Slajd 1 - szkolaporonin.pl

Skaner
SCSI
LPT
USB
COM
Do zamiany dokumentu z papierowego na jego obraz
elektroniczny skaner potrzebuje sześciu podstawowych
komponentów: źródła światła białego , systemu luster do odbicia
światła, soczewek do skupienia światła, elementów CCD (ChargeCoupled Device) przechwytujących odbite światło, konwertera
ADC (Analog-Digital Converter) zamieniającego sygnał z
elementów CCD na cyfrowy i silnika krokowego, który przesuwa
wszystkie powyższe elementy wzdłuż skanowanego dokumentu
po prowadnicy.
CCD
Najbardziej znaczącym komponentem skanera są elementy CCD. Jeśli są dobrej jakości, skaner będzie tworzył równie
dobre jakościowo obrazy. CCD składa się z tablicy elementów światłoczułych, wytwarzających prąd pod wpływem światła.
Mogą one pochwycić światło padające pod różnym kątem, dające zróżnicowaną intensywność kolorów. Im większa
intensywność, tym wyższe napięcie prądu emitowanego przez CCD i lepsze, bardziej realistyczne kolory wytworzone w
elektronicznej wersji dokumentu.
Konkretna rozdzielczość obrazu jest zależna od liczby światłoczułych elementów w CCD. Im więcej jest tych elementów
tym wyższa rozdzielczość i lepiej widoczne detale w zeskanowanym obrazie.
Rozdzielczość skanera, podobnie jak drukarki, jest wyrażana w punktach na cal (dpi - dots per inch). Zatem jeżeli
mówimy, że skaner ma rozdzielczość 300 dpi i potrafi skanować dokumenty szerokie na 8 cali, takie jak strona formatu
A4, to tablica CCD z 300 elementami na cal będzie liczyła ogółem 2400 elementów. Jeżeli masz lepszy skaner z
rozdzielczością 600 dpi, to CCD w tym urządzeniu liczy sobie 4800 elementów.
Każdy zespół elementów CCD wyposażony jest w trzy filtry - po jednym do każdego koloru RGB (czerwony, zielony,
niebieski). Podobnie jak na monitorze, iluzja wyświetlania milionów kolorów jest tworzona z kombinacji tych trzech.
Starsze skanery potrafiły za jednym przebiegiem głowicy zeskanować tylko jeden kolor składowy, musiały zatem skanować
każdy dokument aż trzy razy. Nowe modele, znane także jako jednoprzebiegowe, skanują wszystkie trzy kolory podczas
jednego przebiegu głowicy.
Napięcie prądu elektrycznego produkowanego przez CCD jest zależne od czułości elementów CCD. Ta dynamiczna
wartość jest wyrażana w bitach; im więcej bitów, tym większa czułość CCD. Wiele amatorskich i tanich skanerów to
urządzenia 24-bitowe, co oznacza, że tylu bitów używają do opisania każdego punktu odczytanego przez CCD.
Twain
TWAIN jest skrótem żartobliwej nazwy i brzmi mniej więcej tak: "technologia bez ciekawej nazwy" (Technology
Without An Interesting Name), jako że dotąd nie powstał oficjalny akronim. Innymi słowy jest to wspólny sterownik
używany przez urządzenia cyfrografii jak aparaty cyfrowe i skanery, które są wyposażone w interfejsy SCSI, USB i LPT.
Aparat cyfrowy
Obiektyw
Układ soczewek który odwzorowuje na światłoczułym elemencie aparatu fotograficznego przedmioty, osoby lub
krajobrazy znajdujące się przed nim. Aparaty wysokiej klasy mają możliwość montowania różnych obiektywów.
Podstawowe parametry charakteryzujące obiektyw to:
a) długość ogniskowej oznaczana na ogół literą f i wyrażana w milimetrach,
b) jasność obiektywu wyrażana liczbą określającą ilość przepuszczanego przez obiektyw światła.
Ogniskowa
Obiektyw, którego długość ogniskowej może być płynnie zmieniana w pewnym przedziale, np. od 35mm do 200mm
(w przeliczeniu na ogniskową aparatu 35mm) nazywany jest popularnie zoomem (czytaj zumem).
Jasność obiektywu
Jasność obiektywu to jeden z najważniejszych jego parametrów. Można powiedzieć że określa on ilość światła
jaką przepuszcza obiektyw. Technicznie jasność obiektywu oznacza wielkość jego maksymalnego otworu
przesłony i również jest zależny od ogniskowej.
Obiektyw o jasności f/2 gdy jest w pełni otwarty jest "jaśniejszy" od obiektywu f/2.8 który z kolei jest jaśniejszy od
obiektywu f/5.6. Jasność wszystkich obiektywów jest określana na tych samych zasadach, jest zawsze równa
ogniskowej obiektywu podzielonej przez średnicę jego przesłony czyli otworu, przez który przechodzi światło.
Dobre obiektywy mają stałą jasność 2.8 lub 4.0.
Matryca światłoczuła
Światło pada na filtr barwny i odpowiednio za jego sprawą skorygowane dociera do
czujnika elektronicznego zwanego matrycą. Matryca wysyła impulsy elektryczne o
odpowiednim natężeniu do przetwornika analogowo cyfrowego, który przetwarza owe
analogowe sygnały, na dane cyfrowe. Następnie ma miejsce ewentualna kompresja i zapis
danych zazwyczaj na karcie pamięci, choć niektóre firmy wdrażają inne rozwiązania jak
mikrodyski, a nawet płyty CD-R.
Na matrycy barwnej znajduje się filtr, przy pomocy którego uzyskuje się odpowiednie
kolory na zdjęciach. Najbardziej popularny jest filtr mozaikowy wykorzystujący tzw. wzór
Bayera. Jak widać na ilustracji, co drugi element tego filtru jest zielony. Wynika to z faktu,
że ludzkie oko jest najbardziej czułe na światło z zakresu zieleni. Poszczególne elementy
filtru ułożone są w taki sposób, aby każdy z nich znajdował się dokładnie nad odpowiednim
czujnikiem.
Przez filtr czerwony przechodzi najwięcej światła czerwonego. Analogicznie w przypadku
filtru zielonego i niebieskiego. Proces ten określa się mianem separacji kolorów. Należy
mieć jednak świadomość, iż przez filtr o barwie np. zielonej przechodzi również pewna
dawka światła niebieskiego i zielonego.
Jak każdy komputer, aparat cyfrowy posiada stosowne oprogramowanie do
przeprowadzania określonych procesów. W tym przypadku mowa oczywiście o zebraniu
informacji z trzech siatek filtrów, a następnie uśredniającej analizie, która ma na celu
ustalenie możliwie najtrafniejszego odwzorowania barw na zdjęciu. Owa analiza to tzw.
interpolacja barwna.
cmos
ccd
Aparaty cyfrowe wyposażone są najczęściej w jeden z dwóch typów matryc: CCD lub CMOS.
W przypadku matrycy CCD, praktycznie cały obszar przeznaczony do rejestracji obrazu jest przeszukiwany celem możliwie
najbardziej szczegółowego odwzorowania kolorów. Następuje to w sposób szeregowy - poszczególne linie, “szeregi” przylegających
do siebie czujników przekazują sobie zarejestrowane dane. Na końcu każdego szeregu tworzą się swoiste węzły, które z kolei
również w sposób szeregowy przesyłają informacje dalej celem ostatecznej analizy uśredniającej. Taki sposób rejestracji obrazu
wymaga oczywiście od aparatu pewnej dawki czasu, która decyduje o tym jak szybko będzie można wykonać następne zdjęcie.
Technologia CCD jest stosunkowo niedroga lecz nie pozwala na wszechstronność zastosowania w odróżnieniu od technologii
CMOS. Ponadto CCD daje dobrej jakości, czysty sygnał, ale pracuje przy stosunkowo wysokim napięciu zmiennym, toteż - jak
nietrudno się domyślić - nie zalicza się do energooszczędnych rozwiązań.
Matryca typu CMOS rejestruje obraz w nieco inny sposób. Każdy jej element zapisuje obraz oddzielnie. Do tak uzyskany danych
można dotrzeć poprzez podanie współrzędnych danego elementu. Zwiększa to wszechstronność matrycy ponieważ może ona
zostać wykorzystana nie tylko do rejestracji obrazu, lecz także do określenia parametrów naświetlenia, a nawet automatycznego
ustawiania na ostrość. Co więcej matryce typu CMOS produkowane są w tym samym procesie technologicznym co np. procesory,
czy pamięci RAM dlatego mogą być wzbogacone o dodatkowo zintegrowane w układzie obwody. A jeśli mniej części, to mniejsze
koszty i większa niezawodność. Jeszcze większego kolorytu w dyskusji na temat wyboru matrycy dodaje fakt, że typ CMOS pracuje
przy stałym, niższym niż typ CCD napięciu.
Rozdzielczość matrycy
Najbardziej popularnym parametrem określającym rozdzielczość matrycy jest liczba światłoczułych elementów w niej
zamontowanych. Każdy taki element odwzorowuje jeden punkt fotografowanego obiektu. W terminologii komputerowej
taki najmniejszy punkt odwzorowywany na ekranie nazywany jest pikselem i taką też nazwę przyjęto dla elementów
światłoczułych tworzących matrycę aparatu cyfrowego.
Rozmiary matryc amatorskich aparatów cyfrowych są rzędu 6x8mm, czyli w przybliżeniu są równe powierzchni paznokcia
na małym palcu. Na tej powierzchni znajduje się 5, 6, czy nawet 8 MILIONÓW elementów światłoczułych. Wybiegając
nieco do przodu z opisem aparatu, powiemy, że nad każdym takim mikroskopijnej wielkości elementem zamontowana jest
równie mikroskopijnej wielkości soczewka skupiająca.
Liczba pikseli w matrycy to jeden parametr mówiący nam o rozdzielczości możliwej do uzyskania danym aparatem.
Parametrem zależnym od liczby megapikseli jest rozdzielczość obrazu uzyskiwanego przy pomocy tego aparatu. I np.
aparat firmy Canon model S2 IS ma matrycę 5,3MP a maksymalna rozdzielczość obrazu wynosi 2592x1944 pikseli. To
znaczy, że fotografia zrobiona tym aparatem będzie "zbudowana" z 1944 linii, każda po 2592 punkty.
Mnożąc liczbę linii przez liczbę pikseli w linii otrzymamy 2592x1944=5038848, czyli w zaokrągleniu 5,03MP. Widać z
tego, że nie wszystkie piksele matrycy wykorzystane zostały do odwzorowania fotografowanego obiektu. Część pikseli
matrycy przeznaczona jest do innych celów. Są potrzebne do otrzymania informacji o jasności i kolorze, którym
naświetlone zostały piksele brzegowe (na zewnątrz tych efektywnych).
Czułość matrycy
Innym parametrem istotnym dla danego aparatu jest maksymalna możliwa do uzyskania czułość matrycy. Wyraża się ją
w skali ISO, tak jak filmów tradycyjnych. Typowa maksymalna czułości matrycy w aparatach średniej klasy to 400 ISO,
choć coraz częściej osiągana jest czułość 800 ISO. Wyższe czułości - do 3200 ISO posiadają matryce drogich aparatów
profesjonalnych.
I tu mamy pierwszą właściwość aparatu cyfrowego, która daje przewagę nad aparatem analogowym. Czułość matrycy,
czyli "cyfrowego filmu" może być regulowana podczas wykonywania zdjęć. W aparacie analogowym nie ma możliwości
zmieniania czułości filmu. Można jedynie zmienić cały film.
Minimalne czułości matrycy, którą można ustawić to zazwyczaj 50 ISO. W najprostszych aparatach cyfrowych czułość dla
danego zdjęcia ustawiana jest automatycznie przez swego rodzaju minikomputer, w który zaopatrzony jest każdy aparat
cyfrowy. W bardziej zaawansowanych ale jeszcze amatorskich, możemy wyłączyć automatyczne ustawianie czułości i
ustawiać ją samemu.
Zależność między czułością a jakością wykonanego zdjęcia jest taka sama jak dla aparatów analogowych. Mniejsza
czułość daje lepszą jakość zdjęcia ale wymaga lepszego oświetlenia. Mniejsza czułość także wydłuża czas naświetlania, a
to z kolei oznacza fotografowanie jedynie nieruchomych obiektów
Przesłona
W danych katalogowych obiektywów podawana jest liczba elementów z których zbudowana jest przysłona. Ogólnie, im
jest ich więcej, tym otwór przysłony bardziej zbliżony jest kształtem do okręgu i jego obwód jest bardziej gładki. Ma to
wpływ na jakość zdjęć i na możliwość ustawienia najmniejszego otworu przysłony. Chodzi o uniknięcie efektów dyfrakcji
światła na ostrych załamaniach brzegu przysłony.
Migawka
Jest to urządzenie, które zamontowane w aparacie przed matrycą (filmem) światłoczułą, zasłania ją przed światłem
wpadającym przez obiektyw. W momencie robienia zdjęcia migawka odsłania matrycę na określony czas i wówczas
obraz rzucany przez obiektyw jest rejestrowany przez elementy światłoczułe.
Migawka wyznacza czas naświetlania elementu światłoczułego, inaczej - czas ekspozycji. Zarówno aparaty analogowe
jak i cyfrowe muszą mieć migawkę. W obydwu typach aparatów pełni ona tę samą rolę, jednak szczegóły rozwiązań
technicznych mogą być zupełnie różne.
Czasy otwarcia migawki
Typowe dla amatorskich aparatów cyfrowych czasy otwarcia migawki to od dziesięciotysięcznych części sekundy do
kilkunastu sekund. Np. wymieniany już aparat Canon S2 IS ma ten czas ustawiany od 1/3200 s do 15 s. W tańszych
aparatach czas otwarcia migawki jest ustawiany automatycznie i fotograf ma bardzo ograniczony wpływ na jego
wybór - jedynie poprzez ustawienie trybu zdjęć. Np. wybranie trybu "zdjęcia sportowe" będzie ustawiać możliwie
najkrótszy, dla danego oświetlenia, czas otwarcia. Natomiast wybranie trybu "krajobraz" - czas możliwie najdłuższy a
za to zmniejszy otwór przesłony.