Сканирующие устройства минилабов. Основные характеристики сканеров оптическое и интерполированное разрешение

Для перевода негативов или слайдов в цифровой формат используют специальное устройство - сканер для пленки. Он отличается от обычного сканера тем, что предназначен для обработки небольших прозрачных изображений, которые имеют большое разрешение. Хотя многие снабжаются специальными модулями, позволяющими сканировать слайды, но продукт, полученный в результате, отличается невысоким качеством.

Только CCD (ПЗС) элементы сканирования могут обеспечить требуемую для изображений с высоким разрешением. Поэтому все сканеры для пленки построены с их использованием. Некоторые модели имеют одну линейку ПЗС. В этом случае для перевода в цифровой формат требуется трехкратное прохождение продлевает сканирование, но не влияет на его результат. В основном сканер для пленки имеет ПЗС матрицу, и оцифровка изображения происходит за один проход. Некоторые модели применяют многоразовый проход для уменьшения ошибок в итоговом изображении.

Важным параметром, на который стоит обратить внимание при выборе сканера, является оптическое разрешение. Ширина самой распространенной пленки составляет 35 мм, а само изображение имеет еще меньшие размеры. Поэтому величина оптического разрешения должна быть не меньше 2400 dpi (точек на дюйм). Существуют сканеры, обеспечивающие 4800 и 5400 точек на дюйм. И хотя сегодняшний уровень технологий позволяет достичь еще больших значений, это нецелесообразно - размеры зерна даже мелкозернистой пленки будут намного больше пикселя.

Особое внимание стоит обратить на динамический диапазон или оптическую плотность. Чем выше значение этого параметра, тем качественнее сканер для негативов может передавать полутона и плавные переходы цвета. Для качественной обработки пленки значение оптической плотности должно быть в диапазоне от 3,2 D до 3,6 D. Приобретать модели с больше нет смысла, так как подавляющее большинство пленок имеет именно такие значения.

На качество оцифровки влияет еще и разрядность представления света, которая характеризует цветопередачу. Современный сканер для пленки может иметь 42 или 48 битовое представление цвета, но обработка в таком формате используется только внутри сканера и служит для уменьшения «шумов» преобразования. Итоговое изображение имеет стандартную для компьютерной техники 24-битную кодировку цвета.

Сканер для слайдов в большинстве случаев подключается к компьютеру через USB-интерфейс. Более дорогие модели могут подключаться через SCSI-2 и (FireWire). В этом случае достаточно часто в комплекте имеется плата с данным контроллером.

Сканер для пленки почти всегда имеет для улучшения изображения. Это и Digital ICE, которая позволяет убрать с изображения пылинки и царапины, не затрагивая основного изображения, и Digital GEM, которая позволяет устранить зернистость, и Digital ROC, позволяющая восстановить цвета на выцветших фотографиях и др. Достаточно часто все эти средства объединяют в одном пакете Digital ICE4 Advanced. Использование этих технологий значительно продлевает сканирование, но результат получается отличный. Для аналогичных преобразований в Фотошопе потребуется гораздо больше времени, а результат отнюдь не гарантирован.

На первый взгляд, идея создания планшетного сканера с оптическим разрешением более 600 ppi, не предназначенного для работы с прозрачными оригиналами, кажется довольно сомнительной - ведь для подавляющего большинства оригиналов, сканируемых в отраженном свете, более чем достаточно 300-400 ppi. Однако не стоит забывать, что солидную долю сканируемых как в домашних, так и офисных условиях оригиналов составляют изображения, отпечатанные типографским способом. Из-за интерференционных явлений, возникающих при оцифровке растрированных изображений, на полученном изображении появляется заметный муар, бороться с которым без ущерба для качества или размера изображения довольно сложно. Для борьбы с подобными явлениями используются специальные алгоритмы, заложенные в программы управления сканированием. Как правило, работа функции подавления муара основана на сканировании оригинала с избыточным (то есть большим, чем задано пользователем) разрешением и дальнейшей программной обработкой полученного изображения. Вот тут-то преимущество сканеров с большим разрешением будет очевидно в прямом смысле этого слова.

Основные технические параметры сканеров

Разрешающая способность

Разрешающая способность, или разрешение, - один из наиболее важных параметров, характеризующих возможности сканера. Самая распространенная единица измерения разрешающей способности сканеров - количество пикселов на один дюйм (pixels per inch , ppi ). Не следует отождествлять ppi c более известной единицей dpi (dots per inch - количество точек на дюйм), которая используется для измерения разрешающей способности растровых печатающих устройств и имеет несколько иной смысл.

Различают оптическое и интерполированное разрешение. Величину оптического разрешения можно вычислить, разделив количество светочувствительных элементов в сканирующей линейке на ширину планшета. Несложно сосчитать, что количество светочувствительных элементов у рассматриваемых нами сканеров, имеющих оптическое разрешение 1200 ppi и формат планшета Legal (то есть ширину 8,5 дюйма, или 216 мм), должно составлять не менее 11 тыс.

Говоря о сканере как об абстрактном цифровом устройстве, нужно понимать, что оптическое разрешение - это частота дискретизации, только в данном случае отсчет идет не по времени, а по расстоянию.

В табл. 1 приведены требуемые значения разрешающей способности для решения наиболее распространенных задач. Как можно заметить, при сканировании в отраженном свете в большинстве случаев вполне достаточно разрешения в 300 ppi, а более высокие значения требуются либо для масштабирования оригинала на больший размер, либо для работы с прозрачными оригиналами, в частности с 35-миллиметровыми диапозитивами и негативами.

Таблица 1. Величины разрешающей способности для решения наиболее распространенных задач

Многие производители, стремясь привлечь покупателей, указывают в документации и на коробках своих изделий значение оптического разрешения 1200*2400 ppi. Однако вдвое большая цифра для вертикальной оси означает не что иное, как сканирование с половинным вертикальным шагом и дальнейшей программной интерполяцией, так что в данном случае оптическое разрешение этих моделей фактически остается равным первой цифре.

Интерполированное разрешение - это повышение количества пикселов в отсканированном изображении за счет программной обработки. Величина интерполированного разрешения может во много раз превышать величину оптического разрешения, однако следует помнить, что количество информации, полученной с оригинала, будет таким же, как и при сканировании с оптическим разрешением. Другими словами, повысить детальность изображения при сканировании с разрешением, превышающим оптическое, не удастся.

Разрядность

Разрядность, или глубина цвета, определяет максимальное число значений, которые может принимать цвет пиксела. Иначе говоря, чем выше разрядность при сканировании, тем большее количество оттенков может содержать полученное изображение. Например, при сканировании черно-белого изображения с разрядностью 8 бит мы можем получить 256 градаций серого (2 8 = 256), а используя 10 бит - уже 1024 градации (2 10 = 1024). Для цветных изображений возможны два варианта указываемой разрядности - количество бит на каждый из базовых цветов либо общее количество бит. В настоящее время стандартом для хранения и передачи полноцветных изображений (например, фотографий) является 24-битный цвет. Поскольку при сканировании цветных оригиналов изображение формируется по аддитивному принципу из трех базовых цветов, то на каждый из них приходится по 8 бит, а количество возможных оттенков составляет немногим более16,7 млн. (2 24 = 16 777 216). Многие сканеры используют большую разрядность - 12, 14 или 16 бит на цвет (полная разрядность составляет соответственно 36, 42 или 48 бит), однако для записи и дальнейшей обработки изображений эта функция должна поддерживаться применяемым программным обеспечением; в противном случае полученное изображение будет записано в файл с 24-битной разрядностью.

Следует отметить, что более высокая разрядность далеко не всегда означает более высокое качество изображения. Указывая 36- или 48-битную глубину цвета в документации или рекламных материалах, производители зачастую умалчивают о том, что часть битов используется для хранения служебной информации.

Динамический диапазон (максимальная оптическая плотность)

Как известно, более темные участки изображения поглощают большее количество падающего на них света, чем светлые. Величина оптической плотности показывает, насколько темным является данный участок изображения и, следовательно, какое количество света поглощается, а какое отражается (или проходит насквозь в случае прозрачного оригинала). Обычно плотность измеряется для некоего стандартного источника света, имеющего заранее определенный спектр. Значение плотности вычисляется по формуле:

где D - величина плотности, R - коэффициент отражения (то есть доля отражаемого или проходящего света).

Например, для участка оригинала, отражающего (пропускающего) 15% падающего на него света, величина плотности составит log(1/0,15) = 0,8239.

Чем выше максимальная воспринимаемая плотность, тем больше динамический диапазон данного устройства. Теоретически динамический диапазон ограничен используемой разрядностью. Так, восьмибитное монохромное изображение может иметь до 256 градаций, то есть минимальный воспроизводимый оттенок составит 1/256 (0,39%), следовательно динамический диапазон будет равен log(256) = 2,4. Для 10-битного изображения он будет уже немного больше 3, а для 12-битного - 3,61.

Фактически это означает, что сканер с большим динамическим диапазоном позволяет лучше воспроизводить темные участки изображений или просто темные изображения (например, передержанные фотоснимки). Следует оговориться, что в реальных условиях динамический диапазон оказывается меньше вышеуказанных значений из-за влияния шумов и перекрестных помех.

В большинстве случаев плотность непрозрачных оригиналов, сканируемых на отражение, не превышает значения 2,0 (что соответствует участку с однопроцентным отражением), а типичное значение для высококачественных печатных оригиналов составляет 1,6. Слайды и негативы могут иметь участки с плотностью выше 2,0.

Источник света

Источник света, используемый в конструкции того или иного сканера, в немалой степени влияет на качество получаемого изображения. В настоящее время используются четыре типа источников света:

1. Ксеноновые газоразрядные лампы . Их отличают чрезвычайно малое время включения, высокая стабильность излучения, небольшие размеры и долгий срок службы. Но они не очень эффективны с точки зрения соотношения количества потребляемой энергии и интенсивности светового потока, имеют неидеальный спектр (что может вызвать нарушение точности цветопередачи) и требуют высокого напряжения (порядка 2 кВ).
2. Люминесцентные лампы с горячим катодом . Эти лампы обладают наибольшей эффективностью, очень ровным спектром (которым к тому же можно управлять в определенных пределах) и малым временем разогрева (порядка 3-5 с). К отрицательным сторонам можно отнести не очень стабильные характеристики, довольно значительные габариты, относительно небольшой срок службы (порядка 1000 часов) и необходимость держать лампу постоянно включенной в процессе работы сканера.
3. Люминесцентные лампы с холодным катодом . Такие лампы имеют очень большой срок службы (от 5 до 10 тыс. часов), низкую рабочую температуру, ровный спектр (следует отметить, что конструкция некоторых моделей этих ламп оптимизирована для повышения интенсивности светового потока, что негативно отражается на спектральных характеристиках). За перечисленные достоинства приходится расплачиваться довольно большим временем прогрева (от 30 с до нескольких минут) и более высоким, чем у ламп с горячим катодом, энергопотреблением.
4. Светодиоды (LED). Они применяются, как правило, в CIS-сканерах. Цветодиоды обладают очень малыми габаритами, небольшим энергопотреблением и не требуют времени для прогрева. Во многих случаях используются трехцветные светодиоды, с большой частотой меняющие цвет излучаемого света. Однако светодиоды имеют довольно низкую (по сравнению с лампами) интенсивность светового потока, что снижает скорость сканирования и увеличивает уровень шума на изображении. Весьма неравномерный и ограниченный спектр излучения неизбежно влечет за собой ухудшение цветопередачи.

Скорость сканирования и время прогрева

В процессе тестирования было измерено время, необходимое для «холодного» старта и восстановления из режима энергосбережения.

Для оценки производительности тестируемых сканеров были проведены замеры времени, требующегося для выполнения нескольких наиболее типичных задач. Отсчет времени начинался с момента нажатия кнопки Scan (или аналогичной) в приложении, из которого производилось сканирование, и заканчивался после того, как данное приложение вновь было готово к работе (то есть можно было производить какие-либо действия, например изменение настроек или области сканирования).

Даже самое высокое разрешение не сможет дать качественного изображения, если полученные при сканировании цифровые значения неадекватно отражают цвета оригинального изображения. При правильной цветопередаче важную роль играют две характеристики сканера.

Во-первых, это – глубина цвета , т.е. число разрядов, используемых для кодирования цвета каждого оцифрованного пиксела.

Во-вторых, это – динамический диапазон , т.е. диапазон оттенков в оригинале, которые может различить сканер, от абсолютно прозрачного до полностью непрозрачного.

Про глубину цвета

Значительная часть современного программного обеспечения, поставляемого в комплекте со сканером, создает файл с 24-разрядным цветом. Однако внутреннее аналого-цифровое преобразование сканера может задавать значения цветов с количеством разрядов 30, 36 и даже больше. Такая реализация принята потому, что 16 миллионов цветов, доступных при 24 разрядах на пиксел (по 8 разрядов на каждый из основных цветов – красный, зеленый и синий), могут распределяться в изображении неравномерно. Чаще всего теряются оттенки в тенях и на самых светлых участках.

Нельзя забывать, что для любого полупроводникового прибора характерным является наличие шума – исключением не являются и светочувствительные элементы (ПЗС и КДИ). Определенную погрешность в аналоговый сигнал вносят и цепи аналого-цифрового преобразователя.

При очень высокой разрядности, а значит и точности, аналого-цифрового преобразования, достаточно легко «выловить» сигналы, очень похожие на шум. Аппаратные схемы и программные модули могут эту информацию, похожую на шум, просто-напросто, отбросить (отфильтровать). При этом остается достаточно широкий диапазон величин для обработки и сохранения в окончательном 24-разрядном файле. Программными средствами сканеров определяются те 24 бита из, например, 30, которые соответствуют лучшему воспроизведению света и теней. Таким образом, повышение разрядности аналого-цифрового преобразования приводит к «вытягиванию» на выходе сканера глубины цвета до полноценных 24-х бит.

К сожалению, по характеристике цветовой глубины нельзя судить о том, действительно ли все эти биты содержат визуально важную информацию. Значительную роль в качестве конечного изображения играют чувствительность сенсоров и качество аналого-цифровой цепи, а также еще и некоторые другие факторы. Однако, в среднем, можно считать, что чем больше разрядность отсканированного изображения, тем выше качество картинки, хотя по многим заверениям человеческий глаз не «рассчитан» на глубину цвета более 24 бит.

Про динамический диапазон

Эта характеристика крайне редко указывается для сканеров, относящихся к низшему классу, но она очень важна для профессиональной работы с изображениями, и, в первую очередь, при работе с пленками. С характеристикой динамического диапазона неразрывно связана оптическая плотность.

Оптическая плотность - это характеристика оригинала. Вычисляется она как десятичный логарифм отношения света падающего на оригинал к свету отраженному от оригинала (для непрозрачных оригиналов) или прошедшему через оригинал (для слайдов и негативов). Минимально возможное значение оптической плотности 0.0 D – это идеально белый (прозрачный) оригинал. Значение 4.0 D соответствует предельно черному (непрозрачному) оригиналу. Применительно к сканеру его диапазон оптических плотностей характеризует способность сканера различить близлежащие оттенки (это особенно критично в тенях оригинала). Максимальная оптическая плотность у сканера - это оптическая плотность оригинала, которую сканер еще отличает от "полной темноты". Все оттенки оригинала "темнее" этой границы сканер не сможет различить. На практике это означает, что "офисный" сканер может потерять все детали, как в тёмных, так и светлых участках даже обычной фотографии, не говоря уже о сканировании слайда и тем более негатива.

Так, например, если сканер имеет динамический диапазон равный 2,5 D , то он сможет адекватно оцифровывать фотографии, но не сможет работать с негативами, имеющими оптическую плотность более 3,0 D , т.е. что сканер не воспримет наиболее темные участки изображения и произведет неполноценное сканирование.

Типичная пленка имеет минимальную плотность около 0,3 (50% прозрачности) и максимальную плотность до 3,3 (99,5% непрозрачности): диапазон составляет около 3,0 , хотя диапазон некоторых слайдов достигает значения 3,6. Если слайд имеет максимальную плотность (Dmax ) 3,3 , а сканер оперирует значениями только до 3,0, то детали цветов плотностью выше 3,0 , скорее всего, окажутся черными.

Обычная цветная фотография и печатная продукция имеют динамический диапазон - до 2.5D. Негативы и рентгеновские снимки - 3.0-3.6D.

Недорогие планшетные сканеры имеют динамический диапазон 2.0-2.7D , хорошие 36-битные 3.0-3.3D , новейшие модели - 3.6D . Диапазон оптических плотностей сканера определяется, в первую очередь, качеством, типом и разрядностью АЦП, ПЗС-матрицы и алгоритмом работы контроллера сканера, т.е. встроенным программным обеспечением сканера. Математический предел динамического диапазона для сканера с 30-битным АЦП - 3.0D , а для 36-битного сканера - 3.6D (десятичный логарифм от числа возможных градаций для каждого цвета, которое равно 2 в степени количества разрядов на один цвет).

Стоит понимать, что невозможно с приемлемым качеством отсканировать негатив с помощью обычного 30-разрядного планшетного сканера, даже если к нему и продаётся слайд-модуль. Даже имеющий лучшее в своем классе значение реального динамического диапазона 30-битный сканер позволяет терпимо сканировать цветные слайды - но не надо рассчитывать на приемлемые результаты с художественными чёрно-белыми негативами, снятыми профессиональным фотографом. Для негативов нужен сканер другого класса.

Сравнивать характеристики диапазонов плотностей следует с осторожностью. Не существует стандартных процедур измерения и записи диапазона плотностей. Некоторые производители могут выполнять тесты для измерения реального, практического диапазона. Другие приводят только теоретические пределы для своих сканеров. Нельзя принимать решение о выборе той Ии иной модели только на основе заявленных характеристик – лучше выполнить несколько пробных сканирований.

Следует заметить, что слайд-сканеры с диапазоном плотностей выше 3,4 стоят более 10 000 долларов. Это конечно дорого, но планшетные сканеры со сравнимым диапазоном плотностей, такие, как SelectScan Plus компании Agfa, Topaz компании Linotype-Hell и Smart 340 компании Scitex, стоят более 30 000 долл.

За качество всегда приходится платить немалую цену.

Вид оригинала . Сканирование может осуществляться в проходящем свете (для оригиналов на прозрачной подложке) или отраженном (для оригиналов на непрозрачной подложке). Сканирование негативов отличается особой сложностью, поскольку этот процесс не сводится к простому инвертированию градаций цвета от негатива до позитива. Чтобы точно оцифровать цвет в негативах, сканер должен компенсировать цветную фотографическую вуаль на оригинале. Есть несколько способов решения этой проблемы: аппаратная обработка, программные алгоритмы перехода от негатива к позитиву или справочные таблицы для конкретных типов фотопленки.

Оптическое разрешение. Сканер снимает изображение не целиком, а по строчкам. По вертикали планшетного сканера движется полоска светочувствительных элементов и снимает по точкам изображение строку за строкой. Чем больше светочувствительных элементов у сканера, тем больше точек он может снять с каждой горизонтальной полосы изображения. Это и называется оптическим разрешением. Обычно его считают по количеству точек на дюйм -- dpi (dots per inch). Сегодня считается нормой уровень разрешение не менее 600 dpi.

Скорость работы. В отличие от принтеров, скорость работы сканеров указывают редко, поскольку она зависит от множества факторов. Иногда указывают скорость сканирования одной линии в миллисекундах.

Глубина цвета измеряется количеством оттенков, которые устройство способно распознать. 24 бита соответствует 16 777 216 оттенков. Современные сканеры выпускают с глубиной цвета 24, 30, 36, 48 бит.

Динамический диапазон характеризует какой диапазон оптических плотностей оригинала сканер может распознать, не потеряв оттенки ни в светах, ни в тенях оригинала. Максимальная оптическая плотность у сканера - это оптическая плотность оригинала, которую сканер еще отличает от полной темноты. Все оттенки оригинала темнее этой границы сканер не сможет различить.

Пакетная обработка - это сканирование нескольких оригиналов одновременно, с сохранением каждого изображения в отдельном файле. Программа пакетной обработки позволяет без участия оператора выполнить сканирование определенного числа оригиналов, обеспечивая автоматическое переключение режимов сканирования и сохранение отсканированных файлов.

Диапазон масштабирования - это интервал величин изменения масштаба оригинала, который может быть выполнен во время сканирования. Он связан с разрешающей способностью сканера: чем выше значение максимального оптического разрешения, тем больше коэффициент увеличения исходного изображения без потери качества.

По типу интерфейса сканеры делятся всего на четыре категории:

Сканеры с параллельным или последовательным интерфейсом, подключаемые к LPT- или COM-порту Эти интерфейсы самые медленные. Возможно появление проблем, связанных с конфликтом сканера с LPT-принтером, если таковой имеется.

Сканеры с интерфейсом USB Стоят чуть-чуть дороже, но работают значительно быстрее. Необходим компьютер с USB-портом.

Сканеры со SCSI-интерфейсом, с собственной интерфейсной платой для шины ISA или PCI либо подключаемые к стандартному SCSI-контроллеру. Эти сканеры быстрее и дороже представителей двух предыдущих категорий и относятся к более высокому классу.

Сканеры с современным интерфейсом FireWire(IEEE 1394) специально разработанным для работы с графикой и видео. Такие модели представлены на рынке относительно недавно.

Оптическое разрешение - измеряется в точках на дюйм (dots per inch, dpi). Характеристика, показывающая, чем больше разрешение, тем больше информации об оригинале может быть введено в компьютер и подвергнуто дальнейшей обработке. Часто приводится такая характеристика, как “интерполированное разрешение”(интерполяционное разрешение). Ценность этого показателя сомнительна - это условное разрешение, до которого программа сканера “берется досчитать” недостающие точки. Этот параметр не имеет никакого отношения к механизму сканера и, если интерполяция все же нужна, то делать это лучше после сканирования с помощью хорошего графического пакета.

Глубина цвета

Глубина цвета – это характеристика, обозначающая количество цветов, которое способен распознать сканер. Большинство компьютерных приложений, исключая профессиональные графические пакеты, такие как Photoshop, работают с 24 битным представлением цвета (полное количество цветов -16.77 млн. на точку). У сканеров эта характеристика, как правило, выше - 30 бит, и, у наиболее качественных из планшетных сканеров, - 36 бит и более. Конечно, может возникнуть вопрос - зачем сканеру распознать больше бит, чем он может передать в компьютер. Однако, не все полученные биты равноценны. В сканерах с ПЗС датчиками два верхних бита теоретической глубины цвета обычно являются “шумовыми” и не несут точной информации о цвете. Наиболее очевидное следствие “шумовых” битов недостаточно непрерывные, гладкие переходы между смежными градациями яркости в оцифрованных изображениях. Соответственно в 36 битном сканере “шумовые” биты можно сдвинуть достаточно далеко, и в конечном оцифрованном изображении останется больше чистых тонов на канал цвета.

Динамический диапазон (диапазон плотности)

Оптическая плотность есть характеристика оригинала, равная десятичному логарифму отношения света падающего на оригинал, к свету отраженному (или прошедшему - для прозрачных оригиналов). Минимально возможное значение 0.0 D - идеально белый (прозрачный) оригинал. Значение 4.0 D – абсолютно черный (непрозрачный) оригинал. Динамический диапазон сканера характеризует какой диапазон оптических плотностей оригинала сканер может распознать, не потеряв оттенки ни в светах, ни в тенях оригинала. Максимальная оптическая плотность у сканера - это оптическая плотность оригинала, которую сканер еще отличает от полной темноты. Все оттенки оригинала темнее этой границы сканер не сможет различить. Данная величина очень хорошо отделяет простые офисные сканеры, которые могут потерять детали, как в темных, так и светлых участках слайда и, тем более, негатива, от более профессиональных моделей. Как правило, для большинства планшетных сканеров данная величина лежит в пределах от 1.7D (офисные модели) до 3.4 D (полупрофессиональные модели). Большинство бумажных оригиналов, будь то фотография или журнальная вырезка, обладают оптической плотностью не более 2.5D. Слайды требуют для качественного сканирования, как правило, динамический диапазон более 2.7 D (Обычно 3.0 – 3.8). И только негативы и рентгеновские снимки обладают более высокими плотностями (3.3D – 4.0D), и покупать сканер с большим динамическим диапазоном имеет смысл, если вы будете работать в основном с ними, иначе вы просто переплатите деньги.