Эволюция планетарных сканеров

Планшетный сканер предусматривает наличие специальной стеклянной поверхности (под которой находится сканирующий элемент с сенсорами), к которой нужно плотно прижимать документ при сканировании.

Устройство планшетного сканера. См. статью «Особенности конструкции планетарных сканеров».

При использовании такого устройства оператор сканирует листы по одному, прижимая каждый по отдельности сверху крышкой. Это приемлемо, если нужно отсканировать несколько листов или небольшой документ. Но при необходимости оцифровки толстой книги или сшитого документа (подшивки) такой способ сканирования неудобен.

В процессе выполнения задач по массовой оцифровке архива или библиотеки количество таких документов может достигать нескольких тысяч. Бывают случаи, когда документы нельзя расшивать (запрещено законодательством, либо нецелесообразно из-за высоких трудозатрат на расшивку), в таких ситуациях планшетные сканеры не позволят достичь приемлемого уровня производительности выполнения работ.
Отдельной темой является вопрос обеспечения сохранности ценных оригиналов при сканировании, главным образом за счет бесконтактной оцифровки. В этом случае использовать планшетные или документные сканеры нельзя.

Предыстория планетарных сканеров

Появление и распространение планетарных сканеров в западных странах в начале 2000-х годов было обусловлено возникновением и быстрым развитием интернета, массовым созданием электронных библиотек, цифровых архивов и возникшей потребностью в быстрой оцифровке книг и архивных материалов. Некоторые компании пытались использовать для оцифровки более доступные и массовые офисные устройства (МФУ, планшетные и проекционные сканеры), но сталкивались с рядом проблем при поточной оцифровке архивных, музейных или библиотечных фондов.

Многофункциональное устройство (МФУ) и планшетный сканер

Главным образом из-за отсутствия книжной колыбели — книгу, особенно старую, было затруднительно раскрыть полностью — возникал риск повреждения корешка или же в ней был очень тугой переплет, непозволявший прижать разворот плотно. Поэтому и появилась необходимость в разработке конструкции, которая позволила бы сканировать книги с неполным раскрытием (под углом в V-образном режиме) и гибко подстраиваться под толстый корешок.

Cпециальная адаптивная книжная колыбель с V-образным режимом раскрытия. Доступна в сканерах компани ЭЛАР.

В нашей стране планетарные сканеры, хоть и были очень востребованы, но до конца 2000-х оставались не слишком распространенными, из-за отсутствия отечественного производства и высокой цены. Вся техника закупалась за рубежом или продавалась с минимальной локализацией. Однако, за счет быстрого развития цифровых технологий, особенно в государственном секторе, появилась потребность в наполнении государственных реестров и регистров, создании баз данных и национальных информационных ресурсов, которые основываются на бумажных архивных материалах — имущественных документах, учетно-технической документации, книгах, архивных делах и пр. Соответственно формировалась потребность в оцифровке архивов различных служб и ведомств, а спрос на планетарные сканеры существенно возростал. Рынку был необходим конкурентоспособный, серийно производимый, отечественный продукт.

Бесконтактный сканер А2 ЭЛАР ПланСкан серии «С» предназначен для получения электронных изображений (образов) документов и объемных предметов размером до формата А2+, в том числе толстых книг и фолиантов, альбомов, чертежей, карт и пр.

Все вышеперечисленное, а также начавшиеся в стране процессы импортозамещения способствовали появлению российского серийного производства планетарных сканеров. Пионером отрасли стала отечественная корпорация ЭЛАР, которая в 2013 году наладила полный цикл производства планетарных сканеров из российских комплектующих под маркой ЭларСкан.

Сетевой планетарный сканер, предназначенный для быстрой и удобной цветной, полутоновой и черно-белой оцифровки книг, журналов, каталогов, газет и различного рода скрепленных документов формата до А2+

Сегодня ЭЛАР является лидирующим разработчиком и производителем целой линейки собственного сканирующего оборудования различных модификаций и форматов, а также промышленных камер и других аксессуаров для оцифровки, чья продукция признана не только в России, но и за рубежом — сканеры ЭЛАР уже много лет успешно поставляются на экспорт. Сканирующее оборудование ЭЛАР включено в реестр РЭП Минпромторга, что позволяет государственным заказчикам производить закупки техники с учетом нацрежима и ограничений в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 10 июля 2019 г. N 878.

Семейство ЭларСкан Т1— это новейшая линейка отечественных сканеров, которые используют самые современные российские технологии и передовые достижения в области опто- и радиоэлектроники.

Требования к планетарным сканерам

Планетарные сканеры появились как альтернатива планшетным устройствам для сканирования брошюрованных документов, сшивок и книг. С учетом специфики сканируемых материалов и потребности в потоковом сканировании большого количества различных документов, были сформированы основные запросы к такому классу оборудования:

1. Бесконтактное и бережное сканирование оригиналов с высоким качеством (разрешением), что подразумевает наличие достаточно мощной системы сканирования с камерой, размещенной сверху над сканируемым оригиналом. Технология сканирующих элементов строится на CMOS или CCD датчиках ввиду необходимости обеспечения бесконтактной оцифровки. По этой причине отсутствует возможность использования CIS технологий (contact Image Sensor или контактный датчик изображения). В сканирующих системах на основе CIS датчик находится в непосредственной близости от сканируемого объекта как у планшетных сканеров.
2. Наличие специальной адаптивной конструкции (книжной колыбели) для размещения книг, подшивок с документами и других сшитых материалов различного формата и толщины с возможностью их полного или неполного раскрытия
3. Наличие специальных прижимных стекол для фиксации и разглаживания страниц оригиналов, раскрытых полностью или под углом
4. Специализированное программное обеспечение для управления сканированием и обработки изображений

Сканирующая система планетарных сканеров

Одним из ключевых элементов сканера является камера (сканирующая система), характеристики которой во многом определяют качество сканирования. Наиболее распространенными для планетарных сканеров стали системы сканирования, основанные на использовании камер с CMOS (англ. Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) и CCD (англ. Charge Coupled Device) матрицами, а также на основе CCD-линейки.

Таким образом, современные планетарные сканеры можно разделить на три основных класса: фотоаппаратные, сканеры на матричных сенсорах, а также устройства на основе линейных сенсоров. Если фотоаппараты используются в бюджетном сегменте, то «линейки» и «матрицы» преобладают в классе более технологически продвинутых высококачественных сканеров.

Сканеры с применением фотоаппаратов

Фотоаппараты, будучи изобретенными гораздо раньше планетарных сканеров, стали основой для первых моделей и модификаций таких устройств.

Первые модели планетарных сканеров по сути представляли из себя фотоаппараты, закрепленные на специальном штативе над поверхностью с размещенным оригиналом. Многие производители до сих пор используют в качестве сканирующих элементов зеркальные фотоаппараты мировых производителей фототехники (Canon, Nikon и др.). Использование фотоаппарата может быть оправдано с точки зрения оптимизации стоимости сканера, но в основном такие модели представлены в бюджетном сегменте оборудования, а их возможности жестко ограничены характеристиками фотоаппарата.

Планетарный сканер со сканирующей системой на основе профессионального фотоаппарата

Иногда в конструкции сканеров использовались два фотоаппарата, каждый из которых снимал свою сторону разворота книги, (т.е. одну страницу). Для получения общего изображения разворота, производилась сшивка двух полученных снимков каждой из страниц разворота при помощи специального программного обеспечения (подобная технология применяется при панорамной съемке и сканировании очень больших объектов). Однако, программная сшивка нескольких снимков сопряжена с целым рядом факторов, которые могут негативно влиять на результаты сканирования. Например, нельзя гарантировать, что освещенность на двух снимках будет абсолютно идентичной — сшивка этих изображений приведёт к появлению видимого шва, к несопоставлению пикселей двух изображений, что повлечёт к появлению видимых искажений итогового изображения. Поэтому документы с иллюстрациями или схемами, проходящими через весь разворот нельзя уже нельзя. А при наличии текста и мелких элементов у границ сшивки, могут возникать нежелательные артефакты или цветовые аберрации.

Устранение всех этих эффектов возможно только за счет обеспечения идеально равномерной освещенности, настройки оборудования, а также при помощи отдельной дополнительной «ручной» обработки на компьютере с использованием специального дорогостоящего программного обеспечения. Ко всему прочему использование двух камер усложняет конструкцию сканера, делая обслуживание более дорогим и трудоемким. Поэтому среди современных профессиональных планетарных сканеров, которые собираются серийно, наиболее распространены модели с одной камерой в основе сканирующей системы.

Современные сканеры на основе промышленных камер

На современных продвинутых модификациях сканеров как правило используется специальная промышленная матричная камера, которая (в отличие от фотоаппаратов) разработана специально под задачи высококачественного сканирования. Такие сканеры являются полностью автономным и универсальным устройством сканирования с интегрированным компьютером, установленным специализированным ПО для управления сканированием и не требуют подключение еще каких-либо дополнительных устройств. Так, например, в ЭЛАР создана целая линейка собственных промышленных камер для сканеров с матрицей 50, 100 и 150 мегапикселей, которые могут обеспечить высочайшее разрешение (свыше 1000 DPI) и сканирование оригиналов в формате до A0+.

Современный планетарный сканер ЭларСкан A0 c промышленной камерой 100 Мп

Одной из особенностей продвинутых модификаций сканеров на основе промышленных камер является возможность изменения области сканирования с помощью оптического зума («зумирование» или «зум» от англ. «zoom» — «увеличение», то есть приближение с уменьшением области сканирования, либо отдаление с ее увеличением). При уменьшении формата (размера области) сканирования, разрешение увеличивается. Такая настройка позволяет сканировать с высоким качеством небольшие и мелкие объекты (например, предметы нумизматики) или фрагменты текста.

Все сканеры линейки ЭларСкан A2 оснащены макромодулем с интерактивным оптическим зумом, что позволяет в настройках ПО, а также при помощи специальных кнопок на панели управлять приближением или отдалением, настраивать необходимый формат и разрешение при сканировании различных оригиналов.

Отечественный планетарный сканер ЭларСкан A2 с интерактивным оптическим зумом. Модель с плоским откидным стеклом ЭларСкан КС. В комплекте плоское откидное стекло и моторизованная V-образная книжная колыбель формата А2+.

Сканирующие системы на основе CCD матрицы и CCD линейки

ССD технология работы фотосенсоров развивалась параллельно с CMOS, и сканирующие системы многих планетарных сканеров реализованы с использованием CCD матрицы или линейки.

CCD (англ. Charge Coupled Device) — означает прибор с зарядовой связью или ПЗС-матрица. При таком устройстве матрицы сенсоры преобразуют заряд от всех пикселей в электрический потенциал, который усиливается за пределами светочувствительных сенсоров. В результате получается аналоговое изображение, которое затем целиком оцифровывается в преобразователе.

Планетарный сканер устаревшей конструкции с CCD

CCD-линейка — разновидность сканирующей системы, светочувствительный элемент которой представляет собой полоску из фотодатчиков, на которую при сканировании попадает отраженный свет от лампы, установленной на движущейся каретке. На каждом шаге каретки последовательно фиксируется одна горизонтальная полоска оригинала. Финальное изображение формируется последовательно (линейно) из таких полосок. При использовании ССD линейки в качестве сканирующей системы разрешение сканирования всегда стабильно и не может меняться при изменении области сканирования.

CCD технология остается востребованной у профессионалов и оправдывает свое использование для высококлассных планетарных сканеров, т.к. обеспечивает отличную цветопередачу, насыщенность и высокое разрешение получаемых электронных копий. В модельном ряду ЭЛАР сегодня существует целый ряд планетарных сканеров с использованием сканирующих элементов на основе CCD-линейки, дающих разрешение сканирования до 600 dpi.

Отечественный планетарный сканер ЭЛАР ПланСкан A1 со сканирующей системой на основе CCD-линейки. Модельный ряд книжных сканеров

Конструктивные особенности планетарных сканеров

Наличие книжной колыбели является обязательным требованием для планетарного сканера. Времена, когда планетарный сканер представлял собой просто камеру, закрепленную на специальном держателе, давно прошли. Сегодня, только некоторые бюджетные модели сканеров с максимально упрощенной конструкцией не имеют колыбели (например, портативные проекционные сканеры), либо их колыбель представляет собой ровную подставку со съемными накладками для обеспечения неполного раскрытия оригинала. Однако, такое оборудование имеет весьма ограниченную сферу применения.

Современные планетарные сканеры имеют адаптивную колыбель сложной конструкции, состоящую из двух панелей с возможностью их подстройки под толщину оригинала и изменения угла раскрытия. При размещении оригинала на колыбели, сканирование производится лицевой стороной вверх — таким образом, действия оператора при сканировании похожи на перелистывание страниц при обычном чтении. Это минимизирует риск их повреждения, а также позволяет пользователю всегда видеть оригинал в процессе сканирования, что облегчает работу оператора и позволяет затрачивать на сканирование одного разворота не более нескольких секунд. Адаптивная колыбель, позволяет сканировать книгу, не раскрывая ее полностью, в режиме бережного сканирования (еще его называют V- образный режим), такой способ часто используется библиотеками и музеями для сканирования ценных и ветхих оригиналов. Колыбели планетарных сканеров ЭЛАР компенсируют толщину сканируемого оригинала, обеспечивают возможность работать в режиме полного открытия, фиксируются с углом раскрытия 120 и 90 градусов в V- образном режиме, а также раздвигаются в ширину и гибко фиксируются, подстраиваясь под корешок и формат.

Адаптивная колыбель сканеров ЭларСкан с настройкой под различные типы документов

В состав конструкции сканера может входить прижимное стекло, которое обеспечивает выпрямление страниц раскрытой книги или подшивки, т.к. из-за плотного корешка они могут сильно изгибаться, что ведет к искажению получаемого изображения и требует его дополнительной обработки. Зачастую без стекла невозможно обеспечить видимость текста у корешка книги. Для сканирования оригинала с полным раскрытием используется плоское стекло, а при неполном раскрытии под углом — V-образное. Например, в модельный ряд сканеров ЭларСкан входят различные модификации, которые комплектуются только плоским прижимным стеклом, либо набором из 2х сменных стекол — плоского и V-образного.

С учетом разнородности архивов в различных отраслях пользователям приходится сталкиваться с необходимостью перевода в электронный вид оригиналов самых разных форматов и размеров (вплоть до A0+), с различной толщиной корешка и весом подшивки. Существуют специальные сканеры, рассчитанные на работу с крупноформатными, габаритными и тяжелыми оригиналами. Так, сканер ЭларСкан A0 оснащен специальной колыбелью для сканирования оригиналов формата А0+, толщиной до 75 см и весом до 50кг. В линейке сканеров ЭЛАР есть специальные напольные модификации сканеров, например, ЭларСкан A2 и A1 с усиленной колыбелью для сканирования оригиналов толщиной до 50 см и весом до 50 кг.

Ко всему прочему некоторые модели сканеров оснащаются моторизованной колыбелью и стеклом, которые в определенных режимах сканирования работают автоматически. Оператор лишь перелистывает страницы и контролирует процесс сканирования.

Модификация ЭларСкан A2 РА с комплектом сменных прижимных стекол и моторизованными приводами колыбели и стекла.

Есть и полностью автоматизированные комплексы, когда оператор просто выбирает режим и сканер работает самостоятельно. Например, автоматический сканер ЭЛАРобот Р-2 имеет специальный механизм, обеспечивающий бесконтактный переворот страниц с помощью сжатого воздуха в автоматическом режиме. Такое оборудование может использоваться, в том числе для работы с ветхими оригиналами, имеющими историческую и культурную ценность.

Автоматический книжный сканер ЭЛАРобот Р-2

Программное обеспечение планетарного сканера и его развитие

Говоря о развитии планетарных сканеров, нужно учесть, что помимо наличия достаточно мощной камеры, колыбели и стекол, их функциональные возможности во многом определяются ПО, которое предназначено для управления сканированием и работы с полученными копиями. По мере расширения сферы применения планетарных сканеров и усложнения их конструкции, используемое для сканирования ПО также совершенствовалось и развивалось, существенно расширялась его функциональность.

Для планетарного сканера базовыми параметрами стали функции устранения изгибов книг, которая используется при сканировании в V-образном режиме (т.е. с неполным открытием книги), она исправляет все искажения, позволяя получить идеальное ровное изображение. Кроме этого, современное программное обеспечение «умеет» многое другое: например, обрабатывать полученные копии с применением различных фильтров (устранять дефекты, корректировать и улучшать качество копий), обеспечивать экспорт цифровых копий в различных форматах, в т.ч. с использованием распознавания текста.

Разработанное в ЭЛАР ПО «СканИмидж» устанавливается на сканерах серии ЭларСкан и позволяет не только управлять различными настройками камеры и освещения, но также имеет специальные интеллектуальные алгоритмы для ускорения процессов сканирования и обработки изображений (управление интерактивным оптическим зумом, автоматическое определение объектов, размещенных на книжной колыбели, виртуальные помощники, коррекция искривления страниц и обрезка изображений в реальном времени в процессе сканирования, групповое применение фильтров для постобработки и т.д.). ПО позволяет экспортировать копии в самых распространенных форматах (Tiff, Jpeg, PDF и пр.). ПО «СканИмидж», как и сканеры, является собственной разработкой Корпорации ЭЛАР и включено в реестр российского ПО Минцифры, что гарантирует отсутствие какой-либо зависимости от зарубежных вендоров. Корпорация ЭЛАР, будучи исполнителем большого числа масштабных проектов по оцифровке с огромными объемами сканирования, постоянно развивает свое оборудование и совершенствует ПО на основе полученного практического опыта.