Чем определяется оптическое разрешение сканера. Ключевые характеристики

Cтраница 1

Оптическое разрешение - определяется как количество светочувствительных элементов в сканирующей головке, поделенное на ширину рабочей области. Высокое разрешение необходимо, как правило, только для комфортного визуального восприятия.  

Оптическое разрешение [ optical resolution ] - параметр, определяющий максимальную разрешающую способность сканера без интерполяции. Разрешающую способность принято измерять количеством раздельно фиксируемых или наблюдаемых точек изображения объекта на единицу фиксированной длины или площади.  

Например, если оптическое разрешение сканера равно 800 dpi, то производители пишут в документации крупными буквами, что разрешение сканера составляет 1200 dpi или даже 1600 dpi, при этом маленькими буквами добавляя, что это программное разрешение.  

Ввиду предельно малой длины волны достигается оптическое разрешение гораздо большее, чем при использовании видимого света. Предел разрешения для электронного микроскопа составляет несколько десятых долей нанометра; в видимом свете можно различить лишь примерно в тысячу раз большие детали.  

Под этими условиями имеются в виду оптическое разрешение в электронно-микроскопическом изображении, достаточное для различения полигональных очертаний, например в частицах гидрозолей золота.  

При разработке этой камеры были вложены большие средства для достижения как максимально возможного оптического разрешения, так и предельно коротких экспозиций.  

Прекрасные рисунки Фила были доработаны Робином Раскинем и затем отпечатаны на лазерном принтере QMS Lasergrafix с оптическим разрешением, превосходящем первоначальное в четыре раза. Качество этих рисунков не было таким высоким, какого мог бы достичь профессиональный художник при помощи пера и чернил, но возможность дополнительного личного участия казалась мне важней.  

Следует различать понятия оптической разрешающей способности сканера и программной разрешающей способности. Оптическое разрешение показывает предельные возможности светочувствительного элемента сканера. Однако с помощью программных ухищрений, то есть используя специальные алгоритмы работы с изображениями, можно повысить разрешающую способность сканера обычно до следующего значения в приведенном выше ряду.  

Вообще говоря, в слабых концентрациях его можно сравнивать с цветом раствора бихромата, но это не является общим правилом. Задача оптического разрешения таких жидкостей может быть решена только спектроколориметром. В нефтяную практику такие приборы еще не вошли и до некоторой степени их заменяет тинтометр Ловибонда.  

Разрешающая способность определяется числом оптических элементов на единицу длины. Программная интерполяция оптического разрешения никакого реального повышения качества оцифровки не дает. Динамический диапазон устройств на ПЗС ниже, чем у ФЭУ, потому что кремниевые элементы имеют худшее соотношение сигнал / шум.  

Эти величины определяют теоретический предел оптического разрешения фотолитографии.  

В большинстве препаратов локальное пропускание изменяется от точки к точке по полю зрения микроскопа. Влияние этой неоднородности приводит к появлению специфической погрешности - погрешности усреднения. Эта погрешность имеет место всегда, когда исследуются области препарата с различным пропусканием, размер которых больше предела оптического разрешения.  

Тонкий диск германия, с одной стороны имеющий вогнутую поверхность, укрепляется с помощью проволочного контакта на этой поверхности. Другая сторона германиевого диска подвергается воздействию света, который может фокусироваться на ней с помощью линзы. При приложении поляризирующего напряжения соответствующей величины выходной ток фототранзистора зависит от освещенности. Поскольку активная поверхность фотоэлемента очень мала, получается хорошее оптическое разрешение. Спектральная характеристика охватывает одновременно диапазон видимого света и инфракрасного излучения до длин волн около 2 мк с максимумом около 1 5 мк. Фототранзистор обладает довольно ровной частотной характеристикой до 200 кгц. Возможно получить выходной ток 0 07 ма / млм даже при нагрузке 2 ком.  

Фотообъектив, помещенный между фотопластинкой и образцом, фокусирует изображение поверхности объекта на плоскость фотопластинки. Причем их плоскости должны оыть параллельны. Существенным преимуществом голограмм сфокусированных изображений является возможность получения увеличенного изображения объекта, а следовательно и большего оптического разрешения интерференционных полос.  

Некоторые виды цементита, например третичный цементит или цементит, распределенный в структуре сталей после закалки, выявляются этим травителем лучше, чем с помощью травителей, после обработки которыми карбид железа выглядит темным на фоне окружающей светлой матрицы. Клемм применял его для выявления цементита и - у-фазы в закаленных структурах. Для травления не требуется удалять деформированный слой феррит-ной матрицы. Изображение структуры получается более качественным, если сульфидный осадок на всей поверхности феррита одинаково ориентирован. Этот метод позволяет наблюдать за развитием коагуляции цементита, выделяющегося в процессе отпуска. Естественно, для изучения небольшого числа мельчайших частиц цементита важное значение имеет оптическое разрешение.  

Сканер - это устройство, позволяющее вводить в компьютер в графическом виде текст, рисунки, слайды, фотографии, графики, статьи, рукописи и др. Все скеры можно разделить на несколько классов: ручные (протяженные), настольные или планшетные, сканеры для прозрачных материалов. Главные различия между устройствами - стоимость, качество изображения и метод использования.

Сканеры относятся к SAD-системам (Source Attenuator Detector - детектор иочника затухания, или средство определения изменений). Когда свет в сканере будет отражаться от документа или проходить через него, амплитуда сигнала света немного ослабеет, что зарегистрируют датчики сканера, которые измеряют разницу между световыми значениями. Есть различные виды датчиков. В большинстве скеров используются CCD-датчики (Charged-coupled devices) - устройства с заровой связью или приборы с зарядовой связью (ПЗС), преобразующие свет в пиелы. Каждый сканер имеет линейный массив, состоящий из нескольких тысяч CCD-устройств, расположенных в ряд вдоль сканирующего механизма. В некотых сканерах применяются датчики на комплементарных металлооксидных полроводниках, CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), которые вначале появились в цифровых камерах. Устройства CMOS отличаются от CCD-датчиков тем, что они существуют в виде отдельного блока. CCD- и CMOS-устройства во вря сканирования сравнивают величину электрического заряда до и после его отражия от сканируемого оригинала. Разница преобразуется в оттенок и определяет цвет пикселов.

Скорость сканирования - одна из характеристик сканера.

Отсчет времени сканирования начинается с нажатия кнопки Scan и заканчивтся моментом, когда изображение доступно для редактирования в Adobe Photoshop. Если сканирование производится с включенным режимом автокалиовки, выполняемым перед каждым сканированием, то время сканирования увеливается на 6-8 с.

Исследования показывают, что время сканирования с разрешениями 1200 и 2400 dpi оказалось одинаковым, что говорит о том, что разрешение по вертикали, корое многие производители в последнее время в рекламных целях заявляют вдвое большим, чем по горизонтали, - скорее всего, просто интерполяционное разрешие, а цифра 2400 свидетельствует лишь об улучшенной механике сканера.

Современные сканеры имеют довольно большой буфер памяти : при сканирании картинок размером 50 Мбайт в процессе парковки линейки (движение скирующих устройств в исходное положение) сканер продолжает обсчитывать и передавать изображение.

Динамический диапазон - один из важнейших параметров сканера. Динамичкий диапазон вычисляется по формуле: D = Dmax – Dmin, где D - разница между максимальной и минимальной оптическими плотностями, различаемыми сканером. Обычно минимальная оптическая плотность Dmin, воспринимаемая сканером, ставляет 0,07-0,08 D.

Оптическая плотность равна отрицательному десятичному логарифму коэициента отражения (пропускания). Если оптическая плотность равна 1, 2, 3 и т. д., то отражается (или проходит) соответственно одна десятая, сотая или тысячная часть падающего света. На прозрачных изобразительных материалах (слайдах) и фотормах оптическая плотность может достигать 4,0.

Оптическое разрешение сканера

Основная характеристика сканера - оптическое разрешение . Оно измеряется в ppi - пикселах на дюйм (pixels per inch), часто, однако, пишут dpi - точки на дюйм. Понятие "точка" означает элемент, не имеющий конкретной формы и слащий для измерения разрешения печатающих устройств. Сканеры и растровые графические файлы оперируют пикселами, имеющими всегда форму квадрата.

Оптическое разрешение указывает, сколько пикселов сканер может считать в квадратном дюйме. Оно записывается так: 300´300, 300´600, 600´1200 и т. п. Первое число говорит о количестве считывающих информацию датчиков, именно на него стоит обращать внимание. Часто производители и продавцы любят указывать в кестве разрешения что-нибудь вроде 4000, 4500 dpi. Это интерполированное раешение является свойством не сканера, а программы, его поддерживающей. Качтво изображений, полученных таким образом, зависит не только от сканера, но и от качества функций интерполяции, реализованных в программе.

Разумеется, сканирование максимального диапазона оптических плотностей совсем не обязательно, а иногда и не желательно - при нормальном, а не тестовом сканировании.

Еще одна единица измерения оптического разрешения - spi (samples per inch) - количество выборок, сделанных сканером в одном дюйме. В этом случае разрешение показывает, сколько раз сканер просматривает изображение при скировании. Если в линейном массиве планшетного сканера на каждом дюйме в ряд расположены 600 крошечных датчиков, то оптическое разрешение сканера равно 600 spi.

Оптическое разрешение в dpi, как правило, указывают производители сканеров, хотя логичнее указывать в spi.

Докт. техн. наук Ю.Н. Самарин, МГУП

Сканирующая репродукционная техника — прообраз современных сканеров — появилась достаточно давно. Уже в 50­х годах прошлого столетия были созданы электронно­гравировальные автоматы для изготовления форм высокой печати (клише), а в 60­х годах — электронно­гравировальные автоматы для изготовления форм глубокой печати и электронные цветоделители­цветокорректоры. Анализирующее устройство этих машин с заданным разрешением поэлементно считывало изображение с иллюстрационного оригинала и преобразовывало значение оптической плотности изображения в аналоговые электрические сигналы. Эти сигналы обрабатывались и корректировались электронными блоками и управляли синтезирующими устройствами при гравировании форм или при записи цветоделенных фотоформ. По существу, анализирующие устройства данных машин представляли собой первые сканеры. Самостоятельные анализирующие устройства (сканеры) стали выпускать только после повсеместной компьютизации технологических процессов обработки информации. Это позволило разделить основные операции технологического процесса подготовки иллюстраций к печати между сканером (анализ и кодирование изобразительной информации), ЭВМ (обработка информации) и фотонаборным автоматом (вывод изображения на фотоматериал).

Общие сведения и техническая характеристика

Сканеры позволяют вводить в компьютер изображения, представленные на плоских носителях (обычно на бумаге, пленке или фотобумаге), а также изображения объемных объектов небольших размеров. При считывании изображения сканер дискретизирует его в виде совокупности отдельных точек (пикселов) разного уровня оптической плотности. Информация об уровнях оптической плотности этих точек анализируется, преобразуется в двоичную цифровую форму и вводится для дальнейшей обработки в систему (рис. 1). Анализ изображения осуществляется методом сканирования (отсюда и происходит название устройства — сканер).

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

Сегодня преимущественно применяется метод прямоугольного линейного растрового сканирования, при котором одиночный сканирующий луч последовательно перемещается (разворачивается) по прямым линиям с быстрым переходом от конца одной линии сканирования (строки) к началу следующей.

Растровая развертка образуется из двух ортогональных составляющих: строчной развертки (х­развертки) и кадровой развертки (у­развертки). Последняя задает интервал между соседними строками для последовательного перекрытия всего изображения.

Основные технические параметры сканеров:

Разрешение (разрешающая способность);

Глубина цвета;

Порог чувствительности;

Динамический диапазон оптических плотностей;

Максимальный формат сканирования;

Коэффициент увеличения.

Важными характеристиками сканера, определяющими область его применения, являются режимы сканирования, тип механизма сканирования оригиналов и некоторые другие технические данные.

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

Физическое разрешение характеризует конструктивные возможности сканера в дискретизации изображения по горизонтали и вертикали. Горизонтальное оптическое разрешение планшетных (плоскостных) сканеров, имеющих фиксированное фокусное расстояние, определяется как отношение количества отдельных светочувствительных элементов в линейке (или линейках) фотоприемника к максимальной ширине рабочей области сканера. Высокое значение оптического разрешения достигается за счет увеличения плотности регистрирующих элементов или одновременного использования нескольких фотоприемников. В последнем случае отдельные части вводимого изображения объединяются автоматически или вручную. Расстояние, на которое с помощью шагового механизма смещается сканирующая головка, определяет разрешающую способность сканера по вертикали. Разрешение вводимого изображения в вертикальном направлении определяет скорость перемещения фотоприемника относительно оригинала (или наоборот). При уменьшении разрешения увеличивается скорость сканирования.

В проекционных сканерах, а также в цифровых фотоаппаратах оптическое разрешение обычно выражается в общем числе точек в снимке, поскольку степень детализации зафиксированного изображения зависит от удаленности объекта сканирования от регистрирующей камеры. Оптическое разрешение барабанных сканеров зависит от характеристик шагового двигателя и апертуры объектива, а также от яркости используемого источника света и максимальной частоты вращения барабана.

Во многих сканерах предусматривается возможность программного повышения разрешения — интерполяции . Однако это не повышает степени детализации представления изображения, а лишь понижает его зернистость. При интерполяции сканер считывает с оригинала графическую информацию на пределе своего физического разрешения и включает в формируемый образ изображения дополнительные элементы, присваивая им усредненные значения цвета соседних, реально считанных точек. Применение интерполяции в некоторых случаях позволяет добиваться хороших результатов: сглаживаются границы растровых объектов и четче прорабатываются мелкие детали.

Глубина цвета — это количество битов, которые сканер может назначить при оцифровывании точки. При сканировании считывается аналоговый сигнал, характеризующий значение оптической плотности изображения. Аналоговый сигнал (рис. 2 а ) может принимать значения из диапазона допустимых величин. Сигнал, преобразованный в цифровой эквивалент, является дискретным по множеству принимаемых значений (рис. 2 б ). Для 8­разрядного преобразования (2 8) таких значений всего 256 (рис. 2 в ), для 12­разрядного (2 12) — 4096, для 16­разрядного (2 16) — 65 536. Во всех случаях преобразование аналогового сигнала в цифровую форму дает ошибку округления, составляющую иногда половину веса младшего разряда, называемую шумами квантования.

Следует отметить, что в некоторых сканерах используются 10­битовая (1024 уровня серого), 12­битовая (4096 уровней серого) или даже 16­битовая шкала градации яркости. Однако программы обработки изображений оперируют только 8­разрядными данными. Преимущество этих сканеров заключается в снижении шумов квантования.

Порог чувствительности . При полутоновом сканировании яркость каждой точки может принимать одно из множества возможных значений (градаций яркости), а при бинарном — только одно из двух. В бинарном режиме сканер преобразует данные путем сравнения их с определенным порогом (уровнем черного). Поскольку сканер способен различать оттенки серого, следует установить порог чувствительности таким образом, чтобы сканер мог произвести классификацию элементов изображения на черные и белые. Яркость каждой точки полутонового 8­битового изображения выражается числом от 0 до 255 (0 — белый, 255 — черный). Чтобы преобразовать полутоновое изображение в бинарное, сканер должен «знать» уровень (число), выше которого точка считается белого цвета (0), а ниже — черного (1). Этот уровень и называется порогом чувствительности.

Рис. 3. К определению оптической плотности: а - изображение на прозрачной основе; б - изображение на непрозрачной основе

Динамический диапазон (диапазон оптической плотности) сканера характеризует его способность различать переходы между смежными тонами на изображении. Понятие оптической плотности D используется для характеристики поглощательной способности непрозрачных (отражающих) оригиналов и степени прозрачности прозрачных оригиналов и выражается через десятичный логарифм:

где — коэффициент пропускания материала (изображения на прозрачной основе) (рис. 3а ), характеризующий его способность поглощать световой поток ; — коэффициент отражения (рис. 3б ), характеризующий способность материала (изображения на непрозрачной основе) отражать световой поток ; — соответственно световой поток, прошедший материал, и световой поток, отраженный от материала.

Оптической плотности D = 0,05 соответствуют значения или; D = 1 соответствуют значения и ;
и т.д.

Из­за несовершенства оптической системы сканера и нелинейности спектральной характеристики фотоприемника значения параметров реальных устройств сканирования всегда ниже теоретически возможных. На практике динамический диапазон сканера определяется как разность между оптической плотностью самых темных Dmax и самых светлых Dmin тонов, которые он может реально различать. Максимальная оптическая плотность оригинала характеризует наиболее темную область оригинала, распознаваемую сканером, более темные области воспринимаются сканером как абсолютно черные. Соответственно минимальная оптическая плотность оригинала характеризует наиболее светлую область оригинала, распознаваемую сканером, — более светлые области воспринимаются сканером как абсолютно белые.

Чем шире динамический диапазон сканера, тем больше градаций яркости он сможет распознать и соответственно тем больше зафиксировать деталей изображения. Практически невозможно получить цифровое изображение с плотностью тона, превышающей 4,0. Видимо, исходя из этого, диапазон оптических плотностей сканера часто ограничивают именно этим значением.

Некоторые сканеры обладают способностью калибровки, то есть настройки на динамический диапазон плотностей оригинала. Рассмотрим это на конкретном примере. Допустим, мы имеем ПЗС­сканер, воспринимающий оптический диапазон плотностей до 3,2. С его помощью нам нужно отсканировать слайд, имеющий максимальную оптическую плотность 4,0. Сканер выполняет предварительное сканирование для анализа оригинала и получения диаграммы оптических плотностей. Обычно такая диаграмма выглядит примерно так, как показано на рис. 4. После анализа диаграммы сканер производит автокалибровку с целью сдвига своего динамического диапазона восприятия оптических плотностей. Таким образом, в данном конкретном случае минимизируются потери в «тенях» благодаря несущественным потерям в «светах».

Область сканирования определяет максимальный размер оригинала в дюймах или в миллиметрах, который может быть сканирован устройством. Иногда используется также термин максимальный формат.

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

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

где L — линиатура полиграфического растра, с которым будет производиться дальнейшая печать (lpi); М — коэффициент масштаба; К — так называемый коэффициент качества, значение которого лежит в пределах от 1,5 до 2.

Технология сканирования определяется количеством, типом и параметрами используемых фотоприемников (фотоэлектрических преобразователей).

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

Фотоэлектронные умножители в качестве светочувствительных приборов используются в барабанных сканерах (рис. 5). ФЭУ усиливают свет ксеноновой или вольфрамово­галогенной лампы, промодулированный изображением, который с помощью конденсорных линз или волоконной оптики фокусируется на чрезвычайно малой области оригинала. Фототок, возникающий в фотоэлементе под воздействием света, прямо пропорционален интенсивности падающего на него светового потока. Особенность ФЭУ как фотоприемника заключается в том, что благодаря системе динодов коэффициент пропорциональности удается увеличить в миллионы раз (до восьми порядков). Спектральный диапазон ФЭУ для полиграфических целей также безупречен, поскольку он полностью перекрывает видимый спектр световых волн.

Датчик на основе ПЗС состоит из множества крошечных светочувствительных элементов, которые формируют электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего на них света. В основу работы ПЗС положена зависимость проводимости p­n­перехода полупроводникового диода от степени его освещенности.

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

ПЗС используют в основном в планшетных (рис. 6) и проекционных сканерах, а также в цифровых фотоаппаратах. В последних двух случаях используются как линейные, так и матричные ПЗС.

Механизм сканирования оригиналов. Устройство сканера во многом определяется применяемым в нем фотоприемником. Профессиональные сканеры, предназначенные для использования в системах допечатной подготовки изданий, можно классифицировать следующим образом (рис. 7):

По характеру расположения оригинала — плоскостные (планшетные), проекционные, барабанные сканеры;

По характеру перемещения оригинала — сканеры с движущимся и с неподвижным оригиналом;

По цветности — сканеры цветные и черно­белые;

По режиму сканирования — сканеры однопроходные (черно­белые и цветные, в которых сканирование цветного оригинала осуществляется за один проход) и трехпроходные;

По технологии сканирования — сканеры с ФЭУ, с одной или тремя линейками ПЗС, с матрицей ПЗС;

По виду движущихся при сканировании оптических деталей (только для плоскостных сканеров) — с движущимся считывателем, с движущимися зеркалами и гибридный, когда перемещаются и считыватель и зеркала.

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

Планшетные сканеры для сканирования прозрачных оригиналов могут комплектоваться слайд­модулем. Слайд­модуль имеет собственный источник света и устанавливается на плоскостной сканер вместо крышки.

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

Проекционные сканеры применяются для сканирования с высоким разрешением слайдов небольшого формата (как правило, размером не более 4 x 5 дюймов). Существует две схемы построения: с горизонтальным и с вертикальным расположением оптической оси считывания. Наиболее популярным является вертикальный проекционный сканер. Существуют также проекционные сканеры, работающие на отражение, — для сканирования непрозрачных оригиналов и универсальные проекционные сканеры, которые позволяют использовать любой вид изобразительного оригинала.

Основные элементы конструкции сканеров

Основными элементами и устройствами, входящими в состав сканера, являются:

Источник света;

Фотоприемники;

Оптико­волоконные световоды;

Микрообъективы и объективы;

Светоделительные призмы и зеркала;

Светофильтры.

Источники света . В качестве источника света в сканерах используются лампы накаливания, люминесцентные, металлогалогенные и ксеноновые лампы и лазеры.

В основе получения светового излучения ламп накаливания лежит тепловое излучение, испускаемое твердым телом при его нагревании. Отличительная особенность тепловых излучателей заключается в непрерывности и плавности спектральной кривой излучения. Для характеристики цветности излучения теплового излучателя пользуются понятием цветовая температура.

Цветовая температура (Тц) — это температура абсолютно черного тела, при котором цветность его излучения совпадает с цветностью излучения сравниваемого теплового излучателя. Так, цветовая температура дневного света составляет 6500 K, лампы накаливания с вольфрамовой нитью — 2450 K, дуговой лампы — 5500 K. Это значит, что абсолютно черное тело, нагретое до таких же температур, испускает такое же излучение, что и перечисленные источники.

Лампы накаливания состоят из следующих основных конструктивных элементов: стеклянной колбы, нити накала, держателя нити накала и металлического цоколя. У современных ламп накаливания тело накала изготовляют из вольфрамовой проволоки, свитой в одинарную или двойную спираль. Вольфрам — тугоплавкий металл, выдерживающий нагревание до высоких температур, приближающих излучение лампы к белому цвету.

Лампы накаливания, применяющиеся в сканерах, должны отвечать ряду специальных требований, поскольку являются частью точной оптической системы. Поэтому для ламп нормируются положение светового центра накала и его размеры. К лампам предъявляют повышенные требования в плане качества стекла колб, размеров, формы и расположения тела накала, конструкции цоколя. К данному типу ламп относятся также лампы накаливания с йодным циклом. Колбы этих ламп изготовляют из кварцевого стекла. Их преимущества перед обычными лампами накаливания заключаются в значительно большем сроке службы, в меньших габаритных размерах, в высокой яркости свечения и в большой световой отдаче.

Люминесцентные лампы обладают более высокой экономичностью и большим сроком службы по сравнению с лампами накаливания. Люминесцентные лампы со специальным подбором люминофоров излучают свет, близкий к дневному (белому) свету. Люминесцентная лампа представляет собой цилиндрическую стеклянную трубку, на обоих концах которой впаяны ножки с двумя контактными штырьками. Внутри баллона на цоколе укреплены электроды в виде двойных вольфрамовых спиралей, покрытых слоем окиси бария. В баллон лампы вводят несколько миллиграммов ртути. Пары ртути, в которых происходит газовый разряд, имеют небольшое давление — 0,8­1,43 Па. Для стабилизации газового разряда в лампу вводят инертные газы (аргон или криптон). Порошкообразные люминофоры наносят на внутреннюю поверхность трубки в виде тонкого равномерного слоя.

Металлогалогенные лампы испускают свет, близкий к дневному, обладают высокой интенсивностью, большой светоотдачей, имеют длительный срок службы.

Ксеноновые лампы относятся к разряду источников света высокой интенсивности. В качестве газовой среды в них используют тяжелый инертный газ ксенон, который дает разряд при больших плотностях тока и высоких давлениях. Излучение разряда ксенона образует непрерывный спектр, приближающийся к спектру солнечного света. Последнее обстоятельство и определило применение ксеноновых ламп в качестве источников света для фоторепродукционных работ и в анализирующих устройствах сканеров.

Лазер как источник света используется только в черно­белых сканерах, поскольку он дает монохроматическое световое излучение. В черно­белых сканерах наряду с другими источниками света применяются маломощные газовые лазеры: гелий­неоновые и аргоновые.

Фотоприемники . В сканерах плоскостного и проекционного типов, как правило, применяются приборы с зарядовой связью (ПЗС), а в барабанных — фотоэлектронные умножители и фотодиоды.

Работа ПЗС основана на свойстве конденсаторов МОП­структуры (металл — оксид — полупроводник) собирать и накапливать пакеты неосновных носителей зарядов в локализованных потенциальных ямах на границе кремний­оксид кремния. Структура МОП­конденсатора приведена на рис. 8 а . Монокристаллическая кремниевая подложка, например, дырочного р­типа проводимости покрыта диэлектриком — тонким (~0,1 мкм) слоем оксида, на котором расположен металлический электрод­затвор. При приложении к этому электроду положительного относительно подложки напряжения основные носители (дырки) в слое кремния у границы с оксидом будут отталкиваться от электрода, покидая поверхностный слой. Под электродом образуется потенциальная яма — область, обедненная основными носителями. «Глубина» этой ямы зависит от напряжения на затворе U .

Воздействие света приводит к появлению электронно­дырочных пар и к накоплению неосновных носителей (электронов) в потенциальной яме. Накопленный заряд пропорционален освещенности и времени накопления. Направленная передача накопленных зарядов в ПЗС от одного МОП­конденсатора к близко расположенному соседнему производится созданием продольного электрического поля между затворами при подаче на второй затвор более высокого напряжения. Под этим электродом образуется более глубокая потенциальная яма, в которую перетекает зарядовый пакет. Этот процесс иллюстрируется рис. 8 б , на котором штриховкой показана степень заполнения потенциальной ямы неосновными носителями, то есть величина заряда под электродом.

В качестве примера рассмотрим линейную (однострочную) структуру преобразователя, состоящего из цепочки МОП­конденсаторов. На рис. 8 в показано, что одна ячейка, соответствующая одному элементу изображения, состоит из трех МОП­конденсаторов. Затворы соседних ячеек соединены между собой по схеме трехтактного сдвигового регистра. Форма напряжения, прикладываемого к металлическим электродам 1, 2 и 3 каждой ячейки, имеет импульсный характер. Это обеспечивает однонаправленное перемещение накопленных зарядов к выходному устройству. Предположим, что под электродами 1 накоплены заряды, величина которых соответствует распределению освещенности вдоль линейки ПЗС. К электродам 2 и 3 приложено меньшее напряжение, чем к электродам 1 , зарядовые области изолируются потенциальными барьерами. Если в процессе развертки к электродам 2 приложить напряжение, равное напряжению на электродах 1 , происходит расширение потенциальной ямы и электроны заполняют потенциальную яму под электродами 1 и 2 . Далее напряжение на электродах 1 уменьшается и неосновные носители полностью перемещаются под электроды 2 . К этому времени на электродах 3 напряжение мало, что приводит к изоляции зарядовых областей между отдельными ячейками линейки.

Для перемещения зарядов из данной ячейки в следующую необходимо сначала перенести их под электроды 3 , а затем — под электроды 1 следующей ячейки. Это осуществляется подачей на электроды положительных тактовых импульсов. За три такта изменения напряжений на фазах Ф 1 , Ф 2 и Ф 3 зарядовый рельеф в линейке переместится на одну ячейку. В выводном устройстве последовательность зарядов преобразуется в импульсное напряжение, огибающая которого представляет собой сигнал изображения.

В ПЗС процессы накопления зарядов и их считывание разделены во времени. Развертка производится в промежуток времени, соответствующий обратному ходу. При этом одновременное перемещение зарядов вдоль линейки происходит от первой ячейки слева направо, а сигнал изображения на выходе получается в обратном порядке, начиная с последней ячейки строки. Таким образом, осуществляется самосканирование — передача информации за счет зарядовой связи путем изменения «глубины» потенциальных ям под электродами МОП­конденсаторов.

Сегодня разработаны линейки, имеющие 8000 ячеек в строке, с размером ячейки — 20 мкм. Существуют матричные структуры на ПЗС, создающие сигнал изображения. Датчики свет—сигнал на ПЗС — малогабаритные, потребляющие мало энергии и обеспечивающие высокую геометрическую точность при сканировании изображений.

Фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и фотодиоды (ФД) используются в основном в устройствах барабанного типа. Фотоэлектронный умножитель состоит из электронно­оптической секции 1 и секции вторично­электронного умножения 2 (рис. 9). В электронно­оптической секции осуществляется преобразование светового потока Ф в фототок на основе внешнего фотоэффекта — эмиссии фотоэлектронов под действием квантов света. Величина — интегральная чувствительность фотокатода (А/лм).

На внутреннюю поверхность торцевого или бокового окна напыляют тонкую металлическую пленку, практически прозрачную для света и служащую для подачи питания на фотокатод (ФК). Затем на нее наносят светочувствительный слой.

Электронно­оптическая секция помимо ФК содержит фокусирующий электрод (ФЭ), диафрагму Д и первый динод Д 1 (эмиттер вторичных электронов). Фотоэлектроны покидают ФК под различными углами к его поверхности и с различными скоростями. Электроды ФК, ФЭ, Д и Д 1 образуют электростатические линзы, обеспечивающие фокусировку и ускорение фотоэлектронов, направляемых на первый динод Д 1 .

Секция вторично­электронного умножения 2 состоит из нескольких динодов и коллектора К . Между соседними динодами приложены ускоряющие напряжения, снимаемые с делителя 3 . Фотоэлектроны, попадая на первый динод Д 1 , вызывают вторично­электронную эмиссию. Значение коэффициента вторичной эмиссии зависит от материала и обработки поверхности динода, а также от ускоряющего напряжения. Вторичные электроны попадают на второй динод Д 2 . Умноженный поток электронов со второго динода поступает на третий и т.д. Перед динодами расположены сетки (на рис. 9 не показаны), с помощью которых создается электрическое поле, способствующее фокусировке вторичных электронов. Наряду с этим сетки экранируют секции динодов друг от друга. Все электроды ФЭУ питаются от стабилизированного источника с помощью делителя 3, на который подается напряжение от –1500 до –2500 В.

В идеальном случае можно принять значения коэффициентов вторичной эмиссии . Тогда на выходе ФЭУ ток коллектора , где n — число каскадов вторично­электронного умножения; i 1 =i ф — ток эмиссии фотокатода. Обычно и n=7-12. Чувствительность ФЭУ и число каскадов умножения ограничиваются темновым током и шумами. Основные составляющие темнового тока — термотоки фотокатода и первых динодов, ток автоэлектронной эмиссии с динодов, ток утечки между выводами коллектора и другими электродами. Шумы тока коллектора вызываются дробовыми флуктуациями фотоэмиссии, термоэмиссии и вторично­электронной эмиссии. Отношение «сигнал/помеха» зависит также и от тепловых шумов резистора нагрузки Rн в цепи коллектора. Современные ФЭУ имеют линейную световую характеристику в рабочем диапазоне освещенности. Фотоэлектронные умножители достаточно широкополосные (длительность фронта сигнала при резких изменениях светового потока не превышает 10 -8 ­10 -9 с). Это означает, что ФЭУ практически не накладывают ограничений на скорость передачи изображений.

Фотодиоды — полупроводниковые приборы с диффузионным переходом, работа которых основана на внутреннем фотоэффекте. На фотодиод подается запирающее напряжение (обратное смещение). По принципу действия фотодиод аналогичен запертому полупроводниковому диоду, обратный ток которого изменяется под действием светового потока Ф (рис. 10). Применяются кремниевые фотодиоды, имеющие квантовый выход около 75% и примерно равномерную спектральную чувствительность в диапазоне 400­1100 нм. Световая характеристика мало зависит от приложенного напряжения и линейна. Рабочее напряжение около 20 В, темновой ток 1­2 мкА, интегральная чувствительность 3 мА/лм. Кремниевые фотодиоды обладают малой инерционностью, не зависящей от светового потока.

Волоконные световоды находят применение в фотонаборных автоматах, сканерах, денситометрах и другом оборудовании. Они позволяют передавать световую энергию на большие расстояния по криволинейному пути без значительных потерь (рис. 11 б ). Волоконные световоды представляют собой жгуты, состоящие из большого числа гибких стеклянных волокон (рис. 11 а ) диаметром менее 30 мкм (рис. 11 в ). Каждое волокно покрыто тонким (2 мкм) слоем, который отражает попадающий в него изнутри волокна свет, препятствуя его проникновению в соседние волокна. Свет распространяется по волокну за счет многократных отражений от внутренних стенок (см. рис. 11 а ). Жгуты световодов имеют круглое или квадратное сечение. Волоконные световоды с нерегулярной укладкой волокон используются для передачи световых излучений, а с регулярной — для передачи изображения.

Рис. 11. Волоконные световоды: а - многократное внутреннее отражение света в волокне световода; б - прохождение света через изогнутое волокно; в - сечение жгута волоконного световода

Системы световодов подчиняются законам геометрической оптики при диаметрах волокон примерно до 0,5 мкм. При меньших диаметрах наблюдаются потери части световой энергии вследствие дифракционных явлений, вызывающих прохождение света через боковую поверхность световода.

Световоды с плавно изменяющимся диаметром называют фоконами (фокусирующими конусами). Они могут быть полыми или монолитными. Волокна конической формы применяют в тех случаях, когда необходимо изменить линейное увеличение передаваемого изображения или интенсивность потока излучения. Из отдельных конических волокон можно формировать жесткие конусы с соотношением входного и выходного диаметров в диапазоне 1:5­1:10. Длина конуса в зависимости от его назначения колеблется от нескольких сантиметров до нескольких дециметров.

Существуют, однако, потери при прохождении света в волокне, которые вызываются отражениями от торцов волокна, поглощением внутри сердцевины световода, рассеянием через его покрытие и т.п.

Общее светопропускание с учетом потерь на торцах на длине 1м для волокна в оболочке (сердцевина — стекло Ф 2 , оболочка — молибденовое стекло 46) составляет 60% и на длине 3 м — 38%.

Известны волоконные световоды с различным эффективным (световым) сечением, обычно — 2,5; 3,5; 7,5; 10 мм и более. Длина жгутов — 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000 мм и более.

Микрообъективы . Объективы с очень малыми фокусными расстояниями, обеспечивающие большое увеличение (до 90 крат и более), называют микрообъективами. Они используются в микроскопах, электронных цветоделительных машинах, денситометрах и сканерах.

В анализирующих фотоголовках барабанных сканеров допустимо применение только апохроматических микрообъективов, которые исправлены по отношению ко всем основным видам аберрации.

Для микрообъектива очень критична глубина резкости изображаемого пространства, под которой понимают ту часть пространства предметов, что резко изображается объективом. Глубина резкости изображаемого пространства прямо пропорциональна квадрату расстояния от входного зрачка объектива до предмета и обратно пропорциональна диаметру входного зрачка. Микрообъективы устанавливаются на очень малом расстоянии от изображаемого предмета, поэтому глубина резкости изображаемого пространства измеряется всего несколькими десятками микрометров, что накладывает повышенные требования на точность входящих в оптическую систему устройств.

В планшетных и проекционных сканерах применяются фотографические объективы, аналогичные репродукционным объективам.

Светоделительные зеркала и призмы . Во многих узлах электронных цветоделительных машин, в сканерах, а также в некоторых приборах применяются специальные делители излучений, которые делят один световой пучок на два, распространяющихся в разных направлениях. Такие делители лучей называют светоделительными, или полупрозрачными, зеркалами. Особенность светоделительных зеркал заключается в том, что часть падающих на них лучей они отражают, а другую часть — пропускают. Такое зеркало представляет собой хорошо отполированную плоскую стеклянную пластину, на поверхность которой нанесена тонкая полупрозрачная пленка металла. Подбирая толщину этой пленки, можно в широких пределах регулировать соотношение между отраженной и пропущенной частями светового потока.

Светоделительные зеркала бывают двух типов — серые и дихроичные . Серые светоделительные зеркала не изменяют цвета светового пучка при его разделении, тогда как дихроичные пропускают световые лучи избирательно. Дихроичные зеркала используют в сканерах, цветоделительных машинах и приборах для разделения световых пучков на три зоны спектра: синюю, зеленую и красную.

В качестве светоделительных элементов применяются преломляющие призмы. В преломляющих призмах углы падения луча на входную грань и сопряженные с ними углы преломления на выходной грани, как правило, не равны друг другу. Угол между падающим и преломленным лучами называется углом отклонения призмы. Преломляющие призмы разлагают поступающее в спектральный прибор излучение на монохроматические составляющие (спектр).

Светофильтры . Светофильтром называют полупрозрачную среду, предназначенную для избирательного или общего поглощения проходящего через нее светового потока. По оптическим свойствам светофильтры подразделяются на серые (или нейтральные), цветные, теплозащитные.

Серые (или нейтральные) светофильтры поглощают проходящий через них свет неизбирательно, то есть падающий белый световой поток поглощается равномерно по спектру независимо от длины волны излучений.

Цветные светофильтры поглощают падающий на них свет избирательно в зависимости от длины волны падающих излучений.

Теплозащитные светофильтры — это либо фильтры, изготовленные из специального теплостойкого стекла марки СЗС, которые поглощают инфракрасные тепловые излучения и почти без ослабления пропускают излучения видимой части спектра, либо полупрозрачные зеркала, покрытые специальной пленкой, пропускающей видимые излучения и отражающей инфракрасные.

Теплозащитные фильтры применяются в сканерах для защиты от нежелательного действия тепловых излучений на электрические фотоприемники.

Окончание в следующем номере

Угловое разрешение - минимальный угол между объектами, который может различить оптическая система .

Способность оптической системы различать точки изображаемой поверхности например:

Угловое разрешение: 1′ (одна угловая минута, около 0,02°) соответствует площадке размером 29 см, различимой с расстояния в 1 км или одной печатной точке текста на расстоянии 1 м.

Линейное разрешение

Общие сведения

Разрешение оптических приборов принципиально ограничено дифракцией на объективе : видимые точки являются ничем иным, как дифракционными пятнами. Две соседние точки разрешаются, если минимум интенсивности между ними достаточно мал, чтобы его разглядеть. Для снятия зависимости от субъективности восприятия был введен эмпирический критерий разрешения Рэлея , который определяет минимальное угловое расстояние между точками

где θ - угловое разрешение (минимальное угловое расстояние), λ - длина волны, D - диаметр входного зрачка оптической системы (часто он совпадает с диаметром объектива). Учитывая чрезвычайную малость угла θ , в оптической литературе вместо синуса угла обычно пишут сам угол.

Коэффициент подобран так, чтобы интенсивность в минимуме между пятнами была равна примерно 0,75-0,8 от интенсивности в их максимумах - считается, что этого достаточно для различения невооруженным глазом.

Зависимость разрешения при фотографировании от свойств оптической системы

При фотографировании с целью получения отпечатка или изображения на мониторе , суммарная разрешающая способность определяется разрешением каждого этапа воспроизведения объекта.

Способы определения разрешающей способности в фотографии

Определение разрешающей способности производится путём фотографирования специального тестового объекта (миры). Для определения разрешающей способности каждого из элементов, принимающих участие в техническом процессе получения изображения, измерения проводят в условиях, когда погрешности от остальных этапов пренебрежимо малы.

Разрешающая сила объектива

Разрешающая способность первичного материального носителя

Фотографическая эмульсия

Важно, что современная иностранная трактовка линий миры считает пару черная и белая полоса - за 2 линии, - в отличие от отечественных теории и практики, где каждая линия всегда считается разделенной промежутками контрастного фона толщиной, равной толщине линии.

Некоторые фирмы - производители цифровых фотоаппаратов в рекламных целях пытаются повернуть матрицу под углом в 45°, достигая определённого формального повышения разрешения при фотографировании простейших горизонтально-вертикальных мир. Но если использовать профессиональную миру , или хотя бы повернуть простую миру под тем же углом, становится очевидным, что повышение разрешения - фиктивное.

Получение конечного изображения

Разрешающая способность современных принтеров измеряется в точках на миллиметр (dpmm) или на дюйм (dpi).

Струйные принтеры

Качество печати струйных принтеров характеризуется:

• Разрешением принтера (единица измерения DPI)
• Цветовым разрешением системы принтер-краска-цветовые профиля ICC (цветовые поля печати). Цветовые поля печати в большей степени ограничиваются свойствами используемой краски. В случае необходимости принтер можно перевести практически на любую краску, которая подходит к типу используемых в принтере печатных головок, при этом может понадобиться перенастройка цветовых профилей.
• Разрешением отпечатанного изображения. Обычно очень сильно отличается от разрешения принтера, так как принтеры используют ограниченное количество красок, максимум 4…8 и для получения полутонов применяется мозаичное цветосмешение, то есть один элемент изображения (аналог пикселя) состоит из множества элементов печатаемых принтером (точки - капли чернил)
• Качеством самого процесса печати (точность перемещения материала, точность позиционирования каретки и т. п.)

Для измерения разрешающей способности струйных принтеров, в быту, принята единственная единица измерения - DPI, соответствующая количеству точек-физических капель краски на дюйм отпечатанного изображения. В действительности реальное разрешение струйного принтера (видимое качество печати) зависит от гораздо большего числа факторов:

• • Управляющая программа принтера в большинстве случаев может работать в режимах, обеспечивающих очень медленное перемещение печатающей головки и как следствие, при фиксированной частоте спрыска краски дюзами печатающей головки, получается очень высокое «математическое» разрешение отпечатанного изображения (иногда до 1440 × 1440 DPI и выше). Однако следует помнить что реальное изображение состоит не из «математических» точек (бесконечно малого диаметра), а из реальных капель краски. При непомерно высоком разрешении, более 360…600 (приблизительно) количество краски, наносимой на материал, становится чрезмерным (даже если принтер оборудован головами, создающими очень мелкую каплю). В итоге, для получения изображения заданной цветности, заливку приходится ограничивать (то есть возвращать количество капель краски в разумные пределы). Для этого используются как заранее сделанные настройки, вшиваемые в цветовые профиля ICC, так и принудительное уменьшение процента заливки.
  • При печати реального изображения дюзы постепенно блокируются внутренними факторами (попадание пузырьков воздуха вместе с краской, поступающей в дюзы печатающей головки) и внешними факторами (прилипание пыли и скопление капель краски на поверхности печатающей головки). В результате постепенного блокирования дюз появляются не пропечатанные полосы на изображении, принтер начинает «полосить». Скорость блокирования дюз зависти от типа печатающей головки и конструкции каретки. Проблема забитых дюз решается прочисткой печатающей головки.
  • Дюзы спрыскивают краску не идеально вниз, а имеют небольшой угловой разброс, зависящий от типа печатающей головки. Смещение капель вследствие разброса можно компенсировать уменьшением расстояния между печатающей головкой и печатаемым материалом, но при этом следует помнить, что слишком сильно опущенная голова может цеплять материал. Иногда это приводит к браку, при особо жёстких зацепах печатающая головка может быть повреждена.
  • Дюзы в печатающей головке располагаются вертикальными рядами. Один ряд - один цвет. Каретка печатает как при движении слева направо, так и справа налево. При движении в одну сторону головка последним кладёт один цвет, а при движении в другую сторону, последним кладёт другой цвет. Краска разных слоёв, попадая на материал, лишь частично смешивается, возникает флуктуация цвета, которая на разных цветах выглядит по разному. Где-то она почти не видна, где-то она сильно бросается в глаза. На многих принтерах есть возможность печати только при движении головки в одну сторону (to Left или to Right), обратный ход - холостой (это полностью устраняет эффект «матраса», но сильно снижает скорость печати). На некоторых принтерах установлен двойной набор головок, при этом головки расположены зеркально(пример: Жёлтый-Розовый-Голубой-Чёрный-Чёрный-Голубой-Розовый-Жёлтый), такое расположение головок исключает рассматриваемый эффект, но требует более сложной настройки - сведение головок одного цвета между собой.

Лазерные и светодиодные принтеры

Мониторы

Измеряется в точках на единицу длины изображения на поверхности монитора (в dpmm или dpi).

Микроскопы

Из-за накладывающихся ограничений значений α , λ , и η , предел разрешающей способности светового микроскопа, при освещении белым светом, - приблизительно 200…300 нм. Поскольку: α лучшей линзы - приближенно 70° (sin α = 0.94 …0.95), учитывая также, что самая короткая длина волны видимого света является синей (λ = 450 nm; фиолетовой λ = 400…433), и типично высокие разрешения обеспечивают линзы масляно-иммерсионных объективов (η = 1.52 …1.56 ; по И. Ньютону 1,56 - показатель (индекс) преломления для фиолетового), имеем:

Для других типов микроскопов разрешение определяется иными параметрами. Так, для растрового электронного микроскопа разрешение определяется диаметром пучка электронов и/или диаметром области взаимодействия электронов с веществом образца.

Обеспечение достаточной оптической плотности (заливки) знаков и изображений на странице является важным фактором в субъективной оценке качества печати. Нарушения в электрофотографическом процессе могут вызвать нежелательные отклонения темноты (заливки) изображения. Эти отклонения могут находиться в допустимых пределах или выходить из них. Величина этих допустимых отклонений устанавливается в технических условиях на расходные материалы к конкретному аппарату и может существенно отличаться для разных аппаратов. Объективная оценка плотности заливки характеризует неоднородность процесса и определяется как предел и стандартное отклонение коэффициента отражения печатного знака поперек страницы.

Термин оптическая плотность используется для характеристики меры пропускания света - для прозрачных объектов и отражения - для непрозрачных. Количественно определяется, как десятичный логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания (отражения). В электрографии этот термин используется для оценки качества элементов изображения на копиях, полученных при определенных условиях проявления (использовании определенного типа тонера, оценки величины контраста скрытого электростатического изображения, качества копий при применении того или иного способа проявления и т. д.). В полиграфии эта характеристика используется для оценки издательских оригиналов, промежуточных изображений и оттисков.

Оптическая плотность обозначается OD(Optical Density) или просто D. Минимальное значение оптической плотности D=0 соответствует белому цвету. Чем больше света поглощается средой, тем она темнее, т.е., например, черный цвет имеет большую оптическую плотность, чем серый.

Коэффициент отражения связан с оптической плотностью и плотностью контраста следующим образом:

D = lg (1/R pr) и D c =R pr /R pt

где D - оптическая плотность изображения;

R pt - коэффициент отражения в точке измерения;

D c - плотность контраста;

R pr - коэффициент отражения бумаги.

Значения оптической плотности изображения на копиях для черного в электрографии для различных аппаратов (как отмечалось выше) существенно различны. Как правило по спецификациям производителей тонера для лазерных принтеров эти значения (минимально допустимые при нормальном состоянии аппаратуры) лежат в диапазоне от 1,3D до 1,45D. Для качественных тонеров оптическая плотность принимает значения в диапазоне от 1,45D до 1,5D и не превышают 1,6D. В технических условиях принято устанавливать ограничения по нижнему допустимому пределу со стандартным отклонением по оптической плотности 0,01.

Величину оптической плотности измеряют специальным прибором - денситометром, принцип работы которого основан на измерении потока, отраженного от отпечатка и пересчета этого показателя в единицы измерения оптической плотности.

В электрографии оптическую плотность изображений используют для характеристики проявителя (тонера) с целью определения требуемых значений оптической плотности линий установленной ширины при определенных условиях проявления или характеристики электрофотографического изображения на копиях в режиме номинального функционирования аппаратуры

Разрешение

Разрешение (Resolution) или разрешающая способность сканера - параметр, характеризующий максимальную точность или степень детальности представления оригинала в цифровом виде. Разрешение измеряется в пикселах на дюйм (pixels per inch, ppi). Нередко разрешение указывают в точках на дюйм (dots per inch, dpi), но эта единица измерения является традиционной для устройств вывода (принтеров). Говоря о разрешении, мы будем использовать ppi. Различают аппаратное (оптическое) и интерполяционное разрешение сканера.

Аппаратное (оптическое) разрешение

Аппаратное (оптическое) разрешение (Hardware/optical Resolution) непосредственно связано с плотностью размещения светочувствительных элементов в матрице сканера. Это - основной параметр сканера (точнее, его оптико-электронной системы). Обычно указывается разрешение по горизонтали и вертикали, например, 300x600 ppi. Следует ориентироваться на меньшую величину, т. е. на горизонтальное разрешение. Вертикальное разрешение, которое обычно вдвое больше горизонтального, получается в конечном счете интерполяцией (обработкой результатов непосредственного сканирования) и напрямую не связано с плотностью чувствительных элементов (это так называемое разрешение двойного шага ). Чтобы увеличить разрешение сканера, нужно уменьшить размер светочувствительного элемента. Но с уменьшением размера теряется чувствительность элемента к свету и, как следствие, ухудшается соотношение сигнал/шум. Таким образом, повышение разрешения - нетривиальная техническая задача.

Интерполяционное разрешение

Интерполяционное разрешение (Interpolated Resolution) - разрешение изображения, полученного в результате обработки (интерполяции) отсканированного оригинала. Этот искусственный прием повышения разрешения обычно не приводит к увеличению качества изображения. Представьте себе, что реально отсканированные пикселы изображения раздвинуты, а в образовавшиеся промежутки вставлены «вычисленные» пикселы, похожие в каком-то смысле на своих соседей. Результат такой интерполяции зависит от ее алгоритма, но не от сканера. Однако эту операцию можно выполнить средствами графического редактора, например, Photoshop, причем даже лучше, чем собственным программным обеспечением сканера. Интерполяционное разрешение, как правило, в несколько раз больше аппаратного, но практически это ничего не означает, хотя может ввести в заблуждение покупателя. Значимым параметром является именно аппаратное (оптическое) разрешение.

В техническом паспорте сканера иногда указывается просто разрешение. В этом случае имеется в виду аппаратное (оптическое) разрешение. Нередко указываются и аппаратное, и интерполяционное разрешение, например, 600х 1200 (9600) ppi. Здесь 600 - аппаратное разрешение, а 9600 - интерполяционное.

Различимость линий

Различимость линий (Line detectability) - максимальное количество параллельных линий на дюйм, которые воспроизводятся с помощью сканера как раздельные линии (без слипаний). Этот параметр характеризует пригодность сканера для работы с чертежами и другими изображениями, содержащими много мелких деталей. Его значение измеряется в линиях на дюйм (lines per inch, Ipi).

Какое разрешение сканера следует выбрать

Этот вопрос чаще других задают при выборе сканера, поскольку разрешение - один из самых главных параметров сканера, от которого существенно зависит возможность получения высококачественных результатов сканирования. Однако это вовсе не означает, что следует стремиться к максимальному возможному разрешению, тем более, что оно дорого стоит.

Вырабатывая требования к разрешению сканера, важно уяснить общий подход. Сканер является устройством, преобразующим оптическую информацию об оригинале в цифровую форму и, следовательно, осуществляющим ее дискретизацию. Наданном этапе рассмотрения кажется, что чем мельче дискретизация (больше разрешение), тем меньше потерь исходной информации. Однако результаты сканировании предназначены для отображения с помощью некоторого устройства вывода, например, монитора или принтера. Эти устройства имеют свою разрешающую способность. Наконец, глаз человека обладает способностью сглаживать изображения. Кроме того, печатные оригиналы, полученные типографским способом или посредством принтера, также имеют дискретную структуру (печатный растр), хотя это может быть и не заметно для невооруженного глаза. Такие оригиналы обладают собственным разрешением.
Итак, есть оригинал с собственным разрешением, сканер со своей разрешающей способностью и результат сканирования, качество которого должно быть как можно выше. Качество результирующего изображения зависит от установленного разрешения сканера, но до некоторого предела. Если установить разрешение сканера больше собственного разрешения оригинала, то от этого качество результата сканирования, вообще говоря, не улучшится. Мы не хотим сказать, что сканирование с более высоким, чем у оригинала, разрешением бесполезно. Есть ряд причин, когда это нужно делать (например, когда мы собираемся увеличивать изображение при выводе на монитор или принтер или когда надо избавиться от муара). Здесь мы обращаем внимание на то, что улучшение качества результирующего изображения за счет повышения разрешения сканера не беспредельно. Можно увеличивать разрешение сканирования, не добиваясь при этом улучшения качества результирующего изображения, но зато увеличивая его объем и время сканирования.

О выборе разрешения сканирования мы еще неоднократно будем говорить в данной главе. Разрешение сканера - это максимальное разрешение, которое можно установить при сканировании. Так какая же величина разрешения нам нужна? Ответ зависит от того, какие изображения вы собираетесь сканировать и на какие устройства выводить. Ниже мы приведем лишь ориентировочные значения.
Если вы собираетесь сканировать изображения для последующего вывода на экран монитора, то обычно достаточно разрешения 72-l00ppi. Для вывода на обычный офисный или домашний струйный принтер - 100-150 ppi, на высококачественный струйный принтер - от 300 ppi.

При сканировании текстов из газет, журналов и книг с целью последующей обработки программами оптического распознавания символов (OCR - Optical Character Recognition) обычно требуется разрешение 200-400 ppi. Для вывода на экран или принтер эта величину можно уменьшить в несколько раз.

Для любительских фотографий обычно требуется 100-300 ppi. Для иллюстраций из роскошных типографских альбомов и буклетов - 300-600ppi.

Если вы собираетесь увеличивать изображение для вывода на экран или принтер без потери качества (четкости), то разрешение сканирования следует установить с некоторым запасом, т. е. увеличить его в 1,5-2 раза по сравнению с приведенными выше значениями.

Рекламным агентствам, например, требуется высококачественное сканирование слайдов и бумажных оригиналов. При сканировании слайдов для вывода на печать в формате 10x15 см потребуется разрешение 1200 ppi, а в формате А4 - 2400 ppi.
Обобщая изложенное выше, можно сказать, что в большинстве случаев аппаратного разрешения сканера 300 ppi достаточно. Если же сканер имеет разрешение 600 ppi, то это очень хорошо.