Hình 5.8- Nguyên lý làm việc của máy Scanner
Scanner là một thiết bị chuyển ánh sáng (nhìn được) thành những mức tín hiệu số dạng 0 và 1 để máy tính có thể đọc được.Nói một cách khác Scanner chuyển đổi dữ liệu dạng tương tự (hình ảnh) thành dữ liệu dạng số.
Tất cả Scanner làm việc với cùng một nguyên lí phản xạ ánh sáng hoặc truyền dẫn. Hình ảnh được đặt úp xuống bên trong Scanner nó có bao gồm nguồn sáng chiếu vào hình ảnh và những thiết bị cảm biến để thu nhận ánh sáng phản xạ từ nguồn sáng tới hình ảnh. Trong tường hợp máy ảnh kỹ thuật số, nguồn sáng là mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Khi thiết bị Scanner lần đầu tiên được giới thiệu, nhiều nhà sản xuất dùng bóng đèn huỳnh quang làm nguồn sáng. Nhưng đèn huỳnh quang làm nguồn sáng thì có hai yếu điểm:
- Không phải lúc nào cũng phát ta ánh sáng trắng phù hợp trong một thời gian dài.
- Trong khi đó nhiệt của chúng phát ra có thể làm méo dạng tín hiệu đối với những thành phần quang học khác.
Đó cũng chính là nguyên nhân mà hầu hết các nhà sản xuất chuyển sang dùng đèn Cathode lạnh, chúng khác với đèn huỳnh quang là không có sợi tóc bóng đèn
Chúng hoạt động ở nhiệt độ thấp và vô cùng tin cậy. Chuẩn dùng đèn huỳnh cao bây giờ được sử dụng đối với Scanner giá rẻ và kiểu cũ.
Cuối năm 2000, đèn Xeon được sử dụng làm nguồn sáng. Sản phẩm dùng đèn Xeon có độ tin cậy cao, nguồn sáng có phổ ánh sáng rộng bền vững và nhanh chóng thiết lập. Tuy nhiên nguồn ánh sáng Xeon có công suất tiêu thụ năng lượngcao hơn so với ống đèn Cathode lạnh.
Ánh sáng trực tiếp từ đèn tới bộ cảm biễn để chúng đọc được những giá trị ánh sáng. Scanner CCD (Charge-Coupled Device: nó là thiết bị đo sáng thu nhỏ mà xác định cường độ ánh sáng được tương ứng với cường độ của điện áp tương tự.) dùng lăng kính, thấu kính và những thành phần quang học khác. Như mắt kính và kính lúp những phần này có thể cho những Bit với chất lượng khác nhau. Đối với Scanner chất lượng cao sẽ dùng những kính quang học chất lượng cao có chất lượng màu sắc chính xác và có sự khuyếch tán thấp nhất. Đối với những kiểu Scanner Low-end thì dùng những thiết bị quang học chất lượng thấp cùng với những thành phần nhựa cho giá thành hạ.
Những ánh sáng được phản xạ hoặc truyền qua những hình ảnh tới bộ phận cảm biến để chuyển đổi thành những điện áp tương ứng với cường độ ánh sáng, đối với những phần sáng hơn thì ánh sáng phản xạ hoặc truyền qua thì kết quả cho ta mức độ điện áp cao hơn. Bộ phận ADC (analogue-to-digital conversion) sẽ chuyển đổi tính hiệu mức điện áp từ dạng tương tự thành dạng số và một lần nữa liên quanđến mứcđộ nhiễu trong bộ chuyển đổi này, nếuđối với những thiết bị Scanner có giá thành thấp thì mức nhiễu tăng lên.
Thành phần cảm biến dùng một trong 3 kiểu công nghệ sau:
- PMT (photomultiplier tube) được kế thừa của công nghệ dùng trống quét trước kia.
- CCD (charge-coupled device) nó là một kiểu cảm biến trong những thiết bị cảm biếm ánh sáng.
- CIS (contact image sensor) nó là công nghệ mới tích hợp chức năng quét vào trong một vài thành phần cho phép Scanner có thể dùng với hình ảnh có nhiều kích thước khác nhau.
5.2.1. PMT (photomultiplier tube)
PMT là công nghệ cảm biến dùng trống quét chất lượng cao. PMT có giá thành cao và khó sử dụng, chúng là thiết bị được dùng để tải hình ảnh vào máy tính trước khi có Scanner để bàn xuất hiện.
Người kỹ thuật phải rất cần thận gắn hình ảnh gốc vào trống hình trụ và sau đó quay tròn với tốc độ cao.
Hình 5.9-Nguyên lý hoạt động của PMT
Scanner dùng PMT có hai nguồn sáng, một dùng để phản xạ bản gốc và một để xuyên qua bản gốc. Ánh sáng được nhận dạng bằng các bộ cảm biến được chia thành 03 tia để qua bộlọc màu đỏ, xanh lá cây và xanh nước biển và sau đó tới ống nhân ánh sáng ở đó năng lượng ánh sáng được chuyển đổi thành tín hiệu điện. PMT có độ nhạy cao đối với ánh sáng và mức nhiễu thấp hơn máy quét dùng CCD. Bên cạnh đó dùng trống quét cho độ phân giải cao và ít lỗi. Nhưng PMT cótốc độ thấp khi so sánh với máy quét dùng CCD. Ngày nay PMT được sử dụng đối với những ứng dụng có chất lượng đặc biệt cao.
5.2.2. CCD (charge-coupled device)
Công nghệ CCD đương ứng dụng rộng rĩa trong máy quét, thiết bị Camera số… CCD bao gồm có nhiều thành phần nhạy sáng được sắp xếp thành dạng lưới trogn trường hợp máy ảnh kỹ thuật số hoặc máy ghi hình hoặc dạng dài, gường mỏng trong trường hợp máy quét, có nhiều thành phần nhạy sáng trong một đơn vị đọ dài, đối với độ phân giải cao.
CCD là thiết bị điện ở thể rắn mà chuyển đổi ánh sáng vào bên trong bộ phận tích điện. Ánh sáng phản xạ từ vật thể được quét hướng tới mảng CCD qua hệ thống gương và thấu kính. CCD hoạt động như là một thiết bị đo sáng, nó chuyển đổi cường độ ánh sáng phản xạ thành điện áp tương tự và thông qua bộ chuyển đổi ADC thành dạng tín hiệu số.
Hình 5.10-Nguyên lý hoạt động của CCD
Hình 5.11 CCD
5.2.3. CIS (contact image sensor)
CIS là công nghệ cảm biến mới được xuất hiện đối với những Scanner để bàn vào cuối năm 1990. Scanner dùng CIS dùng những dãy dày đặc LED đó, xanh lá cây và xanh nước biển để tạo thành ánh sáng trắng và thay thế những gương, thấu kính của máy quét kiểu CCD, nó chỉ có một hàng gồm nhiều bộ cảm biến đặt vô cùng gần với hình ảnh nguồn. Kết quả là Scanner sẽ mỏng hơn, nhẹ hơn và tiết kiệm năng lượng so với kiểu CCD truyền thống và khả năng giá cả sẽ giảm xuống.
Hình 5.12 CIS
Gam màu của máy quét kiểu CIS được xác định bởi phổ màu của mỗi LED, còn hơn là dùng bộ lọc màu trong hệ thống quang học của máy quét CCD. Trong khi đó công nghệ lọc màu phát triển mạnh hơn là công nghệ phổ ánh sáng của LED, máy quét kiểu CIS không cung cấp Gam màu rộng như máy quét CCD. Nên loạimáy quét kiểu CIS không được phát triển mạnh bằng CCD
5.2.4. Độ phân giải
Độ phân giải liên quan đến vẻ đẹp của chi tiết mà máy quét có thể đạt được và thông thường được do bằng DPI (dots per inch). Nếu giá trị DPI càng lớm thì máy quét có thể giải quyết được càng nhiều chi tiết trong hình ảnh. Vào cuối năm 1990 thì độ phân giải thông thường là 300 x 300.
Những máy Scanner sử dụng CCD cho mỗi một Pixel, do đó để cho máy quét có thông số độ phân giải quang theo chiều nằm ngang là 600dpi cũng tương đương với 600 ppi (pixels per inch) và tài liệu có độ rộng lớn nhất là 8.5inch thì mảng bộ cảm biến CCD có 5100 thành phần CCD ở đầu quét.
Đầu quét được gắn vào thành phần chuyển động sẽ dịch chuyển qua tài liệu hình ảnh. Mặc dầu quá trình chuyển động là liên tục nhưngđầu quét dịch chuyển theo những đoạn một inch một lần. Trong những máy Scanner thông dụngđầu quétđược điều khiển bằng Motor bước, mỗi lần dịch chuyển là có một xung điện áp ra để tớiđầu quét.
Số của thành phần vật lí trong mảng CCD được xác định bằng tỷ lệ lấy mẫu hướng X (tỷ lệ lấy mẫu theo hướng nằm ngang) và số được xác định bằng những bước trong một inch gọi là tỷ lệ lấy mẫu theo hướng Y. Mặc dầu trong máy quét độ phân giải là giá trị dễ xác định nhất về chất lượng nhưng trên thực tế khái niệm đó cũng chưa hẳn là chính xác.
Độ phân giải là khả năng xác định những chi tiết của vật thể và chất lượng của mạch điện tử, hệ thống quang học, những bộ lọc, điều khiển Motor và nhất là tỷ lệ lấy mẫu.
Trên thực tế đầu quét có khả năng đọc được những tài liệu có độ rộng 8.5inch những sẽ có nhiều tài liệu nhỏ hơn thông thường có độ rộng 4 inch. Ánh sáng phản xạ tới đầu quét qua hệ thống thấu kính và chất lượng của hệ thống quang học cóđộ phân giải hiệu ứng lớn hơn hơn là tỷ lệ lấu mẫu. Hệ thống quang học có độ phân giải cao 400 dpi trong máy quét có khi làm việc tốt hơn máy quét 600 dpi nhưng chất lượng thấp.
Cuối năm 1998 mức giới hạn vật lí của những thành phần CCD là 600/inch. Do đó để tăng độ phân giải người ta dùng kỹ thuật gọi là Nội suy, bằng cách sử dụng phần mềm hoặc phần cứng để điều khiển dự đoán những giá trị trung gian và chèn chúng vào giữa những giá trị thực.
Để xác định giá trị độ phân giải hợp lí để quét hình ảnh là điều quan trọng: thứ nhất là đạt được chất lượng như ý và thứ hai đạt được hiệu quả tốt nhất trong quá trình quét. Những máy quét quảng cáo theo kiểu làm cho chúng ta nhầm tưởng cứ nghĩ rằng giá trị càng lớn thì càng tốt nên không có gì là khó hiểu khi người dùng luôn có khuynh hướng quét ảnh với độ phân giải quá cao. Với độ phân giải cao thì thời gian quét lâu và dung lượng lưu trữ quá lớn.
Một điểm mà chúng ta cần chú ý chính là độ phân giải của thiết bị đầu ra như máy in có đạt được đến độ phân giải của hình ảnh không. Chính vì thế chúng ta nên chọn độ phân giải của hình ảnh cần quét bằng đúng độ phân giải của thiết bị in ra là tốt nhất.
5.2.5. Phép nội suy
Những máy quét thông thường chào với độ phân giải 2400 dpi, 4800 dpi và 9600 dpi, nhưng một điều thực tế quan trọng là máy quét không thể đạt được mức độ phân giải như vậy. Độ phân giải quang của CCD mới nhất đạt được 600 x 1200 dpi và nếu tất cả cấu hình cao hơn thì đó là dựa trên phép nội suy.
Chú ý rằng đặc tính của sự không đồng nhất trong độ phân giải, 600 x 1200 dpi, là rất cần thiết đối với phép nội suy dùng phần cứng. Với dữ liệu 600 dpi cho một toạ độ và 1200 dpi cho một toạ độ khác có nghĩa là dữ liệu không phải là kết quả hình vuông. Với độ phân giải 600 x 600 dpi thì máy quét sẽ dùng nội suy hướng 1200dpi xuống thành 600 dpi, đối với độ phân giải 1200 x 1200 dpi thì chúng ta dùng phép nội suy lên theo hướng X.
Người ta có thể sử dụng phép nội suy bằng phần mềm hoặc phần cứng hoặc kết hợp giữa cả phần mềm với phần cứng.