Scanners

Bienvenue sur notre site Nous allons parler des scanners Bonne visite!

Le scanner est un périphérique d'acquisition qui permet de numériser un document physique en une image numérique.

Notre travail se sépare en 3 parties plus les sources:

  • Introduction
  • Fonctionnement
  • Les capteurs CCD
  • Caractéristiques du scanner
  • .

    .

    .

    Introduction

    Le scanner à plat est le scanner le plus connu et le plus utilisé à grande échelle. Il est en effet accessible à tous niveaux de professionnalisme, de l'amateur au professionnel, pour un prix abordable.

    Fonctionnement

    Au final, la question que l'on se pose est "Comment obtiens-t'on cette image numérique?". Le fonctionnement d'un scanner à plat est on ne peut plus simple et tourne au moyen de quelques petits éléments seulement.

    Le scanner est composé d'une plaque de verre sur laquelle vient se poser le document à numériser. Au-dessous de cette plaque de verrese trouve un bras mécanique sur lequel sont installés une source lumineuse puissante et un miroir. En plus du miroir mobile, le scanner possède un second miroir, fixe, et un capteur lumineux de type CCD. Ce sont tous ces éléments qui vont permettre l'acquisition d'un fichier numérique à partir d'un document physique.

    Le scanner à plat est un scanner à "balayage" du fait qu'il effectue un mouvement de balayage du document lors de la numérisation. En pratique, le scanner utilise le principe de réflexion pour capter les informations à numériser. C'est-à-dire que la source lumineuse balayante est dirigée vers la surface en verre sur laquelle est posée le document. La lumière va alors être réfléchie par la surface et par le document vers le premier miroir. Ce miroir est mobile car il est fixé au bras mécanique. Cela a pour but d'assurer l'axe de réflexion entre la surface vitrée et le miroir afin que les rayons réfléchis arrivent toujours en son sein. Après le premier miroir, les rayons lumineux vont être redirigés vers le second miroir. Ce dernier est fixe et est orienté de manière à réfléchir les rayons qu'il reçoit sur les capteurs CCD qui vont alors s'occuper de retranscrire les informations reçues en pixels.

    Les capteurs CCD

    Un capteur CCD ou, "Charge Coupled Devices" (En français "Dispositifs à Transfert de Charges") est un élément capable de retranscrire des charges lumineuses en pixels. On trouve ce type de capteurs autant dans les scanners que dans les appareils photos ou les caméscopes.

    Il s'agit d'une matrice composée de plusieurs photosites, chacun correspondants à un pixel. Ces photosites sont des cellules photosensibles capables d'accumuler des charges électriques en leur sein. Cette accumulation existe du fait que les photons, réfléchis par le jeu de miroirs (voir pt.Fonctionnement) vont céder leur charge aux photosites.

    Les charges vont alors passer au travers de filtres dont un RVB. Selon l'intensité et la longueur d'onde du rayon lumineux, les charges vont être différentes. C'est pourquoi on utilise un filtre afin de trier ces informations pour ensuite pouvoir définir la couleur d'un pixel en son point correspondant sur le document physique. C'est le capteur CCD qui définit le nombre de pixels pouvant être calculés. Plus il y a de photosites et plus le scanner pourra calculer et reproduire de zones du document original.

    Caractéristiques du scanner

    En dehors des composantes physiques, chaque scanner possède diverses caractéristiques qui vont influencer la qualité du fichier numérique de sortie. Parmi ces caractéristiques, on retrouve

  • La résolution
  • C'est le nombre de pixels en longueur et en largeur. Cela définit donc le format maximal que l'on pourra donner au fichier numérisé sans perdre de qualité par rapport au document original.

    La résolution est directement liée au capteur CCD car c'est la taille de ce dernier qui va définir le nombre de pixels. Il existe donc différentes tailles de capteurs CCD.

    Les résolutions les plus populaires sont 2400ppp (Pour une qualité minimum), 4800ppp et ça peut aller jusque 9600 ppp pour une meilleure qualité.

  • L'interpolation
  • Lorsque l'on achète un scanner, il vient avec un logiciel interne d'interpolation. L'interpolation c'est ce qui permet à l'appareil de créer une image de résolution supérieur en créant de nouveaux pixels. Ce principe s'effectue par des algorithmes qui seront plus ou moins évolués en fonction de la qualité du logiciel interne. De manière générale, plus les algorithmes sont évolués, plus les nouveaux pixels seront calculés en prenant en compte les valeurs RVB des pixels environnants.

    Parmi les algorithmes d'interpolation les plus connus, il y a

  • Le voisinnage immédiat
  • La valeur RVB des nouveaux pixels est calculée en fonction des quatres pixels directemment autour. C'est l'algorithme le plus faible, le nombre de pixels pouvant être créés sans alteration des couleurs est effectivement limité. A partir d'un certain moment, la couleur des nouveaux pixels n'aura plus rien à voir avec les couleurs de base.

  • Le bilinéaire
  • Cet algorithme est un peu plus poussé, la couleur des nouveaux pixels est calculée en fonction de huits pixels avoisinnants.

  • Le bicubique
  • Surement l'algorithme le plus utilisé actuellement, notamment par Photoshop de manière automatique. La couleur des nouveaux pixels est calculée en fonction des seize pixels avoisinnants. Il est aussi possible de créer un plus grand nombre de pixels avant d'avoir une quelconque altération des couleurs.

  • Le traitement de l'image
  • Certains scanners viennent avec leur logiciel de lancement. Ceux-ci possèdent généralement diverses options de traitement de l'image que l'on peut régler avant de lancer la numérisation du document. Le but étant de minimiser les pertes lors de la numérisation.

    Ces options sont proches des options de traitement de l'image que l'on peut trouver sur des logiciels tel Photoshop. Il y a notamment un réglage de la luminosité, la balance des blancs, le contraste, la saturation, la netteté, le rognage, etc.

    Le scanner 3d, ou scanner tridimensionnel, est une variante du scanner classique qui, contrairement à ce dernier, ne sert pas à scanner une simple image en deux dimensions mais bien un objet complet en trois dimensions, permettant de passer d'un objet matériel ou d'un environnement existant à une image de synthèse en trois dimensions. Ces appareils sont surtout utilisés dans la production de films ou de jeux vidéo, les deux plus grands utilisateurs d'images tridimensionnelles, mais on les retrouve tout de même parfois dans d'autres domaines, comme la conception d'orthèses ou de prothèses, leur utilisation ne se limite donc absolument pas au monde artistique.

    Comment ça fonctionne?

    Le principe est plutôt simple: l'appareil génère un système de coordonnées (ou nuage de points) et va mesurer le positionnement des points scannés pour ensuite les replacer dans le système de coordonnées. La deuxième étape sera une extrapolation des points ainsi obtenus pour reconstruire le reste de l'image. Notez que la couleur de la surface peut aussi être enregistrée et donc reconstituée.

    Contrairement au scanner classique il y a besoin de faire plusieurs passes pour recueillir assez de données pour reconstituer fidèlement la cible. Le nombre de passes peut parfois monter jusqu'à plusieurs centaines, à partir de points de vue différents.

    Différents types de scanners tridimensionnels.

    Il existe deux grandes familles, les scanners avec contact et les scanners sans contact; les premiers vont entrer en contact avec leur cible et le sonderont ainsi, ils sont très précis mais sont limités à certains types de numérisation puisque ce contact peut, par exemple, détruire, altérer ou endommager leur sujet. En plus de ce premier désavantage ils sont lents par rapport aux autres scanners. Ils ne sont donc utilisés que sur des sujets qui ne sont ni uniques, ni fragiles et qui demandent une précision extrême. L'industrie mécanique est le principal demandeur de cette technologie, secondé par l'animation cinématographique.

    Les scanners sans contact fonctionnent grâce à des alternatives comme un faisceau laser pour le scanner par temps de vol, le scanner par triangulation et le scanner par décalage de phase, qui, pour simplifier calculent la longueur du faisceau pour déterminer l'emplacement de leurs points clefs. Ces trois types de scanner ont chacun leurs faiblesses et forces, le télémètre par temps de vol a une bien plus grande portée par exemple, pouvant atteindre une portée de plusieurs kilomètres, portée qu'ils échangent contre une précision moindre là où à l'opposé celui par triangulation a une excellente précision mais une portée plutôt faible. On choisit donc le scanner en fonction de ce que l'on veut scanner, le télémètre pour une grande sctructure et la triangulation pour un objet plus réduit.

    Il existe plus d'une dizaine de variantes les scanners sans contact, la plupart utilisant un laser mais d'une manière plus ou moins différente des autres, leur permettant d'être meilleurs dans certains cas très précis et donc demandés dans certains domaines.

    Utilisation des données scannées.

    Une fois le scan terminé le nuage de point peut être exploité, que ce soit en utilisant un algorithme, plus ou moins précis, pour reconstituer automatiquement les éléments manquants ou tout simplement en utilisant le nuage de point comme aide pour refaire une modèlisation 3d, comme si on utilisait photoshop ou illustrator pour refaire un dessin 2d scanné.

    Applications

    Les applications des scanners sont très nombreuses, allant, comme cités précédement, des films et des jeux vidéos à des domaines bien plus industriels et techniques et même des domaines culturels, la documentation technique de sites historiques, la création de plans pour des installations industrielles, des monuments ou des ponts par exemple. Du domaine purement artistique au purement industriel, en passant par l'architecture et la culture les scanners tridimensionnels sont très utilisés et dans des domaines très variés.