ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Манипуляторы «мышь», джойстик, световое перо

Предыдущая 30 31 32 33 34 35 363738 39 40 41 42 43 44 45 Следующая

Манипулятор «мышь» является одним из простейших, но удобных средств ввода графической информации. С его помощью легко вводить данные, графику, «раскрашивать» изображение, перемещать курсор или элемент изображения по экрану дисплея и т.п. Манипулятор представляет собой настольный прибор, предназначенный для преобразования его перемещения вдвух ортогональных направлениях (X и Y) в серии электрических импульсов. «Мышь» может подключаться к ЭВМ как спомощью тонкого гибкого кабеля, так и используя беспроводную технологию (например, с помощью инфракрасного порта). Используются в основном два принципа работы устройства: механический (оптомеханический) и оптический.

Основой конструкции механического манипулятора типа «мышь» является преобразователь (основание с шаром), который вместе с платами с ИМС и управляющими кнопками (клавишами) помещается в пластмассовый корпус.

Адаптер манипулятора «мышь» принимает от манипулятора импульсные сигналы, сопровождающие перемещение манипулятора в направлениях X и Y, и преобразует их в цифровой код. С помощью адаптера определяется направление и перемещение манипулятора по рабочей поверхности и выдается информация устройству, управляющему курсором на экране видеомонитора. Пересчет текущих позиций манипулятора осуществляется центральным процессором. Приемопередатчик, реализуемый, как правило, на трехстабильных двунаправленных элементах, обеспечивает сопряжение шины данных, адаптера и системной шины.

Оптический манипулятор «мышь» перемещается по поверхности с произвольным рисунком, практически по любой неоднотонной поверхности. Источник излучения направляет луч света на поверхность, и отраженный луч попадает на фотоприемник, связанный с микропроцессором. Перемещение манипулятора, т.к. поверхность неоднотонна, вызывает соответствующие изменения в отражаемом луче. Микропроцессор определяет относительное перемещение манипулятора и соответствующее положение курсора на экране дисплея и передает информацию в ЭВМ.

Преимущество такой «мыши» - достоверность и надежность. Уменьшение количества механических узлов приводит к увеличению ее срока службы. Недостаток заключается в том, что при повреждении или износе покрытия «мышь» производит на мониторе хаотичное перемещение курсора.

Как уже указывалось, «мышь» может быть соединена с ЭВМ посредством инфракрасного порта, наподобие пультов дистанционного управления телевизором. Рядом или на компьютере устанавливается приемник инфракрасного излучения, который кабелем соединяется с ЭВМ. Движение «мыши» преобразуется в инфракрасный сигнал, который затем передается в приемник. Для безупречной передачи инфракрасного сигнала всегда должен быть установлен «зрительный» контакт между приемником и передатчиком. Нельзя загораживать излучатель такой «мыши» книгами, теплопоглощающими или другими материалами. Альтернативой является передача информации от «мыши» посредством радиосигнала.

Устройством ввода, которое заняло прочную позицию, прежде всего, в области компьютерных игр, является джойстик. Различают цифровые и аналоговые джойстики. Цифровой джойстик оснащается 9-контактным Sub-D-разъемом (гнездо), аналоговый джойстик - 15-контактным двухрядным разъемом (вилка), который подключается к игровому порту. Использование цифрового джойстика требует установки в компьютер специальной карты или применения переходника с 9-контактного на 15-контактный разъем.

Джойстик представляет собой управляющую ручку с одной или несколькими кнопками. Цифровой джойстик реагирует на положение управляющей ручки (влево, вправо, вверх, вниз) и статус кнопки. Аналоговые джойстики регистрируют минимальные движения ручки управления, что, разумеется, обеспечивает более точное управление игрой. Точность управления можно увеличить, используя обработку таких сообщений, как поворот ручки управления на пол-оборота направо и налево, наискосок вниз или вверх. Подобная точность управления крайне важна для игр, в которых подвижные объекты должны точно позиционироваться.

Световые перья применяются довольно редко, поэтому ограничимся рассмотрением способа их действия и области применения. Световое перо похоже на шариковую ручку, в которую вместо пишущего шарика вмонтирован фотоэлемент. Кроме того, в стержне находится электронная составная часть, которая оценивает сигналы. В зависимости от исполнения световое перо оснащается одной или более кнопками, которые выполняют функции, схожие с функциями кнопок «мыши». Световое перо функционирует только совместно с монитором. При прикосновении стержнем к поверхности экрана электронное излучение регистрируется фотосенсором светового пера. Так как экран монитора состоит из множества точек («пикселов»), то полученный сигнал можно передать на графическую карту, которая вычислит координаты электронного луча по времени его регистрации.

Теоретически световое перо может заменить мышь, но на практике, если для управления крупными объектами световое перо еще надежно в применении, то при выборе мелких объектов оно не удобно.

Другая область применения светового пера - его совместное использованиес дигитайзером. В этом случае световое перо выполняет «пишущую» функцию. Этот способ ввода информации поддерживается различным программным обеспечением.

Для профессиональных графических работ дигитайзер (со световым пером) практически является стандартным устройством, так как он с помощью соответствующих программ позволяет преобразовывать передвижение руки оператора в формат векторной графики.

Первоначально дигитайзер был разработан только для приложений САПР, потому что в этом случае необходимо определять и задавать точное значение координат большого количества точек. Это функциональное требование при использовании обычных устройств ввода (таких, как клавиатура) затруднительно, а при использовании «мыши» может быть выполнено неточно.

В то время как «мышь» может интерпретировать только относительные координаты, дигитайзер способен точно определять и обрабатывать абсолютные координаты. Для этого используется специальный планшет, который помимо того, что является рабочей («письменной») поверхностью, имеет еще и другие многочисленные функции, позволяющие непосредственно управлять соответствующими программами. Собственно в качестве средства ввода информации служат или световое перо или (чаще) круговой курсор, с помощью которого выполняется позиционирование и можно очень точно определять координаты на планшете.

Сканеры

Широкую популярность приобрели сканирующие устройства ввода – сканеры(от англ. scan – внимательно просматривать). В основе всех сканеров лежит общий принцип – преобразование двумерного изображения в электрические сигналы.

Первое устройство сканирующего типа было запатентовано в 1843 г. А. Бэйном(A. Bain). Маятник, закрепленный так, что он мог колебаться только в одной плоскости, подвешивался над электромагнитом. На маятнике закреплялся токосъемник, а контур сканируемого изображения наносился на лист бумаги токопроводящим веществом. При каждом касании контура токосъемником в подключенном к нему проводе начинал течь ток. Частота колебаний маятника задавалась расположенным под ним электромагнитом, при каждом колебании токосъемник считывал «дугообразную» линию, одновременно после каждого прохода токосъемника оригинал смещался по вертикали.

На принимающей стороне использовался точно такой же аппарат, работавший синхронно с передающим: в нем был закреплен лист бумаги, покрытый веществом, темнеющим под воздействием электрического тока. В первый год эксплуатации система Бэйна передала из Парижа в Лион свыше 5000 изображений.

Принцип работы современных сканеров следующий. В большинстве случаев источник света (светодиоды или лазер) освещает рабочее поле вводимого документа. Чувствительный к свету рабочий орган движется по изображению (или изображение движется относительно неподвижного рабочего органа) и за счет отраженного света считывает элементы изображения, обычно постранично, которые затем распознаются ЭВМ и преобразуются в файл, размещаемый в памяти машины. В рабочем органе используются датчики, преобразовывающие оптическое изображение в электрический сигнал с разрешающей способностью 10...30 точек/мм и выше. При преобразовании полутоновых графических изображений фиксируется градации яркости. Для различения трех основных цветов (красного, зеленого и синего) применяются цветовые фильтры и источники с различным спектром излучения.

Сканеры позволяют вводить в компьютер в графическом виде текст, рисунки, слайды, фотографии и др. Технология считывания данных реализуется на основе использования светочувствительных датчиков двух типов: приборов с зарядовой связью(ПЗС) или фотоэлектронных умножителей(ФЭУ).

ПЗС — это твердотельный электронный компонент, состоящий из множеств миниатюрных датчиков, которые преобразуют интенсивность падающего на них света в пропорциональный ей электрический заряд. В основу ПЗС положена чувствительность проводимости p-n-перехода обыкновенного полупроводникового диода к степени его освещенности. На p-n-переходе создается заряд, который уменьшается со скоростью, зависящей от освещенности. Чем меньше заряд, тем больше ток через диод.

Основанные на ламповой технологии ФЭУ осуществляют электронное усиление интенсивности отраженного от оригинала света. Попадая на катод ФЭУ, свет выбивает из него электроны, которые, проходя через пластины диодов, вызывают вторичную электронную эмиссию. Коэффициент усиления зависит от свойств материала и количества диодов. Напряжение, пропорциональное освещенности катода ФЭУ, снимается с анода и затем преобразуется в цифровой код.

Неотъемлемой частью любого сканера являются аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Они предназначены для преобразования непрерывно изменяющихся значений напряжения, получаемых с помощью ПЗС или ФЭУ, в числа, соответствующие оттенкам цвета или градациям серого. Качество сканированного изображения напрямую связано с разрядностью используемого в сканере АЦП. В современных сканерах разрядность АЦП составляет от 8 до 12 бит.

Наиболее важная характеристика сканера – максимальное разрешение, измеряемое предельным числом линий (точек) на единицу длины, которые могут быть распознаны оптической системой сканера. Однако следует учитывать, что изготовители сканеров часто подменяют понятия, называя разрешением иную характеристику – шаг дискретизации.

Так как число и плотность размещения элементов ПЗС-датчика фиксировано, именно оно определяет максимальное количество точек изображения на единицу площади оригинала. Современные сканеры содержат ПЗС-датчики с 300, 600, 1200 и 2400 элементами на дюйм, что позволяет производителям говорить о «разрешении» 300, 600, 1200 и 2400 точек/дюйм.

Однако на реальное разрешение сканера оказывают влияние многие другие факторы: качество оптической системы и подстветки, уровень шума ПЗС-датчика, взаимные наводки его элементов, точность механизма позиционирования и др. Поэтому на практике реальное разрешение заметно меньше плотности размещения элементов ПЗС-датчика. Реальное разрешение может быть установлено только путем экспериментов, для которых необходимы специальные эталонные оригиналы.

ПЗС позволяет регистрировать только уровень интенсивности света, а не его частоту, т.е. получаемое им изображение монохромно. Для получения цветного изображения применяется множество методов цветоделения, которые можно разделить на три группы: с применением фильтров, с изменением цвета подсветки и с разделением луча.

Наиболее простая и распространенная технология – применение цветных фильтров (красный, синий, зеленый – RGB), располагаемых между датчиком и сканируемым объектом. Современная технология автоматической смены фильтров (в первых сканерах фильтры менялись вручную, сканирование производилось в три прохода) позволяет выполнять сканирование в один проход с троекратным экспонированием каждой линейки пикселов. Такой метод прост и недорог, поэтому применяется в большинстве современных сканеров. Недостатком метода является то, что светофильтры существенно уменьшают интенсивность светового потока (до 80-90%), что отрицательно сказывается на качестве сканируемого изображения.

Более качественное изображение можно получить, используя другой способ разделения цветов – применение несколькихцветных источников света. Сканирование может проходить как за три прохода – изображение сканируется полностью при свете каждого источника, так и за один – для каждой линии изображения по разу включается каждый источник света. В качестве источников света используют лампы с холодным катодом (флуоресцентные или ксеноновые) или светодиоды.

Цветная подсветка обладает следующими недостатками. Применение газонаполненных ламп делает конструкцию громоздкой, тяжелой и менее надежной. Использование светодиодов отрицательно сказывается на качестве цветопередачи. Дело в том, что спектры излучения светодиодов очень узкие, в результате мощность излучения в областях спектра между опорными цветами оказывается столь мала, что часть информации о цвете теряется.

Наиболее совершенный способ цветоделения – разделение полного спектра белого цвета на хроматические составляющие. Преимуществом разделения пучка является быстрое и качественное сканирование как цветных, так и монохромных изображений без каких-либо артефактов или искажений цвета. Однако сложная оптическая система, состоящая из нескольких зеркал и фильтров, чрезвычайно требовательна к точности позиционирования сканирующей головки, что обуславливает высокую стоимость подобного типа сканеров.

На современном рынке представлен широкий спектр сканеров различных моделей и типов. При классификации этого разнообразия обычно используют три признака: способ размещения оригинала, область применения и тип интерфейса.

По способу размещения оригинала различают:

· ручные сканеры;

· протяжные (роликовые) сканеры;

· планшетные сканеры;

· проекционные (книжные) сканеры;

· сканеры для прозрачных оригиналов;

· барабанные сканеры.

Ручные сканеры являются самыми компактными и недорогими. Они не имеют механического привода сканирующей головки, при сканировании пользователь перемещает ее вручную. Некоторые модели ручных сканеров оснащаются колесиками для замера перемещения сканера по поверхности, чтобы минимизировать искажения, связанные с неизбежной неравномерностью движения прибора. В наиболее совершенных моделях предусмотрена даже система обратной связи, обеспечивающая более равномерное движение.

Ширина сканируемой области ручных сканеров обычно не превышает 10-12 см, более широкие оригиналы сканируют по частям, собирая затем воедино программным путем. Основное предназначение ручных сканеров – использование совместно с портативными компьютерами (например, в публичных библиотеках). Благодаря особенностям конструкции, с их помощью удобно сканировать книги, журналы, документы, а также изображения с неплоских поверхностей, при этом обеспечивается хорошее качество распознавания текстовых оригиналов. Для сканирования фотографий ручные сканеры не подходят – неизбежные геометрические искажения делают качество получаемого изображения неприемлемым.

Протяжные (роликовые) сканеры по принципу действия напоминают факс-аппараты: сканируемый оригинал загружается в щелевой податчик и протягивается сквозь сканер. Протяжные сканеры имеют ряд неоспоримых преимуществ: они так же компактны, как и ручные модели, не требуют дополнительного питания, позволяют сканировать широкие оригиналы и при этом не вносят геометрических искажений, обеспечивая высокое качество итогового изображения. Однако протяжным сканером невозможно отсканировать книгу или журнал, и, кроме того, такой сканер может повредить ценный или хрупкий оригинал.

Планшетные сканеры – наиболее распространенный и универсальный тип сканеров. Планшетный сканер оснащается планшетом для оригиналов - прозрачной стеклянной поверхностью. Под стеклянным дном планшета с помощью шагового двигателя перемещается сканирующий блок. Такая конструкция позволяет сканировать практически любые оригиналы – от толстых книг до одинарных ветхих документов. К преимуществам планшетного сканера следует также отнести возможность одновременного сканирования нескольких небольших оригиналов, а также части оригинала.

Энергопотребление системы подсветки и механизма перемещения сканирующего блока довольно велико, поэтому большинство планшетных сканеров требуют подключения дополнительного блока питания. Несмотря на высокое качество сканирования, размер сканируемого изображения всегда будет ограничен размером планшета. Кроме этого, к недостаткам этого типа сканеров следует отнести большие габариты и иногда массу. Однако недавно появились занимающие намного меньше места на столе планшетные сканеры с вертикальным расположением оригинала.

Проекционные сканеры напоминают фотоувеличитель или проекционный аппарат и предназначены для сканирования большого количества книг и журналов, а также больших оригиналов. В этих устройствах оригинал располагается на массивном постаменте, а сканирующий блок расположен неподвижно над ним. Такая конструкция позволяет сканировать книги «естественным» способом – положив обложкой вниз и перелистывая страницы. Это очень важно при оцифровке ветхих и ценных архивных документов и книг.

Сканеры, предназначенные для сканирования прозрачных оригиналов (фотопленок и слайдов), имеют конструктивную особенность – система подсветки и сканирующий блок расположены в них по разные стороны оригинала. Фотопленка или слайды, как правило, представляют собой высококачественные оригиналы с широким динамическим диапазоном цветов и яркости. Поэтому в таких сканерах не применяется светодиодная подсветка, а в качестве датчиков используются высококачественные ПЗС с высокими плотностью элементов и разрешающей способностью.

Барабанные сканеры обеспечивают высочайшее разрешение и динамический диапазон и являются очень дорогими приборами. Оригинал закрепляется на прозрачном вращающемся барабане, внутри которого размещена лампа подсветки белого цвета. Параллельно оси барабана перемещается оптический сканирующий блок на базе ФЭУ. Его характеристики таковы, что он позволяет сканировать нюансы полутонов, не различаемые человеческим глазом, а эффективное разрешение сканирования определяется только скоростью вращения барабана. Цветоделение производится путем разделения пучка с помощью нескольких диахронических зеркал.

Характеристики схожих по конструкции сканеров могут сильно различаться в зависимости от области применения. По этому признаку сканеру разделяются на:

· бытовые (домашние);

· профессиональные;

· сканеры документов.

Домашние сканеры представляют собой недорогие, как правило, универсальные легкие и компактные устройства. Бытовые сканеры позволяют сканировать прозрачные и непрозрачные оригиналы, причем могут это делать максимально быстро. Однако универсальность и низкая цена достигаются за счет невысокого качества сканирования.

Профессиональные сканеры, как следует из названия, предназначены для пользователей, профессионально работающих с изображениями. Устройства этого типа – от планшетных до барабанных – обеспечивают максимальное качество сканирования. Именно в таких моделях применяются системы цветоделения на основе расщепления пучка и сканирующие датчики со сложной оптической системой. Как правило, профессиональные сканеры имеют внушительные массу и габариты.

Сканеры документов – это высокопроизводительные устройства, способные быстро оцифровывать многостраничные документы. В качестве сканеров документов используются протяжные сканеры с усовершенствованными лотками или планшетные модели с автоматической подачей оригиналов.

По типу интерфейса сканеры различаются в зависимости от того, какая шина «малого интерфейса» используется для подключения устройства к ЭВМ. В настоящее время для этих целей используются шины SCSI, USB и FireWire. В историю отошел устаревший 25-контактный параллельный интерфейс Centronix, которым раньше оснащались почти все сканеры младшего и среднего уровня.

Несколько слов следует сказать также о программных интерфейсах сканеров. Широкое распространение сканеров произошло в 1980-х годах, и в это же время встал вопрос о создании единого программного стандарта для работы со сканирующими устройствами. Для этих целей было сформировано некоммерческое объединение TWAIN Working Group, в которое вошли такие компании, как Adobe, Canon, Kodak, HP, Intel и др. Разработанный стандарт, получивший название TWAIN (от англ. twain – «пара», имеется в виду сопряжение сканера и ЭВМ), является открытым, за его использование не нужно платить лицензионных отчислений.

В идеологии TWAIN взаимодействие программно-аппаратных средств обработки изображения разделено на четыре уровня: уровень приложения, протокольный уровень, уровни драйвера и устройства. Программный интерфейс (API) TWAIN работает на протокольном уровне, обеспечивая взаимодействие пользовательского приложения и драйвера устройства. TWAIN позволяет приложениям работать с изображениями, полученными не только со сканеров, но и с любого другого TWAIN-совместимого устройства, например, цифровой фотокамеры.

Возможности принятого в 1992 г. стандарта TWAIN через некоторое время перестали быть достаточными. Поэтому компания Microsoft разработала собственный стандарт работы с устройствами-источниками изображений – WIA (Window Imaging Acquisition – «интерфейс доставки изображений Windows»). WIA тесно взаимодействует с ядом ОС Windows и содержит широкий спектр системных компонентов с возможностями, превышающими рамки стандарта TWAIN.

Недостатком WIA является его ориентация на достаточно простые и однотипные устройства. Однако многие современные сканеры среднего и старшего уровня имеют множество специфических особенностей и возможностей, которые не могут быть учтены в универсальном интерфейсе. Для обеспечения работы с подобными устройствами в середине 1990-х гг. компанией Pixel Translation был разработан стандарт ISIS (Image and Scanner Interface Specification – «стандартный интерфейс для работы со сканерами и изображениями»).

Основное достоинство ISIS – модульная архитектура, позволяющая разработчикам и пользователям компоновать стандартизованные программные модули (блоки) в так называемые конвейеры для решения тех или иных задач. Например, конвейер обработки договора может состоять из блоков многостраничного сканирования, преобразования в определенный графический формат, сжатия и сохранения в файл. ISIS предоставляет разработчикам ПО мощную и гибко настраиваемую систему управления устройствами сканирования, а производителям сканеров – максимальную совместимость их продукции с существующим ПО.

Трехмерные сканеры

Трехмерные сканеры представляет собой устройства для ввода в ЭВМ трехмерного (объемного) изображения. По принципу работы их можно разделить на контактные и бесконтактные.

К первым относятся механические устройства, имеющие какой-либо «ощупывающий орган», координаты места соприкосновения которого с объектом оцифровываются. К этому типу принадлежат рычажные сканеры. Принцип их действия состоит в вычислении координат острия щупа, который крепится на «руке» из нескольких рычагов, соединенных шарнирами. Внутри каждого шарнира находится точный датчик угла поворота. Именно от его качества зависит то, насколько точно могут быть вычислены координаты щупа, которым прикасаются к поверхности сканируемого объекта. Примером могут служить сканеры MicroScribe фирмы Immersion.

Бесконтактные сканеры используют гораздо более широкий арсенал технических принципов, некоторые из которых являются собственной разработкой фирм-производителей. Общим в действиях таких сканеров является применение лазерного луча в качестве «ощупывающего» элемента. Дополнительно многие бесконтактные сканеры оснащены специализированной фотокамерой, которая работает синхронно со сканирующим устройством. Такой тандем дает возможность получать не только данные о рельефе поверхности объекта, но и о цвете. После съемки объекта пользователь получает уже практически готовую трехмерную модель с текстурой. Выпуском сканеров подобного рода занимается компания Cyberware.

Часто необходима максимальная оперативность в получении цифровой модели объекта. Это предполагает и минимальное время съемки, и отсутствие необходимости установки сложного и громоздкого оборудования. При этом точность и разрешение могут оказаться не главными параметрами. Для решения таких задач существует класс трехмерных сканеров, который можно назвать «трехмерные камеры». Принцип работы с ними прост - нужно установить сканирующее устройство на твердую поверхность, направить объектив на сканируемый предмет, определив расстояние до него, и запустить сканер. По такому принципу работают, например, трехмерные сканеры фирмы Minolta.

Когда требуется получить цифровую модель целого помещения или очень большого объекта, ни одно из упомянутых устройств не позволит сделать это достаточно быстро и удобно. Для этого существуют специальные устройства, работающие по принципу обзорной лазерной локации. Примером может служить сканер фирмы MetrieVision. Это устройство представляет собой сканирующий модуль, размещенный на вращающемся постаменте. Такое расположение позволяет ощупывать лучом все помещение вокруг сканера. Если произвести сканирование с нескольких точек, а затем совместить полученные данные, то можно построить очень подробную и точную модель помещения, вписывающегося в сферу диаметром 48 м.

Трехмерные сканеры являются сложными оптико-механическими устройствами, требующими высокой точности исполнения, а также сопутствующего программного обеспечения, выполняющего специализированные математические расчеты во время работы сканера. Как следствие, данные изделия имеют малую серийность и высокую цену. Тем не менее, существуют постоянные потребители подобной аппаратуры - группы промышленного дизайна крупных фирм, подразделения машиностроительных компаний, крупные фирмы - разработчики игр и т.п.

Предыдущая 30 31 32 33 34 35 363738 39 40 41 42 43 44 45 Следующая