Come funziona lo scanner
Vediamo che cos'è e come funziona uno scanner. Ci sono diversi tipi di scanner e anche diversi modi di digitalizzare una immagine o un documento, per esempio con una fotocamera.
Esistono molti metodi per immettere le immagini in un computer: il numero e la varietà di possibili scelte disponibili oggi sul mercato sono veramente considerevoli.
Dagli scanner a tamburo al trasferimento delle foto nel formato Photo CD, dagli scanner a letto piano a quelli dedicati per diapositive, quando si sceglie uno di questi strumenti occorre essere certi che garantisca una buona qualità rispetto alle esigenze dei progetti che si realizzano con le immagini digitali.
In concreto, la scelta di un dispositivo che produca immagini digitali deve essere effettuata tenendo presente quattro fattori:
-Caratteristiche degli originali da acquisire
-Esigenze di uscita finale.
-Fattori tecnologici che determinano la qualità nelle scansioni
Potenzialità di ogni tipo di dispositivo per scansioni.
La tecnologia di acquisizione
Tutti i sistemi di acquisizione commercialmente disponibili oggi utilizzano una delle due tipologie di apparecchiature sensibili alla luce: i CCD (charged-coupled devices) o i fotomoltiplicatori PMT (photomultiplier tubes). Oltre a ciò, tutte le attrezzature per le scansioni adottano dei convertitori analogico-digitale (A/D converters) per trasformare l’informazione in dato digitale.
I CCD
Gli scanner a letto piano, quelli alimentati a foglio, i modelli manuali, gli scanner per diapositive e le macchine fotografiche digitali utilizzano i CCD (Charged Coupled Devices) come unità sensibili ai vari livelli luminosi.
Un CCD è un elemento elettronico allo stato solido composto da minuscoli sensori che può generare una differenza elettrica analogica proporzionale all’intensità di luce che lo colpisce. I CCD possiedono varie configurazioni che dipendono dal tipo di scanner.
Negli scanner a letto piano, i componenti CCD sono disposti su una matrice lineare (per scansioni a tre passaggi) o su tre matrici lineari su un chip (per scansioni a un solo passaggio).
Questa disposizione consente all’apparecchio di campionare l’intera larghezza di un’immagine originale e di registrarla come una linea completa. Ogni volta che il CCD campiona una linea dell’immagine originale, esso invia le differenze di tensione (rappresentate dai vari livelli di luce analogici) ai convertitori A/D che li trasformano in dati binari. Il CCD è ora libero di ricevere differenze elettriche dalla prossima linea di scansione, attraverso il meccanismo di movimento dello scanner. Questo processo richiede solo una frazione di secondo negli scanner più moderni.
Esistono vari modelli di CCD che si differenziano tra loro nella sensibilità rispetto ai livelli di luce e ai disturbi elettrici esterni. Questi fattori sono affrontati in modo più approfondito nei paragrafi “La risoluzione” e “Gamma dinamica, gamma di densità” di questo capitolo. Essi possono influenzare la risoluzione disponibile sullo strumento di scansione, la gamma dei colori e dei grigi che l’apparecchiatura può registrare, e la fedeltà di acquisizione dei colori e dei grigi.
Gli strumenti per scansioni più economici tendono a utilizzare dei CCD di più bassa qualità rispetto ai concorrenti di fascia più alta. Vengono impiegati CCD più costosi negli scanner a letto piano di tipo professionale, negli scanner per diapositive e nelle macchine fotografiche digitali di qualità.
I tubi fotomoltiplicatori (PMT)
Gli scanner a tamburo di tutti i tipi utilizzano tubi fotomoltiplicatori PMT (photomultipliers tubes) al posto dei CCD come unità sensibili alla luce.
I fotomoltiplicatori, pur sfruttando una tecnologia più datata rispetto a quella utilizzata per i CCD, e avendo costi di manutenzione più elevati, possiedono ottime caratteristiche di qualità e affidabilità.
Generalmente negli scanner a tamburo sono presenti tre fotomoltiplicatori (uno per il rosso, uno per il verde e uno per il blu), una sorgente di luce alogena al tungsteno il cui fascio di luce viene concentrato con lenti e fibre ottiche in modo da illuminare una porzione molto piccola dell’originale.
La luce trasmessa o riflessa dall’immagine viene quindi proiettata su dei piccoli specchi inclinati e parzialmente trasparenti. Ogni specchio riflette una piccola quantità di luce e la trasmette allo specchio successivo.
La porzione riflessa della luce passa attraverso l’appropriato filtro colorato e quindi va al corrispondente fotomoltiplicatore, dove avviene il processo di amplificazione ottica. Gli elettroni emessi quando la luce colpisce il catodo del fotomoltiplicatore viaggiano attraverso strati di dinodi, che a loro volta emettono ulteriori elettroni, amplificandoli fino al punto che la luce può essere convertita in segnali elettrici. L’anodo del fotomoltiplicatore misura le variazioni di questi segnali, che vanno ai convertitori A/D per essere registrati in segnali digitali.
La tecnologia dei fotomoltiplicatori consente di catturare il più ampio campo di tonalità con un’alta fedeltà. Fino a poco tempo fa infatti, gli strumenti di acquisizione basati sulla tecnologia CCD erano considerati decisamente inferiori agli scanner a tamburo con tecnologia a fotomoltiplicatori in termini di qualità delle immagini che si poteva raggiungere.
I continui miglioramenti apportati alla tecnologia CCD e ai convertitori A/D hanno eliminato gran parte dei difetti dei CCD e alcuni esperti assicurano che oggi alcuni scanner di fascia alta che utilizzano questa tecnologia possono riprodurre le immagini con una fedeltà molto simile agli scanner a tamburo.
I convertitori A/D e i processori
I convertitori A/D (Analogico/Digitale) giocano il ruolo più importante nella qualità dei segnali digitali che vengono visualizzati sul monitor di un computer. La loro funzione è di elaborare i segnali di corrente analogici provenienti dai CCD o dai fotomoltiplicatori e trasformarli in numeri che rappresentano dei colori o dei valori di mezzatinta.
Sia il numero di colori che il livello di dettaglio che uno scanner può acquisire sono legati strettamente alla sensibilità dei propri convertitori A/D. Come ci si può attendere, il minor costo di uno scanner corrisponde a una minore sensibilità dei convertitori A/D.
Gli scanner a tamburo da scrivania e molti scanner a letto piano di media e alta qualità utilizzano dei processori aggiuntivi, chiamati Processori di Segnale Digitale (DSP Digital Signal Processors) per aumentare la velocità di scansione ed eseguire i vari processi di acquisizione in rapida sequenza.
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Dr.Maurizio Cucchiara
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