اسکنر ها چگونه کار می کنند؟

در طول چند سال گذشته اسکنر ها به یکی از مهمترین اجزای دفاتر اداری تبدیل شده اند. دستگاه هایی که فناوری نهفته درون آن ها در بسیاری از زمینه ها ریشه انداخته است. اساس کار یک اسکنر بر تجزیه و تحلیل یک سند پرینت شده حاوی متن یا عکس یا حتی تشخصی متون آن توسط فناوری OCR و ارسال آن به کامپیوتر جهت ویرایش یا ذخیره در یک فایل است.

اسکنر ها را می توان در انواع زیر دسته بندی کرد:

• اسکنر های مسطح که اسکنر های رومیزی نیز نامیده می شوند. (در واقع این مقاله نیز بر پایه همین دسته از اسکنر ها خواهد بود).
• اسکنر تغذیه کاغذ که از لحاظ سیستم داخلی مشابه اسکنر مسطح بوده با این تفاوت که اسکنر ثابت، و سند متحرک است. این دسته از اسکنر ها به پرینترهای کوچک قابل حمل نیز شباهت دارند.
•  اسکنر های دستی که از همان فناوری به کار رفته در اسکنر های قبل استفاده کرده با این تفاوت که به جای استفاده از موتور پیشران برای حرکت دادن کاغذ یا اسکنر از از نیروی دست برای حرکت بر روی سند استفاده می کند. این نوع از اسکنر ها عموما کیفیت خروجی خوبی نداشته اما با این حال برای استفاده های سریع بسیار مناسب هستند.
• اسکنر های با حساسیت بالا که در صنعت چاپ و طراحی مورد استفاده قرار گرفته و جزئیات بسیار دقیقی از تصویر ارائه می دهند.

کالبد شکافی یک اسکنر

بخش هایی از یک اسکنر معمولی مسطح عبارتند از:

• پوشش بدنه
• سطح شیشه ای
• منبغ تغذیه
• مدار کنترل
• هِد اسکنر
• آینه ها
• لامپ
• لنز
• فیلتر ها
• آرایه های CCD
• موتور پله ای
• تسمه
• نوار تثبیت گر
• رابط اتصال

اصلی ترین بخش یک اسکنر آرایه CCD آن بوده که رایج ترین فناوری برای ضبط تصاویر در اسکنر ها و دوربین های دیجیتال به حساب می آید.

CCD مجموعه ای از حسگرهای کوچک و حساس به نور است که وظیفه تبدیل نور به الکترون (بار الکتریکی) را بر عهده دارند. این حسگرهای به نام photosites نیز شناخته می شوند. در این سیستم فوتون های نور به حسگرهای photosites ضربه زده تا الکتریسیته تولید شود.

پرونده اسکن شده از طریق یک سری از آینه ها, فیلتر, لنز و آرایه های CCD ارسال می شود. البته جزئیات و پیکربندی دقیق این بخش ها و کارایی آنها در مدل های مختلف اسکنر متفاوت بوده اما اصول اولیه در تمامی آنها یکسان است.

پس در ادامه با ما همراه باشید تا با هم کارکرد اجزای مختلف یک اسکنر در عمل را مشاهده کنیم.

فرآیند اسکن کردن

• سند بر روی صفحه شیشه ای قراد داده شده و درب پوشش آن بسته می شود. قسمت داخلی پوشش در اکثر اسکنر ها سفید است اما در برخی موارد مشکی نیز خواهد بود. رنگ خاص پوشش به عنوان یک زمینه یکنواخت و مرجع برای تشخیص لبه های سند توسط اسکنر استفاده می شود. با این وجود اکثر اسکنرهای مسطح امکان حذف پوشش به منظور قرار دادن اسناد بزرگ مانند کتاب را پیش بینی کرده اند.
• از لامپ جهت روشن کردن سند به کار می رود که در اسکنرهای قدیمی از لامپ های فلوروسنت کاتود سرد CCFL یا زنون و در اسکنر های امروزی از LED استفاده می شود. این در حالیست که در اسکنرهای بسیار قدیمی تر از لامپ های فلوروسنت استاندارد نیز استفاده می شده است.
• ادغام مجموعه تجهیزات مستقلی مانند (آینه، لنز، فیلتر و آرایه های CCD) نهایتا به ایجاد هِد اسکنر می انجامند. هد اسکنر توسط یک تسمه متصل به موتور پله ای به صورت آهسته زیر سند حرکت کرده و با اتکا به نوار تثبیت کننده از عدم لرزش در هنگام پیشروی اطمینان حاصل می کند. در انتها زمانی که هِد اسکنر به پایان بدنه دستگاه رسید از اتمام اسکن پرونده مطلع شده و به نقطه اول باز خواهد گشت.
• تصویر سند توسط یک آینه زاویه دار به آینه دیگری منتقل می شود. که البته در برخی از اسکنر ها از سه آینه نیز استفاده می شود. هر آینه با کمی خمیدگی تصویر را بر روی سطح کوچکتر بعدی انعکاس می دهد. تصویر آینه آخر بر روی یک لنز منتقل شده که در نهایت با تمرکز بالا به حسگر های CCD خواهد رسید.

اساس فیلتر و لنزها در اسکنرهای مختلف متفاوت هستند. برخی از اسکنرها از روش اسکن سه مرحله ای استفاده می کنند که هر مرحله فیلتر رنگ خاصی (قرمز، سبز، آبی) را میان لنز و CCD و بر روی تصویر اعمال کرده تا پس از اعمال هر سه فیلتر نرم افزار اسکنر آنها را با یکدیگر ادغام و یک تصویر نهایی به دست آورد.

بیشر اسکنر های امروزی از اسکن تک مرحله ای استفاده می کنند. در این روش تصاویر توسط لنز به سه نمونه کوچکتر از نسخه اصلی تبدیل شده و هر نسخه کوچک از یک فیلتر رنگ خاص(قرمز، سبز، آبی) عبور و به بخش مجزایی از آرایه CCD ارسال می شود. در نرم افزار اسکنر, تصاویر سه گانه با رنگ های متفاوت با یکدیگر ادغام تا یک تصویر واحد رنگی به دست آید.

نوع دیگری از فناری آرایه های تصویری که در میان اسکنر های ارزان قیمت مسطح محبوبیت بالایی پیدا کرده, حسگر تماس تصویری یا به اصطلاح CIS نام دارد. در این فناوری به جای استفاده از آرایه های CCD, آینه ها, فیلتر, لامپ و لنز از ستون های LED در رنگ های قرمز, آبی و سبز استفاده می شود. ساختار حسگرهای تصویری با تراکم 300 تا 600 عدد و بسیار نزدیک به سطح شیشه ای قرار داده می شود. درطی فرآیند اسکن, نورهای رنگی توسط LED ها به سند تابیده و در به یک ردیف از حسگر های گیرنده بازتاب داده می شوند.

به دلیل ساختار ساده شده این دسته از اسکنر ها کیفیت خروجی نیز در کنار قیمت آن کاهش بسیار زیادی داشته است.

وضوح اسکنر

اسکنرها در کیفیت و شفافیت متفاوت هستند اما سخت افزار بیشتر اسکنر های تخت از کیفیت 300 در 300 نقطه در اینچ (dpi) بهره می برد. در واقع (dpi) اسکنر ها بر اساس تعدا حسگر های CCD یا CIS موجود در یک سطح (نرخ نمونه برداری سطح X) تعیین می گردد.

برای نمونه اگر اسکنر وضوح 300 در 300 DPI و توانایی اسکن برگه های استاندارد را داشته باشد, آنگاه آرایه CCD شامل 2550 حسکر در هر خط افقی می شود. یک اسکنر یک مرحله ای می تواند سه سری از این خطوط را در خود داشته تا در مجموع 7650 حسگر در خود جای دهد.

میزان درخشندگی اسکنر به کیفیت شیشه به کار رفته در ساخت لنز و روشنایی منبع نور باز می گردد. یک لامپ زنون پر نور و لنز با کیفیت می توانند وضوح بالاتری را نسبت به یک لامپ فلوروسنت و لنز با کیفیت ساخت معمولی ایجاد کند.

البته بسیاری از سازندگان امروزی نرخ وضوح اسکنر های خود را با ارقامی در حد 4800 در 4800 یا حتی 9600 در 9600 اعلام می کنند که برای دستیابی به سخت افزار اسکنری با چنین نرخ وضوحی به آرایه ای از CCD با 81600 حسگر نیاز است.

اگر به مشخصات اسکنر دقت کنید برچسب افزایش وضوح نرم افزاری را خواهید دید. اما این چه معنایی دارد؟

پیوست نام فرآیندیست که در آن اسکنر با استفاده از نرم افزار درونی خود کیفیت وضوح تصویر دریافتی را بالا می برد. این افزایش کیفیت از طریق افزودن پیکسل های اضافی در میان پیکسل های واقعی انجام می شود. پیکسل های اضافی با کپی برداری از ظاهر پیکسل کناری خود به وجود می آیند.

برای نمونه اگر وضوح سخت افزاری 300 در 300 و وضوح پیوستی 600 در 300 باشد, آنگاه می توان نتیجه گرفت که نرم افزار اسکنر در میان هر پیکسل اسکن شده توسط آرایه CCD یک پیکسل دستی اضافه کرده است.

در این میان برخی نیز  صحبت هایی در مورد عمق بیت یا عمق رنگ به زبان می آورند که بر خلاف سنگینی واژه های آن معنای ساده ای دارند. عمق رنگ به تعداد رنک هایی گفته می شود که اسکنر قادر به تولید دوباره آن در نسخه الکترونیکی است.

هر پیکسل برای ساخت رنگ های واقعی و استاندارد نیاز به 24 بیت داده دارد که تمامی اسکنر های موجود در بازار از این حداقل پشتیبانی می کنند. با این حال برخی نیز هستند که ادعای تولید اسکنر هایی با عمق رنگ 30 یا 36 بیتی کرده که مانند وضوح, محصول پردازش نرم افزاری و انتخاب رنگ های بهتر از پالت رنگ بوده و از لحاظ فنی چیزی بیشتر از 24 بیت نیست.

 انتقال تصاویر

اسکن یک سند تنها یک بخش از این فرآیند است. برای اینکه تصویر اسکن شده قابل استفاده شود باید به کامپیوتر منتقل گردد.

چهار نوع راه اتصال مرسوم برای اسکنر ها وجود دارد:

1. موازی (Parallel ): اتصال از طریق کندترین روش ارتباط با کامپیوتر.
2. رابط سیستم های کامپیوتری کوچک (SCSI): بیشتر اسکنر های مجهز به این رابط همراه خود یک کارت مخصوص داشته که به وسیله آن بین کامپیوتر و اسکنر ایجاد ارتباط می کنند. اما در حالت عادی نیز می توان از یک کنترل کننده SCSI استفاده کرد.
3. گذرگاه سریال جهانی (USB): اسکنر های مجهز به این فناوری سرعت مناسب, استفاده آسان و قیمت خوب را در یک مجموعه به همراه دارند.
4. FireWire: معمولا در اسکنر های رده بالا یافت شده و کیفیت و سرعت بسیار بالاتری نسبت به فناوری های یاد شده در قبل دارد.

اما درون کامپیوتر نیز برای برقراری ارتباط با اسکنر, نرم افزاری به اسم راه انداز وجود داشته که از چگونگی برقراری صحیح این ارتباط اطلاع دارد. بیشتر اسکنر ها از زبان دستوری TWAIN برای این امر استفاده می کنند. در واقع راه انداز TWAIN نقش یک مترجم میان نرم افزار های سیستم و اسکنر را بازی می کند. به این معنی که نرم افزارها نیازی به اطلاع از جزئیات تخصصی اسکنر برای ارتباط مستقیم با آن نخواهند داشت.

علاوه بر راه انداز بیشتر اسکنر ها به همراه خود نرم افزار های اضافی مانند ابزار های اسکن, ویرایشگر تصویر یا OCR نیز دارند. OCR به کاربر اجازه می دهد تا متون خود را از پرونده فیزیکی اسکن و به عنوان یک پرونده متن محور درون کامپیوتر ذخیره کند. این فناوری با بررسی شباهت شکل های درون پرونده و جایگذاری آن با حروف و اعداد مناسب, عمل کرده که البته در بسیاری از موارد هم با خطا مواجه می شود.

این که کاربران می توانند دقیقا همان چیزی که نیاز دارند را دریافت کنند بزرگترین موضوع درباره فناوری اسکنر های امروزی است. می توان یک اسکنر خوب با نرم افزار های مفید را با چیزی حدود 200 هزار تومان یا بهترین و خیالی ترین اسکنر موجود در بازار را با مبلغی در حدود 3 میلیون تومان به دست آورد که این البته کاملا به نیاز شما بستگی دارد.

منبع: howstuffworks