OPTIČNI BRALNIK
(ang. scanner)

Namen in uporaba

Kako deluje

Ločljivost

Globina barvnega zajemanja

Barvno uravnovešanje

Način priklopa na računalnik

Vmesnik TWAIN

Namen in uporaba

In zakaj bi si sploh omislili optični bralnik? Preprosto - kljub pred leti obljubljeni pisarni brez papirja za veliko informacij še vedno uporabljamo papir. In take, "papirnate" informacije je treba občasno prenesti v računalnik. Najsi bo to poslovni dokument, prospekt ali dokument, ki bi ga radi poslali s faksom, pa te naprave nimamo. Imamo le modem, ki pa lahko v povezavi z optičnim bralnikom in tiskalnikom samostojno faks napravo popolnoma nadomesti. Najpogostejši razlog za pojav optičnih bralnikov v domačem okolju pa so verjetno fotografije. Prebrane in shranjene na disku ali morda na plošči CD-R so neprimerno bolj na varnem od originalov, ki bolj ali manj zbledijo po nekaj (deset) letih. (Res pa je, da je računalništvo, kakršno poznamo danes, staro le kaki dve desetletji in je napovedovati združljivost računalniških zapisov za (recimo) 30 let naprej strašansko nehvaležno.) Kakovost tako prebranih fotografij je dovolj dobra za prikazovanje na zaslonu in posredno na televiziji (z grafično kartico, ki ima videoizhod), če ne varčujemo z diskovnim prostorom, pa je lahko praktično vsak bralnik dovolj dober za branje, ki bo zadoščalo za poznejši odtis z brizgalnim tiskalnikom. In navsezadnje lahko tako prebrane fotografije z računalnikom in ustrezno programsko opremo tudi prikladneje urejamo in izdelujemo albume. Zanimiva možnost je optično prepoznavanje ali OCR (Optical Character Recognition ), kot temu pravimo s tujo kratico. Vsem optičnim bralnikom je priložen takšen ali drugačen program, ki skenirano besedilo spremeni v tekstovno datoteko. Programi se po kakovosti seveda razlikujejo.

 

 

Kako deluje

Optični bralniki imajo zelo preprosto zasnovo in so sestavljeni le iz nekaj dobro povezanih delov. Plastično ohišje ponavadi vsebuje vrsto zelo gosto postavljenih tipal (tudi 1200 na palec ali 470 na cm), ki so nameščena na paličastem nosilcu, tega pa natančen koračni motorček premika pod stekleno ploščo, na katero položimo želeno predlogo. Na nosilcu s tipalom je tudi tak ali drugačen vir svetlobe, tako da tipala zaznavajo odbito svetlobo. To spremenijo v digitalne vrednosti (številke), ki jih v obliki električnih signalov pošljejo do vmesnika za prenos v računalnik (SCSI, vzporedni ali USB). Od tam naprej delo prevzame programska oprema, ki sprejete barvne vrednosti ustrezno prilagodi (barvno uravnovešanje) in prenese v grafični program.

Sliši se zelo enostavno, kljub temu pa za optičnim branjem stoji kar nekaj tehnologij, ki so šele v zadnjih letih toliko napredovale, da lahko današnji bralniki dosegajo tako zelo nizke cene. Najbolj zapleten del vsakega bralnika so vsekakor optična tipala. Dolga leta so bila to tipala CCD (Charged Coupled Device). Sistem deluje tako, da je na nosilcu tipal (centimeter ali dva stran) tudi vir svetlobe, ki od spodaj osvetljuje predlogo, tipala pa zaznajo odbite vrednosti. Tipala CCD so barvno slepa, saj zaznajo le svetilno komponento odbite svetlobe, zato je treba za barvno branje uporabiti nekakšen trik. V starih časih je bilo to trikratno branje predloge, pri čemer se je pred tipala vedno postavilo drugačen barvni filter (rdeči, modri in zeleni). Danes je branje vedno enkratno, za barvni razcep odbite svetlobe pa se uporablja prizma. Tri barve zaznajo tri vzporedne vrste tipal CCD. Zaradi omenjene optike (prizme, velikokrat ogledala) so optični bralniki CCD še vedno zelo občutljive naprave. Prav vsi imajo posebno ročico (ali gumb) za pritrditev (zaklepanje) bralnega nosilca med prenašanjem. Kot vir svetlobe so proizvajalci včasih uporabljali fluorescentne žarnice, ki pa so imele to slabost, da so bile zelo vroče, predvsem pa niso zmogle popolnoma enakomerne osvetlitve, kar je predpogoj za dobro optično branje. Danes so vgrajene žarnice s hladno katodo (Cold Cathode), ki niso vroče in so bolj enakomerne.

V zadnjem času vedno bolj prodira tehnologija tipal CIS (Contact Image Sensor), ki ima precej prednosti, pa tudi slabosti. Tipala CIS vsebujejo tri vrste majhnih svetlečih diod za vir svetlobe. Nameščene so zelo blizu tipal, zato je dovolj tudi minimalna svetloba, s čimer se zmanjša električna poraba, celoten bralni del bralnika pa je lahko zelo majhen, saj niso potrebne prizme, ogledala in druga optična oprema, ki ponavadi zahteva nekaj prostora. Bralniki CIS so zato lahko zelo tanki, ceneni, zaradi majhne porabe pa je možno narediti bralnik brez posebnega napajanja (zadostuje napajanje vmesnika USB). Idealno torej za bralnike za rabo doma. A kakovost takih bralnikov še ne dosega bralnikov s CCD. Razlike so vidne predvsem v podrobnostih, v mehkih barvnih prelivih. Za res natančno barvno branje so bralniki tipa CCD nepogrešljivi. Ne čudi torej, da so vsi najpomembnejši modeli takega tipa. Od tipala je odvisna tudi ločljivost, ki jo dosegajo bralniki. Bralnik lahko prebere le toliko barvnih informacij na dolžinsko enoto (ponavadi se meri v palcih), kolikor ima na to enoto optičnih bralnih elementov. Večina proizvajalcev navaja ločljivost v obliki X x Y (npr. 600 x 1200 pik na palec), vendar je to zavajanje kupcev. Prva vrednost je ponavadi manjša (ali enaka) in pomeni gostoto optičnih tipal, druga vrednost pa pomeni natančnost koračnega motorja, ki premika vrsto tipal. Če je slednja vrednost večja, nam to pri končanem izdelku ne pomaga prav nič, saj so manjkajoče vrednosti enostavno matematično izračunane. Še večje zavajanje kupcev so vrednosti, ki jih navajajo nekateri proizvajalci v obliki "ločljivost do 9600 x 9600 pik". Bralnik lahko v grafični program dejansko prenese toliko pik, vendar ne bo dejanska razločnost izdelka zaradi tega nič boljša. Gre namreč za interpolirane podatke, ki sliko le matematično povečajo. Prav enak ali še boljši učinek bi dosegli s programsko povečavo prebrane predloge v Photoshopu ali katerem drugem grafičnem programu. Pri nakupu se torej potrudite in izbrskajte pravo - optično ločljivost tiskalnika (pri najcenejših modelih je to včasih kar težko).

Sicer pa - kakšno ločljivost sploh potrebujemo v praksi? Veliko manjšo, kakor mislimo. Za optično branje dokumentov popolnoma zadošča ločljivost 300 pik na palec, čeprav bomo z ločljivostjo 400 pik na palec pridobili še nekoliko natančnosti. Če beremo barvne fotografije za objavo v reviji ali časopisu, bo zadoščalo branje z ločljivostjo 300 pik na palec, če jih beremo za ponovni natis na laserskem tiskalniku ločljivosti 600 pik na palec, pa bo rezultat najboljši, če bomo uporabili ločljivost le 200 pik na palec. Če nas zanima le pregled na zaslonu, bo zadostovala ločljivost 72 do 80 pik na palec. Seveda lahko vedno izberemo tudi večjo ločljivost, vendar je to časovno in prostorsko bolj potratno. Bralniki pri večjih ločljivostih ponavadi delujejo počasneje, tako imenovani izdelki pa na disku zavzamejo veliko več prostora, kar pomeni, da za njegovo obdelavo potrebujemo tudi veliko več delovnega pomnilnika. Spomniti se velja, da dvakrat večja ločljivost pomeni kar štirikrat večjo datoteko - fotografija velikosti 10 x 15 cm, prebrana pri ločljivosti 300 pik na palec,  je velika 6 MB, pri ločljivosti 600 pik na palec pa kar 24 MB! Nekateri ploski bralniki se ponašajo z možnostjo branja prosojnih materialov in diapozitivov. To dosežejo tako, da za branje ne uporabljajo odboja svetlobe, ampak je kot vir svetlobe uporabljena dodatna luč, ki predlogo presvetli od zgoraj. Nekateri bralniki imajo tako luč že vgrajeno v pokrovu, nekaterim pa lahko svetleči pokrov dokupimo. V praksi se pokaže, da je velika večina takih dodatkov dovolj dobra le za občasno branje velikih prosojnic. Za branje manjših prosojnih predlog, kakršne so diapozitivi, ponavadi premorejo premajhno svetilnost in premajhno ločljivost. Že prej smo zapisali, da imajo resni bralniki za diapozitive ločljivost kar 2700 pik na palec, kar je vrednost, ki je ploski bralniki nikakor ne dosegajo. Če imate veliko zbirko diapozitivov, ki bi jo radi spravili v digitalno obliko, taki nastavki torej nikakor ne bodo ustrezni. zelo pomemben podatek pri izbiri optičnega bralnika je globina barvnega zajemanja ali kar bitnost bralnika. Vsako barvno vrednost, ki jo tipala zaznajo, vgrajena elektronika spremeni v število, ki ponazarja "moč" te posamezne barve. Od tega, kolikšen razpon imajo lahko ta števila, je odvisno, kako natančne barvne odtenke bomo dobili na končnem izdelku. Včasih so bili praktično vsi bralniki 24 - bitni, kar pomeni, da so vsako osnovno barvo ponazorili z osmimi biti, kar je prineslo razpon od 0 - 250. Današnji bralniki so od 30 (3 x 10 bitov) do 42 (3 x 14 bitov), torej so veliko bolj natančni. Zanimivo pa je, da le redko kateri programski vmesnik TWAIN (in grafični program) zmore dejansko prikazati toliko- bitni izdelek (še posebej, ker grafične kartice prikazujejo le 24- in 32- bitne barve). V čem je torej prednost pred 24- bitnimi bralniki? V barvni vernosti končnega izdelka. Pri barvnem uravnovešanju in prilagajanju izhodni napravi (npr. tiskalniku) se nekaj barvne informacije vedno izgubi, če je vhodna informacija več bitna, pa se ta izguba nadomesti. Skratka - več biten je bralnik, bolj so natančni izdelki: predvsem barvni prelivi in temačni deli fotografij.

Natančnost branja na temačnih delih določa tudi dinamični razpon ali vrednost D-Max, ki pa jo zasledimo le pri dražjih in polprofesionalnih izdelkih. »D« je logaritemska lestvica, ki ponazarja razpon barv, ki jih je bralnik zmožen razbrati. Možne vrednosti so od 0-4, pri čemer zadnja vrednost ponazarja, da lahko bralnik razpozna celoten svetlobni spekter. V praksi takega bralnika ni, saj tudi najboljši in najdražji bobenski bralniki ne presegajo vrednosti 3,8. Profesionalni ploski bralniki, kakšna sta Umax Powerlook III ali Heidelberg Saphir Ultra II, imajo D-Max 3,4. Za primerjavo- najcenejši bralniki za doma (tipa CIS) imajo to vrednost okrog 2,5 (če jo uspemo kje zaslediti).

 

 

Slabo barvno uravnovešanje je težava, ki je v računalništvu še niso zadovoljivo rešili in ki vedno znova povzroča sive lase grafičnim oblikovalcem. Različne tehnologije za prikaz barv, kot so monitorji in tiskalniki, ter sistemi za branje barv, kot so optični bralniki in kamere, namreč precej drugače zaznavajo in prikazujejo barvno informacijo. Da o tem, da tukaj kot "moteči faktor" nastopa tudi človeško oko, niti ne govorimo. Danes te težave rešujemo z barvnimi profili, od katerih je najbolj znan sistem Kodakov CMS. Ob namestitvi gonilnika za monitor namestimo tudi barvni profil, ki natančno "ve", kakšne barve oddaja fosfor v določenem modelu monitorja. Enako storimo ob namestitvi tiskalnika, pri katerem profil pove, kakšne barve zmore natisniti. Obe informaciji pa lahko uporabi optični bralnik (ali priložena programska oprema), ki glede na to prilagodi prikaz prebrane predloge.

Zadeva je zapletena, še bolj pa jo zaplete dejstvo, da vrednosti niso časovno absolutne, ampak se spreminjajo. Monitor, recimo, sčasoma prikazuje popolnoma drugačne barve, kakor jih je prikazoval ob nakupu. Do neke mere se lahko nezahtevni uporabniki zadovoljijo s t. i. vhodno/izhodnim uravnovešenjem, ki gre takole. Ob tiskalniku dobimo posebno barvno lestvico, ki jo z bralnikom preberemo v računalnik in jo natisnemo na našem barvnem tiskalniku. Ta natisnjeni izdelek spet preberemo na bralniku, ta pa zazna odstopanja od izvirnika in temu primerno spremeni svoje nastavitve. Ob ponovitvi postopka bi moral biti izvirnik barvno enakovreden natisnjenemu izdelku. Sicer pa je barvno uravnovešanje domena profesionalnih uporabnikov, ki se domačih uporabnikov večinoma ne tiče. Za te je pomembno, da bralnik "dovolj dobro" prikaže prebrano predlogo in da so barve všečne (žive, kontrastne), pa četudi nekoliko napačne.

 

 

Od strojne opreme optičnega bralnika je zelo pomemben tudi način priklopa na računalnik. Še pred nekaj leti so bili prav vsi optični bralniki tipa SCSI, ker je bil to pač edini dovolj hiter in univerzalni povezovalni vmesnik, ki je omogočal priklop naprav, kot so bralniki (pa tudi diski, CD-ROM-i, ...). Povezava prek tega vmesnika ima nekaj prednosti in nekaj slabosti. Predvsem je to najhitrejša možna povezava z računalnikom, kar se pozna predvsem pri optičnem branju pri veliki ločljivosti in v barvah. Tako branje naredi zelo veliko končno datoteko (tudi več 10 MB), ki jo je treba prenesti do računalnika. Hitrejši je vmesnik, manj možnosti je, da bo bralna glava morala čakati na počasen prenos do računalnika. Vmesnik SCSI je torej še vedno najprimernejši za profesionalne uporabnike, ki jim hitrost pomeni vse. Težave, ki so povezane s tem vmesnikom, pa tudi niso zanemarljive. Predvsem mora računalnik imeti vgrajeno kartico SCSI. Če je še nimamo, jo bomo morali vgraditi samo zaradi bralnika (nekaterim so preproste kartice že priložene). Če je kartica priložena, težav praktično ni več, sicer pa se bomo morali ukvarjati še s tako neprijetnimi stvarmi, kot je zaključevanje naprav SCSI in iskanje primernega kabla. Kablov SCSI je namreč malo morje in včasih je prav težko najti pravega.

Pozneje so se predvsem pri bralnikih za rabo doma pojavili vzporedni vmesniki. Današnji taki (tiskalniški) vmesniki zmorejo hitrosti do teoretičnih 1 MB/s, kar je že kar veliko. V praksi se pokaže, da so bralniki z vzporednim vmesnikom počasnejši od preostalih, poleg tega pa med delom dodobra zavrejo delovanje računalnika. Tiskalniški vmesnik pač nikoli ni bil namenjen za priključevanje "netiskalniških" naprav. Pri tiskalnikih z vzporednim vmesnikom smo tudi zelo vezani na gonilnike, ki jih morda za nov operacijski sistem (na primer Windows 2000) ni prav veliko. Naprave SCSI teh težav večinoma nimajo.

Najnovejši vmesnik je USB (Universal Serial Bus) in v zadnjem letu se je na tržišču že kar dobro zasidral. Na voljo je že veliko različnih naprav, kjer optični bralniki nikakor niso izjema. Prej nasprotno - optični bralniki so bili ene prvih strojnih naprav z vmesnikom USB. Vmesnik USB omogoča hitrosti prenosa do 12 Mb/s (torej okrog 1,2 MB/s), kar je za bralnike dovolj, prenos prek tega vmesnika pa računalnika skoraj nič ne obremeni. Ker lahko na tak vmesnik priključimo do 127 najrazličnejših naprav in ker lahko naprave priključimo kar pri vklopljenem računalniku (česar pri napravah SCSI raje niti ne poizkusimo) je očitno, da je to vmesnik, ki ga pri optičnih bralnikih lahko najbolj priporočimo. Še posebej, ker obstaja tudi nekaj bralnikov (tipa CIS), ki vso potrebno energijo dobijo kar iz kabla USB je le to, da je omejen s podporo operacijskih sistemov in gonilnikov. Bralniki USB so večinoma prirejeni za Windows 98, v Windows NT pa nikakor ne delujejo, za delo v Windows 2000 pa smo za zdaj omejeni le na tiste gonilnike, ki so priloženi Oknom.

 

 

Pomemben del optičnega bralnika je tudi njegova programska komponenta - vmesnik TWAIN. Do pojava tega standardiziranega vmesnika za nadzor optičnih bralnikov je vsak grafični program moral imeti priložene gonilnike za najbolj znane bralnike, kar je bila mora za programerje in za uporabnike. TWAIN ni kartica, kakor zagotavljajo na www.twain.org, in ne pomeni nič, še najmanj pa Technology Whithout An Interesting Name, kakor jo razlagajo zlobneži. V praksi je vmesnik TWAIN videti kot program, ki omogoča nadzor nad vsemi zmogljivostmi bralnika in ki ga lahko poženemo samostojno ali pa ga lahko požene grafični program (recimo Photoshop). Če ga požene ta, se končni izdelek v obliki dokumenta odpre neposredno v njem, sicer pa se hrani v obliki datoteke na disk. Od vmesnika TWAIN je v veliki meri odvisno, ali bomo z bralnikom zadovoljni ali ne. Program je namreč lahko neroden za uporabo, počasen, ali pa nam ob pravem trenutku ponudi prvo pomoč in je nasploh koristen. Žal nekateri proizvajalci preveč stavijo na "prijaznost" in prilagajo vmesnike, ki naj bi bili zelo "pametni". Da uporabniku ni treba vedeti ničesar o ločljivosti, velikosti, megabajtih in barvah. Žal so taki vmesniki večinoma taki, da se le stežka (če sploh) prebijemo mimo te "inteligence" in spremenimo morda le tisti parameter, ki nas pri avtomatiki moti.

Povezave:

 http://www.howstuffworks.com/scanner.htm?printable=1