I. THIẾT BỊ NHẬP
1. Máy quét:
Hiện nay cĩ 2 dạng máy quét ảnh: dạng trống xoay và dạng phẳng. Nguyên lý chung của các máy quét này là nĩ sử dụng một nguồn sáng để chuyển tín hiệu bài mẫu (cĩ thể là tấm slide, hình ảnh nét, ảnh nữa tơng...) dưới dạng analog thành tín hiệu nhị phân. Tùy theo dạng máy quét mà nĩ sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu khác nhau. Các dữ liệu này sẽ được lưu trên trạm làm việc để tiếp tục xử lý.
1.1. Máy quét dạng trống xoay (Drum Scanner).
Dạng máy này được cải tiến từ máy tách màu điện tử chất lượng cao. Qua thời gian phát triển, nĩ đã được cải tiến dần để thích nghi với cơng việc chế bản để bàn cả về kích thức và giá cả).
Máy quét dạng trống cĩ thể quét bài mẫu phản xạ, bài mẫu thấu minh, từ bài mẫu là tấm slide cỡ 35mm đến những bài mẫu khổ 60x60cm.
Độ phân giải của máy quét trống khá cao, cả khi quét bài mẫu trắng đen lẫn bài mẫu màu (tối đa 13,000 dpi). Máy quét cĩ thể sử dụng 12 bit, 24 bit, 36 bit để ghi lại các mức độ xám của bài mẫu.
Máy quét dạng trống vận hành nhanh hơn và độ chính xác khi quét cao hơn máy quét dạng phẳng.
Khi tiến hành quét trên máy quét trống xoay, bài mẫu phải được quấn chặt lên trục mang bài mẫu, sau đĩ trục mang bài mẫu sẽ chuyển động quay xung quanh đầu đọc theo hình xoắn ốc và đầu đọc cũng chuyển động dọc theo trục. Sự ghi nhận tín hiệu tức thì và cĩ một khe hở rất nhỏ ghi nhận những sai số do khúc xạ hoặc hội tụ ánh sáng.
* Kỹ thuật thu nhận tín hiệu:
Tất cả các máy quét dạng trống xoay đều sử dụng ống nhân quang (PMT- Photomultiplier tobe) trong việc ghi nhận tín hiệu ánh sáng. Trong các máy quét dạng trống xoay đặc trưng cĩ 3 ống nhân quang (sử dụng trong 3 màu phổ chính: đỏ cờ, xanh lá cây và xanh tím). Một nguồn sáng xenon hay halogen tập trung chiếu
vào một điểm cực nhỏ trên bài mẫu bằng cách sử dụng sự quang học và thấu kính hội tụ. Ánh sáng thấu kính hay ánh sáng phản xạ từ bài mẫu sẽ được đặt lệch một gĩc. Mỗi tấm gương sẽ phản xạ một phần ánh sáng và cho phần ánh sáng cịn lại đi xuyên qua tấm gương kế tiếp. Phần ánh sáng phản xạ từ các tấm gương sẽ đi qua các kính lọc màu thích hợp và rồi chuyển tiếp các ống nhân quang tương ứng, nơi mà tiến trình khuếch đại bằng hệ thống quang học diễn ra. Các electron phát ra khi nguồn sáng chiếu vào Cathode của ống nhân quang sẽ đi qua bộ phận chuyển đổi tín hiệu để đổi thành dữ liệu số.
Tiến trình phân tích hình ảnh và xử lý tín hiệu trên máy quét dạng trống xoay giống như ở máy tách màu điện tử. Tuy nhiên, thay vì được gửi đến bộ phận tính tốn để chuyển thành tín hiệu trạm rồi ghi trực tiếp lên phim thì tín hiệu sau khi thu nhận được trên máy quét dạng trống xoay thơng qua một giao diện sẽ được chuyển thành dạng nhị phân để lưu lại trong bộ nhớ của máy tính để tiếp tục xử lý.
Trong kỹ thuật biến đổi quang điện dùng ống nhân quang. Nguồn sáng (a) được chiếu lên bài mẫu (b) sẽ được phản xạ trở lại và chuyển tới tấm gương bán phản xạ (c) để được tiếp tục chuyển tới các kính lọc R.G.B và đi vào các ống nhân quang tương ứng (e). Bên trong các ống nhân quang, tia sáng (f) được khuếch đại thơng qua các tấm bức xạ thứ cấp cho đến khi nĩ được chuyển thành tín hiệu điện bằng bộ phận biến đổi tín hiệu từ analog sang digital. Nhiều máy quét dạng trống xoay cịn cĩ thêm một ống nhân quang thứ tư để thu nhận các thơng tin về độ sắc nét.
1.2. Máy quét dạng phẳng (Flatbed Scanner).
Các máy quét dạng phẳng rất đa dạng về mặt chất lượng, từ máy quét 8 bit dùng để quét bài mẫu đen trắng đến các máy quét 36 bit dành cho bài mẫu màu, cĩ thể quét được bài mẫu phản xạ hoặc thấu minh. Máy quét phẳng sử dụng kỹ thuật biến đổi quang điện CCD.
* Kỹ thuật thu nhận tín hiệu - CCD.
Máy quét hình dạng quét phẳng (Flatbed), các máy quét cầm tay, các máy quét phim slide và các máy ảnh kỹ thuật số đều sử dụng các CCD để thu nhận các
mức độ ánh sáng. CCD là một khối thiết bị điện tử bao gồm các tế bào quang điện rất nhỏ được sắp xếp liên tục sát nhau cĩ thể ghi nhận lại một tín hiệu điện từ ở dạng analog tương ứng với cường độ tia sáng chiếu vào nĩ. CCD cĩ các cấu hình khác nhau tùy thuộc vào từng loại máy quét. Ở dạng máy quét phẳng các thiết bị cảm nhận tín hiệu CCD được bố trí trong một hàng (để quét 3 lần) hay 3 hàng trên một mạch tích hợp (để quét 1 lần).
Việc bố trí như thế cho phép thiết bị thu nhận tín hiệu theo tồn bộ chiều rộng của hình ảnh (bài mẫu) ở dạng analog và ghi nhận nĩ như một đường thẳng hồn tồn. Mỗi lần CCD thu một hàng tín hiệu từ bài mẫu, nĩ gửi các tín hiệu (đại diện cho các mức độ ở dạng analog) tới bộ phận biến đổi từ analog sang digital để chuyển tín hiệu sang dạng nhị phân. Sau khi chuyển tín hiệu ghi nhận xong CCD tiếp tục ghi nhận tín hiệu từ một hàng quét kế tiếp trên bài mẫu. Tiến trình này chỉ mất vài phần trăm giây trong các máy quét thế hệ mới.
Các CCD khác nhau theo cảm nhận của chúng đối với các mức độ sáng và khác nhau trong việc bị nhiễu bởi các thiết bị điện tử. Chúng cĩ thể ảnh hưởng đến độ phân giải, khoảng tơng màu, tơng xám mà thiết bị quét hình cĩ thể ghi nhận được cũng như là độ chính xác của các thơng tin về màu và độ xám. Các thiết bị quét hình rẻ tiền cĩ khuynh hướng sử dụng các con CCD cĩ chất lượng thấp. Ở các máy quét hình chuyên nghiệp chất lượng càng cao thì các con CCD càng mắc và cho chất lượng quét hình vào càng cao.
Thực chất CCD là một thiết bị bán dẫn, một phần của CCD là một mảng các điện cực và phần cịn lại là tinh thể Silicon. Ánh sáng phản xạ hay thấu quang
đến từ bài mẫu sau khi qua kính lọc đến CCD và đập vào mạng lưới điện cực thì nĩ sẽ cặp đơi với một điện từ trong mạng tinh thể silicon và sẽ cho điện tử đi qua, các điện tử này được dẫn theo một kênh riêng để tiếp tục xử lý. Tùy theo cấu tạo của CCD mà một hay nhiều điện cực sẽ chịu trách nhiệm xử lý một pixel trên bài mẫu, tùy theo độ mạnh yếu của ánh sáng đến từ bài mẫu mà điện tử đi qua.
Các CCD được bố trí trong máy tách màu dạng quét phẳng (Flatbed). Một nguồn sáng (a) chiếu ánh sáng tới bài mẫu (b) gương (c) tiếp nhận ánh sáng và chuyển tới ống kínb (d) để tập trung các thơng tin hình ảnh vào bộ tích hợp (CCD (e) chứa 1 hoặc 3 hàng tế bào quang điện (f). CCD ghi nhận ánh sáng giống như một điện thế analog được nạp vào rồi chuyển trực tiếp tới bộ phận biến đổi tín hiệu từ analog sang digital (g).
CCD nhiều hay ít sẽ được dẫn đi xử lý theo nhiều kênh khác nhau, tổ hợp của các điện tử thu nhận sau khi ánh sáng từ một điểm trên bài mẫu tới đập vào mạng lưới điện của CCD sẽ tương ứng với một giá trị mật độ của CCD.
Trở ngại chủ yếu của CCD trong việc ghi nhận tín hiệu theo từng hàng là bị giới hạn bởi kích thước của điện cực dùng để ghi nhận tín hiệu của hình ảnh. Mỗi điện cực rộng khoảng 5 micron (tức khoảng 1/25 sợi tĩc người), những CCD đầu tiên được chế tạo chứa khoảng 2048 đến 4096 điện cực và hiện nay đã cĩ những CCD chứa khoảng 7000 điện cực. Nếu trong 1 CCD cĩ nhiều điện cực hơn thì khả năng ghi nhận tín hiệu hình ảnh sẽ tốt hơn vì khi đĩ CCD cĩ khả năng phân giải hình ảnh ở mức độ cao hơn để xử lý và sẽ phát hiện nhạy hơn những thay đổi mật độ của tín hiệu hình ảnh. Nhưng cĩ nhiều điện cực thì lại khĩ khăn cho việc chế tạo vì thơng thường 1 CCD dài khoảng 1-2 inch nên muốn bố trí một số lượng lớn điện cực trên 1 CCD thì yêu cầu điện cực phải nhỏ hơn nữa. Độ phân giải hình ảnh ghi nhận cĩ thể thay đổi được do việc điều chỉnh “tiêu cự” để CCD ghi nhận tín hiệu trong một khoảng diện tích lớn lên hay nhỏ đi và như vậy nếu muốn độ phân giải cao hơn thì một bài mẫu ta cĩ thể quét nhiều lần. Ví dụ: 1 CCD gồm 2048 điện cực được điều chỉnh để thu nhận tín hiệu trong một hàng rộng 35mm thì ghi nhận được sự thay đổi về tín hiệu hình ảnh và độ phân giải tốt hơn là thu nhận theo chiều rộng 4-5 inch.
Sẽ thuận lợi hơn khi chúng ta dùng CCD vì CCD cĩ độ tin cậy (khả năng thu nhận chính xác) cao hơn Photomultiplier, về mặt kỹ thuật mà nĩi thì PM nhạy hơn CCD vì tín hiệu qua PM sẽ được khuếch đại cịn CCD thì khơng, nhưng bù lại tín hiệu qua CCD chỉ biến đổi một lần thành tín hiệu điện tử (digital) ngay chứ khơng phĩng đại do đĩ khả năng mất mát thơng tin ít hơn. Một khuyết điểm của CCD là do khơng được khuếch đại nên những vùng tối của bài mẫu sẽ được phục chế "nghèo nàn" hơn là dùng PM, lý do là ở vùng tối tín hiệu ánh sáng phản xạ hay thấu minh từ bài mẫu tới CCD yếu trong khi khả năng ghi nhận của CCD chỉ ở mức độ nhất định nên ở những vùng tối quá chi tiết cĩ thể bị mất.
Kỹ thuật ống nhân quang cho phép ghi nhận một khoảng mật độ lớn với độ trung thực cao. Ngày nay, thực tế tất cả các thiết bị quét dùng CCD được coi như là cĩ chất lượng thấp hơn so với máy quét dạng trống xoay dùng ống nhân quang xét về khía cạnh chất lượng hình ảnh đạt được. Tuy nhiên, các tiến bộ kỹ thuật CCD và bộ phận biến đổi quang điện đã loại trừ một số yếu điểm của CCD và một số chuyên gia cho rằng các máy quét dùng CCD cĩ chất lượng cao hiện tại cĩ thể tạo ra hình ảnh với độ trung thực tương tự như máy quét dạng trống xoay.
1.3. Phân loại các 1oại náy quét dạng phẳng.
Các thế hệ máy quét phẳng dùng CCD hiện nay được phân làm 4 loại khác nhau theo cấu tạo phương thức di chuyển đầu ghi và bàn mẫu:
• Máy quét dịch chuyển đầu ghi theo một phương khơng cĩ ống kính zoom. • Máy quét dịch chuyển đầu ghi theo một phương cĩ ống kính zoom.
• Máy quét dịch chuyển đầu ghi theo hai phương khơng cĩ ống kính zoom. • Máy quét dịch chuyển đầu ghi theo hai phương cĩ ống kính zoom.
1.3.1. Loại máy quét dịch chuyển theo phương X khơng cĩ ống Zoom.
Ở loại máy quét này đầu ghi dịch chuyển trên phương X dọc theo chiều dài của vùng quét. Với kỹ thuật này tồn bộ vùng hình ảnh trên bài quét sẽ được thu nhận cùng một lúc bởi bộ cảm biến CCD nên độ phân giải đạt được dưới 600 dpi.
Kỹ thuật này đang được sử dụng ở hầu hết các máy quét khổ A4 và Saphir của Linotype Hell, các máy quét cĩ giá thấp như Umax và Agfa, các máy quét khổ A4 cũng dùng kỹ thuật này như Opal của Linotype Hell.
1.3.2 Loại máy quét dịch chuyển theo phương x cĩ ống kính zoom:
Đầu quét cũng dịch chuyển cùng phương X nhưng cĩ thêm một ống kính zoom để đầu ghi cĩ thể tập trung các CCD vào một vùng hình ảnh nhất định trên khay chứa bài mẫu nhằm nâng cao độ phân giải quét. Người ta thường gọi chiều dịch chuyển ống kính zoom là chiều Z. Trong kỹ thuật này khay chứa bài mẫu hoặc đầu đọc di chuyển dọc theo phương X và tùy thuộc vào độ rộng của bài mẫu được quét mà ống kính zoom sẽ tập trung tồn bộ các CCD vào đĩ, điều này cĩ nghĩa là một bài mẫu slide 35mm cĩ khả năng được quét với độ phân giải quang học tối đa, nhưng nếu trong chế độ quét theo lơ thì các hình ảnh nằm ở gĩc cửa khay chứa bài mẫu khơng thể được quét với độ phân giải cao được và độ phân giải quang học sẵn
cĩ của thiết bị quét chỉ được ống kính zoom tập trung vào các vùng ở giữa khay chứa bài mẫu, nếu quét ở gĩc thì ống kính zoom phải tập trung CCD cho tồn bộ chiều rộng của khay chứa bài mẫu.
Các loại máy quét sứ dụng kỹ thuật này là Agfa T8000, Topaz của Linotype Hell, Scanview F8 Plus và Smart 342 của Scitex.
Cấu tạo máy quét dịch chuyển theo phương X cĩ ống kính zoom. Ống kính zoom cĩ thể tập trung các CCD vào vùng giữa của khay chứa bài mẫu do đĩ cĩ các hình ảnh nằm ở các gĩc học hình ảnh chứa tồn bộ chiều ngang của khay chứa bài mẫu sẽ khơng quét dưới độ phân giải cao.
1.3.3. Loại máy quét dịch chuyển theo 2 phương X, Y khơng cĩ ống kính zoom:
Đây là loại máy quét cĩ thể di chuyển đầu đọc hoặc khay chứa bài mẫu theo cả 2 phương X và Y. Đầu đọc với ống kính cố định chứa các CCD tập trung quét một vùng hình ảnh nhất định. Vì cĩ thể di chuyển được theo chiều Y nên hình ảnh ở bất kỳ vị trí nào trên khay chứa bài mẫu cũng được quét với độ phân giải này. Tuy nhiên vì cĩ độ phân giải quét khơng lớn (xấp xỉ 3000 dpi) và chỉ quét được một khu vực nhất định theo phương Y nên đối với các bài mẫu lớn thì đầu quét phải di chuyển theo phương Y nhiều lần để quét hết tồn bộ bài mẫu. Để quét được tồn bộ bài mẫu mà khơng để lại các vết nối giữa các lần quét địi hỏi phải cĩ một phần mềm để tính tốn lại các đường ranh giới tiếp xúc để hình ảnh khi quét ra vẫn giữ được tính liên tục trên tồn bộ ảnh quét.
Loại máy quét này chỉ thích hợp cho việc quét các bài mẫu nhỏ ở chế độ quét theo lơ. (Batch Sanning) cịn đối với các bài mẫu lớn thời gian quét sẽ lâu hơn và cũng phải mất thời gian để tính tốn các mối ghép nên rất bất tiện và phức tạp.
Các loại máy sử dụng kỹ thuật này là Eskofot Scan l318 của Purup Eskofot, Eversmart và Eversmart Pro của Scitex.
Loại máy quét X,Y khơng cĩ ống kính zoom chia bài mẫu thành nhiều phần để quét (nếu bài mẫu khơng nằm gọn trong vùng quét được một lần) rồi sau đĩ ghép các mối lại để tạo thành hình ảnh được quét hồn chỉnh, trong hình vẽ này hình ảnh nhỏ phía trên cĩ thể được quét một lần nhưng hình bên dưới phải quét 3 lần mới thu nhận hết tín hiệu từ bài mẫu.
1.3.4. Loại máy quét dịch chuyển theo 2 phương X, Y với ống kính zoom.
Người ta cịn gọi đây là máy quét 3 chiều vì cĩ chiều thứ 3 (Z) là chiều di chuyển của ống kính zoom để tập trung CCD vào vùng quét. Ở loại máy quét này đầu quét di chuyển theo 2 phương X và Y để tới được vị trí đặt bài mẫu sau đĩ tùy thuộc vào độ rộng của bài mẫu mà ống kính zoom sẽ tự động điều chỉnh để cĩ thể quét được tồn bộ bài mẫu.
Đây là kỹ thuật quét mới nhất khắc phục được tất cả các yếu điểm của các máy quét trước đây, hiện nay hãng Dainippon Screen đã cho ra đời loại máy quét Cézanne áp dụng kỹ thuật này. Mặc dù độ phân giải quang học khá cao (khi quét bài mẫu slide 35mm là500dpi) nhưng độ phân giải của Cézanne cũng thay đổi tùy thuộc vào kích thước bài mẫu.
Loại máy quét X, Y với ống kính zoom cĩ thể quét bài mẫu ở bất kì vị trí nào trên khay chữa bài mẫu với độ phân giải cao nhất. Sơ đồ này cho thấy cách thức mà ống kính zoom được sử dụng để quét các bài mẫu nhỏ cũng như quét các bài mẫu lớn khi cần thiết.