ЦП Автоматизированные системы управления и промышленная безопасность
Внешние (периферийные) устройства персонального компьютера составляют важнейшую часть любого вычислительного комплекса.
К ним относятся устройства ввода-вывода — компоненты типовой архитектуры ЭВМ, предоставляющее компьютеру возможность взаимодействия с внешним миром и, в частности, с пользователями и другими компьютерами.
Основные устройства ввода-вывода: клавиатура; компьютерная мышь; сканер; веб-камера; мониторы; принтеры.
Классификация устройств ввода
Органы чувств человека способны воспринимать информацию в разнообразных формах, например текст в учебнике, сообщение по телефону, запах газа на кухне, вкус горького перца и пр. Эта информация может быть преобразована в другие формы, например в мысли и эмоции. Результаты обработки информации человеком отражаются в его решениях и действиях.
Компьютеру, как и человеку, необходимы свои «глаза и уши», с помощью которых он мог бы воспринимать информацию извне. В настоящее время имеются разнообразные устройства, выполняющие эти функции в составе компьютера. Они называются устройствами ввода, так как обеспечивают ввод в компьютер данных в различных формах: чисел, текстов, изображений, звуков. Устройства ввода преобразуют эту информацию в цифровую форму для последующей обработки и хранения в компьютере. Многообразие устройств ввода определяется разнообразием форм представления информации, которая может быть обработана с помощью компьютера.
Устройства ввода — аппаратные средства для преобразования информации из формы, понятной человеку, в форму, воспринимаемую компьютером.
Аппаратное обеспечение компьютера по вводу данных включает само устройство ввода, управляющий блок, называемый контроллером (адаптером), специальные разъемы и электрические кабели. Однако для достижения правильной работы как устройства ввода, так и устройства вывода одного лишь правильного аппаратного подключения недостаточно. Требуется загрузить в оперативную память специальную управляющую программу, называемую драйвером. Причем для каждого устройства нужен свой драйвер. В комплект поставки любого устройства ввода должна входить дискета с соответствующим драйвером.
Драйвер устройства — программа, управляющая работой конкретного устройства ввода/вывода информации.
Устройства ввода по способу ввода информации можно подразделить на два основных класса (рисунок 19.1):
♦ с клавиатурным вводом, при котором осуществляется ручной ввод с клавиатуры;
♦ с прямым вводом, при котором данные читаются непосредственно компьютерными устройствами.
Рис. 19.1. Классификация устройств ввода
В свою очередь, среди устройств с прямым вводом данных выделяются подклассы устройств: манипуляторы, сенсорные устройства, сканеры, устройства распознавания речи. Рассмотрим основные характеристики этих классов технических средств.
Сканеры разделяют на:
Черно-белые; Цветные. Черно-белые сканеры могут в простейшем случае различать только два значения – черное и белое, что вполне достаточно для чтения штрихового кода. Более сложные сканеры различают градации серого цвета. Цветные сканеры работают на принципе сложения цветов, при котором цветное изображение получается путем смешения трех цветов: красного, зеленого и синего.
Технически это реализуется двумя способами:
1.при сканировании цветной оригинал освещается не белым светом, а последовательно красным, зеленым и синим. Сканирование осуществляется для каждого цвета отдельно, полученная информация предварительно обрабатывается и передается в компьютер; 2.в процессе сканирования цветной оригинал освещается белым цветом, а отраженный свет попадает на CCD-матрицу через систему специальных фильтров, разлагающих его на три компонента: красный, зеленый, синий, каждый из которых улавливается своим набором фотоэлементов.
А также сканеры делятся на: Ручные; Барабанные; Листовые; Планшетные; Роликовые; Проекционные;
Программное обеспечение сканеров
При решении вопроса о приобретении сканера важнее всего правильно выбрать программное обеспечение, которое наилучшим образом могло бы соответствовать конкретным задачам сканирования.
В настоящее время имеется довольно много прикладных пакетов для сканирования текстовой и графической информации.
При выборе конкретного программного обеспечения для сканера рекомендуется принимать во внимание следующие характеристики:
- наличие механизма предварительного сканирования, который обеспечивает возможность выполнения однократного сканирования всей страницы, с последующим выбором участков меньшего размера для окончания сканирования.
- возможность установки широкого диапазона разрешений, что позволяет выбирать требуемую для каждого конкретного случая величину. Как правило, это важно при работе с фотографиями и графической информацией.
- возможность регулирования контрастности и яркости.
- возможность редактирования изображений.
- возможность создания файлов, формат которых соответствовал бы другим используемым в системе пакетам.
Ввод звуковой информации
Для ввода аудио сигнала применяют микрофоны и цифровые диктофоны
С помощью микрофона звуковой сигнал оцифровывается и вводится в компьютер. Микрофоны могут быть как внешними, так и встроенными в наушники, моноблоки или ноутбуки. Для подключения используются специальные разъемы на звуковой карте, помеченные красным или розовым цветом и надписью mic.
Цифровые диктофоны – это устройства, позволяющие записывать и затем воспроизводить звукозапись. Имеют для подключения к компьютеру, как правило, интерфейс USB.
Чем отличается от принтера и копира
Основное отличие от каждого вида устройств заключается в конечном результате от работы техники.
- Принтер переносит информацию с электронного носителя на реальный – бумажный или другой (текстиль, пластик, пленка – зависит от вида принтера). Читайте про принцип работы принтера.
- Сканер, наоборот, переносит с физического материала в электронный документ.
- Копир (ксерокс). По технологии работы чем-то похож на сканер. На первом этапе происходит считывание носителя. Дальше происходит перенос на бумагу через встроенное печатающее устройство. Простыми словами, ксерокс делает точную копию исходного документа.
Копир является независимым устройством, которое может работать без подключения сторонних девайсов. Управление техникой выполняется через панель на корпусе. Для работы достаточно, чтобы ксерокс был исправным, и наличие бумаги в лотке.
Сканер всегда требует сопряжения с компьютером – физическое или беспроводное соединение, установка и, при необходимости, настройка программного обеспечения.
Принтер же может работать как автономно, так и только через компьютер. Возможности прямо зависят от модели и цены принтера. Во многих современных моделях можно печатать с флешки или подключать телефон к принтеру через разные программы, обходясь при этом без ПК.
6. Характеристики сканеров
Ниже описаны основные характеристики, которые следует принимать во внимание при выборе типа и модели сканера
Разрешающая способность определяется плотностью расположения распознаваемых точек и выражается в точках на дюйм (dpi — dot per inch) .
Сканеры имеют два параметра разрешающей способности: оптическое разрешение и программное.
Оптическое разрешение — показатель первичного сканирования. Программными методами можно в дальнейшем повысить разрешение.
Например, оптическое разрешение может быть 300×600 dpi, а программное — до 4800×4800 dpi. Оптическое разрешение имеет более важное значение для пользователя.
Оптическое разрешение зависит от размера элемента ПЗС-датчика и характеризует плотность, с которой производится выборка информации в заданной области оригинала.
Разрешение сканера имеет два показателя: по горизонтали и вертикали. Например, 600 х 300; 600 х 600; 800 х 800. Однако чаще всего употребляют первое значение: 600, 800 dpi.
Область сканирования — максимальный размер оригинала для данного сканера.
Метод сканирования определяет одно- или трехпроходный способ считывания информации в цветных сканерах.
Скорость сканирования — количество страниц черно-белого оригинала, сканируемых в минуту с максимальным оптическим разрешением сканера.
Разрядность сканера измеряется в бит и определяет то количество информации, которое необходимо для оцифровки каждой точки изображения, а также количество цветов, которое способен распознать сканер.
24 бит соответствуют 16,7 миллионам цветов, а 30 бит — миллиарду. Несмотря на то что человеческий глаз уже не в состоянии отличить 16-битный цвет от 24-битного, в новейших моделях сканеров заявлена 48-битная разрядность.
Совокупность характеристик модели сканера определяет его принадлежность к одному из трех классов, на которые условие можно подразделить все модели сканеров.
Сканеры простых моделей используются для подготовки деловой документации, создания прайс-листов и рекламных объявлений, а также для подготовки электронных публикаций (Web-страниц, графических баз данных). Обычно такие сканеры обеспечивают оптическое разрешение в диапазоне 300 — 600 dpi, передач) 256 оттенков серого цвета для полутоновых изображений.
Сканеры промежуточного класса планшетного типа обладают оптическим разрешением 600— 1800 dpi, высоким динамическим диапазоном, имеют возможность работы с прозрачными оригиналами и применяются в издательской деятельности.
Сканеры высокого класса обеспечивают разрешение свыше 4000 dpi, используются при необходимости оцифровки большого объема информации с высоким качеством и производительностью
Лидером на российском рынке сканеров является Hewlett-Packard, однако недорогие модели Mustek Paragon, KYE также пользуются спросом. Для профессионального применения используют сканеры UMAX или Agfa.
Цветные сканеры
В настоящее время существует несколько технологий для получения цветных сканируемых изображений. Один из наиболее общих принципов работы цветного сканера, сканируемое изображение освещается вращающимся RGB-светофильтром. Для каждого из основных цветов (красного, зеленого и синего) последовательность операций практически не отличается от последовательности действий при сканировании черно-белого изображения. Исключение составляет, этап предварительной обработки и гамма-коррекции цветов, перед тем как информация передается в компьютер. В результате трех проходов сканирования получается файл, содержащий образ изображения в трех основных цветах — RGB (образ композитного сигнала). Если используется восьмиразрядный АЦП, который поддерживает 256 оттенков для одного цвета, то каждой точке изображения ставится в соответствие один из 16,7 миллиона возможных цветов (24 разряда).
Надо отметить, что наиболее существенным недостатком описанного выше метода является увеличение времени сканирования в три раза.
В сканерах известных японских фирм Epson и Sharp , как правило, вместо одного источника света используется три, для каждого цвета отдельно. Это позволяет сканировать изображение всего за один проход. Сложности этого метода заключаются обычно в подборе источников света со стабильными характеристиками.
Принцип действия цветного сканера ScanJet Iic фирмы Hewlett Packard несколько иной. Источник белого света освещает сканируемое изображение, а отраженный свет через редуцирующую линзу попадает на трех полосную ПЗС через систему специальных фильтров, которые и разделяют белый свет на три компонента: красный, зеленый и синий. Физика работы подобных фильтров связана с явлением дихроизма, заключающегося в различной окраске одноосных кристаллов в проходящем белом свете в зависимости от положения оптической оси. Первый слой первого фильтра отражает синий свет, но пропускает зеленый и красный. Второй слой отражает зеленый свет и пропускает красный, который отражается только от третьего слоя. Во втором фильтре, наоборот, от первого слоя отражается красный свет, от второго — зеленый, а от третьего — синий. После системы фильтров разделенный красный, зеленый и синий свет попадает на собственную полосу ПЗС. Дальнейшая обработка сигналов цветности практически не отличается от обычной.
Общий принцип действия
Рассмотрим принцип действия планшетных сканеров, как наиболее распространенных моделей. Сканируемый объект кладется на стекло планшета сканируемой поверхностью вниз. Под стеклом располагается подвижная лампа, движение которой регулируется шаговым двигателем.
Свет, отраженный от объекта, через систему зеркал попадает на чувствительную матрицу (англ. CCD — Couple-Charged Device ), далее на АЦП и передается в компьютер. За каждый шаг двигателя сканируется полоска объекта, которые потом объединяются программным обеспечением в общее изображение.
Изображение всегда сканируется в формат RAW — а затем конвертируется в обычный графический формат с применением текущих настроек яркости, контрастности, и т. д. Эта конвертация осуществляется либо в самом сканере, либо в компьютере — в зависимости от модели конкретного сканера. На параметры и качество RAW -данных влияют такие аппаратные настройки сканера, как время экспозиции матрицы, уровни калибровки белого и черного, и т. п.
Все бытовые сканеры содержат собственные микропроцессоры, иногда это совмещенные с АЦП микропроцессоры, а иногда это микропроцессоры общего вида.
Характеристики сканеров
Оптическое разрешение. Разрешение измеряется в точках на дюйм (англ. dots per inch — dpi ). Является основной характеристикой сканера. Сканер снимает изображение не целиком, а по строчкам. По вертикали планшетного сканера движется полоска светочувствительных элементов и снимает по точкам изображение строку за строкой. Чем больше светочувствительных элементов у сканера, тем больше точек он может снять с каждой горизонтальной полосы изображения. Это и называется оптическим разрешением. Оно определяется количеством светочувствительных элементов (фотодатчиков), приходящихся на дюйм горизонтали сканируемого изображения. Обычно его считают по количеству точек на дюйм — dpi (dots per inch). Сегодня считается нормой уровень разрешение не менее 600 dpi . Увеличивать разрешение еще дальше — значит, применять более дорогую оптику, более дорогие светочувствительные элементы, а также многократно затягивать время сканирования. Для обработки слайдов необходимо более высокое разрешение: не менее 1200 dpi .
На сканерах указывается два значения например 600×1200 dpi , горизонтальное — определяется матрицей CCD , вертикальное — определяется количеством шагов двигателя на дюйм. Во внимание следует принимать минимальное значение
Глубина цвета. Определяется качеством матрицы CCD и разрядностью АЦП. Измеряется количеством оттенков, которые устройство способно распознать.24 бита соответствует 16 777 216 оттенков. Современные сканеры выпускают с глубиной цвета 24, 30, 36, 48 бит. Несмотря на то, что графические адаптеры пока не могут работать с глубиной цвета больше 24 бит, такая избыточность позволяет сохранить больше оттенков при преобразованиях картинки в графических редакторах.
Аппаратные интерфейсы сканеров.
Для связи с компьютером сканеры могут использовать специальную 8- или 16-разрядную интерфейсную плату, вставляемую в соответствующий слот расширения. Для портативных компьютеров подходит устройство PC Card . Кроме того, в настоящее время достаточно широкое распространение получили стандартные интерфейсы, применяемые в IBM PC -совместимых компьютерах (последовательный и параллельный порты, а также интерфейс SCSI ). Стоит отметить, что в случае стандартного интерфейса у пользователя не возникает проблем с разделением системных ресурсов: портов ввода-вывода, прерываний IRQ и каналов прямого доступа DMA .
По понятным причинам наиболее медленно передача данных осуществляется через последовательный порт ( RS-232C ). Именно поэтому в ряде последних ручных или комбинированных моделей сканеров для связи с компьютером применяется стандартный параллельный порт. Это очень удобно, например, при работе с портативным компьютером.
Программные интерфейсы и TWAIN
Для управления сканером необходима соответствующая программа — драйвер. В этом случае управление идет не на уровне «железа» (портов ввода-вывода), а через функции или точки входа драйвера.
TWAIN — это стандарт, согласно которому осуществляется обмен данными между прикладной программой и внешним устройством. Основной целью создания TWAIN -спецификации было решение проблемы совместимости, то есть легкого объединения различных устройств ввода с любым программным обеспечением. Он осуществляет поддержку различных платформ компьютеров; различных устройств, возможность работы с различными формата данных, вводить изображение одновременно с работой в прикладной программе.
