SCANNER
Referat von Jochen Braun
25.05.2009
SCANNER
Übersicht
Funktionsweise und Technologie von Scannern
Probleme der Scanner
gebräuchliche Scannertypen
3D-Scanner
Quellen
SCANNER
Funktionsweise und Technologie
CCD-Sensoren (Charged –Coupled Device)
Erzeugung von Daten durch Licht
•
Licht wird durch z.B. eine Leuchtstoffröhre erzeugt und durch ein
Spiegelsystem an das CCD geleitet
•
Fällt Licht auf eine CCD-Element, setzten die Dioden Elektronen
frei
•
Je mehr Licht desto mehr Spannung wird erzeugt
•
Spannung wird im CCD gespeichert
•
CCD gleichen einem Schieberegister und geben ihr
Signal an den Ausgang weiter
•
Spannungen werden durch einen A/D Wandler digitalisiert
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Funktionsweise und Technologie
CCD-Sensoren
Weitergabe der Daten an einen A/D Wandler
•
Full-Frame
Daten werden direkt in das Ausleseregister verschoben
•
Frame Transfer
Daten werden komplett in abgedunkeltes Schieberegister verschoben und dann
seriell ausgelesen
•
Interline Transfer
Daten werden erst in ein abgedunkeltes CCD verschoben und dann in das
Ausleseregister übertragen
•
Frame Interline Transfer
Mischform aus Frame Transfer und Interline Transfer
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Funktionsweise und Technologie
CMOS-Sensoren (Complementar Metal Oxide Semiconductor)
•
Erzeugen das Bild ähnlich wie CCD
•
Bilddaten werden nicht über Schieberegister sondern
Pixelweise ausgelesen
•
Nicht so Lichtempfindlich wie CCD
•
Können im Gegensatz zu CCD‘s direkt adressiert werden
•
Können nicht so nah aneinander gebaut werden
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Funktionsweise und Technologie
CCD und CMOS Sensoren
Erzeugung von farbigen Bildern
Trennung der Farben
•
•
Mit Hilfe von Farbfiltern oder Prismen wird das Licht und die 3
Grundfarben (rot, grün, blau) getrennt
Außerdem werden Infrarot- bzw. UV-Sperrfilter eingesetzt
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Funktionsweise und Technologie
CCD und CMOS Sensoren
Erzeugung von farbigen Bildern
Erzeugung der einzelnen Pixel
•
•
Die Elemente sind in einer Matrix angeordnet siehe Bayer Sensor
Es werden je vier farbige Punkte zur Berechnung eines Pixels verwendet
(Farbinterpolation)
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Funktionsweise und Technologie
CIS (Contact Image Sensor)
•
Auf CCD bzw. CMOS basierende Technologie
•
Vorlage wird abwechselnd mit 3 Farbigen LED‘s beleuchtet (rot, grün, blau)
•
Es wird Zeilenweise ausgelesen
•
Für Bilderfassung benötigt der Sensor nahezu direkten Kontakt zur Vorlage
-> geringere Bauhöhe von Nöten
•
Farbwerte können direkt ausgelesen und
müssen deshalb nicht berechnet werden
•
Sehr Rauschanfällig
Geringe Farbtiefe
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Probleme der Scanner
Blooming
Entstehung:
Durch Überbelichtung „springen“ Elektronen von einem
Element auf ein benachbartes Element über
Fehlerbehebung:
1.Anti-Blooming Gates (ABG)
Mit Hilfe dieser Gates können überschüssige Elektronen abfließen
2. Clocked Antiblooming
Zwischen den einzelnen Elementen werden durch ein Taktsignal
sog. Elektronenlöcher erzeugt, die die überschüssigen Elektronen aufnehmen
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Probleme der Scanner
Smear
Entstehung:
•
•
Ein abgedunkelter Bereich lässt Licht durch
Ein bereits belichteter Bereich wird ein zweites mal beleuchtet
Fehlerbehebung:
Mit Hilfe eines mechanischen Shutter den Sensor nach der Belichtung abdecken
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Probleme der Scanner
Rauschen
Entstehung:
Rauschen kann viele Gründe haben. Am Stärksten in Gewicht fällt hier aber das
Thermische Rauschen bei schwarzen Stellen
Fehlerbehebung:
Das Element wird extern gekühlt
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gebräuchliche Typen
Flachbettscanner
Normale Auflösung von 4.800 dpi (dots
per inch)
Vorlage wird zeilenweise eingelesen
Es werden je nach Hersteller die
gängigsten Technologien verwendet
(CMOS, CCD, CIS)
Vorteile:
Kostengünstig
standardisierte Anschlüsse und
Schnittstellen
Nachteil:
Sehr langsam
Vorlagen müssen einzeln eingescannt
werden
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gebräuchliche Typen
Einzugsscanner
Etwa 1.200 dpi sind realisierbar
Zum Scannen werden CCD- und CIS-Chips
verwendet
Die Vorlagen werden über Rollen eingezogen
Vorteile:
Es können viele Seiten auf einmal eingescannt
werden
Sehr schnell
Kostengünstig
Nachteil:
Es kann nichts aus Büchern gescannt werden
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gebräuchliche Typen
Barcodescanner
Meist werden CCD-Sensoren
verwendet
Über einen rotierenden Spiegel
wird der Barcode sehr häufig
gescannt
Zum erkennen des Codes wird ein
Mittelwert verwendet
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gebräuchliche Typen
Digitalkamera
Meist werden CCD oder CMOS-Arrays
verwendet
Handelsüblich sind zur Zeit zwischen 9 und
14 Megapixel
Bei „One-Shot-Cams“ werden die 3
Grundfarben gleichzeitig aufgenommen
Bei „Three-Shot-Cams“ wird für jede Farbe
ein einzelnes Bild aufgenommen und dann
erst zusammengeführt
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3D-Scanner
Mechanische 3D-Scanner (3D-Koordinatenmeßmaschinen)
Über die 3 Sensoren werden die genauen
Koordinaten erfasst
Durch Drücken des Messtasters werden die
momentanen Koordinaten gespeichert
Objekt und Stativ dürfen während des
Scannens nicht bewegt werden
Bei stark verwinkelten Objekten ist dieses
System ungeeignet
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3D-Scanner
Stereometrische 3D-Scanner
Das Objekt wird aus verschiedenen
Richtungen fotographiert
Aufgrund der Unterschiede in den Bildern
kann mit mathematischen Formeln die
räumliche Struktur berechnet werden
Diese Methode ähnelt dem menschlichem
Auge
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3D-Scanner
3D-SCANNER mit LICHTSCHNITTVERFAHREN
Das Objekt wird von einem beweglichen
Laserstrahl abgetastet
Der Strahl wird von einer Kamera
aufgenommen
Fläche auf dem das Objekt aufliegt ist
beweglich
-> es kann fast die ganze Oberfläche
abgetastet werden
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3D-Scanner
3D-Laserscanner
Das Objekt wird mit von einem beweglichen
Laserstrahl abgetastet
Die einzelnen Messpunkte werden mittels
Pulslaufzeit ermittelt
Moderne Geräte ermitteln in einer Sekunde
bis zu 900000 Punkte
Punktgenauigkeit liegt bei ca. 1 mm
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Fragen???
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Quellen
www.farbtabelle.net
www.tu-chemnitz.de
www.virtualuniversity.ch
www.laser-line.de
www.filmscanner.info
www.ccd-sensor.de/
www.fotointern.ch
www.medacom.de
www.naurath.de
mitglied.lycos.de/ChFuchs/TM/Scanner/Scanner.pdf
www.xdesy.de/

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