Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Устройства ввода графической информации (УВГИ)



 

Устройство ввода графической информации (УВГИ) – это устройство, преобразующее графические данные в машинные коды.

Любую графическую информацию можно рассматривать как набор оптических неоднородностей, отличающихся по яркости и цвету. Таким образом, любое УВГИ решает следующие задачи:

1. дискретизация изображения на элементы;

2. преобразование оптической информации в электрический аналоговый сигнал;

3. преобразование аналогового сигнала в цифровой код.

Количество дискретных элементов определяется заданной точностью представления графической информации. Объемом информации о графическом изображении определяется быстродействие УВГИ.

По методам дискретизации различают УВГИ автоматического и полуавтоматического типов. К автоматическим УВГИ относятся матричные, сканирующие и следящие устройства; к полуавтоматическим – телевизионные, акустические (ультразвуковые), оптические, электрические и электромеханические устройства.

Первыми возникли электромеханические устройства ввода графической информации с жестким креплением указателя координат. Они представляли собой стол с перемещающейся по одной из координат траверсой. По траверсе в свою очередь перемещались каретка с указателем координат. Координатная система была механически связана с датчиком линейного перемещения. Точность определения координат таких устройств, построенных на основе прецизионных механических узлов и чувствительных интерферометрических линейных датчиков, достигала 0, 01 мм. Некоторые устройства снабжались ТВ-камерой, обеспечивающих 10-кратное увеличение кодируемого участка изображения.

К недостаткам устройств данного типа относят необходимость ручного перемещения достаточно тяжелой механической координатной системы, что требует определенных усилий со стороны оператора и ухудшает эргономические характеристики устройства.

Современное полуавтоматическое УВГИ имеет свободно перемещаемый указатель координат и выполняются в виде планшета. Отсюда название – графический планшет, в англоязычной литературе они получили название digitizer от digit – цифра, т. е. оцифровыватель. От электромеханических они отличаются значительно большим удобством эксплуатации, сравнительно невысокой стоимостью и достаточно хорошими показателями качества, хотя уступают им в точности определения координат и в разрешающей способности.

 

Дигитайзеры

Дигитайзер, или, как его еще называют планшет, – это устройство, главное назначение которого – оцифровка изображений. Он состоит из двух частей: планшета (основания) и указателя координат (курсора), перемещаемого по рабочей поверхности основания. При нажатии на кнопку курсора его положение на поверхности планшета фиксируется, и координаты передаются в компьютер. Часто дигитайзер используется для ввода команд при помощи " накладных" меню в AutoCAD и другие графические программы. Команды меню расположены в разных местах на поверхности дигитайзера. При выборе курсором одной из команд специальный программный драйвер интерпретирует введенные координаты, посылая соответствующую команду на выполнение. Еще одно применение дигитайзеров в качестве нового инструмента художников при создании на компьютере рисунков и набросков. Художник водит пером по планшету, что более привычно, чем использование светового пера или джойстика, но изображение появляется не на бумаге, а на экране. Наконец, дигитайзер можно использовать просто как аналог манипулятора, " мышь".

Принцип действия наиболее популярного электрического (или сеточного) дигитайзера основан на фиксации местоположения курсора с помощью встроенной в планшет сетки. Сетка состоит из проволочных или печатных проводников с довольно большим расстоянием между соседними проводниками (от 3 до 6 мм). Механизм регистрации позволяет получить шаг считывания информации, намного меньший шага сетки (не менее 100-400 dpi). Шаг считывания информации называется разрешением дигитайзера. По применяемой технологии различают электростатические (ЭС) и электромагнитные (ЭМ) дигитайзеры. В дигитайзерах первого типа регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под курсором на основе пьезоэффекта, в то время как в устройствах второго типа курсор излучает электромагнитные волны, а сетка служит приемником. Фирма Wacom создала технологию на основе электромагнитного резонанса, когда сетка излучает, а курсор отражает сигнал, Но в обоих вариантах ЭМ-планшеты чувствительны к помехам, создаваемым излучающими устройствами, например мониторами. Независимо от принципа регистрации существует погрешность определения координат курсора, именуемая точностью дигитайзера. Эта величина зависит от типа дигитайзера и от конструкции его составляющих. На нее влияют неидеальность регистрирующей сетки планшета, способность воспроизводить координаты неподвижного курсора (повторяемость), устойчивость к температурным условиям (стабильность), качество изготовления курсора, помехозащищенность и пр. Точность существующих планшетов колеблется от ±0, 13 мм до ±0, 75 мм. Точность электромагнитных дигитайзеров в среднем выше точности электростатических. Шаг считывания регистрирующей сетки является физическим пределом разрешения дигитайзера. Следует отличать разрешение как характеристику прибора от программно-задаваемого разрешения, являющегося переменной величиной в настройке дигитайзера. В спецификации на изделие всегда указываются обе характеристики – и предел разрешения, и точность.

На результат работы также влияет точность действий оператора. В среднем хороший оператор вносит погрешность не более ±0, 1 мм. Требования к природным качествам такого человека очень высокие.

Формат дигитайзера зависит от цели его применения. Размер рабочего поля планшета бывает, как правило, от 6x8 дюймов (15х20 см) до 44x6 дюйма (111х15 см). Но кроме стандартных размеров планшета могут использоваться и нестандартные. Так, изготовители новинок последних лет – гибких дигитайзеров утверждают, что могут " вырезать" дигитайзер любой формы и размеров.

Устройство указания дигитайзеров чаще всего называют " курсор", хотя существует и перо (или стило, кому как нравится). Курсоры пользуются особой популярностью среди пользователей САПР. Перья обычно применяются при работе с программами иллюстративной графики.

Курсоры бывают четырех-, восьми-, двенадцати- и шестнадцатиклавишные. Однако встречаются и исключения. Так, Осе Graphics добавляет на большом курсоре семнадцатую, " самую главную клавишу". Для многих пользователей AutoCAD для DOS " чем больше клавиш, тем лучше", потому что дополнительным клавишам можно назначить одношаговые функции в файле меню AutoCAD (MNU). В AutoCAD для Windows это не совсем так. Дело в том. что использование дополнительных, числом более трех клавиш при работе в " mole" -режиме непростая задача. Чтобы избежать проблем, лучше использовать специальные программы управления дигитайзером, поставляемые с ним в комплекте, но проще отказаться от курсора с большим количеством клавиш в пользу четырехклавишного, манипулируя только тремя клавишами. Фирмы-производители очень тщательно отрабатывают форму курсора, стараются обеспечить легкость и удобное расположение клавиш. Во всем мире одними из лучших признаны четырехклавишные курсоры CalComp. Их фотографии чаще прочих помещают в журналах. На них вторая и третья клавиши расположены рядом – в центре, а первая четвертая L-образной формы – по краям. Более традиционным считается ромбовидное расположение клавиш, которому продолжают следовать другие известные производители. Для двенадцати- и шестнадцатиклавишных курсоров стандарт – " табличное" расположение клавиш, как на телефонном аппарате.

Не стоит забывать и о качестве изготовления визира, так как с этим связана составляющая погрешности ввода координат, зависящая от оператора.

Перья производятся с одной, двумя и тремя кнопками. Кроме того, существуют простые перья и перья, воспринимающие усилие, с которым наконечник пера прижимается к поверхности дигитайзера. Последние используются художниками. Такие перья могут иметь до 256 градаций нажима. От степени нажима зависит толщина линии, цвет в палитре, оттенок цвета. В результате можно моделировать на компьютере процесс рисования масляными красками, темперой или акварелью на специально подобранной " фактуре".

Для реализации таких возможностей необходимо иметь специальное программное обеспечение. Среди подобных программ для ПК можно указать следующие: Adobe PhotoShop, Aldus PhotoStyir, Fauve Matisse, Fractal Design Painter, Autodesk Animator Pro, CorelDraw. Чувствительные к нажиму перья могут пригодиться и пользователям AutoCAD в процессе последующей трехмерной визуализации спроектированных объектов. Данный вид устройств указания можно применять только с ЭМ-дигитайзерами.

И курсоры, и перья бывают как с проводом так и без него. Беспроводной указатель удобнее, но он должен иметь батарейку, что соответственно потребует дополнительного обслуживания. Исключение составляют пассивные неизлучающие перья Wacom, которые, впрочем, имеют вдвое меньше градаций по нажиму.

Недавно на рынке дигитайзеров появились модифицируемые курсоры, которые могут работать и с проводом, и с батарейкой. Насколько удачно данное изобретение, покажет время.

Электрическое питание для дигитайзера подается при помощи встроенного или выносного трансформатора, а для отдельных моделей – по последовательному порту.

Конструктивно различают жесткие и гибкие планшеты. Гибкие появились на нашем рынке весной 1994 года. От традиционных жестких их отличают меньший вес, компактность при транспортировке.

Драйверы и другое программное обеспечение, используемое совместно с дигитайзером, имеет решающее значение в его успехе или провале на рынке. Неудобный, неэргономичный курсор существенно влияет только на производительность работы с дигитайзером, отсутствие же необходимого драйвера делает дигитайзер совершенно бесполезным.

Известно, что в стандартную поставку Windows входят драйверы для различных мышей, но не для дигитайзеров. Поэтому минимально требуется, чтобы в комплект дигитайзера входили драйвер для Windows и утилита настройки. Если, кроме того, вы периодически работаете с AutoCAD для DOS или с другими DOS-программами, которым требуется мышь, то в список необходимого обеспечения стоит включить драйвер ADI 4.2 и эмулятор мыши для DOS. Предел мечтаний – объединенный драйвер, который автоматически переключается с режима на режим, когда вы переходите из одной в другую.

В AutoCAD для Windows драйверы дигитайзеров могут работать тремя способами:

· во-первых, эмулируя мышь, то есть в режиме относительного задания координат;

· во-вторых, как стандартный драйвер планшета ADI, независимо от того, какое устройство является системным;

· в-третьих, как драйвер WinTab.

Первый метод хорош всем, кроме работы с AutoCAD – вы не сможете использовать планшетное меню и трассировать чертеж, более того, вам будет трудно (или невозможно) задействовать дополнительные кнопки на вашем курсоре для ввода команд.

Использование ADI несколько усложняет работу: вам придется столкнуться с " раздвоением личности" дигитайзера, так называемым " mole" -режимом, когда дигитайзер будет переключаться из одного состояния в другое – то он являет собой стандартное устройство указания Windows, то становится типичным дигитайзером AutoCAD. Путем такого усложнения вы обретаете вновь все основные качества дигитайзера, включая работу с накладными меню.

WinTab – это спецификация устройств указания в Windows, аналогичная спецификации ADI-драйверов для AutoCAD. Последний вариант WinTab (хотя и он не лишен недостатков) на сегодняшний день считается наиболее удачным, так как дигитайзер может работать в режиме абсолютного ввода координат, что требуется для САПР, и в режиме относительного ввода координат, что требуется для графических операционных сред (Windows и др.). Сейчас драйверы WinTab стали стандартом де-факто для пакетов иллюстративной и художественной графики, потому что они поддерживают ввод информации о силе нажатия на перо в чувствительных к нажиму дигитайзерах.

WinTab был создан фирмой LCS/Telegraphics, разработчиком драйверов для дигитайзеров.

Альтернативой драйверам WinTab является расширение для Microsoft Windows, которое называется Pen Windows. Как правило, указанное расширение применяется для систем рукописного ввода и для приложений, использующих чувствительные к нажиму перья (обычно Adobe PhotoShop).

Элементом, обеспечивающим чувствительность дигитайзера к нажиму, является перо. Чувствительные к нажиму дигитайзеры используют художники, когда хотят получить изображение, которое выглядело бы точно так же, как если бы его нарисовали маслом, темперой или акварелью на холсте или бумаге, а не в электронной форме с помощью программных средств. Можно даже применять эффекты, например " мокрую кисть", чтобы смазать, сделать расплывчатым изображение или отдельные цвета. Такие дигитайзеры сочетают точность ввода координат при работе в AutoCAD с возможностью передачи данных о надавливании на " кисть", когда вы ретушируете картинку.

В настоящее время применяется две технологии в чувствительных к нажиму дигитайзерах. Первая – электромагнитный резонанс (на основе которого работают дигитайзеры фирмы Wacom), позволяющий использовать пассивное перо. При этом излучающим (активным) устройством является сам дигитайзер. Перо же отражает волны, и дигитайзер, анализируя это отражение, устанавливает координаты пера в данный момент. Внутри пера нет микросхем. Поэтому не требуется не батареи, ни шнур для подачи питания. Вторая технология позволяет использовать метод активного курсора. Активный курсор сам излучает волны, сообщая таким образом дигитайзеру о своем местоположении. В этом случае либо батарея, либо провод являются неотъемлемым атрибутом курсора. Кроме информации о положении устройства указания относительно сетки, встроенной в поверхность дигитайзера, дигитайзеры с чувствительностью к нажиму распознают до 256 градаций усилий нажатия. Именно эта способность позволяет моделировать нажатие на кисть или перо при работе с соответствующими программами.

Видеодигитайзеры

Однако многие готовые изображения (фотографии, чертежи, рисунки, карты, графики, слайды, кинофильмы) гораздо удобнее вводить с помощью специального видеодигитайзера. В простейшем случае видеодигитайзером может даже служить видеокамера, подключенная к компьютеру через специальную интерфейсную плату. В настоящее время выпускается множество специальных графических систем с различными типами видеодигитайзеров, позволяющих вводить в компьютер цветные изображения с бумаги или со слайдов. К числу видеодигитайзеров относится и цифровая фотокамера.

В настоящее время, цифровая камера – самый быстрый и простой способ ввода изображения в компьютер. Цифровые камеры записывают изображение в память, которая затем может быть без дополнительных специальных устройств введена в любой компьютер через порт связи. При этом сканируемое изображение принимает и преобразует в цифровую форму CCD-чип (Charge Coupled Device – прибор с зарядовой связью ПЗС).

А чтоб навсегда сохранить полученные снимки, фирма Kodak разработала практическую и недорогую технологию размещения электронных фотографий на компакт-дисках в стандарте Kodak Photo CD. Эта технология скоро вытеснит традиционную химическую фотографию. На каждом компакт-диске может поместиться целый фотоальбом. С помощью плеера, диски Photo CD можно просматривать на экране любого телевизора или компьютера

В современных киностудиях применяются специальные дигитайзеры для переноса изображения с кинопленки в компьютер. После цифровой обработки изображение снова помещается на пленку. В связи с этим поговаривают, что скоро компьютеры смогут вообще вытеснить из кино живых актеров. Такое предположение вполне реально. Например, в компьютер введут фотографии кинозвезд, компьютер синтезирует из этих снимков некий произвольный персонаж, который своим обликом будет точно соответствовать вкусам зрителей. Затем этот синтетический герой может очень правдоподобно " ожить" на экране, и при этом совершать невероятные трюки, словно персонаж мультипликации.

Дигитайзером в компьютерах киностудий уже сегодня вводят фотографии пейзажей и нарисованные декорации, интерьеры и костюмы. Надвигается эпоха виртуальной реальности, созданной в памяти компьютера.

 

СКАНЕРЫ

Общие положения

Сканером (от глагола scan – искать) называется оптическое устройство, которое обеспечивает автоматический ввод в компьютер двухмерного изображения, представленного в виде текста, рисунков, фотографий или другой графической информации с бумаги или пленки. Полученный файл растрового изображения затем может быть обработан соответственным программным обеспечением.

В отношении графической информации (рисунки, схемы, фотографии), целью обработки является модификация (например, изменение масштаба, ретуширование (Photoshop, Photostyler)), а информация, представляющая алфавитно-цифровые символы преобразуются в текстовую форму (Omnipage, Recognita, Cuneiform, FineReader, Tiger), в которой ее можно редактировать, распечатывать.

Первые сканеры позволяли вводить только черно-белые изображения. В 1989г. появились первые сканеры, которые обеспечивали считывание цветных изображений. За последние годы увеличилась разрешающая способность сканеров, появилась детальная шкала яркости (“серая шкала”) для обеспечения полутоновых изображений, стандартизировались форматы файлов и т.д.

Еще в 80-е годы идея сканирования вызывала колоссальный интерес, но это как-то не отражалось на продажах сканирующих систем. Причиной тому были непомерно высокие цены на аппаратные средства и жесткие ограничения в работе программного обеспечения и рабочих станций. Сейчас ситуация очень изменилась, и интерес к сканированию тоже обрел иную, более прагматичную, окраску.

Почему же на современном этапе применение сканеров становится все более экономически оправданным? Чтобы понять это, рассмотрим, какими способами сканирующие системы могут решать реально существующие задачи обработки сканированных изображений:

Во многих организациях – тысячи и тысячи документов, созданных в докомпьютерную эпоху, и они все еще активно используются и периодически обновляются. Работа с такими документами в их первозданном виде занимает много времени и средств. Кроме того, документы могут быть испорчены, перепутаны или потеряны.

Преобразование документов в электронный вид делает их “вечно живыми” и доступными широкому кругу прикладных программ. До недавнего времени такое преобразование было неоправданно дорого, но с разработкой современных технологий процесс стал экономически оправдан.

В свете этого достаточно очевидна необходимость сканирования старых чертежей и других документов с цепью дальнейшего использования в таких областях, как строительство, архитектура, машиностроение, судостроение, картография, аэрокосмическая промышленность, энергетика.

Одновременно с решением основной задачи – сохранением изображения в виде графического файла на магнитном или оптическом диске, сканирование позволяет решить и такие не менее важные задачи, как редактирование изображения, например, чистка старого или добавление нового материала и его тиражирование. Этот минимальный круг задач может быть существенно расширен

Сканеры применяются также в полиграфии и настольных издательских системах.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-03-17; Просмотров: 782; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.04 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь