ここ数年、スキャナーはホームオフィスの重要な部分になってきました。スキャナー技術はどこにでもあり、さまざまな方法で使用されています。
- フラットベッド スキャナ (デスクトップ スキャナとも呼ばれます) は、最も多用途で一般的に使用されるスキャナです。実際、この記事ではフラットベッド スキャナに関連するテクノロジーに焦点を当てます。
- シートフィード スキャナはフラットベッド スキャナと似ていますが、ドキュメントが移動し、スキャン ヘッドが動かない点が異なります。シートフィード スキャナは、小型のポータブル プリンタによく似ています。
- ハンドヘルド スキャナはフラットベッド スキャナと同じ基本テクノロジーを使用していますが、電動ベルトの代わりにユーザーがスキャナを移動することに依存しています。このタイプのスキャナは通常、良好な画質を提供しません。ただし、テキストをすばやくキャプチャする場合には便利です。
- ドラム スキャナは、出版業界で信じられないほど詳細な画像をキャプチャするために使用されています。光電子増倍管(PMT) と呼ばれる技術が使用されています。 PMT では、スキャンされる文書はガラスシリンダーに取り付けられます。シリンダーの中心には、原稿から反射した光を 3 つのビームに分割するセンサーがあります。各ビームはカラーフィルターを通って光電子増倍管に送られ、そこで光は電気信号に変換されます。
スキャナの基本原理は、画像を分析し、何らかの方法で処理することです。画像とテキストのキャプチャ (光学式文字認識または OCR) を使用すると、情報をコンピュータ上のファイルに保存できます。その後、画像を変更または強化したり、印刷したり、 Web ページで使用したりできます。
この記事ではフラットベッド スキャナに焦点を当てますが、基本原則は他のほとんどのスキャナ テクノロジに当てはまります。さまざまな種類のスキャナー、スキャンの仕組み、TWAIN の意味について学びます。解像度、補間、ビット深度についても学びます。
次のページでは、フラットベッド スキャナのさまざまな部分について説明します。
スキャナの構造
一般的なフラットベッド スキャナの部品には次のものがあります。
- 電荷結合素子 (CCD) アレイ
- 鏡
- スキャンヘッド
- ガラス板
- ランプ
- レンズ
- カバー
- フィルター
- ステッピングモーター
- スタビライザーバー
- ベルト
- 電源
- インターフェースポート
- 制御回路
スキャナの中心となるコンポーネントはCCD アレイです。 CCD は、スキャナで画像をキャプチャするための最も一般的なテクノロジです。 CCD は、光子 (光) を電子 (電荷) に変換する小さな感光ダイオードの集合です。これらのダイオードはフォトサイトと呼ばれます。簡単に言うと、各フォトサイトは光に敏感です。単一のフォトサイトに当たる光が明るくなればなるほど、そのサイトに蓄積される電荷も大きくなります。
フォトンがフォトサイトに衝突して電子を生成する
スキャンした文書の画像は、一連のミラー、フィルター、レンズを通って CCD アレイに到達します。これらのコンポーネントの正確な構成はスキャナのモデルによって異なりますが、基本はほぼ同じです。
次のページでは、スキャナのすべての部分がどのように連携して動作するかを示します。
スキャンプロセス
スキャナーがドキュメントをスキャンするときに実行する手順は次のとおりです。
- 原稿をガラス板の上に置き、カバーを閉じます。ほとんどのスキャナーのカバーの内側はフラットホワイトですが、一部のスキャナーは黒色です。カバーは、スキャナ ソフトウェアがスキャンされる文書のサイズを決定するための基準点として使用できる均一な背景を提供します。ほとんどのフラットベッド スキャナでは、分厚い本のページなど、かさばるオブジェクトをスキャンするためにカバーを取り外すことができます。
- ランプは文書を照らすために使用されます。新しいスキャナのランプは冷陰極蛍光ランプ(CCFL) またはキセノン ランプのいずれかですが、古いスキャナには標準の蛍光ランプが搭載されている場合があります。
- 機構全体 (ミラー、レンズ、フィルター、CCD アレイ) がスキャン ヘッドを構成します。スキャン ヘッドは、ステッピング モーターに取り付けられたベルトによって文書上でゆっくりと移動します。スキャン ヘッドはスタビライザー バーに取り付けられており、パス中にぐらつきやずれがないことが保証されています。パスとは、スキャン ヘッドがドキュメントの 1 回の完全なスキャンを完了したことを意味します。
- 文書の画像は、角度のついたミラーによって別のミラーに反射されます。一部のスキャナではミラーが 2 つしかありませんが、他のスキャナでは 3 つのミラー アプローチが使用されます。各ミラーはわずかに湾曲しており、反射する像をより小さな表面に焦点を合わせます。
- 最後のミラーは画像をレンズに反射します。レンズは、CCD アレイ上のフィルターを通して画像の焦点を合わせます。
フィルターとレンズの配置はスキャナーによって異なります。スキャナによっては、 3 パススキャン方式を使用するものもあります。各パスでは、レンズと CCD アレイの間で異なるカラー フィルター (赤、緑、青) が使用されます。 3 つのパスが完了すると、スキャナ ソフトウェアは 3 つのフィルタリングされた画像を 1 つのフルカラー画像に組み立てます。
スキャンプロセス
現在、ほとんどのスキャナはシングルパス方式を使用しています。レンズは画像を元の 3 つの小さいバージョンに分割します。それぞれの小さいバージョンは、カラー フィルター (赤、緑、青のいずれか) を通過して、CCD アレイの個別のセクションに配置されます。スキャナは、CCD アレイの 3 つの部分からのデータを 1 つのフルカラー画像に結合します。
安価なフラットベッド スキャナで普及しているもう 1 つのイメージング アレイ技術は、コンタクト イメージ センサー(CIS) です。 CIS は、CCD アレイ、ミラー、フィルター、ランプ、レンズを赤、緑、青の発光ダイオード( LED ) の列に置き換えます。スキャン領域の幅にまたがる 300 ~ 600 個のセンサーで構成されるイメージ センサー機構は、文書が置かれているガラス プレートの非常に近くに配置されます。画像がスキャンされると、LED が結合して白色光を提供します。次に、照射された画像がセンサーの列によって捕捉されます。 CIS スキャナは安価で、軽く、薄いですが、ほとんどの CCD スキャナと同じレベルの品質と解像度を提供しません。
コンピューターとスキャナーの間で何が起こるかを見ていきますが、最初に解像度について話しましょう。
解像度と補間
スキャナーの解像度と鮮明さはさまざまです。ほとんどのフラットベッド スキャナの実際のハードウェア解像度は、少なくとも 300×300ドット/インチ(dpi) です。スキャナの dpi は、CCD または CIS アレイの 1 列のセンサーの数 ( x 方向のサンプリング レート)、ステッピング モーターの精度 ( y 方向のサンプリング レート) によって決まります。
たとえば、解像度が 300×300 dpi で、スキャナがレターサイズの文書をスキャンできる場合、CCD には水平方向の各行に 2,550 個のセンサーが配置されています。シングルパス スキャナにはこれらの行が 3 つあり、合計 7,650 個のセンサーが含まれます。この例のステッピング モーターは、1/300 インチに等しい増分で移動できます。同様に、解像度 600×300 のスキャナには、各水平行に 5,100 個のセンサーを備えた CCD アレイがあります。
鮮明さは主に、レンズの製造に使用される光学系の品質と光源の明るさに依存します。明るいキセノンランプと高品質レンズは、標準的な蛍光灯と基本レンズよりもはるかに鮮明で鮮明な画像を作成します。
もちろん、多くのスキャナーは 4,800×4,800、さらには 9,600×9,600 の解像度を宣言しています。 X 方向のサンプリング レート 9,600 のハードウェア解像度を達成するには、81,600 個のセンサーの CCD アレイが必要になります。仕様を見ると、これらの高解像度には通常、ソフトウェア拡張、補間解像度、または同様のラベルが付けられています。それはどういう意味ですか?
補間は、スキャン ソフトウェアが画像の知覚解像度を高めるために使用するプロセスです。これは、CCD アレイによって実際にスキャンされたピクセルの間に余分なピクセルを作成することによって行われます。これらの余分なピクセルは、隣接するピクセルの平均です。たとえば、ハードウェア解像度が 300×300 で、補間解像度が 600×300 の場合、ソフトウェアは各行の CCD センサーによってスキャンされた各ピクセルの間にピクセルを追加します。
スキャナについて話すときに使用されるもう 1 つの用語はビット深度であり、色深度とも呼ばれます。これは単にスキャナが再現できる色の数を指します。標準のトゥルー カラーを作成するには各ピクセルに 24ビットが必要で、市場のほぼすべてのスキャナがこれをサポートしています。それらの多くは、30 ビットまたは 36 ビットのビット深度を提供します。依然として 24 ビット カラーでのみ出力されますが、内部処理を実行して、増加したパレットで使用可能な色の中から可能な限り最良の選択肢を選択します。 24 ビット、30 ビット、および 36 ビットのスキャナーの間に品質に顕著な違いがあるかどうかについては、多くの意見があります。
画像転送
ドキュメントのスキャンはプロセスの一部にすぎません。スキャンした画像を使用するには、画像をコンピュータに転送する必要があります。スキャナで使用される一般的な接続は 3 つあります。
- パラレル–パラレル ポートを介した接続は、利用可能な最も遅い転送方法です。
- Small Computer System Interface (SCSI) – SCSI には特別な SCSI 接続が必要です。ほとんどの SCSI スキャナには、コンピュータに挿入してスキャナを接続するための専用の SCSI カードが含まれていますが、代わりに標準の SCSI コントローラを使用することもできます。
- ユニバーサル シリアル バス(USB) – USBスキャナは、優れた速度、使いやすさ、手頃な価格を 1 つのパッケージにまとめています。
- FireWire – 通常、ハイエンド スキャナに搭載されており、FireWire 接続は USB や SCSI よりも高速です。 FireWire は、高解像度画像のスキャンに最適です。
コンピュータには、スキャナと通信する方法を認識するドライバと呼ばれるソフトウェアが必要です。ほとんどのスキャナは共通言語TWAIN を話します。 TWAIN ドライバーは、TWAIN 標準をサポートするアプリケーションとスキャナーの間のインタープリターとして機能します。これは、アプリケーションがスキャナーに直接アクセスするためにスキャナーの特定の詳細を知る必要がないことを意味します。たとえば、Photoshop は TWAIN 標準をサポートしているため、 Adobe Photoshop内でスキャナーから画像を取得することを選択できます。
ほとんどのスキャナーには、ドライバーに加えて、他のソフトウェアが付属しています。通常、スキャン ユーティリティと何らかの種類の画像編集アプリケーションが含まれています。多くのスキャナーには OCR ソフトウェアが含まれています。 OCR を使用すると、文書から単語をスキャンし、コンピューターベースのテキストに変換できます。平均化プロセスを使用して文字の形状を判断し、それを正しい文字または数字と照合します。
今日のスキャナー技術の優れた点は、必要なものを正確に取得できることです。優れたソフトウェアを備えたまともなスキャナを 200 ドル未満で見つけることも、素晴らしいソフトウェアを備えた素晴らしいスキャナを 1,000 ドル未満で手に入れることもできます。それはすべてあなたのニーズと予算によって異なります。
TWAIN は頭字語ではありません。これは実際には、ドライバーがソフトウェアとスキャナーの仲介者であるため、「決して二人は会わないでください」というフレーズから来ています。コンピューター関係者はあらゆる用語の頭字語を作る必要があると感じているため、TWAIN は「興味深い名前のないテクノロジー」として知られています。