Основы техники сканирования

В предлагаемом Вашему вниманию обзоре технологий сканирования изображений описаны факторы, влияющие на результаты сканирования, рекомендована техника работы с настольными сканерами. В круг обсуждения включены существующие типы сканеров, а также некоторые другие устройства захвата изображений.

Сканеры играют ведущую роль в современной технологии получения цифровых изображений с полутоновых фотографических отпечатков и диапозитивов для последующей их обработки на компьютерах. И хотя в настоящее время практически освоена технология цифровой фогосъемки (получения цифровых изображений непосредственно в фотокамерах), пользователю современного программного обеспечения, применяемого при обработке цифровых изображений, важно понимать технологию сканирования.

ТЕХНОЛОГИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ В СКАНЕРАХ

Сканеры обрабатывают свет, отраженный от фотографий (оригиналов на непрозрачных подложках) или пропущенный диапозитивами (оригиналами на прозрачных подложках): он направляется на сканирующую головку, которая в типичном случае состоит из целого ряда микроприборов с зарядовой связью (Charged Coupled Device, или CCD; в русской технической литературе — ПЗС) или светочувствительных диодов. Диоды или ПЗС реагируют на количество попадающего на них света и генерируют соответствующие показатели интенсивности в диапазоне от 0 до 255 для каждого из трех первичных аддитивных цветов: красного (red), зеленого (green) и синего (blue). Затем сканер комбинирует эти замеры и образует 24-битное полноцветное изображение (8 бит на каждый из первичных цветов).

Существует множество разнообразных сканеров: специальные сканеры для сканирования диапозитивов; низкопроизводительные настольные сканеры, обычно планшетной конструкции; высокопроизводительные барабанные сканеры, или лазерные графопостроители (laser plotters), используемые в дорогих цветорепродукционных системах (таких, как Scitex и Crosfield), в которых получение цветоделенных изображений является составной частью процесса сканирования. Кроме того, изображения можно получать непосредственно из устройств захвата изображений (например, видеокамер для съемки неподвижных изображений или цифровых фотокамер).

ТИПЫ СКАНЕРОВ

Рассмотрим сканеры различного типа более подробно. Сканеры для слайдов (диапозитивов), подобные выпускаемым фирмами Nikon, BarneyScan/PixelCraft и Kodak, предназначены для сканирования малоформатных диапозитивов, таких как 35-мм слайды и 2,25-дюймовые (57 мм) диапозитивы, с разрешением до 4000 линий на дюйм. В этих сканерах используются ПЗС, расположенные вдоль прямой (линейка ПЗС), чтобы сразу получать данные для одной строки развертки. RGB-данные о всей площади изображения снимаются за три прохода, каждый проход — с применением соответствующего светофильтра. Ввиду использования трехэтапного процесса развертки возрастает как общее время сканирования, так и вероятность смещения линий сканирования и нарушения фокусировки.

Планшетные сканеры, выпускаемые, в частности, фирмами Microtec, Sharp и Howtec, обрабатывают в отраженном свете оригиналы различных размеров, а также используются для сканирования диапозитивов (с помощью дополнительного держателя диапозитивов). Оптическое разрешение планшетных сканеров обычно находится в диапазоне от 300 до 400 dpi (у некоторых моделей — до 600 dpi). Для полноцветного сканирования большинству планшетных сканеров, как и сканерам для слайдов, требуется три последовательных прохода.

Барабанные сканеры, выпускаемые фирмами Isomet, Optronics, Crosfield, Diamechi, а также другими изготовителями, обычно представляют собой высокопроизводительные профессиональные устройства. Оператор закрепляет оригинал изображения на барабане, вращающемся перед сканирующей головкой. Эта же головка фокусирует на изображении источник света. Для регистрации интенсивности света обычно используются фотоумножители (Photornultiplier, PMT). Стабильность источника света и точность фокусирующей оптики обеспечивают высокое качество сканирования.

ДРУГИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ (ЗАХВАТА) ИЗОБРАЖЕНИЙ

Видеокамеры для съемки неподвижных объектов регистрируют изображения непосредственно в видеоформате NTSC, который плата видеозахвата может конвертировать в данные RGB-формата для последующей обработки на компьютере. (Некоторые так называемые панели «videographics» могут также оцифровывать отдельные кадры из готовой видеоленты или непосредственно при видеосъемке.) Разрешение изображений, полученных с видеоаппаратуры, составляет около 640 х 480 пикселов; качество цветопередачи в значительной степени ограничено — в соответствии со стандартами широковещательного телевидения и видео. Эти недостатки препятствуют широкому использованию захваченных видеоизображений в печати.

Фирма Kodak разработала на базе фотоаппарата Nikon F3 цифровую фотокамеру, которая использует объективы фирмы Nikon и конвертирует изображения непосредственно в 24-битные цифровые данные при разрешении 1024x1280 пикселов. Это примерно соответствует разрешению, необходимому для получения журнальной репродукции формата 4x5 дюймов. Фотокамера подключается к процессорному модулю и приводу жесткого диска, на котором может храниться до 160 мегабайт данных (около сорока изображений). Полученные цифровые фотографии можно загружать непосредственно в компьютер Macintosh.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО И ТОЧНОСТЬ СКАНИРОВАННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

На качество и точность цифровых изображений, полученных в результате сканирования, влияет целый ряд факторов, как-то: разрешение сканера, динамический диапазон и условия освещения, точность фокусировки, правильность выбора точки черного и точки белого.

Разрешение сканера

В большинстве настольных сканеров используются приборы с зарядовой связью (ПЗС). Плотность расположения ПЗС определяет величину разрешения сканера; чем больше ПЗС на данной площадке, тем выше разрешение сканера, выражаемое в точках на дюйм (dpi). Каждый ПЗС регистрирует информацию о цвете и выдает один 24-битный показатель цвета. Этот показатель создает характеристику отдельного пиксела цифрового изображения. Чем выше разрешение сканирования, тем большее число данных о характеристиках отдельных точек регистрируется и тем большим получается размер файла.

Полная линия сканирования вдоль одной из осей называется «линией разрешения». Высококлассные сканеры считывают информацию в виде линий; они могут обеспечивать разрешение до 10000 линий на дюйм. Настольные сканеры, которые считывают информацию поточечно, не могут достигать такого высокого разрешения; это одно из наиболее очевидных различий между высококлассными и офисными сканерами. В типичном случае настольный сканер имеет разрешение 300 точек на дюйм (dpi). Этого обычно достаточно для получения репродукции приемлемого качества.

Динамический диапазон и освещение Динамический диапазон — это диапазон отдельных цветов, которые сканер способен различить. Изменения динамического диапазона оказывают большее влияние на качество результата сканирования, чем разрешение. Высококлассные сканеры более чувствительны к цветовому спектру и могут регистрировать небольшие различия у двух почти одинаковых цветов. Сканер с меньшим динамическим диапазоном регистрирует два близких друг к другу цвета как один цвет.

Динамический диапазон сканера определяют несколько факторов: глубина цвета (число бит на пиксел), светочувствительность ПЗС, точность фокусирования оптики и точность измерения точки черного и точки белого.

Условия освещения также оказывают влияние на качество результатов сканирования. ПЗС-матрицы требуют использования стабильного источника света для равномерного освещения изображения. Изменение равномерности освещения в пределах площади, занятой оригиналом, могут создать на цифровом изображении нежелательные эффекты.

Точность фокусировки

Настольные сканеры и высококлассные сканирующие устройства, используемые в репроцентрах, отличаются прежде всего точностью, с которой свет фокусируется на сканирующую головку. Чтобы обеспечить максимальную точность считывания любой точки изображения, ПЗС сканирующей головки должен иметь оптическую диафрагму, регулируемую с высокой точностью.

В сканере с оптикой высокого качества информация о цвете одного пиксела оригинального изображения фокусируется точно на один элемент ПЗС-матрицы; сканированное изображение получается четким, с хорошо различающимися цветами. В сканерах с оптикой среднего качества информация о цвете определенной точки оригинала слегка рассеивается по нескольким соседним ПЗС. Эта диффузия приводит к смягчению или загрязнению цветов и понижению четкости контуров на формируемом цифровом изображении. Таким образом, из двух сканеров с одинаковым разрешением и идентичными характеристиками освещения оригинала лучшее качество обеспечит тот, который имеет более качественную оптику.

Поскольку при сканировании так важна точная фокусировка, любая вибрация или смещение ПЗС-ячеек снижают качество получаемого изображения. Если барабан или плоский держатель, на котором закреплен оригинал, перемещаются не плавно, а рывками, на изображении возникают полосы (швы или линии). Этому дефекту наиболее подвержены планшетные сканеры.

Точки белого и черного

Точность, с которой сканер определяет точки белого и черного в оригинальном изображении, также оказывает большое влияние на динамический диапазон формируемого цифрового изображения. Если сканер не может точно определить наиболее темную точку изображения и обозначить ее в качестве «черной» (или не позволяет пользователю самому определить и обозначить определенную точку в качестве «черной»), тональный диапазон получаемого цифрового файла сужается. Подобное снижение тонального диапазона возникает и в том случае, если сканер неправильно определяет положение точки белого (то есть наиболее светлой точки изображения).

Поскольку большинство настольных сканеров не способно на автоматический поиск точек черного и белого сканируемого изображения, эти сканеры, как правило, уменьшают динамический диапазон оригинального изображения. Высококлассные сканеры автоматически и с высокой точностью определяют положение точек белого и черного и тем самым как бы расширяют диапазон тонов сканируемого оригинала.

ПОДГОТОВКА К СКАНИРОВАНИЮ

Перед сканированием Вы должны принять ряд решений, правильность которых повлияет на качество полученного цифрового файла. Необходимо выбрать разрешение, с которым будет сканироваться изображение, определить оптимальный динамический диапазон, а также установить, не имеет ли оригинал нежелательный цветовой оттенок, который следует устранить сразу при сканировании.

ПРАВИЛЬНЫЙ ВЫБОР РАЗРЕШЕНИЕ

Правильно определить разрешение при сканировании крайне важно: это в первую очередь влияет на качество изображения и удобство его дальнейшей обработки. Оптимальное разрешение зависит от того, как изображение будет отображено или отпечатано. Так, если изображение предназначено для просмотра на экране дисплея, разрешение можно ограничить разрешением отведенного изображению участка экрана: около 640 х 480 пикселов. Ну, а если Вы готовите изображение во всю обложку журнала, при сканировании потребуется получить гораздо больший объем данных.

Если изображение имеет крайне низкое разрешение, язык PostScript при печати может использовать цветовые характеристики одного пиксела для создания нескольких растровых точек; это приводит к «пиксели-зации», то есть огрублению изображения. Если разрешение очень высокое, файл содержит больше информации, чем требуется для печати. Объем файла пропорционален разрешению изображения и влияет на продолжительность обработки файла программой Adobe Photoshop или устройством вывода. Файл изображения с разрешением, скажем, 200 ppi в четыре раза больше файла изображения идентичных размеров, но с разрешением 100 ppi. Старайтесь найти оптимальное для Ваших целей разрешение, не раздувая файл чрезмерно, чтобы он оставался управляемым.

Выбираемое при сканировании разрешение зависит от того, какую линиатуру растра Вы собираетесь использовать при печати, от разрешения устройства вывода, а также соотношения размеров оригинала и сканированного изображения. Поскольку в различных вариантах программного обеспечения, используемого для цветоделения, предусматриваются различные соотношения разрешения полутонового сканированного изображения и линиатуры полиграфического растра, рекомендуем перед сканированием проконсультироваться и со специалистами сервисного бюро, с которым Вы сотрудничаете, и со специалистами типографии, услугами которой Вы собираетесь воспользоваться.

Существует общее (но чисто эмпирическое) правило: чтобы можно было изготовить высококачественное растровое изображение, разрешение сканированного полутонового изображения должно вдвое превышать (в линиях на дюйм — lpi) линиатуру растра, с которой изображение будет отпечатано полиграфическим способом. Например, чтобы отпечатать высококачественную обложку журнала (высотой 10 дюймов и шириной 7 дюймов), используя линиатуру растра 133 lpi (примерно 52 лин./см), разрешение сканированного изображения должно быть не ниже 2660 пикселов по вертикали, или 266 ppi (133 lpi на 10 дюймов и на 2). Если разрешение отсылаемого на принтер изображения более чем в 2,5 раза превышает линиатуру растра, Вы получите соответствующее предупреждение. Это означает, что разрешение изображения больше, чем может воспринять принтер, что без необходимости увеличен размер файла и, соответственно, время печати.

Выбирая разрешение сканирования, нельзя не учитывать соотношение размеров конечного изображения и оригинала. Если изображение в результате репродукции должно быть увеличено, для качественного оттиска потребуются дополнительные данные. Если же репродукция будет меньше оригинала, объем полученных при сканировании данных следует разумно ограничить. Определить размер файла, включающего достаточную информацию об изображении, можно, создав в Adobe Photoshop пробный файл. За подробностями обращайтесь к главе 3 «Сканирование, импорт и экспорт изображений» руководства Adobe Photoshop User Guide.

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

Человеческий глаз способен различать детали оригинала в более широком диапазоне тонов, чем тот, с которым Вам удастся передать изображение в печати. Поэтому следует скорректировать параметры сканирования таким образом, чтобы были сохранены те детали, которые, по Вашему мнению, наиболее важно передать на репродукции. Однако, поскольку каждому первичному цвету должно быть приписано определенное дискретное значение в диапазоне от 0 до 255, ограничение значений определенным диапазоном может привести к потере ценных деталей. Некоторые сканеры регистрируют до 12 бит на пиксел для каждого цвета; при этом удается передать более широкий диапазон деталей оригинала. Перед сканированием тщательно установите положение точек черного и белого — таким образом, чтобы получить оптимальную для данного оригинала передачу совершенно определенных тональных участков.

УСТРАНЕНИЕ НЕЖЕЛАТЕЛЬНЫХ ЦВЕТОВЫХ ОТТЕНКОВ

Перед сканированием следует определить, не имеет ли оригинальное изображение нежелательных цветовых оттенков, которые можно устранить уже в процессе сканирования. Используйте описанную ниже процедуру, чтобы убедиться, что избыточный цветовой оттенок не вносит сам сканер. Иногда избыточные цветовые оттенки используются для достижения того или иного эстетического эффекта, однако в типичных случаях их проявление нежелательно.

Откалибруйте монитор, используя пульт Gamma CDEV, включенный в состав программного обеспечения Adobe Photoshop, или воспользуйтесь одной из специальных программ для калибровки мониторов. Более подробная информация помещена в главе 2 «Калибровка Вашей системы» руководства Adobe Photoshop User Guide. Калибровка компенсирует любые избыточные цветовые оттенки и отклонения гаммы, присущие конкретному монитору. Очень важно откалибровать монитор перед выполнением описанного ниже теста.

Чтобы убедиться в том, что сканер не создает нежелательного избыточного цветового оттенка:

1. Создайте в программе Adobe Photoshop файл с изображением шкалы баланса по серому с 11 полями. (Вы можете провести указанный тест, использовав 18-процентную нейтрально серую фоновую площадку [форматом 8x10 дюймов] и 11-ступенча-тую серую шкалу, которые можно приобрести в организациях, торгующих фотоматериалами и принадлежностями. )

2. Отпечатайте созданный файл. Затем отсканируйте полученный оттиск и введите в Adobe Photoshop в режиме RGB или CMYK.

3. Теперь, используя палитру Info и инструмент «пипетка», Вы можете брать образцы отсканированного изображения, чтобы проверить, имеют ли они какие-либо нежелательные оттенки или выраженные цветовые отличия от «настоящего» серого цвета. Если серые тона имеют какой-либо цветовой тон или оттенок, значит, тому виной используемый Вами сканер.

4. При устранении цветового оттенка используйте диалоговое окно Levels программы Adobe Photoshop. Запишите результирующие показатели gamma и данные для точек белого и черного.

5. Используйте данные, записанные в пункте 4, для компенсации избыточного цветового оттенка. Воспользуйтесь возможностями регулировки Вашего сканера (или дополнительного модуля). Повторно отсканируйте серую шкалу и убедитесь, что нежелательный цветной оттенок устранен.

Содержание раздела