SEP REFERAT OPTISCHE EINGABEMEDIEN

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1 SEP REFERAT OPTISCHE EINGABEMEDIEN Autor: Christian Lechner Datum: Seite 1/12

2 Inhalt: 1. SCANNER ALLGEMEINES DIE VERSCHIEDENEN SCANNERARTEN Der Hand-Scanner Einzugs-Scanner Flachbettscanner Trommelscanner DIE FUNKTIONSWEISE Grundprinzip am Beipiel des Flachbettscanners Three-Pass-Scanner Single-Pass-Scanner FARBTIEFE AUFLÖSUNG INTERPOLIERUNG DIE TWAIN-SCHNITTSTELLE OPTICAL CHARACTER RECOGNITION (! OCR) BEISPIELPRODUKTE Wichtige Auswahlkriterien Scanner-Beispiele DIGITAL KAMERAS ALLGEMEINES DIE FUNKTIONSWEISE CCD VS CMOS BILDQUALITÄT FEATURES ARTEN DER SPEICHERUNG CompactFlash SmartMedia PCMCIA-Festplatten ANSCHLUßMÖGLICHKEITEN BEISPIELPRODUKTE Wichtige Auswahlkriterien Scanner-Beispiele QUELLEN...12 Seite 2/12

3 1. Scanner 1.1 Allgemeines Allgemein kann man sagen, dass ein Scanner dazu benutzt wird um Bilder in einen Computer einzulesen. Bilder können in diesem Zusammenhang Grafiken, handgezeichnete Logos oder auch normale Seiten eines Textes sein. Die Bilder können in beliebiger Weise weiterbearbeitet werden, der Text kann mittels spezieller Software direkt als solcher editiert werden. Die Einsatzmöglichkeiten sind schier endlos, deshalb haben sich im laufe der Zeit die Geräte immer weiter spezialisiert. So gibt es heute z.b. spezielle OCR (! 1.8 Optical Character Recognition) Scanner, Flachbrettscanner oder Hand-Scanner. 1.2 Die verschiedenen Scannerarten Im PC- und Mac-Bereich sind drei wesentliche Scanner-Typen zu nennen: der Hand-Scanner, Einzugs-Scanner und der Flachbettscanner. Eine weiterer Typ ist der Trommelscanner, es wird allerdings eher im professionellen High-End- Bereich verwendet Der Hand-Scanner Der Hand-Scanner ist aufgrund seines billigen Anschaffungspreises etwas für das Home-Office. Allerdings beschränkt sich der Scan-Bereich auf eine Breite von 12 cm. Je nach mitgelieferter Scan- Software und Qualität des Hand-Scanners können eventuell breitere Vorlagen auch durch mehrmaliges Abfahren der Vorlage einscannen werden. Das Problem dabei ist allerdings, dass es schwierig ist, den Scanner gleichmäßig über die Vorlage zu bewegen. Das ist auch der Grund dafür, dass die Ergenisse immer schlechter ausfallen werden, als die von elektrisch bewegten Einheiten. Zwar soll eine im Lauf des Hand-Scanners integrierte Gummirolle dafür sorgen, die Spur zu halten, aber es gehört schon Übung dazu, um dann auch gute Ergebnisse zu erzielen. Auch die von Hand-Scannern erreichte dpi-zahl ist eher nur etwas für den Hausgebrauch. Abhängig von Herstellern und Ausstattung erreichen Hand-Scanner zwischen 100 und 400 dpi Einzugs-Scanner Abgesehen davon, dass es bei Einzugs-Scannern natürlich auch auf die Ausstattung und die Leistungsfähigkeit des Gerätes ankommt, ist bei dieser Art von Scannern einer der wesentlich Punkte, dass die Vorlage zum Scannen wie bei einem Faxgerät eingezogen und wieder ausgegeben wird. Der Vorteil davon ist zwar, dass das Gerät Platz spart, aber die Verwendungsmöglichkeiten werden dadurch stark einschränkt. Buchseiten z.b können nur gescannt werden, wenn sie vorher kopiert worden sind. Das allerdings geht auf Kosten der Qualität Flachbettscanner Flachbettscanner sind teurer als Hand-Scanner. Das liegt zum einen an dem vergrößerten Scanbereich, zum anderen aber auch an der meist besseren Ausstattung. Das bessere Ergebniss das man erzielt, gleicht den höheren Preis aber wieder aus. Seite 3/12

4 Flachbettscanner gibt es in verschiedenen Größen, mit Scanbereichen von DIN A4 bit DIN A0; mit und ohne Durchleuchtoption. Unter Durchleuchtoption versteht man einen Aufsatz, der die zu scannende Vorlage abdeckt. Die Durchleuchtoption wird dazu gegen die Abdeckplatte ausgetauscht. In der Durchleuchtoption sind Lichtquellen enthalten, die transparente Vorlage, besondere Dias, überhaupt erst abtasten lassen, da die Durchleuchtoption ein Gegenlicht zu der abtastenden Leuchtröhre bildet. Ohne Durchleuchtoption würde ein gescanntes Dia aussehen wie ein schwarzes Rechteck in Größe eines Dias. Überlicherweise gehören Durchleuchtoptionen gerade bei günstigeren Flachbett-Scannern nicht zum Zubehör und müssen extra zugekauft werden Trommelscanner Beim Trommelscanner der Profi-Version - steht der Optikkopf fest. Die Vorlage wird auf einer Glastrommel befestigt, die den einzulesenden Bereich durch schnelle, schraubenförmige Rotation nah an die Linsen vorbeiführt. Trommelscanner verwenden keine CCD-Elemente, sondern Foto-Multiplier, die empfindlicher sind und damit auch dunkle Bildteile differenziert wiedergeben. Die hohe Qualität, wird vorallem durch die großen Möglichkeiten der Bearbeitung, die zum Teil auch schon vor der Digitalisierung bestehen. Trommelscanner werden vor allem in bildbearbeitenden Betrieben (Lithographie-Studios) eingesetzt. Die professionalen Stationen kosten über einer halbe Million Schilling. Kleinere Ausgaben gibt es zwar schon ab Schilling, aber an diesen Preisen sieht man schon, dass sich diese Art von Geräten nicht für Hobbybereich eignet. 1.3 Die Funktionsweise Grundprinzip am Beipiel des Flachbettscanners Seite 4/12

5 Alle Scanner funktionieren nach dem Prinzip der Reflektion. Das Bild oder Papier wird im Scanner auf eine Glasplatte gelegt. Beim Scanvorgang wird es nun beleuchtet und der Scankopf, der sich unterhalb des Papiers von vorne nach hinten bewegt, reflektiert über einen Spiegel das Licht, dass vom Papier zurückkommt, weiter zu einer Licht-empfindlichen Diode. Dieser Sensor sorgt dafür, dass das Licht in elektrische Signale umgewandelt wird. Je mehr Licht reflektiert wird, desto höher ist die daraus resultierende Spannung. Bei Farbscannern beleuchten drei fluoreszierende Halogenlampen in den Farben Rot, Grün und Blau gleichzeitig die Vorlage, und sorgen dafür, dass beim Abtasten die Farbinformation digitalisiert wird Three-Pass-Scanner Preiswerte Farb-Flachbettscanner sowie ältere Scanner-Modelle lassen ihre Scanneroptik dreimal (! Three Pass) über die Vorlage fahren. Zwischen den Durchgängen wechselt die Mechanik den Farbfilter vor dem CCD-Sensor. Daruch steigt die Dauer des kompletten Scans natürlich beträchtlich. Jede kleine Abweichung führt zu Einbußen in der Abbildungsqualität Single-Pass-Scanner Single-Pass-Scanner erzielen eine höhere Wiedergabequalität und ein gesteigertes Abtasttempo. Ein Scanvorgang reicht aus, um die Vorlage einzulesen. Drei CCD-Zeilen, mit jeweils einem eigenen Farbfilter (Rot/Grün/Blau) tasten die Vorlage ab. 1.4 Farbtiefe Die Bezeichnung der Farbtiefe bezieht sich immer auf die drei Grundfarben (Rot/Grün/Blau). Der Farbscanner erzeugt im inneren die Farben durch mischen aus den drei Grundfarben. Wenn ein Scanner zum Beispiel mit 24 Bit-Farbtiefe präsentiert wird, bedeuted das, dass auf jede Farbe 8 Bit entfallen. Ein gescanntes Farbbild würde dann maximal 16,7 Millionen Farben enthalten können. Man spricht dabei von Echtfarben-Darstellung. Bei einer Farbtiefe von 8 Bit können lediglich 256 Farben dargestellt werden. Aus diesem Grund empfiehlt man für Farb-Scanner eine Farbtiefe von 24- Bit. 1.5 Auflösung Das Grundprinzip des Scanners beruht auf dem optischen Abtasten einer Oberfläche. Je mehr Details er dabei aufnehmen kann, desto höher wird die Auflösung des Scans sein. Um eine hohe Auflösung zu erreichen müssen auch die Bauteile des Scanners entsprechend hochwertig sein. Angegeben werden die zu erzielenden Auflösungswerte in Dots per Inch (! dpi). Diese Einheit beschreibt die Anzahl der pro Zoll zu erreichenden Bildpunkte. Dabei sollten immer auf die echten dpi-werte, die sogenannte Optische Auflösung geachtet werden. Normalerweise werden zwei verschiedene dpi-werte angegeben. Relevant ist nur der erste, da er angibt, wieviel DPI der Scanner vor der Interpolierung (! 1.6 Interpolierung) schafft. Der zweite Wert gibt die Maximale Ausgabeauflösung an, und ist der durch Interpolierung maximal zu erreichende Wert. Seite 5/12

6 Für den Hausgebrauch reicht eine optische Auflösung von 300x300 DPI. Wenn man professionell mit dem Scanner arbeiten will, sollte man auf eine Auflösung von 600 bis 1200 dpi setzen. Mit Trommel-Scanner, die zum Einscannen von z.b 35mm-Dias verwendet werden können erreichen eine Auflösung von DPI. Die Auflösungsgröße braucht man allerdings nur, wenn man das Dia auf Postergröße aufziehen will. 1.6 Interpolierung Moderne Scanner bieten heute eine Auflösung von 2400, 4800, 9600 dpi. Es ist wichtig zu verstehen, dass die Scanner diese hohe Detailtreue unmöglich erreichen können. Zur Zeit erreichen die Scanner eine Auflösung von 600x1200 dpi. Alle höheren Werte werden durch Software-Interpolierung erreicht. Bei der Interpolierung versucht ein Algorithmus aufgrund von zwei benachbarten Bildpunkten einen dritten dazwischenliegenden zu errechnen. Das Problem dabei ist, dass das errechnete Ergebniss natürlich nicht mit der echten Vorlage übereinstimmt. Interpolierte Bilder sehen meistens zu weich und so aus, als ob sie nicht direkt im Fokus gewesen seien. Bei gezeichneten Bilder hat dass natürlich seine Vorteile, weil scharfe Kanten und Ecken etwas geglättet werden. Bei Fotografien sollte man sich mit der optischen Auflösung begnügen. 1.7 Die TWAIN-Schnittstelle Von Haus aus kümmert sich Windows nicht um die Kommunikation mit Scannern. Deshalb wurde 1992 von den führenden Scannerproduzenten ein eigener Interfacestandard, der sogenannte TWAIN (Toolkit Without An Important Name)-Standard entwickelt. Dieser Standard bildet die Verbindung zwischen dem Scanner und dem Anwendungsprogramm (Bildbearbeitung, Archivierung). Überlicherweise liefert der Scannerhersteller Treiber und ein passendes TWAIN-Modul mit, das den eigentlichen Scanvorgang steuert. Neben Scanner dient die TWAIN-Schnittstelle auch zum Anschluß von Digitalkameras. 1.8 Optical Character Recognition (! OCR) Mit Scannern kann man nicht nur Grafiken einlesen, sondern auch Text. Damit der Text aber nicht unveränderlich als Grafik vorliegt, sondern als bearbeitenbare Zeichenfolge vorliegt, benötigt man eine spezielle Texterkennungs-Software. Diese Software wird OCR (Optical Character Recognition)-Software genannt. Das bedeuted soviel wie Optische Zeichenerkennung. In den meisten Fällen liegt ein derartiges Software-Produkt bei den heutigen Scannern bei. Seite 6/12

7 1.9 Beispielprodukte Wichtige Auswahlkriterien Abgesehen davon, um welchen Scannertyp es sich handelt, sind folgende Kriterien zu beachten: Scan-Geschwindigkeit Die Scan-Geschwindigkeit beschreibt die Zeit, die der Scanner benötigt, um die Vorlage abzutasten und die Bildinformationen in Computer-lesbare Daten umzuwandeln. Preview-Möglichkeit Eine Preview- oder Prescan-Möglichkeit ist gegeben, wenn vor dem eigentlichen Scan- Vorgang schon eine Vorschau des zu scannenden Bildes auf dem Monitor zu sehen ist. Anhand dieser Vorschau ist es möglich die Vorlage noch einmal zu justieren oder einen bestimmten Bereich zum Scannen auszuwählen. Größe des maximal zu scannenden Bereichs Auflösung (mindestens 300x600 echte dpi) Farb-/Graustufen Farbtiefe (mindestens 24 Bit) Scanner-Beispiele GEN-CP/HR5P Hersteller: Genius Vollständiger Name: Genius ColorPage-HR5 Pro Typ: Farb-Flachbett-Scanner Auflösung: 600x1200 dpi / 9600 dpi interpoliert Farben: 1 Milliarde Abtastbereich: 216x355 mm (Durchlichaufsatz inkl.) Preis (inkl. UST): 5328,-- ös / 387,20 EUR Beurteilung: Ausgezeichnetes Preis/Leistung-Verhältnis Möglichkeit zum Einscannen von Dias Geeignet für den privaten Bereich HPC6267A Hersteller: Hewlett Packard Typ: Farb-Flachbett-Scanner Auflösung: 600x600 dpi Farben: 1 Milliarde Preis (inkl. UST): 11160,-- ös / 811,03 EUR Beurteilung: Durch das umfassende Software-Bundle ist der Preis für Profis gerechtfertigt. Seite 7/12

8 2. Digital Kameras 2.1 Allgemeines Durch die rasante Entwicklung am PC-Markt, sowohl in Sachen Verbreitung, als auch im Bezug auf die billigeren Hardware-Komponenten, werden immer mehr Geräte für den PC erschlossen, die bisher lediglich über einige Umwege mit dem Computer verbunden werden konnten. Noch vor einigen Jahren war die Digitale Kamera nur ein Traum. Heutzutage ist sie für den Privatmann erschwinglich geworden. 2.2 Die Funktionsweise Bei der digitalen Kamera wird das Bild meistens durch einen sogenannten Charge Coupled Device (! CCD)-Chip (das heißt soviel wie mit Ladung gekoppelte Elemente ) erzeugt. Dieser Teil der Kamera besteht aus vielen lichtempfindlichen Elementen, in denen jeder Pixel durch einen roten, blauen und grünen Transistor repräsentiert wird. Jedes Element verwandelt das Licht in elektrische Spannung, die um so höher ist, je höher die Helligkeit ist. Diese analogen Daten werden im Analog/Digital-Konverter (!ADC) in digitale umgewandelt. Das Ergebniss vom ADC wird im Digital-Signal-Prozessor (! DSP) noch einmal korrigiert und komprimiert bevor es gespeichert wird. Je heller das Licht ist, desto höher ist die Spannung und damit die Helligkeit des Pixels. Je mehr Elemente vorhanden sind, desto höher und damit besser ist die Auflösung und die Detailfülle, die aufgezeichnet werden kann. 2.3 CCD vs CMOS Eine Alternative zu CCD-Technik sind die sogenannten Complementary Metal-Oxide Semiconductor -Sensoren, kurz die CMOS-Sensoren. CMOS-Chips sind billiger, leichter herzustellen und außerdem haben sie einen niedrigern Stromverbrauch als CCD-Chips. Der wichtigste Unterschied zwischen den beiden Techniken ist allerdings, dass der CCD-Sensor nur dazu benutzt werden kann um das Licht von tausenden Bildpunkten zu registrieren. Nicht so beim CMOS-Chip. Er kann darüberhinaus auch andere Tätigkeiten übernehmen wie z.b. die Konvertierung von analogen in digitale Signale oder die Kontrolle der Kamera. Weiters ist es möglich die Qualität und Farbdichte der Sensoren zu verbessern ohne die Kosten drastisch zu erhöhen. Wegen dieser und anderer Gründe geht man davon aus, dass in nächster Zukunft die meisten Kameras mit diesen Chips ausgestattet werden und nur mehr die Kameras im High-Endbereich mit den CCD-Chips bestückt werden. Wie alles hat natürlich aber auch der CMOS-Sensor Nachteile. Da wären zum Beispiel die Geräuschentwicklung und die ungenügende Aufnahme von bewegten Bildern. Allerdings wird bereits gearbeitet, die Probleme zu beseitigen. Seite 8/12

9 2.4 Bildqualität Die Bildqualität einer digitalen Kamera hängt von mehreren, verschiedenen Faktoren ab. Zum einen von der optischen Qualität der Linse und des Sensor-Chips zum anderen natürlich auch von dem verwendeten Kompressionsalgorithmus. Das wichtigeste Kriterium allerdings ist die Auflösung der CCD-Sensoren. Um es kurz zu sagen: Je mehr Elemente umso größer die Auflösung. Damit verbunden auch die Anzahl der Details, die aufgenommen werden können lag die typische Auflösung einer normalen (d.h. für den Konsumenten erschwinglichen) digitalen Kamera bei 640x480 Pixel. Ein Jahr später bekam man, bedingt durch die verbesserten Fertigungsmethoden und den Einsatz neuer Techniken, für das selbe Geld eine Kamera mit einer Auflösung von 1024x768. Heutzutage kann liegt die Auflösung auch schon Werte um die 1536x1024 erreichen. Einige Kameras speichern die einzelnen Bilder mit einer größeren Auflösung als der eigentlichen optischen Auflösung, die ja durch Anzahl der Elemente des CCD-Chips begrenzt wird. Das geschieht entweder durch Interpolierung (! 1.5 Interpolierung) oder durch spezielle Software-Bearbeitung. 2.5 Features LCD-Bildschirm Mit dem eingebauten LCD-Bildschirm hat man die Möglichkeit die geschossenen Bilder direkt anzusehen und wenn auch wieder zu verwerfen. Weiter bekommt man auf diesem Bildschirm eine Übersicht über alle aktuellen Daten der Kamera. Zoom-Möglichkeit Die Zoommöglichkeit, im Bereich von 36mm (ca. Weitwinkel) und 114mm (ca. Teleobjektiv), ist ein immer beliebter werdendes Feature. Es gibt die Möglichkeit bestimmte Brennweiten zu definieren, aber auch eine konfortable Auto-Zoom-Funktion. Spezielle Aufnahmefunktionen Einige Kamreas bieten ganz spezielle Aufnahmefunktionen. So ist es z.b. im Burst -Mode möglich mit einem einzigen Klick automatisch 10 Bilder aufzunehmen, bei einer Aufnahmegeschwindigkeit von zwei Bildern pro Sekunde. Zeitverzögerte Aufnahme 2.6 Arten der Speicherung Viele der Digitalen Kameras, die der ersten Generation angehörten, besaßen einen ein bit zwei Megabyte großen internen Speicher. Damit konnten ca. 30 Bilder in Standardqualität in einer Auflösung von 640x480 Pixel gespeichert werden. Sobald dieser Speicher voll war mußte man die Bilder in den Computer übernehmen um weiter Aufnahmen machen zu können. Heutzutage verfügen digitale Kameras über Wechselmedien. Daraus ergeben sich im wesentlichen zwei große Vorteile. Erstens kann man das Medium einfach aufwechseln wenn es voll ist und zweitens ist es möglich die Daten des Medium direkt in den PC zu übernehmen. Es werden hauptsächlich zwei Arten von Wechselmedien benutzt. Seite 9/12

10 2.6.1 CompactFlash Zum ersten Mal wurde diese Art von Medium 1994 von SanDisk Corporation vorgeführt. CompactFlash Karten wiegen nur 11,4 Gramm und haben eine Größe von 43x36x3,3 mm. Sie basieren auf der Flash-Memory-Technologie (eine Art SRAM-Speicher). Diese Technologie erlaubt es den ComactFlash-Karten Daten ohne eine permanente Stromversorgung zu speichern. Im wesentlichen ist es eine PC-Karte, die auf ein Viertel ihrer ursprünglichen Größe verkleinert wurde. Etwas zur Mitte von 1998 hatten diese Karten eine Speicherkapazität von 4-48 MB, allerdings wächst die Kapazität im laufe der Zeit rasant an SmartMedia SmartMedia-Karten sind im Verhältnis zu CompactFlash-Karten schmäler und leichter. Das Gewicht beträgt 0,48 Gramm, die Größenmaße sind 45x37x0,78 mm. Die Kapazität ist zwar kleiner, allerdings sind die Kosten pro Megabyte niedriger als bei einer CompactFlash-Karte. Auf einer typischen 4 MB Karte passen ca. 50 Bilder in normaler Qualität (! 640x480) oder aber 20 hochauflösende Bilder im 1024x768 Pixel-Format PCMCIA-Festplatten Einige Kameras im High-End-Bereich benutzen herkömmliche PCMCIA-Festplatten um die geschossenen Bilder zu speichern. Obwohl die Speicherung selbst auf der Platte keinen Strom verbraucht und die Kapazität im Vergleich zu den beiden vorigen Methoden größer ist, sie beträgt ca. 170 MB, das entspricht ungefähr x480 Bilder, hat diese Methode auch ihre Nachteile. Eine durchschnittliche PCMCIA-Festplatte verbraucht ca. 2,5 Watt, wenn sie sich im Leerlauf befindet. Bei Schreib-/Lesevorgängen ist der Verbrauch noch höher. Da nun jede Fotos einzeln abgespeichert wird belastet das die Batterie der Kamera mit der Zeit extrem. Ein weitere Nachteil ist die Datensichereit bzw. Verlässlichkeit. Da die technischen Bauteile innehalb einer PCMCIA-Platte sehr dicht gepackt sind, kann es bei unsachgemäßer Handhabung leicht zu Datenfehler kommen. 2.7 Anschlußmöglichkeiten Obwohl der Trend klar zu wechselbaren Speichermedien hingeht, bietet die digital Kamera auch weiterhin Anschlußmöglichkeiten an den PC. Die wichtigsten wären in diesem Zusammenhang: - RS-232 (Serielle Schnittstelle) - SCSI - USB Seite 10/12

11 2.8 Beispielprodukte Wichtige Auswahlkriterien Auflösung Für die Bildschrimdarstellung sind 640x480 ausreichend Speicher Display Akku Scanner-Beispiele CAM-DKC-ID1 Hersteller: Sony Vollständiger Name: Sony Digitalkamera DKC-ID1 Auflösung: 768x576 Farben: 16,7 Mio. Farben Bilder: 7-29 Preis (inkl. UST): 21384,-- ös / 1554,04 EUR Beurteilung Obwohl mit dieser Auflösung noch nicht das Ende erreicht ist, ist diese Kamera durch Zusatz-Features, wie z.b. 12-facher Auto-Fokus doch etwas für Profis. CAM-DC-120 Hersteller: Kodak Vollständiger Name: Kodak Digitalkamera DC-120 Auflösung: 1290x960 Farben: 16,7 Mio. Farben Farbdisplay: 1,6 Bilder: Preis (inkl. UST): 10440,-- ös / 758,70 EUR Beurteilung Bei diesen Features ist ein Preis von ca ,-- ös auch schon fast für den normal User gerechtfertigt. Seite 11/12

12 3. Quellen Internet - Twain-Schnittstelle Scanner/Wichtige Begriffe - The PC Technologie Guide - Pixel auf dem Vormarsch - Test Methodology - Digitale Kameras - Preis-Informationen/Sony Prospekte - Epson-Scanner: FilmScan 200/GT-9500/GT-7000/GT Epson-Digital Kameras: PhotoPC 600/PhotoPC TransTec - Gesamtkatalog Seite 12/12