كيفية عمل الماسح الضوئي Scanner

تري هل يستطيع الكمبيوتر أن يري و يقرأ الصور و الكتب مثل البشر ؟!!! , الاجابه : نعم , و يرجع الفضل في ذلك الي الماسح الضوئي , فبفضل هذا الجهاز الرائع يمكننا أن ندخل للكمبيوتر ألبومات صورنا الشخصية و نضعها علي سي دي , و يمكن للطالب أن يدخل للكمبيوتر صفحة من كتاب لكي يضعها في البحث الذي يقوم بكتابته , ويستطيع رجل الاعمال أن يدخل للكمبيوتر ورقه قد كتبها بخط يده ثم يرسلها بالبريد الالكتروني بكل سهولة!! . حسنا هذا شئ جميل جداً , لكن كيف يستطيع الماسح الضوئي أن يفعل ذلك ؟!, هيا نتعرف سويا علي الماسح الضوئي و كيف يعمل. أنواع الماسح الضوئي :
Flatbed scanners هذا النوع من الماسحات الضوئية هو الأكثر انتشارا , و الغالبية العظمي من مستخدمي الكمبيوتر يستخدمونه, وهو الذي سنتناوله في هذا الدرس
Sheet-Fed scanners طريقة عمل هذا النوع تعتمد علي أن يكون الماسح الضوئي ثابت ثم يتم تمرير الورقه المراد مسحها أمام الجهاز يدويا .
Handheld scanners عكس النوع السابق حيث يتم تحريك الماسح الضوئي فوق الوثيقه
Drum scanners هذا النوع يستخدم في مجال النشر و الدعاية و الاعلان حيث يستطيع هذا النوع أن يلتقط صور عالية الجوده , و ستخدم هذا النوع تكنولوجيا تعرف بالphotomultiplier tube (PMT), و يمكنه أن يلتقط صور للعديد من أنواع الأسطح كالعادية و الشفافه و العاكسة.
و تتمثل الفكرة الرئيسية في عمل الماسح الضوئي هو أنه يعمل كما تعمل العين البشرية حيث يعتمد في عمله علي تحليل الضوء المنعكس من الشيء المراد رؤيته , فبعد أن يستقبل الماسح الضوئي الضوء المنعكس من الوثيقة يقوم بتحويلها الي مجموعه من الوحايد و الأصفار-التي يستطيع أن يتعامل معها الكمبيوتر- .
تكوين الماسح الضوئي :
يتكون الماسح الضوئي من الاتي :
سطح زجاجي شفاف , يتم وضع الوثيقة عليه.
مصدر للضوء , عادة ما يكون مصباح فلوروسنت أبيض أو من نوع xenon .
مجموعه من المرايا (Mirrors) .
مجموعه من العدسات (Lens) .
فلاتر (Filters) .
CCD (Charged-couple device) ال CCD هي أهم جزء في الماسح الضوئي و هي عبارة عن مصفوفة مكونة من الآلاف من ال diodes الحساسة للضوء , هذه ال diodes تقوم بتحويل الضوء الساقط عليها الي شحنة كهربيه , و تكون شدة الشحنة الكهربية الناتجة متناسبة مع شدة الضوء الساقط علي الدايود , وكلما زاد عدد هذه ال diodes زادت دقه التقاط الصورة.
**للتعرف علي بنية ال CCD بشكل مفصل اضغط هنا
ADC (analogue to digital converter) محول يحول الاشارة التناظريه الي اشارة رقمية .
Stepper motor موتور المسئول عن تحريك مجموعة المسح .
كيف يلتقط الماسح الضوئي الصورة :
يتم وضع الوثيقة ووجها لأسفل علي اللوح الزجاجي الشفاف
يقوم مصدر الضوء بتسليط ضوء أبيض علي الوثيقة.
تقوم المرايا بعكس الصورة المنعكسة من الوثيقة من مراَه لأخري.
تنقل المراَه الاخيرة الصورة الي عدسه.
تقوم العدسة بدورها بتسليط الصورة علي مجموعه من الفلاتر.
تُنتقل الصورة من الفلاتر الي ال CCD وتقوم ال CCD باصدار اشارة كهربيه تعبر عن الضوء الساقط عليها .
بالنسبة لمجموعة العدسات و الفلاتر فهي تختلف من سكانر لاَخر , بعض الماسحات الضوئية تستخدم ما يعرف بطريقة ال Three pass , حيث يتم مسح الوثيقة بأكملها ثلاث مرات و في كل مرة يتم استخدام أحد الفلاتر الثلاثة (أحمر , أخضر , أزرق) , وبعد الانتهاء من الثلاث عمليات يتم تجميع الثلاث نتائج مع بعضها لتكوين الصورة الحقيقه. ولكن مجموعه أخري من الماسحات الضوئية تستخدم ما يعرف بطريقة ال Single pass , في هذه الطريقة يتم مسح الوثيقة مرة واحدة فقط , تقوم العدسه بتكوين ثلاث نسخ من الصورة الأصليه , نسخه تمر من الفلتر الأحمر و اخري عبر الأخضر و اخري عبر الأزرق , ثم تمر الثلاث نسخ الي ال CCD حيث يتم تجميعهم لتكوين الصورة الأصليه بعد ذلك و هنا يتم استخدام نوع خاص من ال CCD حيث تتكون ال CCD من ثلاث اجزاء كل جزء يستقبل واحدة من الثلاث نسخ
تنتقل الشحنة الكهربيه الناتجة من ال CCD الي ال ADC الذي يقوم بتحويل الاشارة الكهربيه المستقبلة الي مجموعه من الوحايد و الاصفار لكي تنقل للكمبيوتر.
يتم تحريك مجموعة المسح كلها (المصدر الضوئي و العدسات و المرايا و ال CCD ) حتي تمر علي الوثيقه بأكملها باستخدام ال Stepper Motor .
يتم ارسال مجموعه الوحايد و الاصفار الناتجة من ال ADC الي الكمبيوتر
CIS
هناك أنواع أخري حديثة من الماسحات الضوئية تستخدم التكنولوجيا المسماة بال CIS (contact image sensor) , في ال CIS يتم استبدال المصدر الضوئي و المرايا و العدسات و الفلاتر و ال CCD ب : 1 صفوف من ال LEDs الحمراء والخضراء و الزرقاء (ال LED هم نوع من الدايود يصدر ضوء عندما يتم توصيله بالكهرباء و يسمي ب Light Emitting Diode و يتميز بأنه سريع جدا في الغلق و الفتح و ذو عمر طويل ) .
2 وبالاضافه الي مجموعة ال LEDs توجد ال Sensors وهي عبارة عن الخلايا الضوئية التي تستقبل الضوء المنعكس و ييستخدم في هذه الطريقه حوالي من 300 الي 600 sensor تتراص بجانب بعضها بعرض اللوح الزجاجي .
ال LEDs و ال Sensors يكونوا قريبين جدا جدا من اللوح الزجاجي , وعند البدء في عملية المسح تضئ ال LEDs كلها لتعطي ضوء أبيض عندما تتحد مع بعضها , ثم تقوم ال Sensors بالتقاط الصورة للوثيقة. وتتميز هذه الطريقه بأنها أرخص تكلفة و تعطي الماسح الضوئي جسم أرفع , و لكنها لا تكون بنفس جودة طريقة ال CCD . كيف تنتقل البيانات من الماسح الضوئي للكمبيوتر :
يمكن توصيل الكمبيوتر بالماسح الضوئي عن طريق العديد من منافذ الكمبيوتر مثل (مرتبين من الأسرع للأبطأ ):
منفذ FireWire , يعد هذا المنفذ هو الأسرع في نقل البيانات.
منفذ USB , سهل الاستخدام و سريع .
منفذ SCSI لأستخدام هذا المنفذ يتم تركيب كارت اضافي داخل الكمبيوتر ثم يتم توصيل الماسح الضوئي بالكارت.
منفذ Parallel يتم نقل البيانات من خلال منفذ ال Parallel port و هذا النوع يعد الأبطأ .
دقة الماسح الضوئي Resolution :
أهم ما يميز أنواع الماسحات الضوئية عن بعضها هو مدي دقة التقاطها Resolution للصورة و حدة الصورة الملتقطة Sharpness . يتم تعريف دقة الماسح الضوئي كالاتي : مثلا لدينا ماسح الضوئي دقته 300*300 dpi , فماذا يعني ذلك ؟ dpi هي اختصار ل" Dots Per Inche " ويقصد بها عدد النقاط الضوئية التي توجد في البوصه الواحدة .
هذه ال dpi تقاس باحداثيين :
أولهما الاحداثي الافقي و هو عدد الخلايا الحساسه للضوء التي توجد في صف أفقي واحد في ال CCD أو في ال CIS .
وثانيهما هو الاحداثي الرأسي و هو يتأثر بدقة ال Stepper motor الذي يحرك مجموعه المسح , أو الخطوة التي يمكن أن يتحرك بها الموتور.
مثلا لدينا ماسح ضوئي بدقة 300*300 dpi و بامكانه أن يمسح ورقه من مقاس ال Letter size,اذن تتكون ال CCD من صف أفقي واحد فيه عدد 2550 خليه ضوئية , واذا كان الماسح الضوئي يستخدم طريقه ال Single Pass فسيكون لدينا ثلاث صفوف وليس صف واحد, و كل صف منها يكون به 2550 خلية ضوئية . وتكون الخطوة التي يستطيع ال Stepper موتور أن يخطوها في تلك الحالة = 1/300 من البوصه . مثال اخر : اذا كانت دقة الماسح الضوئية 600*300 تكون ال CCD مكونة من خط أفقي به 5100 خلية ضوئية , و دقة الموتور كالمثال السابق.
أما حدة الصورة Sharpness فتعتمد علي جودة المرايا و العدسات المستخدمة في نقل الضوء داخل الماسح الضوئي , و أيضا علي شدة الضوء الصادر من المصدر الضوئي فكلما زاد المصدر الضوئي سطوعاً زادت حدة الصورة الناتجه و كانت النتائج أفضل. في الغالب نجد معظم الماسحات الضوئية تكون بدقة 4800*4800 أو 9600*9600 , وهذه الماسحات الضوئية تجد مكتوبا علي مواصفاتها "software-enhanced, interpolated resolution" , فماذا يعني ذلك ؟ معني المصطلح Interpolation هو: أن يتم خلق أو اضافة pixels اضافيه توضع بين ال pixles الاساسية التي يتم استقبالها من ال CCD وذلك لزيادة الدقة, و تكون شده ال PIXELS المضافة هي متوسط شدة الPIXELS الاساسية المجاورة لها , وتتم هذه العملية بمعرفة السوفت وير الخاص بالسكانر , مثلا اذا كانت الدقة الأصليه (Hardware resolution) الخاصة بالماسح الضوئي هي 300*300 و كانت ال Interpolated resolution 600*300 فمعني هذا أن السوفت وير يقوم بأضافة بكسل واحدة بجانب كل بكسل أصلية وبالتالي تزداد الدقة للضعف. مثال علي أستخدام ال Interpolated resolution
عامل اخر يحدد جودة الماسح الضوئي و هو ال Bit Depth أو ال Colour Depth , ويعني هذا عدد الألوان التي يستطيع الماسح الضوئي اصدار صورة ما بها , أو بمعني أوضح عدد الالوان التي يستطيع أن يخرج الصورة بها , و لكي يكون لدينا لون حقيقي True colour يجب أن تحتوي البكسل الواحدة علي 24 بت و معظم الماسحات الضوئية تدعم ذلك حاليا