МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)» РЕФЕРАТ по дисциплине: «Информатика» на тему: Развитие технологий сканирования. Выполнил студент группы Редько Артем Юрьевич Проверила преподаватель: Кандидат пед. наук Надежда Александровна Сапрыкина Омск 2019 2 Оглавление Введение ...................................................................................................................................................... 3 2.1 Ручные сканеры ..................................................................................................................................... 4 2.2 Настольные сканеры: ............................................................................................................................ 5 2.3 Планшетные сканеры ............................................................................................................................ 6 2.4 Рулонные сканеры................................................................................................................................. 7 2.5 Проекционные сканеры ........................................................................................................................ 8 2.6Листовой сканер ..................................................................................................................................... 8 2.7Сканер киноплёнки ................................................................................................................................ 9 3. 3D сканер.................................................................................................................................................. 9 3.1 Виды 3D-сканирования ....................................................................................................................... 10 3.2 Контактное сканирование .................................................................................................................. 11 3.3 Бесконтактное сканирование ............................................................................................................. 11 3.4 Времяпролетные лазерные сканеры ................................................................................................. 12 3.5Триангуляционныесканеры................................................................................................................. 12 3.6Ручные лазерные сканеры .................................................................................................................. 12 3.7 Бесконтактные пассивные сканеры ................................................................................................... 13 Заключение ................................................................................................................................................ 14 Библиографический список ...................................................................................................................... 15 Введение В 1856 году флорентийский аббат Джованни Казелли (итал. Giovanni Caselli) изобрёл прибор для передачи изображения на расстояние, названный впоследствии пантелеграф. Передаваемая картинка наносилась на барабан токопроводящими чернилами и считывалась с помощью иглы. В 1902 году немецким физиком Артуром Корном (нем. Arthur Korn) запатентована технология фотоэлектрического сканирования, 3 получившая впоследствии название телефакс. Передаваемое изображение закреплялось на прозрачном вращающемся барабане, луч света от лампы, перемещающейся вдоль оси барабана, проходил сквозь оригинал и, через расположенные на оси барабана призму и объектив, попадал на селеновый фотоприёмник. Эта технология до сих пор применяется в барабанных сканерах. В дальнейшем, с развитием полупроводников, усовершенствовался фотоприёмник, изобретён планшетный способ сканирования, но сам принцип оцифровки изображения остаётся почти неизменным. Сканеры применяют для ввода в компьютер рисунков, которые сразу же можно обрабатывать в графическом редакторе. Сканеры лучше вводят плоское изображение в компьютер, чем цифровые камеры Основные типы сканеров. Сканеры бывают: ручные сканеры, настольные сканеры, рулонные сканеры, планшетные сканеры, барабанные сканеры, проекционные сканеры, слайд сканеры и др[3] 2.1 Ручные сканеры Первые ручные сканеры изображений были особенно популярны в начале 90-х. Большинство ручных сканеров были монохромными и для освещения изображения использовали свет нескольких зелёных светодиодов. Как правило, они имели специализированный интерфейс, подходящий к определённому типу компьютеров: например, Atari ST или Commodore Amiga. В сравнении с планшетными сканерами, первые ручные сканеры имели более компактные размеры, выполняли идентичные функции, но справлялись с задачей на порядок хуже. Например, отсканировать стандартный лист А4 за один проход не представлялось возможным: необходимо было последовательно обрабатывать несколько участков, при цветном сканировании зачастую появлялись ореолы, искажалась цветовая гамма. Главной же проблемой являлось соблюдение постоянной скорости — в 4 большинстве случаев не получалось добиться равномерного движения, что приводило к искажению получаемого изображения. Следующим этапом распознавания штрих-кода является создание 2D сканеров, позволяющих выполнять принципиально новые функции, такие как сканирование изображение при движении. Одна из современных и запатентованных технологий — технология распознавания движения — Datalogic Motionix. К низкая основным достоинствам стоимость. Поскольку такого в типа ручных сканеров сканерах относятся: в качестве позиционирующего модуля выступает пользователь, отпадает необходимость в этом дорогом элементе; портативность. С появлением ручных сканеров, подключаемых к параллельному порту, их можно использовать как с настольными, так и с портативными компьютерами; сканирование книг без их повреждения. С помощью ручного сканера можно отсканировать книгу, не сгибая и не разрывая ее. Это особенно важно при сканировании старинных книг или древних манускриптов. Первые модели ручных сканеров подключались к компьютеру с помощью интерфейсной карты, которой необходимо было выделять отдельное прерывание, канал прямого доступа к памяти и адрес ввода-вывода. В настоящее время практически все устройства этого класса подключаются к параллельному порту, освобождая, таким образом, необходимые ресурсы. [1] 2.2 Настольные сканеры: В России модели среднего класса (настольные офисные сканеры) в силу своей универсальности являются наиболее часто используемые. Настольные сканеры называют и страничными, и. планшетными, и даже авто сканерами. Такие сканеры позволяют вводить изображения размерами 8,5 на 11 или 8,5 на 14 дюймов. Они выпускаются со SCSI или скоростными видеоинтерфейсами, обычно допускают сканирование с планшета или с использованием интегрированного устройства автоподачи документов. 5 Существуют три разновидности настольных сканеров: планшетные (flatbed), рулонные (shett-fed) и проекционные(overhead) 2.3 Планшетные сканеры Планшетные сканеры – наиболее популярные и универсальные приборы. Они выглядят как прямоугольная коробка, под крышку которой помещается лист бумаги формата А4, а иногда и большего. Все очень похоже на ксерокс. Планшетные сканеры обеспечивают наибольшую точность сканирования, так как документ при сканировании неподвижен, а оптическая система осуществляет прецизионное движение. На таких сканерах можно сканировать страницы журналов и не очень толстых книг. В случае толстых книг качество сканирования падает (как и в ксероксах), так как не удается обеспечить плотное прилегание сканируемого листа вблизи корешка книги. К недостаткам планшетных сканеров следует отнести то, что приходится укладывать сканируемые листы вручную. Основным отличием планшетных сканеров является то, что сканирующая головка перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя. Понятно, что рассмотренная конструкция изделия позволяет сканировать не только отдельные листы, но и страницы журнала или книги. Оптическое разрешение настольных сканеров регулируется в диапазоне 100-800 dpi. Скорости сканирования достигают 64 страниц в минуту. На планшетных неразброшюрованные настольных документы, сканерах книжные можно сканировать страницы, документы нестандартного размера или полиграфического исполнения. Универсальный характер устройств подчеркивается в последнее время выпуском моделей, позволяющих наряду со скоростным вводом документов полноценно (до 16.7 млн. цветов) сканировать в цвете. Несмотря на то, что паспортная производительность отдельных моделей настольных сканеров не уступает и даже, иной раз, превосходит соответствующие показатели 6 специализированных производственных сканеров, во избежание частых замен изнашивающихся элементов устройства (главным образом, ламп, роликов и прокладок), настольные модели не следует использовать в режимах полносменного или круглосуточного сканирования. При условии непревышения рекомендованных дневных нагрузок (приблизительно 5 часов сканирования в день) среднее время между отказами для старших моделей настольных скоростных сканеров составляет около трех лет (при этом в зависимости от модели после сканирования каждых 100-200 тысяч страниц потребуется замена расходуемых элементов consumables). Планшетные сканеры в свою очередь классифицируются на однопроходные или трехпроходные. Раньше для цветного сканирования приходилось использовать трехпроходную технологию, то есть первый проход с красным фильтром для получения красной составляющей, второй - для зеленой составляющей и третий - для синей. Такой метод имеет два существенных недостатка: малая скорость работы и проблема объединения трех отдельных сканов в один, с вытекающим отсюда несовмещением цветов.Решением стало создания True Color CCD, позволяющих воспринимать все три цветовые составляющие цветного изображения за один проход. Cейчас на рынке нет трехпроходных сканеров.[1] 2.4 Рулонные сканеры Рулонные сканеры представляют собой монохромные устройства, предназначенные главным образом для ввода документов в машину, с помощью оптического распознавания символов OCR (Optical Character Recognition). Работа рулонных сканеров происходит следующим образом: отдельные листы документов протягиваются через такое устройство, при этом и осуществляется их сканирование. Таким образом, в данном случае 7 сканирующая головка остается на месте, уже относительно нее перемещается бумага. Понятно, что в этом случае сканирование страниц книг и журналов просто невозможно. Для удобства работы рулонные сканеры обычно оснащаются устройствами для автоматической подачи страниц.[1] 2.5 Проекционные сканеры Проекционные сканеры напоминают фотоувеличитель и работают почти так же, как фотографическая камера. Выпускаются проекционные сканеры для работы с непрозрачными оригиналами, для работы с прозрачными оригиналами (такие сканеры часто называют слайд-сканерами) и универсальные. В сканерах для работы с непрозрачными оригиналами считывание осуществляется в отраженном свете.Вводимый документ кладется на поверхность сканирования изображением вверх, блок сканирования находится при этом также сверху. Перемещается только сканирующее устройство. Основной особенностью данных сканеров является возможность сканирования Комбинированный сканер проекций обеспечивает трехмерных работу в изображений. двух режимах: протягивания листов (сканирование оригиналов форматом от визитной карточки до21,6 см) и самодвижущегося сканера. Для реализации последнего режима сканера необходимо снять нижнюю крышку. При этом валики, которые обычно протягивают бумагу, служат для передвижения сканера по сканируемой поверхности. Хотя понятно, что ширина вводимого сканером изображения в обоих режимах не изменяется (чуть больше формата А4).[1] 2.6Листовой сканер Существуют такие модели сканеров которые позволяют обрабатывать только один лист, протягивая его между барабанами. Это и есть листовые сканеры. Такой тип сканеров иногда интегрируется в современное МФУ (многофункциональное устройство – сканер-копир-принтер-факс).[1] 8 2.7Сканер киноплёнки Ска́нер киноплёнки — устройство для преобразования изображения на киноплёнке в цифровые видеофайлы высокого разрешения. Главное отличие от телекинопроектора — возможность получения вместо видеосигнала цифрового массива данных, пригодного для использования в кинопроизводстве по цифровой технологии Digital Intermediate. При сканировании может быть оцифрован как оригинальный негатив, так и фильмокопия или контратип. Сканер киноплёнки «Spirit DataCine» Кроме перевода изображения, некоторые сканеры позволяют оцифровывать оптическую или магнитную совмещённые фонограммы фильмокопий для получения полной цифровой копии фильма и мастеринга оптических видеодисков или последующей телетрансляции. При сканировании негатива или рабочего позитива для последующего монтажа, сканер считывает штриховой код футажных номеров, пропечатанных на краю киноплёнки. Ещё одна область применения сканеров киноплёнки — архивирование киноматериалов и реставрация фильмов.[1] 3. 3D сканер О 3d сканерах хочется поговорить отдельно так как это уникальная технология которая стремительно развивается и существует даже несколько типов такого сканирования. Появление технологии 3D-сканирования приходится на последнюю половину 20 века. Первый 3D-сканер увидел свет в 1960 году. Правда, он имел весьма ограниченные возможности, поэтому для получения результата и какой-то точности данных приходилось тратить немало времени и усилий. После 1985 года сканирующие устройства изменились, в них стали 9 использовать источники белого света, лазеры и затемнение для лучшего «захвата» сканируемого объекта. В 80-х уже появились контактные датчики, которые использовались в 3D-сканерах для отцифровки поверхности твердых несложных объектов, но этот способ был очень медленным, да и результат был далек от идеального. Поэтому разработчики сосредоточились на возможностях оптических технологий, которые вскоре разделились на три типа по зоне «охвата»: точечный, очень медленный способ (point) захват определенной площади поверхности (area) полосной; как выяснилось, самый быстрый метод ,так как он использовал множество точек, который полосой проходили по поверхности. Он также обеспечивал и нужную точность сканирования объекта (stripe) 3D-сканирование представляло интерес не только для разработчиков из автомобильных и конструкторских дизайн-бюро, но и для киноиндустрии (отцифровка людей применялась затем в создании образов в анимации). Такие компании как Cyberware Laboratories, Digibotics занялись разработкой своих 3D-сканеров. Например, первая компания создала Head Scanner, который давал относительно неплохую точность и даже мог передавать цвет. А в 1994 году компаний 3D Scanners выпустила 3D-сканер REPLICA, который давал точный (для того времени) и быстрый результат, это стало серьезным успехом. С тех пор 3D-сканеры были усовершенствованы, они стали точнее, мобильнее, передают цвет. В общем, можно найти 3D-cканер под любую задачу.[2] 3.1 Виды 3D-сканирования Существуют два базовых типа 3D-сканирования: контактное и бесконтактное. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы и находит применение в своей области. 10 3.2 Контактное сканирование Контактное 3D-сканирование подразумевает физический контакт специального щупа с поверхностью сканируемого объекта. Контактный механизм таких сканеров бывает трех видов: движущаяся каретка с фиксированной измерительной рукой, которая перпендикулярна объекту подвижный манипулятор с высокоточными угловыми датчиками комбинированный вариант из двух первых Контактное 3D-сканирование можно применять на объектах с простой геометрией, если же у объекта богатая детализация, то контактное 3Dсканирование может занять крайне много времени и будет неэффективно. Также обязательно поверхность предмета должна быть твердой.[2] 3.3 Бесконтактное сканирование Бесконтактные 3D-сканеры также бывают разных типов: активные пассивные Активные 3D-сканеры генерируют волновой сигнал, это может быть свет, лазер, ультразвук или даже рентгеновское излучение. Некоторые активные 3D-сканеры также проецируют сетку из белого света на объект, который сканируют. Это не спроста: искажения проекции от наложения на поверхность объекта приносят дополнительную информацию для алгоритмов 3D-сканера. Пассивные же 3D-сканеры ничего не излучают, а используют окружающий свет и анализируют отражение от предмета. Грубо говоря, пассивные 3D-сканеры представляют собой фото или видеокамеру, они оснащены специальным программным обеспечением , которое сводит материал в единую объемную фигуру. 11 Разновидностей бесконтактных 3D-сканеров насчитывается много, но мы хотели бы остановиться на тех, что используются чаще остальных. Это времяпролетные лазерные сканеры, триангуляционные, ручные лазерные.[2] 3.4 Времяпролетные лазерные сканеры Времяпролетные сканеры относятся к активным. Для того, чтобы получить информацию о сканируемом объекте, они используют лазерный луч, а в основе устройства самого устройства лежит времяпролетный лазерный дальномер. 3D-cканер посылает в сторону объекта лазерный луч, специальный счетчик фиксирует время, когда луч отражается от поверхности объекта. Затем используя значение скорости света, высчитывается расстояние до точек поверхности объекта. Сейчас времяпролетные сканеры могут «захватывать» от 10 000 до 100 000 точек за секунду. Точность таких принтеров напрямую зависит от точности измерения времени пролета луча.[2] 3.5Триангуляционныесканеры Этот метод 3D-сканирования также использует лазер для оцифровки объекта. Процесс 3D-сканирования включает в себя трех участников: лазерный излучатель, камеру и точки на поверхности объекта, потому и называется триагнуляционным. Лазерный излучатель посылает луч к поверхности, а камера тем временем фиксирует места падения точек. Для ускорения процесса оцифровки объекта часто вместо лазерной точки применяют лазерную полосу.[2] 3.6Ручные лазерные сканеры В этом виде 3D-сканирования применяется все тот же принцип триангуляции: есть фиксирующий сенсор, лазерный луч или полоса и ручной излучатель. И снова излучатель излучает, а сенсор измеряет расстояние до 12 объекта. В роли сенсора обычно используют прибор с зарядовой связью или координатно-чувствительный детектор. Движения ручного 3D-сканера во время сканирования может фиксироваться средствами внешнего слежения. Для этих целей зачастую используют лазерный трекер со встроенной камерой, который определяет положение 3D-сканера в пространстве. Еще одним способом слежения за сканером является фотограмметрия. Для обеспечения данного способа используют 3 камеры, которые фиксируют движение сканера в трехмерном пространстве. Зачастую, в обоих методах используют инфракрасные светодиоды, движение которых фиксируется камерами со специальными фильтрами. Чтобы определить точное положение 3D-сканера в пространстве (ведь он ручной и в процессе 3D-сканирования перемещается), используют специальные метки на поверхности.[2] 3.7 Бесконтактные пассивные сканеры Этот вид сканеров работает только с отраженным естественным светом и с другими типами излучений, например, инфракрасным. Для 3Dсканирования таким методом не требуется дорогое оборудование, будет достаточно цифровой камеры (если их будет две, то они будут представлять собой стереоскопическую систему) и специализированное программное обеспечение. Для того, чтобы получить 3D-модель, необходимо будет применить «силуэтную технику», которая подразумевает анализ серии фотографий объекта на контрастном фоне. Но у этого метода 3Dсканирования есть один весомый недостаток: с его помощью невозможно отсканировать предмет сложной геометрии и различные углубления на поверхности. Разные виды 3D-сканирования находят применение в разных областях деятельности. По ссылке ниже, вы можете прочитать, где чаще всего применяют технологию трехмерного сканирования. [2] 13 Заключение В заключение хотелось бы отметить, технологи сканирования постоянно развиваются. Сейчас на рынке представлено множество сканирующих устройств, множество технологий. У каждой и которых есть как свои плюсы так и минусы. Выбор полностью остаётся за человеком. Так же хотелось бы отметить, что стремительно развитие3Dсканирование и других совершенных технологий . 14 Библиографический список 1. Википедия[Электронный ресурс] //Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki (дата обращения: 24.11.2019) 2. История и применение 3D-сканирования[Электронный ресурс] //Режим доступа: https://can-touch.ru/blog/history-and-types-of-3d- scanning/ (дата обращения: 24.11.2019) 3. История развития сканеров[Электронный ресурс] //Режим доступа:https://sites.google.com/site/ystroisnvavvoda/home/istoria-razvitiaskanera (дата обращения: 24.11.2019) 15
