1 Introducere

Comunicarea utilizator - calculator este un element esential in utilizarea unui calculator. Pentru realizarea acestei comunicari, utilizatorul are la dispozitie o gama de dispozitive de introducere si de extragere de date ce intra in configuratia sistemului respectiv. Fiecare dispozitiv este insotit de software pentru interfatarea cu programele de aplicatii si cu sistemul de operare (handler sau driver software). Se inregistreaza o standardizare practica a interfetelor pentru cele mai utilizate dispozitive periferice. Mai mult, exista tendinta de normalizare a comenzilor si formatelor mesajelor pentru diferite tipuri de dispozitive, astfel incat aplicatiile sa poata fi scrise independent de tipul concret de dispozitiv utilizat. In acest sens, de exemplu, standardele GKS si PHIGS prevad sase clase de dispozitive logice de intrare: locatoare, tip flux (stroke), valuatoare, selectoare, interceptoare ( identificatoare ) si sir de caractere.

Dispozitivele de introducere au rolul de a permite utilizatorului comunicarea de date catre programele de aplicatii. Pentru cele mai multe aplicatii exista doua tipuri de informatii de transmis: alfanumerice si grafice. Introducerea informatiilor alfanumerice se face cu dispozitive logice tip sir de caractere (de exemplu tastaturi) sau de tip valuator (pentru valori numerice). Pentru introducerea informatiilor grafice se utilizeaza trei clase de dispozitive: de localizare, de digitizare si de introducere de imagini. Dispozitivele de localizare (locatoarele) furnizeaza o pozitie (locatie) in spatiul modelului. Ele pot fi de tip creion optic (light pen), mouse, tableta grafica (graphics/digitizing tablet), joystick, trackball, thumbwheel, ecran tactil (touch screen) sau touchpad. Tastaturile standard contin un grup de taste directionale (cu sageti), care pot fi utilizate pentru localizare in regim grafic, dar utilizarea lor este inadecvata pentru cele mai multe aplicatii grafice.

Dispozitivele locator opereaza prin comandarea pozitiei unui cursor (indicator) grafic pe ecran, drept pentru care se mai numesc si dispozitive de control al cursorului. Pe langa functia de indicare a pozitiei, dispozitivele fizice utilizate ca locatoare pot avea si alte functii, cum ar fi selectia, trasarea, schitarea. Selectia si interceptarea realizeaza alegerea unei entitati alfanumerice sau grafice de pe ecran. Prin software trebuie rezolvata selectia entitatii grafice dorite atunci cand punctul indicat de cursor se suprapune, in reprezentarea pe ecran, peste doua sau mai multe entitati. Trasarea este operatia de introducere a unor elemente de desen prin specificarea unor parametri definitorii (de exemplu specificarea coordonatelor capetelor unui segment de dreapta prin digitizare de pe un desen pe hartie). Schitarea este generarea unui desen in mod asemanator desenarii cu mana libera.

Toate dispozitivele de introducere mentionate (cu exceptia unor tipuri speciale de joystick) lucreaza in spatiul bidimensional (2D). S-au realizat si sisteme cu trei pana la sase sau mai multe grade de libertate, dar sunt prea scumpe pentru aplicatiile grafice obisnuite, fiind destinate in special aplicatiilor de realitate virtuala.

Dispozitivele de digitizare (numite si plansete electronice de desenat) realizeaza determinarea si comunicarea catre calculator a coordonatelor unor puncte de pe o suprafata plana. Dimensiunile obisnuite ale suprafetei active sunt peste formatul standard A0, iar rezolutiile si preciziile sunt de ordinul a 10-50 µm. Deplasarea cursorului se poate face manual, cu un aparat asemanator celor pentru plansetele de desenat, sau cu ajutorul unor motoare.

A treia clasa, cea a dispozitivelor de introducere a imaginilor , cuprinde elemente de tipul captatoarelor de imagini foto, video sau a echipamentelor de scanare. Captarea si prelucrarea imaginilor video este de interes mai ales in contextul existentei unor facilitati de vedere artificiala, de exemplu pentru conducerea robotilor. Imaginile pot fi initial obtinute cu camere video standard, fiind apoi digitizate. Echipamentele de scanare convertesc imagini de pe suporturi materiale (desene, fotografii etc.) intr‑un format digital la nivel de pixel (bit-map). Sunt folosite, de exemplu, pentru preluarea in baza de date CAD a unor desene existente pe hartie, sau pentru reutilizarea unor documente scrise. Exista software specializat in conversia imaginilor bit-map ale unor pagini tiparite, in fisiere text obisnuite (recunoastere de caractere - OCR -, pentru preluare sau modificare) sau chiar a unor desene liniare din format bit-map in format vectorial. Ultimul tip de aplicatie este deosebit de util pentru recuperarea vechilor desene , realizate de desenatori direct pe hartie, in scopul introducerii lor in bazele de date CAD pentru reutilizare.

Performantele dispozitivelor de introducere grafica pot fi apreciate prin patru parametri: rezolutia, justetea (acuratetea), repetabilitatea si linearitatea. Importanta lor depinde de aplicatie. Rezolutia este exprimata prin cea mai mica distanta necesara intre doua puncte pentru ca dispozitivul sa le recunoasca drept puncte separate. Justetea este exprimata prin eroarea la masurarea coordonatelor pentru introducerea pozitiei; este o masura a erorilor sistematice. Repetabilitatea exprima eroarea in determinarea repetata a coordonatelor aceluiasi punct; este o masura a erorilor aleatoare. Linearitatea determina modul in care dispozitivul raspunde la miscarile mainii utilizatorului. In prezentarea dispozitivelor grafice, acesti parametri pot avea semnificatii diferite de cele obisnuite, ceea ce implica o analiza atenta.

Tastatura

Tastatura (keyboard) unui calculator reprezinta un dispozitiv de intrare compus din comutatoare (taste) dispuse sub forma de matrice (figura 1).     Tastaturile conventionale sunt dispozitive alfanumerice, utilizate doar pentru introducere de text, fiind un tip esential de periferic. Sunt utilizate, in principal, pentru crearea/editarea de programe (sursa) sau pentru editari de texte. Pentru a realiza si unele functii grafice, s-au adaugat taste speciale sau dispozitive grafice (mouse, trackball). Exista, de asemenea, unele taste programabile, ce genereaza succesiuni de caractere definibile de catre utilizator. De exemplu, se poate realiza generarea unui intreg cuvant de comanda prin apasarea unei singure taste. Utilizatorul poate programa, in orice moment, in mod convenabil, aceste taste.

Uzual sunt intalnite doua tipuri de taste: mecanice si cu membrane din cauciuc. Cele mecanice inchid un circuit cand sunt actionate si il intrerup la eliberare.

Figura Tastatura

Membranele utilizate sunt alcatuite din trei straturi: primul are imprimat traiectoriile conductive, cel de-al doilea este un strat separator cu degajari, iar al treilea are zone conductive in relief. Cauciucul le confera caracterul elastic. Cand o tasta este apasata, atunci cele doua straturi conductive se ating si inchid un circuit. Deasupra se afla o carcasa din material plastic care include un dispozitiv separator cu scopul de a mentine tastele aliniate.

Un factor important pentru taste este dispunerea curbei fortei de actionare care arata ce forta este necesara pentru a readuce tasta si cum variaza aceasta in cursa activa (in jos). Cercetarile au aratat ca cei mai multi utilizatori prefera actionarea cu o forta corespunzatoare unei mase de 80 g. . 100 g, dar consolele pentru jocuri pot ajunge la 120 g sau chiar mai mult, pe cand pentru alte aplicatii acestea pot fi sub valoarea de 50 g.

Tastele (comutatoarele) sunt conectate sub forma de matrice (linii si coloane). Semnalele date de actionarea acestora sunt preluate de microcontrolerul tastaturii. Acesta este montat in interiorul tastaturii si interpreteaza semnalele cu ajutorul unor rutine software, stocate in memoria ROM (care nu-si pierde continutul in absenta tensiunii de alimentare). Cand o tasta este apasata, se genereaza o intrerupere care activeaza rutina de tratare a intreruperilor de tastatura (rutina ce face parte din sistemul de operare). Aceasta citeste un registru hardware din controlorul de tastatura pentru a determina numarul tastei (cuprins intre 1 si 102) care a fost apasata. La eliberare se genereaza o noua intrerupere. Daca se actioneaza asupra tastei SHIFT iar apoi se apasa si se elibereaza tasta "A" spre exemplu, dupa care se elibereaza si tasta SHIFT, sistemul de operare va sti ca utilizatorul doreste "A" in loc de "a". Variantele secventelor multiple de taste, care contin SHIFT, CTRL si ALT sunt rezolvate in totalitate prin program. Microcontrolerul tastaturii si controlerul acesteia din calculator comunica asincron.

Comunicarea asincrona se bazeaza pe utilizarea unui bit de start si a unui bit sau a doi biti de stop. Acestia insotesc bitii care reprezinta caracterul (uneori se foloseste si un bit de paritate) si au rolul de a ajuta la separarea caracterelor, figura 2.

Cablul tastaturii are (functie de producator) lungimea cuprinsa intre 1,2 . 2 m. Unele modele noi nu au cablu, comunicarea intre calculator si tastatura efectuandu-se prin alte modalitati (exemplu: infrarosu).

Multe firme producatoare de tastaturi investesc in cercetari privind ergonomia acesteia, astfel incat sa reduca durerile provocate in incheietura mainii si in degete de catre utilizarea indelungata sau de miscarile repetitive. Printre caracteristicile unei tastaturi ergonomice se numara modificarea dispunerii tastelor si suportul pentru sprijinirea palmelor.

Figura Utilizarea bitilor pentru comunicare seriala asincrona

3 Mouse

In anii 1980 primul calculator personal a fost echipat doar cu tastatura. Spre sfarsitul anilor '90 mouse-ul a inceput sa fie esential pentru calculatoarele echipate cu GUI (Graphical User Interface - interfata grafica cu utilizatorul).

Mouse-ul (figura 3) este un dispozitiv de intrare care se caracterizeaza prin:

forma specifica, pentru a putea fi manevrat cu usurinta,

unul, doua sau trei butoane plasate pe fata superioara;

un traductor de deplasare, plasat spre partea inferioara;

legatura cu calculatorul (cablu, raze IR etc.).

   

Figura Mouse

Prin miscarea mouse-ului pe o suprafata plana (pad), utilizatorul controleaza cursorul afisat pe ecran. Mouse-ul este un dispozitiv de indicare incremental relativ, deci pozitia sa pe o suprafata nu corespunde in mod unic unei locatii pe ecran. Pentru a se selecta o entitate afisata, se actioneaza unul din butoanele mouse-ului ("clic"). Butoanele mouse-ului pot fi adaptate si pentru stangaci.

1 Constructia si functionarea

Mouse-ul poate fi : mecano-electric, optoelectronic sau opto-mecanic.

Mouse-ul mecano-electric are traductorul de deplasare realizat prin sesizarea miscarilor unei bile grele cu ajutorul unor traductoare cu perii electrice. Bila in miscare produce, prin frecare, rotirea a doua discuri plasate cu axele perpendiculare (pentru a separa miscarile pe doua directii perpendiculare) in acelasi plan cu centrul bilei, paralel cu suprafata de lucru. Pe una din fete, discurile au realizate radial benzi conductoare (metalice), pe care calca perechi de perii colectoare. Deplasarea mouse‑ului pe suprafata de lucru produce rotirea bilei, ceea ce produce rotirea discurilor, deci realizarea de contacte intermitente intre perii. Se genereaza, astfel, impulsuri electrice in numar corespunzator lungimii deplasarii.

Frecarea periilor pe discurile traductoarelor face ca fiabilitatea sistemului sa fie foarte scazuta, din cauza impuritatilor, oxidarilor si a uzarilor.

Mouse-ul optoelectronic (figura 4) este caracterizat prin detectarea miscarii cu ajutorul unei perechi de diode luminescente (LED) si a unui suport (pad) special, reflectant. Cele doua diode emit culori diferite (cat mai complementare), iar pe suportul de mouse este dispusa o retea alcatuita din linii avand cele doua culori, o culoare pentru liniile "verticale" si cealalta pentru liniile "orizontale". Detectoare de lumina (cate unul pentru fiecare LED) sesizeaza trecerea peste o linie de aceeasi culoare cu lumina emisa si produc impulsuri indicand deplasarea.

Mouse-ul opto-mecanic (figura 5) este asemanator celui mecano-electric, dar converteste miscarea in semnale directionale printr-o combinatie de mijloace optice si mecanice. Partea optica este constituita din perechi de leduri si sesizoare de lumina; partea mecanica este reprezentata de o bila si niste discuri cu fante. Cand mouse-ul se misca, bila se roteste, discurile se vor roti si ele, iar lumina emisa de LED‑uri trece periodic prin fante si ajunge la senzorul de lumina (fototranzistor). Modificarile iluminarii sunt detectate de senzori si interpretate ca indicatii ale miscarii.

Deoarece utilizeaza dispozitive optice in locul elementelor mecanice, mouse-ul opto-mecanic nu are nevoie de toate operatiile de intretinere ale celui mecanic si nu necesita nici suprafata de lucru speciala a celui optic. Schematic, mouse-ul opto-mecanic este prezentat in figura 5a iar constructiv principial in figura 5b.

Figura Mouse optoelectronic (vedere de jos)

Functie de interfetele utilizate, dispozitivele de tip mouse pot fi: seriale - conectate la un port de comunicatie serial, sau bus-mouse, conectat la magistrala calculatorului printr-un adaptor special. Cele mai raspandite sunt mouse-urile seriale, deoarece utilizeaza o interfata standard (disponibila pe orice calculator), programul care gestioneaza astfel de mouse-uri (handler‑ul) este, in general, de dimensiuni mai reduse decat cel necesar pentru gestionarea unui bus-mouse, iar performantele de lucru sunt, practic, aceleasi. Avantajul unui bus-mouse: nu ocupa un port serial.

In functie de pozitia cursorului mouse-ului si de operatia executata de programul utilizat, portiunea de ecran in care apare indicatorul va fi tinta unei actiuni atunci cand utilizatorul va actiona asupra unui buton al mouse-ului.

Relatia dintre miscarea mouse-ului si miscarea cursorului pe ecran reprezinta sensibilitatea mouse-ului. Cu cat mouse-ul este mai sensibil, cu atat se semnaleaza calculatorului mai multe "miscari de mouse" pentru aceeasi lungime de deplasare fizica. Scaderea sensibilitatii duce la miscari mai mici, astfel incat utilizatorul poate pozitiona cursorul cu mai multa precizie. Sensibilitatea redusa este utila in aplicatiile care cer o pozitionare precisa (exemplu, aplicatiile CAD / CAM si cele de grafica) in timp ce sensibilitatea mare este necesara in aplicatii care cer o deplasare rapida a cursorului pe suprafata ecranului si in aplicatii cum sunt navigatoarele WEB, procesoarele de texte si foile de calcul tabelar, in care cursorul este utilizat mai ales pentru selectarea butoanelor si a textului.

    a. b.

Figura Mouse opto-mecanic

4 Joystick

Joystick-ul are ca element principal un mic levier articulat sferic, a carui pozitie este determinata, de regula, printr-o descompunere a miscarii pe doua directii perpendiculare cuplat la doua traductoare parametrice (de tip potentiometric rezistiv). Semnalul traductoarelor fiind analogic, adaptorul din calculator trebuie sa rezolve conversia analogic - numeric. De obicei, se utilizeaza o metoda de conversie prin masurarea timpului de incarcare a unui condensator din adaptor prin rezistenta variabila din joystick. Inainte de utilizare de catre un program, dispozitivul trebuie calibrat. Dispozitivul are si unul pana la trei butoane. Utilizarile specifice sunt in aplicatii de simulare, oferind raspuns foarte rapid. Semnalul furnizat fiind proportional cu deplasarea levierului din pozitia de referinta, este potrivit pentru comanda fortelor sau vitezelor, mai putin pentru pozitii. Sunt cazuri in care dispozitivul joystick este integrat cu alt periferic, de exemplu intr-o tastatura sau in panoul de comanda al unui ploter sau al unei comenzi numerice (Savii, 1997).

Figura Joystick

5 Trackball

Dispozitivul trackball (bila rotitoare) este asemanator mouse-ului mecanic, fiind practic un mouse asezat invers (cu sfera in sus). Miscarea sferei este realizata prin actionare manuala directa, cu varful degetelor. Aplicatiile specifice sunt cele de control ale cursorului pe ecran la sistemele radar, dar la ora actuala se integreaza dispozitive trackball in tastaturi, ca inlocuitor de mouse.

Avantajul oferit de acestea este ca necesita un spatiu mai mic decat mouse-ul, motiv pentru care este utilizat in calculatoare portabile (laptop sau notebook

Figura 3. Trackball

Thumbwheel

Dispozitivul thumbwheel (rotita) consta intr-un potentiometru rezistiv actionat manual direct (cu varful degetelor) si este, de obicei, integrat cu tastatura (in pereche: cate unul pentru fiecare axa de coordonate). Thumbwheel este utilizat la comanda pozitiei pe ecran a cursorului grafic. Functionarea si interfata sunt asemanatoare celor pentru joystick. Unele interfete grafice utilizeaza simulatoare de rotite in forma desenata, ce pot fi actionate cu cursorul mouse-ului. Rotita de reglare este utilizata si in cazul joystick-urilor si trackball-urilor tridimensionale, pentru a controla inaltimea unui indicator sau cursor.

7 Creionul optic (light pen

Creionul optic este, intrinsec, un dispozitiv de selectare, ce permite utilizatorului alegerea unui element grafic de pe ecran prin atingerea directa a suprafetei acestuia in imediata vecinatate a elementului. Utilizatorul pozitioneaza creionul optic pe ecran si selecteaza entitatile dorite (obiecte grafice, comenzi din meniuri etc.) prin apasarea unui buton de pe creion sau prin apasarea creionului optic pe suprafata ecranului (echivalentul unui clic cu mouse-ul). Programul de aplicatie prelucreaza informatia furnizata de atingere pentru a putea identifica elementul selectabil.

In cazul dispozitivelor de afisare vectoriala (deci nu de tip raster), creionul lucreaza prin detectarea momentului in care elementul de desen (de exemplu segmentul) de sub varful sau emite lumina de intensitate maxima (fasciculul de electroni loveste luminoforul). Cunoscand momentele in care are loc desenarea fiecarui element de pe ecran, se determina elementul selectat. In cazul dispozitivelor de afisare moderne, ce lucreaza prin baleiere independenta (mod raster, ca la TV) functionarea este mai complicata. Detectand momentul in care se realizeaza reimprospatarea zonei de ecran de sub varful creionului si comparand cu momentele in care apar semnale de sincronizare a cadrelor si a liniilor, se pot determina coordonatele punctului ales pe ecran. Programul poate identifica elementul din baza de date grafice a carui reprezentare pe ecran este cea mai apropiata de punctul respectiv.

Creionul optic poate avea si functie de pozitionare a cursorului grafic la coordonatele indicate de creion.

La ora actuala, creionul optic nu mai are raspandirea din anii '70 deoarece dispozitivele de afisare moderne nu mai utilizeaza tehnica vectoriala si datorita faptului ca mentinerea creionului pe ecran este obositoare.

8 Tableta grafica (digitizoare)

Tableta grafica este atat un dispozitiv selector (permite alegerea unei entitati alfanumerice sau grafice de pe ecran) cat si locator (furnizeaza o pozitie - locatie- in spatiul grafic si opereaza prin comandarea pozitiei unui cursor grafic pe ecran), de dimensiuni reduse. Tableta este o placa plana pe care utilizatorul poate misca un creion special (stylus) sau un cursor de mana (puck).

Pucul contine un reticul si cel putin un buton. Reticulul este realizat prin gravarea a doua linii subtiri ortogonale si serveste la indicarea unui punct pentru digitizare. Apasarea pe buton comanda transmiterea valorilor coordonatelor catre calculator. Butoanele aditionale pot fi programate pentru a realiza alte functii. Dimensiunile tabletelor grafice sunt, obisnuit, in domeniul formatelor standard A2 - A4, in timp ce digitizoarele pot avea suprafata mult mai mare (peste 2 m). De aceea digitizoarele sunt folosite pentru introducerea de harti, realizarea mastilor pentru circuite integrate, etc. Rezolutia tipica este sub 0,1mm. Daca functia principala a tabletei este pozitionarea cursorului grafic pe ecran, caracteristicile sale (rezolutia, justetea, liniaritatea, repetabilitatea) nu sunt importante, mai ales ca utilizatorul are disponibil un canal de reactie prin urmarirea directa a pozitiei cursorului pe ecran.

Figura 3. Puc

Functionarea tabletei se bazeaza pe un sistem de doua traductoare, pentru determinarea celor doua coordonate ale punctului indicat. Se utilizeaza mai multe tipuri de traductoare. Cel mai frecvent tip este cel electromagnetic, la care elementul indicator genereaza un camp magnetic variabil ce este detectat de o retea de fire conductoare paralele implantata pe suprafata tabletei. Prin compararea fazelor semnalelor emise si receptionate se pot calcula valorile coordonatelor. Exista doua retele, ortogonale, ce corespund celor doua coordonate. Un alt tip de traductoare se bazeaza pe metode magnetostrictive, in care un impuls de curent este trimis in reteaua de conductoare si este receptionat de un senzor din dispozitivul indicator. Prin masura intarzierii semnalelor se pot calcula coordonatele. Al treilea tip de traductoare se bazeaza pe campuri sonore. Elementul indicator emite unde sonore care sunt receptionate de un sistem de microfoane plasate la marginile suprafetei active. Prin compararea semnalelor emise si receptionate se pot calcula valorile coordonatelor.

Principiul de operare al tabletei grafice este simplu. In mod obisnuit, utilizatorul muta indicatorul in pozitia dorita si comanda memorarea valorilor coordonatelor de catre calculator prin apasarea unui buton. In cazul creionului, butonul poate fi chiar in varful sau, fiind actionat prin apasarea pe tableta. Pe tableta este stabilit un sistem de axe de coordonate ortogonale, de regula cu originea in coltul din stanga jos. Inainte de a utiliza o tableta trebuie realizata calibrarea. Prin calibrare se stabileste corespondenta intre punctele de pe suprafata activa a tabletei si cele de pe suprafata ecranului (aplicatie a ecranului grafic pe suprafata tabletei). La calibrare se stabilesc originea si scara sistemului de axe al tabletei. Prin procesul de aplicatie se realizeaza miscarea sincrona a cursorului de pe ecran cu miscarea indicatorului.

Multe aplicatii utilizeaza tableta grafica si pentru selectie de meniuri. In acest caz, ecranul este mapat doar pe o parte a suprafetei tabletei, restul fiind dedicat unui sistem de meniuri.

Tableta digitizoare se poate utiliza in trei moduri. In primul, tableta este folosita pentru a digitiza informatia grafica. In al doilea, se realizeaza introducerea de comenzi si alte informatii cu ajutorul unui sistem de meniuri pe suprafata tabletei sau pe ecran. Al treilea mod permite utilizatorului sa configureze modul de lucru al tabletei. Principalele regimuri de functionare ale tabletei sunt:

punct cu punct

continuu

continuu la cerere

prin interogare

incremental.

In regimul punct cu punct, utilizatorul localizeaza fiecare punct cu dispozitivul indicator si apasa un buton pentru a comanda trimiterea valorilor coordonatelor la calculator. In regimul continuu, tableta transmite coordonatele permanent la calculator. In regimul continuu la cerere, tableta transmite coordonatele doar atat timp cat utilizatorul tine apasat un anumit buton de pe indicator. In regimul prin interogare, aplicatia (calculatorul) este cea care initiaza determinarea si transmiterea coordonatelor si a starii butoanelor. In regimul incremental, transmiterea coordonatelor se face doar daca valorile lor difera de cele transmise anterior cu mai mult decat o valoare prestabilita.

Rata de transfer a coordonatelor este aproximativ 200 perechi de coordonate pe secunda, iar masa tabletelor poate fi de la cateva sute de grame la cateva kilograme.

Scanere

Scanerele sunt periferice de intrare pentru imagini. Imaginile de preluat pot fi:

fotografii - pentru realizarea de corectii, retusari sau pentru utilizarea in editarea de publicatii (DTP - Desk Top Publishing

desene de mana, gravuri, picturi etc. - de obicei pentru publicatii;

texte tiparite - pentru a fi editate, dupa conversie si salvare ca fisier text.

Cele mai utilizate scanere sunt cele tip flatbed desktop (plane/asezate pe masa), care permit capturarea desenelor color, documentelor, paginilor din carti si reviste si chiar a cadrelor de pe filme foto sau folii transparente. Exista si versiuni handheld (tinute si actionate cu mana , de dimensiuni mai mici si cu performante mai modeste.

Functionarea

Pentru simplificare, se detaileaza modul de functionare al scanerului de masa. Acelasi principiu se aplica insa si scanerelor de mana.

Scanerul este un echipament care converteste informatiile optice (analogice) de intrare in date digitale. Principial, un scaner functioneaza prin baleierea (scanarea) originalului cu un fascicul de lumina (figura 9) si transformarea informatiilor optice din lumina reflectata/transmisa in semnal electric digital. De regula documentul original este fix, deplasarea efectuand‑o un carucior ce poarta sursa de lumina si o oglinda pentru lumina reflectata. Senzorul utilizat pentru conversie este, de obicei, tip CCD (Charge Coupled Device - dispozitiv cu cuplaj de sarcina).

Figura Principiu de functionare al scanerului de masa

Becul fluorescent a fost sursa de lumina a primelor scanere fabricate. Acesta are doua puncte slabe: nu emite o lumina alba pura, iar in functionare emite multa caldura, care poate deforma si deplasa componentele optice. Din aceasta cauza, multi producatori au comutat pe utilizarea becurilor cu catod rece (cold-cathode), care emit lumina alba si se incalzesc foarte putin.

Pentru a orienta lumina emisa de sursa catre senzorul CCD se utilizeaza prisme, lentile si alte componente optice.

Scanerele de calitate superioara utilizeaza sticla optica cu corector de culoare si prelucrata astfel incat sa asigure o difuzie minima. Scanerele mai ieftine utilizeaza componente dintr-un material plastic special. Detaliu asupra unui scaner este reprezentat in figura 10.

Intensitatea luminii reflectate sau transmise de imagine este preluata de un convertor ADC. Acesta converteste semnalul in valori digitale direct proportionale cu intensitatea luminii. Convertirea de la semnalul analogic la cel digital este un proces sensibil si este susceptibil de interferente electronice si de introducerea "zgomotelor" in sistem. Pentru protejarea degradarii imaginilor, scanerele profesionale utilizeaza un convertor analogic-digital de constructie speciala.

Figura Constructia unui scaner

Senzorul poate fi implementat in sistem prin una din tehnologiile:

PMT - Photo-Multiplier Tube (tub electronic fotomultiplicator), mostenit de la scanerele cu cilindru, mai vechi, utilizate pentru echipamente telefoto;

CCD - Charge-Coupled Device - senzor tipic pentru scanerele de birou;

CIS - Contact Image Sensor - o tehnologie care integreaza functiile de scanare in doar cateva componente si conduce la compactizarea scanerelor.

PMT este o tehnologie utilizata de companiile de presa, scumpa si dificila in ceea ce priveste operativitatea. PMT a fost metoda utilizata pentru incarcarea imaginilor in calculator inainte de aparitia scanerelor de birou. Tehnicienii fixau originalul pe un cilindru de sticla care se rotea cu o viteza mare in jurul unui senzor plasat in centru. Cu PMT, lumina detectata de senzor este impartita in trei fascicole care trec prin filtre RGB (red, green, blue - rosu, verde, albastru) si apoi in tubul fotomultiplicator, unde energia luminoasa este convertita in semnal electric. Scanerele cu cilindru sunt mai putin susceptibile la erori datorate refractarii. Senzorul PMT este mai complicat decat CCD in raport cu performantele obtinute. Senzorul PMT este mai scump si este utilizat doar pentru aplicatiile specializate.

CCD este metoda cea mai utilizata in scanerele de birou, echipamentele pentru transmitere de facsimile ("faxuri") si aparate fotografice digitale, in ultimii ani. Dispozitivul cu cuplaj de sarcina este elementul care converteste lumina in semnal electric. Scanerele de birou obisnuite au mii de elemente CCD dispuse pe un sir. Lumina reflectata trecuta prin filtrele RGB este directionata in CCD printr-un sistem de oglinzi si lentile. CCD functioneaza ca un fotometru, converteste lumina reflectata in semnal analogic care poate fi transformat in valori digitale discrete de catre un convertor analog-digital (ADC).

CIS este un senzor relativ nou, care a inceput sa apara in cateva scanere de birou in anul 1990 (exemplu, scanerul Mustek Plug-N-Scan 1200 CP). Scanerele cu CIS utilizeaza LED-uri rosii, verzi si albastre pentru a produce lumina alba si inlocuieste oglinzile si lentilele scanerelor cu CCD cu un singur camp de senzori plasat foarte aproape de sursa de imagine. Rezultatul este un scaner compact, usor si datorita constructiei, scump (de executat) fata de scanerul cu CCD.

Scanerele color lucreaza prin separarea componentelor corespunzatoare culorilor fundamentale: rosu, verde, albastru. Unele carucioare de scanare contin un singur tub fluorescent si trei dispozitive CCD, altele au trei tuburi fluorescente ce emit lumina colorata, si un singur dispozitiv CCD.

Echipamentele cu o singura sursa de lumina si trei detectoare CCD contin sau un sistem optic de prisme, oglinzi si lentile, sau un sistem cu semi-oglinzi, lentile si filtre colorate, ce descompun fasciculul de lumina reflectat de document in trei parti, corespunzatoare celor trei culori fundamentale. Fiecare fascicul colorat (R, G, B) este trimis catre un dispozitiv CCD, care genereaza semnale electrice corespunzatoare.

Echipamentele cu trei tuburi fluorescente (colorate) pot produce imaginea colorata intr-o singura trecere, documentul de scanat fiind iluminat succesiv de cele trei tuburi, care sunt aprinse intr‑o succesiune rapida. Scanerele color de acest tip, cu o singura trecere, au probleme cu stabilitatea nivelului de lumina la trecerea rapida de la starea aprins la starea stins (pornit-oprit) sau invers. Scanerele color cu trei treceri sunt lente.

9.2 Performante

Tehnologia senzorului nu este singurul criteriu de apreciere a performantei unui scaner. Un scaner poate fi apreciat prin urmatoarele performante:

rezolutia

profunzimea de culoare

domeniul dinamic.

Rezolutia se refera la finetea detaliilor pe care scanerul le poate detecta si este masurata uzual in puncte pe mm sau puncte pe tol (dpi). Rezolutia (optica) tipica pentru un scaner obisnuit, este de 600 x 1200 dpi, putand fi crescuta prin interpolare hardware si/sau software.

Un scaner tipic are pentru fiecare pixel un element CCD, deci pentru un scaner de birou cu o rezolutie de 600 dpi, un document cu latimea standard de 8,5 in (215, 9 mm) va necesita circa 5100 elemente CCD in capul de scanare.

Capul de scanare este montat pe un carucior care se deplaseaza de-a lungul obiectului de scanat. Desi acest proces poate aparea ca o miscare continua, capul se deplaseaza pas cu pas, cu cate o fractiune de mm odata, si face citiri intre doua miscari consecutive.

Rezolutia geometrica este definita de densitatea elementelor CCD pe o directie, si de pasul miscarii incrementale realizate prin motorul pas cu pas pe cealalta directie. Desi aceste marimi se refera conventional la rezolutia unui scaner, ele implica doar partea mecanica. Rezolutia unui scaner este de fapt, abilitatea acestuia de a reda detalii si aceasta este definita si de calitatea componentelor electronice si optice.

Scanerele ofera, azi, o rezolutie (dupa interpolare) de 2400 dpi, 4800dpi sau 9600 dpi. Este important faptul ca un scaner simplu nu este capabil sa redea acest nivel de detalii. Rezolutia actuala a CCD-urilor din cele mai moderne scanere este de 600 x 1200 dpi, iar pentru obtinerea valorilor mari de rezolutie se fac interpolari. O rezolutie inegala, spre exemplu 600 x 1200 dpi, implica o interpolare hardware, deoarece prin achizitia de date la 600 dpi pe o axa si 1200 pe cealalta, nu poate rezulta un "patrat" de date. Interpolarea este efectuata de un circuit integrat din scaner, care genereaza noi puncte prin preluarea celor "vazute", calculand pozitia si nuanta unor puncte intermediare. Culoarea acestora este determinata pe baza unui algoritm de interpolare in functie de culoarea punctelor adiacente.

Adancimea de culoare exprima bogatia de nuante a imaginilor scanate si este masurata prin numarul de biti pentru atributele unui pixel.

Tipurile simple de scanere care inregistreaza in alb/negru sunt numite si scanere de 1 bit, deoarece nuanta fiecarui pixel este exprimata pe un bit (cu valoare 0 sau 1). Pentru a atasa mai multe nuante de gri diferite, sunt necesari minim 4 biti pentru 16 tonuri sau 8 biti pentru 256 tonuri. Scanerele color moderne au minim 24 biti, ceea ce inseamna ca ele pot utiliza 8 biti pentru fiecare culoare primara R, G si B. Acestea capteaza teoretic mai mult de 16 milioane de nuante diferite, ceea ce conduce la obtinerea unor calitati de imagini apropiate de cele fotografice.

Recent, se ofera aceste echipamente cu codificarea nuantei pe 30 biti sau pe 36 biti, care teoretic pot diferentia miliarde de nuante; singura problema este ca cele mai multe programe de grafica si placi adaptoare video sunt limitate la 24 biti.

Domeniul dinamic este similar cu adancimea de culoare, in sensul ca masoara largimea gamei de tonuri pe care scanerul o poate inregistra. Domeniul dinamic este functie de convertorul analogic-digital al scanerului, de puritatea sursei de lumina, a filtrelor color si de zgomotele din sistem.

Domeniul dinamic este masurat pe o scala de la 0.0 (perfect alb) la 4.0 (perfect negru) si valoarea atribuita unui anumit scaner arata cat de mult din acest domeniu poate distinge scanerul respectiv. Multe scanere color au dificultati in a inregistra diferentele subtile intre culorile deschise si cele inchise, la ambele capete ale domeniului, si tind sa aiba domeniul dinamic in jur de 2.4, suficient insa pentru situatiile in care culoarea nu este importanta.

Imbunatatirea acestei valori se poate face prin perfectionarea componentelor optice, putandu‑se ajunge pana la valoarea 2.8 sau chiar 2, ceea ce este suficient pentru aplicatii de pre-tiparire. Extrema in domeniul dinamic o ating scanerele cu cilindru, care realizeaza valori de 0 . 8.

Teoretic, scanerele cu 24 biti lucreaza pe 8 biti (256 nivele ) pentru fiecare culoare primara; diferenta dintre cele 256 nivele este practic imperceptibila pentru ochiul uman. Din pacate, cativa din bitii cei mai putin semnificativi se pierd datorita zgomotului si aplicarii corectiilor de culoare, luminozitate, contrast; de aceea se recomanda ca orice modificare de stralucire, contrast sau corectii de culoare sa se faca cu ajutorul driverului scanerului, inaintea executarii scanarii finale. Scanerele mai scumpe, cu 30 . 36 biti, ofera o gama mai mare de detalii in zonele umbrite si in cele foarte luminoase. Utilizatorul are o marja suficienta pentru a ramane, in final, cu 24 biti corecti.

9.3 Moduri de lucru

Scanarea imaginilor se poate realiza in mai multe moduri, optimizate pentru diferite tipuri de imagini: Line Art - alb/negru (desene liniare), Grey Scale - monocrom nuante de gri si Colour color. Toate imaginile scanate astfel sunt salvate intr‑un format bit-map. Adancimea de culoare corespunzatoare, de obicei, fiecarui mod este:

alb-negru 1 bit

monocrom 8 biti

color 836 biti

Modul alb/negru produce cel mai compact format de imagine dintre toate, deoarece sunt stocate doar nuantele negru (de exemplu cu valoarea 1) si alb (cu valoarea 0). Pentru fiecare pixel din imaginea scanata, este necesar un singur bit. Acest mod este utilizat la scanarea unui text sau a unor desene compuse din linii.

Modul nuante de gri produce imagini echivalente unor fotografii "alb-negru". Imaginile cu nuante de gri sunt memorate prin atribuirea unor valori numerice, de la 0 la 255 (de obicei) pentru fiecare pixel din imagine; 0 reprezinta negru iar 255 - alb. Toate celelalte valori, de la 1 la 254, reprezinta diverse nuante de gri.

Modul color produce cele mai complexe imagini. Fiecare pixel este stocat printr-un grup de trei valori, cate una pentru fiecare din culorile fundamentale (R,G,B). La intensitatea 0 pentru toate cele trei, corespunde un pixel negru. Daca, de exemplu, R = 0, G = 0, B = 255, pixelul este albastru pur. Pentru alb: R = 255, G = 255, B = 255. Prin modificarea intensitatii fiecarei culori fundamentale intre 0 si 255 (pe opt biti), pot fi codificate 16,7 milioane de nuante. In acest caz, informatia de culoare este stocata pe 24 de biti.

Pentru a determina marimea aproximativa a fisierului obtinut prin scanarea unei imagini se poate utiliza relatia:

marimea fisierului = (rezolutia orizontala x dimensiunea orizontala) x (rezolutia verticala x dimensiunea verticala) x factorul modului de scanare

Factorul modului de scanare poate avea valorile: 1/8 pentru alb/negru, 1 pentru nuante de gri si 3 pentru color pe 24 de biti. Marimea fisierului rezulta in octeti daca rezolutiile se introduc in puncte pe milimetru (eventual in dpi), iar dimensiunile in milimetri (respectiv in in).

In tabelul 2 sunt prezentate marimile unei imagini (100 mm x 100 mm) scanate intr-unul din cele patru moduri si diferite rezolutii (fara compresia fisierelor).

Tabelul 2

Modurile alb/negru si cu nuante de gri sunt recomandate pentru scanarea documentelor ce urmeaza a fi prelucrate pentru extragerea textelor prin recunoasterea caracterelor (OCR).

9.4 Formate de fisiere

Formatul in care imaginea scanata este salvata are un efect semnificativ asupra marimii fisierului - si marimea fisierului este un element important pentru scanare, deoarece, datorita rezolutiei ridicate suportate de multe scanere moderne, pot rezulta fisiere mai mari de 30 MB (pentru un format A4).

Imaginile scanate se pot clasifica in doua grupe, functie de modul in care are loc scanarea: bitmap sau vectorial.

Modul bitmap este reprezinta imaginile in memorie sub forma unei matrice de octeti, care specifica atributele pixelilor individuali ai imaginii (un bit pentru fiecare pixel in cazul afisarii alb/negru si mai multi biti pentru fiecare pixel in cazul afisarii color sau cu nuante de gri). Grafica bitmap este utilizata, de obicei, de programele care trateaza imaginile ca zone colorate, nu ca niste contururi.

Reprezentarea bitmap este folosita, in special, datorita faptului ca este usor de implementat si poate fi folosita pentru orice imagine, intre anumite limite. Practic, o reprezentare bitmap se obtine prin rasterizarea imaginii (echivalenta cu aplicarea unei grile pe cadrul imaginii). Fiecare element de imagine rezultant (patratel al grilei) corespunde unui pixel si va cuprinde o anumita zona a imaginii, fiind reprezentat pe un anumit numar de biti, continand atributele pixelului. Valoarea stocata poate sa se refere la nuanta pixelului, sau la orice alt atribut relevant.

Principalele formatele bitmap au extensiile: BMP, JPG, JIF, GIF, PCX, PIC, PNG, PSD, SGI, TGA, TIF, XBM.

Modul vectorial este acela in care imaginile sunt generate pe baza unor descrieri matematice, care stabilesc pozitia, lungimea si directia in care sunt desenate liniile. Obiectele sunt create din seturi de linii, nu din modele de puncte sau pixeli.

Reprezentarea vectoriala se refera la descrierea imaginii printr-o serie de linii, forme, regiuni umplute cu o anumita culoare sau hasurate. In mod normal, prin sensul restrans al cuvantului vector se intelege, practic, ca este vorba de o linie. Daca se face raportare la expresia "reprezentare vectoriala' atunci prin vector se inteleg si forme ca: patrate, cercuri, elipse si alte astfel de figuri geometrice simple, numite primitive. Studiind fisierele in care se face uz de metoda reprezentarii vectoriale se observa ca arata aproape ca un program. De fapt, ele pot contine proceduri, adica o serie de comenzi cu parametri, intr-un format ASCII (de regula). De exemplu un cerc cu raza de 100 milimetri al carui centru se afla in punctul de coordonate x=22,5 mm si y=50 mm, poate fi codificat prin expresia circle (225,500,100). Aceasta comanda poate fi scrisa in fisier folosind un simplu editor de texte.

Cele doua metode sunt folosite intr-un limbaj de descriere complex precum PostScript, dar chiar si asa cele doua reprezentari sunt distincte. Fiecare metoda are setul ei de aplicatii cu care este mai bine utilizata.

Formatele vectoriale frecvent utilizate au extensiile: EPS, AI, CDR, DWG, DXF etc.

Avantajele si dezavantajele formatelor bitmap si vectorial

Formatul bitmap este eficient in cazul folosirii sale pentru stocarea imaginilor cu variatii complexe de culoare, umbriri etc., cum este cazul fotografiilor sau a picturilor. Formatul vectorial este folosit, in mod special, in cadrul aplicatiilor CAD sau a imaginilor continand forme simple sau o paleta de culori mai mica. Graficele, histogramele sau unele desene facute cu mana libera sunt stocate, de obicei, in format vectorial. Uneori, aceleasi imagini sunt stocate in format bitmap doar pentru ca este mai usor.

In aplicatiile DTP, fonturile (reprezentarile caracterelor) sunt convertite in mod frecvent din format vectorial in format bitmap si invers, acest lucru depinzand de faza de lucru: conceperea fonturilor sau imprimarea. Desi, la un moment dat, aceasta conversie dintr-un format in altul poate fi nu prea eleganta, totusi exista astfel posibilitatea beneficierii de pe urma avantajelor ambelor tehnici. Fonturile sunt usor de scalat in format vectorial, dar la tiparire (tinand cont de faptul ca imprimanta grafica foloseste metoda rasterizarii) este mai eficienta folosirea formatului bitmap. Prin contrast, un periferic de genul ploterului cu creion, care este conceput pentru trasarea de linii, necesita date in format vectorial.

Reprezentarea bitmap sufera din cauza catorva probleme de natura practica si teoretica. O problema de ordin practic este cea referitoare la marimea imaginii. Adica, odata cu marirea rezolutiei va fi nevoie de un spatiu de stocare mai mare si corespunzator o zona de memorie mai mare pentru procesare si afisare. Din acest motiv, abilitatea stocarii fisierelor bitmap intr-o forma comprimata este o problema foarte importanta. Pentru manipularea, in cazul unei rezolutii fine, a unui volum mare de date, este nevoie de un procesor puternic si o magistrala de date cat mai mare. In acest mod apare evidenta diferenta dramatica intre performantele unui procesor cu magistrala interna pe 32 biti si un procesor pe 16 biti.

Alta problema legata de reprezentarea bitmap este cea privind flexibilitatea. Practic, totul deriva din faptul ca imaginile bitmap au o rezolutie fixa, adica atunci cand este inregistrata informatia se stie sigur ca sunt X pixeli pe orizontala si Y pixeli pe verticala. Daca se incearca marirea imaginii atunci pixelii vor deveni destul de mari (vor ocupa mai multe puncte pe ecran sau la imprimanta) pentru ca sa se poata observa forma lor rectangulara - apare astfel un efect numit 'efect de scara'. Programele de grafica mai evoluate pot evita aceasta problema folosind interpolarea, dar in acest caz intervine din nou timpul de procesare necesar in acest scop. In cazul in care se va micsora o imagine, se va pierde din rezolutie (sau claritate), dar se pot chiar pierde elemente grafice mici sau subtiri (fenomenul aliasing). La restaurarea imaginii la marimea initiala, ea va fi relativ confuza si de proasta calitate.

Reprezentarea vectoriala are mai multe limitari decat reprezentarea bitmap in ceea ce priveste continutul imaginilor care se doresc a fi stocate in acest format. Avantajul major este totusi flexibilitatea si eficienta in cazul folosirii lor in diferite aplicatii tipice. De exemplu, o linie dreapta poate fi reprezentata doar prin coordonatele punctelor ce simbolizeaza capetele si nu prin fiecare punct al liniei, ca in cazul tehnicii bitmap. O curba poate fi aproximata printr-o serie de linii drepte legate intre ele. Scalarea (marirea sau micsorarea) poate fi facuta fara ca acest lucru sa influenteze in mod negativ imaginea afisata sau tiparita. de exemplu, o linie de grosime minima (codificata corespunzator) va fi reprezentata cu grosimea de un pixel, indiferent de scara de reprezentare, deci nu exista riscul pierderii unor entitati.

Principalele tipuri de fisiere sunt prezentate in continuare.

BMP - Windows bitmap - este cel mai voluminos tip de fisier, utilizand o compresie simpla, Run Length Encoding (RLE), sau fara compresie (RGB). Din pacate, unele aplicatii Microsoft (si nu numai) sub sistemul de operare Windows, accepta doar acest tip de fisiere.

TIFF - Tagged Image File Format - este un format flexibile, poate stoca imagini in modul RGB, pentru afisare pe ecranul monitorului, sau in modul CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black), pentru imprimare. Fisierele TIFF suporta comprimarea LZW[2] care poate reduce semnificativ dimensiunile formatului fara pierderea calitatii. Aceasta metoda este bazata pe doua tehnici introduse de Jacob Ziv si Abraham Lempel in 1977 si partial redefinite de Terry Welch de la Unisys.

GIF - Graphics Interchange Format - stocheaza imagini prin indexarea culorilor. Totalul de 256 de nuante este disponibil in fiecare imagine, desi nuantele utilizate se pot modifica de la o imagine la alta. Tabelul valorilor RGB pentru fiecare culoare este stocat la inceputul fisierului imagine. Datorita comprimarii profunzimii culorilor, GIF tinde sa fie cel mai mic format, si face din acesta cea mai buna alegere pentru utilizarea in materiale publicate pe Internet (WWW).

PCX - formatul aplicatiei Paintbrush - ofera o reprezentare pe 24 biti cu comprimare.

JPEG accepta pierderi de calitate pentru a realiza o comprimare cat mai mare si poate realiza dimensiuni mici de fisiere pe 24 biti. Nivelul de compresie poate fi selectat (chiar la 100:1, desi are loc o deteriorare vizibila a calitatii imaginii, respectiv 20:1, cand pierderile sunt foarte putin sesizabile), dar chiar la pierderea unor detalii, JPEG este uneori singura posibilitate de a avea imagini on-line (transferabile fara probleme prin retelele de calculatoare, inclusiv Internet). Numarul de nivele de compresie disponibile depinde de software-ul utilizat pentru editarea imaginii.

Metode de compresie

Desi exista un numar mare de formate grafice, practic sunt folosite doar cateva metode pentru codificarea datelor cu comprimare. Mai mult, exista doar cateva metode conventionale pentru compresia datelor, in vederea utilizarii unui spatiu cat mai mic la stocare. Detaliile algoritmilor de compresie variaza si sunt eventual descrise la prezentarea formatelor grafice.

Algoritmul Huffman

Prin intermediul acestei tehnici, se urmareste asignarea unui cod mai scurt caracterelor care apar mai des, ramanand codurile de lungime mai mare pentru caracterele cu frecventa de aparitie mai redusa. Aceste corespondente se inregistreaza intr-o tabela de conversie care va fi folosita si la decodificare.

Pentru a gasi codul potrivit fiecarui caracter se poate utiliza un arbore binar de cautare. Algoritmul porneste de la imperecherea elementelor cu frecventa de aparitie cea mai mica. Apoi aceasta pereche este tratata ca si un singur element iar frecventele sunt combinate. Acest mod de lucru este aplicat pana cand toate elementele sunt combinate.

In scopul de a lucra corect, algoritmul Huffman este compus din doua etape. In cadrul primei etape este creat un model statistic privind frecventa de aparitie a caracterelor in fisierul ce trebuie comprimat. Cea de-a doua faza realizeaza comprimarea propriu-zisa. In consecinta, din cauza faptului ca aceste coduri de lungime variabila necesita multe procesari, comprimarea si decomprimarea se realizeaza foarte incet.

9.5 Drivere TWAIN

TWAIN (acronim de la Toolkit Without An Interesting Name , reprezinta un important standard industrial dezvoltat de firmele HP, KODAK, Aldus Logitech si Caere, care specifica modul in care imaginile preluate de la scaner, camera digitala sau alt dispozitiv de acelasi tip, transfera informatiile catre aplicatia software. TWAIN permite aplicatiilor software sa lucreze cu perifericele de achizitie de imagini fara a sti nimic despre acestea. Daca dispozitivul de achizitii de imagini si software-ul utilizat sunt agreate de TWAIN, atunci acestea vor lucra impreuna indiferent daca software-ul a fost achizitionat (sau nu) odata cu perifericul corespunzator. La un calculator se pot conecta mai multe periferice de achizitii de date tip TWAIN (figura 11).

In practica, optiunea Achizitie este plasata in meniul de lucru cu fisiere. Utilizatorul va selecta dispozitivul TWAIN cu care doreste sa efectueze preluarea imaginii, iar acesta va comunica cu driverul sau fara a mai fi necesara o alta aplicatie. TWAIN va cere precizarea conditiilor in care sa se faca scanarea (dimensiunea imaginii, rezolutia etc.). Dupa preluarea imaginii, driverul se opreste automat.

Figura conectarea TWAIN

9.6 Calibrarea culorilor

Una din problemele utilizarii scanerelor de birou este aceea ca imaginea scanata poate arata diferit pe ecran fata de ce tiparita, si ambele pot fi usor diferite de original. Solutia acestei probleme este calibrarea culorilor (colour matching

Una din modalitatile facile pentru a realiza acest lucru este oferita Kodak Colour Management System (CMS), care utilizeaza propriile definitii pentru fiecare dispozitiv (scaner, monitor, imprimanta) din sistem pentru a traduce si standardiza culorile. Elementele acestui sistem au fost preluate de aplicatia Adobe PhotoShop si de alte programe, iar CMS a devenit rapid favoritul aplicatiilor care utilizeaza culorile.

Un alt mod a fost dezvoltat de producatorii individuali de scanere si programe. Ei si-au creat un sistem propriu care include diferite profiluri pentru fiecare periferic utilizat la scanare, vizualizare, editare si finalizare a imaginii.

Modul de abordare este cunoscut ca si corectie de iesire, cu scopul de a standardiza calibrarea si a face ajustari ale profilurilor de culori (in sensul standardizarii acestora). Acesta este un proces sofisticat si inadecvat utilizatorilor care doresc sa calibreze propriul sistem in vederea obtinerii rezultatelor optime.

9.7 OCR

Cand o pagina care contine text este scanata, acesta devine un fisier format din puncte si nu este recunoscut de calculator ca fisier text. Procesorul de texte nu este capabil de a edita o imagine bitmap. Pentru a trece grupul de pixeli intr-un editor, imaginea trece printr-un proces complex numit OCR - Optical Character Recognition. Aceasta tehnica este foarte utila atunci cand se doreste introducerea unui document in calculator si accesul la versiunea electronica nu este posibil, iar reeditarea documentului necesita un timp prea indelungat.

Cercetarile in domeniul OCR au inceput in 1950, iar de atunci au fost continuu dezvoltate si redefinite. In perioada 1970 - 1980, OCR a fost foarte limitat; nu se putea utiliza decat pentru anumite tipuri si marimi de caractere. Azi, procesul OCR este atat de inteligent, ca practic, poate recunoaste toate tipurile de caractere, chiar si de pe documente degradate.

Una din primele tehnici OCR a fost numita matrix - matrice (figura 12). Zona ocupata de un caracter este rasterizata (dupa ce se realizeaza o normalizare), continutul fiecarui element de imagine fiind codificat digital. Caracterul va fi reprezentat ca o succesiune de biti, care trebuie recunoscuta.

Programul OCR care utilizeaza metoda "potrivirii cu modelul" (pattern matching) are bitmap-uri memorate pentru fiecare caracter din diferitele seturi si cu diferite marimi. Prin compararea bitmap-ului prelevat cu cel din memorie, utilizand tehnici de recunoastere a formelor din inteligenta artificiala, furnizeaza programului caracterul cel mai apropiat de acesta. Acest sistem a fost cu succes folosit in fonturile neproportionale (Courier) unde caracterele sunt echidistante si astfel sunt usor de recunoscut.

Recunoasterea documentelor complexe, multifont, este un proces limitat si se poate face doar pentru fonturile si marimile cu modele memorate.

Dezvoltarea cercetarii OCR a condus la incercarea recunoasterii unei litere prin "recunoasterea" trasaturilor universale ale acesteia.

Daca toate caracteristicile unei litere pot fi identificate prin utilizarea regulilor de definitie: linii si cercuri, atunci toate literele pot fi recunoscute. Spre exemplu, litera "a" este formata (ideal) dintr‑un cerc (un contur inchis, in general), o linie in partea dreapta si un arc de cerc (optional) deasupra. Daca o litera scanata va avea aceste caracteristici, atunci va fi identificata de programul OCR ca litera "a".

Limitele acestui algoritm sunt date de "zgomotele" care perturba procesul (exemplu: pete, deformatii etc.).

Nu intotdeauna programul OCR recunoaste toate literele scanate. Unele aplicatii OCR au capacitatea de a corecta cuvantul care contine o litera nerecuoscuta, prin cautare intr‑un dictionar

Tehnicile actuale sunt capabile sa recunoasca cuvinte in loc de identificarea individuala a literelor. Aceasta tehnica, dezvoltata de Caere, este numita POWR (Predictive Optical Word Recognition

POWR este capabila de eliminarea virtuala a tuturor problemelor create de zgomot, prin utilizarea unei analize contextuale de nivel inalt. POWR cauta prin mii si milioane de cai, in care cuvant apare un anumit punct. Fiecare interpretare posibila este atribuita unei probabilitati si cea mai mare dintre acestea este selectata, fara examinarea individuala a fiecarei posibilitati.

Toate tipurile de informatii contextuale si evidente sunt trecute intr‑un cont atunci cand una din probabilitati este incredintata unui cuvant. Tehnologia aceasta utilizeaza tehnici de modelare pe baza cercetarilor din domeniul inteligentei artificiale si al stiintelor cunoasterii. Aceasta capacitate a POWR de a identifica cuvinte este foarte apropiata de modul de recunoastere vizuala umana. Toate interpretarile posibile ale unui cuvant sunt evaluate prin combinarea tuturor surselor de evidenta, de la nivele joase de analiza a pixelilor, pana la un nivel inalt de analiza contextuala. Interpretarea cea mai probabila este selectata ca rezultat.

9.8 Interfata scanerului

In mod curent se utilizeaza urmatoarele tipuri de interfete:

SCSI, care necesita un adaptor special SCSI;

EPP (Extended Parallel Port), care permite scanerului sa fie conectat prin portul de imprimanta;

USB (Universal Serial Bus

adaptor propriu.

Cantitatile de informatii de transferat fiind mari, nu se folosesc porturile seriale obisnuite.

Difuzarea TV. Standardele TV

NTSC National Television Systems Committee) este un standard dezvoltat in Statele Unite, fiind cel mai vechi si mai raspandit standard TV. Functioneaza perfect in sisteme video directe, sau in TV cu circuit inchis, dar prezinta probleme de variatie a culorilor in cazul transmisiei la distanta. Cauza acestor probleme este modificarea fazei undei purtatoare a culorii din semnalul transmis.

PAL (Phase Alternating Lines), inventat in 1963 de W. Bruch de la firma germana Telefunken, este utilizat azi in cea mai mare parte a Europei de Vest. Rezolva problema variatiei culorilor prin inversarea tot la a doua linie a fazei undei purtatoare de culoare.

SECAM (SÉquentiel Couleur Avec Mémoire) a fost introdus in Franta din motive politice (protejarea propriei industrii TV) si adoptat, de asemenea, si in tarile est-europene tot din motive politice ( incurajarea incompatibilitatii cu transmisiile TV vestice). Difera de sistemul PAL prin frecventele de transmitere si prin unele elemente de codare a semnalului compozit. Vizionarea semnalului SECAM cu un receptor de tip PAL, va reproduce imaginile corecte, dar monocrom.

Sistemele EDTV (Enhanced Definition TeleVision) deriva din sistemele conventionale, modificate pentru a oferi rezolutie orizontala si/sau verticala mai buna la receptie.

In Statele Unite, un astfel de sistem TV imbunatatit este IDTV (Improved-Definition TeleVision - televiziune cu definitie imbunatatita). Sistemul nu este ceva nou, ci incearca sa imbunatateasca imaginea NTSC, prin utilizarea memoriei digitale pentru dublarea numarului liniilor de baleiere, de la 525 la 1050. Imaginile sunt doar cu foarte putin mai detaliate decat cele originale NTSC, deoarece semnalul nu contine nici un fel de informatie aditionala.

Standardul similar lui IDTV, dar pentru Europa, este D2-MAC (DuoBinary Multiplexed Analogue Components). Aceasta solutie a fost deja introdusa in Germania, ca standard TV succesor lui PAL. D2-MAC utilizeaza un mecanism de multiplexare in timp pentru transmiterea componentelor video. Sunetul si ceva informatie suplimentara sunt codificate impreuna in format duobinar (D2), pe 105 biti.

Televiziunea de inalta definitie HDTV (High-Definition TV) este considerata adevarata noua generatie de televiziune. Standardul este definit in principiu referitor la imaginea ce o ofera telespectatorului. Rezolutia imaginilor HDTV este de doua ori mai re pe orizontala si pe verticala decat la sistemele conventionale. Cresterea definitiei pe verticala se obtine prin implicarea a mai mult de 1000 de linii de baleiere. Cresterea detaliului de luminanta din imagini se realizeaza prin marirea de aproximativ cinci ori latimii de banda fata de sistemele clasice. Indicele aspectului imaginii, dat de raportul dintre dimensiunea pe orizontala a imaginii si dimensiunea pe verticala, la sistemele HDTV are valoarea de 16/9 = 1.7(7) (fata de 4/3 = 1.3(3) la sistemele clasice). Cum abilitatea ochiului uman de a distinge detalii este limitata, imaginile HDTV - mult mai detaliate ca cele clasice - vor trebui vizionate de la o distanta mai mica.

Aplicatii multimedia

Aplicatiile multimedia cele mai complexe si care promit cel mai mult pentru viitorul sistemelor de interfata om-masina, includ in mod obligatoriu componenta video ca mediu de baza in comunicarea informatiei spre utilizator:

Realitatea Virtuala (VR - Virtual Reality

Sistemele de realitate virtuala definesc complexul hardware+software care, interactionand inteligent cu utilizatorul, ii da acestuia falsa senzatie de participare intr‑un mediu sintetic, o realitate inchipuita. Termenul de 'realitate virtuala' promite insa mult mai mult decat poate oferi tehnologia actuala. Astfel ca el este utilizat pentru diverse descrieri de interfete-utilizator, de la mediile fizice sintetizate in 'castile video' HMD (Head-Mounted Display) si pana la grafica obisnuita afisata pe monitoarele conventionale, sau la jocurile multi-utilizator in mod text.

Primele sisteme VR au aparut inainte de utilizarea calculatoarelor in domeniu. Morton Heiling a dezvoltat, de exemplu, o masina denumita 'Sensorama', care implica toate simturile omului cu exceptia gustului, intr-o calatorie virtuala cu motocicleta prin Manhattan (New York). De asemenea, simulatoarele de zbor din primele generatii creau medii virtuale fara ajutorul calculatoarelor. Ele utilizau filme sau clipuri video ce inregistrau pe viu miscarea unor modele.

In prezent, platformele hardware utilizate in mediile virtuale sunt compuse din casti video HMD cu afisare stereoscopica color, sunet stereofonic spatial, interfete haptice (ce interschimba cu utilizatorul informatie tactila), manusi digitale, aromofoane etc. Pe partea de software, se utilizeaza grafica 3D pentru afisare, sisteme de operare de timp real pentru controlul proceselor din mediile virtuale si programe evoluate de interfatare cu utilizatorul, de tip reactie-la-eveniment si cu anticiparea actiunilor urmatoare.

Sisteme de tele-video-conferinta

Odata cu dezvoltarea retelelor de calculatoare, comunicatiile la distante foarte mari nu mai sunt o problema nici de timp, nici de bani si nici de tehnologie. Ca urmare au aparut diverse sisteme de comunicatii prin retea, cu performante excelente, performante limitate aproape in exclusivitate de capacitatea retelelor de calculatoare de a vehicula informatia.

Sistemele de video-conferinta ridica standardele in comunicatii la niveluri de performanta neatinse pana nu demult. Video-conferinta presupune ca mai multi participanti sa poata comunica auditiv si vizual, fiecare cu fiecare, ca si cand s-ar afla in aceeasi sala.

In prezent, din punct de vedere al cerintelor hardware, video-conferinta nu este nici pe departe atat de pretentioasa pe cat suna, fiind accesibila fara probleme oricarui utilizator de PC (de generatie mai recenta, totusi). O arhitectura uzuala de sistem echipat pentru video-conferinta cuprinde:

un calculator PC (cu facilitati multimedia) conectat la reteaua de calculatoare;

un set de difuzoare;

un kit pentru video-conferinta;

o latime de banda suficienta la reteaua de calculatoare.

Pachetul (kit-ul) de video-conferinta este un pachet hardware si software disponibil la preturi rezonabile, continand, de regula:

o mini-camera video, in tehnologie CCD cu iesire semnal TV de tip PAL/NTSC;

un microfon;

un adaptor video, cu rol de captura TV si de placa de sunet;

software specializat pentru video-conferinta.

Televiziunea interactiva

Televiziunea interactiva specifica posibilitatea ca telespectatorul sa poata deveni un participant mult mai activ decat este in prezent.

Exista mai multe tipuri de interactivitate ce poate fi utilizata in astfel de sisteme. Cel mai simplu tip este acela in care telespectatorul poate produce programele pe care le vizioneaza. De exemplu, utilizatorul poate selecta un anumit unghi de filmare a unui eveniment sportiv televizat, din mai multe variante posibile. Sau poate cere informatii suplimentare despre o echipa sau despre un anumit jucator.

Un alt exemplu ar putea fi o emisiune educativa in care utilizatorul poate selecta un anumit nivel educational din mai multe disponibile, poate cere documentatie suplimentara despre un anumit subiect, sau chiar poate raspunde la diferite intrebari de verificare a cunostintelor.

Acest tip de aplicatie multimedia necesita diferite tipuri de solutii tehnologice, deoarece programele TV interactive vor fi prea specializate pentru a putea fi transmise pe canalele TV comune. Astfel, va fi necesara inscrierea doritorului la un serviciu TV special, achizitionarea unui decodor pentru semnalul TV respectiv si a unui echipament specializat pentru comunicatia telespectator-studio TV producator.

10.3 Perspective in multimedia

Toate sistemele multimedia cunoscute in prezent iau in considerare doar partial aspectele legate de procesarea critica, in raport cu timpul, a datelor audio si video. S-au implementat doar componentele critice strict necesare procesarii corecte din cadrul aplicatiilor multimedia particulare.

De exemplu, se presupune, de fiecare data, ca intreruperile cu prioritate mare nu vor cauza probleme in timpul procesarii continue a datelor. Cu toate acestea, in situatiile critice (care nu sunt rare - de exemplu cand sistemul este incarcat la limita capacitatii sale), pot aparea intarzieri sesizabile in fluxul de procesare a datelor multimedia.

Scopul prioritar in dezvoltarea urmatoare a sistemelor multimedia este de a integra toate componentele hardware si software in cadrul procesarii in timp real.