2.2 Пристрої введення. Пристрої виведення

Пристрої введення

Сканери

Усі сканери поділяються на такі види:

• планшетні,

• барабані,

• для обробки плівок / діапозитивів,

• ручні,

• тривимірні лазерні сканери.

Ці пристрої відрізняються технологією зчитування, яка задає обмеження на якість сканування, і цим визначається функціональне призначення пристроїв.

Технологія сканування. У всіх сканерах застосовується одна з двох технологій зчитування. В одній використовуються CCD-сенсори (сharde coupled device) або прилади із зарядним зв'язком (ПЗЗ) – планшетні сканери та сканери плівок/діапозитивів. В іншій технології використовуються фотоелектронні помножувачі (ФЕП) – барабанні сканери.

Розглянемо першу технологію (рис. 2.4). Сканери мають власне джерело світла, за допомогою якого висвітлюється оригінал. Відбите світло потрапляє на оптичні перетворювачі ПЗЗ, кожна комірка яких є світлочутливим зарядженим конденсатором. Якщо на таку комірку потрапляє світло, то вона втрачає частину заряду. За ступенем розрідженості визначається, наскільки сильним був вплив світла.

ПЗЗ розміщуються в лінійних матрицях (горизонтальних масивах датчиків) для планшетних сканерів, а також в лінійних (або прямокутних) матрицях для сканерів, що обробляють плівки / діапозитиви.

Під час кольорового скануванняі застосовуються три окремі смуги перетворювачів для трьох основних кольорів, або три різних джерела світла.

Залежно від цього виділяються два методи сканування: однопрохідний і трьохпрохідний.

У дешевших трьохпрохідних пристроях з одним рядом датчиків і трьома різнокольоровими лампами або рухомими фільтрами оригінал сканується три рази для кожної складової кольору. При такому способі сканування потрібна висока точність механіки сканера, так як перед кожним проходом каретка, що переміщає лінійку з оптичним перетворювачем, повинна встановлюватися в одне і теж саме початкове положення. Якщо це не виконується, то відбувається зміщення окремих колірних шарів і з'являються кольорові краї (похибки у передачі кольору).

У більш дорогих пристроях реалізовано однопрохідне сканування. Сканери забезпечені трьома рядами оптичних перетворювачів і «опитують» світло за один прохід. У цьому випадку замість вбудованого джерела білого кольору використовуються джерела червоного, синього і зеленого кольорів, і для кожного ряду датчиків є своє джерело світла (при неточній установці ламп можливі помилки сканування, особливо при високій роздільній здатності , які проявляються в кольорових краях) .

В іншому варіанті однопрохідного сканування використовується одне біле джерело, але при цьому набір напівпрозорих дзеркал або призма розкладають світло на три складові, кожна з яких потрапляє на свій ряд оптичних перетворювачів.

За іншою технологією (з використанням ФЕП) сканування засновано на відображенні одиничного точкового променя, що рухається по спіральній траєкторії вздовж барабана, що обертається, з прикріпленим до нього оригіналом. При такому способі проходження променя забезпечується дуже висока роздільна здатність.

Крім того, за технологією ФЕП світло надзвичайно яскравого джерела фокусується на мікрообласті зображення, що дозволяє відтворювати всі тони найтемніших або щільних, практично непрозорих фотоматеріалів.

У результаті процесу сканування зображення розкладається на окремі точки (пікселі), які мають ту чи іншу яскравість або колір. В ідеалі відскановане зображення повинно містити в своєму відцифрованому вигляді дані, необхідні для виведення на друк. 

Якість сканування визначається глибиною кольору і роздільною здатністю.

Глибина кольору задається від 24 до 30 біт (навіть для недорогих пристроїв), що відповідає вибору тонів з 16,7 млн до 1,1 млрд природних відповідно. Завдання глибина кольору в 36 біт (кращі сучасні моделі) дасть вибір тонів з 68 млрд.

Роздільна здатність задається, як відзначалось раніше, в точках на дюйм. Наприклад, значення 300 x 600 точок/д говорить про те, що пристрій може опитувати 300 точок на дюйм (приблизно 12 точок на міліметр) по горизонталі і 600 точок на дюйм (24 точки на міліметр) по вертикалі.

Для сканерів необхідно розрізняти оптичну (фізичну) і логічну (інтерпольовану) роздільну здатність, в останньому випадку за відомими фізичними точками інтерполюються проміжні точки. У разі логічної роздільної здатності може бути вказано значення 4800 і 9600 точок / д.

Залежно від завдання, яке вирішується під час сканування (наприклад, відображення фотографії розміром 9 x 13 см на моніторі з роздільною здатністю 1024 x 768 або сканування документа для розпізнавання) будуть потрібні різні роздільні здатності сканування.

Не рекомендується сканувати з використанням інтерпольованої роздільної здатності, що перевищує максимальну оптичну роздільну здатність пристрою, так як операції математичного усереднення добавлять нові піксели без додавання нових деталей.

Функціональне призначення сканерів пов'язано з технологією сканування. Кожен тип сканера найкраще підходить для специфічної області виведення. Але в даний час для дорогих інструментів, в яких забезпечено високу якість оптичних перетворювачів і точність виконання моделі, функціональні відмінності стираються.

Планшетні сканери – найпоширеніший тип сканерів, особливо зручний у прцессі відцифрування оригіналів типу рисунків і фотознімків. Сканування проводиться у разі проходження над оригіналом планки із закріпленим на ній лінійчатим випромінювачем і фоточутливою матрицею на основі CCD-сенсорів.

ПЗЗ планшетних сканерів простих моделей і проміжного класу дають високий рівень шуму (низька чистота зображення), що може призводити до видимих артефактів типу ліній або паразитних пікселів «неправильного» кольору

У сканерах проміжного і більш високого класів використовуються датчики ПЗЗ з кращими шумовими характеристиками, що виробляють чистіші відцифровані зображення. Такі сканери можуть сканувати також прозорі оригінали, але тільки планшетні сканери найвищого класу можуть відтворювати їх з такою ж якістю, як барабанні сканери або сканери для плівок і діапозитивів.

Найчастіше даний тип сканерів застосовують для сканування фотовідбитків або ілюстрацій на папері, а для сканування прозорих матеріалів застосовується додатковий пристрій – слайд-модуль.

Найбільш популярні та доступні для користувачів планшетні сканери формату А4:

• • • HP ScanJets фірми Hewlett Packard;

    • UMAX Vista S-12 фірми UMAX;

    • АGFA DuoScan T2000XL фірми AGFA;

    • MFC-1200S фірми Mustec.

Барабанні сканери забезпечують відмінну якість обробки: високий оптичний розділ з відтворенням всіх тонів найщільніших матеріалів. Сфера застосування – додрукарська підготовка високоякісної поліграфії, професійна рекламна діяльність.

Недоліки барабанних сканерів: великі габарити і маса, дуже висока вартість і дороге програмне забезпечення. Сканери слайдів призначені тільки для сканування прозорих негативних або позитивних плівок, причому строго стандартних розмірів (наприклад, тільки для 36-мм плівок). Якість сканування пристроєм цього типу наближається до якості сканування барабанним сканером, так як їх ПЗЗдатчики мають дуже високу чутливість і дуже високу роздільну здатність.

Програмне забезпечення сканерів  це комплект 16- і 32-розрядних TWAIN-драйверів і графічний пакет для корекції викривленного сканування.

До графічних програмних пакетів, що супроводжують сканери, відносяться:

• • • Imagepals 2, що складається з двох програм: Album і ImageEditor. Перша керує каталогізацією на інформаційних носіях і забезпечує режим перегляду діапозитивів, який видає один за другим всі діапозитиви на інформаційному носії, заповнюючи екран. Друга програма має багато функцій для подальшого коректування оцифрованих зображень;

    • Iphoto Plus зроблений, як і Imagepals 2, фірмою Ulead і є його усіченою версією;

    • ABC-Graphicssuite містить повні версії програм АВС MediaManager 6.0 і Picture Publisher 6.0. Роботу зі сканером можна організувати і в інших програмах обробки растрової графіки (Corel PhotoPaint, Adobe Photoshop) через стандартний інтерфейс драйверів TWAIN і TWAIN-32.

Тривимірний лазерний сканер. Принцип полягає в роботі лазерного дальноміра, який обчислює відстань до об'єкта і отримує хмару точок. У процесі зйомки для кожної точки записуються три координати (XYZ) і чисельний показник інтенсивності відбитого сигналу. Він визначається властивостями поверхні, на яку падає лазерний промінь. Хмара точок розфарбовується в залежності від ступеня інтенсивності і після сканування виглядає як тривимірне цифрове фото. Більшість сучасних моделей лазерних сканерів мають вбудовану відео- або фотокамеру, завдяки чому хмара точок може бути також забарвлена в реальні кольори.

У цілому схема роботи з приладом полягає в наступному. Лазерний сканер встановлюється на штатив навпроти об'єкта, що знімається. Користувач задає необхідну щільність хмари точок (розділ) і область зйомки, потім запускає процес сканування. Швидкість сканування складає більше 500000 тривимірних точок в секунду.

Для отримання повних даних про об'єкт, як правило, доводиться виконувати дані операції з кількох станцій (позицій). Потім виконується обробка первинних даних зі сканера і підготовка результатів вимірювань в тому вигляді, у якому вони необхідні замовнику. Даний етап не менш важливий, ніж проведення зйомок, і більш трудомісткий і складний.

Профілі і розтини, плоскі плани, тривимірні моделі, обчислення площин і об’ємів поверхонь – все це можна отримати у якості кінцевого результату роботи зі сканером.

Основні сфери застосування тривимірного сканування:

• • • будівництво та архітектура,

    • дорожня зйомка,

    • гірнича справа;

    • моніторинг будівель і споруд,

    • документування надзвичайних ситуацій.

Найбільш популярна компанія Leica Geosystems представляє скануючі системи та програмне забезпечення для сканерів.

Для обробки даних, які отримуються за допомогою сканера, використовується модульна програмна система Cyclone, яка вважається найпопулярнішою в світі і володіє великим пакетом інструментів. Є у Leica і ряд більш вузькоспеціалізованих програм.

Для роботи в традиційних САПР, існує серія програмних продуктів Leica CloudWorx, вбудованих в AutoCAD, MicroStation (компанія Bentley), AVEVA і SmartPlant, що дозволяє користувачам даних програм працювати безпосередньо з хмарами точок.

На сьогоднішній день Leica Geosystems  один з найавторитетніших виробників професійного геодезичного обладнання, чиї технологічні рішення встановлюють світові стандарти в галузі

У дигітайзерах фірми Geo Mouse – графічний планшет Geo Mouse Mini Board має робоче поле 152 x 228 мм, a Geo Mouse Maxi Board – 305 x 457 мм. Широко відомі також графічні планшети фірми MTJTOH (розміри робочого поля до 841 x 1189 мм) і Summa graphics (розміри робочого поля до 1118 x 1524 мм).

Розглянуті планшети придатні для введення графіки і для управління програмним забезпеченням, їх основне застосування – це графічні підсистеми САПР.

Останнім досягненням у розвитку планшетів став планшет-монітор фірми Wacom. У цьому планшеті робочою поверхнею служить дисплей на рідких кристалах з роздільною здатністю не нижче 800 x 600.

Поверхня екрану дуже чутлива до тиску, але стилус (олівець) не залишає на ній слідів.

Для домашнього користування фірма Wacom розробила лінію графічних планшетів Bamboo.

Сфери застосування Bamboo дуже різноманітні: від створення рукописних приміток, особистого підпису та індивідуальних коментарів під час роботи з офісними додатками до ретушування фотографій.

Професійне обладнання Wacom – це графічні планшети Intuos3.

Відмінності професійного ряду графічних планшетів Wacom зводяться до різниці форм-факторів – від A6 Wide до A3 Wide.

Для оптимальної координації рухів руки і очей під час роботи з графічними додатками на більш інтуїтивному рівні Wacom пропонує дві моделі інтерактивних дисплеїв Cintiq з робочою поверхнею в 21 і 12 дюймів, на яких дизайнер може працювати в графічних додатках електронним пером безпосередньо на екрані.

Більша модель оснащена також підставкою, що дозволяє обертати дисплей на 360 градусів (в лежачому положенні) і нахиляти його на 10-60 градусів.

Wacom пропонує 5 різних пер для роботи з графічними планшетами Intuos3 та інтерактивними дисплеями Cintiq (рис. 2.6). Так само існує перо Art Pen, здатне працювати в шести вимірах:

• • • вісь X (вліво і вправо);

    • вісь Y (вгору і вниз);

    • тиск (сила натискання);

    • кут (кут, під яким перо розташоване до поверхні планшета);

    • нахил (напрям, в якому утворений кут);

    • обертання (положення пера щодо своєї вертикально осі)

Всі планшети, в основному, працюють з документами і презентаціями. Тому в комплекті до планшета йде програма JustWrite Office, яка вбудовується в Microsoft Office і додає до нього повну підтримку введення за допомогою пер. А для власників комп'ютерів з установленою ОС Windows Vista Home Premium і вище навіть необхідність в установці програми JustWrite Office відпадає – можливості введення рукописних поміток представлені в самій ОС.

 Цифрові камери

З початку 80-х років минулого століття з'являються нові засоби роботи з зображеннями – цифрові технології відео- та фотозйомок.

Переваги цифрових камер порівнянно з плівковими:

• • • більш низька вартість одного знімка (оскільки відсутня плівка і менше етапів розділення кольорів);

    • скорочення виробничого циклу (вилучено етап прояву плівки і сканування оригіналу);

    • велика точність у передачі кольору порівняно з технологією «плівка і сканування».

Сьогодні більшість цифрових як відео-, так і фотокамер обладнані LCD екранами, на яких можна подивитися зняті знімки. У таку камеру вбудовуються процесор і програмне забезпечення.

Виділяються два типи цифрових камер – скануючі і матричні, кожен з яких зручний для своїх додатків.

У скануючих камерах ПЗЗ-датчики сконфігуровані в єдину лінійну матрицю, яка сканує сформоване оптикою зображення, зчитуючи, подібно планшетному сканеру, одну вузьку горизонтальну смугу.

Лінійні матриці дозволяють цим камерам вводити великі обсяги даних, створюючи цифрові зображення для великоформатного друку, але введення зображень відбувається повільно, причому, камери під час зйомки повинні бути з'єднані з комп'ютером.

У матричних камерах ПЗЗ-датчики розміщуються в прямокутній триколірній матриці. Фіксоване число датчиків дозволяє робити майже моментальні знімки, але обмежує максимальний розмір виведеного на друк зображення. Впровадження мініатюрних засобів зберігання даних звільнило ці камери від зв'язку з комп'ютером, і вони здатні працювати як у кадровому режимі, так і в режимі миттєвої зйомки.

Чутливість сучасних камер за стандартом ISO – Міжнародної організації зі стандартизації –, як правило, не перевищує 100 одиниць (досить низька за фотографічними мірками). Вони оснащені функціями автоматичної установки балансу білого кольору і виставляють час експозиції. Витримка регулюється від 1/4 до 1/1000 с.

При цьому на LCD-екрані відображаються поточні параметри зйомки, дата, число описаних кадрів, обсяг вільної пам'яті та поточний режим компресії (визначає якість зображень, що зберігаються). Максимальна роздільна здатність побутових камер до останнього часу не перевищувала 800 x 600 пікселів (24 біт на колір) при розмірі матриці близько 500 елементів і прогресивному способі зчитування (послідовності рядкового сканування елементів).

Стандартною для більшості застосувань вважається роздільна здатність 640 x 480 і розмір матриці близько 350 тис. елементів. Розмір вбудованої флеш пам'яті 2–4 Мбайт, що дозволяє записувати при різних рівнях JPEG (п. 4.1.2) стиснення від 20 (високої якості) до 200 (низької якості) повних кадрів. Останнім часом з'явилася технологія відцифрування об'ємних об'єктів (MetaFlash). Спочатку виконується кілька знімків спеціальною цифровою камерою Dimage EX, обладнаною матрицею на 1,45 млн активних пікселів, що дає зображення з максимальною роздільною здатністю 1344 x 1008, які записуються на карти CompactFlash.

"Об'ємна фотографія" робиться в два етапи і складається з двох файлів: в одному знаходиться текстура, в іншому – геометрична інформація. Подібний «комплексний» кадр займає приблизно 3,5 Mб. Для отримання текстур застосовується спалах, а для правильного детектування лазерних смуг потрібно однорідне неяскраве освітлення

Пристрої виведення

Основні типи моніторів ( дисплеїв)

У XIX столітті у Франції виникла техніка живопису, яку назвали пуантилізм: малюнок складався з різнокольорових точок, що наносяться пензлем на полотно. Подібний принцип використовується і в комп'ютерах.

Точки – пікселі на екрані комп'ютера збудовані в рівні ряди. Сукупність точкових рядків утворює графічну сітку, або растр (рис. 2.7). Розмір графічної сітки представляється у формі добутку числа точок в горизонтальному рядку на число рядків: М х N. На сучасних моніторах використовуються наведені вище розміри графічної сітки.

Монітор  це пристрій візуального представлення даних. Його основними параметрами є: розмір і крок маски екрана, максимальна частота регенерації зображення, клас захисту.

Звичайні комп'ютери оснащуються виключно растровими дисплеями, і тільки в найдорожчих і складних професійних графічних станціях знаходять застосування векторні дисплеї.

Спочатку найбільш росповсюдженими були дісплеї на електроннопроменевій трубці – ЕПТ наступних основних типів: сферичні, циліндричні і малої кривизни.

Поряд з дисплеями на основі електронно-променевої трубки успішно розвиваються технології, засновані на інших фізичних процесах, які призвели до появи плоских дисплеїв.

Рідкокристалічна технологія (LCD). Найпоширенішими плоскими дисплеями є дисплеї на рідких кристалах Liquid Crystal Display (LCD) (рис. 2.8).

TN-дисплеї – це перші плоскі дисплеї (Passive TN-Display), які використовували в портативних комп'ютерах. Вони представляли собою дві скляні пластини з електродами, між якими знаходився шар рідких кристалів.

STN-дисплеї. Всі сучасні технології створення рідкокристалічних дисплеїв засновані на розділі молекул TN (Twisted Nematic) – елементів. У перших моделях застосовувалася пасивна TN-технологія. Якщо кут повороту TN-елементів збільшується до 240 градусів, то говорять про технології Super Twisted Nematic (STN). Ефект повороту TN елементів значно збільшує контрастність.

Іншим удосконаленням порівняно з TN-екранами стало збільшення кута зору. Але деякі недоліки, наприклад спотворення кольору і зникаючі сліди (треки) зображення, залишилися. Пасивні монохромні LCD, виготовлені за STN-технології, широко використовувалися в монохромних ноутбуках.

DSTM-дисплеї. З метою усунення колірних спотворень, в пасивних STNдисплеях, розробники наклали два STN-шари один на другий. За допомогою електричного поля можна управляти одним з шарів таким чином, що TNелементи в ньому не будуть повертатися. Цей шар називається активним. А в пасивному шарі, що лежить на ньому, TN-елементи, як і раніше, повертаються на 240 градусів. Через ці два шари дисплеї і отримали назву Double Super Twisted Nematic (DSTN). У першому шарі падаючий промінь світла заломлюється з відомим колірним зміщенням, яке коригує другий шар.

DSTN-дисплеї дозволяють представити на екрані 16,7 млн кольорів. Контрастність стала значно вище. Однак такі недоліки, як сліди і повільне формування зображення, залишилися. До того ж, якщо екран знаходиться не прямо перед користувачем, то не можна що-небудь побачити на ньому.

DSTN-панелі були першими кольоровими екранами для ноутбуків і досі використовуються в недорогих пристроях.

TFT-дисплеї. Швидке і більш якісне зображення на плоскому екрані розробниками було отримано на початку 90-х років за допомогою тонкоплівкових транзисторів Thin Film Transistor (TFT).

На відміну від традиційних методів під час використання тонкоплівкової технології шар рідких кристалів управляється мініатюрними транзисторами, причому кожен транзистор управляє тільки однією точкою, що різко зменшує час реакції і відповідно прискорює формування зображення.

В TFT-дисплеях використовується всього лише один (до того ж дуже тонкий) активний шар рідких кристалів, який не спотворює колір. Дві інших переваги – це помірне споживання струму і менша товщина TFT порівняно з DSTN-панеллю. Коефіцієнт контрастності збільшився на порядок, що дозволило отримувати на екрані чудові зображення. До того ж роздільна здатність у TFT-дисплеїв досягає (800 x 600) пікселів. Стандартом поки ще вважається роздільна здатність (640x480) пікселів.

Складні методи виготовлення і дороге виробництво привело до того, що ноутбуки з активними DSTM-дисплеями значно дорожчі, ніж портативні комп'ютери з DSTN-панелями.

Плазмові й плазмотронні технології. Монохромні плазмові дисплеї з'явилися в середині 80-х років минулого століття, але їх виробництво для комп'ютерів не розгорнулося, так як їх не вдалося зробити кольоровими. Тепер в сучасному плазмовому дисплеї (скорочено PDP) знаходиться суміш неону і аргону, яка починає світитися під час впливу на неї електричного поля.

Кольори з'являються в результаті змішування випромінювань люмінофорів, що активізуються.

Перспективним напрямком є комбінування плазмової і рідкокристалічної технологій. У плазмотронних дисплеях Plasma Adressed Liquid Crystal (PALC) використовуються переваги тонкоплівкової технології. Рідкі кристали включаються і вимикаються за допомогою точно дозованого розряду газів.

Весь екран складається приблизно з 450 горизонтальних плазмових каналів. У результаті виходить проста конструкція, що дозволяє створювати великі і легкі екрани. У PALC-технології поєднуються дві переваги: дешеве виробництво і гарна якість зображення.

Принтери

Принтер (або друкуючий пристрій) призначений для виведення інформації на папір. Усі принтери виводять текстову інформацію, багато з них також виводять рисунки і графіки, а деякі принтери виводять і кольорові зображення.

Типи принтерів розрізняються за способом створення твердої копії, тобто перенесення інформації з файлу на який-небудь носій – найчастіше папір.

Літерні і матричні принтери мають хорошу якість друку, дозволяють одержувати кілька копій через копірку, але для виведення зображень не використовуються. У процессі виведення графічних зображень застосовуються принтери безударної дії.

Матричний принтер (рис. 2.9) заснований на системі, де друкуюча головка складається з окремих голочок, які при ударі на фарбувальну стрічку утворюють на папері символи. Залежно від конструкцій така головка може вміщати від 9 до 24 голок.

Продуктивність роботи матричних принтерів оцінюють за кількістю друкованих знаків за секунду (cps – characters per second).

Струменеві принтери – зображення формується мікрокраплями спеціального чорнила, що видуваються на папір за допомогою сопел. Таких  трубочок – сопел струменевий принтер містить від 12 до 64. Їх діаметри тонше за людське волосся! Якість паперу (його капілярні властивості і щільність) повинна забезпечувати чітке зображення під час потрапляння чорнила на папір.

Ця технологія пристосована саме для кольорового друку. Швидкість друку струменевих принтерів (час проходження аркуша від 10 до 1 хв.) Залежить від класу принтера і складності рисунка (рис. 2.10).

Лазерні принтери забезпечують найкращу (близько до типографської) якість друку. У цих принтерах використовується принцип ксерографії: зображення переноситься на папір зі спеціального барабана, на який під дією електричного заряду притягуються частинки фарби (рис. 2.11).

Лазерні принтери, хоча і досить дорогі, є найбільш зручними пристроями для отримання якісних друкованих документів.

Роздільна здатність лазерних принтерів, як правило, від 300 до 1200 точок на дюйм. Швидкість друку – від 15 до 3 с на сторінку під час виведення тексту. Обробка сторінок з рисунками до друку залежить від складності рисунка і класу комп'ютера і може зайняти значний час (до 10–15 хв.).

Робочий механізм лазерного принтера складається з компактного світлодіодного лазера, оптичної призми, фоточутливого барабана, кількох коротронів, пристрої протягання паперу і модуля нагрівання.

На першому етапі світлочутливий барабан заряджається негативним зарядом за допомогою коротрона – тонкого дротика, на який подається напруга до 5000 V. Після цього промінь лазера, проходячи крізь призму і систему дзеркал, потрапляє на барабан і розряджає точки поверхні, куди він потрапив.

Таким способом формується зображення. На наступному етапі через спеціальний ролик на барабан наноситься тонкий шар тонера. Для перенесення тонера з барабана на папір під аркушем поміщений коротрон, що формує позитивний заряд, який перетягує тонер з барабана на папір.

Далі папір проходить через модуль нагрівання з температурою 200 ° С, в результаті чого частинки тонера вплавляються в папір. Після цього поверхня барабана, з якої тонер вже перенесений на папір, висвітлюється розрядною лампою, світло якої знімає з неї заряд. Вбудований в принтері комп’ютер, повинен розпізнавати векторні і растрові дані, опис сторінок і шрифтів, а також дані напівтонів. Відмінності в «лазерниках» полягають в типі комп'ютера, що міститься в них, і програмного забезпечення, яке він використовує.

Для всіх моделей лазерних принтерів є всього кілька комп'ютерних програм. Найбільш поширені принтери, сумісні з PostScript і PCL. 

Кольорові лазерні принтери поділяють кольорове зображення на чотири напівтонових згідно моделі CMYK(Cyan, Magenta, Yellow, Black). Аркуш чотири рази проходить через принтер, щоразу друкується одне з напівтонових кольорових зображень. Точки півтони друкуються з невеликим зсувом відносно один одного, що при сприйнятті дає ефект змішування кольорів.

Світлодіодні принтери використовують спосіб друку, який відрізняється від лазерного способу тільки тим, що для нанесення інформації на світлочутливий барабан застосовується лінійка світлодіодів. Для отримання роздільної здатності 300 dpi така лінійка повинна містити 2500 елементів, а для 600 dpi  майже 5000. Незважаючи на таку високу щільність елементів, світлодіодні лінійки компактніше лазерного механізму. Крім того, в цих пристроях використовуються поля з меншою напруженістю, і тому відпадає необхідність у коротронах, які замінюються спеціальними зарядопровідними валиками.

Режим роботи з більш низькою напругою скорочує споживання енергії. У підсумку, LED-принтери не тільки компактніше лазерних, але й дешевші в експлуатації. Крім того, через відсутність коротронів ці принтери не виділяють озону і є більш екологічними пристроями. У деяких моделях для підвищення розділу друку використовується зоровий ефект, коли дві точки, розташовані поблизу одна від одної, зливаються в одну, але розташовану трохи вище. Найчастіше цей ефект застосовується в світлодіодних принтерах, оскільки в них не потрібен час на те, щоб промінь лазера пройшов всі точки горизонтальної лінії. Такі лінії можна наносити більш щільно, не збільшуючи часу друку однієї сторінки, тому в LED-пристроях роздільна здатність по вертикалі, як правило, вище, ніж по горизонталі.

Термографічні принтери використовують не лазер, а фарбувальну пасту, яка розтоплюється і наноситься безпосередньо на папір. Роздільна здатність термографічного принтера нижче ніж, як і у більшості лазерних.

Термосублімаційні принтери правильно виконують вимоги передачі кольору. Вони працюють з шарами барвників на плівці-носії (Cyan, Magenta і Yellow). Над плівкою проходить друкуюча головка з дуже точним елементом, що гріється і під дією якого частина фарби в стані газу (процес сублімації) точно дифундує на носій друку. При цьому залежно від ступеня нагрівання випаровується певна кількість барвника, звичайно досягається 256 градацій кожного кольору (8 біт на кожен барвник), в результаті чого формується реалістичне зображення з плавними переходами від пікселя до пікселя.

Провідними виробниками принтерів є фірми Hewlett Packard, Lexmark, Canon, Epson, Oki. Відзначимо їх основні моделі.

 Струменеві принтери компаній Hewlett Packard (DeskJet 420С), Lexmark (Color Jet 1000 і Color Jet 1100), Canon (BJC-250) використовують бульбашкову (термічну) технологію друку, при якій чорнильна крапля виштовхується бульбашкою, що утворюється при різкому нагріванні термоелемента, розташованого навпроти сопла. Ця технологія друку супроводжується «ефектом чайника», коли разом з основною чорнильною краплею вихлюпуються мікроскопічні бризки чорнила, що знижують чіткість зображення.

Японська фірма Seiko Epson розробила п'єзоелектричну технологію, за якою чорнильна крапля виштовхується п'єзоелектричним елементом, що задає її розмір під дією електричного імпульсу.

У всіх струменевих принтерах фірми Epson (Stilus Color 300 і вище) використовується п'єзоелектрична друкуюча головка Micro Piezo. У порівнянні з друкуючими головками бульбашкової технології вона дозволяє більш точно задати розмір і форму кожної точки, а також дещо збільшити швидкість друку. Крім того, завдяки відсутності термічних впливів Micro Piezo може прослужити набагато більше друкуючої головки бульбашкової технології. Слід зазначити, що при досить хорошій роздільної здатності (від 720 dpi) струменеві принтери (Epson Stilus Color 800, Canon BJC-620) можуть застосовуватися для невідповідальних фоторобіт без застосування спеціальних фоточорнил.

Одним з поширених лазерних принтерів є LaserJet компанії HewlettPackard. Принтери LaserJet 5L, LaserJet 6L компактні і прості в експлуатації. На передній панелі пристрою розташовані всього три світлодіодні індикатори, які фіксують стан друку.

Принтери забезпечені спеціальною функцією енергозбереження і через 15 хвилин неактивного стану переходять в режим очікування з низьким енергоспоживанням. Передбачені програмне включення і виключення засобів підвищення роздільної здатності (300 dpi і 600 dpi), регулювання щільності нанесення тонера, а також виведення в режимі чорнового друку EconoMode. Швидкість виведення – сторінка за п'ять секунд. 

Принтер Canon LBP-465 за механізмом друку і картриджу сумісний з моделлю HP LaserJet 5L, але відноситься до класу так званих Windowsпристроїв. LBP-465 укомплектований всього 128 Кб пам'яті, в ньому використовується GDI-принцип друку, трохи відрізняється від традиційного, що дозволяє спростити вбудований контролер принтера і знизити обсяг необхідної для роботи пам'яті до 128 Кб.

Світлодіодні принтери компанії OKI є дуже компактними пристроями. Висота принтера Okipageiw 15 см (в робочому стані підставка для паперу підноситься над корпусом приблизно на 10 см), площа основи – 31 x 19 см, а вага – всього 4 кг. Пристрій займає на столі не більше місця, ніж аркуш формату A4. При своїх невеликих розмірах принтер забезпечує гарну якість друку і швидкість виведення (чотири сторінки за хвилину). Реальна роздільна здатність принтера складає всього 300 dpi по горизонталі. Застосування фірмового наддрібного сферичного тонера в поєднанні з технологією підвищення роздільної здатності MicroRes600 дозволяє досягти якості, характерної для принтерів з істинною роздільною здатністю 600 dpi. За рахунок того, що образ, який передається принтеру, має роздільну здатність 600 dpi, вдається не тільки підвищити якість прорисування кривих, а й отримати більш високу чіткість напівтонових растрових зображень. Принтер працює дуже тихо (рівень шуму в межах 48 дБ). 

Термосублімаційні принтери призначені виключно для фоторобіт і виготовляються наступними виробниками: Mitsubishi, Olympus, Fargo і JVC.

Основні якості принтерів, що визначають їх порівняльні переваги з точки зору користувача, наступні:

• • • якість і швидкість друку;

    • формати паперу;

    • вартість експлуатації (режим економії тонера або чорнила і вимоги до вибору паперу);

    • можливості драйверів, що поставляються з принтером;

Вибір принтера визначається його призначенням.

• • • для дому – кольоровий струменевий принтер, причому принтери фірми HP простіші в експлуатації;

    • для офісу – лазерний принтер (якщо на робочому місці мало друкованої роботи, то може підійти і будь-який струменевий);

    • для фоторобіт:

• струменеві принтери – моделі HP Photosmart, HP DeskJet 694C, Epson Stilus Photo з фоточорнилом шести кольорів (до кольорів CMYK додаються Light Cyan і Light Magenta);

• фотопринтери для цифрових камер (термосублімаційна технологія);

• для професійних оформлювачів – термосублімаційні принтери.

3D принтери

3D-принтер – пристрій, що використовує метод пошарового створення фізичного об'єкта за його цифрової 3D-моделі. У зарубіжній літературі даний тип пристроїв також іменують фаббером, а процес тривимірного друку має назву швидке прототипування (Rapid Prototyping).

3D-друк може здійснюватися різними способами і з використанням різних матеріалів, але в основі будь-якого з них лежить принцип пошарового створення (вирощування) твердого об'єкта (рис. 2.12).

Технології, застосовувані для створення шарів наступні.

Лазерна:

• • • стереолітографія – ультрафіолетовий лазер поступово, піксель за пікселем, засвічує рідкий фотополімер, або фотополімер засвічується ультрафіолетовою лампою через фотошаблон, що змінюється з новим шаром.  При цьому рідкий полімер твердне і перетворюється на досить міцний пластик;

    • лазерне сплавлення (англ. Melting) – при цьому лазер сплавляє порошок з металу або пластику, шар за шаром, в контур майбутньої деталі;

    • ламінування – деталь створюється з великої кількості шарів робочого матеріалу, які поступово накладаються один на одного і склеюються, при цьому лазер вирізає в кожному контур перетину майбутньої деталі.

Струменева:

• • • застигання матеріалу під час охолодження – роздавальна головка видавлює на охолоджувану платформу-основу краплі розігрітого термопластика. Краплі швидко застигають і злипаються одна з одною, формуючи шари майбутнього об'єкта;

    • полімеризація фотополімерного пластика під дією ультрафіолетової лампи – спосіб схожий на попередній, але пластик твердне під дією ультрафіолету;

    • склеювання або спікання порошкоподібного матеріалу – схоже на лазерне спікання, тільки порошкова основа (на основі подрібненого паперу або целюлози) склеюється рідкою речовиною, що надходить з струменевої головки. При цьому можна відтворити забарвлення деталі, використовуючи речовини різних кольорів. Існують зразки 3D-принтерів, що використовують головки струменевих принтерів;

    • густі керамічні суміші теж застосовуються в якості матеріалу, що сам твердіє, для 3D-друку великих архітектурних моделей;

    • біопринтер – друк 3D-структури майбутнього об'єкта (органу для пересадки) проводиться стовбуровими клітинами. Далі поділ, зростання і модифікації клітин забезпечують остаточне формування об'єкта.

Фотонабірні автомати

Фотонабірні автомати – це лазерні принтери з великою роздільною здатністю, що працюють з іншими носіями відбитків.

Лазерний промінь фокусується безпосередньо на фотопапір або фотоплівку, яка потім обробляється з усіма етапами отримання знімка (проява, закріплення, просушка). Роздільна здатність у лазерних фотонабірних автоматів (від 1800 до 3000 т/д) значно вище, ніж у лазерних принтерів, оскільки отримання відбитка засноване на хімічній обробці.

Роздільна здатність фотонабірного автомата вимірюється також за напівтоновими плямами, за допомогою яких імітуються відтінки сірого. При цьому використовується здатність людського зору сприймати чорні і білі крапки, що розташовані близько один від одного, як однотонне сіре поле. Недоліки фотонабірних апаратів – висока ціна, великі розміри, необхідність спеціального обслуговування і функціонального (типу фотолабораторії) приміщення.

Плотери

Графобудівники (плотери) – це пристрої виведення, в яких зображення наноситься на носій (папір, плівку) рухомими інструментами: кульковими стрижнями, фломастерами, рапідографами, ріжучими інструментами (рис. 2.13). Як і дисплеї, ці пристрої за способом отримання зображення можуть бути траєкторного і реєстрового типів

Основне застосування такого плотера – виведення великоформатних креслень в САПР, але можливо його використання і для виведення великомасштабних зображень з векторних графічних програм.

Випускаються плотери різних розмірів – від настільних, розрахованих на формат А4, до промислових – для креслення в натуральну величину кузовів автомобілів, деталей літаків і верстатів.

Основні характеристики: розмір поля креслення, точність і дискретність креслення.

Блоки управління можуть містити генератори символів, генератори штрихових і штрих-пунктирних ліній, дозволяють змінювати масштаб зображення, креслити його з поворотом, регулювати швидкість креслення і т.ін.

За принципом дії плотери з довільним скануванням робочої поверхні розділяються на електромеханічні, оптико-механічні та рядково-реєстрові. В електромеханічних плотерах принцип дії заснований на перетворенні електричних сигналів в переміщення вузла, що пише.

У оптико-механічних плотерах зображення реєструється світловим променем на світлочутливому папері. Ці пристрої не набули широкого застосування через обмежені розміри формованого документа, а також складності наступної обробки носія інформації і його високої вартості. 

У рядково-реєстрових плотерах зображення формується на спеціальному папері (електрохімічному, електротермічному тощо), що змінює колір під впливом сигналу (хімічного, теплового тощо). Недоліки пристроїв цього типу – низька якість зображення і велика вартість носія інформації. Конструктивно графобудівники поділяються на такі типи:

• • • планшетні (з плоским столом, на якому розміщується папір);

    • барабанні (папір розміщується на транспортному барабані, а прийомні бобіни і ті, що подають, з носієм розміщуються по різні боки барабана).

Для отримання ліній різної товщини і кольору в графобудівниках реалізується зміна пишучих елементів, при цьому передбачені змінні каруселі для роботи з рапідографами, фломастерами і кульковими стрижнями.

Електростатичний графобудівник працює за принципом растрової розгортки: на папір підрядник (з щільністю 40 – 100 рядків на 1 см) наноситься негативний заряд в точках, які формують зображення, а потім над папером розпорошується позитивно заряджений барвник. Інші способи отримання зображення:

• • • струменеві плотери,

    • лазерні плотери,

    • LED-плотери.

Застосування струменевої і LED-технології стирає межу між принтерами та плотерами, і відмінною рисою останніх стає лише великий формат.