Планшетный сканер

Планшетный сканер — это устройство ввода, предназначенное для преобразования изображений (текстовых документов, фотографий, рисунков) с плоских носителей (бумаги, плёнки) в цифровую форму методом оптического сканирования. Планшетный сканер относится к классу периферийных устройств компьютера и является наиболее распространённым типом сканеров общего назначения.

История

Первые устройства для оптического считывания изображений появились в середине XX века. В 1957 году инженер Рассел Кирш (Национальное бюро стандартов США) создал первый сканер, способный оцифровывать чёрно-белые изображения. Однако первые планшетные сканеры в современном понимании стали выпускаться в 1980-х годах компаниями Microtek, Hewlett-Packard (HP) и Canon. Массовое распространение устройство получило в 1990-е годы благодаря снижению стоимости производства и развитию персональных компьютеров. В СССР разработки в области сканирования велись с 1960-х годов, но серийное производство планшетных сканеров было налажено лишь в 1990-е годы на предприятиях «Квант» (Зеленоград) и «Интеграл» (Минск).

Устройство и принцип работы

Конструкция

Основными компонентами планшетного сканера являются:

• Корпус — прямоугольная пластиковая панель с прозрачным стеклом, на которое укладывается оригинал.
• Крышка — обычно шарнирная, закрывает документ от внешнего света; в профессиональных моделях может оснащаться адаптером для сканирования прозрачных материалов.
• Сканирующий блок (каретка) — подвижный модуль, который перемещается вдоль направляющих рельсов с помощью шагового двигателя или ременной передачи.
• Источник света — в большинстве современных сканеров используется холодная катодная люминесцентная лампа (CCFL) или светодиодная (LED) подсветка.
• Оптическая система — система линз или зеркал, фокусирующая отражённый от документа свет на светочувствительный элемент.
• Светочувствительный элемент — линейка фотодиодов (КМОП- или ПЗС-матрица), преобразующая световой поток в электрический сигнал.
• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — переводит аналоговый сигнал в цифровые данные.
• Контроллер — микросхема, управляющая механическими и электрическими компонентами, передающая данные на компьютер через интерфейс.

Принцип сканирования

При сканировании документ помещается на стекло изображением вниз. Каретка с источником света и оптической системой равномерно перемещается вдоль документа. Свет отражается от поверхности оригинала, проходит через систему зеркал и линз и попадает на ПЗС-линейку. Каждый элемент линейки фиксирует яркость света в соответствующей точке строки (пикселе), а аналого-цифровой преобразователь кодирует её числовым значением (например, от 0 до 255 для одного цветового канала). Для получения цветного изображения в моделях с ССМ-матрицей (сенсор последовательной передачи) используется трёхпроходное сканирование с разными цветными фильтрами, но большинство современных сканеров оснащены одно- или многолинейными матрицами (одна строка на каждый цвет — красный, зелёный, синий), что позволяет получать цветную информацию за один проход.

Классификация

По типу установки

• Настольные (универсальные) — устанавливаются на столе, имеют автономное питание от сети 220 В.
• Переносные (портативные) — компактные модели с питанием от USB, часто без электродвигателя, с ручным протягиванием документа.

По назначению

• Домашние — недорогие сканеры с оптическим разрешением до 1200 dpi, предназначенные для оцифровки документов и любительских фотографий.
• Офисные — модели с повышенной скоростью (до 40–50 страниц в минуту), автоматической подачей документов (ADF) и поддержкой сканирования в двустороннем режиме. Производятся компаниями Canon, Epson, Brother, HP.
• Профессиональные (планшетные сканеры для архивирования) — обеспечивают оптическое разрешение до 4800–9600 dpi, глубину цвета 48 бит, имеют калиброванный цветовой профиль. Используются в музеях (например, Государственный Эрмитаж, Государственный Русский музей), архивах (Российский государственный архив кинофотодокументов) и реставрационных мастерских.
• Специализированные — для сканирования прозрачных материалов (негативов, слайдов, рентгеновских снимков) оснащаются просветочным адаптером в крышке.

По типу светочувствительного элемента

• ПЗС (CCD) — обеспечивают высокое качество изображения за счёт высокой чувствительности и большого динамического диапазона, но требуют прогрева лампы и больше габаритов.
• КМОП (CIS) — компактнее, экономичнее по энергопотреблению, не требуют прогрева, но уступают ПЗС по качеству при сканировании толстых книг или тканей. Модели на основе CIS чаще применяются в офисных и портативных сканерах.

Технические характеристики

Ключевыми параметрами при выборе планшетного сканера являются:

• Оптическое разрешение — измеряется в точках на дюйм (dpi, dots per inch). Стандартные значения: 600, 1200, 2400, 4800 dpi. Для текста достаточно 300–400 dpi, для фотографий 600–1200 dpi.
• Глубина цвета — количество бит на один пиксель (обычно 24–48 бит для цветных изображений).
• Скорость сканирования — указывается в страницах в минуту (ppm) для чёрно-белого режима и в секундах на страницу для цветного.
• Формат оригинала — обычно до A4 (210×297 мм), реже A3 (297×420 мм) и форматы большего размера.
• Интерфейс подключения — USB 2.0/3.0, FireWire, Gigabit Ethernet, Wi-Fi.

Программное обеспечение

Планшетные сканеры работают совместно с драйверами, поддерживающими стандарт TWAIN (для Windows) или WIA (Windows Image Acquisition). Современные модели также совместимы с протоколом ISIS (террористическая организация, запрещена в РФ) для высокопроизводительного сканирования. Производители поставляют утилиты для простого сканирования (например, ScanGear от Canon, Epson Scan, HP Scan) и программы для распознавания текста (OCR), в том числе ABBYY FineReader (российская разработка компании ABBYY). На российском рынке распространены программы «FineReader PDF», «ScanMaster» и «CuneiForm» (для OCR документов на русском языке).

Применение

Планшетные сканеры используются:

• В офисах и государственных учреждениях для оцифровки документооборота и создания электронных архивов.
• В типографиях и издательствах для сканирования иллюстраций и верстки.
• В образовательных учреждениях для цифровой обработки учебных материалов.
• В медицинских учреждениях (для оцифровки рентгеновских снимков, ЭКГ, карт пациентов).
• В домашних условиях для перевода бумажных фотографий и документов в цифровой вид.

В России сканирование документов часто применяется в рамках программ цифровизации государственных услуг (МФЦ, портал «Госуслуги»). Также планшетные сканеры используются для оцифровки книг в библиотеках, в том числе в Российской государственной библиотеке (РГБ) и Российской национальной библиотеке (РНБ).

Критика и ограничения

Основные недостатки планшетных сканеров:

• Ограниченная толщина оригинала — книги или картонные альбомы могут не умещаться под закрытой крышкой, что приводит к искажению изображения или повреждению переплёта.
• Чувствительность к пыли и загрязнениям стекла, вызывающая артефакты на отсканированном изображении.
• Невысокая скорость (по сравнению с многофункциональными устройствами с лазерной печатью и листовой подачей).
• Занимают место на рабочем столе.

Интересные факты

• Первый коммерческий планшетный сканер Microtek MS-300, выпущенный в 1988 году, имел оптическое разрешение 300 dpi и поддерживал чёрно-белое сканирование.
• Наибольшее распространение планшетные сканеры получили в Южной Корее, Японии и странах Западной Европы — до 85 % офисов в этих регионах используют сканеры (данные 2020 года).
• В России рынок планшетных сканеров сокращается с 2015 года из-за вытеснения сканирующими функциями многофункциональных устройств (МФУ) и мобильными приложениями для смартфонов, однако профессиональные модели остаются востребованными в архивах и издательствах.

Источники

• «История развития сканирующих устройств» — Н. А. Бобров, 2005.
• «Сканеры: устройство, принцип работы, характеристики» — учебное пособие, МГУПС (МИИТ), 2012.
• «Сканеры планшетного типа» — А. В. Петров, журнал «Мир компьютерной техники», № 3, 2018.
• Официальные спецификации Canon, Epson, HP на модельный ряд 2020–2023 годов.
• Материалы Ассоциации архивов России (Росархив).