Пристрої вводу графічної інформації

14

14

Міністерство освіти і науки України

Черкаський державний технологічний університет

Кафедра інформаційних систем

КОНТРОЛЬНА РОБОТА

з дисципліни: Периферійні пристрої

на тему:

Пристрої вводу графічної інформації

Виконав

студент гр. ЗКМ-602

Чепчур Р. В.

Перевірив::

Вик. Захаров В. М.

Черкаси 2009

Вступ

Сучасні комп'ютерні системи мають можливість для обробки графічної інформації з метою її подальшого використання в таких галузях як поліграфія, мультимедіа або Інтернет.

Ввід графічної інформації передбачає її подальшу обробку і видачу у вигляді певного продукту, наприклад графічного файлу, підготовленої публікації або кольорового відбитку. Він здійснюється за допомогою пристороїв вводу графічної інформації, які перетворюють зображення в електронний (цифровий) вигляд, тобто оцифровують його, після чого це зображення можна обробити в спеціальних програмах. До пристроїв вводу можна віднести сканери, пристрої Photo CD, цифрові фотоапарати, плати відеозахвату. Також до цих пристроїв можна віднести і дигітайзери, хоча, останнім часом, найчастіше вони використовуються як інструменти редагування зображень в спеціалізованому програмному забезпеченні.

1. Сканери

Сканери розрізняють за конструкцією, за оригіналами з яких зчитує зображення сканер, та за характеристиками.

За характеристиками розрізняють офісні, півпрофесійні та професійні сканери. До основних характеристик сканера відносять роздільну здатність та динамічний діапазон.

Роздільна здатність вимірюється у ррі (pixels per inch) пікселах на дюйм і показує кількість точок на кожен дюйм зображення, які може розрізнити сканер. При збільшенні цього показника чіткість просканованого зображення буде вищою.

Динамічний діапазон (глибина кольору) визначає здатність сканера відрізняти відтінки між світлими та темними ділянками зображення. Чим ширший динамічний діапазон сканера, тим більша чіткість буде у зображення, що ним утворюється. Вимірюється у бітах.

За сферами застосування сканери можна поділити так:

Офісні: Це недорогі сканери з невисокою роздільною здатністю і слабким динамічним діапазоном. Використовуються в офісах фірм не орієнтованих на поліграфію для сканування текстів, формування документів, що містять нескладну графічну інформацію.

Півпрофесійні: Сканери за ціною близько $ 500 - 1000. Мають характеристики значно вищі від офісних сканерів і дозволяють отримувати зображення придатні для додрукової обробки в поліграфії. Використовуються в фірмах орієнтованих на поліграфію і не масового використання.

Професійні: Використовуються в сервісних бюро додрукової підготовки зображень. Поєднують в собі високі оптичні характеристики, надійність, розширені власні функції обробки зображень.

За конструкцією розрізняють: ручні, планшетні, барабанні, слайдові. Ручні сканери використовуються в основному в комплекті з портативними комп'ютерами, як засоби швидкого вводу графічної інформації. Планшетні сканери частіше використовуються для півпрофесійної та професійної роботи з зображеннями. Барабанні сканери використовуються в сервісних бюро додрукової обробки зображень та в деяких типографіях.

Будова типового планшетного сканера

Джерело світла (a) відбиває світло від оригіналу (b). Дзеркала (c) передають відбите світло на лінзу (d), яка фокусує інформацію зображення на кристал пристрою з зарядовим зв'язком (e), який містить датчики, які реєструють світло як зміну аналогового заряду, який після цього передається на аналогово-цифровий перетворювач (g) для перетворення на цифрові дані.

2. Дигітайзери

На початку використання персональних комп'ютерів у виробництві в системах автоматизованого проектування для перетворення вже наявних на папері креслень у цифровий вигляд використовувалися так звані дигітайзери тепер більш відомі як графічні планшети. Дигітайзер складається з двох основних частин: власне планшета та координатного пристрою. Планшет відмічає розташування координатного пристрою відносно власної системи координат и перетворює цю інформацію у цифровий вигляд.

Тепер на зміну дигітайзерам прийшли графічні планшети з безпровідними перами. Сучасні професійні планшети можуть фіксувати крім положення пера, силу його притискання до планшету, нахил та інші характеристики властиві звичайному пишучому предмету.

На малюнку: художник К. Девід Пина пером на планшеті компанії Wacom працює над дизайном емблеми.

І сканери і дигітайзери підключаються безпосередньо до комп'ютера на якому встановлено відповідне програмне забезпечення для цих пристроїв. Сканування супроводжується передачею великих масивів даних, що поглинає майже всі ресурси комп'ютера. На даний момент мережі, в яких було-би можливе сканування на віддаленому комп'ютері мають дуже велику вартість як по ціні так і по обслуговуванню, тому така конфігурація практично не застосовується.

Як при роботі із сканером, так і при роботі з дигітайзером мережа може використовуватись тільки для передачі вже отриманих з цих пристроїв зображень.

3. Компоненти і функціонування цифрової фотокамери

Результатом знімання з використанням звичайної фотокамери є кадри з фотоплівки. Після проявлення плівки можна, використовуючи відповідне устаткування, одержати знімки на спеціальному папері, або зробити слайд. Для цифрації знімків чи слайдів використовують сканери.

На відміну від звичайної фотокамери результатом знімання за допомогою цифрової фотокамери є цифрові кадри, що зберігаються в пам'яті фотокамери. Отримані кадри можна перенести або в комп'ютер для подальшого оброблення, або в спеціальний принтер, який зазвичай називають фотопринтером, що друкує кадри знімків без участі комп'ютера.

Основні компоненти цифрової фотокамери:

- Оптична система;

- Сенсори й аналого-цифровий перетворювач;

- Блок керування;

- Пам'ять для зберігання фотознімків;

- Пристрої індикації і керування;

- Система електроживлення;

Оптична система цифрової камери містить:

- Об'єктив, діафрагму і затвор;

- Систему авто фокусування;

- Систему зміни фокусної відстані;

- Систему оптичної стабілізації зображення;

- Видошукач;

- Імпульсний спалах.

Лінзи об'єктива фотокамери фокусують світловий потік на сенсорах. Для цифрових фотокамер використовують такі самі об'єктиви, як і для плівкових фотоапаратів, однак фокусна відстань (відстань між лінзами і поверхнею сенсора) у цих типах фотокамер істотно відрізняється. Це зумовлено тим, що розміри сенсора становлять від 0,17 до 0,25 розміру кадру 35-міліметрової плівки. З тієї ж причини лінзи цифрової фотокамери мають бути якіснішими, оскільки вони сфокусовані на меншій площі.

За лінзами об'єктива у фотокамері розміщено діафрагму, що регулює кількість світла, яке потрапляє на сервер. За діафрагмою може розміщуватися затвор - шторка, що відкривається тільки в момент знімання. Для цифрових фотокамер використовують електронний затвор, що вмикає чи вимикає сенсор для приймання світлового потоку. Багато видів світлових фотокамер використовують обидва види затворів.

Діафрагма і затвор разом визначають витримку знімка - кількість світла і тривалість його впливу на сенсор для одержання якісного знімка. Витримка автоматично визначається за освітленістю центральної ділянки знімка, однак у деяких професійних камер кадр розбивається на декілька ділянок, для кожного з яких визначається витримка знімка.

Багато цифрових фотокамер мають механізм автоматичного фокусування. Існує два типи цього механізму: активний і пасивний.

Активне автоматичне фокусування в сучасних фотокамерах забезпечується інфрачервоним випромінювачем, розміщеним у камері для визначення відстані до об'єкта знімання. Під час фокусування система постійно генерує імпульси світла. Ці і імпульси відбиваються від об'єкта знімання і потрапляють в інфрачервоний приймач. Відстань визначається або за інтенсивністю відбитого світла, або за інтервалом часу між моментом генерації імпульсу і моментом його реєстрації приймачем. Потім система керування для фокусування на об'єкт переміщує лінзи об'єктива в один чи другий бік за допомогою мініатюрного двигуна.

Пасивне автоматичне фокусування ґрунтується на аналізі контрасту між сусідніми ділянками кадру. Спеціальний сенсор авто фокусування сприймає світлове випромінювання об'єкта знімання. Якщо зображення відображається на сенсорі не у фокусі, ті зміни інтенсивності світла між сусідніми пік селами не великі. Для сфокусованого зображення ці зміни значно більші. Процесор фотокамери , аналізуючи дані, отримані від сенсора, шукає точку, у якій ці розбіжності досягають максимального значення у разі переміщення лінз у той чи інший бік.

Поряд з об'єктивами, у яких фокусна відстань фіксована, у фотокамері можуть використовуватися й об'єктиви зі змінною фокусною відстанню (трансфокатори). Оскільки зі збільшенням фокусної відстані об'єкт ніби збільшується, такі лінзи називають збільшувальними лінзами. Деякі фотокамери мають декілька різних об'єктивів з фіксованими чи змінними фокусними відстанями. Крім оптичного збільшення, у цифрових фотокамерах можна використовувати і цифрове збільшення кадру. У цьому разі центральний фрагмент кадру збільшується до розмірів повного кадру.

Чим більша фокусна відстань об'єктива, тим менша припустима витримка. Таке обмеження викликано тим, що під час хитання об'єктива відносно його поздовжньої осі світловий потік, відбитий від об'єкта знімання, може відхилитися від оптичної осі, в результаті чого кадр виходить змазаним. Так, якщо фокусна відстань становить 200мм, витримка має бути не більшою 0,005с. Крім того, під час знімання кадру фотокамера може зміститися.

Щоб уникнути цього обмеження, можна використовувати штатив, однак це не завжди зручно, тому об'єктиви цифрових фотокамер часто оснащують системами оптичної стабілізації. Для цього до складу об'єктива вводиться спеціальна лінза, за допомогою зсуву якої у вертикальній і горизонтальній площинах компенсується відхилення світла від оптичної осі. За нормального положення фотокамери оптична вісь збігається з напрямом на об'єкт. Використовуючи систему стабілізації, напрям і швидкість хитання об'єктива визначають за допомогою гіроскопічних сенсорів, а поточну позицію лінзи - інфрачервоними датчиками. При цьому зсув компенсується, тому на сенсорі і оптична вісь, і напрям на об'єкт, як і раніше, збігаються.

Видошукач використовують для напрямлення фотокамери на об'єкт знімання. У цифрових фотокамерах використовують один із трьох видошукачів:

- Прямий чи оптичний;

- Дзеркальний;

- Електронний.

Прямий, чи оптичний видошукач являє собою скляне вічко, оптична вісь якого паралельна оптичній осі об'єктива. Це найпростіший вид видошукача.

У разі використання дзеркального видошукача, якщо затвор закритий, світло від об'єкта знімання спочатку потрапляє на дзеркало, розміщене перед затвором, а потім проходить через напівпрозорий екран і потрапляє на п'ятигранну призму. Ця призма повертає зображення у зворотному напрямі навколо вертикальної осі. З відкриттям затвора дзеркало піднімається вгору і світло від об'єкта знімання потрапляє на сенсор.

В електронному видошукачі зображення, отримане із сенсора, надходить у блок керування, де поряд із зображенням для зберігання в пам'яті та виведення на екран LCD формується зменшене зображення для невеликого (розміром близько 0,5 дюйма по діагоналі) екрана LCD на основі матриці TFT.

Імпульсивний спалах дозволяє одержати короткочасне освітлення об'єкта знімання з високою яскравістю. У сучасних цифрових фотокамерах яскравість спалаху керується мікропроцесором. Для визначення тривалості і потужності спалаху враховуються відстані до об'єкта знімання, його освітленість, допустимі значення діафрагми і витримка та чутливість сенсора. Крім того, використовуючи об'єктив зі змінною фокусною відстанню, кут розсіювання в спалаху можна змінювати (чим менша фокусна відстань, тим більший кут розсіювання). Така зміна досягається переміщенням відображувача всередині спалаху за допомогою сервоприводу.

У цифровій фотокамері як сенсор використовується або матриця елементів ССD, або матриця елементів CMOS. У матрицях ССD заряд послідовно передається від одного елемента рядка чи стовпця до другого і зчитується на одній зі сторін матриці. В елементах матриці CMOS, крім світлочутливих пристроїв, містяться також кілька транзисторів, що підсилюють струм і спрямовують його по проводах на вихід матриці.

Аналого-цифровий перетворювач виконує звернення аналогових значень заряду чи напруги до числових.

Елементи сенсора не чутливі до кольору, але фіксують інтенсивність падаючого на них світла. Кольорове зображення на сенсорі одержують за трьома основними технологіями.

За першою технологією- технологією 3ССD - елементи матриці розбиваються на трійки. Кожний елемент у трійці має свій світлофільтр. Перед кожною трійкою елементів міститься світлоділильна призма, що розбиває падаючий на неї пучок світла на три пучки, кожний з яких спрямовується на свій елемент трійки. Цей спосіб зазвичай використовують у дорогих професійних фотокамерах.

За другою технологією перед сенсором міститься три світлофільтри, що обертаються з великою швидкістю. У цьому разі за час одного періоду обертання камера має залишатися нерухомою.

За третьою технологією кожний елемент матриці має свій світлофільтр, тобто кожний елемент матриці має тільки свій компонент кольору. Щоб визначити значення інших компонентів кольору в заданій точці, використовують інтерполяцію за значеннями кольорів у точках, сусідніх з цією точкою. Світлофільтри в матриці розміщуються за визначеним шаблоном. Найчастіше використовують шаблон фільтрів Баєра, у якому кількість зелених світлофільтрів дорівнює кількості синіх і червоних світлофільтрів. Такий розподіл світлофільтрів враховує той факт, що чутливість людського ока вища в зеленій ділянці спектра.

За останньою технологією через помилки інтерполяції можливе спотворення як кольорів, так і форми об'єкта знімання. Крім цього, за першою чи третьою технологією фактична роздільна здатність матриці буде меншою, оскільки один піксел зображення формують три або чотири елементи сенсора. Щоб зменшити ці спотворення і збільшити роздільну здатність матриць CCD, було розроблено технологію super CCD, а для матриць CMOS - технологію Х3.

Блок керування цифрової фотокамери містить один чи декілька цифрових сигнальних процесорів DSP, один або декілька мікропроцесорів, оперативну пам'ять, а також постійний запам'ятовуючий пристрій на базі Flash-пам'яті.

У DSP числові дані з виходу АЦП перетворюються в зображення і спрямовуються в оперативну пам'ять. При цьому у фотокамерах, що використовують третю технологію формування кольору, виконується також інтерполяція кольорів. Зображення в DSP формується з такою роздільною здатністю, яку забезпечує матриця сенсорів цієї фотокамери, наприклад, 2048*1548 пікселів.

Процесор DSP виконує також аналіз і коригування зображення: змінювання яскравості, контрастності, балансу кольорів тощо. Він перетворює зображення, що знаходиться в оперативній пам'яті, в один із графічних форматів, у яких зберігаються знімки у вбудованій чи зовнішній пам'яті.

У перших цифрових фотокамерах як зовнішню пам'ять для зберігання кадрів використовували дискету 3,5 дюйма, що потім зчитувалася на комп'ютері. Основний вид зовнішньої пам'яті сучасних фотокамер - карта пам'яті PC Card чи карта Flash-памяті.

Склад і функції пристроїв керування й індикації залежать від моделі.

Основні пристрої індикації і керування:

- Екран LCD, використовуваний для перегляду зроблених знімків і їх коректування чи видалення, виведення меню керування фотокамерою;

- Кнопки меню керування на екрані LCD;

- Кнопка спуска затвора;

- Перемикачі режимів знімання.

До складу електроживлення входять батарейки із зарядним пристроєм, а також перехідник, що дозволяє одержувати електроживлення від побутової мережі змінного струму.

Основні характеристики цифрових фотокамер:

- кількість пікселів у сенсорі та кількість ефективних пікселів;

- форм-фактор сенсора;

- тип сенсора;

- роздільна здатність знімків;

- фокусна відстань і світлосила об'єктива;

- максимальні значення оптичного і цифрового збільшення;

- мінімальний і максимальний час спрацювання затвора;

- тип видошукача;

- регулювання балансу білого;

- світлочутливість;

- розрядність АЦП;

- підтримувані формати знімків;

- тип зовнішньої пам'яті;

- ємність зовнішньої пам'яті;

- ємність вбудованої пам'яті для зберігання знімків;

- інтерфейси;

- електроживлення;

- додаткові можливості.

Важлива характеристика цифрової фотокамери - кількість пікселів у сенсорі. Однак не всі пікселі у сенсорі беруть участь у формуванні зображення. Це або дефектні пікселі, або пікселі, що використовуються у камері за іншим призначенням. Звичайна кількість таких пікселів становить близько 5% від їх загальної кількості. Тому поряд з кількістю пікселів для фотокамери ставиться і кількість активних пікселів. Перші цифрові фотокамери мали близько 1 мегапіксела, тепер до 14 і більше. Цифрова фотографія поки що поступається пліковій, у якій для плівки ISO 100 за щільності 200 зерен на мм загальна кількість зерен дорівнює 34 500 000.

Література

Зелинский С. Нападение из засады. Журнал «ЧИП» №1 2000 р.

Грінберг А.Д., Грінберг С. Практика роботи з Photoshop 4. 3-те видання. На рос. мові. Диалектика 1998 р.

Водескі Р. Графіка для Web. Біблія дизайнера. На рос. мові. Диалектика 1998 р.

Колесніченко О. В., Апаратные средства РС. - 4-е изд., - СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 1024с.

Рикалюк Р., Архітектура та апаратне забезпечення ПЕОМ. - К.: ВЦ «Академія»,2002. - 304с.