CADmaster

Где-то в сентябре этого года позвонил наш давний клиент, пользователь двух широкоформатных сканеров Contex, и рассказал, что некая фирма пригласила его ознакомиться с новым оборудованием. Речь шла о широкоформатных сканерах, в которых использована так называемая CIS-технология. «…Рассказывают очень красиво, подробно описывают технологию, приводят сравнения с технологией CCD, но на прямой вопрос, с кем из пользователей, работающих с таким оборудованием, можно пообщаться, вежливо ушли от ответа, пригласив в свой офис. Очень хотелось бы подробнее узнать, чем же в действительности отличаются эти две технологии…» Вопрос поставлен, будем отвечать. Намеренно не называя имен, попробую максимально подробно и объективно разобраться во всех плюсах и минусах обеих технологий.

Телефонный звонок в компанию, упомянутую нашим пользователем, по сути, закончился ничем. В каталоге фирмы значились сканеры на базе и CCD-, и CIS-технологии. Поначалу это порадовало (вот сейчас всё и выясним), но надежда быстро развеялась. После беседы о CCD-сканерах хотелось выбрать именно их, а убедительные доводы о преимуществах CIS меняли точку зрения на противоположную. В общем, обычный прием менеджера отдела продаж: «о чем спрашивают, то и пытаемся продать».

Поэтому пришлось вспомнить физику, засесть за умные книжки и на некоторое время погрузиться в детальное изучение CCD- и CIS-технологий. Несмотря на то что эта область знаний была мне хорошо знакома, я, поверьте, открыла для себя много нового, ранее неведомого.

Три года работы в компании Consistent Software с широкоформатными сканерами Contex не прошли даром — о технологии CCD я знаю не понаслышке: изучала, видела результаты, слышала массу положительных отзывов от пользователей. Что же касается технологии CIS, ее использование в широкоформатных профессиональных сканерах началось совсем недавно, поэтому достоверной информации об их надежности, а также долговечности узлов и агрегатов пока нет. Однако тот факт, что динамический диапазон CIS-сканеров уменьшается на треть примерно через 500 часов работы, а CCD-сканеры работают до 10  000 часов без заметного ухудшения характеристик, явно говорит в пользу последних. Кроме того, в CCD-сканере каждую деталь (лампу, зеркало, призму, оптику) в случае необходимости можно заменить отдельно, а в сканере с технологией CIS вся матрица с диодами меняется только целиком, а ведь это фактически полсканера! И тем не менее попробуем сравнить обе технологии с научной точки зрения.

1. CCD (Charge-Coupled Device) — технология считывания данных на основе датчиков ПЗС (прибор с зарядовой связью).

Принцип работы CCD-сканера

В широкоформатных рулонных (протяжных) сканерах датчики (ПЗС) и источник света неподвижны — вращаются только ролики протяжного механизма. В процессе сканирования оригинал освещается источником излучения (сбалансированными по цвету флуоресцентными лампами), после чего отраженный (преломленный) свет с помощью специальной оптической системы направляется на линейку светочувствительных элементов, которые преобразуют интенсивность принимаемого света в соответствующее значение напряжения. Аналоговый сигнал превращается в цифровой, и в этом виде информация об изображении передается в компьютер. Датчики ПЗС представляют собой твердотельный электронный компонент, состоящий из множества крошечных светочувствительных элементов, которые формируют электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего на них света. В основу работы ПЗС положена зависимость p-n-перехода обыкновенного полупроводникового диода от степени освещенности. Во многих широкоформатных сканерах (Contex, Vidar, CalComp) ПЗС-камеры выполнены по технологии All-Digital camera: на выходе они уже имеют цифровой сигнал, что гарантирует минимум шума и расширенный динамический диапазон.

Некорректированный профиль обработки сигнала

Скорректированный профиль обработки сигнала в сканерах Contex

К примеру, в сканерах Contex динамическая система обработки сигнала обеспечивает компенсацию пыли на зеркалах (как бы «чистит грязь»).

Принцип работы CIS-сканера

2. CIS (Contact Image Sensor) — технология, при которой приемный элемент состоит из линейки датчиков (нескольких одинаковых сканирующих матриц), непосредственно воспринимающих световой поток от оригинала. В таких сканерах полностью отсутствует оптическая система (зеркала, призма, объектив), приемный элемент равен по ширине рабочему полю сканирования, а оригинал освещается линейками светодиодов трех цветов — красного, зеленого и синего. Таким образом, каждую точку изображения подсвечивает свой светодиод и распознает свой сенсор, при этом чем меньшее расстояние между соседними сенсорами, тем выше оптическое разрешение сканера. Механизм подачи оригинала в рулонных широкоформатных CIS-сканерах в целом такой же, как в CCD, поэтому погрешность сканирования при позиционировании и протягивании бумаги определяется исключительно точностью механики, которую может гарантировать тот или иной производитель оборудования.

Одним из заявленных преимуществ CIS-технологии в сравнении с CCD является меньший вес, обусловленный отсутствием оптической системы. Кстати, именно поэтому производство такого оборудования обходится дешевле. Если вы покупаете домой планшетный сканер А4, то, возможно, обратите внимание на его габариты (как правило, на толщину), но когда приобретаете сканер формата А0, по-моему, это не столь принципиально. Сканер — не фотоаппарат, при выборе которого задумываешься, поместится ли он в карман. Профессиональное оборудование такого класса чаще всего устанавливается на предприятии стационарно, и его перемещение осуществляется крайне редко, поэтому при сравнимых внешних габаритах разница в весе на 5−10 кг здесь несущественна. А вот на такие важные параметры, как глубина резкости и глубина цвета, нельзя не обращать внимания.

Глубина резкости — расстояние от светочувствительных элементов до оригинала, обеспечивающее резкость изображения. Эта величина может колебаться от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, и, естественно, чем она выше, тем лучше. Глубина резкости CCD-сканеров в несколько раз больше, нежели у CIS-сканеров: при сканировании, например, объемных объектов или не очень ровных планшетов с использованием CIS-технологии изображение получится нерезким и размытым. Именно поэтому в CIS-сканерах оригинал должен быть достаточно плотно прижат к самим датчикам, что не позволяет сканировать ветхие и потрепанные материалы без риска их повреждения.

Глубина цвета отражает такую потребительскую характеристику сканера, как цветопередача. Как правило, цветовое разрешение сканеров указывается в битах, что на деле означает лишь количество интервалов, на которые будет разбит весь диапазон воспринимаемых цветов. Фактически же глубина цвета зависит от качества аналого-цифрового преобразователя и матрицы. Слабая фокусировка, обусловленная отсутствием оптики, и небольшие зазоры между соседними матрицами в CIS-сканерах не мешают сканированию текста и схематичных монохромных изображений, но вот для работы с полноцветной графикой или плохими синьками больше подойдет сканер, построенный на основе традиционной CCD-технологии. Ведь не случайно качество фотографий, выполненных зеркальной камерой, значительно выше качества снимков, сделанных с помощью «мыльницы». CCD-сканеры различают уровни оттенков ±20%, тогда как CIS — аж ±40%. Поэтому для пользователя очевидно, что применение CCD-технологии позволяет намного достовернее передавать цветовые нюансы.

Попробую проиллюстрировать это с помощью простого примера. Для представления цветопередачи любого устройства используются цветовые профили. Большинство производителей оборудования прилагают к своим сканерам и плоттерам наборы ICC- или ICM-файлов, позволяющие программам обработки изображений осуществлять корректную цветопередачу при отображении и печати. Профили содержат описание цветового пространства, которое «видит» сканер или может напечатать конкретный плоттер. Сравним цветовые пространства (Gamut), предоставляемые современными сканерами типов CCD и CIS и современным струйным плоттером, в системе координат CIE Lab с одинаковым масштабом.

Цветовые пространства CCD-сканера, CIS-сканера и струйного плоттера

Из объема фигур очевидно, что количество цветов, воспринимаемых сканерами, существенно превышает количество цветов, передаваемых при печати. Высота фигуры в этом ракурсе фактически означает диапазон яркости, а ее ширина — показатель насыщенности или цветности получаемых изображений. Несомненно, что у CIS-сканера объем фигуры меньше, чем у CCD-сканера, в результате чего он обеспечивает меньшую контрастность при сканировании бледных или темных синек и, соответственно, худшую цветопередачу при копировании фотореалистичных изображений. Теперь совместим все три фигуры.

Очевидно, что если CCD-сканер «видит» все цвета, которые может напечатать плоттер, то CIS-сканер не воспринимает часть спектра (зеленая и желтая фигуры). В результате — потеря цветопередачи при копировании на плоттер фотореалистичных изображений

Широкоформатные рулонные сканеры, использующие CCD-технологию, на сегодняшний день усовершенствованы настолько, что такие плюсы CIS-технологии, как «устойчивость к внешним воздействиям, включая вибрацию» и «отсутствие времени прогрева», уже не являются преимуществами. Например, проверка сканера Contex Cougar 25″ в НИИ ТП на виброплатформе дала очень хорошие результаты. Кроме того, многие широкоформатные CCD-сканеры (Contex, Vidar) поставляются с современной системой автоматического обслуживания. Что касается отсутствия времени на прогрев, то те же производители используют совершенную систему управления мощностью — Advance Power Management, обеспечивающую быстрое достижение, контроль и поддержку оптимальной рабочей температуры сканера, при которой уровень шумов приемников ПЗС наиболее низок. Система управления мощностью настолько совершенна, что позволяет оставлять сканер на ночь в дежурном режиме малого потребления энергии, запрограммировав его автоматическое включение к определенному времени. Таким образом, сканер оказывается готов к работе в любой момент.

Одним из наиболее критичных показателей в области ГИС (например, при сканировании топографических карт, имеющих линии небольшой толщины и подверженных геометрическим искажениям) является точность. Ранее считалось, что отсутствие оптической системы в технологии CIS обеспечивает более высокую точность при сканировании (±0,1%). Но сегодня и эти границы стерты. Такие производители широкоформатных сканеров, как Contex, довели геометрическую точность сканирования до того же уровня 0,1% (или ±1 пиксель для любых двух точек на изображении) при помощи так называемого алгоритма исправления погрешности линз ALE (Accuracy Lens Enhancement). Что касается дальнейшей работы с картой, практика показывает, что геометрическая калибровка изображения требуется в любом случае и должна производиться с помощью специализированного программного обеспечения.

Кстати, давайте поговорим о программном обеспечении. Как правило, приобретая планшетный сканер для домашнего использования, вы не обращаете внимания на вложенную в коробку программу. Вам достаточно, чтобы она позволяла сканировать и сохранять изображения в файл и, возможно, производила минимальный набор операций по его обработке. Совершенно другие требования предъявляются к программному обеспечению, поставляемому с широкоформатным сканером. Простенького TWAIN-драйвера в этом случае недостаточно. На что необходимо обратить внимание прежде всего? В стандартную поставку сканера очень часто входит минимальный набор программного обеспечения, возможностей которого вам заведомо не хватит. Остальное — за отдельную плату, порой сравнимую с ценой самого устройства. С моей точки зрения, широкоформатный сканер приобретается для ввода и обработки сотен и даже тысяч оригиналов. Он не должен простаивать, в противном случае срок его окупаемости возрастает в 2−3 раза. При этом сканированные изображения почти всегда требуют дополнительной обработки, которую удобнее и эффективнее производить на других компьютерах, в том числе ночью, в отсутствие оператора. Вывод: программное обеспечение должно обеспечить возможность напрямую работать со сканером и организовать распределенную пакетную обработку изображений в вашей локальной сети.

В качестве примера приведем типовую схему пакетной обработки сканированных изображений у сканеров Contex.

Типовая схема пакетной обработки сканированных изображений у сканеров Contex

Обязательно обратите внимание на наличие набора функций обработки и редактирования изображений, возможность их приведения к стандартным форматам бумаги перед выводом на принтер. Зачастую стандартное сканирующее ПО ограничивается процедурами удаления «мусора», поворотов, устранения перекоса и минимумом команд рисования. Опыт нашей компании свидетельствует, что спектр необходимых операций гораздо шире и должен включать два-три десятка автоматических команд обработки. Если вам при копировании на плоттер важна правильная цветопередача, поинтересуйтесь, предусмотрена ли возможность цветовой калибровки пары «сканер-плоттер» и обеспечивается ли поддержка стандартных ICC-профилей. При наполнении электронного архива вам будут необходимы гибкая процедура автоименования файлов, извлечение из чертежа атрибутивной информации и настройка передачи этих данных в вашу СУБД. Таковы основные советы по оценке возможностей программного обеспечения, входящего в поставку сканера.

Если вы уже собрались приобрести широкоформатный сканер, но затрудняетесь с выбором конкретной модели, очень надеюсь, что эта статья поможет вам определиться и объективно оценить информацию, которую вам предоставят в компаниях, предлагающих подобное оборудование. Но что бы вам ни говорили, рекламируя ту или иную модель, в конечном итоге решать свои конкретные задачи предстоит именно вам. Поэтому критерии «дешевле», «легче», «компактнее» вряд ли применимы тогда, когда важен качественный конечный результат. Это в равной степени относится ко всему «железу». Если же применять традиционное соотношение «цена-качество», то, будем объективны, в настоящее время у CCD-сканеров этот показатель существенно выше. Однако совершенно очевидно, что требования к сканеру, обрабатывающему текстовые страницы, чертежи и схемы, отличаются от требований к устройству, предназначенному для сканирования синек и оцифровки карт, а тем более — фотографий и полноцветной графики. В заключение хотелось бы привести сравнительную таблицу характеристик предлагаемых в России широкоформатных сканеров, используемых в различных областях ¹.

Желаю удачи, выбор — за вами.

Скачать статью в формате PDF — 309.1 Кбайт