Доклад: Сканеры и принтеры, сфера их применения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра истории и теории журналистики

Доклад

Сканеры и принтеры, сфера их применения

студентки II курса

социологического факультета

Пащенко Анастасии

Преподаватель

Жарков Н.Ю.

САМАРА

2010

Сканеры

Сканеры считывают с бумаги, пленки или иных твердых носителей “аналоговые” тексты или изображения и преобразуют их в цифровой формат. Они служат везде: в крупных конторах, где обрабатываются огромные архивы документов, в издательствах и проектно-конструкторских организациях, а также в небольших фирмах и домашних офисах. Насколько широка сфера применения сканеров, настолько много их разновидностей. Цена сканера может составлять от нескольких десятков до десятков тысяч долларов, оптическое разрешение – от 100 до 11000 точек на дюйм (на английском dpi, dot per inch), а скорость сканирования – от 1-2 до 80 с./мин.

Для выполнения тех или иных конкретных задач пригодна отнюдь не каждая модель. Как правило, пригодность сканера определяется совокупностью его технических параметров: конструктивным типом, форматом, разрешением, глубиной цвета, диапазоном оптических плотностей и т.д.

«Зрячесть» сканера

Оптическое разрешение – бесспорно, важнейший критерий оценки сканера. Однако пользователю следует знать, какое разрешение ему необходимо. В целом оно зависит от возможностей устройства, на котором будет воспроизводиться отсканированная картинка, - принтера, типографской офсетной машины или монитора, а также от ее масштаба. Если картинка не подлежит увеличению, то достаточно считать ее с разрешением, равным аналогичному показателю устройства вывода: 96 точек на дюйм для вывода на монитор, 50-200 точек на дюйм для печати на лазерном, струйном аппарате или принтере с термопереносом, 300 точек на дюйм для офсетной печати (60-й растр) или термосублимационного принтера. Чтобы был резерв для обработки, изображения обычно сканируются с разрешением, вдвое превышающим необходимое. Если масштаб картинки увеличивается, то во столько же раз нужно увеличить и разрешение сканирования, поэтому к аппарату, используемому для получения электронных копий небольших оригиналов – слайдов или негативов, предъявляются весьма высокие требования. В частности, чтобы считать 35-мм диапозитив и затем распечатать его в формате А4, следует отсканировать его с оптическим разрешением, по меньшей мере, 1500 точек на дюйм, а с учетом запаса для обработки – 3000 точек на дюйм.

Динамический диапазон сканера

Динамический диапазон сканера измеряется по логарифмической шкале от 0 (абсолютная прозрачность) до 4,0 (абсолютная черная поверхность). Эти числа имеют значение только тогда, когда вам необходимо высококачественное сканирование или вы планируете сканировать большое количество слайдов. Как правило, для фотографий или других плоских предметов (непрозрачных оригиналов) не требуется плотность сканера выше 2,2. В большинстве случаев для такой работы вполне достаточно значения 2,0. Однако для получения высококачественных результатов при сканировании слайдов или пленок (прозрачных оригиналов) вам понадобится сканер с динамическим диапазоном около 3,2. Следует обратить внимание, что шкала измерения, как и сейсмографическая шкала Рихтера, является логарифмической, поэтому оригинал с плотностью 3,0 D темнее оригинала с плотностью 2,0 D в 10 раз. Соответственно, значение 3,3 D соответствует вдвое более темному изображению, чем 3,0 D.

Наряду с физической разрешающей способностью важным критерием оценки считается оптическая плотность, которая означает, что сканер может различать те или иные градации яркости оригинального изображения. Теоретически 12-разрядный сканер может различить больше оттенков, чем 8-разрядный, однако, большая глубина цвета – еще не доказательство высокой оптической плотности. Плотность недорогих устройств, как правило, не сообщается в инструкциях; у профессиональных аппаратов этот показатель равен 3,0 или выше.

Назначение сканера в том, чтобы как можно точнее передать краски оригинала. Монохромные документные сканеры работают в двух цветовых режимах: черно-белом (1 бит/пиксель; лучше всего подходит для сканирования штриховых рисунков и текстов) и в серых полутонах (8, 10 или 12 бит/пиксель). В цветных сканерах к ним добавляется третий – полноцветный RGB-режим (24, 30 или 36 бит/пиксель). Устройство с глубиной цвета 24 бит может различать 16,7 млн. оттенков. Человеческий глаз, воспринимающий столько же цветовых оттенков, не в состоянии уловить разницу между изображениями, полученными с помощью 24- и 36-разрядного сканера.

Разновидность сканеров

Сегодня сканеры выпускаются в четырех конструктивах – ручном, листопротяжном, планшетном и барабанном, причем каждому из них присущи как достоинства, так и недостатки.

Ручные сканеры – обычные или самодвижующиеся – обрабатывают полосы документа шириной около 10 см и представляют интерес, прежде всего для владельцев мобильных ПК. Они медлительны, имеют низкие оптические разрешения (обычно 100 мм на дюйм) и часто сканируют изображения с перекосом. Но зато они недороги и компактны.

В листопротяжном сканере, как в факсимильном аппарате, страницы документа при считывании пропускаются через специальную щель с помощью направляющих роликов (последние зачастую становятся причиной перекоса изображения при вводе). Таким образом, сканеры этого типа непригодны для ввода данных непосредственно из журналов или книг. В целом возможности применения листопротяжных сканеров ограниченны, поэтому их доля на массовом рынке снижается.

Планшетные сканеры весьма универсальны. Они напоминают верхнюю часть копировального аппарата: оригинал – либо бумажный документ, либо плоский предмет – кладут на специальное стекло, под которым перемещается каретка с оптикой и аналого-цифровым преобразователем (однако существуют “планшетники”, в которых перемещается стекло с оригиналом, а оптика и АПЦ остаются неподвижными, чем достигается более высокое качество сканирования). Обычно планшетный сканер считывает оригинал, освещая его снизу, с позиции преобразователя. Чтобы сканировать четкое изображение с пленки или диапозитива, нужно обеспечивать подсветку оригиналов как бы сзади. Для этого и служит слайдовая приставка, представляющая собой лампу, которая перемещается синхронно со сканирующей кареткой и имеет определенную цветовую температуру.

Барабанные сканеры, по светочувствительности, значительно превосходящие потребительские планшетные устройства, применяются исключительно в полиграфии, где требуется высококачественное воспроизведение профессиональных фотоснимков. Разрешение таких сканеров обычно составляет 8000-11000 точек на дюйм и более.

В барабанных сканерах оригиналы размещаются на внутренней или внешней (в зависимости от модели) стороне прозрачного цилиндра, который называется барабаном. Чем больше барабан, тем больше площадь его поверхности, на которую монтируется оригинал, и соответственно, тем больше максимальная область сканирования. После монтажа оригинала барабан приводится в движение. За один его оборот считывается одна линия пикселей, так что процесс сканирования очень напоминает работу токарно-винторезного станка. Проходящий через слайд (или отраженный от непрозрачного оригинала) узкий луч света, который создается мощным лазером, с помощью системы зеркал попадает на ФЭУ (фотоэлектронный умножитель), где оцифровывается.

Принтеры

Принтеры используют для вывода результатов работы (печати). В настоящее время используется четыре принципиальных схемы нанесения изображения на бумагу: матричный, струйный, лазерный, термопереноса. При матричной печати печатающая головка ударяет иглами по бумаге через красящую ленту, изображение формируется в виде точек. При струйной печати печатающая головка выбрасывает через тонкие сопла краску на бумагу. При лазерной печати лазер поляризует поверхность печатающего барабана, к которой прилипают мелкие частицы красящего порошка. Краска наносится на бумагу и при нагреве впаивается в ее поверхность. При термопереносе нагревается поверхность специальной бумаги, и в точках нагрева изменяется цвет с белого на черный. Для точного начертания схем, чертежей используется графопостроитель. Различаются планшетные и барабанные графопостроители. Компьютер управляет специальным карандашом, который чертит линии по поверхности бумаги. В планшетном карандаш передвигается по поверхности в двух направлениях; в рулонном только поперек рулона бумаги, а бумага перемещается вперед-назад.

Принтеры ударного типа (impact printer)

Принтер - устройство для вывода текстовой или графической информации на различные твердые носители. Представляет собой сложный электромеханический аппарат, обеспечивающий формирование изображения, продвижение носителя, подачу красителя и его закрепление на носителе. Существует несколько типов принтеров: матричные, струйные, лазерные, твердочернильные, термосублимационные и так далее. Каждую группу принтеров характеризуют свои отличительные черты, присущие только этому типу устройств вывода информации. Рассмотрим каждую из групп подробнее.

Принтеры ударного действия, или impact-принтеры, создают изображение путем механического давления на бумагу через ленту с красителем. В качестве ударного механизма применяются либо шаблоны символов (механизм печатающей машинки), либо иголки, конструктивно объединенные в матрицы.

1. Барабанные построчные принтеры

Первые модели печатающих устройств для вывода информации конструктивно представляли собой модернизированные варианты электрических пишущих машинок и применялись в 60 - 70-х годах в основном для диалогового ввода - вывода небольшого количества данных. Основным типом устройств для вывода массовой информации в то время были построчные печатающие устройства барабанного типа, использующие механизм, состоящий из символьного барабана, красящей ленты, системы продвижения перфорированной бумажной ленты (обычно рулонной либо сфальцованной в стопу) и ударных пуассонов. На символьном барабане размещены выпуклые изображения символов (обычно строками по 120 одинаковых символов). При вращении барабана символы проходят между бумагой, красящей лентой и пуассоном. Удар пуассона, синхронизированный с прохождением требуемого символа, оставляет на бумаге отпечаток. Таким образом, одна строка печатается за один оборот символьного барабана, что обеспечивает весьма высокое быстродействие (5 - 20 строк в секунду).

2. Матричные принтеры

В матричных принтерах (dot matrix printer) изображение формируется иголками, расположенными в головке принтера, и активизируется электромагнитным методом. Каждая ударная иголка приводится в движение независимым электромеханическим преобразователем на основе соленоида. Головка двигается по горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем. Печать выполняется как при прямом, так и при обратном проходе печатающей головки. Бумага продвигается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента. У большинства моделей принтеров красящая лента заключена в специальный пластмассовый корпус, называемый картриджем, который различается по величине и форме для различных моделей. Красящая лента находится внутри корпуса картриджа в виде бесконечной ленты Мебиуса.

Качество печати матричных принтеров определяется количеством иголок в печатающей головке. В головке 9-игольчатого принтера находятся 9 иголок, которые располагаются вертикально в один ряд. Диаметр одной иголки около 0,2 мм. Благодаря горизонтальному движению головки принтера и активизации отдельных иголок напечатанный знак образует как бы матрицу, причем отдельные буквы, цифры и знаки "заложены" внутри принтера в виде бинарных кодов. Для улучшения качества печати каждая строка пропечатывается два раза, при этом увеличивается время процесса печати и имеется возможность смещения при втором проходе отдельных точек, составляющих знаки. Качество печати 9-игольчатых принтеров оставляет желать лучшего, но для распознавания букв этого достаточно. Дальнейшим развитием 9-игольчатого принтера являлся 18-игольчатый, который имел два ряда по девять иголок. В 24-игольчатом принтере, ставшим современным стандартом матричных принтеров, иголки располагаются в два ряда по двенадцать штук так, что они в соседних рядах сдвинуты по вертикали. За счет этого точки при печати изображений перекрываются. В 24-игольчатых принтерах имеется возможность перемещения головки дважды по одной и той же строке, что обеспечивает печать на уровне машинописного качества LQ (Letter Quality).

Разновидностью принтеров ударного действия является строчный принтер, у которого печатающая головка выполнена в виде планки, укомплектованной иголками по всей длине. Таким образом, при печати изображения матрица, соответствующая строке, полностью переносится на бумагу. За счет того, что строка печатается целиком за один раз, такие принтеры обеспечивают скорость печати до 20 страниц в минуту.

Некоторые модели 24-игольчатых матричных принтеров обладают возможностью цветной печати за счет использования многоцветной красящей ленты, при этом микропроцессор принтера формирует сигналы для управления иглами печатающей головки принтера в соответствии с таблицей цветности. Достигаемое при этом качество цветной печати значительно уступает качеству печати струйного принтера, но является вполне приемлемым для печати деловой графики (таблиц, диаграмм и так далее).

К числу несомненных преимуществ матричных принтеров относится возможность печати одновременно нескольких копий документа с использованием копировальной бумаги. Существуют специальные матричные принтеры для одновременной печати пяти и более экземпляров, которые предназначены для эксплуатации в промышленных условиях и могут печатать на карточках, сберегательных книжках и других носителях из плотного материала. Кроме того, многие матричные принтеры оборудованы стандартными направляющими для обеспечения печати в рулоне и механизмом автоматической подачи бумаги, с помощью которого принтер самостоятельно заправляет новый лист.

Достоинствами матричных принтеров являются:

дешевизна расходных материалов;

долговечность работы;

низкая себестоимость печати;

относительная дешевизна матричных принтеров формата А3

Матричные принтеры обеспечивают скорость печати до 400 знаков в секунду, обладают разрешением 360 х 360 точек на дюйм, оборудованы оперативной памятью небольшого объема - порядка 64 - 128 Кбайт.

Существенным недостатком матричных принтеров является шум, который достигает 58 дБ. Для устранения этого недостатка в отдельных моделях предусмотрен так называемый тихий режим, однако такое понижение шума приводит к снижению скорости печати в два раза. Другое направление борьбы с шумом матричных принтеров связано с использованием специальных звуконепроницаемых кожухов.

Струйные принтеры

Главным элементом струйного принтера является печатающая головка, состоящая из сопел, к которым подводятся чернила. Число сопел находится в диапазоне от 16 до 64, а иногда достигает нескольких сотен. Чернила подаются к соплам за счет капиллярных свойств и удерживаются от вытекания за счет сил поверхностного натяжения жидкости. В головку встроен специальный механизм, позволяющий выбрасывать из сопла микроскопическую капельку чернил. Печатающая головка при печати перемещается поступательно слева направо, отпечатав строку, перемещается вниз по листу. Работают эти принтеры практически бесшумно. В зависимости от устройства этого механизма различают принадлежность принтера к тому или иному классу.

Струйные принтеры подразделяются на устройства непрерывного действия (continuous drop) и дискретного (drop-on-demand) действия. Ввиду менее высокой цены более распространенными являются принтеры второго типа, которые в свою очередь подразделяются на следующие:

пьезоэлектрические (piezo-ink) - Epson, Brother;

пузырьковые (bubble-jet) - Hewlett-Packard, Canon, Lexmark

Каждый из этих двух способов по-своему привлекателен, однако каждый из них не лишен недостатков.

Пьезоэлектрическая технология дешева, отличается надежностью, так как не используется высокая температура. Этот способ менее инерционен, чем нагрев, что позволяет повысить скорость печати.

Пузырьковая (термическая) технология связана с высокой температурой. При высокой температуре нагреватель со временем покрывается слоем нагара, поэтому в принтерах, использующих эту технологию, печатающая головка довольно часто выходит из строя. В таких случаях она вместе с резервуаром для чернил образует конструктивный единый узел. Достоинством этого типа принтеров является долговечность, исключая печатающие головки, которые быстро изнашиваются и заменяются вместе со сменой чернильного картриджа, а недостатком - низкая резкость получаемых отпечатков.

Цветные струйные принтеры

Цветные струйные принтеры имеют более высокое качество печати по сравнению с игольчатыми цветными принтерами и меньшую стоимость по сравнению с лазерными. Цветное изображение получается за счет использования, то есть наложения друг на друга, четырех основных цветов. Уровень шума струйных принтеров значительно ниже, чем у игольчатых, поскольку его источником является только двигатель, управляющий перемещением печатающей головки. При черновой печати скорость струйного принтера значительно выше, чем у игольчатого, при печати с качеством LQ скорость составляет 3 - 4 (до 10) страницы в минуту. Качество печати зависит от количества сопел в печатающей головке - чем их больше, тем выше качество. Большое значение имеет качество и толщина бумаги. Основной недостаток струйного принтера - возможность засыхания чернил внутри сопла, что приводит к необходимости замены печатающей головки.

Печать цветных изображений на струйных принтерах происходит путем смешения четырех основных цветов - голубого, пурпурного, желтого и черного. Эти цвета часто называют базовыми триадными, а в полиграфии это называется цветовой моделью CMYK (от англ. названий - Cyan, Magenta, Yellow, black). В дорогих моделях принтеров используются дополнительно два цвета - либо светло-голубой и светло-пурпурный, либо оранжевый и зеленый. Такие модели называют фотопринтерами и отличаются повышенным качеством цветопередачи. Хороший струйный фотопринтер представляет собой приемлемую альтернативу дорогим цветным лазерным устройствам.

Фотоэлектронные печатающие устройства

Фотоэлектронные способы печати основаны на освещении заряженной светочувствительной поверхности промежуточного носителя и формировании на ней изображения в виде электростатического рельефа, притягивающего частицы красителя, которые далее переносятся на бумагу. Для освещения поверхности промежуточного носителя используют:

в лазерных принтерах - полупроводниковый лазер;

в светодиодных - светодиодную матрицу;

в принтерах с жидкокристаллическим затвором - люминесцентную лампу

1. Лазерные принтеры

Эти устройства обеспечивают более высокое качество, чем струйные принтеры. Принцип действия лазерного принтера основан на методе сухого электростатического переноса изображения, предложенном Ч.Ф. Карлсоном в 1939 году.

Основным элементом конструкции лазерного принтера является вращающийся барабан, служащий промежуточным носителем, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Принтер является постраничным, так как формирует для печати полную страницу. Барабан представляет собой цилиндр, покрытый тонкой пленкой светопроводящего полупроводника (оксид цинка или селен). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд, что обеспечивается с помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области, называемой короной. Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Развертка изображения происходит так же, как и в телевизионном кинескопе: движение луча по строке и кадру. С помощью вращающегося зеркала луч скользит вдоль барабана и изменяет его электрический заряд в точках падения. Размер заряженной точки зависит от фокусировки луча лазера с помощью объектива. Таким образом, на барабане, промежуточном носителе, возникает скрытая копия изображения в виде электростатического рельефа.

На следующем этапе на фотонаборный барабан наносится тонер - краска, состоящая из мельчайших частиц. Под действием статического заряда эти частицы притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение в виде рельефа красителя. Бумага втягивается из подающего латка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Перед подходом к барабану бумаге сообщается статический заряд. Затем бумага соприкасается с барабаном и притягивает благодаря своему заряду частички тонера, ранее нанесенные на барабан. Для фиксации тонера страница вновь заряжается и пропускается между двумя роликами с температурой около 180 0С. После окончания печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших частиц, готовясь для печати следующей страницы.

Цветное изображение с помощью лазерного принтера получается по стандартной схеме CMYK. Это фактически четыре черно-белых аппарата с одним общим фотобарабаном. Изображение формируется на светочувствительной фотоприемной ленте последовательно для каждого цвета, имеются четыре емкости для тонеров и от двух до четырех узлов проявления.

2. Светодиодные принтеры

Основаны на том принципе действия, что и лазерные. Конструктивным различием является то, что барабан освещается не лучом лазера, а неподвижной диодной строкой, состоящей из 2500 светодиодов, которая описывает не каждую точку, а целую строку.

3. Принтеры с жидкокристаллическим затвором

В качестве источника света служит люминесцентная лампа. Свет лампы управляется жидкокристаллическим затвором, прерывателем света, который выполняет команды драйвера. Скорость печати такого принтера ограничена скоростью срабатывания жидкокристаллического затвора и не превышает 9 листов в секунду.

Принтеры других технологий

Несмотря на то, что лазерные и струйные принтеры доминируют на рынке, существуют и другие технологии печати. Технология твердых чернил занимает значительную долю рынка, так как предлагает продукцию хорошего качества в широком ассортименте, в то время как термовоск и сублимация красок играют важную роль в специализированных областях печати.

Твердые чернила

Твердочернильные принтеры были разработаны в попытке устранить основные недостатки цветных лазерных принтеров, а именно низкую скорость печати за счет совершения четырех проходов барабана по бумаге. Отпечаток, сделанный на твердочернильном принтере, получается немного зернистым из-за физических свойств красителя, зато очень насыщенным и хорошо передающим полутона. Восковые чернильные палочки расплавляются, а затем смесь впрыскивают на передающий барабан, откуда она через отверстия попадает на бумагу, где практически мгновенно застывает.

Твердые струйные принтеры дешевле, чем аналогичные цветные лазерные. Однако они не так хороши для графики и текста.

Сублимация красок

В основу действия сублимационных принтеров положен термоперенос красителя с помощью испарения с последующим его внедрением в специальную бумагу с полистирольным покрытием. При этом получается довольно высокое качество, близкое к фотографическому.

Вместо того, чтобы распылять чернила через сопло на страницу, как это делают струйные принтеры, принтеры сублимации красок используют для переноса краски пластиковую пленку. Она имеет форму рулона или ленты и содержит последовательные изображения составных цветов - синего, бордо, желтого и черного. Передающая пленка проходит по тепловой печатающей головке, состоящей из тысяч нагревающихся элементов. Высокая температура заставляет краски на пленке сублимироваться - превращаться в газ, без жидкой фазы, и краска в форме пара поглощается бумагой. Когда чернила попадают на бумагу, они размываются. Этот эффект позволяет принтеру создавать непрерывные тона цвета, смешивая чернила.

Термовоск

Технология, родственная сублимации красок. Принтеры используют рулоны пластиковой пленки CMYK, покрытой красителями на основе воска. Тысячи нагревательных элементов на печатающей головке заставляют воск таять и покрывать бумагу.

Термоавтохром

Термоавтохром (ТА) появился сравнительно недавно. Этот процесс печати более сложен. Бумага ТА содержит три слоя пигмента - синий, бордовый и желтый, каждый из которых обладает чувствительностью к специфическому диапазону температур. Принтер оборудован тепловыми и ультрафиолетовыми головками, и печать производится в три этапа. При первом этапе бумага нагревается до температуры, необходимой для активации желтого пигмента, далее облучается ультрафиолетом перед прохождением на следующий цвет (бордо, синий).

Литература

1. Бешенков С. А, "Информатика". Учебное пособие - Екатеринбург: Уральский государственный педагогический университет, 1995 г.

2. Алексеев А.П. "Информатика". Учебник - Издательство: "СОЛОН-Р", 2002 г.

3. Максимов Н.В. "Информатика". Учебное пособие - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2003 г.

4. Курбаков К.И. "Основы информатики". Учебное пособие - М.: ЭКЗАМЕН, 2004 г.

5. Хохлова Н.М. "Информационные технологии". Учебное пособие - М.: Приориздат, 2004 г.

6. Бройло В.Л. "Архитектура ЭВМ и систем". Учебник - СПб: Питер, 2006 г.