2.11.4. Автоматические графические устройства ввода

Современные автоматические графические устройства ввода применяются при использовании ПЭВМ в САПР, издательских системах, архивах, для факсимильной связи и т. д. Они позволяют не только вводить в ПЭВМ черно-белые графические изображения (чертежи, графики, диаграммы и др.), но и различать градации их яркости («серая шкала»), а также распознавать текст. Лучшие образцы таких уст­ройств ввода позволяют кодировать трехмерную информацию, а также различать цветные изображения. Одной из основных проблем является трудность создания соответствующего программного обес­печения, реализующего эти возможности.

В автоматических графических устройствах ввода используется следящий или сканирующий (развертывающий) метод преобразо­вания. В первом случае рабочий орган устройства ввода отслеживает границу заданной кривой, перемещаясь с постоянной скоростью по оси абсцисс. При этом преобразовываемая кривая представляется в виде числовых значений отклонения рабочего органа по оси ординат.

Во втором случае рабочий орган осуществляет сканирование изо­бражения с некоторым шагом по оси абсцисс, в результате фикси­руются ординаты точек пересечения сканирующим лучом заданной кривой. Широкую популярность приобрели сканирующие устройства ввода - сканеры. Обязательными компонентами сканеров являются рабочий орган считывания, система закрепления или перемещения вводимого документа, устройство управления (контроллер), про­граммные средства.

94

Принцип работы сканеров (рис. 2.11) подобен принципу работы печатающих устройств. В большинстве случаев источник света (светодиоды или лазер) освещает рабочее поле вводимого документа.

Рис. 2.11. Устройство лазерного сканера: 1 - лампа; 2 - оптическая система (линзы, зеркала); 3 - ПЗС-элементы; 4 - документ

Чувствительный к свету рабочий орган движется по изображению (или изображение движется относительно неподвижного рабочего органа) и за счет отраженного света считывает элементы изобра­жения, обычно постранично, которые затем распознаются ПЭВМ и преобразуются в файл, размещаемый в памяти машины. В рабочем органе используются датчики на приборах с зарядовой связью (ПЗС), преобразовывающие оптическое изображение в электрический сиг­нал с разрешающей способностью 10...30 точек/мм и выше.

Лазерные сканеры обладают лучшей разрешающей способностью, чем светодиодные, однако они более дорогостоящие. Желательно, чтобы разрешение рабочего органа было не хуже разрешающей способности дисплея ПЭВМ. При преобразовании полутоновых гра­фических изображений фиксируется до 256 градаций яркости. В этом случае сканер записывает не только информацию об элементе как о черной и белой точках, но и дополнительную. При дискре­тизации полутонов «серой шкалы» применяется упрощение: для аппроксимации полутона элемента изображения используется

95

оп­ределенное число точек. Большее число точек создает иллюзию темного тона, меньшее - белого. Для различения четырех уровней «серой шкалы» необходимо не менее 2 бит дополнительной инфор­мации, при 256 уровнях - уже 8 бит. Для различения трех основных цветов (красного, зеленого и синего) применяются цве­товые фильтры и источники с различным спектром излучения. При вводе полутоновых или цветных изображений необходимо обработать большой объем информации, а это предъявляет определенные тре­бования к характеристикам ПЭВМ.

Сканеры выполняются в основном в четырех различных ва­риантах. В первом используется плоский планшет. Страница вво­димого документа закрепляется на плате из стекла, а рабочий орган движется вдоль страницы. Плоские сканеры удобны при вводе графики, так как страница может быть нестандартного размера. В этом случае точность считывания зависит от точности перемещения рабочего органа. Однако плоские сканеры занимают достаточно много места возле ПЭВМ. В сканерах второго типа рабочий орган неподвижен, а вводимый документ перемещается перед окном рабочего органа. Для движения документа исполь­зуются различные механизмы: барабанного типа, «тракторного» и др. Такие сканеры удобны для ввода многостраничных доку­ментов, поскольку они «чувствуют» страницы. Барабанные ме­ханизмы перемещения уменьшают габаритные размеры и массу сканеров. Достоинством является также возможность ввода до­кументов с рулонного носителя. Все более популярным становится третий тип - «ручные» сканеры. Рабочим органом в них является малогабаритный датчик, размещаемый в руке, который, подобно манипулятору типа «мышь», можно двигать или катить по бумаге. Такие сканеры сравнительно дешевы и позволяют вводить в ПЭВМ информацию со сложных поверхностей реальных объектов. В сканерах четвертого типа датчик считывания

96

включается в регистрирующий орган печатающего устройства или графопо­строителя.

Современные настольные модели сканеров имеют разрешающую способность по полутонам до 16 линий/мм, прекрасно различают шрифты и формуляры. Автоматическая подача позволяет сканерам принимать до 100 страниц. При применении модулей обработки изображения максимальная разрешающая способность повышается до 50...64 точек/мм.

Недостатком автоматических графических устройств ввода яв­ляется то, что при считывании наряду с необходимой информацией вводятся и дефекты оригинала, особенно при считывании старых чертежей.

Дальнейшее расширение функциональных возможностей и об­ластей применения графических устройств ввода в значительной степени связано не только с развитием их технических средств (особенно со снижением стоимости и габаритов), но и с развитием программного обеспечения.