Сканирование
Основными
компонентами современного CCD-сканера являются лампа подсветки с холодным
катодом, система отклоняющих зеркал, двигатель и светочувствительный сенсор(ы)
с системой фокусирующих линз. Лампа подсветки и зеркало установлены на подвижной
каретке. Эта каретка приводится в действие пошаговым двигателем. Процесс
сканирования не является непрерывным во времени, он состоит из отдельных
операций по сканированию полосок изображения. После передвижения двигателем
каретки с лампой и зеркалом сенсор готов принимать следующую порцию информации.
Свет от лампы подсветки попадает на сканируемый объект (далее — оригинал) и
отражается от него. После отражения от объекта полоска света попадает на
зеркало каретки и отражается в плоскость, параллельную плоскости хода каретки.
Таким образом, где бы ни находилась каретка, в начале или в конце документа,
отраженная полоска света направляется вдоль оригинала ко второму,
стационарному, зеркалу. Второе зеркало направляет свет в систему линз. Пройдя
через систему линз, свет попадает на сенсор. Наиболее широко распространенный
сенсор для планшетных сканеров — CCD (Couple-Charged Device). Эта же сенсорная
матрица используется в большинстве цифровых фото- и видеокамер.
CIS (Contact Image Sensor) — это новая технология, в которой нет системы
зеркал и линз. Это стало возможным после размещения фотосенсоров на каретке,
где они плотно прилегают к стеклу. Поэтому свет после отражения от оригинала
сразу попадает на сенсор. Для того, чтобы сенсорная матрица была динамичной, пришлось
использовать более простые по конструкции фотоэлементы. Вместе с тем, пришлось
поменять и источник света (правда, энергопотребление от этого только
уменьшилось) — лампу с холодным катодом, которая обеспечивала равномерный
световой поток со стабильными характеристиками — на полоску светодиодов.
Понятно, что технология CIS возникла как более дешевая альтернатива CCD. Кроме
приятной дешевизны, такая технология обеспечивает высокую мобильность (не нужно
времени на прогрев лампы), компактность сканера (система зеркал и линз просто
отсутствует, как и довольно громоздкая лампа) и низкий уровень
энергопотребления. Однако за все это приходится дорого платить хорошим
качеством, высокой скоростью и возможностью работы со слайд-адаптерами.
В зависимости от метода измерения наклонной дальности, современные наземные лазерные сканеры делятся на два типа: импульсные и фазовые. Выбор типа лазерной сканирующей системы для тех или иных работ зависит от вида решаемых задач и объектов съёмки.
Импульсный метод основан на измерении времени распространения лазерного сигнала от источника излучения до объекта съёмки и обратно с учётом постоянства скорости распространения электромагнитных колебаний. Лазерная система генерирует короткие импульсы, которые, отражаясь от объекта, возвращаются в приёмник. С помощью точной электроники определяется время прохождения каждого сигнала и вычисляются поправки к скорости его распространения в атмосфере. Следовательно, можно вычислить расстояние от лазерного излучателя до точки отражения луча (измеренной точки, принадлежащей объекту). Точность измерений при этом определяется несколькими параметрами:
· отражательными свойствами объекта съёмки;
· длительностью и формой зондирующего импульса;
· величиной угла расхождения лазерного луча;
· оптическими свойствами атмосферы и т.д.
Время распространения сигнала зависит от расстояния до объекта съёмки (рис. 1). Однако уровень современных технологий настолько высок, что этот фактор не является решающим.
При использовании импульсной сканирующей системы необходимо найти оптимальное соотношение времени сканирования и подробностей получения пространственной информации. Количество точек установок сканера выбирается так, чтобы при минимальных затратах времени обеспечить необходимую полноту съёмки.
Дальность действия импульсных сканеров варьируется от нескольких метров до нескольких сотен метров, что позволяет применять их при решении таких задач, как:
· создание топографических планов площадных объектов с насыщенной инфраструктурой (М 1:2000 и крупнее);
· реконструкция и строительство зданий и сооружений;
· трехмерное моделирование сложных технологических комплексов;
· архитектурные обмеры и фасадная съёмка;
· маркшейдерия и горное дело.
Фазовый метод измерения дальности основан на определении количества целых длин волн между источником и объектом съёмки и разности фаз излученной и принятой волны электромагнитного колебания. Зондирующий сигнал должен быть непрерывным, что требует большой мощности источника излучения. Это влечёт за собой ограничение по дальности действия фазовых сканирующих систем, которая не превышает ста метров. Однако главным преимуществом этого метода измерений является высокая (в несколько десятков раз, по сравнению с импульсным методом) производительность, достигающая нескольких сотен тысяч измерений в секунду.
Эта особенность, наряду с полнообзорностью фазовых лазерных систем, позволяет использовать их при решении следующих задач:
· съёмка внутренних помещений в целях реконструкции и перепроектирования сложных инженерных сооружений;
· съемка тоннелей, шахт (маркшейдерия и горное дело);
· архитектурный обмер интерьеров, реставрационные работы;
· обратное проектирование в промышленности;
· высокоточные измерения (судо-, авиа-, автомобилестроение).
Многие компании, специализирующиеся на работах по трехмерному лазерному сканированию, имеют в своем распоряжении как импульсные, так и фазовые системы, применяя их для решения схожих задач, но на разных объектах и в зависимости от конкретных условий выполнения съёмки.