Программные интерфейсы сканеров

Как правило, вместе со сканером поставляется специализированное ПО, например, системы распознавания текста (OCR), пакеты обработки растровых изображений и др. Сейчас есть возможность использовать любые другие программы для работы с изображениями.

Раньше каждый изготовитель создавал программные интерфейсы к своим сканерам, и соответственно в распоряжении пользователя были только те программы, которые умели взаимодействовать с драйвером сканера. И если в 1970;1980;х гг., когда сканеры были редкими дорогостоящими специализированными устройствами (чаще всего это были барабанные модели), не возникало серьезных проблем, то с началом распространения в середине 80-х гг. планшетных сканеров отсутствие единого стандарта для работы со сканирующими устройствами стало неприемлемым.

TWAIN

В начале 1990;х гг. для создания единого программного интерфейса (он получил название TWAIN) группа изготовителей программных и аппаратных средств (в нее вошли такие компании, как Adobe, Canon, Kodak, Fujitsu Computers, Hewlett-Packard, Intel и др.) сформировала некоммерческое объединение TWAIN Working Group. С самого начала было решено сделать стандарт TWAIN открытым, чтобы обеспечить ему максимально быстрое и широкое распространение.

Стандарт TWAIN обеспечивает универсальный интерфейс для взаимодействия пользовательских приложений с драйверами сканера.

Основа API TWAIN — контроллер (Source Manager), позволяющий программному приложению обращаться к любому подключенному к ПК TWAIN-устройству.

Первая версия TWAIN, 1.1, была разработана всего за год и представлена в 1992 г.; в настоящее время уже создана девятая версия этого интерфейса — TWAIN 1.9.

Наиболее удачной расшифровкой псевдоаббревиатуры TWAIN считается «Technology Without An Interesting Name» (это можно перевести как «технология, не имеющая привлекательного названия»).

WIA

Как было отмечено выше, стандарт TWAIN обеспечивает лишь универсальный интерфейс для взаимодействия пользовательских приложений с драйверами сканера.

Однако реализация таких функций, как пользовательский интерфейс процедуры сканирования, настройки сканера и т. п., возложена на создателей драйвера и не унифицирована.

Кроме того, интерфейс TWAIN практически не взаимодействует с ОС и не отвечает за интеграцию сканирующих устройств в систему управления аппаратными ресурсами ПК.

Последнее не удивительно — в то время, когда создавалась идеология и архитектура TWAIN, ОС семейства Windows были еще не столь широко распространены, а разрабатывать универсальные средства для самых разных ОС не представлялось возможным.

На современном уровне развития наиболее распространенной ОС Windows предоставляемые TWAIN возможности уже кажутся недостаточными. Поэтому компания Microsoft разработала собственный стандарт работы с устройствами-источниками изображений (сканерами, цифровыми фотои видеокамерами) — WIA (Windows Imaging Architecture или Windows Imaging Acquisition — интерфейс доставки изображений Windows), впервые реализованный в ОС Windows Millennium Edition.

WIA тесно взаимодействует с ядром системы Windows и содержит широкий спектр системных компонентов. Отметим наиболее важные из них.

Windows Explorer User Interface. Он позволяет пользователю работать с устройством-источником изображений как с обычным расширением Windows. При подключении устройства к ПК его значок появляется в разделе My Computer, щелкнув на котором пользователь имеет возможность просмотреть «содержимое» этого устройства, например, отснятые кадры в памяти фотои видеокамеры. В распоряжении пользователя контекстные меню, мастер подключения новых WIA-устройств и настройки уже подключенных.

Device Object. Компонент Device Object создает объект стандартного типа «Устройство» при подключении к компьютеру сканера. Это позволяет всем служебным программам обращаться к вновь подключенному устройству, используя стандартный интерфейс Windows для аппаратных средств. Благодаря этому упрощается мониторинг состояния устройства, обновление его драйверов и т. п.

Scanner Wizard. Мастер сканирования предоставляет пользователю стандартный интерфейс для работы с источниками изображений. В нем реализованы все основные возможности управления, такие, как предварительный просмотр изображения, выделение области сканирования, масштабирование, настройка разрешения, яркости, контрастности и глубины цвета сканируемого изображения. Благодаря возможностям этого компонента пользователь работает с одинаковыми диалоговыми окнами вне зависимости от того, устройством какого изготовителя он управляет.

Application Interfaces. Один из самых важных компонентов WIA обеспечивает самые разные программные интерфейсы, среди которых как высокоуровневые специфические интерфейсы WIA, так и эмулируемый TWAIN. Кроме того, предусмотрен стандартный интерфейс открытия/вставки файлов — любая прикладная программа, использующая стандартный диалог для работы с файловой системой, может получить изображение непосредственно со сканера или цифровой камеры.

ISIS

Возможности, предоставляемые архитектурой WIA, эффективны в случае использования достаточно простых и однотипных устройств. Однако многие современные сканеры среднего и старшего уровня, ориентированные на работу в корпорациях и на большой документооборот, имеют множество специфических особенностей и возможностей, которые не могут быть учтены в универсальном интерфейсе.

Одновременно современные программные системы, применяемые в организациях с активным электронным документооборотом, нуждаются в более мощных возможностях, чем выбор источника изображения и сканирование одиночного изображения. Но, очевидно, они также не могут быть ориентированы на возможности какой-то конкретной модели сканера, поскольку должны оставаться универсальными.

Таким образом, возникает необходимость в программном интерфейсе, занимающем ту же нишу, что и TWAIN, и обеспечивающем взаимодействие прикладных программ с аппаратным обеспечением, но имеющем гораздо более широкие возможности. Такой интерфейс был разработан компанией Pixel Translations в середине 1990;х гг., он получил название ISIS (Image and Scanner Interface Specification — стандартный интерфейс для работы со сканерами и изображениями).

Основное достоинство ISIS — модульная архитектура. Этот программный интерфейс состоит из множества стандартизованных программных блоков, выполняющих функции обработки изображений (сканирование, преобразование, сжатие и т. п.). Разработчики и пользователи могут компоновать эти блоки в так называемые конвейеры для решения тех или иных задач (например, конвейер обработки договора может состоять из блоков многостраничного сканирования, преобразования в наиболее подходящий графический формат, сжатия и сохранения в файл).

Как и в случае с TWAIN, каждый сканер должен иметь ISIS-совместимый драйвер, в котором реализованы все его возможности и учтены особенности. Интерфейс ISIS предоставляет разработчикам ПО мощную и гибко настраиваемую систему управления устройствами сканирования и изображениями, а изготовителям аппаратных устройств — максимальную совместимость их продукции с существующим ПО.

Выбирая сканер, следует исходить из задач, которые вы собираетесь решать с его помощью. Сканеры могут использоваться для текущих задач офисов, домашнего коллекционирования фотографий и профессиональной работы с графикой. Для Web-дизайна, например, вы можете обходиться и самыми дешевыми сканерами. Но для работ, предназначенных, в конечном счете, для полиграфии, вам, возможно, потребуется более мощное устройство.

Чтобы ориентироваться среди множества параметров сканеров, следует понимать, на что они практически влияют и от чего зависят.

КАК УСТРОЕНЫ И РАБОТАЮТ СКАНЕРЫ Для офисных и домашних задач, а также для большинства работ по компьютерной графике лучше всего подходят так называемые планшетные сканеры. Различные модели этого типа шире других представлены в продаже. Поэтому начнем с рассмотрения принципов построения и функционирования сканеров именно этого типа. Уяснение этих принципов позволит лучше понять значение технических характеристик, которые учитываются при выборе сканеров.

Планшетный сканер (Flatbed scanner) представляет собой прямоугольный пластмассовый корпус с крышкой. Под крышкой находится стеклянная поверхность, на которую помещается оригинал, предназначенный для сканирования. Через это стекло можно разглядеть кое-что из внутренностей сканера. В сканере имеется подвижная каретка, на которой установлены лампа подсветки и система зеркал. Каретка перемещается посредством так называемого шагового двигателя. Свет лампы отражается от оригинала и через систему зеркал и фокусирующих линз попадает на так называемую матрицу, состоящую из датчиков, вырабатывающих электрические сигналы, величина которых определяется интенсивностью падающего на них света.

Эти датчики основаны на светочувствительных элементах, называемых приборами с зарядовой связью (ПЗС, Couple Charged Device — CCD). Точнее говоря, на поверхности ПЗС образуется электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего света. Далее нужно только преобразовать величину этого заряда в другую электрическую величину — напряжение. Несколько ПЗС располагаются рядом на одной линейке. Электрический сигнал на выходе ПЗС является аналоговой величиной (т.е. ее изменение аналогично изменению входной величины — интенсивности света). Далее происходит преобразование аналогового сигнала в цифровую форму с последующей обработкой и передачей в компьютер для дальнейшего использования.

Эту функцию выполняет специальное устройство, называемое аналого-цифровым преобразователем (АЦП, Analog-to-digital Converter — ADC). Таким образом, на каждом шаге перемещения каретки сканер считывает одну горизонтальную полоску оригинала, разбитую на дискретные элементы (пикселы), количество которых равно количеству ПЗС на линейке. Все отсканированное изображение состоит из нескольких таких полос.

Схема устройства и работы планшетного сканера на основе ПЗС (CCD): свет лампы отражается от оригинала и через оптическую систему попадает на матрицу светочувствительных элементов, а затем на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) В цветных сканерах сейчас используются, как правило, трехрядная матрица ПЗС и подсветка оригинала калиброванным белым светом. Каждый ряд матрицы предназначен для восприятия одной из базовых цветовых составляющих света (красной, зеленой и синей). Чтобы разделить цвета, используют либо призму, разлагающую луч белого света на цветные составляющие, либо специальное фильтрующее покрытие ПЗС. Однако существуют цветные сканеры и с однорядной матрицей ПЗС, в которых оригинал по очереди подсвечивается тремя лампами базовых цветов. Однорядная технология с тройной подсветкой считается устаревшей.

Кроме CCD-сканеров, основанных на матрице ПЗС, имеются CIS-сканеры (Contact Image Sensor), в которых применяется фотоэлементная технология. Светочувствительные матрицы, выполненные по этой технологии, воспринимают отраженный оригиналом свет непосредственно через стекло сканера без использования оптических систем фокусировки. Это позволило уменьшить размеры и вес планшетных сканеров более чем в два раза (до 3—4 кг). Однако такие сканеры хороши только для исключительно плоских оригиналов, плотно прилегающих к стеклянной поверхности рабочего поля. При этом качество получаемого изображения существенно зависит от наличия посторонних источников света (крышка CIS-сканера во время сканирования должна быть закрыта). В случае объемных оригиналов качество оставляет желать лучшего, в то время как ССО-сканеры дают неплохие результаты и для объемных (до нескольких см в глубину) предметов.

Планшетные сканеры могут быть снабжены дополнительными устройствами, такими как слайд-адаптер, автоподатчик оригиналов и др. Для одних моделей эти устройства предусмотрены, а для других нет.

Слайд-адаптер (Transparency Media Adapter, TMA) — специальная приставка, позволяющая сканировать прозрачные оригиналы.

Автоподатчик — устройство, подающее оригиналы в сканер, которое очень удобно использовать при потоковом сканировании однотипных изображений (когда не нужно часто перенастраивать сканер), например, текстов или чертежей приблизительно одинакового качества.

Кроме планшетных, есть и другие типы сканеров: ручные, листопротяжные, барабанные, слайдовые, для сканирования штрих-кодов, скоростные для потоковой работы с документами.

Ручной сканер (Handheld Scanner) — портативный сканер, в котором сканирование осуществляется путем его ручного перемещения по оригиналу. По принципу действия такой сканер аналогичен планшетному. Ширина области сканирования — не более 15 см. Первые сканеры для широкого применения появились в продаже в 80-х годах XX века. Они были ручными и позволяли сканировать изображения в оттенках серого цвета. Теперь такие сканеры нелегко найти. сканер интерфейс программный оптический.

Листопротяжный или роликовый сканер (Sheetfed Scanner) — сканер, в котором оригинал протягивается мимо неподвижной линейной CCDили CIS-матрицы, разновидность такого сканера — факс-аппарат.

Барабанный сканер (Drum Scanner) — сканер, в котором оригинал закрепляется на вращающемся барабане, а для сканирования используются фотоэлектронные умножители. При этом сканируется точечная область изображения, а сканирующая головка движется вдоль барабана очень близко от оригинала.

Слайдовый сканер (Film-scanner) — разновидность планшетного сканера, предназначенная для сканирования прозрачных материалов (слайдов, негативных фотопленок, рентгеновских снимков и т. п.). Обычно размер таких оригиналов фиксирован. Заметим, что для некоторых планшетных сканеров предусмотрена специальная приставка (слайд-адаптер), предназначенная для сканирования прозрачных материалов (см. выше).

Сканер штрих-кодов (Bar-code Scanner) — сканер, предназначенный для сканирования товарных штрих-кодов. По принципу действия он сходен с ручным сканером и подключается к компьютеру, либо к специализированной торговой системе. При наличии соответствующего программного обеспечения распознавать штрих-коды может любой сканер.

Скоростной сканер для работы с документами (Document Scanner) — разновидность листопротяжного сканера, предназначенная для высокопроизводительного многостраничного ввода. Сканеры могут быть оборудованы приемными и выходными лотками объемом свыше 1000 листов и вводить информацию со скоростью свыше 100 листов в минуту. Некоторые модели этого класса обеспечивают двустороннее (дуплексное) сканирование, подсветку оригинала разными цветами для отсечки цветного фона, компенсацию неоднородности фона, имеют модули динамической обработки разнотипных оригиналов.

Сканеры весьма разнообразны, и их можно классифицировать по целому ряду признаков. В основе классификации могут быть следующие признаки:

• · способ формирования изображения (линейный, матричный);
• · конструкция кинематического механизма (ручной, настольный, комбинированный);
• · тип вводимого изображения (черно-белый, полутоновый, цветной);
• · степень прозрачности оригинала (отражающий, прозрачный);
• · аппаратный интерфейс (специализированный, стандартный);
• · программный интерфейс (специализированный, TWAIN-совместимый).

При выборе сканера решающими являются три аспекта: аппаратный интерфейс (способ подключения), оптико-электронная система и программный интерфейс (так называемый TWAIN-модуль).