Разработка ЦОР по технологии создания электронных графических документов

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА на тему:

" Разработка ЦОР по технологии создания электронных графических документов"

• Введение
• Глава 1. Теоретические основы
• 1.1 Особенности сканирования
• 1.2 Программное обеспечение для сканирования
• 1.3 Качество при сканировании
• 1.4 Разрешения при сканировании
• 1.5 Коэффициент увеличения
• 1.6 Типы сканирующих устройств
• 1.7 Основы цветоведения для сканирования
• 1.8 Оценка исходных изображений
• 1.9 Подготовка к сканированию
• Глава 2. Разработка ЦОР по технологии создания электронных графических документов
• 2.1 Анализ стандарта
• 2.2 Тематический план курса разработки ЦОР по технологии создания электронных графических документов
• 2.3 Методические рекомендации
• Заключение
• Список литературы
• Приложения

Революция в мире цифровых изображений наступила. Сегодня мы имеем возможность создавать и использовать цифровые изображения способами, которые никогда до этого даже не казались осуществимыми, и в областях, о которых несколько лет назад вряд ли кто имел представление. Сегодня цифровые изображения используются не только в полиграфическом производстве, но и при создании средств мультимедиа, телевизионных программ и кинофильмов.

Существует множество причин, по которым компьютер стал своего рода рабочей лошадкой для цифровых изображений. Вот лишь некоторые из них: часто более эффективно и экономически выгоднее создавать изображения на компьютере, нежели с использованием традиционных методов; также легче становится улучшать цифровые изображения и компоновать их с текстами или другими информационными средствами; кроме того, компьютер обеспечивает новые выходы для изображений на другие информационные средства, CD-ROM, например.

Во многих случаях техника создания изображений в новых электронных информационных средствах не может быть заменена традиционными способами, поскольку традиционной техники сейчас попросту не существует — есть только цифровые компьютерные способы создания изображений; наконец, многие художники просто счастливы от возможности создавать изображения на компьютере, в лице которого они обретают мощный инструмент и вдохновляющий их набор всевозможных средств для создания волшебных художественных образов.

Целью дипломной работы является «Разработка ЦОР по технологии создания электронных графических документов» .

Задачи:

1. сбор и анализ материала

2. подбор теоретической части

3. разработка практической части

4. создание электронного учебника по сканированию

Глава 1. Теоретические основы

1.1 Особенности сканирования

Для вывода на печать используется широкий диапазон печатающих устройств — черно-белые лазерные принтеры, цветные принтеры и копировально-множительные устройства, имиджсеттеры, а также рулонные и листовые печатные машины. Еще шире диапазон документов — от внутренних информационных бюллетеней до форм, рекламных материалов, журналов, книг, плакатов и высококачественных художественных репродукций. Требования к выводу цифровых изображений существенно зависят как от типа документа, так и от печатающего устройства.

Вывод на печать

При оцифровке изображений, предназначенных для вывода на печать, необходимо обращать особое внимание на следующие факторы:

· Размеры оригинала и конечного отпечатанного изображения.

· Разрешение при сканировании (или разрешение Photo CD, если используются коллекции изображений на CD).

· Выходное разрешение, основанное либо на разрешении принтера, либо на связи между разрешающей способностью изображения и пространственной частотой растра.

· Диапазон и возможности печати полутонов серого или цветных тонов сканированного изображения с учетом характеристик используемой бумаги и печатных красок.

· Формат файла, в котором сохраняется оцифрованное изображение.

· Соответствие характеристик сканера желательному уровню качества печати.

Особенности сканирования для видео

Фиксированный диапазон цветов и экранное разрешение видео и телевидения отличается от соответствующих характеристик компьютерных мониторов. Стандарты разрешения и диапазона цветов также изменяются от страны к стране. В Соединенных Штатах, Канаде, Мексике, и Японии они определяются NTSC (Национальным телевизионным комитетом стандартов); в Европе спецификации устанавливает организация, называемая PAL.

Корректировка диапазона цветов изображения, необходимая для того, чтобы изображение удовлетворяло видеостандартам, обычно производится при последующей обработке; это лучше делать с помощью программного пакета для редактирования видео после оцифровки изображения.

Особенности сканирования для мультимедиа

Категория мультимедиа включает компьютерные корпоративные презентации, а также интерактивные игры, анимацию, образовательные или обучающие приложения и другое программное обеспечение, издаваемое на гибких дисках или на CD-ROM. Окончательное устройство вывода мультимедиа — компьютерный экран, который имеет фиксированное разрешение и набор цветов, определенные типом приложения. В большинстве коммерчески изданных игр и интерактивного программного обеспечения используется палитра из 256 цветов и разрешение 640×480 пикселов, для корпоративных презентаций могут применяться большее число цветов и более высокое экранное разрешение, если их поддерживает компьютерная система, на которой проектируется презентация.

Эта информация поможет выбрать разрешение и режим цвета при сканировании, а также формат файла для сохранения изображения. Не приняв во внимание эти факторы, вы рискуете впустую потратить ценное пространство памяти, сохраняя файл избыточно больших размеров, или позже выбросить за борт избыточную цветовую информацию.

Особенности сканирования для деловых коммуникаций

Кроме художественной графики, видео, мультимедиа и компьютерных презентаций, оцифровка информации используется в повседневных деловых коммуникациях. Хотя безбумажные учреждения еще не появились на свет, сканирование уже является существенным элементом рождающегося «малобумажного» учреждения.

Технологии сканирования, передачи по факсу, электронной почты и оптического распознавания символов быстро сближаются, и сегодня можно сохранять и многократно использовать в цифровой форме почти любую информацию, принятую практически из любого источника. Уже появились предвестники этой тенденции — программы, интегрирующие функции сканирования, редактирования изображения, OCR, интерактивной обработки форм, электронной регистрации, факса и электронной почты.

Сканирование для деловых коммуникаций обладает многими особенностями, присущими сканированию для печати и компьютерных презентаций, за исключением того, что большая часть оцифровки производится в черно-белом режиме или полутонах серого.

Особенности сканирования для получения многоцелевой информации

Все чаще изображения, первоначально сканированные для одной среды вывода, необходимо повторно использовать в другой среде или средах. Так, цветная фотоиллюстрация, подготовленная для полностраничной рекламы в журнале, может позже вновь появиться как заставка корпоративного видео, фон в компьютерной презентации или черно-белый логотип на факсимильном бланке. Подобную рециркуляцию цифровой информации ученые мужи от информационного сообщества окрестили многоцелевым использованием. Если возникает хоть малейшее подозрение, что информация, которую предстоит оцифровать, позже будет использована многоцелевым образом, следуйте приведенным ниже рекомендациям. Они позволят уменьшить объем работы и гарантируют высококачественный окончательный результат в каждой среде:

1. Сканируйте оригинал, используя установки «наилучшего качества» — режим сканирования, который воспроизводит, по меньшей мере, 16 миллионов цветов в формате RGB, и разрешение, дающее достаточно информации для большого печатного изображения. Тогда вам не придется столкнуться с недостаточно выразительным цветом или поражаться размеру файла, который потребуется для получения полноценного печатного изображения.

2. Не следует улучшать или корректировать цвета изображения в ходе сканирования. У изображения, которое было предварительно корректировано для воспроизведения в печати, может оказаться неподходящий цвет или тоновой баланс при выводе в мультимедиа или видео.

3. Сохраните версию неоткорректированного изображения в формате TIFF или EPS, подходящем для опубликовании иллюстрации в печати, или в формате графического редактора, обеспечивающем разумный размер файла. Эти форматы содержат достаточно информации для последующего преобразования в другие форматы файла или в другую среду вывода.

4. Сохраните резервную версию изображения. Корректируйте текущую версию, но архивируйте оригинал, который послужит основой для будущей работы.

1.2 Программное обеспечение для сканирования

Специфика вывода изображения поможет вам выбрать не только аппаратное, но и наилучшее программное обеспечение для оцифровки изображений. В основном, программное обеспечение для сканирования относится к одной из трех категорий: разработанное для конкретного устройства, которое может включать расширения, совместимые с Photoshop и другими основными пакетами графических редакторов; пакеты OCR; а также изолированные, автономные утилиты сканирования. Расширения, некогда обладавшие весьма ограниченными возможностями, теперь обычно включают функции, позволяющие пользователю улучшать качество изображения в ходе сканирования и, следовательно, минимизировать потери данных. Они дают возможность вводить изображения прямо в мощные пакеты графических редакторов, например, Adobe Photoshop, Micrografx Picture Publisher, Fractal Design Painter, Corel Photo-Paint!, и HSC Live Picture. Пакеты OCR работают с оцифровывающими устройствами многих типов. Автономные утилиты сканирования типа Ofoto фирмы Light Source — хороший вариант для пользователя, не удовлетворенного ограниченными функциональными возможностями расширений или желающего разработать приложение, включающее сканирование и редактирование изображений и специализированное под очень специфические функции вывода. Ко многим барабанным сканерам высокого класса предлагаются автономные пакеты для сканирования и редактирования, которые, будучи разработанными, для конкретного устройства, обладают даже более широкими возможностями, чем популярные пакеты графических редакторов.

1.3 Качество при сканировании

В мире цифровых изображений все носятся с технологическими новинками. Реклама и обзоры высококачественных сканирующих устройств подводят вас к мысли, что до тех пор, пока вы не сможете похлопать по собственному барабанному сканеру или цифровой камере последней модели ценой в сотни тысяч долларов, вы — потерянная душа и изображения ваши не стоят бумаги (или видеоленты, или экрана), на которую выводятся. Любая не столь современная технология, по расхожему мнению, позволяет получать изображения, которые могут быть «вполне неплохи… но не более» .

Что же определяет качество при сканировании и оцифровке изображений? Как показано в этой главе, технологические возможности сканера — это только один из факторов. Состояние исходного изображения, квалификация оператора устройства и — последний, но не менее важный фактор — способ использования полученного изображения — все это, вместе с технологическими характеристиками сканера, определяет, будет ли получено качественное изображение. Не в каждой среде для достижения хороших результатов необходима самая высокая, наиболее дорогая технология. В этой главе «качество» исследуется с точки зрения технических возможностей оцифровывающих устройств, но всегда с учетом специфики окончательного результата.

Технология считывания

В современном оцифровывающем оборудовании используются светочувствительные датчики двух типов: приборы с зарядовой связью (ПЗС) или фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Кроме того, во всех сканерах используются аналого-цифровые преобразователи АЦП, преобразующие считанную информацию в цифровые данные.

Приборы с зарядовой связью (ПЗС)

В планшетных, листовых и ручных сканерах, специализированных сканерах для пленок и слайдов, видеодиакамерах и цифровых камерах для измерения градаций яркости используются ПЗС. ПЗС — это твердотельный электронный компонент, состоящий из множества крошечных датчиков, которые регистрируют аналоговый электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего на них света. В зависимости от типа сканера, ПЗС могут иметь различную конфигурацию. Как показано на рис. 1, в планшетных сканерах микродатчики ПЗС размещаются на кристалле в одну линию (для трехпроходного сканирования) или в три линии (для однопроходного сканирования). Такая конфигурация позволяет устройству производить выборку всей ширины исходного аналогового изображения и записывать его как полную строку. Каждый раз, когда ПЗС производит выборку строки исходного изображения, он передает заряды (пропорциональные аналоговому значению градации яркости) на АЦП, преобразующие их в двоичные данные. После этого ПЗС очищается и готов к получению электрических зарядов со следующей строки изображения. В современных сканерах этот процесс занимает малую долю секунды.

Рис. 1 ПЗС в типичном планшетном сканере Источник света (а) отражает свет от оригинала (b). Зеркала © передают отраженный свет на линзу (d), которая фокусирует информацию изображения на кристалл ПЗС (е, вставка е), содержащий одну или три строки датчиков (вставка f). ПЗС регистрирует свет как изменение аналогового заряда, который затем направляется на АЦП (g) для преобразования в цифровые данные. Различные типы ПЗС отличаются по чувствительности к градациям яркости и уровню электрического шума. Эти факторы более детально обсуждаются в разделах «Разрешение» и «Динамический диапазон, диапазон плотности» этой главы. Они могут воздействовать на разрешение сканера, диапазон тонов цвета и серого, которые может регистрировать сканер, d также точность цветовой или серой полутоновой информации в сканированном изображении. В относительно дешевых сканерах обычно используются ПЗС более низкого качества, чем в более совершенных инструментах. Более дорогие ПЗС, входящие в состав планшетных и слайдовых сканеров профессионального качества и более совершенных цифровых камер, вводят изображения лучшего качества.

Фотоэлектронные умножители (ФЭУ)

В барабанных сканерах всех типов в качестве светочувствительных приборов используются не ПЗС, а фотоэлектронные умножители (ФЭУ). ФЭУ основаны на старой ламповой технологии, хотя и более дорогой, чем новая технология ПЗС, но проверенной, качественной и надежной.

В типичных барабанных сканерах имеются три ФЭУ (по одному для каналов красного, зеленого и синего), и свет от ксеноновой или вольфрамо-галогенной лампы фокусируется на чрезвычайно небольшой области оригинала с помощью конденсорных линз и волоконной оптики. (На рисунке 2 показан диапозитив, освещаемый изнутри барабана; отражающие материалы освещаются снаружи.) Свет, пропущенный через изображение или отраженный от него, затем попадает на наклонные полупрозрачные зеркала (см. рис. 2). Каждое зеркало отражает часть света, а остальную часть передает на следующее зеркало. Свет, отраженный от зеркала, проходит через соответствующий светофильтр и после него на соответствующий ФЭУ, где происходит процесс, известный как оптическое усиление. Свет падает на катод ФЭУ и выбивает из него электроны, которые, путешествуя через пластины динодов, вызывают вторичную электронную эмиссию. Возникающее при этом усиление позволяет преобразовать свет в электрические сигналы. Анод ФЭУ измеряет аналоговые изменения в этих сигналах, которые затем передаются на АЦП и преобразуются в цифровые данные.

Рис. 2 ФЭУ в барабанном сканере Использование технологии ФЭУ. Свет (а) проектируется на оригинал (b), отражается и пропускается через систему полупрозрачных зеркал ©, проходит через красный, зеленый или синий светофильтры (d) и попадает в соответствующий ФЭУ (е). Внутри ФЭУ (вставка) свет (f) усиливается в результате вторичной эмиссии, пока не преобразуется в электрические сигналы, которые затем с помощью АЦП преобразуются в цифровые сигналы. Во многих барабанных сканерах имеется четвертый ФЭУ, вводящий информацию для управления контрастом перехода на границах между областями одного цвета.

Технология ФЭУ позволяет с высокой точностью вводить самый широкий диапазон тонов. До последнего времени считалось, что все устройства, основанные на технологии ПЗС, уступают по достижимому качеству изображения барабанным сканерам, использующим ФЭУ. Однако постоянный прогресс в технологии ПЗС и АЦП позволил устранить многие недостатки ПЗС, и некоторые эксперты утверждают, что сегодня наиболее совершенные сканеры с ПЗС-датчиками могут воспроизводить изображения с точностью, сравнимой с точностью барабанных сканеров.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)

Аналого-цифровые преобразователи вносят основной вклад в качество цифровых сигналов, которые станут изображением на вашем мониторе. Их задача состоит в том, чтобы преобразовать непрерывно изменяющиеся аналоговые значения напряжения, считанные ПЗС или ФЭУ, в числа, представляющие значения цвета или градаций серого. Как число цветов, так и уровень детальности изображения, которое может вводить сканер, связаны с чувствительностью АЦП. Можно ожидать, что чем дешевле сканер, тем менее чувствительный АЦП будет в нем установлен.

В настольных барабанных сканерах и многих планшетных сканерах промежуточного и высокого классов используются дополнительные процессоры, типа процессоров цифровых сигналов (DSP), позволяющие увеличить скорость сканирования и выполнять другие задачи обработки изображения «на лету» .

1.4 Разрешения при сканировании

Если бы термины, обычно используемые в области электронной издательской деятельности, были актерами, то «разрешение» заслужило бы премию Оскар за многогранность. Входное разрешение, разрешение при сканировании, оптическое разрешение, интерполированное разрешение, разрешение экрана (монитора), разрешение изображения, выходное разрешение — вот только несколько из многих масок, которые носит этот персонаж. Фактически, разрешение играет столь выдающуюся роль в цифровом сканировании и выводе цифровых изображений, что мы посвящаем ему всю седьмую главу.

В настоящей главе нас будут интересовать в основном два типа разрешения, влияющие на качество сканирования: входное разрешение (известное также как разрешение при сканировании) и оптическое разрешение. Мы кратко коснемся некоторых других значений термина «разрешение» только для того, чтобы помочь вам удержаться на узкой и скользкой дорожке сканирования.

Входное разрешение

Все оцифровывающие устройства — сканеры, цифровые и видеокамеры и рабочие станции Photo CD — имеют несколько общих функций:

· Преобразуют аналоговую (реальную) информацию в цифровые данные, которые могут использоваться компьютером.

· Генерируют растровые изображения, состоящие из матриц черно-белых, серых полутоновых или цветных пикселов (элементов изображения).

· Считывают или производят выборку исходного изображения, измеряя значения градаций серого или цвета для каждого элемента выборки.

Входное разрешение сканера описывает плотность, с которой сканирующее устройство производит выборку информации в данной области (обычно на дюйм или на сантиметр) в ходе оцифровки. Хотя входное разрешение — один из основных факторов, определяющих качество сканирования, расхожая мудрость, гласящая, что более высокое входное разрешение автоматически ведет к более высокому качеству изображения, не всегда соответствует реальности. Важно лишь иметь правильное количество цифровой информации в изображении. И чтобы определить правильный объем информации, необходимо согласовать входное разрешение, как с размером исходного изображения, так и с желательным размером выводимого изображения. (Для вывода на печать необходимо также знать пространственную частоту растра, измеряемую в линиях на дюйм, или lpi.)

Пиксели, точки, выборки

PPI (пиксели на дюйм) Слово «пиксели» может описывать несколько различных понятий: плотность информации, которую сканирующее устройство может вводить на дюйм (входное разрешение, или разрешение при сканировании). Полный объем информации в растровом изображении (разрешение изображения): наконец, число дискретных горизонтальных и вертикальных элементов, которые может одновременно отображать компьютерный монитор (экранное разрешение). Важно различать эти варианты использования.

SPI (выборки на дюйм) Может быть, пуристы и правы, утверждая, что именно термин «выборки», а не «пиксели», следует использовать для описания того, что считывают и воспроизводят сканирующие устройства. Однако термин «ppi» настолько укоренился в среде сканирования, что вряд ли несколько голосов, вопиющих в пустыне, смогут изменить эту исторически сложившуюся ситуацию. Следует только помнить о различных значениях слова «пиксели» в области сканирования.

DPI (точки на дюйм) Многие журналисты и некоторые программные интерфейсы сканирования все еще используют термин dpi (точки на дюйм) для описания разрешения при сканировании, или входного разрешения. Однако с технической точки зрения число точек на дюйм описывает выходное разрешение, представляя горизонтальную плотность меток, которые имиджсеттеры и лазерные принтеры типа PostScript делают в ходе печати. Будьте внимательны и не путайте эти два термина — подразумевайте «ppi» всякий раз, когда видите в интерфейсе сканера «dpi» .

Оптическое разрешение

Оптическое разрешение описывает объем реальной информации, который может ввести оптическая система сканирующего устройства. Факторы, определяющие оптическое разрешение, зависят от типа оцифровывающего устройства. В планшетных, листовых, ручных сканерах и многих сканерах для обработки слайдов и диапозитивов максимальное оптическое разрешение зависит от двух факторов:

(а) количества отдельных датчиков в линейке (ах) ПЗС в перемещающейся сканирующей головке и (b) максимальной ширины оригинала, который может обработать сканер. Например, линейка ПЗС из 5100 ячеек в сканере, принимающем оригиналы шириной до 8, 5 дюймов, позволяет получить максимальное горизонтальное оптическое разрешение 600 ppi. Расстояние смещения сканирующей головки по оригинальному изображению определяет вертикальное разрешение, которое может быть выше, чем горизонтальное. В цифровых и видеокамерах, а также некоторых сканерах для обработки диапозитивов обычно используется прямоугольная матрица (а не перемещающаяся линейка) ПЗС, определяющая общее число пикселов, которые могут вводиться по любому направлению. В барабанных сканерах скорость вращения, яркость источника света, возможности шагового двигателя, и апертура объектива совместно определяют максимальное оптическое разрешение.

Интерполированное разрешение

С другой стороны, максимальное интерполированное разрешение устройства представляет кажущийся объем информации, который сканер может вводить с помощью алгоритмов реализуемых процессором и/или программным обеспечением. Алгоритмы интерполяции не добавляют новых деталей в изображение, они просто усредняют значения цвета или градаций серого в смежных пикселях и вставляют между ними новый пиксель. Интерполированное разрешение часто в два или более раз выше, чем оптическое. На рис. 3 сравниваются результаты сканирования при максимальном оптическом разрешении с соответствующими результатами при максимальном интерполированном разрешении.

Рис. 3 Максимально оптическое и максимально интерполированное разрешение Остерегайтесь маркетинговых уловок — там, где важно качество, имеет значение только оптическое разрешение. Интерполяция добавляет «псевдоинформацию», которая может быть приемлема для дешевых публикаций или компаний с ограниченными средствами, но никогда не будет работать в цветных изображениях большого формата, где жизненно важны детальная структура и широкий тоновый диапазон. Интерполяция также приводит к «смягчению» изображения и необходимости более серьезного увеличения контраста на границах между областями. Если вы часто сканируете для высококачественной печати, то лишь выиграете, вложив дополнительные деньги в сканер с более высоким оптическим разрешением.

1.5 Коэффициент увеличения

цифровой образовательный ресурс документ сканирование

Коэффициент увеличения — это кратность увеличения оригинального изображения в ходе сканирования, необходимая для достижения желаемого размера выводимого изображения. Если в основном вы сканируете небольшие оригиналы (типа слайдов и диапозитивов), которые хотите печатать со значительным увеличением, то для этого необходимы все доступные неинтерполированные данные изображения. Для этого потребуются устройства очень высокого разрешения типа слайдовых и барабанных сканеров. Программное обеспечение, поставляемое с большинством барабанных сканеров, автоматически вычисляет требуемое входное разрешение, основываясь на размере оригинала и желательном коэффициенте увеличения. Для многих планшетных и слайдовых сканеров эти вычисления придется выполнять вручную.

Область отображения

Размер самого большого оригинала, который может оцифровывать устройство, определяет его область отображения, также называемую эффективной областью сканирования. Ручные сканеры дешевы отчасти вследствие ограниченности их областей отображения. Для планшетных сканеров максимальная область отображения обычно находится в пределах от 8, 5 х 11 дюймов до 11×17 дюймов. Сканеры для обработки слайдов и диапозитивов имеют фиксированную область отображения, основанную на размерах стандартной пленки или диапозитива, хотя в некоторых моделях можно использовать несколько различных форматов области отображения. Область отображения барабанных сканеров лежит в диапазоне от 8×10 дюймов (для простых моделей) до 20×25 дюймов (для моделей высокого класса). Цифровые камеры по существу являются сканерами для трехмерных объектов и лучше описываются оптической терминологией, чем понятием области отображения.

Разрядность битового представления, глубина цвета

Разрядность битового представления и глубина цвета выражают в степенях двойки максимальное число цветов или градаций серого, которые может считывать сканирующее устройство для каждого вводимого пикселя. Однобитный сканер (а также цветной или полутоновый сканер в черно-белом режиме) воспроизводит все тона исходного изображения как черный или белый (2'=2 уровня). 8-битный полутоновый сканер может теоретически вводить 28, или 256, различных уровней серого. А 24-битный цветной сканер производит 8-разрядную выборку на пиксель для каждого из трех цветовых каналов RGB, итого полное количество цветов 256×256×256 = 16 777 216. С ростом разрядности битового представления увеличивается и количество деталей изображения, которые может вводить сканирующее устройство, по крайней мере, теоретически. 24-битный «истинный» цвет формата RGB стал стандартом для сканирования и редактирования изображений частично потому, что магическое число 256 соответствует максимальному числу градаций яркости на цветовой канал, который может воспроизводить PostScript, — цифровой издательский стандарт для печати.

Однако при сравнении сканирующих устройств оказывается, что не все биты равноценны. В инструментах с ПЗС-датчиками верхние два бита теоретической глубины цвета обычно являются «шумовыми» и не несут точной информации о цвете. Таким образом, первые шесть бит (64 цвета на канал, или 262 144 цветов) надежны, но последние 198 цветов на канал — все менее и менее содержательны. Этот недостаток связан с внутренними ограничениями некоторых конструкций ПЗС:

· Менее дорогие ПЗС чувствительны к фоновому электрическому шуму, который может искажать «чистые» отсчеты цвета. С другой стороны, ПЗС, используемые в более совершенных планшетных сканерах, слайдовых сканерах и цифровых камерах, обладают гораздо более высоким отношением сигнал/шум и, следовательно, могут передать более чистые сигналы на АЦП.

· Имеется неизбежный компромисс между габаритами ПЗС и светочувствительностью. Представьте себе ПЗС как ведро воды: чем меньше ведро, тем меньше воды в нем может храниться. Для получения более высокого оптического разрешения изготовители должны использовать ячейки ПЗС все меньшего размера. Чем меньше отдельные элементы, тем уже диапазон градаций яркости, который может различать каждый из них. Если сканируемый оригинал содержит полный диапазон тонов от белого до черного, способность ПЗС ввести все детали изображения весьма проблематична.

· Кроме того, для ПЗС характерно явление, называемое перекрестными помехами. Чтобы лучше понять природу перекрестной помехи, представьте себе, что вы выходите из темного помещения на снежный ландшафт. От яркого света болят глаза, и вы временно слепнете, не в силах различать тонкие переходы между уровнями освещенности ландшафта. Аналогичную природу имеет перекрестная помеха, когда свет насыщает плотно упакованные смежные элементы ПЗС, искажая чистоту сигналов, которые, как предполагается, «видит» каждый отдельный элемент. В результате в граничащих пикселях оцифрованного изображения возникает некоторое взаимное искажение цветов.

Динамический диапазон, диапазон плотности

Если разрядность битового представления описывает общее число исходных градаций цвета или серого, которые может обнаружить сканирующее устройство, то динамический диапазон (иногда называемый диапазоном плотности) определяет гладкость переходов между смежными тонами в оцифрованном изображении. Эти термины могут относиться как к оригиналам, так и к сканирующим устройствам. Применительно к оригиналам, диапазон плотности имеет значение от 0 до 4 OD (optical dencity, оптическая плотность) и описывает непрозрачность прозрачных оригиналов или поглощательную способность отражающих оригиналов. Применительно к оцифровывающим устройствам, динамический диапазон описывает способность устройства воспроизводить тонкие тоновые изменения и выражает различие между самыми светлыми (dmin) и самыми темными (dmax) тонами, которые может считывать данный инструмент. С ростом динамического диапазона (диапазона плотности) сканера или оригинала расширяется диапазон градаций яркости, который сканер может считывать, а оригинал задерживать или поглощать. Чем шире динамический диапазон устройства, тем больше видимых деталей изображения он может вводить. Это особенно справедливо для теней (самых темных областей изображения), где труднее всего точно считать детали изображения из-за ограниченного количества световой энергии, передающей теневые детали в режимах пропускания или отражения.

Динамический диапазон может отличаться даже среди сканирующих устройств с одинаковой номинальной разрядностью битового представления, так что при покупке инструмента уделите этому вопросу самое пристальное внимание и используйте пробные изображения для сравнения моделей. Необходимо также иметь в виду, что динамический диапазон — не единственный из основных факторов, определяющих качество сканирования; сканер, в котором использованы шумящие ПЗС-датчики, может производить «грязные» изображения независимо от того, сколь широкий динамический диапазон приведен в спецификации.

Как сканирующие устройства, так и оригиналы, которые они оцифровывают, характеризуются типичными значениями плотности, приведенными в таблице 1. Обычно барабанные сканеры обладают большим динамическим диапазоном и значением dmax, чем большинство других типов оцифровывающих устройств, и прозрачные оригиналы (пленки, слайды и диапозитивы) имеют более широкий динамический диапазон и более высокое значение dmax, чем отражающие оригиналы (фотоснимки и изображения, отпечатанные на бумаге). Другой фактор, влияющий на динамический диапазон при сканировании, — логарифмический (нелинейный) характер плотности. Для сканированных позитивов (отражающей печатной продукции, слайдов, рисованных оригиналов) обычно характерно большее сжатие тонов в тенях, а сканированные негативы (негативная пленка и диапозитивы) отличаются наибольшим сжатием в самых светлых областях. Никакое устройство ввода изображений не может на 100 процентов компенсировать эту тенденцию, но, конечно, широкий динамический диапазон помогает минимизировать подобное сжатие.

Для получения сканированных изображений самого высокого качества выберите сканирующее устройство с динамическим диапазоном и значением dmax, соответствующими или превышающими требования наиболее «тяжелых» приложений, с которыми приходится регулярно работать. Например, планшетный сканер промежуточного класса с динамическим диапазоном 3, 0 и dmax = 3, 2 может легко вводить все тона в отражающих фотоснимках. Тот же сканер, оборудованный адаптером для диапозитивов, сможет адекватно вводить тональную информацию для большинства цветных слайдов коммерческого качества. Но для ввода всей информации со слайдов двойного формата и пленочных диапозитивов высочайшего качества, которые используются в дорогостоящей рекламе, потребовался бы барабанный сканер или очень высококачественный планшетный сканер. Если вам приходится не слишком часто оцифровывать высококачественные оригиналы, не стоит покупать дорогой инструмент высокого класса. Это справедливо и в том случае, если обычные ваши заказчики сканированных изображений — издания нанемелованной бумаге или газеты, в которых воспроизводимый тоновый диапазон строго ограничен.

Улучшение динамического диапазона

Недавние усовершенствования в конструкции сканеров и цифровых камер уже освоены промышленностью, что позволило улучшить динамический диапазон инструментов. Перечислим некоторые из этих новшеств:

· Сканеры с большей разрядностью битового представления — Благодаря повышению чувствительности ПЗС-датчиков новые модели приборов с подобными сенсорами могут вводить 10, 12 или даже 16 исходных бит на канал цвета. АЦП в подобных устройствах обладают достаточной эффективностью и способны отбрасывать верхние «шумовые» биты и производить выборку исходных аналоговых напряжений до 8 хороших и относительно чистых бит полезных тональных данных на цвет.

· ПЗС с более высоким отношением сигнал/шум — Более дорогие ПЗС, используемые в планшетных сканерах высокого класса, сканерах для обработки слайдов/диапозитивов и цифровых камерах, обладают большей устойчивостью к источникам электрического шума (лампам, окружающим радиоволнам и так далее). Это уменьшает перекрестные помехи и приводит к более чистым аналоговым сигналам напряжения, которые, в свою очередь, преобразуются в более чистые тоновые детали.

· Непрерывная коррекция тона — Микросхемы цифровой обработки сигналов (DSP) и адаптивные АЦП, которые устанавливаются на некоторых сканирующих устройствах, позволяют оптимизировать тона изображения до того, как аналоговые градации яркости будут преобразованы в цифровые градации цвета. Это уменьшает неизбежные потери данных, происходящие, когда коррекция тона производится после сканирования.

· Средства корректировки экспозиции — Настольные барабанные сканеры и некоторые цифровые камеры, а также слайдовые сканеры позволяют изменять установки экспозиции и апертуры. Если разрядность битового представления сканера достаточно высока, то, комбинируя более узкую апертуру, более широкую гамму и большее время экспозиции, можно получить больше деталей в критических теневых тонах.

1.6 Типы сканирующих устройств

По назначению сканеры можно условно разделить на несколько групп:

· Портативные — маленькие ручные модели для сканирования небольших фотографий или газетных статей;

· Персональные — подходят для домашних работ;

· Офисные — рассчитаны на больший объем работ, чем домашние;

· Профессиональные — обладают высоким уровнем разрешения, позволяют проводить высококачественное сканирование слайдов и бумажных оригиналов.

По конструкции сканеры разделяются на:

· барабанные

· планшетные

· листопротяжные

· ручные

· планетарные

· слайд-сканеры

· сканеры штрих-кода

Конструкция сканера определяется принципом его работы и способом обработки оригинала. Совершенно непохожие друг на друга планшетные, ручные, листопротяжные и слайдовые сканеры являются, тем не менее, очень близкими родственниками по конструкции и принципу действия.

1.7 Основы цветоведения для сканирования

Свыше 80 процентов компаний, занятых в сфере печати, выполняют сами какой-то объем сканирования цветных изображений. Если даже не принимать во внимание сканирование, выполненное для средств мультимедиа, презентаций, видео или деловой информационной продукции, то, по всей видимости, этот процент будет возрастать, поскольку средства цветообработки становятся все более мощными, доступными и понятными для пользователя. Новшества в технологии сканирования делают тоновые диапазоны доступными более широкому спектру пользователей; пакеты для редактирования изображения совершенствуются в скорости обработки изображений и точности цветного выходного изображения; стоимость цветной печати уменьшается; новые стандарты описания цвета порождают множество программных пакетов, предназначенных для усовершенствования процесса цветопередачи.

Наилучших результатов при сканировании, даже имея новые средства для работы с цветом, можно добиться только хорошо зная основы цветоведения.

Определение цвета

Яблоки красные, небо голубое, а трава зеленая. Однако существует огромное количество разных яблок, небо приобретает различные оттенки в зависимости от времени дня, а цвет травы может приближаться к коричневому или желтому в зависимости от разновидности травы или от того, сухая ли в данный момент погода. Даже в объектах аналогичной природы наблюдаются огромные цветовые различия. Кроме того, существует также проблема описания цвета. Когда вы говорите кому-то о чем-то, что вы видели — яблоке, небе или траве — нет никакой гарантии, что картинка, которую он или она представляет себе, будет хотя бы отдаленно соответствовать цвету, который вы описываете.

Этот простой пример показывает, насколько сложной может быть проблема описания цвета в точных универсальных терминах. Решение этой задачи является целью, к которой стремятся все, кто серьезно занимается проблемой цвета. Сканирование, редактирование изображения и цифровой вывод были бы невозможны без универсальных «языков» цвета, без способа точного описания цвета в стандартизированных цифровых выражениях.

Цветовые пространства, также называемые цветовыми моделями, являются средствами концептуального и количественного описания цвета. Понимание основ концептуального представления цвета позволяет лучше понять соотношения между цветами и упрощает выбор цвета, сводя его к выбору числа с помощью стандартного инструмента выбора цвета (см. рис. 4). В соответствии с потребностями различных отраслей промышленности или групп пользователей было разработано множество цветовых моделей, описывающих, как свет преломляется, поглощается или отражается в определенной среде. Художники и дизайнеры, например, традиционно используют цветовые модели HLS или HSB; компьютерщики — профессионалы задают цвет в модели RGB; а модель CMYK является стандартом в полиграфии.

Любая цветовая модель должна удовлетворять трем требованиям. Цвет в модели должен быть определен стандартным, не зависящим от устройства способом и не основанным на возможностях какого-то одного устройства. Модель должна точно определять гамму, или диапазон задаваемых цветов. Кроме того, модель должна реализовывать алгоритм соответствия восприятия, передачи или изображения цвета заданной цветовой гамме. В соответствии с этими требованиями можно разбить цветовые модели на три группы: перцепционные (по восприятию), аддитивные (слагательные) и субтракпшвные (вычитательные).

Перцепционные цветовые модели

В области дизайна и информационных средств окончательную оценку цвета дает человеческий глаз. Наши глаза могут воспринимать только в маленьком диапазоне длин электромагнитных волн; но даже в этом случае в видимый спектр попадают миллиарды цветов намного больше, чем может воспроизвести любой сканер, монитор, принтер или телевидение.

Перцепционные цветовые модели, наиболее широко используемые сегодня, — это варианты первой модели, разработанной в 1920 году международной комиссией CIE (Communication Internationale 1'Eclairage). Цветовая модель, разработанная CIE, описывает любой воспринимаемый цвет значениями трехмерного пространства. Одно значение описывает освещенность (компонент яркости цвета, который непосредственно не имеет никакого оттенка), в то время как другие два относятся к фактическим количественным значениям цветности, или интенсивности цвета. Исчерпывающее описание цвета в модели CIE и независимость от устройства — характеристики, положенные в основу некоторых программных пакетов для работы с цветом, Photo CD и Adobe Photoshop. Схема представления цвета YCC, собственность фирмы Kodak, используемая для изображений в Photo CD, и цветовая модель LAB, используемая в Adobe Photoshop, созданы на основе модели CIE, что позволяет переносить изображения на другие устройства и работать с ними в других режимах без потерь цвета.

Рисунок 4 Выбор цвета Хотя цветовая модель CIE охватывает весь видимый спектр, она не является основой для задания цвета в цифровом виде. Перцепционные цветовые модели, которые наиболее известны художникам и дизайнерам, — HLS (Hue, Lightness, Saturation — оттенок, освещенность, насыщенность) и HSB (Hue, Saturation, Brightness — оттенок, насыщенность, яркость). В этих системах можно задать любой цвет, используя три значения: оттенок, освещенность (яркость) и насыщенность. Программные средства выбора цвета дают значения оттенка в градусах, а освещенности (яркости) и насыщенности (интенсивности цвета) — в процентах.

Аддитивные цветовые модели

Цветовая модель RGB является естественным «языком» цвета для сканеров, мониторов компьютеров и телевизоров, а также для других электронных устройств, которые воспроизводят цвет скорее передачей света, чем его отражением или поглощением. Например, цвет, который вы видите на мониторах, появляется в тот момент, когда электронный пучок ударяет по красному, зеленому и синему фосфорному покрытию экрана, заставляя его испускать свет в различных комбинациях до 256 оттенков для каждого из трех основных цветов (16, 7 миллионов комбинаций). Во многом похожий процесс происходит в сканерах и цифровых камерах: в момент удара кванта света ПЗС-элементы с красным, зеленым или синим покрытием создают напряжение.

Цветовая модель RGB называется аддитивным цветовым пространством потому, что цвета генерируются суммированием световых потоков. Таким образом, вторичные цвета всегда более яркие, чем красный, зеленый и/или синий основные цвета, использующиеся для получения вторичных цветов. Сумма красного, зеленого и синего цветов максимальной интенсивности дает белый цвет в модели RGB. Сумма равных значений красного, зеленого и синего дает нейтральные оттенки серого цвета, причем малые значения основных цветов дают более темные серые тона, а большие — более светлые.

Субтрактивные цветовые модели

Если вычесть один из основных цветов RGB из белого, то получится цвет, дополнительный к красному, зеленому и синему. Зеленый и синий, если вычесть красный, дадут голубой цвет (cyan); красный и синий, если вычесть зеленый, дают пурпур (magenta), а красный и зеленый, если вычесть синий, дают желтый цвет (yellow). Мы уже имеем модель CMY, три из четырех компонентов модели CMYK, которая является основой в полиграфии.

В субтрактивной модели, такой как CMYK, при смешивании двух или более основных цветов дополнительные цвета получаются посредством поглощения одних световых волн и отражения других. Голубая краска, например, поглощает красный цвет и отражает зеленый и синий; пурпурная краска поглощает зеленый цвет и отражает красный и синий; а желтая краска поглощает синий цвет и отражает красный и зеленый. В аддитивной модели RGB световые потоки суммируются, производя более яркие цвета, а в субтрактивной модели CMYK световые потоки вычитаются, производя более темные цвета. Различие между технологией воспроизведения цвета дисплеем компьютера и красящими пигментами чернил принтеров объясняет, почему такие яркие цвета в изображении на мониторе становятся темными и унылыми, когда они напечатаны. Если вы работаете в режиме RGB, то предварительно следует просмотреть изображения в CMYK, для того чтобы точно спрогнозировать и откорректировать цвета (в том случае, конечно, если пакет для редактирования изображений позволяет сделать это).

Цветовые модели RGB и CMYK являются дополнительными друг к другу, по крайней мере, теоретически. Однако между теорией и практикой имеется разница. Смесь голубого, пурпурного и желтого цветов максимальной интенсивности должна дать черный (дополнительный к белому, который получается при смешивании красного, зеленого и синего), но на практике получается грязный коричневый цвет из-за примесей в красящих пигментах и неустойчивости синего цвета при преобразовании изображения из модели RGB в CMYK. Такое случается там, где встречается черный цвет. Черный цвет является ключевым цветом (К), который принтеры добавляют к голубому, пурпурному и желтому для получения более глубоких черных тонов и более четких оттенков.

Глубина цвета, каналы и размер Файла

Большинство сканеров позволяют выбирать режим сканирования: line-art — черно-белый, grayscale — серый полутоновой, indexed color — индексированный цвет, 24-bit RGB color — 24-битный цвет RGB, или high-bit RGB

Color — цвет RGB с большей разрядностью битового представления, а также CMYK. Режимы сканирования определяют разрядность битового представления цвета или глубину цвета выборки, что имеет прямое отношение к размеру файла сканированного изображения.

· В режиме bitmap, или line-art (1-битный), все тона оригиналов воспроизводятся или как черный, или как белый. Каждый пиксель содержит только один бит информации, так что файл имеет небольшой размер. При сканировании материала в режиме line-art используйте очень высокое разрешение, приближающееся к разрешающей способности выводного устройства печати, (как минимум 1200 ppi). А при сканировании для OCR — максимум 300 ppi.

· В режиме grayscale (8-битный) посредством 256 оттенков серого воспроизводятся все тона и цвета оригинала. Каждый пиксель содержит восемь бит информации, поэтому размер файлов в восемь раз больше по сравнению с размерами файла, полученного в результате сканирования в режиме line-art.

· В режиме indexed color (также 8-битный) воспроизводятся изображения, использующие палитру из 256 цветов. В результате размер файла получается приблизительно таким же, как при сканировании в режиме grayscale. Некоторые сканеры обеспечивают режим сканирования indexed color, но основные пакеты редактирования изображений позволяют конвертировать 24-битный цвет RGB в индексированный цвет.

· В режиме 24-bit RGB color (24-битный) воспроизводится оригинал с 8 битами (256 цветов) на канал, в результате чего размеры файлов в 24 раза больше по сравнению с размерами файла, полученными в результате сканирования в режиме line-art, и в 3 раза больше — по сравнению с режимом grayscale.

· В режиме high-bit RGB color (имеется только в некоторых сканерах высокого класса) записываются оцифрованные оригиналы от 12 до 16 бит на канал (4096 или 65 536 цветов на канал соответственно), в результате чего размеры файлов больше в 36 — 48 раз по сравнению с режимом line-art и в 4,5 — 6 раз больше, чем в режиме grayscale.

· В режиме CMYK (32-битный) воспроизводятся изображения с использованием четырех каналов цвета по 8 бит на канал. Размер файла, сканированного в режиме CMYK, на одну треть больше размера файла, полученного при сканировании в режиме RGB. Сканеры, которые сохраняют файлы в CMYK, на самом деле сканируют в режиме RGB, а затем выполняют цветоделение.

Сканирование в CMYK

Сканеры высокого класса и настольные барабанные сканеры дают возможность немедленного преобразования сканированных изображений из режима RGB в CMYK. Эта возможность выглядит привлекательной, если вы, в конечном счете, собираетесь подготовить цветные изображения к печати, но это не всегда выгодно. Сканирование непосредственно в режиме CMYK полезно только в том случае, если выполняются следующие условия:

· Планируется просто поместить сканированное изображение на страницу, а изображение не нужно ретушировать или редактировать.

· Уже известно, какого типа печатный станок, вид бумаги, а также какие краски будут использоваться при печати и как они будут влиять на точку, тоновый диапазон, как будет получаться черный цвет, а также цветовой баланс.

· Используется пакет для редактирования изображений, позволяющий редактировать в режиме CMYK, и, кроме того, система имеет большое количество оперативной памяти, необходимое для обработки файлов больших размеров.

Как правило, это не очень удобно — сканировать в CMYK, если необходимо серьезно ретушировать или что-то подкрашивать в сканированном изображении. Во время редактирования цветовые характеристики изображения можно в значительной степени изменять, если нет опасности «забить» память и дисковое пространство файлом, размер которого на 33 процента больше, чем размер сканированного в CMYK изображения. Вместо этого лучше сканировать и редактировать изображение в RGB, а перед выводом изображения преобразовать файл сначала в формат CIELAB (который содержит как цветовую гамму CMYK, так и RGB), а затем в CMYK. To же самое справедливо, если не вы выбираете тип бумаги и тип печатного станка. Цветоделение CMYK не будет точным, если вы делаете его прежде, чем находите фирму, соблюдающую все полиграфические требования.

Калибровка

Возможно, вы помните игру своего детства, которая называлась «Испорченный телефон». Группа детей сидит в круге, и первый ребенок шепчет фразу на ухо соседнему ребенку. Этот ребенок должен немедленно повторить сказанное на ухо своему соседу. К тому времени, как искаженное сообщение пройдет полностью весь крут и вернется обратно к тому, кто начал игру, оно уже не имеет ничего общего с тем, что было сказано вначале, веселя тем самым участников игры. Слишком часто разыгрывается подобная «игра» в области цветной печати, но никто не смеется, потому что путешествующее по кругу «сообщение» — это цвет, а игроки вложили в него деньги, карьеру и репутацию.

Соответствие цвета — предмет постоянного внимания профессионалов в области полиграфии, а также и тех, кто работает в других информационных областях. Проблема получения напечатанного или записанного изображения, а также видеоизображения, максимально похожего на неоцифрованный оригинал, наталкивается на большое количество препятствий. Потенциальные проблемы заключаются в изначальном различии цветовых гамм моделей RGB и CMYK; в различии при интерпретации цвета сканерами, мониторами, принтерами пробной печати и имиджсеттера-ми; а также в том, что даже одно и то же оборудование через какое-то время не всегда может точно воспроизвести цвет. В конечном счете, решающим становится вопрос, как стандартизировать представление цвета в каждом звене цепочки «вход—выход» .