Skanerių šviesos atspindžio skaitymas

Kaip popierius virsta skaitmeniniais duomenimis

Kai padedi dokumentą ant skanerių stiklo ir spaudi mygtuką, įvyksta tikras šviesos ir technologijos šokis. Skaneriai – tai įrenginiai, kurie moka paversti fizinį objektą skaitmeniniais duomenimis, o visa magija prasideda nuo šviesos atspindžio. Iš esmės skaneriai veikia panašiai kaip mūsų akys – jie apšviečia objektą ir registruoja atspindėtą šviesą, tik daro tai daug tiksliau ir sistemingiau.

Pats procesas gali pasirodyti paprastas, bet po skanerių dangčiu vyksta sudėtingas technologinis procesas. Šviesos šaltinis nušviečia dokumentą, šviesa atsispindi nuo popieriaus paviršiaus, o specialūs jutikliai užfiksuoja šį atspindį. Baltos dokumento vietos atsispindi daug šviesos, juodos – mažai arba visai neatsispindi. Būtent šis skirtumas ir leidžia sukurti tikslų skaitmeninį dokumento atvaizdą.

Šviesos šaltiniai ir jų evoliucija

Pirmieji skaneriai naudojo įprastas lemputės, panašias į tuos, kurias matydavome namuose. Vėliau atsirado fluorescencinės lemputės – jos buvo efektyvesnės ir mažiau kaitino skanavimo procesą. Bet tikroji revoliucija įvyko atsiradus LED technologijai. Šiuolaikiniai skaneriai dažniausiai naudoja baltus LED diodus arba net trijų spalvų (raudonos, žalios, mėlynos) LED sistemas.

LED technologija turi keletą esminių privalumų. Pirma, LED diodai užsidega akimirksniu – nereikia laukti, kol lemputė įšils, kaip būdavo su senaisiais skaneriais. Antra, jie suvalgo daug mažiau elektros energijos ir praktiškai nesikaitina. Trečia, jų tarnavimo laikas yra milžiniškas – gali skenuoti dešimtmečius, kol LED pradės blėsti.

Kai kurie profesionalūs skaneriai naudoja ksenoninės lemputės, kurios sukuria labai intensyvią ir stabilią šviesą. Tokios lemputės ypač tinka, kai reikia skenuoti skaidrius objektus – skaidres ar negatyvus. Šviesos intensyvumas čia yra kritinis, nes šviesa turi prasiskverbti per skaidrią medžiagą.

CCD ir CIS – dvi skirtingos atspindžio skaitymo filosofijos

Šviesos atspindį galima užfiksuoti dviem pagrindiniais būdais, ir čia prasideda tikroji techninė įdomybė. CCD (Charge-Coupled Device) sensoriai – tai senesnė, bet labai kokybiška technologija. Įsivaizduokite miniatiūrinę fotokamerą, kuri juda po skanerių stiklu ir fotografuoja dokumentą linija po linijos.

CCD sistemoje šviesos šaltinis ir sensorius yra atskirti nuo stiklo. Atspindėta šviesa keliauja per veidrodžių sistemą ir lęšius, kol pasiekia jutiklį. Tai primena periskopą povandeniniame laive – šviesa keliauja sudėtingu keliu, bet rezultatas būna tikslus. CCD skaneriai pasižymi puikia spalvų reprodukcija ir gilia spalvų gama – jie sugeba užfiksuoti net subtiliausius atspalvių skirtumus.

CIS (Contact Image Sensor) technologija atsirado vėliau ir veikia visiškai kitaip. Čia jutikliai išdėstyti tiesiog po stiklu, visame jo pločio ilgyje. Nėra jokių veidrodžių ar lęšių – atspindėta šviesa tiesiogiai patenka į sensoriaus elementus. Tai kaip turėti tūkstančius mažyčių akių, išsirikiavusių viena linija ir vienu metu žiūrinčių į dokumentą.

Kaip jutikliai paverčia šviesą skaičiais

Kai šviesa patenka į jutiklį, prasideda tikrasis stebuklas. Kiekvienas jutiklio elementas – tai fotojautrus komponentas, kuris šviesą paverčia elektros signalu. Kuo daugiau šviesos patenka, tuo stipresnis signalas. Šis analoginis signalas tuomet konvertuojamas į skaitmeninius duomenis – paprastai nuo 0 (visiškai juoda) iki 255 (visiškai balta).

Spalviniams skanavimams procesas sudėtingesnis. Dokumentas apšviečiamas tris kartus – raudona, žalia ir mėlyna šviesa, arba naudojami trys atskiri jutiklių rinkiniai su spalvų filtrais. Kiekvienas pikselis gauna tris reikšmes – RGB (Red, Green, Blue) kombinaciją. Būtent todėl spalvotas skenavimas užtrunka ilgiau nei nespalvotas.

Skiriamoji geba – tai kiek atskirų taškų skanerių gali užfiksuoti viename colyje. Standartinis 300 DPI (dots per inch) reiškia, kad viename colyje skanerių užfiksuoja 300 atskirų taškų. Profesionalūs skaneriai gali pasiekti 4800 DPI ar net daugiau, bet kasdieniam naudojimui tai dažnai perteklius.

Šviesos kelias ir optikos sistema

CCD skaneriuose optinė sistema yra tikra inžinerijos šedevras. Atspindėta nuo dokumento šviesa pirmiausia patenka į pirmąjį veidrodį, kuris nukreipia ją į antrąjį, tas – į trečiąjį, ir galiausiai šviesa patenka per lęšį tiesiai į CCD sensorių. Visa ši sistema juda kartu, sinchroniškai skenuodama dokumentą.

Kodėl reikia tiek daug veidrodžių? Atsakymas paprastas – erdvės taupymas ir šviesos kelio ilginimas. Kad gautume ryškų vaizdą, reikia tam tikro atstumo tarp dokumento ir sensoriaus. Veidrodžiai leidžia šį atstumą „sulenkti” kompaktiškame skanerių korpuse. Be to, veidrodžiai padeda išlaikyti vienodą fokusavimą visame dokumento plote.

CIS skaneriuose optika daug paprastesnė – iš esmės jos beveik nėra. LED diodai ir jutikliai sumontuoti vienoje plokštėje, kuri tiesiog slysta po stiklu. Tai leidžia gaminti daug plonesnius ir lengvesnius skanerių. Daugelis daugiafunkcinių spausdintuvų naudoja būtent CIS technologiją, nes ji užima mažiau vietos.

Atspindžio ypatumai skirtingų paviršių atveju

Ne visi paviršiai atsispindi šviesą vienodai, ir tai sukelia įdomių iššūkių skanerių gamintojams. Blizgus žurnalo viršelis atsispindi šviesą visiškai kitaip nei matinis popierius. Blizgūs paviršiai gali sukurti stiprius atspindžius – „hot spots”, kurie vaizdą gali padaryti per šviesų tam tikrose vietose.

Senų dokumentų skenavimas yra atskiras menas. Pageltęs popierius neatsispindi šviesos taip pat kaip naujas baltas lapas. Todėl profesionalūs skaneriai turi specialias funkcijas – jie gali automatiškai kompensuoti popieriaus spalvą, pašalinti dėmes ar atkurti išblukusius tekstus. Programinė įranga analizuoja atspindžio modelius ir gali „išvalyti” vaizdą.

Skaidrių ir negatyvų skenavimas – tai visiškai kita istorija. Čia šviesa turi prasiskverbti per medžiagą, o ne nuo jos atsitrenkti. Specialūs skaidrių skaneriai turi šviesos šaltinį virš dokumento, o sensorių apačioje. Atspindžio principas čia veikia atvirkščiai – tamsi vieta blokuoja šviesą, o šviesi – praleidžia.

Praktiniai patarimai geresniam skenavimui

Jei norite gauti geriausią įmanomą skenavimo kokybę, yra keletas gudrybių. Visada valykite skanerių stiklą – net mažytės dulkelės ar pirštų atspaudai gali sugadinti rezultatą. Naudokite minkštą šluostę ir specialų stiklų valiklį, bet nepurkškite tiesiogiai ant stiklo – geriau ant šluostės.

Dokumento padėtis ant stiklo irgi svarbi. Stenkitės jį padėti kuo tiesiau, ypač jei skenuojate tekstą, kurį vėliau norėsite atpažinti OCR programa. Kai kurie skaneriai turi specialias žymes, padedančias lygiuoti dokumentą. Jei skenuojate storą knygą, nepersistenkite spausdami dangčio – galite sugadinti ir knygą, ir skanerių.

Skiriamosios gebos pasirinkimas priklauso nuo tikslo. Tekstiniams dokumentams pakanka 300 DPI, nuotraukoms geriau 600 DPI, o jei planuojate vaizdą didinti ar spausdinti didelio formato – rinkitės 1200 DPI ar daugiau. Bet atminkite – didesnis DPI reiškia didesnius failus ir ilgesnį skenavimo laiką.

Spalvų režimas taip pat svarbus. Jei skenuojate paprastą tekstą, nespalvoto skenavimo pakanka ir failas bus daug mažesnis. Pilkų atspalvių režimas tinka nuotraukoms, o pilnas spalvotas – tik tada, kai tikrai reikia spalvų. Kai kurie skaneriai turi „automatinio aptikimo” režimą, kuris pats nusprendžia, kas geriausia.

Kada technologija sutinka realybę

Šiuolaikiniai skaneriai tapo neįtikėtinai protingi. Jie ne tik skaito šviesos atspindį, bet ir analizuoja jį realiuoju laiku. Automatinis ryškumo reguliavimas, spalvų korekcija, iškraipymų taisymas – visa tai vyksta automatiškai. Programinė įranga gali atpažinti, ar skenuojate tekstą, nuotrauką ar mišrų dokumentą, ir pritaikyti nustatymus.

Mobiliųjų telefonų kameros šiandien irgi veikia kaip skaneriai, nors technologija šiek tiek kitokia. Specialios programėlės naudoja kamerą kaip šviesos atspindžio detektorių, bet čia atspindžio šaltinis – aplinkos šviesa ar telefono blykstė. Algoritmai ištaiso perspektyvą, pašalina šešėlius ir pagerina kontrastą, bandydami imituoti tikro skanerių darbą.

Ateitis žada dar įdomesnių dalykų. Jau dabar kuriami skaneriai, kurie gali „matyti” ne tik matomą šviesą, bet ir infraraudonuosius ar ultravioletinius spindulius. Tai leidžia aptikti dokumentų klastotes, paslėptus užrašus ar restauruoti sugadintus tekstus. Šviesos atspindžio skaitymas tampa vis sudėtingesnis ir protingesnis, leidžiantis matyti tai, ko paprastomis akimis niekada nepamatytume.