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SCANNERSCANNER

Referat von Jochen BraunReferat von Jochen Braun25.05.200925.05.2009

SCANNERSCANNERÜbersichtÜbersicht

Funktionsweise und Technologie von ScannernFunktionsweise und Technologie von Scannern

Probleme der ScannerProbleme der Scanner

gebräuchliche Scannertypengebräuchliche Scannertypen

3D-Scanner3D-Scanner

QuellenQuellen

SCANNERSCANNERFunktionsweise und TechnologieFunktionsweise und Technologie

CCD-Sensoren CCD-Sensoren (Charged –Coupled Device)(Charged –Coupled Device)

Erzeugung von Daten durch LichtErzeugung von Daten durch Licht• Licht wird durch z.B. eine Leuchtstoffröhre erzeugt und durch ein Licht wird durch z.B. eine Leuchtstoffröhre erzeugt und durch ein

Spiegelsystem an das CCD geleitetSpiegelsystem an das CCD geleitet

• Fällt Licht auf eine CCD-Element, setzten die Dioden Elektronen Fällt Licht auf eine CCD-Element, setzten die Dioden Elektronen freifrei

• Je mehr Licht desto mehr Spannung wird erzeugtJe mehr Licht desto mehr Spannung wird erzeugt

• Spannung wird im CCD gespeichertSpannung wird im CCD gespeichert

• CCD gleichen einem Schieberegister und geben ihr CCD gleichen einem Schieberegister und geben ihr Signal an den Ausgang weiterSignal an den Ausgang weiter

• Spannungen werden durch einen A/D Wandler digitalisiertSpannungen werden durch einen A/D Wandler digitalisiert


CCD-Sensoren CCD-Sensoren Weitergabe der Daten an einen A/D WandlerWeitergabe der Daten an einen A/D Wandler

• Full-FrameFull-FrameDaten werden direkt in das Ausleseregister verschobenDaten werden direkt in das Ausleseregister verschoben

• Frame TransferFrame TransferDaten werden komplett in abgedunkeltes Schieberegister verschoben und dann Daten werden komplett in abgedunkeltes Schieberegister verschoben und dann seriell ausgelesenseriell ausgelesen

• Interline TransferInterline TransferDaten werden erst in ein abgedunkeltes CCD verschoben und dann in das Daten werden erst in ein abgedunkeltes CCD verschoben und dann in das Ausleseregister übertragenAusleseregister übertragen

• Frame Interline TransferFrame Interline TransferMischform aus Frame Transfer und Interline TransferMischform aus Frame Transfer und Interline Transfer


CMOS-Sensoren CMOS-Sensoren (Complementar Metal Oxide Semiconductor)(Complementar Metal Oxide Semiconductor)

• Erzeugen das Bild ähnlich wie CCDErzeugen das Bild ähnlich wie CCD

• Bilddaten werden nicht über Schieberegister sondern Bilddaten werden nicht über Schieberegister sondern Pixelweise ausgelesenPixelweise ausgelesen

• Nicht so Lichtempfindlich wie CCDNicht so Lichtempfindlich wie CCD

• Können im Gegensatz zu CCD‘s direkt adressiert werdenKönnen im Gegensatz zu CCD‘s direkt adressiert werden

• Können nicht so nah aneinander gebaut werdenKönnen nicht so nah aneinander gebaut werden


CCD und CMOS SensorenCCD und CMOS SensorenErzeugung von farbigen BildernErzeugung von farbigen BildernTrennung der FarbenTrennung der Farben

• Mit Hilfe von Farbfiltern oder Prismen wird das Licht und die 3 Mit Hilfe von Farbfiltern oder Prismen wird das Licht und die 3 Grundfarben (rot, grün, blau) getrenntGrundfarben (rot, grün, blau) getrennt

• Außerdem werden Infrarot- bzw. UV-Sperrfilter eingesetztAußerdem werden Infrarot- bzw. UV-Sperrfilter eingesetzt


CCD und CMOS SensorenCCD und CMOS SensorenErzeugung von farbigen BildernErzeugung von farbigen BildernErzeugung der einzelnen PixelErzeugung der einzelnen Pixel

• Die Elemente sind in einer Matrix angeordnet siehe Bayer SensorDie Elemente sind in einer Matrix angeordnet siehe Bayer Sensor• Es werden je vier farbige Punkte zur Berechnung eines Pixels verwendet Es werden je vier farbige Punkte zur Berechnung eines Pixels verwendet

(Farbinterpolation)(Farbinterpolation)


CIS CIS (Contact Image Sensor)(Contact Image Sensor)

• Auf CCD bzw. CMOS basierende TechnologieAuf CCD bzw. CMOS basierende Technologie

• Vorlage wird abwechselnd mit 3 Farbigen LED‘s beleuchtet (rot, grün, blau)Vorlage wird abwechselnd mit 3 Farbigen LED‘s beleuchtet (rot, grün, blau)

• Es wird Zeilenweise ausgelesenEs wird Zeilenweise ausgelesen

• Für Bilderfassung benötigt der Sensor nahezu direkten Kontakt zur Vorlage Für Bilderfassung benötigt der Sensor nahezu direkten Kontakt zur Vorlage -> geringere Bauhöhe von Nöten-> geringere Bauhöhe von Nöten

• Farbwerte können direkt ausgelesen und Farbwerte können direkt ausgelesen und müssen deshalb nicht berechnet werdenmüssen deshalb nicht berechnet werden

• Sehr RauschanfälligSehr RauschanfälligGeringe FarbtiefeGeringe Farbtiefe

SCANNERSCANNERProbleme der ScannerProbleme der Scanner

BloomingBlooming

Entstehung:Entstehung:Durch Überbelichtung „springen“ Elektronen von einem Durch Überbelichtung „springen“ Elektronen von einem Element auf ein benachbartes Element überElement auf ein benachbartes Element über

Fehlerbehebung:Fehlerbehebung:1.Anti-Blooming Gates (ABG)1.Anti-Blooming Gates (ABG) Mit Hilfe dieser Gates können überschüssige Elektronen abfließenMit Hilfe dieser Gates können überschüssige Elektronen abfließen

2. Clocked Antiblooming2. Clocked Antiblooming Zwischen den einzelnen Elementen werden durch ein TaktsignalZwischen den einzelnen Elementen werden durch ein Taktsignal sog. Elektronenlöcher erzeugt, die die überschüssigen Elektronen aufnehmensog. Elektronenlöcher erzeugt, die die überschüssigen Elektronen aufnehmen


SmearSmear

Entstehung:Entstehung:• Ein abgedunkelter Bereich lässt Licht durchEin abgedunkelter Bereich lässt Licht durch• Ein bereits belichteter Bereich wird ein zweites mal beleuchtetEin bereits belichteter Bereich wird ein zweites mal beleuchtet

Fehlerbehebung:Fehlerbehebung:Mit Hilfe eines mechanischen Shutter den Sensor nach der Belichtung abdeckenMit Hilfe eines mechanischen Shutter den Sensor nach der Belichtung abdecken


RauschenRauschen

Entstehung:Entstehung:Rauschen kann viele Gründe haben. Am Stärksten in Gewicht fällt hier aber das Rauschen kann viele Gründe haben. Am Stärksten in Gewicht fällt hier aber das Thermische Rauschen bei schwarzen StellenThermische Rauschen bei schwarzen Stellen

Fehlerbehebung:Fehlerbehebung:Das Element wird extern gekühltDas Element wird extern gekühlt

SCANNERSCANNERgebräuchliche Typengebräuchliche Typen

FlachbettscannerFlachbettscannerNormale Auflösung von 4.800 dpi (dots Normale Auflösung von 4.800 dpi (dots per inch)per inch)Vorlage wird zeilenweise eingelesenVorlage wird zeilenweise eingelesenEs werden je nach Hersteller die Es werden je nach Hersteller die gängigsten Technologien verwendet gängigsten Technologien verwendet (CMOS, CCD, CIS)(CMOS, CCD, CIS)

Vorteile:Vorteile:KostengünstigKostengünstigstandardisierte Anschlüsse und standardisierte Anschlüsse und SchnittstellenSchnittstellen

Nachteil:Nachteil:Sehr langsamSehr langsamVorlagen müssen einzeln eingescannt Vorlagen müssen einzeln eingescannt werdenwerden


EinzugsscannerEinzugsscannerEtwa 1.200 dpi sind realisierbarEtwa 1.200 dpi sind realisierbarZum Scannen werden CCD- und CIS-Chips Zum Scannen werden CCD- und CIS-Chips verwendetverwendetDie Vorlagen werden über Rollen eingezogenDie Vorlagen werden über Rollen eingezogen

Vorteile:Vorteile:Es können viele Seiten auf einmal eingescannt Es können viele Seiten auf einmal eingescannt werdenwerdenSehr schnellSehr schnellKostengünstigKostengünstig

Nachteil:Nachteil:Es kann nichts aus Büchern gescannt werdenEs kann nichts aus Büchern gescannt werden


BarcodescannerBarcodescannerMeist werden CCD-Sensoren Meist werden CCD-Sensoren verwendetverwendet

Über einen rotierenden Spiegel Über einen rotierenden Spiegel wird der Barcode sehr häufig wird der Barcode sehr häufig gescanntgescannt

Zum erkennen des Codes wird ein Zum erkennen des Codes wird ein Mittelwert verwendetMittelwert verwendet


DigitalkameraDigitalkamera

Meist werden CCD oder CMOS-Arrays Meist werden CCD oder CMOS-Arrays verwendetverwendet

Handelsüblich sind zur Zeit zwischen 9 und Handelsüblich sind zur Zeit zwischen 9 und 14 Megapixel14 Megapixel

Bei „One-Shot-Cams“ werden die 3 Bei „One-Shot-Cams“ werden die 3 Grundfarben gleichzeitig aufgenommenGrundfarben gleichzeitig aufgenommen

Bei „Three-Shot-Cams“ wird für jede Farbe Bei „Three-Shot-Cams“ wird für jede Farbe ein einzelnes Bild aufgenommen und dann ein einzelnes Bild aufgenommen und dann erst zusammengeführterst zusammengeführt

SCANNERSCANNER3D-Scanner3D-Scanner

Mechanische 3D-Scanner Mechanische 3D-Scanner (3D-Koordinatenmeßmaschinen)

Über die 3 Sensoren werden die genauen Über die 3 Sensoren werden die genauen Koordinaten erfasstKoordinaten erfasst

Durch Drücken des Messtasters werden die Durch Drücken des Messtasters werden die momentanen Koordinaten gespeichertmomentanen Koordinaten gespeichert

Objekt und Stativ dürfen während des Objekt und Stativ dürfen während des Scannens nicht bewegt werden Scannens nicht bewegt werden

Bei stark verwinkelten Objekten ist dieses Bei stark verwinkelten Objekten ist dieses System ungeeignetSystem ungeeignet


Stereometrische 3D-ScannerStereometrische 3D-Scanner

Das Objekt wird aus verschiedenen Das Objekt wird aus verschiedenen Richtungen fotographiertRichtungen fotographiert

Aufgrund der Unterschiede in den Bildern Aufgrund der Unterschiede in den Bildern kann mit mathematischen Formeln die kann mit mathematischen Formeln die räumliche Struktur berechnet werdenräumliche Struktur berechnet werden

Diese Methode ähnelt dem menschlichem Diese Methode ähnelt dem menschlichem AugeAuge


3D-SCANNER mit LICHTSCHNITTVERFAHREN

Das Objekt wird von einem beweglichen Das Objekt wird von einem beweglichen Laserstrahl abgetastetLaserstrahl abgetastet

Der Strahl wird von einer Kamera Der Strahl wird von einer Kamera aufgenommenaufgenommen

Fläche auf dem das Objekt aufliegt ist Fläche auf dem das Objekt aufliegt ist beweglichbeweglich -> -> es kann fast die ganze Oberfläche es kann fast die ganze Oberfläche

abgetastet werdenabgetastet werden


3D-Laserscanner

Das Objekt wird mit von einem beweglichen Das Objekt wird mit von einem beweglichen Laserstrahl abgetastetLaserstrahl abgetastet

Die einzelnen Messpunkte werden mittels Die einzelnen Messpunkte werden mittels Pulslaufzeit ermitteltPulslaufzeit ermittelt

Moderne Geräte ermitteln in einer Sekunde Moderne Geräte ermitteln in einer Sekunde bis zu 900000 Punktebis zu 900000 Punkte

Punktgenauigkeit liegt bei ca. 1 mmPunktgenauigkeit liegt bei ca. 1 mm

SCANNERSCANNER

Fragen???Fragen???

SCANNERSCANNERQuellenQuellen

www.farbtabelle.netwww.farbtabelle.netwww.tu-chemnitz.dewww.tu-chemnitz.dewww.virtualuniversity.chwww.virtualuniversity.chwww.laser-line.dewww.laser-line.dewww.filmscanner.infowww.filmscanner.infowww.ccd-sensor.dewww.ccd-sensor.de//www.fotointern.chwww.fotointern.chwww.medacom.dewww.medacom.dewww.naurath.dewww.naurath.demitglied.lycos.de/ChFuchs/TM/Scanner/Scanner.pdfmitglied.lycos.de/ChFuchs/TM/Scanner/Scanner.pdfwww.xdesy.de/www.xdesy.de/

http://www.farbtabelle.net/

http://www.laser-line.de/news/wie-funktioniert-ein-scanner.html

http://www.filmscanner.info/

http://www.ccd-sensor.de/

http://www.ccd-sensor.de/

http://www.fotointern.ch/

http://www.medacom.de/

http://www.naurath.de/

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