Файл: Колледж Инфраструктурных Технологий.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФГАОУ ВО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова»

Колледж Инфраструктурных Технологий

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6

Изучение новейших технологий сканеров.Выполнил:Протопопов АйылганШумилов ДенисПроверил:ПреподавательМиронов Э. Ю.Якутск 2023Цель работы: Изучить технологию сканирования ВЕТ и ее возможности.Способствовать формированию соответствующих общих и профессиональных компетенций: ОК-01, ОК-02, ОК-03, ОК-04, ОК-09.Средства для выполнения работы:

• 
  аппаратные: ПК;
  
• 
  СЭДО СВФУ (Мoodle) - Портал электронного обучения СВФУ
  

ОП.02 Архитектура аппаратных средствПодготовка к выполнению лабораторной работы:

1. 
   Изучить теоретический материал из методических указаний лабораторной работы.
   
2. 
   С помощью рабочего ПК и сканера изучить принцип работы, основные параметры и технические характеристики сканеров, изучить технологии сканирования BET.
   
3. 
   Проверить свои знания по контрольным вопросам и сдать лабораторную работу.
   

I. Теоретическая частьСканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер в графическом виде текст, рисунки, слайды, фотографии и др. На рис. 12 изображена общая схема устройства сканера. Свет, идущий от источника освещения, попадает на оригинал в определенной точке. Отразившись от него, свет попадает на оптическую систему сканера. Она состоит из зеркал и объектива (иногда роль оптической системы может играть просто призма). Оптическая система фокусирует свет на фотопринимающем элементе, роль которого — преобразо­вание интенсивности падающего света в электронный вид.Принцип работы сканера состоит в следующем: в результате преобразования света получается электрический сигнал, содержащий информацию об активности цвета в исходной точке сканируемого изображения. После оцифровки аналогового сигнала в АЦП цифровой сигнал через аппаратный интерфейс сканера идет в компьютер, где его получает и анализирует программа для работы со сканером. После окончания одного такого цикла (освещение оригинала — получение сигнала — преобразование сигнала — получение его программой) источник света и приемник светового отражения перемещается относительно оригинала.

---

При любом сканировании хочется получить как можно лучшее изображение максимально похожее на оригинал.На рисунке приведена блок-схема типового 36-битного сканера.Рис.13 – Блок схема обычного сканераПри сканировании изображения, данные о нем поступают на фотопринимающую ПЗС (CCD) матрицу. Далее сигнал с матрицы передается на аналогово-цифровой преобразователь, который оцифровывает его для каждого из трех цветов. Шифрование происходит в 8, 10 или 12 разрядов.К сожалению, часть информации теряется.Причины потери части информации о сканируемом изображении:1 Собственный шум матрицы и аналого-цифрового преобразователя (АЦП).Хорошими характеристиками для CCD-матриц сканеров среднего класса считаются уровень шума 3-4mV и максимальный уровень выходного сигнала 1500mV. Соответственно, сигнал с такой CCD-матрицы содержит полезной информации в количестве, эквивалентном 8—9 бит. Получается следующая картина: Рис. 14 – Соотношение сигнал/шум в сканере среднего классаТаким образом, в дешевых сканерах отношение сигнал-шум CCD-матриц таково, что с увеличением разрядности АЦП выше 8 бит может просто увеличиваться количество младших бит, наполненных шумом. При этом АЦП дешевых «36 бит» сканеров зачастую имеют высокий уровень собственного шума, что дополнительно уменьшает количество полезной информации.2 Цифровые преобразования информации в процессе коррекции в контроллере сканера и программе сканирования.После оцифровки цветовой информации в АЦП на каждом этапе дальнейших преобразований в контроллере сканера и программе сканирования – гамма-коррекции, коррекции по цветовому профилю, цветокоррекции, наложению фильтров в программе сканирования – еще большее количество младших разрядов перестают содержать полезную информацию. Это явление имеет чисто математическую природу – при операциях сложения и умножения, выполняемых над дискретными (оцифрованными) данными, в младших разрядах накапливаются погрешности вычислений.В результате, полученная от сканера стандартной конструкции информация о цвете точки содержит меньше разрядов полезной информации, чем заявленная производителем «разрядность сканера» – часть разрядов «съедают» собственные шумы электронных компонентов и математические погрешности, накапливающиеся в процессе выполнения гамма-коррекции и других цифровых преобразований.

---

Оригинальное решение данной проблемы после долгих исследований нашла и реализовала в новейших моделях своих сканеров фирма UMAX. UMAX разработала уникальную технологию, именуемую Bit Enhancement Technology (BET). Эта технология заключается в очистке полезного сигнала от шумов CCD-линейки и АЦП с помощью построенного на основе запатентованного алгоритма 48-битного цифрового фильтра и выполнении гамма-коррекции в 48-битном пространстве, что позволяет после отсечения младших разрядов, уже не содержащих полезную информацию, получить 36 «чистых» бит цвета.Рис. 15 – Очистка сигнала по ВЕТ технологииРис. 16 – Блок-схема сканера UMAX с Bit Enhancement Technology.Для фильтрации шумов одна и та же линия сканируется несколько раз, после чего результаты усредняются, а все отклонения от средних значений считаются шумами. Помимо этого в таких сканерах используются аналоговая цепь коррекции теней и 48-битный цифровой фильтр на основе улучшенного алгоритма «Nearest-Neighbor Pixel» («ближайший пиксель окружения»), выполняющий функцию шумового фильтра сигнала, после чего производится гамма-коррекция.Технология BET обеспечивает увеличение динамического диапазона, уменьшение общего шума, эффекта «пикселизации» и обеспечивает более гладкую тональную кривую на гистограмме даже при использовании корректирующих фильтров. Отсканированное полноцветное изображение содержит больше деталей, особенно в тенях, а цветовые переходы выглядят более естественными и плавными.

С использованием BET	Без использования BET
Результат сканирования с BET:	Результат сканирования без BET:

Рис. 17 – Сравнение результатов сканированияII. Выполнение работы

---

1. 
   Схема строения планшетного сканера и основные элементы конструкции.
   

2. 
   Рассмотрите нанесенную на сканере маркировку, а также используя интернет ресурсы. Занесите данные в табл.6 (из интернета выбираете любую модель).
   

Таблица 6. – Основные характеристики сканеров

Фирма-производитель	Модель	Матрица	Оптическое разрешение	Глубина цвета	Скорость сканирования
Canon	CanoScan LiDE 400	CIS	4800 x 4800 точек на дюйм1	24 bit	25,4 мс

3. 
   Схематически изобразите конструкцию сканирующего блока сканера (это сканирующая часть внутри устройства).
   

4. 
   Проанализировать потребности и составить список характеристик, необходимых для выбора сканера. Порядок характеристик должен определяться их важностью для пользователя.
   

• 
  Фирма Avision
  
• 
  Цена 10000 - 40000
  
• 
  Тип сканера Планшетный
  

5. 
   Найти в сети Интернет информацию о сканерах и выбрать две-три модели, соответствующие указанным характеристикам. Произвести сравнительную характеристику выбранных моделей сканеров. (находите в интернете сканер соответствующий параметр характеристикам, указанным выше)
   

Название	Тип датчика	Цена	Глубина цвета
Документ-сканер Avision FB25	CIS	21 280 ₽	24 bit
Сканер Avision FB10	CIS	19 732 ₽	48 bit

6. 
   С помощью поисковой системы найдите в Интернете сведения о перспективах развития устройств сканирования. Полученные сведения добавьте в отчет.
   

Наиболее перспективным является развитие 3D-технологий, в том числе 3D-сканеров, технических устройств, которые позволяют определять параметры реального физического объекта, переводить его в графическое изображение или создавать его трехмерную копию. Такие цифровые модели отличаются высокой точностью и значительно экономят время, а потому 3D-сканеры получают все больше признания в самых разных областях жизни. Сканируются сейчас не только формы, но и цветовая гамма. Если говорить о применении, то в первую очередь стоит отметить их пользу в развивающихся отраслях медицины – протезировании, хирургии, ортопедии. При помощи 3D-сканеров создаются трехмерные модели костных тканей, которые содержат индивидуальные для каждого отдельного случая параметры. Успешно используются они и при проектировании анатомической обуви, планировании операций. Широкие возможности трехмерного сканирования привлекли и людей искусства: дизайнеров, архитекторов, аниматоров. Больше всего их интересовала перспективность создания 3д-моделей разнообразных макетов. В области создания видеоигр – это разработка персонажей, мультимедиа-контента именно в рамках идеи самого разработчика. Интересны идеи применения 3D-сканеров в киноиндустрии – создаются цветные трехмерные модели человека.

---

В строительстве мостов, зданий, реконструкции магистралей трехмерное сканирование дает большие преимущества, позволяя воссоздать чертежи в 3D-формате.

Сейчас разрабатываются 3D-сканеры, восстанавливающие старые скульптуры, памятники, антикварные предметы с целью их реконструкции или копирования. В перспективе сканеры позволят организовать виртуальные музейные экскурсии, а также создать цифровой архив прототипов изделий и элементов.

7. 
   Схематично зарисовать блок-схему работы технологии ВЕТ и описать ее. Сравнить результаты сканирования с использованием ВЕТ технологии и без нее.
   

Блок-схема типового 36-бит SOHO-сканераСигнал с CCD-матрицы сканера передается в Аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который оцифровывает его в некоторое число разрядов (обычно 8, 10 или 12) для каждого из трех цветов RGB. Суммарное число разрядов (соответственно 24, 30 или 36) широко используется в рекламе и документации в качестве одной из основных характеристик сканера — «Cканер 36-битный? Значит — очень хороший».BET технология заключается в очистке полезного сигнала от шумов CCD-линейки и АЦП с помощью построенного на основе запатентованного алгоритма 48-битного цифрового фильтра и выполнении гамма-коррекции в 48-битном пространстве, что позволяет после отсечения младших разрядов, уже не содержащих полезную информацию, получить 36 «чистых» бит цвета.Благодаря применению технологии BET полученная от сканера информация содержит меньше шумов и больше реальных данных даже при использовании корректирующих фильтров, что увеличивает реальный динамический диапазон, улучшает MTF и снижает эффект "пикселизации".Отсканированное полноцветное изображение содержит больше деталей, особенно в тенях, а цветовые переходы выглядят более естественными и плавными.Разумеется, для использования этой технологии требуются дополнительные ресурсы, а время сканирования увеличивается.

С Bit Enhancement Technology	Без Bit Enhancement Technology
Увеличивает реальный динамический диапазон	Не увеличивает реальный динамический диапазон
Улучшает MTF	Не улучшает MTF
Содержит больше деталей, особенно в тенях	Не содержит деталей, особенно в тенях
Цветовые переходы выглядят более естественными и плавными	Переходы не выглядят более естественными и плавными

---