Eingabegeräte. Scanner

Transkript

1 Eingabegeräte Scanner Ein Scanner (von engl. to scan = abtasten) oder Abtaster ist ein Datenerfassungsgerät, welches ein Objekt (Bilder, Ausdrucke etc. ) auf eine systematische, regelmäßige Weise abtastet oder vermisst. So können analoge Vorlagen mit Computern verarbeitet, analysiert oder visualisiert werden. Die Hauptidee ist es, mit relativ begrenzten Messinst rumenten durch eine Vielzahl von Einzelmessungen ein Gesamtbild des Objekts zu erzeugen. Der Scanner nimmt die analogen Daten der physikalischen Vorlage mit Hilfe von Sensoren auf und übersetzt diese anschließend mit A/D-Wandlern in digitale Form.

2 Bauformen Flachbettscanner (A4-USB-Flachbett-Scanner) Der Flachbettscanner, das heute gebräuchlichste Bilderfassungsgerät, arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie ein Kopiergerät. Großformatscanner Bei Vorlagengrößen von mehr als A2 spricht man von Großformatscannern, die als Durchzug-, Flachbett- oder Trommelscanner angeboten werden. Diascanner / Filmscanner / Durchlichtscanner Der Scannertyp wird im professionellen und semiprofessionellen Bereich verwendet. Mittels spezieller Vorrichtungen werden die Diapositive und Negative in den Scanner geführt. Die physikalische Auflösung hochwertiger Geräte geht bis 7200.

3 Faxgeräte Jedes Faxgerät besitzt für seine Senderichtung einen Einzugsscanner. Dabei ist eine Zeile aus lichtempfindlichen CCD-Sensoren (oder Sensoren anderer Technologie) fest im Gerät eingebaut. Beim Fax wird reiner Schwarzweißbetrieb verwendet, also weder Farbe noch Graustufen erkannt. Trommelscanner Inch = Zoll = = 2,54 cm Der älteste Scannertyp und liefert die exaktesten Ergebnisse. Auflösung (ca dpi), Tempo und Qualität sind bis heute unerreicht. Beim Trommelscanner wird die Vorlage auf einer rotierenden Trommel befestigt, an der sich das Beleuchtungs- und Abtastungssystem linear vorbeibewegt, so dass die Vorlage schraubenförmig abgetastet wird.

4 Arbeitsweise: Die Bildvorlage wird beleuchtet, und das reflektierte Licht wird über eine Stablinse an einen optoelektronischen Zeilensensor geleitet. Die analogen Lichtsignale werden pixelweise durch Analog-Digital-Wandlung in Digitalsignale umgewandelt. Bei der Abtastung mit einem Flächensensor kann die gesamte Vorlage oder flächenhafte Teile der Vorlage gleichzeitig gescannt werden. CCD-Sensor

5 CCD (charge-coupled device) ladungsträgergekoppelte Schaltung. Dieses lichtempfindliche Bauteil, die CCD, ist eine Ansammlung kleiner lichtempfindlicher Dioden, die Photonen (Licht) in Elektronen (elektrische Ladung) umwandeln können. Nachdem eine CCD nur Helligkeiten unterscheiden kann, wird die Farbempfindlichkeit durch Filter in den Grundfarben Rot, Grün und Blau erreicht. Mit der Optik wird das Bild auf die CCD projiziert. Die Feinheit der CCD bestimmt das Auflösungsvermögen des Scanners in der Breite. In der Längsrichtung bestimmt der Schrittschaltmotor die Auflösung beim Bewegen der Teile, deshalb haben die meisten Scanner in Breite und Länge unterschiedliche Auflösungen.

6 Ein Analog/Digital-Konverter (analog-to-digital converter ADC) wandelt den Wert jeden Pixels in eine digitale Zahl um (meist zwischen 0 und 255, d.h. 256 mögliche Helligkeitsunterscheidungen pro Farbe, die sogenannte Farbtiefe). Die Ansteuerung dieser Umrechnung erfolgt durch die Scansoftware, das Kernstück des ganzen Vorgangs. Weil viele Scanner mittlerweile in ihren Bauteilen fast identisch sind, bestimmt die Scansoftware maßgeblich die Qualität des Scans. Dokumentenqualität ( dpi )

7 Mehr als 300 dpi für normale Scanvorgänge sind sinnlos und erzeugen nur unnötigen Datenmüll. Allerdings wird die Auflösung ausschlaggebend, wenn Dias in einem Durchlichtscanner gescannt werden sollen. Es bringt z. B. nichts, ein Foto mit 1200 dpi einzuscannen, wenn es nur mit 300 dpi gedruckt wurde. Interpolieren bedeutet, dass dem tatsächlich abgetasteten Pixeln weitere hinzugerechnet werden. Das Bild wird matschig und unscharf. Interpolation ist also kein geeigneter Weg um ein Bild mit einer größeren Auflösung zu versehen. Mögliche Formate für die Ausgabe eines Sacnnvorganges: Bitmap (*.bmp, *.tiff, *.jpg, *.gif, *.png)

8 Aussagen zur Farbtiefe Die Anzahl der erfassbaren Farben hängt von der Breite der zur Verfügung gestellten Speicherstellen ab. Um 256 verschiedene Farben zu speichern reichen 2 hoch 8 Speicherwerte. Daher sagt man, dass ein Scan mit 8bit Farbtiefe arbeitet, wenn es 256 Farben erkennt. Entsprechend verarbeitet ein 16bit Scan = 2 16 = Farben und 2 24 = 16,7 Mio Farben, 2 32 = 4,3 Mrd. Farben. Mehr als 32 Bit sind nicht sinnvoll. Auch nicht, wenn man die Bilder anschließend ausdrucken will. Streng genommen reichen auch schon 24 Bit vollkommen aus.

9 Scannersoftware Der TWAIN-Standard ermöglicht es jedem Anwendungsprogramm direkt auf den Scanner zugreifen und eine Vorlage einscannen kann. Dazu wird bei der Installation des Scanners ein Treiber ins Betriebssystem eingefügt. Herstellerspezifische Scansoftware Stapelverarbeitung, Seitentrennung, Indizierung, automatischer Mailversand oder interne Weiterleitung, Formularverarbeitung ( Datenauszug ) Schrifterkennung und Barcodeauswertung CCD-Sensor CCD-Sensoren sind lichtempfindliche elektronische Bauelemente, die darauf beruhen, dass innerhalb eines Halbleiters bei Lichteinfall nicht aneinander gebundenen Elektron-Loch-Paaren gebildet werden und sich dann die Lietfähigkeit des CCD ändert. CCD ist die Abkürzung von Charge-Coupled Device. In Scannern werden eindimensionale CCD-Zeilensensoren verbaut. Zweidimensionale CCD-Array-Sensoren werden in Videokameras und Digitalkameras verbaut.

10 Farbsensoren, Filter und Pixelanordnung Für die Erfassung von Farbbildern benötigt man Sensoren mit Pixeln unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit. Nach einer (immer notwendigen) Verrechnung von Pixeln gleicher oder benachbarter Positionen erhält man Helligkeits- und Farbinformationen. Zurzeit haben sich zwei Verfahren etabliert: Systeme, die unter Verwendung eines Dichroitisches Prismas das Spektrum aufspalten und drei getrennten CCD-Sensoren zuführen (Drei-Chip-CCD-Sensor), Systeme, die einen Sensor benutzen, der mit einer absorbierenden Farbmaske versehen ist (meist in Form der Bayer Matrix),

11 Größe der Kamera-Sensoren

12 Die Auflösungsstufen und Bildformate je nach Megapixel:

13 OCR In der Regel werden eingescannte Vorlagen als Bild-Datei (Bitmap) gespeichert. Eingescannter Text ist als Bild zur Weiterverarbeitung allerdings unbrauchbar. Um das zu umgehen wird statt dem Fotomodus die optische Zeichenerkennung (OCR) benutzt. Mit einem ausgeklügelten Verfahren stellt das OCR-Programm fest, wo auf der eingescannten Vorlage sich der Text befindet. Das Verfahren identifiziert Spalten, Überschriften und Textbausteine. Die Zeichen werden in einzelne Vektoren gewandelt Anhand gespeicherter Buchstabenschablonen verschiedener Schriftarten vergleicht das Programm mit der gescannten Vorlage. Je besser die Vorlage ist, desto schneller und präziser wird er Text erkannt. Problematisch sind Zeichen die sich ähnlich sind. Zum Beispiel die Zeichen "1" und "l". Genauso die "5" und das "S" oder "cl" und "d". Eine integrierte Rechtschreibprüfung kann diese Fehler überwiegend finden und beheben. Danach kann der Text in ein beliebiges Text-Format gespeichert werden.

14 Kleiner Exkurs, verschiedene Darstellungen eines Zeichens. Wird in einer Ascii-Datei ( zum Beipiel Notepad ) als Zahl 65 gespeichert. Dazu verwendet man 8bit ( ). Als Abbild mit einer Auflösung von 5x7 Punkten sind es 35bit besser zu erkennen, wenn man umstellt zu: Als Beschreibung der drei Vektoren reichen drei Koordinatenpaare 0,5 nach 2,0 2,0 nach 4,5 und 1,4 nach 3,4. Ein weiterer Unterschied zwischen der bitweisen Speicherung (Bitmap) und einer Vektordarstellung ( True Type Font ) ist die Glättung von Kurven:

15 Barcode Als Barcode (engl. bar für Balken), Strichcode oderbalkencode wird eine für Barcodelesegeräten (Scanner) oder Kameras lesbare Schrift bezeichnet. Barcodes bestehen aus verschieden breiten, parallelen Strichen und Lücken. der Begriff Code steht hierbei nicht für Verschlüsselung, sondern für Abbildung von Daten in binären Symbolen. Die Daten in einem Strichcode werden nach dem Einlesen elektronisch weiterverarbeitet. Das Patent für dieses Verfahren wurde am 7. Oktober 1952 erteilt. Für verschiedene Aufgaben wurden jeweils passende Bacodes entwickelt, abhängig von den Benutzergruppen und den jeweiligen Herstellungsmöglichkeiten. Je nach Anwendung werden die Strichcodes mit konventionellen Druckverfahren wie Offset, Flexo- oder Tiefdruck oder mit Laser-, Thermodirekt-, Thermotransfer-, Tintenstrahldruck u.a. hergestellt. Nadel-Matrixdrucker sind weniger geeignet, weil deren gerasterte Ausdrucke aufgrund der niedrigen Qualität von den Scannern oft nicht gelesen werden können. Es gibt einface Strichcodearten mit 2 Strichbreiten und auch solche mit mehr Strichbreiten. Das Breitenverhältnis zwischen schmalen und breiten Balken genormt und liegt nach Norm zwischen 1 : 1,8 bis 1 : 3,4.

16 Bekannte Arten von Strichcodes Strichcodes sind in der internationalen Norm ISO/IEC genormt. Handelsstrichcodes: EAN, UPC, IAN, JAN Zeichenvorrat 0 9 Feste Längen: EAN-13 hat 13 Stellen, davon eine Prüfziffer EAN-8 hat 8 Stellen, davon eine Prüfziffer UPC-A hat 12 Stellen, davon eine Prüfziffer IAN (International article numbering) Barcode ist identisch mit EAN JAN (Japanese article numbering) ebenso. Beispiele:

17 2/5-Familie Interleaved 2 of 5 Zeichenvorrat 0 9 2/5i ist nur mit gerader Ziffernanzahl verwendbar. Er sollte immer mit Prüfziffer verwendet werden. Er hat eine hohe Informationsdichte, das heißt auf kleinem Raum können viele Ziffern untergebracht werden. Die Konstruktion des Codes verzahnt Balken und Lücken so, dass die Balken ein Zeichen ergeben sowie die dazwischen liegenden Lücken ein weiteres Zeichen. Das erzwingt die geradzahlige Ziffernanzahl und liefert die hohe Informationsdichte. Code 39 Code 93 Code 128

18 2D-Codes Zweidimensionale Codes kodieren die Informationen meistens in der Fläche, wobei die Information dann nicht in Form von Strichen, sondern in Form von (weißen und schwarzen) Punkten enthalten ist. Es wird zwischen gestapelten Barcodes, Matrix-Codes, Punktcodes und einigen weiteren Sonderformen unterschieden.