een horizontale en een verticale opstelling van de optische leesas. De meest populaire is de verticale projectiescanner. Er zijn ook reflectieprojectiescanners voor het scannen van ondoorzichtige originelen en universele projectiescanners waarmee u elk type fijn origineel kunt gebruiken.

Basisontwerpelementen van scanners

De belangrijkste elementen en apparaten in de scanner zijn:

Lichtbron;

Fotodetectoren;

Glasvezellichtgeleiders;

Microlenzen en objectieven;

Straalsplitsende prisma's en spiegels;

Lichtfilters.

Bronnen van licht . Scanners gebruiken gloeilampen, fluorescentielampen, metaalhalide- en xenonlampen en lasers als lichtbronnen.

De basis voor de productie van lichtstraling door gloeilampen is de uitgezonden thermische straling stevig lichaam als het verwarmd is. Onderscheidend kenmerk thermische zenders ligt in de continuïteit en gladheid van de spectrale stralingscurve. Om de kleur van de straling van een thermische zender te karakteriseren, wordt het concept van kleurtemperatuur gebruikt.

Kleurrijke temperatuur(TC) dit is de temperatuur van een absoluut zwart lichaam waarbij de kleur van zijn straling samenvalt met de kleur van de straling van de vergeleken thermische zender. Zo is de kleurtemperatuur van daglicht 6500 K, een gloeilamp met wolfraamgloeidraad 2450 K, een booglamp 5500 K. Dit betekent dat een volledig zwart lichaam, verwarmd tot dezelfde temperaturen, dezelfde straling afgeeft als de genoemde bronnen.

Gloeilampen bestaan ​​uit de volgende structurele elementen: een glazen bol, een gloeidraad, een gloeidraadhouder en een metalen voet. Bij moderne gloeilampen is het gloeidraadlichaam gemaakt van wolfraamdraad, gedraaid in een enkele of dubbele spiraal. Wolfraam is een vuurvast metaal dat bestand is tegen hitte tot hoge temperaturen, waardoor de lampstraling dichterbij komt witte kleur.

Gloeilampen die in scanners worden gebruikt, moeten aan een aantal bijzondere eisen voldoen omdat ze deel uitmaken van een optisch precisiesysteem. Daarom zijn de positie van het gloeilampcentrum en de afmetingen ervan gestandaardiseerd voor lampen. Lampen zijn onderhevig aan hogere eisen op het gebied van de kwaliteit van de glasbollen, de grootte, vorm en locatie van het gloeidraadlichaam en het ontwerp van de voet. NAAR dit type Tot lampen behoren ook gloeilampen met een jodiumcyclus. De lampen van deze lampen zijn gemaakt van kwartsglas. Hun voordelen ten opzichte van conventionele gloeilampen omvatten een aanzienlijk langere levensduur totale afmetingen, in hoge helderheid en hoge lichtopbrengst.

TL-lampen zijn energiezuiniger en hebben een langere levensduur in vergelijking met gloeilampen. Fluorescentielampen met een speciale selectie fosforen zenden licht uit dat dicht bij daglicht (wit) licht ligt. Fluorescerende lamp Het is een cilindrische glazen buis, aan beide uiteinden waarvan poten met twee contactpinnen zijn gesoldeerd. In de cilinder op de basis bevinden zich elektroden in de vorm van dubbele wolfraamspiralen bedekt met een laag bariumoxide. Enkele milligrammen kwik worden in de lampcilinder geïnjecteerd. De kwikdamp waarin de gasontlading plaatsvindt heeft een lage druk van 0,81,43 Pa. Om de gasontlading te stabiliseren worden inerte gassen (argon of krypton) in de lamp gebracht. Poedervormige fosforen worden in de vorm van een dunne, uniforme laag op het binnenoppervlak van de buis aangebracht.

Metaalhalogenidelampen zenden licht uit dat bijna daglicht benadert, hebben een hoge intensiteit, een hoog lichtrendement en een lange levensduur.

Xenonlampen worden geclassificeerd als lichtbronnen met hoge intensiteit. Ze gebruiken het zware inerte gas xenon als gasmedium, dat een ontlading produceert bij hoge stroomdichtheden hoge druk. De straling van een xenonontlading vormt een continu spectrum, dat het spectrum van zonlicht benadert. Deze laatste omstandigheid bepaalde het gebruik van xenonlampen als lichtbronnen voor fotografisch reproductiewerk en bij het analyseren van scannerapparatuur.

Een laser als lichtbron wordt alleen in zwart-witscanners gebruikt, omdat deze monochromatische lichtstraling produceert. In zwart-witscanners worden, samen met andere lichtbronnen, gaslasers met laag vermogen gebruikt: helium-neon en argon.

Fotodetectoren . In planaire en projectiescanners worden in de regel ladingsgekoppelde apparaatapparaten (CCD's) gebruikt, en in drumscanners worden fotomultiplicatoren en fotodiodes gebruikt.

CCD-werking is gebaseerd op de eigenschap van MOS-structuurcondensatoren (metaaloxidehalfgeleider) om pakketten van minderheidsladingsdragers te verzamelen en te accumuleren in gelokaliseerde potentiaalputten op het siliciumoxide-siliciumgrensvlak. De structuur van een MOS-condensator wordt getoond in Fig. 8 A. Een enkelkristallijn siliciumsubstraat, bijvoorbeeld met een geleidbaarheid van het gatentype, is bedekt met een diëlektrische laag en een dunne (~ 0,1 μm) oxidelaag waarop een metalen elektrische poort zich bevindt. Wanneer op deze elektrode een positieve spanning ten opzichte van het substraat wordt aangelegd, zullen de meeste dragers (gaten) in de siliciumlaag op de grens met het oxide van de elektrode worden afgestoten en de oppervlaktelaag achterlaten. Onder de elektrode wordt een potentiaalput gevormd, een gebied waar geen meerderheidsdragers aanwezig zijn. De "diepte" van deze put hangt af van de poortspanning U.

Blootstelling aan licht leidt tot het verschijnen van elektronen-gatparen en de accumulatie van minderheidsdragers (elektronen) in de potentiële bron. De geaccumuleerde lading is evenredig met de verlichting en de accumulatietijd. De directionele overdracht van geaccumuleerde ladingen naar de CCD van de ene MOS-condensator naar een dichtbij gelegen aangrenzende condensator wordt uitgevoerd door het creëren van een longitudinaal elektrisch veld tussen de poorten wanneer een hogere spanning wordt aangelegd op de tweede poort. Onder deze elektrode wordt een diepere potentiaalput gevormd, waarin het ladingspakket stroomt. Dit proces wordt geïllustreerd in Fig. 8 B, waarin de schaduw de mate van vulling van de potentiaalput met minderheidsdragers aangeeft, dat wil zeggen de hoeveelheid lading onder de elektrode.

Beschouw als voorbeeld de lineaire (enkellijnige) structuur van een omzetter die bestaat uit een keten van MOS-condensatoren. In afb. 8 V Er wordt getoond dat één cel, overeenkomend met één beeldelement, bestaat uit drie MOS-condensatoren. De poorten van aangrenzende cellen zijn met elkaar verbonden via een schuifregistercircuit met drie cycli. Vorm van de spanning die wordt toegepast op metalen elektroden 1, 2 En 3 elke cel heeft een pulskarakter. Dit zorgt voor unidirectionele beweging van geaccumuleerde ladingen naar het uitvoerapparaat. Laten we aannemen dat dit onder de elektroden is 1 Er zijn ladingen geaccumuleerd, waarvan de grootte overeenkomt met de verlichtingsverdeling langs de CCD-lijn. Naar de elektroden 2 En 3 Er wordt minder spanning aangelegd dan op de elektroden 1 worden ladingsgebieden geïsoleerd door potentiële barrières. Als tijdens het scannen naar de elektroden 2 breng een spanning aan die gelijk is aan de spanning op de elektroden 1 breidt de potentiaalput zich uit en vullen elektronen de potentiaal ruim onder de elektroden 1 En 2 . Vervolgens de spanning op de elektroden 1 neemt af en minderheidsdragers bewegen volledig onder de elektroden 2 . Tegen die tijd op de elektroden 3 de spanning is laag, wat leidt tot isolatie van de ladingsgebieden ertussen aparte cellen heersers.

Om ladingen van de ene cel naar de volgende te verplaatsen, moet je ze eerst onder de elektroden overbrengen 3 en vervolgens onder de elektroden 1 volgende cel. Dit gebeurt door positieve klokpulsen op de elektroden aan te leggen. In drie cycli van spanningsverandering in fasen Ф 1, Ф 2 en Ф 3 zal de ladingsontlasting in de lijn één cel verplaatsen. In het uitvoerapparaat wordt de reeks ladingen omgezet in een pulsspanning, waarvan de omhullende het beeldsignaal vertegenwoordigt.

In een CCD zijn de processen van ladingsaccumulatie en uitlezing in de tijd gescheiden. De sweep wordt uitgevoerd in een tijdsperiode die overeenkomt met de omgekeerde slag. In dit geval vindt de gelijktijdige beweging van ladingen langs de lijn plaats van de eerste cel van links naar rechts, en wordt het uitgangsbeeldsignaal in omgekeerde volgorde verkregen, beginnend bij de laatste cel van de lijn. Er wordt dus zelfscanning uitgevoerd - informatie wordt overgedragen als gevolg van ladingskoppeling door de "diepte" van potentiële putten onder de elektroden van MOS-condensatoren te veranderen.

Tegenwoordig zijn er linialen ontwikkeld met 8000 cellen per rij, met een celgrootte van 20 micron. Op de CCD bevinden zich matrixstructuren die het beeldsignaal produceren. CCD-licht-/signaalsensoren zijn klein van formaat, verbruiken weinig energie en bieden een hoge geometrische nauwkeurigheid bij het scannen van beelden.

Fotomultiplierbuizen (PMT's) en fotodiodes (PD's) worden voornamelijk gebruikt in apparaten van het drumtype. De fotomultiplier bestaat uit een elektronenoptisch gedeelte 1 en secties voor secundaire elektronenvermenigvuldiging 2 (Afb. 9). In het elektronenoptische gedeelte wordt de lichtstroom Ф omgezet in een fotostroom op basis van het externe foto-elektrische effect: de emissie van foto-elektronen onder invloed van lichtkwanta. Waarde integrale gevoeligheid van de fotokathode (A/lm).

Op het binnenoppervlak van het eind- of zijvenster wordt een dunne metaalfilm gespoten, die vrijwel transparant is voor licht en dient om stroom te leveren aan de fotokathode (PC). Vervolgens wordt er een lichtgevoelige laag op aangebracht.

Naast de PC bevat het elektronenoptische gedeelte een focusseringselektrode (FE), een diafragma D en de eerste dynode D 1 (emitter van secundaire elektronen). Foto-elektronen verlaten de pc onder verschillende hoeken ten opzichte van het oppervlak en met verschillende snelheden. Elektroden FC, FE, D en D 1 vormen elektrostatische lenzen die zorgen voor focussering en versnelling van foto-elektronen die naar de eerste dynode D 1 zijn gericht.

Secundaire el2 bestaat uit verschillende dynodes en een collector NAAR. Er worden versnellingsspanningen aangelegd tussen aangrenzende dynodes en van de verdeler verwijderd 3 . Foto-elektronen die de eerste dynode D 1 raken, veroorzaken secundaire elektronenemissie. De waarde van de secundaire emissiecoëfficiënt hangt af van het materiaal en de oppervlaktebehandeling van de dynode, evenals van de versnellingsspanning. Secundaire elektronen vallen op de tweede dynode D 2. De vermenigvuldigde stroom elektronen van de tweede dynode gaat naar de derde, enz. Voor de dynodes bevinden zich roosters (niet getoond in figuur 9), met behulp waarvan een elektrisch veld wordt gecreëerd dat de focussering van secundaire elektronen vergemakkelijkt. Daarnaast schermen de roosters de dynodesecties van elkaar af. Alle PMT-elektroden worden gevoed vanuit een gestabiliseerde bron met behulp van verdeler 3, die wordt voorzien van een spanning van –1500 tot –2500 V.

In een ideaal geval kan men de waarden van de secundaire emissiecoëfficiënten accepteren. Dan is aan de uitgang van de fotomultiplier de collectorstroom, waar N aantal secundairepen; ik 1 =ik f fotokathode-emissiestroom. Meestal n=7-12. De gevoeligheid van de PMT en het aantal vermenigvuldigingstrappen worden beperkt door donkerstroom en ruis. De belangrijkste componenten van de donkerstroom zijn de thermische stromen van de fotokathode en de eerste dynodes, veldemissiestroom van de dynodes, lekstroom tussen de collectoraansluitingen en andere elektroden. Collectorstroomruis wordt veroorzaakt door fluctuaties in foto-emissie, thermische emissie en secundaire elektronenemissie. De signaal/ruis-verhouding hangt ook af van de thermische ruis van de belastingsweerstand Rн in het collectorcircuit. Moderne fotomultipliers hebben een lineaire lichtkarakteristiek in het operationele verlichtingsbereik. Fotomultiplicatoren zijn vrij breedbandig (de duur van het signaalfront tijdens plotselinge veranderingen in de lichtstroom bedraagt ​​niet meer dan 10 -8 10 -9 s). Dit betekent dat PMT's vrijwel geen beperkingen opleggen aan de beeldoverdrachtsnelheid.

Fotodiodes zijn halfgeleiderapparaten met een diffusieovergang, waarvan de werking gebaseerd is op het interne foto-elektrische effect. Op de fotodiode wordt een blokkeerspanning (reverse bias) aangelegd. Het werkingsprincipe van een fotodiode is vergelijkbaar met dat van een gated diode. halfgeleider diode, tegenstroom die verandert onder invloed van de lichtstroom Ф (Fig. 10). Er worden siliciumfotodiodes gebruikt, met een kwantumefficiëntie van ongeveer 75% en een ongeveer uniforme spectrale gevoeligheid in het bereik van 400-1100 nm. De lichtkarakteristiek is weinig afhankelijk van de aangelegde spanning en is lineair. Werkspanning ca. 20 V, donkerstroom 12 μA, integrale gevoeligheid 3 mA/lm. Siliciumfotodiodes hebben een lage traagheid, onafhankelijk van de lichtstroom.

Lichtgeleiders van glasvezel worden gebruikt in fotozetmachines, scanners, densitometers en andere apparatuur. Ze maken het mogelijk om lichtenergie over lange afstanden langs een gebogen pad over te brengen zonder noemenswaardige verliezen (Fig. 11 B). Vezellichtgeleiders zijn bundels bestaande uit een groot aantal flexibele glasvezels (Fig. 11 A) met een diameter van minder dan 30 µm (Fig. 11 V). Elke vezel is bedekt met een dunne laag (2 micron) die het licht reflecteert dat van binnenuit in de vezel binnenkomt, waardoor wordt voorkomen dat het in aangrenzende vezels doordringt. Licht plant zich voort langs de vezel als gevolg van meerdere reflecties van de binnenwanden (zie figuur 11 A). Lichtgeleiderbundels hebben een ronde of vierkante doorsnede. Vezellichtgeleiders met onregelmatige plaatsing van vezels worden gebruikt om lichtstraling door te geven, en met een regelmatig patroon - voor het verzenden van afbeeldingen.

Rijst. 11. Vezellichtgeleiders: a - meervoudige interne reflectie van licht in de lichtgeleidervezel; b - doorgang van licht door een gebogen vezel; c - dwarsdoorsnede van de glasvezelbundel

Lichtgeleidingssystemen gehoorzamen aan de wetten van de geometrische optica met vezeldiameters tot ongeveer 0,5 micron. Bij kleinere diameters worden verliezen van een deel van de lichtenergie waargenomen als gevolg van diffractieverschijnselen, waardoor licht door het zijoppervlak van de lichtgeleider gaat.

Lichtgeleiders met een vloeiend variërende diameter worden focones (focuskegels) genoemd. Ze kunnen hol of monolithisch zijn. Conische vezels worden gebruikt in gevallen waarin het nodig is om de lineaire vergroting van het uitgezonden beeld of de intensiteit van de stralingsflux te veranderen. Individuele conische vezels kunnen worden gebruikt om stijve kegels te vormen met een verhouding van inlaat- tot uitlaatdiameters in het bereik van 1:51:10. De lengte van de kegel varieert, afhankelijk van het doel, van enkele centimeters tot enkele decimeters.

Er zijn echter verliezen tijdens de doorgang van licht in de vezel, die worden veroorzaakt door reflecties van de uiteinden van de vezel, absorptie in de vezelkern, verstrooiing door de coating ervan, enz.

De totale lichttransmissie, rekening houdend met verliezen aan de uiteinden, bedraagt ​​bij een lengte van 1 m voor een vezel in een bekleding (kern F2 glas, bekleding molybdeenglas 46) 60% en bij een lengte van 3 m 38%.

Er zijn vezellichtgeleiders bekend met verschillende effectieve (licht)doorsneden, doorgaans 2,5; 3,5; 7,5; 10 mm of meer. Lengte harnassen 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000 mm en meer.

Micro-lenzen . Lenzen met een zeer korte brandpuntsafstand bieden hoge vergroting(tot 90 keer of meer) worden microlenzen genoemd. Ze worden gebruikt in microscopen, elektronische kleurscheidingsmachines, densitometers en scanners.

Bij het analyseren van fotokoppen van drumscanners is het toegestaan ​​alleen apochromatische microlenzen te gebruiken die zijn gecorrigeerd voor alle belangrijke soorten aberratie.

Voor een microlens is de scherptediepte van de afgebeelde ruimte zeer kritisch, dat wil zeggen dat deel van de ruimte van objecten dat scherp in beeld wordt gebracht door de lens. De scherptediepte van de afgebeelde ruimte is recht evenredig met het kwadraat van de afstand van de ingangspupil van de lens tot het object en omgekeerd evenredig met de diameter van de ingangspupil. Microlenzen worden op zeer korte afstand van het afgebeelde object geïnstalleerd, zodat de scherptediepte van de afgebeelde ruimte slechts in enkele tientallen micrometers wordt gemeten, wat hogere eisen stelt aan de nauwkeurigheid van de apparaten in het optische systeem.

Flatbed- en projectiescanners gebruiken fotografische lenzen die vergelijkbaar zijn met reproductielenzen.

Straalsplitsende spiegels en prisma's . In veel eenheden van elektronische kleurscheidingsmachines, in scanners, maar ook in sommige apparaten, worden speciale stralingsverdelers gebruikt, die één lichtbundel in tweeën verdelen en zich in verschillende richtingen voortplanten. Dergelijke straalsplitsers worden straalsplitsers of doorschijnende spiegels genoemd. De eigenaardigheid van straalsplitsende spiegels is dat ze een deel van de stralen die erop vallen reflecteren en het andere deel doorlaten. Zo'n spiegel is een goed gepolijste vlakke glasplaat, op het oppervlak waarvan een dunne, doorschijnende metaalfilm is aangebracht. Door de dikte van deze film te kiezen, is het mogelijk om de verhouding tussen de gereflecteerde en doorgelaten delen van de lichtstroom breed te regelen.

Er zijn twee soorten straalsplitsende spiegels grijs En dichroïsch. Grijze straalsplitsende spiegels veranderen de kleur van de lichtstraal niet wanneer deze wordt verdeeld, terwijl dichroïsche spiegels lichtstralen selectief doorlaten. Dichroïsche spiegels worden gebruikt in scanners, kleurscheidingsmachines en apparaten om lichtbundels in drie spectrale zones te scheiden: blauw, groen en rood.

Brekingsprisma's worden gebruikt als straalsplitsende elementen. Bij refractieve prisma's zijn de invalshoeken van de straal op het ingangsvlak en de bijbehorende brekingshoeken op het uitgangsvlak in de regel niet gelijk aan elkaar. De hoek tussen de invallende en de gebroken stralen wordt de afbuigingshoek van het prisma genoemd. Brekingsprisma's ontleden de straling die het spectrale apparaat binnenkomt in monochromatische componenten (spectrum).

Lichtfilters . Een lichtfilter is een doorschijnend medium dat is ontworpen voor selectieve of algemene absorptie van de lichtstroom die er doorheen gaat. Door optische eigenschappen Lichtfilters zijn onderverdeeld in grijs (of neutraal), kleur en hittebeschermend.

Grijze filters (of neutrale dichtheid). absorberen licht dat er zonder onderscheid doorheen gaat, dat wil zeggen dat de invallende witte lichtstroom gelijkmatig over het spectrum wordt geabsorbeerd, ongeacht de golflengte van de straling.

Kleurfilters absorberen licht dat erop valt selectief, afhankelijk van de golflengte van de invallende straling.

Hittebeschermende filters dit zijn ofwel filters gemaakt van speciaal hittebestendig glas van het merk SZS, die infrarode thermische straling absorberen en straling van het zichtbare deel van het spectrum vrijwel zonder verzwakking doorlaten, of doorschijnende spiegels bedekt met een speciale film die zichtbare straling doorlaat en infrarood reflecteert .

Hittebeschermende filters worden in scanners gebruikt om te beschermen tegen de ongewenste effecten van thermische straling op elektrische fotodetectoren.

Eindigt in het volgende nummer

Hoekige resolutie- de minimale hoek tussen objecten die een optisch systeem kan onderscheiden.

Het vermogen van een optisch systeem om punten op een afgebeeld oppervlak te onderscheiden, bijvoorbeeld:

Hoekresolutie: 1′ (één boogminuut, ongeveer 0,02°) komt overeen met een gebied van 29 cm zichtbaar vanaf een afstand van 1 km of één gedrukte tekstpunt op een afstand van 1 m.

Lineaire resolutie

Algemene informatie

De resolutie van optische instrumenten wordt fundamenteel beperkt door diffractie op de lens: zichtbare punten zijn niets meer dan diffractievlekken. Twee aangrenzende punten worden opgelost als het intensiteitsminimum daartussen klein genoeg is om gezien te worden. Om de afhankelijkheid van de subjectiviteit van perceptie weg te nemen, een empirische criterium Rayleigh-machtigingen , die de minimale hoekafstand tussen punten definieert

Waar θ - hoekresolutie (minimale hoekafstand), λ - golflengte, D- de diameter van de ingangspupil van het optische systeem (vaak valt deze samen met de diameter van de lens). Gezien de extreem kleine hoek θ In de optische literatuur wordt in plaats van de sinus van een hoek meestal de hoek zelf geschreven.

De coëfficiënt wordt zo gekozen dat de intensiteit op het minimum tussen de vlekken ongeveer 0,75-0,8 bedraagt ​​van de intensiteit op hun maxima - er wordt aangenomen dat dit voldoende is voor onderscheiding met het blote oog.

Afhankelijkheid van de fotografische resolutie van de eigenschappen van het optische systeem

Wanneer u fotografeert om een ​​afdruk of afbeelding op een monitor te krijgen, wordt de totale resolutie bepaald door de resolutie van elke fase van de objectreproductie.

Methoden voor het bepalen van de resolutie in fotografie

De resolutie wordt bepaald door het fotograferen van een speciaal testobject (werelden). Om de resolutie te bepalen van elk van de elementen die deelnemen aan het technische proces voor het verkrijgen van een beeld, worden metingen uitgevoerd onder omstandigheden waarbij de fouten uit de resterende fasen verwaarloosbaar zijn.

Lensoplossend vermogen

Resolutie van de primaire materiaaldrager

Fotografische emulsie

Het is belangrijk dat de moderne buitenlandse interpretatie lijn werelden telt een paar zwart-witte streep- achter 2 lijnen - in tegenstelling tot de binnenlandse theorie en praktijk, waar elk lijn wordt altijd beschouwd als gescheiden door intervallen van een contrasterende achtergrond met een dikte gelijk aan de dikte van de lijn.

Sommige bedrijven die digitale camera's voor reclamedoeleinden vervaardigen, proberen de matrix onder een hoek van 45° te draaien, waardoor een zekere formele verhoging van de resolutie wordt bereikt bij het fotograferen van de eenvoudigste horizontaal-verticale wereld. Maar als je de professionele mira gebruikt, of in ieder geval de eenvoudige mira in dezelfde hoek draait, wordt het duidelijk dat de toename in resolutie fictief is.

Het uiteindelijke beeld verkrijgen

Oplossing moderne printers gemeten in punten per millimeter (dpmm) of punten per inch (dpi).

Inkjetprinters

De printkwaliteit van inkjetprinters wordt gekenmerkt door:

• Printerresolutie (DPI-eenheid)
• Kleurresolutie van het printerinktsysteem kleur profielen ICC (kleurvelden afdrukken). De kleurvelden van het afdrukken worden grotendeels beperkt door de eigenschappen van de gebruikte inkt. Indien nodig kan de printer worden omgebouwd naar vrijwel elke inkt die overeenkomt met het type dat in de printer wordt gebruikt print hoofden, kan het nodig zijn de kleurprofielen opnieuw te configureren.
• Resolutie van de afgedrukte afbeelding. Meestal wijkt deze sterk af van de printerresolutie, aangezien printers een beperkt aantal inkten gebruiken, maximaal 4...8, en mozaïekkleurenmenging wordt gebruikt om halftonen te verkrijgen, dat wil zeggen één afbeeldingselement (analoog aan een pixel). bestaat uit veel elementen die door de printer zijn afgedrukt (stippen - inktdruppels)
• De kwaliteit van het drukproces zelf (nauwkeurigheid van materiaalbeweging, nauwkeurigheid van wagenpositionering, enz.)

Om de resolutie van inkjetprinters te meten, wordt in het dagelijks leven één enkele meeteenheid geaccepteerd: DPI, wat overeenkomt met het aantal punten - fysieke inktdruppels per inch van de afgedrukte afbeelding. In werkelijkheid hangt de werkelijke resolutie van een inkjetprinter (schijnbare afdrukkwaliteit) van veel af meer factoren:

• • In de meeste gevallen kan het printerbesturingsprogramma werken in modi die zorgen voor een zeer langzame beweging van de printkop en, als gevolg daarvan, met een vaste frequentie van inktspuiten door de spuitmondjes van de printkop, een zeer hoge “wiskundige” resolutie van de afgedrukte printkop. afbeelding wordt verkregen (soms tot 1440 × 1440 DPI en hoger). Houd er echter rekening mee dat het echte beeld niet bestaat uit ‘wiskundige’ stippen (met een oneindig kleine diameter), maar uit echte verfdruppels. Bij een onredelijk hoge resolutie, meer dan (ongeveer) 360...600, wordt de hoeveelheid inkt die op het materiaal wordt aangebracht excessief (zelfs als de printer is uitgerust met koppen die een heel klein druppeltje veroorzaken). Als gevolg hiervan moet, om een ​​afbeelding van een bepaalde kleur te verkrijgen, de vulling beperkt zijn (dat wil zeggen dat het aantal verfdruppels moet worden teruggebracht tot redelijke grenzen). Hiervoor worden zowel vooraf gemaakte instellingen gebruikt, ingenaaid in ICC-kleurprofielen, als een geforceerde reductie van het vulpercentage.
  • Bij het afdrukken van een echt beeld worden de spuitmondjes geleidelijk geblokkeerd door interne factoren (luchtbellen die samen met de inkt de spuitmondjes van de printkop binnendringen) en externe factoren (stofhechting en ophoping van inktdruppels op het oppervlak van de printkop). Als gevolg van het geleidelijk blokkeren van de spuitmondjes verschijnen er onbedrukte strepen op de afbeelding en begint de printer te ‘strippen’. De blokkeringssnelheid van de spuitmondjes is afhankelijk van het type printkop en wagenontwerp. Het probleem van verstopte spuitkanaaltjes kan worden opgelost door de printkop te reinigen.
  • De spuitmondjes spuiten de verf niet perfect naar beneden, maar hebben een lichte hoekspreiding, afhankelijk van het type printkop. Verplaatsing van druppels als gevolg van verstrooiing kan worden gecompenseerd door de afstand tussen de printkop en het gedrukte materiaal te verkleinen, maar houd er rekening mee dat een te ver neergelaten kop het materiaal kan blijven haken. Soms leidt dit tot defecten; als de haken bijzonder hard zijn, kan de printkop beschadigd raken.
  • De spuitmondjes in de printkop zijn in verticale rijen gerangschikt. Eén rij - één kleur. De wagen print zowel bij beweging van links naar rechts als van rechts naar links. Bij beweging in de ene richting zet het hoofd één kleur als laatste, en bij beweging in de andere richting zet het hoofd een andere kleur als laatste. Wanneer verf uit verschillende lagen op het materiaal terechtkomt, mengt deze slechts gedeeltelijk, wat resulteert in een kleurfluctuatie die er bij verschillende kleuren anders uitziet. Op sommige plaatsen is het bijna onzichtbaar, op andere is het juist opvallend. Op veel printers is het alleen mogelijk om af te drukken wanneer de kop in één richting beweegt (naar links of naar rechts), de omgekeerde beweging is inactief (dit elimineert het "matras"-effect volledig, maar vermindert de afdruksnelheid aanzienlijk). Sommige printers hebben een dubbele set koppen, waarbij de koppen gespiegeld zijn gerangschikt (bijvoorbeeld: geel-roze-blauw-zwart-zwart-blauw-roze-geel). Deze opstelling van de koppen elimineert het betreffende effect, maar vereist complexere instellingen - waarbij de hoofden van dezelfde kleur onderling bij elkaar worden gebracht.

Laser- en LED-printers

Monitoren

Gemeten in punten per lengte-eenheid van het beeld op het monitoroppervlak (in dpmm of dpi).

microscopen

Vanwege overlappende waardebeperkingen α , λ , En η , is de resolutielimiet van een lichtmicroscoop, wanneer belicht met wit licht, ongeveer 200...300 nm. Omdat de: α beste lens- ongeveer 70° (zonde α = 0.94 …0,95), waarbij ook rekening wordt gehouden met het feit dat de kortste golflengte van zichtbaar licht blauw is ( λ = 450 nm; paars λ = 400…433), en typisch hoge resoluties verstrek objectieflenzen met olie-immersie ( η = 1.52 …1.56 ; volgens I. Newton 1,56 - brekingsindex voor violet), hebben we:

Bij andere soorten microscopen wordt de resolutie bepaald door andere parameters. Voor een rasterelektronenmicroscoop wordt de resolutie dus bepaald door de diameter van de elektronenbundel en/of de diameter van het gebied van interactie van elektronen met de monstersubstantie.

Het garanderen van voldoende optische dichtheid (schaduw) van tekens en afbeeldingen op de pagina is een belangrijke factor subjectieve beoordeling Print kwaliteit. Verstoringen in het elektrofotografische proces kunnen ongewenste variaties in de duisternis (schaduw) van het beeld veroorzaken. Deze afwijkingen kunnen binnen of buiten aanvaardbare grenzen liggen. De omvang van deze toegestane afwijkingen is vastgelegd in de technische specificaties voor Verbruiksartikelen op een specifiek apparaat en kunnen aanzienlijk verschillen per apparaat. Een objectieve beoordeling van de vuldichtheid karakteriseert de heterogeniteit van het proces en wordt gedefinieerd als de limiet en standaardafwijking van de reflectiecoëfficiënt van een gedrukt karakter over de pagina.

De term optische dichtheid wordt gebruikt om de mate van lichttransmissie voor transparante objecten en reflectie voor ondoorzichtige objecten te karakteriseren. Kwantitatief gedefinieerd als de decimale logaritme van het omgekeerde van de transmissie (reflectie). In de elektrografie wordt deze term gebruikt om de kwaliteit van beeldelementen te evalueren in kopieën die onder bepaalde ontwikkelingsomstandigheden zijn verkregen (met behulp van zeker type toner, beoordeling van de contrastwaarde van het latente elektrostatische beeld, de kwaliteit van kopieën bij gebruik van een of andere ontwikkelmethode, enz.). Bij het afdrukken wordt dit kenmerk gebruikt om gepubliceerde originelen, tussenafbeeldingen en afdrukken te evalueren.

Optische dichtheid wordt aangeduid met OD (Optische Dichtheid) of eenvoudigweg D. De minimale optische dichtheidswaarde D=0 komt overeen met de witte kleur. Hoe meer licht door het medium wordt geabsorbeerd, hoe donkerder het is, d.w.z. zwart heeft bijvoorbeeld een hogere optische dichtheid dan grijs.

Reflectie houdt als volgt verband met de optische dichtheid en de contrastdichtheid:

D = log (1/R pr) en D c ​​=R pr /R pt

waarbij D de optische dichtheid van het beeld is;

Rpt - reflectiecoëfficiënt op het meetpunt;

D c - contrastdichtheid;

R pr - papierreflectiecoëfficiënt.

De waarden van de optische dichtheid van het beeld op kopieën voor zwart in elektrografie voor verschillende apparaten (zoals hierboven vermeld) zijn aanzienlijk verschillend. Meestal volgens de specificaties van de tonerfabrikant laserprinters deze waarden (het minimaal toegestane in de normale toestand van de apparatuur) liggen in het bereik van 1,3D tot 1,45D. Voor toners van hoge kwaliteit neemt de optische dichtheid waarden aan in het bereik van 1,45D tot 1,5D en bedraagt ​​niet meer dan 1,6D. In technische specificaties is het gebruikelijk om beperkingen op te leggen aan de onderste toelaatbare grens met een standaardafwijking in optische dichtheid van 0,01.

De waarde van de optische dichtheid wordt gemeten met een speciaal apparaat: een densitometer, waarvan het werkingsprincipe is gebaseerd op het meten van de door de afdruk gereflecteerde flux en het omzetten van deze indicator in eenheden van optische dichtheid.

Bij elektrografie wordt de optische dichtheid van afbeeldingen gebruikt om de ontwikkelaar (toner) te karakteriseren om de vereiste waarden van de optische dichtheid van lijnen met een ingestelde breedte onder bepaalde ontwikkelingsomstandigheden te bepalen of om het elektrofotografische beeld op kopieën in de nominale bedrijfsmodus van de apparatuur

Toestemming

Resolutie of scannerresolutie- een parameter die de maximale nauwkeurigheid of mate van detail in de weergave van het origineel in digitale vorm karakteriseert. Resolutie wordt gemeten in pixels per inch(pixels per inch, ppi). Resolutie wordt vaak aangegeven in dots per inch (dpi), maar deze maateenheid is traditioneel voor uitvoerapparaten (printers). Als we het over resolutie hebben, gebruiken we ppi. Er zijn hardware (optische) en interpolatieresoluties van de scanner.

Hardware (optische) resolutie

Hardware/optische resolutie houdt rechtstreeks verband met de dichtheid van lichtgevoelige elementen in de scannermatrix. Dit is de belangrijkste parameter van de scanner (meer precies, het optisch-elektronische systeem). Meestal wordt de horizontale en verticale resolutie gespecificeerd, bijvoorbeeld 300x600 ppi. U moet zich concentreren op een kleinere waarde, dat wil zeggen horizontale resolutie. De verticale resolutie, die doorgaans twee keer zo hoog is als de horizontale resolutie, wordt uiteindelijk verkregen door interpolatie (het verwerken van de resultaten van direct scannen) en houdt niet direct verband met de dichtheid van de gevoelige elementen (dit is de zogenaamde dubbele stap resolutie). Om de scannerresolutie te vergroten, moet u de grootte van het lichtgevoelige element verkleinen. Maar naarmate de afmetingen kleiner worden, gaat de gevoeligheid van het element voor licht verloren en als gevolg daarvan verslechtert de signaal-ruisverhouding. Het verhogen van de resolutie is dus een niet-triviale technische uitdaging.

Interpolatie resolutie

Geïnterpoleerde resolutie - de resolutie van de afbeelding die wordt verkregen als resultaat van de verwerking (interpolatie) van het gescande origineel. Deze kunstmatige resolutieverbeteringstechniek resulteert doorgaans niet in een toename van de beeldkwaliteit. Stel je voor dat de feitelijk gescande pixels van de afbeelding uit elkaar worden verplaatst en dat er 'berekende' pixels in de resulterende gaten worden ingevoegd, vergelijkbaar in zekere zin met hun buren. Het resultaat van een dergelijke interpolatie hangt af van het algoritme, maar niet van de scanner. Deze bewerking kan echter worden uitgevoerd met behulp van grafische editor, bijvoorbeeld Photoshop, en zelfs beter dan die van jou software scanner. De interpolatieresolutie is in de regel meerdere keren hoger dan de hardwareresolutie, maar praktisch betekent dit niets, hoewel het de koper kan misleiden. Een belangrijke parameter is de hardware (optische) resolutie.

Het technische gegevensblad van de scanner geeft soms eenvoudigweg de resolutie aan. In dit geval bedoelen we hardware (optische) resolutie. Vaak worden zowel hardware- als interpolatieresoluties gespecificeerd, bijvoorbeeld 600x 1200 (9600) ppi. Hier is 600 de hardwareresolutie en 9600 de interpolatieresolutie.

Zichtbaarheid van lijnen

Lijndetectie - maximaal aantal parallelle lijnen per inch, die door de scanner als afzonderlijke lijnen worden weergegeven (zonder aan elkaar te plakken). Deze parameter karakteriseert de geschiktheid van de scanner voor het werken met tekeningen en andere afbeeldingen die veel kleine details bevatten. De waarde ervan wordt gemeten in lijnen per inch (Ipi).

Welke scannerresolutie moet u kiezen?

Deze vraag wordt het vaakst gesteld bij het kiezen van een scanner, omdat resolutie een van de belangrijkste scannerparameters is, waarvan de mogelijkheid om scanresultaten van hoge kwaliteit te verkrijgen aanzienlijk afhangt. Dit betekent echter niet dat je naar de hoogst mogelijke resolutie moet streven, vooral omdat dit duur is.

Bij het ontwikkelen van scannerresolutievereisten is het belangrijk om de algemene aanpak te begrijpen. Een scanner is een apparaat dat converteert optische informatie over het origineel in digitale vorm en daarom de sampling ervan uitvoeren. In dit stadium van onderzoek lijkt het erop dat hoe fijner de bemonstering is (hoe groter de resolutie), hoe minder verlies van de oorspronkelijke informatie. Het is echter de bedoeling dat de gescande resultaten worden weergegeven via een uitvoerapparaat, zoals een monitor of printer. Deze apparaten hebben hun eigen resolutie. Ten slotte heeft het menselijk oog het vermogen om beelden glad te strijken. Bovendien hebben gedrukte originelen die door middel van drukwerk of een printer zijn vervaardigd, ook een discrete structuur (gedrukt raster), hoewel dit met het blote oog misschien niet waarneembaar is. Dergelijke originelen hebben hun eigen resolutie.
Er is dus een origineel met een eigen resolutie, een scanner met een eigen resolutie en een scanresultaat waarvan de kwaliteit zo hoog mogelijk moet zijn. De kwaliteit van het resulterende beeld is afhankelijk van de ingestelde resolutie van de scanner, maar tot een bepaalde limiet. Als u de scannerresolutie hoger instelt dan de oorspronkelijke resolutie van het origineel, zal de kwaliteit van het scanresultaat over het algemeen niet verbeteren. We willen niet zeggen dat scannen met een hogere resolutie dan het origineel nutteloos is. Er zijn een aantal redenen waarom dit moet gebeuren (bijvoorbeeld wanneer we de afbeelding gaan vergroten voor uitvoer naar een monitor of printer, of wanneer we moiré moeten verwijderen). Hier vestigen we de aandacht op het feit dat het verbeteren van de kwaliteit van het resulterende beeld door het verhogen van de scannerresolutie niet onbeperkt is. U kunt de scanresolutie verhogen zonder de kwaliteit van de resulterende afbeelding te verbeteren, maar wel het volume en de scantijd vergroten.

In dit hoofdstuk zullen we het vaak hebben over het kiezen van de scanresolutie. Scannerresolutie is maximale resolutie, die kan worden ingesteld tijdens het scannen. Dus hoeveel resolutie hebben we nodig? Het antwoord hangt af van welke afbeeldingen u wilt scannen en naar welke apparaten u wilt uitvoeren. Hieronder geven we alleen geschatte waarden weer.
Als u afbeeldingen gaat scannen om deze vervolgens op een beeldscherm weer te geven, is een resolutie van 72-100ppi doorgaans voldoende. Voor uitvoer naar een gewone inkjetprinter op kantoor of thuis - 100-150 ppi, naar een hoogwaardige inkjetprinter - vanaf 300 ppi.

Bij het scannen van teksten uit kranten, tijdschriften en boeken voor latere verwerking met optische tekenherkenningsprogramma's (OCR) is doorgaans een resolutie van 200-400 ppi vereist. Voor weergave op een scherm of printer kan deze waarde meerdere malen verlaagd worden.

Voor amateurfoto's is doorgaans 100-300 ppi vereist. Voor illustraties uit luxe typografische albums en boekjes - 300-600ppi.

Als u de afbeelding gaat vergroten voor weergave op een scherm of printer zonder kwaliteitsverlies (scherpte), dan moet de scanresolutie met enige reserve worden ingesteld, d.w.z. verhoog deze met 1,5-2 keer vergeleken met de bovenstaande waarden.

Reclamebureaus vereisen bijvoorbeeld hoogwaardige scans van dia's en papieren originelen. Bij het scannen van dia's voor afdrukken in het formaat 10x15 cm heeft u een resolutie van 1200 ppi nodig, en in A4-formaat - 2400 ppi.
Samenvattend kunnen we stellen dat in de meeste gevallen een scannerhardwareresolutie van 300 ppi voldoende is. Als de scanner een resolutie van 600 ppi heeft, dan is dit erg goed.