Mikä on skannerin optinen resoluutio? Mikä on skanneri? Tärkeimmät ominaisuudet: Asiakirjaskannerit. Digikameran resoluutio

Kulmaresoluutio- pienin kulma objektien välillä, jonka optinen järjestelmä voi erottaa.

Optisen järjestelmän kyky erottaa pisteitä kuvatulla pinnalla, esimerkiksi:

Kulmaresoluutio: 1′ (yksi kaariminuutti, noin 0,02°) vastaa 29 cm:n aluetta, joka näkyy 1 km:n etäisyydeltä, tai yhtä painettua tekstipistettä 1 metrin etäisyydeltä.

Lineaarinen resoluutio

Yleistä tietoa

Lupa optiset instrumentit objektiivin diffraktio rajoittaa pohjimmiltaan: näkyviä pisteitä ovat vain diffraktiopisteitä. Kaksi vierekkäistä pistettä ratkaistaan, jos niiden välinen intensiteetin minimi on tarpeeksi pieni nähdäkseen. Riippuvuuden poistamiseksi havainnon subjektiivisuudesta, empiirinen kriteeri Rayleighin käyttöoikeudet , joka määrittää pisteiden välisen pienimmän kulmaetäisyyden

sin ⁡ θ = 1,22 λ D (\displaystyle \sin \theta =1,22(\frac (\lambda )(D)))

Missä θ - kulmaresoluutio (minimikulmaetäisyys), λ - aallonpituus, D- optisen järjestelmän sisääntulopupillin halkaisija (usein se on sama kuin linssin halkaisija). Kun otetaan huomioon erittäin pieni kulma θ , optisessa kirjallisuudessa kulman sinin sijaan kirjoitetaan yleensä itse kulma.

Kerroin valitaan siten, että pisteiden välisen minimin intensiteetti on noin 0,75-0,8 niiden maksimien intensiteetistä - tämän uskotaan riittävän paljaalla silmällä tapahtuvaan erotteluun.

Valokuvan resoluution riippuvuus optisen järjestelmän ominaisuuksista

Kun valokuvataan tulosteen tai kuvan saamiseksi näytölle, kokonaisresoluutio määräytyy objektien toiston kunkin vaiheen resoluution mukaan.

Menetelmät resoluution määrittämiseksi valokuvauksessa

Resoluutio määritetään valokuvaamalla erityistä testikohdetta (maailmoja). Jokaisen kuvan saamiseksi tekniseen prosessiin osallistuvan elementin resoluution määrittämiseksi suoritetaan mittaukset olosuhteissa, joissa virheet muista vaiheista ovat mitättömiä.

Objektiivin erotuskyky

Ensisijaisen materiaalin kantajan resoluutio

Valokuvaemulsio

On tärkeää, että nykyaikainen ulkomainen tulkinta linjamaailmat laskee pari musta ja valkoinen raita - takana 2 linjat - toisin kuin kotimainen teoria ja käytäntö, joissa jokainen linja katsotaan aina erotetuksi kontrastin taustan välein, jonka paksuus on yhtä suuri kuin viivan paksuus.

Jotkut yritykset, jotka valmistavat digitaalikameroita mainostarkoituksiin, yrittävät kiertää matriisia 45° kulmassa, mikä saavuttaa tietyn muodollisen lisäyksen resoluutiossa yksinkertaisinta vaaka-pystysuuntaista maailmaa kuvattaessa. Mutta jos käytät ammattimiraa tai ainakin käännät yksinkertaista miraa samaan kulmaan, käy selväksi, että resoluution kasvu on fiktiivistä.

Lopullisen kuvan saaminen

Resoluutio nykyaikaiset tulostimet mitattuna pisteinä millimetriä kohti (dpmm) tai pisteinä tuumaa kohti (dpi).

Mustesuihkutulostimet

Mustesuihkutulostimien tulostuslaadulle on ominaista:

Tulostimen resoluutio (DPI-yksikkö)
Tulostin-muste-väriprofiilin ICC-järjestelmän väriresoluutio (värikenttien tulostus). Tulostuksen värikenttiä rajoittavat suurelta osin käytetyn musteen ominaisuudet. Tarvittaessa tulostin voidaan muuntaa lähes mihin tahansa musteeseen, joka vastaa tulostimessa käytettyjen tulostuspäiden tyyppiä, vaikka väriprofiilit voi olla tarpeen määrittää uudelleen.
Tulostetun kuvan resoluutio. Yleensä se eroaa suuresti tulostimen resoluutiosta, koska tulostimet käyttävät rajoitetun määrän musteita, enintään 4...8, ja mosaiikkivärien sekoituksella saadaan aikaan rasterit eli yksi kuvaelementti (pikselin tapaan) koostuu monista tulostimen tulostamista elementeistä (pisteet - mustepisarat)
Itse painoprosessin laatu (materiaalin liikkeen tarkkuus, vaunun asennon tarkkuus jne.)

Mustesuihkutulostimien resoluution mittaamiseksi jokapäiväisessä elämässä hyväksytään yksi mittayksikkö - DPI, joka vastaa pisteiden määrää - fyysisiä mustepisaroita tulostetun kuvan tuumaa kohti. Itse asiassa todellinen resoluutio mustesuihkutulostin(näennäinen tulostuslaatu) riippuu paljon lisää tekijät:

- Useimmissa tapauksissa tulostimen ohjausohjelma voi toimia tiloissa, jotka varmistavat tulostuspään erittäin hitaan liikkeen ja sen seurauksena tulostuspään suuttimien musteen ruiskutustaajuuden, erittäin korkean "matemaattisen" tulosteen resoluution. kuva saadaan (joskus jopa 1440 × 1440 DPI ja suurempi). On kuitenkin muistettava, että todellinen kuva ei koostu "matemaattisista" pisteistä (halkaisijaltaan äärettömän pieni), vaan todellisista maalipisaroista. Kohtuuttoman korkealla resoluutiolla, yli 360...600 (noin), materiaaliin levitettävä mustetta tulee liikaa (vaikka tulostin on varustettu päillä, jotka aiheuttavat hyvin pienen pudotuksen). Tämän seurauksena tietyn värisen kuvan saamiseksi täyttöä on rajoitettava (eli maalipisaroiden määrä on palautettava kohtuullisiin rajoihin). Tätä varten käytetään molempia valmiita asetuksia, jotka on ommeltu ICC-väriprofiileihin, ja pakotettua täyttöprosentin pienennystä.
- Kun tulostetaan todellista kuvaa, suuttimet tukkeutuvat vähitellen sisäisistä tekijöistä (ilmakuplat tulevat sisään tulostuspään suuttimiin musteen mukana) ja ulkoiset tekijät(pölyn tarttuminen ja mustepisaroiden kerääntyminen tulostuspään pinnalle). Suuttimien asteittaisen tukkeutumisen seurauksena kuvaan ilmestyy tulostamattomia raitoja ja tulostin alkaa "raidata". Suuttimen estonopeus riippuu tulostuspään tyypistä ja vaunun suunnittelusta. Tukkeutuneiden suuttimien ongelma voidaan ratkaista puhdistamalla tulostuspää.
- Suuttimet eivät ruiskuta maalia alas täydellisesti, mutta niillä on pieni kulmikas leviäminen tulostuspään tyypistä riippuen. Sironnan aiheuttamaa pisaroiden siirtymistä voidaan kompensoida vähentämällä tulostuspään ja painetun materiaalin välistä etäisyyttä, mutta muista, että liian pitkälle laskettu pää voi tarttua materiaaliin. Joskus tämä johtaa virheisiin, jos koukut ovat erityisen kovia, tulostuspää voi vaurioitua.
- Tulostuspään suuttimet on järjestetty pystysuoriin riveihin. Yksi rivi - yksi väri. Vaunu tulostaa sekä vasemmalta oikealle että oikealta vasemmalle liikuttaessa. Kun liikutaan yhteen suuntaan, pää jättää yhden värin viimeiseksi ja toiseen suuntaan liikuttaessa pää jättää toisen värin viimeiseksi. Kun maalia eri kerroksista joutuu materiaalin päälle, se sekoittuu vain osittain, jolloin syntyy värin vaihtelu, joka näyttää erilaiselta eri väreillä. Joissakin paikoissa se on melkein näkymätön, toisissa se on hyvin havaittavissa. Monilla tulostimilla on mahdollista tulostaa vain, kun pää liikkuu yhteen suuntaan (vasemmalle tai oikealle), käänteinen liike on tyhjäkäynnillä (tämä eliminoi "patjan" vaikutuksen kokonaan, mutta vähentää huomattavasti tulostusnopeutta). Joissakin tulostimissa on kaksi päiden sarjaa, joissa päät on järjestetty peilatulla tavalla (esimerkki: keltainen-vaaleanpunainen-sininen-musta-musta-sininen-vaaleanpunainen-keltainen), tämä päiden järjestely eliminoi kyseessä olevan vaikutuksen, mutta vaatii monimutkaisemmat asetukset - yhdistävät samanväriset päät keskenään.

Laser- ja LED-tulostimet

Monitorit

Mitattu pisteinä näytön pinnalla olevan kuvan pituusyksikköä kohti (dpmm tai dpi).

Mikroskoopit

optinen ympäristö, jossa linssi sijaitsee. λ - kohteen valaisevan tai lähettämän valon aallonpituus (fluoresenssimikroskopiaa varten). Merkitys n synti α kutsutaan myös numeeriseksi aukoksi.

Päällekkäisten arvorajoitusten vuoksi α , λ , Ja η , valomikroskoopin resoluutioraja valkoisella valolla valaistuna on noin 200...300 nm. Koska: α paras linssi on noin 70° (sin α = 0.94 …0,95), ottaen myös huomioon, että näkyvän valon lyhin aallonpituus on sininen ( λ = 450 nm; violetti λ = 400...433), ja tyypillisesti korkeat resoluutiot tarjoavat öljyimmersioobjektiivit ( η = 1.52 …1.56 ; I. Newtonin mukaan 1,56 - violetin taitekerroin), meillä on:

R = 0,61 × 450 nm 1,56 × 0,94 = 187 nm (\displaystyle R=(\frac (0,61\ kertaa 450\,(\mbox(nm)))(1,56\ kertaa 0,94)) = 187\,(\mbox( nm)))

Muun tyyppisissä mikroskoopeissa resoluutio määräytyy muiden parametrien mukaan. Siten pyyhkäisyelektronimikroskoopilla resoluutio määräytyy elektronisäteen halkaisijan ja/tai elektronien ja näyteaineen vuorovaikutusalueen halkaisijan mukaan.

Lupa- optisen laitteen kyky toistaa kuvia lähellä olevista kohteista.

Kulmaresoluutio

Kulmaresoluutio- pienin kulma objektien välillä, jonka optinen järjestelmä voi erottaa.

Optisen järjestelmän kyky erottaa pisteitä kuvatulla pinnalla, esimerkiksi:

Kulmaresoluutio: 1′ (yksi kaariminuutti, noin 0,02°) vastaa 29 cm:n aluetta, joka näkyy 1 km:n etäisyydeltä, tai yhtä painettua tekstipistettä 1 metrin etäisyydeltä.

Lineaarinen resoluutio

Lineaarinen resoluutio- pienin etäisyys erotettavissa olevien esineiden välillä mikroskopiassa.

Yleistä tietoa

Optisten instrumenttien resoluutiota rajoittaa pohjimmiltaan linssin diffraktio: näkyvät pisteet ovat vain diffraktiopisteitä. Kaksi vierekkäistä pistettä ratkaistaan, jos niiden välinen intensiteetin minimi on tarpeeksi pieni nähdäkseen. Riippuvuuden poistamiseksi havainnon subjektiivisuudesta, empiirinen kriteeri Rayleighin käyttöoikeudet , joka määrittää pisteiden välisen pienimmän kulmaetäisyyden

sin ⁡ θ = 1,22 λ D (\displaystyle \sin \theta =1,22(\frac (\lambda )(D)))

Kerroin valitaan siten, että pisteiden välisen minimin intensiteetti on noin 0,75-0,8 niiden maksimien intensiteetistä - tämän uskotaan riittävän paljaalla silmällä tapahtuvaan erotteluun.

Valokuvan resoluution riippuvuus optisen järjestelmän ominaisuuksista

Kun valokuvataan tulosteen tai kuvan saamiseksi näytölle, kokonaisresoluutio määräytyy objektien toiston kunkin vaiheen resoluution mukaan.

Menetelmät resoluution määrittämiseksi valokuvauksessa

Objektiivin erotuskyky

Ensisijaisen materiaalin kantajan resoluutio

Valokuvaemulsio

On tärkeää, että nykyaikainen ulkomainen tulkinta linjamaailmat laskee pari mustavalkoinen raita- takana 2 linjat - toisin kuin kotimainen teoria ja käytäntö, joissa jokainen linja katsotaan aina erotetuksi kontrastin taustan välein, jonka paksuus on yhtä suuri kuin viivan paksuus.

Lopullisen kuvan saaminen

Nykyaikaisten tulostimien resoluutio mitataan pisteinä millimetrillä (dpmm) tai pisteillä tuumalla (dpi).

Mustesuihkutulostimet

Mustesuihkutulostimien tulostuslaadulle on ominaista:

Tulostimen resoluutio (DPI-yksikkö)
Tulostin-muste-väriprofiilin ICC-järjestelmän väriresoluutio (värikenttien tulostus). Tulostuksen värikenttiä rajoittavat suurelta osin käytetyn musteen ominaisuudet. Tarvittaessa tulostin voidaan muuntaa lähes mihin tahansa musteeseen, joka vastaa tulostimessa käytettyjen tulostuspäiden tyyppiä, vaikka väriprofiilit voi olla tarpeen määrittää uudelleen.
Tulostetun kuvan resoluutio. Yleensä se eroaa suuresti tulostimen resoluutiosta, koska tulostimet käyttävät rajoitetun määrän musteita, enintään 4...8, ja mosaiikkivärien sekoituksella saadaan aikaan rasterit eli yksi kuvaelementti (pikselin tapaan) koostuu monista tulostimen tulostamista elementeistä (pisteet - mustepisarat)
Itse painoprosessin laatu (materiaalin liikkeen tarkkuus, vaunun asennon tarkkuus jne.)

Mustesuihkutulostimien resoluution mittaamiseksi jokapäiväisessä elämässä hyväksytään yksi mittayksikkö - DPI, joka vastaa pisteiden määrää - fyysisiä mustepisaroita tulostetun kuvan tuumaa kohti. Todellisuudessa mustesuihkutulostimen todellinen resoluutio (näennäinen tulostuslaatu) riippuu monista muista tekijöistä:

- Useimmissa tapauksissa tulostimen ohjausohjelma voi toimia tiloissa, jotka varmistavat tulostuspään erittäin hitaan liikkeen ja sen seurauksena tulostuspään suuttimien musteen ruiskutustaajuuden, erittäin korkean "matemaattisen" tulosteen resoluution. kuva saadaan (joskus jopa 1440 × 1440 DPI ja suurempi). On kuitenkin muistettava, että todellinen kuva ei koostu "matemaattisista" pisteistä (halkaisijaltaan äärettömän pieni), vaan todellisista maalipisaroista. Kohtuuttoman korkealla resoluutiolla, yli 360...600 (noin), materiaaliin levitettävä mustetta tulee liikaa (vaikka tulostin on varustettu päillä, jotka aiheuttavat hyvin pienen pudotuksen). Tämän seurauksena tietyn värisen kuvan saamiseksi täyttöä on rajoitettava (eli maalipisaroiden määrä on palautettava kohtuullisiin rajoihin). Tätä varten käytetään molempia valmiita asetuksia, jotka on ommeltu ICC-väriprofiileihin, ja pakotettua täyttöprosentin pienennystä.
- Todellista kuvaa tulostettaessa suuttimet tukkeutuvat vähitellen sisäisistä tekijöistä (tulostuspään suuttimiin tulevan musteen mukana ilmakuplat) ja ulkoisista tekijöistä (pölyn tarttuminen ja mustepisaroiden kerääntyminen tulostuspään pinnalle). Suuttimien asteittaisen tukkeutumisen seurauksena kuvaan ilmestyy tulostamattomia raitoja ja tulostin alkaa "raidata". Suuttimen estonopeus riippuu tulostuspään tyypistä ja vaunun suunnittelusta. Tukkeutuneiden suuttimien ongelma voidaan ratkaista puhdistamalla tulostuspää.
- Suuttimet eivät ruiskuta maalia alas täydellisesti, mutta niillä on pieni kulmikas leviäminen tulostuspään tyypistä riippuen. Sironnan aiheuttamaa pisaroiden siirtymistä voidaan kompensoida vähentämällä tulostuspään ja painetun materiaalin välistä etäisyyttä, mutta muista, että liian pitkälle laskettu pää voi tarttua materiaaliin. Joskus tämä johtaa virheisiin, jos koukut ovat erityisen kovia, tulostuspää voi vaurioitua.
- Tulostuspään suuttimet on järjestetty pystysuoriin riveihin. Yksi rivi - yksi väri. Vaunu tulostaa sekä vasemmalta oikealle että oikealta vasemmalle liikuttaessa. Kun liikutaan yhteen suuntaan, pää jättää yhden värin viimeiseksi ja toiseen suuntaan liikuttaessa pää jättää toisen värin viimeiseksi. Kun maalia eri kerroksista joutuu materiaalin päälle, se sekoittuu vain osittain, jolloin syntyy värin vaihtelu, joka näyttää erilaiselta eri väreillä. Joissakin paikoissa se on melkein näkymätön, toisissa se on hyvin havaittavissa. Monilla tulostimilla on mahdollista tulostaa vain, kun pää liikkuu yhteen suuntaan (vasemmalle tai oikealle), käänteinen liike on tyhjäkäynnillä (tämä eliminoi "patjan" vaikutuksen kokonaan, mutta vähentää huomattavasti tulostusnopeutta). Joissakin tulostimissa on kaksi päiden sarjaa, joissa päät on järjestetty peilatulla tavalla (esimerkki: keltainen-vaaleanpunainen-sininen-musta-musta-sininen-vaaleanpunainen-keltainen), tämä päiden järjestely eliminoi kyseessä olevan vaikutuksen, mutta vaatii monimutkaisemmat asetukset - yhdistävät samanväriset päät keskenään.

Laser- ja LED-tulostimet

Monitorit

Mitattu pisteinä pinnalla olevan kuvan pituusyksikköä kohti

Sivu 1

Optinen resoluutio - määritellään skannauspäässä olevien valoherkkien elementtien lukumääränä jaettuna leveydellä työ alue. Korkea resoluutio on yleensä tarpeen vain mukavan visuaalisen havainnoinnin kannalta.

Optinen resoluutio [optinen resoluutio] - parametri, joka määrittää skannerin maksimiresoluution ilman interpolointia. Resoluutio mitataan yleensä kohteen erikseen tallennettujen tai havaittujen kuvapisteiden lukumäärällä kiinteää pituus- tai alueyksikköä kohti.

Esimerkiksi jos skannerin optinen tarkkuus on 800 dpi, niin valmistajat kirjoittavat dokumentaatioon isoilla kirjaimilla, että skannerin tarkkuus on 1200 dpi tai jopa 1600 dpi ja lisäävät pienillä kirjaimilla, että kyseessä on ohjelmistoresoluutio.

Erittäin lyhyen aallonpituuden ansiosta saavutetaan optinen resoluutio, joka on paljon suurempi kuin näkyvää valoa käytettäessä. Elektronimikroskoopin resoluutioraja on muutama nanometrin kymmenesosa; Näkyvässä valossa voidaan erottaa vain noin tuhat kertaa suurempia yksityiskohtia.

Näillä ehdoilla tarkoitamme elektronimikroskooppisen kuvan optista resoluutiota, joka riittää erottamaan monikulmiomuodot esimerkiksi kultahydrosolihiukkasissa.

Tämän kameran kehittämiseen on investoitu suuria, jotta saavutetaan sekä paras mahdollinen optinen resoluutio että erittäin lyhyet valotusajat.

Philin kauniita piirustuksia jalosti edelleen Robin Ruskin, ja ne tulostettiin sitten Laser-tulostin QMS Lasergraffix nelinkertaisella alkuperäisellä optisella resoluutiolla. Näiden piirustusten laatu ei ollut niin korkea kuin ammattitaiteilija kynällä ja musteella saavuttaisi, mutta mahdollisuus henkilökohtaiseen lisätoimiin tuntui minulle tärkeämmältä.

On tarpeen tehdä ero skannerin optisen resoluution ja ohjelmistoresoluution käsitteiden välillä. Optinen resoluutio näyttää skannerin valoherkän elementin suurimmat ominaisuudet. Voit kuitenkin kasvattaa skannerin resoluutiota ohjelmistotemppujen avulla, eli käyttämällä erityisiä algoritmeja kuvien käsittelyyn, yleensä seuraavaan arvoon yllä olevassa sarjassa.

Yleisesti ottaen heikkoina pitoisuuksina sitä voidaan verrata dikromaattiliuoksen väriin, mutta näin ei ole yleissääntö. Tällaisten nesteiden optisen resoluution ongelma voidaan ratkaista vain spektrokolorimetrillä. Tällaisia laitteita ei ole vielä otettu öljykäytäntöön ja ne on jossain määrin korvattu Lovibond-sävymittarilla.

Resoluutio määräytyy optisten elementtien lukumäärän mukaan pituusyksikköä kohti. Optisen resoluution ohjelmistointerpolointi ei tarjoa todellista parannusta digitoinnin laatuun. CCD-laitteiden dynaaminen alue on pienempi kuin PMT-laitteiden, koska piielementeillä on huonompi signaali-kohinasuhde.

Nämä arvot määrittävät fotolitografian optisen resoluution teoreettisen rajan.

Useimmissa valmisteissa paikallinen läpäisykyky vaihtelee pisteestä toiseen mikroskoopin näkökentän yli. Tämän heterogeenisyyden vaikutus johtaa tietyn virheen - keskiarvovirheen - ilmestymiseen. Tämä virhe ilmenee aina, kun tutkitaan eri läpäisyä omaavia näytteen alueita, joiden koko on suurempi kuin optisen resoluution raja.

Ohut levy germanium, jonka toisella puolella on kovera pinta, vahvistetaan tällä pinnalla olevalla johdinkoskettimella. Germaniumkiekon toinen puoli on alttiina valolle, joka voidaan tarkentaa siihen linssin avulla. Kun käytetään sopivan suuruista polarisoivaa jännitettä, fototransistorin lähtövirta riippuu valaistuksesta. Koska valokennon aktiivinen pinta on hyvin pieni, saadaan hyvä optinen resoluutio. Spektriominaisuus kattaa samanaikaisesti näkyvän valon ja infrapunasäteilyn alueen noin 2 mikronin aallonpituuksille ja enintään noin 15 mikronin aallonpituuksille. Valotransistori on melko tasainen Taajuusvaste 200 kHz asti. On mahdollista saada 0 07 mA/mlm lähtövirta jopa 2K kuormalla.

Valokuvalevyn ja näytteen väliin asetettu valokuvalinssi tarkentaa kohteen pinnan kuvan valokuvauslevyn tasolle. Lisäksi niiden tasojen on oltava yhdensuuntaisia. Tarkennetun kuvan hologrammien merkittävä etu on mahdollisuus saada suurennettu kuva kohteesta ja siten suurempi optinen häiriöreunojen resoluutio.

Jotkin sementiitin tyypit, kuten tertiäärinen sementiitti tai kovettumisen jälkeen terästen rakenteeseen jakautunut cementiitti, paljastuu tällä etsausaineella paremmin kuin etsausaineiden avulla, joiden käsittelyn jälkeen rautakarbidi näyttää tummalta ympäröivän valomatriisin taustalla. . Klemm käytti sitä sementiitin ja -y-faasin havaitsemiseen kovetetuissa rakenteissa. Syövytystä varten ferriittimatriisin epämuodostunutta kerrosta ei tarvitse poistaa. Rakenteen kuva on laadukkaampi, jos sulfidikerrostuma suuntautuu tasaisesti ferriitin koko pinnalle. Tällä menetelmällä voidaan tarkkailla karkaisuprosessin aikana vapautuneen sementiitin koaguloitumisen kehittymistä. Luonnollisesti tutkia pientä määrää sementiittihiukkasia tärkeä on optinen resoluutio.

Perinteisessä valokuvauksessa resoluutio määräytyy erikseen lähetettyjen vetojen enimmäismäärän mukaan 1 mm kuvaa kohden. SISÄÄN digitaalinen valokuvaus resoluutio määräytyy kuvan pikselien lukumäärän mukaan. Mitä suurempi resoluutio, sitä pienempiä yksityiskohtia kamera pystyy välittämään. digitaalisen kuvan resoluutio niihin vaikuttavat optiikan ominaisuudet, kuvanvahvistinputken ominaisuudet ja digitaalisen käsittelykeskuksen prosessorin suorittamat ohjelmistomuunnokset. Se määritetään tavallisella tavalla - ampumalla testiobjekteja DPC:n toistamana rajoittavana spatiaalisena taajuudena.

Matriiseja varten otetaan käyttöön käsitteet "optinen resoluutio" ja "interpolaatioresoluutio".

Matriisin optinen resoluutio kuvaa kaapatun kuvan näytteenottovaihetta. Optinen resoluutio ilmaistaan pikseleinä tuumaa kohden, ppi (pikselsperinch).

Fotomatriisin optinen resoluutio asetetaan kahdella tavalla:

Sen koko pikseleinä vaaka- ja pystysuunnassa;

Sen sisältämien pikselien kokonaismäärä. Esimerkki: kuva, jonka koko on 1600 x 1200 pikseliä tai 1,92 miljoonaa pikseliä.

Optisen resoluution kasvu saavutetaan joko lisäämällä CCD-matriisin kokoa tai pienentämällä solun kokoa.

Useimpien amatöörikameroiden resoluutio on 8-10 miljoonaa pikseliä. Vertailun vuoksi ihmissilmän optinen resoluutio on noin 120 miljoonaa pikseliä, perinteiset 35 mm:n diot, erilaisia arvioita, sisältää 10-20 miljoonaa kuvaelementtiä.

Interpoloinnin resoluutio - Tämä on ohjelmiston optisen resoluution lisäys. Se ei lisää kuvan yksityiskohtia, vaan vain vähentää sen rakeisuutta. Interpoloinnin aikana CCD lukee graafista informaatiota optisen resoluutionsa rajalla. Tämän jälkeen kuvan jokainen pikseli jaetaan useisiin pienempiin pikseleihin, joille määritetään viereisten, itse asiassa luettujen pikselien keskimääräiset väriarvot.

4. Matriisikohina

Matriisin fyysinen koko ja kunkin pikselin koko yksittäin vaikuttavat merkittävästi kohinan määrään. Sitä enemmän fyysinen koko matriisi, mitä suurempi sen pinta-ala ja sitä enemmän valoa siihen putoaa, minkä seurauksena matriisin hyödyllinen signaali on vahvempi ja signaali-kohinasuhde parempi. Näin saat kirkkaamman, korkealaatuisemman kuvan luonnollisilla väreillä. Lisäksi kunkin yksittäisen pikselin suurella koolla pikselit toisistaan erottava eristekerros on paksumpi ja sen läpi tunkeutuu vähemmän varauksia, ts. Vuotovirtoja on vähemmän ja siten vähemmän melua.

CCD-kohinan analogia elokuvissa on rakeisuus.

DR. tekniikka. Tieteet Yu.N. Samarin, MSUP

Skannauskopiointitekniikka, nykyaikaisten skannerien prototyyppi, ilmestyi melko kauan sitten. Jo viime vuosisadan 50-luvulla luotiin elektroniset kaiverruskoneet kohopainolomakkeiden (kliseiden) valmistukseen ja 60-luvulla elektroniset kaiverruskoneet syväpainolomakkeiden ja elektronisten värierottimien ja värikorjainten tuotantoon. Näiden koneiden analysointilaite luki annetulla resoluutiolla kuvan elementti kerrallaan havainnollistavasta alkuperäisestä ja muunsi kuvan optisen tiheyden arvon analogisiksi sähköisiksi signaaleiksi. Näitä signaaleja käsiteltiin ja korjattiin elektronisilla yksiköillä ja ohjatuilla syntetisoijalaitteilla lomakkeita kaivertaessa tai värieroteltuja valokuvalomakkeita tallennettaessa. Pohjimmiltaan näiden koneiden analysointilaitteet olivat ensimmäiset skannerit. Itsenäisiä analysointilaitteita (skannereita) alettiin valmistaa vasta teknisten tietojenkäsittelyprosessien laajan tietokoneistumisen jälkeen. Tämä mahdollisti kuvien tulostusta varten valmistuksen teknologisen prosessin päätoiminnot jakamisen skannerin (visuaalisen tiedon analysointi ja koodaus), tietokoneen (tiedonkäsittely) ja valoladontakoneen (kuvien tulostaminen valokuvamateriaaliin) kesken.

Yleiset tiedot ja tekniset ominaisuudet

Skannereilla voit syöttää tietokoneeseen tasaiselle materiaalille (yleensä paperille, filmille tai valokuvapaperille) esitettyjä kuvia sekä kuvia pienikokoisista kolmiulotteisista esineistä. Kuvaa lukiessaan skanneri ottaa siitä näytteitä kokoelmana yksittäisiä pisteitä (pikseleitä), joilla on eri optinen tiheys. Tieto näiden pisteiden optisista tiheystasoista analysoidaan, muunnetaan digitaaliseen binäärimuotoon ja syötetään järjestelmään jatkokäsittelyä varten (kuva 1). Kuva-analyysi suoritetaan skannaamalla (siis laitteen nimi - skanneri).

Skannausprosessi on se, että siirtämällä kohdistettua valonsädettä voidaan lukea elementti kerrallaan kaksiulotteinen kuva, suunniteltu tarkkailuun heijastuneessa tai läpäisevässä valossa. Valovirta, joka saa amplitudimodulaation vuorovaikutuksen vuoksi kuvan kanssa, voidaan kerätä ja muuntaa sähköinen signaali, sopii lähetykseen, käsittelyyn ja tallennukseen.

Nykyään käytetään pääasiassa suorakaiteen muotoista lineaarista rasteriskannausmenetelmää, jossa yksi skannaussäde liikkuu (avautuu) peräkkäin suoria linjoja pitkin nopea siirtyminen yhden skannausrivin (rivin) lopusta seuraavan alkuun.

Rasteriskannaus muodostuu kahdesta ortogonaalisesta komponentista: horisontaalinen skannaus (x-scan) ja kehysskannaus (u-scan). Jälkimmäinen asettaa vierekkäisten rivien väliset etäisyydet peittämään johdonmukaisesti koko kuvan.

Perus tekniset tiedot skannerit:

Resoluutio (resoluutio);

Värisyvyys;

Herkkyyskynnys;

Dynaaminen alue optiset tiheydet;

Suurin skannausmuoto;

Suurennuskerroin.

Tärkeitä ominaisuuksia skanneri, jotka määrittävät sen käyttöalueen ovat skannaustilat, alkuperäisten skannausmekanismin tyyppi ja jotkut muut tekniset tiedot.

Lupa . Resoluutio (resoluutio), joka kuvaa luettujen kuvaelementtien lukumäärää pituusyksikköä kohti. Yleensä tämän arvon mitat ilmoitetaan pisteinä tuumaa kohti. Fyysinen (laitteisto) resoluutio ja skannerin interpolaatioresoluutio eroavat toisistaan.

Fyysinen resoluutio luonnehtii skannerin suunnittelukykyä kuvanäytteenotossa vaaka- ja pystysuunnassa. Kiinteän polttovälin omaavien tasoskannereiden vaakasuora optinen resoluutio määritellään valoilmaisinryhmän (tai -ryhmien) yksittäisten valoherkkien elementtien lukumäärän suhteeksi skannerin työalueen enimmäisleveyteen. Korkea optinen resoluutio saavutetaan lisäämällä tallennuselementtien tiheyttä tai käyttämällä samanaikaisesti useita valoilmaisimia. Jälkimmäisessä tapauksessa syötekuvan yksittäiset osat yhdistetään automaattisesti tai manuaalisesti. Etäisyys, jolla skannauspäätä siirretään askelmekanismilla, määrittää skannerin pystyresoluution. Syötekuvan pystyresoluutio määrittää nopeuden, jolla valodetektori liikkuu suhteessa alkuperäiseen (tai päinvastoin). Kun resoluutio pienenee, skannausnopeus kasvaa.

Projektioskannereissa, samoin kuin sisään digitaalikamerat optinen resoluutio ilmaistaan yleensä kuvan pisteiden kokonaismääränä, koska otetun kuvan yksityiskohtien aste riippuu skannatun kohteen etäisyydestä tallennuskamerasta. Rumpuskannereiden optinen resoluutio riippuu askelmoottorin ja linssin aukon ominaisuuksista sekä käytetyn valonlähteen kirkkaudesta ja maksimitaajuus rummun pyöriminen.

Monet skannerit tarjoavat mahdollisuuden ohjelmistolla lisätä resoluutiota interpolointi. Tämä ei kuitenkaan lisää kuvan yksityiskohtia, vaan vain vähentää sen rakeisuutta. Interpoloinnin aikana skanneri lukee graafista tietoa alkuperäisestä sen fyysisen resoluution rajoissa ja sisällyttää luotuun kuvakuvaan lisäelementtejä ja määrittää niille viereisten, tosiasiallisesti luettujen pisteiden keskimääräiset väriarvot. Interpoloinnilla voidaan joissain tapauksissa saavuttaa hyviä tuloksia: rasteriobjektien rajat tasoittuvat ja pienet yksityiskohdat näkyvät selkeämmin.

Värisyvyys on bittien määrä, jonka skanneri voi määrittää pisteen digitoinnissa. Skannauksen aikana luetaan analoginen signaali, joka luonnehtii kuvan optista tiheyttä. Analoginen signaali (kuva 2 A) voi ottaa arvoja hyväksyttävien arvojen alueelta. Digitaaliseksi vastineeksi muunnettu signaali on diskreetti hyväksyttyjen arvojen joukon suhteen (kuva 2 b). 8-bittiselle muunnokselle (2 8) on vain 256 tällaista arvoa (kuva 2 V), 12-bittiselle (2 12) 4096, 16-bittiselle (2 16) 65 536. Kaikissa tapauksissa muunnos analoginen signaali digitaaliseen muotoon antaa pyöristysvirheen, joka on joskus puolet vähiten merkitsevän bitin painosta, jota kutsutaan kvantisointikohinaksi.

On huomattava, että jotkut skannerit käyttävät 10-bittistä (1024 harmaasävyä), 12-bittistä (4096 harmaasävyä) tai jopa 16-bittistä harmaasävyä. Kuvankäsittelyohjelmat toimivat kuitenkin vain 8-bittisellä tiedolla. Näiden skannerien etuna on kvantisointikohinan vähentäminen.

Herkkyysraja . Rasteriskannauksella kunkin pisteen kirkkaus voi kestää yhden monista mahdollisia arvoja(kirkkauden asteikot) ja binääriarvolla vain yksi kahdesta. Binääritilassa skanneri muuntaa tiedot vertaamalla sitä tiettyyn kynnykseen (mustan taso). Koska skanneri pystyy erottamaan harmaan sävyt, herkkyyskynnys tulee asettaa niin, että skanneri voi luokitella kuvaelementit mustavalkoisiksi. 8-bittisen rasterikuvan kunkin pikselin kirkkaus ilmaistaan numeroina 0 - 255 (0 valkoinen, 255 musta). Muuntaakseen harmaasävykuvan binäärikuvaksi skannerin on "tietävä" taso (luku), jonka yläpuolella oleva piste katsotaan valkoinen(0) ja alla musta (1). Tätä tasoa kutsutaan herkkyyskynnykseksi.

Riisi. 3. Optisen tiheyden määrittäminen: a - kuva läpinäkyvästi; b - kuva läpinäkymättömältä pohjalta

Dynaaminen alue (optinen tiheysalue) Skannerille on ominaista sen kyky erottaa kuvan vierekkäisten sävyjen väliset siirtymät. Optisen tiheyden D käsitettä käytetään kuvaamaan läpinäkymättömien (heijastavien) alkuperäisten imukykyä ja läpinäkyvien alkuperäisten läpinäkyvyysastetta, ja se ilmaistaan desimaalilogaritmin avulla:

jossa materiaalin (kuvat läpinäkyvästi) läpäisykyky (kuva 3 A), joka luonnehtii sen kykyä absorboida valovirtaa; heijastuskerroin (kuva 3 b), joka kuvaa materiaalin (kuva läpinäkymättömällä pohjalla) kykyä heijastaa valovirtaa; vastaavasti materiaalin läpi lähetetty valovirta ja materiaalista heijastuva valovirta.

Optinen tiheys D = 0,05 vastaa arvoja tai; D = 1 vastaavat arvoja ja ;
jne.

Skannerin optisen järjestelmän epätäydellisyydestä ja valoilmaisimen spektriominaisuuksien epälineaarisuudesta johtuen todellisten skannauslaitteiden parametriarvot ovat aina teoreettisesti mahdollista pienemmät. Käytännössä skannerin dynaaminen alue määritellään erona tummimpien Dmax- ja vaaleimpien Dmin-sävyjen optisen tiheyden välillä, jonka se pystyy erottamaan. Alkuperäisen suurin optinen tiheys luonnehtii skannerin tunnistaman alkuperäisen tummin aluetta, jonka skanneri havaitsee täysin mustiksi. Vastaavasti alkuperäisen optinen vähimmäistiheys luonnehtii skannerin tunnistamaa alkuperäisen vaaleinta aluetta täysin valkoisena.

Mitä laajempi skannerin dynaaminen alue on, sitä enemmän kirkkausasteikkoja se pystyy tunnistamaan ja vastaavasti sitä enemmän kuvan yksityiskohtia se pystyy kaappaamaan. Lähes mahdotonta saada digitaalinen kuva joiden sävytiheys on suurempi kuin 4,0. Ilmeisesti tämän perusteella skannerin optisten tiheysten alue rajoittuu usein juuri tähän arvoon.

Joillakin skannereilla on kyky kalibroida eli mukautua alkuperäisen dynaamiseen tiheysalueeseen. Tarkastellaan tätä erityisellä esimerkillä. Oletetaan, että meillä on CCD-skanneri, joka havaitsee optisen tiheyden 3,2:een asti. Sen avulla meidän täytyy skannata dia, jonka suurin optinen tiheys on 4,0. Skanneri suorittaa alustavan skannauksen analysoidakseen alkuperäisen ja tuottaakseen optisen tiheyskaavion. Tyypillisesti tällainen kaavio näyttää samalta kuin kuvassa 1. 4. Diagrammin analysoinnin jälkeen skanneri suorittaa automaattisen kalibroinnin siirtääkseen sen dynaaminen alue optisten tiheysten havaitseminen. Näin ollen tässä nimenomaisessa tapauksessa "varjojen" häviöt minimoidaan "kohokohtien" merkityksettömien häviöiden vuoksi.

Skannausalue määrittelee enimmäiskoko alkuperäinen tuumina tai millimetreinä, jotka laite voi skannata. Joskus käytetään myös termiä maksimimuoto.

Suurennuskerroin Näyttää (yleensä prosentteina), kuinka monta kertaa alkuperäinen kuva voidaan suurentaa skannauksen aikana. Skannerin tyypistä ja luokasta riippuen tarvittava suurennuskerroin määritetään joko automaattisesti tai käyttäjä asettaa manuaalisesti ennen skannausta. Automaattitilassa skanneriohjain laskee tarvittavan syöttöresoluution alkuperäisen koon ja valitun suurennuskertoimen perusteella.

Resoluutiolla R pisteinä tuumalla (dpi) on matemaattinen riippuvuus, kun otetaan huomioon, että alkuperäinen on skannattava määritetyn laadun saavuttamiseksi: R = LKM,

Missä L tulostusrasterin lineatuuri, jolla jatkotulostus tehdään (lpi); M mittakaavatekijä; TO niin sanottu laatutekijä, jonka arvo vaihtelee välillä 1,5-2.

Skannaustekniikka määräytyy käytettyjen valoilmaisimien (valosähköisten muuntimien) lukumäärän, tyypin ja parametrien perusteella.

Nykyaikaisissa skannereissa käytetään pääasiassa kahdenlaisia valoilmaisimia: valomonistinputkia (PMT) ja latauskytkettyjä laitteita (CCD). Joskus käytetään valodiodeja (PD).

Valomonistinputkia käytetään valoherkkinä laitteina rumpuskannereissa (kuva 5). PMT:t vahvistavat valoa ksenon- tai volkuvasta, joka fokusoidaan kondensaattorilinsseillä tai valokuituoptiikalla erittäin pienelle alueelle alkuperäisestä. Valokennossa valon vaikutuksesta syntyvä valovirta on suoraan verrannollinen tulevan valon voimakkuuteen. valovirta. Valomonistimen erikoisuus valodetektorina on, että dynodijärjestelmän ansiosta suhteellisuuskerrointa voidaan kasvattaa miljoonia kertoja (jopa kahdeksaan suuruusluokkaan). Tulostustarkoituksiin käytettävien PMT:iden spektrialue on myös moitteeton, sillä se kattaa kokonaan valoaaltojen näkyvän spektrin.

CCD-anturi koostuu monista pienistä valoherkistä elementeistä, jotka tuottavat sähkövarauksen, joka on verrannollinen niihin osuvan valon voimakkuuteen. CCD:n toiminta perustuu puolijohdediodin pn-liitoksen johtavuuden riippuvuuteen sen valaistusasteesta.

Yksi CCD-linja voi sisältää useista sadaista useisiin tuhansiin valoherkkiä soluja. CCD-yksikkökennon koko on kriittinen parametri, koska se määrää skannerin resoluution lisäksi myös säilytetyn varauksen maksimiarvon ja siten laitteen dynaamisen alueen. Skannerin tarkkuuden lisääminen johtaa sen dynaamisen alueen kaventumiseen. Vaikka uskotaan, että CCD:iden spektrialueen voi kattaa koko näkyvän spektrin, mutta kuten useimmat puolijohdevalodetektorit, spektrin sininen alue on niille vaikea päästä käsiksi, ja suurin herkkyys havaitaan lähempänä punaista aluetta.

CCD:itä käytetään pääasiassa tasoskannereissa (kuva 6) ja projektioskannereissa sekä digitaalikameroissa. Kahdessa viimeisessä tapauksessa käytetään sekä lineaarisia että matriisi-CCD:itä.

Alkuperäisten skannausmekanismi. Skannerin suunnittelu määräytyy suurelta osin siinä käytetyn valotunnistimen mukaan. Prepress-järjestelmissä käytettävät ammattiskannerit voidaan luokitella seuraavasti (Kuva 7):

Alkuperäisen sijainnin luonteen mukaan: tasoskanneri (tasoskanneri), projektio, rumpuskannerit;

Alkuperäisen liikkeen luonteen mukaan: skannerit liikkuvalla ja paikallaan olevalla alkuperäisellä;

Väriskannerit ovat värillisiä ja mustavalkoisia;

Skannaustilassa: yksivaiheiset skannerit (mustavalkoiset ja värilliset, joissa värillisen alkuperäisen skannaus suoritetaan yhdellä kertaa) ja kolmivaiheiset;

Skannaustekniikalla: skannerit valomonistimilla, yhdellä tai kolmella CCD-linjalla, CCD-matriisilla;

Optisten osien tyypin mukaan, jotka liikkuvat skannauksen aikana (vain litteät skannerit) liikkuvalla lukijalla, liikkuvilla peileillä ja hybridillä, kun sekä lukija että peilit liikkuvat.

Yleisin skannerityyppi on tasoskanneri (tasoskanneri). Lähes kaikissa malleissa on irrotettava kansi, jonka avulla voit skannata paksuja alkuperäisiä (lehtiä, kirjoja). Lisäksi jotkin mallit voidaan varustaa mekanismilla yksittäisten arkkien syöttöä varten, mikä on kätevää, kun työskentelet tekstintunnistusohjelmien OCR (Optical Characters Recognition) kanssa.

Tasoskannerit läpinäkyvien alkuperäisten skannausta varten ne voidaan varustaa diamoduulilla. Diamoduulissa on oma valonlähde ja se asennetaan tasaiselle skannerille kannen sijaan.

Suurin ero rumpuskannereiden välillä on, että alkuperäinen on kiinnitetty läpinäkyvään rumpuun, joka pyörii korkeataajuus. Lukuelementti on sijoitettu mahdollisimman lähelle alkuperäistä. Tämä rakenne tarjoaa korkealaatuinen skannaus. Tyypillisesti rumpuskannereihin asennetaan kolme valomonistinputkea ja skannaus suoritetaan yhdellä kertaa. Jotkut rumpuskannerit käyttävät valodiodia lukuelementtinä valomonistimen sijasta. Rumpuskannerit pystyvät skannaamaan sekä läpinäkymättömiä että läpinäkyviä alkuperäisiä.

Projektioskannereita käytetään skannaukseen korkea resoluutio dioja pieni muoto(yleensä enintään 4 x 5 tuumaa). Rakennuskaavioita on kaksi: vaakasuoralla ja kanssa pystysuora järjestely optinen lukuakseli. Suosituin on pystysuora projektio-skanneri. Saatavilla on myös heijastusprojisointiskannereita läpinäkymättömien alkuperäisten skannaamiseen sekä yleisprojektoriskannereita, joiden avulla voit käyttää mitä tahansa hienoja alkuperäisiä.

Skannerien perussuunnitteluelementit

Skannerin tärkeimmät elementit ja laitteet ovat:

Valonlähde;

Valoilmaisimet;

Kuituoptiset valonohjaimet;

Mikrolinssit ja linssit;

Säteen halkaisuprismat ja peilit;

Valon suodattimet.

Valon lähteet . Skannerit käyttävät valonlähteinä hehku-, loiste-, metallihalogenidi- ja ksenonlamppuja ja lasereita.

Hehkulamppujen valosäteilyn tuotannon perusta on kiinteän aineen kuumennettaessa lähettämä lämpösäteily. Erottuva ominaisuus lämpösäteilijät piilevät spektrin säteilykäyrän jatkuvuudessa ja sileydessä. Termisäteilijän säteilyn värin karakterisoimiseksi käytetään käsitettä Värikäs lämpötila.

Värikäs lämpötila(TC) tämä on täysin mustan kappaleen lämpötila, jossa sen säteilyn väri on sama kuin vertailun lämpösäteilijän säteilyn väri. Päivänvalon värilämpötila on siis 6500 K, hehkulamput volframilangalla 2450 K, kaarilamppu 5500 K. Tämä tarkoittaa, että ehdottomasti musta runko, lämmitetty samoihin lämpötiloihin, lähettää samaa säteilyä kuin luetellut lähteet.

Hehkulamput koostuvat seuraavista peruselementeistä rakenneosat: lasikupu, hehkulanka, hehkulangan pidike ja metallijalusta. U nykyaikaiset lamput Hehkulangan runko on valmistettu volframilangasta, joka on kierretty yhdeksi tai kaksoisspiraaliksi. Volframi on tulenkestävä metalli, joka kestää kuumuutta korkeisiin lämpötiloihin ja tuo lampun säteilyn lähemmäksi valkoista.

Skannereissa käytettävien hehkulamppujen on täytettävä useita erityisvaatimuksia, koska ne ovat osa tarkkuusoptista järjestelmää. Siksi hehkulangan valokeskuksen sijainti ja sen mitat on standardoitu lampuille. Lampuille kohdistuu kasvavia vaatimuksia, jotka koskevat lasisipulien laatua, hehkulankarungon kokoa, muotoa ja sijaintia sekä jalustan suunnittelua. TO tämä tyyppi lamppuihin kuuluvat myös hehkulamput, joissa on jodikierto. Näiden lamppujen polttimot on valmistettu kvartsilasista. Niiden etuja perinteisiin hehkulamppuihin verrattuna ovat huomattavasti pidempi käyttöikä, pienempi kokonaismitat, V korkea kirkkaus hehku ja korkea valotehokkuus.

Loistelamput ovat energiatehokkaampia ja pitkään aikaan hehkulamppuihin verrattuna. Loistelamput, joissa on erityinen fosforivalikoima, lähettävät valoa lähellä päivänvaloa (valkoista). Loisteputkilamppu Se on lieriömäinen lasiputki, jonka molemmissa päissä on juotettu jalat, joissa on kaksi kosketustappia. Pohjassa olevan sylinterin sisällä on kaksinkertaisten volframispiraalien muodossa olevat elektrodit, jotka on päällystetty bariumoksidikerroksella. Lampun sylinteriin ruiskutetaan useita milligrammoja elohopeaa. Elohopeahöyryn, jossa kaasupurkaus tapahtuu, alhainen paine on 0,81,43 Pa. Kaasupurkauksen stabiloimiseksi lamppuun johdetaan inerttejä kaasuja (argon tai krypton). Jauhemaisia loisteaineita levitetään putken sisäpinnalle ohuena, yhtenäisenä kerroksena.

Metallihalogenidilamput lähettävät valoa lähellä päivänvaloa, niillä on korkea intensiteetti, korkea valotehokkuus ja pitkäaikainen palvelut.

Ksenonlamput luokitellaan voimakkaiksi valonlähteiksi. Ne käyttävät raskasta inerttiä kaasua ksenonia kaasuväliaineena, joka tuottaa purkausta suurilla virrantiheyksillä ja korkeilla paineilla. Ksenonpurkauksen säteily muodostaa jatkuvan spektrin, joka lähestyy auringonvalon spektriä. Jälkimmäinen seikka määräsi ksenonlamppujen käytön valonlähteinä valokuvaustöissä ja skannerilaitteiden analysoinnissa.

Laseria käytetään valonlähteenä vain mustavalkoskannereissa, koska se tuottaa monokromaattista valosäteilyä. Mustavalkoisissa skannereissa käytetään muiden valonlähteiden ohella pienitehoisia kaasulasereita: helium-neonia ja argonia.

Valoilmaisimet . Tasoskannereissa käytetään pääsääntöisesti latauskytkettyjä laitelaitteita (CCD) ja rumpuskannereissa valomonistimia ja valodiodeja.

CCD:iden toiminta perustuu MOS-rakennekondensaattoreiden (metallioksidipuolijohteiden) ominaisuuksiin kerätä ja kerätä vähemmistövarauksenkuljettajien paketteja paikallisiin potentiaalikaivoihin pii-oksidi-pii-rajapinnassa. MOS-kondensaattorin rakenne on esitetty kuvassa. 8 A. Esimerkiksi yksikiteinen piisubstraatti, jolla on reikätyyppinen johtavuus, on päällystetty dielektrisellä ja ohuella (~0,1 μm) oksidikerroksella, jonka päällä on metallinen sähköinen portti. Kun tähän elektrodiin kohdistetaan positiivinen jännite substraattiin nähden, suurin osa piikerroksen kantajista (reiät) oksidin rajalla hylätään elektrodista jättäen pintakerroksen. Elektrodin alle muodostuu potentiaalikuoppa, alue, josta suurin osa kantajista on tyhjentynyt. Tämän kaivon "syvyys" riippuu hilajännitteestä U.

Altistuminen valolle johtaa elektroni-reikäparien ilmestymiseen ja vähemmistökantoaaltojen (elektronien) kerääntymiseen potentiaalikaivoon. Kertynyt varaus on verrannollinen valaistukseen ja akkumulaatioaikaan. Kerättyjen varausten suunnattu siirto CCD:hen yhdestä MOS-kondensaattorista lähellä olevaan viereiseen tapahtuu luomalla pitkittäinen sähkökenttä porttien väliin, kun toiseen hilaan syötetään korkeampi jännite. Tämän elektrodin alle muodostuu syvempi potentiaalikuoppa, johon varauspaketti virtaa. Tämä prosessi on kuvattu kuvassa. 8 b, jossa varjostus näyttää potentiaalikaivon täyttöasteen vähemmistökanneilla, eli elektrodin alla olevan varauksen määrän.

Esimerkkinä tarkastellaan MOS-kondensaattorien ketjusta koostuvan muuntimen lineaarista (yksilinjaista) rakennetta. Kuvassa 8 V On esitetty, että yksi solu, joka vastaa yhtä kuvaelementtiä, koostuu kolmesta MOS-kondensaattorista. Vierekkäisten solujen portit on kytketty toisiinsa kolmijaksoisen siirtorekisteripiirin avulla. Metallielektrodeihin syötetyn jännitteen muoto 1, 2 Ja 3 jokaisessa solussa on pulssimerkki. Tämä varmistaa kertyneiden varausten yksisuuntaisen liikkeen lähtölaitteeseen. Oletetaan, että elektrodien alla 1 on kertynyt varauksia, joiden suuruus vastaa valaistuksen jakautumista CCD-viivaa pitkin. Elektrodeihin 2 Ja 3 syötetään vähemmän jännitettä kuin elektrodeihin 1 , varausalueet on eristetty mahdollisilla esteillä. Jos elektrodeihin skannauksen aikana 2 aseta jännite, joka on yhtä suuri kuin elektrodien jännite 1 , potentiaalikuoppa laajenee ja elektronit täyttävät elektrodien alla olevan potentiaalin 1 Ja 2 . Seuraavaksi elektrodien jännite 1 vähenee ja vähemmistökantajat siirtyvät kokonaan elektrodien alle 2 . Tähän mennessä elektrodeilla 3 jännite on alhainen, mikä johtaa välisten varausalueiden eristämiseen erilliset solut hallitsijat.

Siirtääksesi varauksia tietystä kennosta toiseen, sinun on ensin siirrettävä ne elektrodien alle 3 ja sitten elektrodien alle 1 seuraava solu. Tämä tehdään käyttämällä positiivisia kellopulsseja elektrodeihin. Kolmessa jännitteenmuutosjaksossa vaiheissa Ф 1, Ф 2 ja Ф 3 varauskevennys siirtyy johdossa yhden kennon verran. Lähtölaitteessa varausten sarja muunnetaan pulssijännitteeksi, jonka verhokäyrä edustaa kuvasignaalia.

CCD:ssä varauksen kertymisen ja lukemisen prosessit erotetaan ajallisesti. Pyyhkäisy suoritetaan taaksepäin iskua vastaavan ajanjakson aikana. Tässä tapauksessa samanaikainen varausten liike linjaa pitkin tapahtuu ensimmäisestä solusta vasemmalta oikealle ja ulostulokuvasignaali saadaan käänteisessä järjestyksessä, alkaen rivin viimeisestä solusta. Siten suoritetaan itseskannaus - tiedot siirretään varauskytkennän vuoksi muuttamalla MOS-kondensaattorien elektrodien alla olevien mahdollisten kuoppien "syvyyttä".

Nykyään on kehitetty viivoimia, joissa on 8000 solua riviä kohden ja joiden solukoko on 20 mikronia. CCD:ssä on matriisirakenteita, jotka tuottavat kuvasignaalin. CCD-valo-/signaalianturit ovat pienikokoisia, kuluttavat vähän energiaa ja tarjoavat korkean geometrisen tarkkuuden kuvia skannattaessa.

Valomonistinputkia (PMT) ja valodiodeja (PD) käytetään pääasiassa rumputyyppisissä laitteissa. Valomonistin koostuu elektroni-optisesta osasta 1 ja toissijaiset elektronien kertolaskuosat 2 (Kuva 9). Elektronioptisessa osassa valovirta Ф muunnetaan valovirraksi, joka perustuu ulkoiseen valosähköiseen vaikutukseen - valoelektronien emissio valokvanttien vaikutuksesta. Arvo valokatodin integraaliherkkyys (A/lm).

Ohut metallikalvo ruiskutetaan pääty- tai sivuikkunan sisäpinnalle, joka on lähes valoa läpäisevä ja toimii valokatodin (PC) virtalähteenä. Sitten siihen levitetään valoherkkä kerros.

Elektronioptisessa osassa on PC:n lisäksi fokusointielektrodi (FE), kalvo D ja ensimmäinen dynodi D 1 (sekundaaristen elektronien emitteri). Valoelektronit poistuvat PC:stä eri kulmissa sen pintaan nähden ja eri nopeuksilla. Elektrodit FC, FE, D ja D 1 muodostavat sähköstaattisia linssejä, jotka tarkentavat ja kiihdyttävät ensimmäiseen dynodiin D 1 suunnattuja fotoelektroneja.

Toissijainen elektronien kertolaskuosa 2 koostuu useista dynodeista ja kerääjästä TO. Kiihdytysjännitteet syötetään vierekkäisten dynodien väliin ja poistetaan jakajasta 3 . Ensimmäiseen dynodiin D1 osuvat fotoelektronit aiheuttavat sekundaarisen elektroniemission. Toisiopäästökertoimen arvo riippuu dynodin materiaalista ja pintakäsittelystä sekä kiihdytysjännitteestä. Toissijaiset elektronit putoavat toiselle dynodille D2. Toiselta dynodilta kertynyt elektronivirta menee kolmanteen jne. Dynodien edessä on ristikot (ei esitetty kuvassa 9), joiden avulla luodaan sähkökenttä, joka helpottaa sekundäärielektronien fokusointia. Tämän lisäksi ristikot suojaavat dynodiosia toisiltaan. Kaikki PMT-elektrodit saavat virran stabiloidusta lähteestä jakajalla 3, joka syötetään jännitteellä -1500 - -2500 V.

Ihannetapauksessa voidaan hyväksyä toissijaisten päästökertoimien arvot. Sitten valovahvistimen lähdössä on kollektorivirta, missä n toissijaisten elektronien kertolaskuvaiheiden lukumäärä; i 1 =i f valokatodin emissiovirta. Yleensä n = 7-12. PMT:n herkkyyttä ja kertolaskujen määrää rajoittavat pimeä virta ja kohina. Pimeän virran pääkomponentit ovat fotokatodin ja ensimmäisten dynodien lämpövirrat, dynodeista tuleva kenttäemissiovirta, vuotovirta kollektorin napojen ja muiden elektrodien välillä. Kollektorivirran kohina aiheutuu fotoemission, lämpöemission ja sekundäärisen elektroniemission laukauksen vaihteluista. Signaali/kohinasuhde riippuu myös kollektoripiirin kuormitusvastuksen Rн lämpökohinasta. Nykyaikaisissa valomonistimissa on lineaarinen valoominaisuus toimintavalaistusalueella. Valomonistimet ovat melko laajakaistaisia (signaalirintaman kesto valovirran äkillisten muutosten aikana ei ylitä 10 -8 10 -9 s). Tämä tarkoittaa, että PMT:t eivät aseta käytännössä mitään rajoituksia kuvansiirtonopeudelle.

Valodiodit ovat diffuusioliitoksella varustettuja puolijohdelaitteita, joiden toiminta perustuu sisäiseen valosähköiseen efektiin. Valodiodiin syötetään estojännite (käänteinen esijännite). Valodiodin toimintaperiaate on samanlainen kuin aidatulla. puolijohdediodi, käänteinen virta joka muuttuu valovirran Ф vaikutuksesta (kuva 10). Käytetään piivalodiodeja, joiden kvanttihyötysuhde on noin 75 % ja joiden spektrinen herkkyys on suunnilleen tasainen alueella 400-1100 nm. Valon ominaisuus riippuu vähän käytetystä jännitteestä ja on lineaarinen. Käyttöjännite noin 20 V, tumma virta 12 μA, integraaliherkkyys 3 mA/lm. Piivalodiodeilla on pieni inertia valovirrasta riippumatta.

Kuituvaloohjaimet käytetään valoladontakoneissa, skannereissa, tiheysmittareissa ja muissa laitteissa. Ne mahdollistavat valoenergian siirtämisen pitkiä matkoja pitkin kaarevaa reittiä ilman merkittäviä häviöitä (kuva 11). b). Kuituvalojohtimet ovat nippuja, jotka koostuvat suuresta määrästä joustavia lasikuituja (kuva 11). A), jonka halkaisija on alle 30 µm (kuva 11 V). Jokainen kuitu on päällystetty ohuella (2 mikronin) kerroksella, joka heijastaa kuitujen sisältä tulevaa valoa ja estää sitä tunkeutumasta viereisiin kuituihin. Valo etenee kuitua pitkin sisäseinistä useiden heijastusten vuoksi (katso kuva 11). A). Valonohjainnipuilla on pyöreä tai neliömäinen poikkileikkaus. Kuituvaloohjaimia, joissa kuituja on asetettu epäsäännöllisesti, käytetään valosäteilyn välittämiseen ja säännöllisellä kuviolla - kuvien lähettämiseen.

Riisi. 11. Kuituvalojohtimet: a - valon moninkertainen sisäinen heijastus valonohjauskuidussa; b - valon kulku kaarevan kuidun läpi; c - kuituoptisen nipun poikkileikkaus

Valonohjainjärjestelmät noudattavat geometrisen optiikan lakeja kuidun halkaisijan ollessa noin 0,5 mikronia. Pienemmillä halkaisijoilla havaitaan diffraktioilmiöistä johtuvia osan valoenergian häviöitä, jotka aiheuttavat valon kulkua valojohtimen sivupinnan läpi.

Tasaisesti vaihtelevan halkaisijan omaavia valonjohtimia kutsutaan foconeiksi (fokusointikartioksi). Ne voivat olla onttoja tai monoliittisia. Kartiomaisia kuituja käytetään tapauksissa, joissa on tarpeen muuttaa lineaarista lisäystä lähetetty kuva tai säteilyvuon intensiteetti. Yksittäisiä kartiomaisia kuituja voidaan käyttää muodostamaan jäykkiä kartioita, joiden sisääntulon ja ulostulon halkaisijoiden suhde on 1:51:10. Kartion pituus sen tarkoituksesta riippuen vaihtelee useista senttimetreistä useisiin desimetreihin.

Valon kulkiessa kuidussa esiintyy kuitenkin häviöitä, jotka aiheutuvat kuidun päistä tapahtuvista heijastuksista, kuituytimen sisällä tapahtuvasta absorptiosta, sironnasta sen pinnoitteen läpi jne.

Kokonaisvalonläpäisy, huomioiden päissä olevat häviöt, 1 m:n pituudella päällysteessä olevan kuidun (ydin F2 lasi, kuori molybdeenilasi 46) on 60 % ja 3 m pituudella 38 %.

Tunnetaan kuituvalojohtimet, joilla on erilaiset teholliset (kevyt) poikkileikkaukset, yleensä 2,5; 3,5; 7,5; 10 mm tai enemmän. Valjaiden pituus 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000 mm ja enemmän.

Mikro linssit . Objektiivit erittäin lyhyellä polttovälillä, tarjoavat korkea suurennus(jopa 90 kertaa tai enemmän) kutsutaan mikrolinsseiksi. Niitä käytetään mikroskoopeissa, elektronisissa värinerottelukoneissa, tiheysmittareissa ja skannereissa.

Rumpuskannereiden valokuvapäiden analysoinnissa on sallittua käyttää vain apokromaattisia mikrolinssejä, jotka on korjattu kaikille pääpoikkeamatyypeille.

Mikrolinssille kuvatun tilan syväterävyys on erittäin kriittinen, sillä se ymmärretään objektien tilan osaksi, jonka linssi kuvaa terävästi. Kuvatun tilan syväterävyys on suoraan verrannollinen linssin sisääntulopupillin ja kohteen välisen etäisyyden neliöön ja kääntäen verrannollinen sisääntulopupillin halkaisijaan. Mikrolinssit asennetaan hyvin lyhyelle etäisyydelle kuvattavasta kohteesta, joten kuvattavan tilan syväterävyys mitataan vain muutamassa kymmenessä mikrometreissä, mikä asettaa lisävaatimuksia optiseen järjestelmään kuuluvien laitteiden tarkkuudelle.

Tasoskannereissa ja projisointiskannereissa käytetään valokuvauslinssejä, jotka ovat samanlaisia kuin kopiointilinssit.

Säteenjakopeilit ja prismat . Monissa elektronisten värinerottelukoneiden yksiköissä, skannereissa sekä joissakin laitteissa käytetään erityisiä säteilynjakajia, jotka jakavat yhden valonsäteen kahdeksi, etenevät eri suuntiin. Tällaisia säteenjakajia kutsutaan säteenjakajiksi tai läpikuultaviksi peileiksi. Säteen jakavien peilien erikoisuus on, että ne heijastavat osan niihin kohdistuvista säteistä ja välittävät toisen osan. Tällainen peili on hyvin kiillotettu litteä lasilevy, jonka pinnalle levitetään ohut läpikuultava metallikalvo. Valitsemalla tämän kalvon paksuus on mahdollista säädellä laajasti valovirran heijastuneen ja läpäisevän osan suhdetta.

Säteen jakavia peilejä on kahdenlaisia harmaa Ja dikroinen. Harmaat säteen jakavat peilit eivät muuta valonsäteen väriä jaettuna, kun taas dikroiset peilit välittävät valonsäteitä valikoivasti. Dikroisia peilejä käytetään skannereissa, värinerotuskoneissa ja laitteissa valonsäteiden erottamiseen kolmeen spektrialueeseen: siniseen, vihreään ja punaiseen.

Taiteprismoja käytetään säteenjakoelementteinä. Taiteprismoissa säteen tulokulmat tulopinnalla ja niihin liittyvät taitekulmat lähtöpinnalla eivät pääsääntöisesti ole samat keskenään. Tulevan ja taittuneen säteen välistä kulmaa kutsutaan prisman taipumakulmaksi. Taiteprismat hajottavat spektrilaitteeseen tulevan säteilyn monokromaattisiksi komponenteiksi (spektri).

Valon suodattimet . Valonsuodatin on läpikuultava väliaine, joka on suunniteltu sen läpi kulkevan valovirran valikoivaan tai yleiseen absorboimiseen. Optisten ominaisuuksiensa perusteella valosuodattimet jaetaan harmaisiin (tai neutraaleihin), värillisiin ja lämpösuojaaviin.

Harmaat (tai neutraalitiheys) suodattimet absorboivat niiden läpi kulkevaa valoa umpimähkäisesti, eli tuleva valkoinen valovirta absorboituu tasaisesti spektrin poikki säteilyn aallonpituudesta riippumatta.

Värisuodattimet absorboivat niihin tulevaa valoa valikoivasti tulevan säteilyn aallonpituudesta riippuen.

Lämmöltä suojaavat suodattimet nämä ovat joko SZS-merkin erityisestä lämmönkestävästä lasista valmistettuja suodattimia, jotka absorboivat infrapunalämpösäteilyä ja lähettävät säteilyä spektrin näkyvästä osasta lähes vaimenematta, tai läpikuultavia peilejä, jotka on peitetty erityisellä kalvolla, joka välittää näkyvää säteilyä ja heijastaa infrapunaa. .

Lämmöltä suojaavia suodattimia käytetään skannereissa suojaamaan sähköisten valoilmaisimien ei-toivotuilta lämpösäteilyn vaikutuksilta.

Loppuu seuraavassa numerossa