Современные аппаратные средства растровой графики

В этом разделе дается краткий обзор основных устройств, использующих растровое представление для отображения двумерной информации. В качестве примера реализации аппаратных средств для работы с растровой графической информацией рассмотрена архитектура современных компьютеров типа ПК (англ. PC - Personal Computer^{1Изначально они назывались IBM PC, так как производство таких компьютеров было начато фирмой IBM в 1981 году.} ).

2.1. Основные понятия

В предыдущем разделе было рассказано о растре как об абстрактном математическом объекте. При физической реализации растров возникают дополнительные характеристики. Основной из них является Разрешающая способность (англ. resolution) - количество точек физического растра в единице длины. Чаще всего это

• ppi - пикселей на дюйм (англ. pixels per inch^{21 дюйм = 25,4 мм} ).

Также употребляются термины

• dpi - точек на дюйм (англ. dots per inch). Правильно употреблять по отношению к принтерам, хотя широко используется везде вместо ppi.
• spi - проб на дюйм. (англ. samples per inch) Иногда употребляется по отношению к сканерам вместо dpi.

В большинстве случаев пиксели растра расположены равномерно по ширине и высоте, и для таких растров разрешающая способность одинакова по ширине и высоте. Если это не так (для некоторых принтеров и сканеров в частности), то в этом случае обычно пишут " 1200x2400 dpi ", где 1200 - разрешающая способность по горизонтали, а 2400 - по вертикали. Также термин разрешение употребляется в другом смысле - как размер растра в пикселях. Например, " разрешение экрана равно 1280x1024 ".

С точки зрения представления цвета важны два параметра:

• Цветовая гамма, это понятие было введено в предыдущей лекции ( "Основные понятия. Представление цвета в машинной графике" );
• Динамический диапазон (англ. dynamic range) - диапазон уровней яркости для данного устройства. Это понятие пришло из традиционной (пленочной) фото- и видеосъемки, в которой являлось одной из важных характеристик пленки. Важно отметить, что динамический диапазон зависит как от характеристик устройства отображения, так и от способа представления графической информации. Например, типично представление каждого из компонентов цвета в RGB-модели 8 битами, что дает всего 256 возможных уровней яркости.

Достаточно широкой цветовой гаммой обладают плазменные дисплеи и фотографическая пленка, а самой узкой - монохромные устройства (на диаграмме цветности соответствующаяся область вырождается в точку) (см. рис. 1.9).

Для представления графической информации в памяти используется термин Глубина цвета (англ. color depth) - количество информации для представления одного цвета. Измеряется в bpp - bits per pixel (англ. бит на пиксель). Типичные значения: 1 (монохромное изображение), 8, 16, 24, 48.

Более подробно это понятие рассматривается в разделе 2.4.

2.2. Устройства ввода

Сканеры

Сканер - устройство получения изображений высокого разрешения (до 11000 spi). Принцип работы состоит в последовательном освещении сканируемого материала ксеноновой или флюоресцентной лампой и регистрации отраженного цвета ПЗС^{3ПЗС - "Прибор с Зарядовой Связью"} (англ. CCD) матрицей (за исключением барабанных сканеров, где используется фотоумножитель). Если материал является полупрозрачным (например, фотопленка), то он, наоборот, подсвечивается с обратной к сенсору стороны.

По типу сканирования такие устройства классифицируются следующим образом.

• Барабанные сканеры относятся к классу high-end. Сканируемый объект (чаще всего фотопленка) сначала вымачивается в специальном растворе, а затем помещается на барабан, который вращается перед перемещающимся в одном направлении фотоэлектронным умножителем. Эти устройства гораздо более чувствительны, чем ПЗС-матрицы, поэтому и разрешающая способность у них значительно выше - от 4000 до 11000 spi. Глубина цвета - 48 бит/пиксель. Такие сканеры имеют сравнительно крупные габариты.
• Планшетные сканеры - преобладающий на данный момент тип сканеров. Под стеклом одного из стандартных размеров (чаще всего A4; реже A3) находится сканирующая головка, последовательно проходящая всю площадь под стеклом в процессе сканирования. Для сканирования фотопленки в крышку может быть встроена лампа подсветки (что и показано на рис. 2.1). Типичные разрешения - 600-3200 spi. Глубина цвета - до 48 бит/пиксель.
• Протяжные сканеры предназначены для сканирования листов бумаги заданной ширины. Сканирущая головка перемещается только в одном направлении, а протяжной механизм обеспечивает последовательное смещение бумаги относительно сканирующей головки вдоль другого измерения. Такие устройства компактней планшетных сканеров и позволяют сканировать более протяженные в одном измерении материалы.
• Ручные сканеры. Сканирующая головка перемещается над сканируемой поверхностью при помощи руки человека. Соответственно, для данного типа сканеров требуется более сложное программное обеспечение, которое обеспечивало бы правильное совмещение отдельных фрагментов (так как траектория перемещения руки не идеальна). К этому типу относятся самые компактные сканеры в форме авторучки. В связи со сравнительной трудоемкостью и сложностью обработки результатов в последнее время интерес к ним незначителен.
• Слайд-сканеры похожи на планшетные, но предназначены специально для сканирования фотопленки. Важным отличием от первых является отсутствие стекла между сенсором и пленкой. Это важно, так как стекло является дополнительной промежуточной средой, преломляющей световые лучи и, соответственно, вносящей определенные искажения, заметные при сканировании с высоким разрешением.

Рис. 2.1. Планшетный сканер.