Skanery i skanowanie
Lata 40. XIX w. Pierwsze urządzenie, które można określić jako protoplastę faksu/skanera, zostało opracowane na początku lat czterdziestych XIX wieku przez szkockiego wynalazcę Alexandra Baina, który jest znany przede wszystkim jako wynalazca pierwszego zegara elektrycznego.
W dniu 27 maja 1843 r. Bain otrzymał patent brytyjski (№ 9745) na ulepszenia w wytwarzaniu i regulacji prądu elektrycznego oraz ulepszenia w czasomierzach, w druku elektrycznym i telegrafach sygnałowych, a następnie wprowadził pewne ulepszenia w kolejnym patencie, przyznanym w 1845 r.
W swoim opisie patentowym Bain twierdził, że za pomocą tych środków można wykonać kopię dowolnej innej powierzchni złożonej z materiałów przewodzących i nieprzewodzących. Jednak jego mechanizm odtwarzał obrazy o niskiej jakości i nie był urządzeniem opłacalnym w użytkowaniu, głównie dlatego, że nadajnik i odbiornik nigdy nie były rzeczywiście zsynchronizowane. Koncepcja faksu Baina została nieco ulepszona w 1848 r. przez angielskiego fizyka Fredericka Bakewella, ale urządzenie Bakewella (1) również dawało reprodukcje o niskiej jakości.
1861 Pierwszy działający w praktyce elektromechaniczny, komercyjnie wykorzystywany faks o nazwie "pantelegraf" (2) został wynaleziony przez włoskiego fizyka Giovanniego Casellego. W latach sześćdziesiątych XIX wieku pantelegraf był urządzeniem służącym do przesyłania pisma ręcznego, rysunków i podpisów za pośrednictwem linii telegraficznych. Był on powszechnie używany jako narzędzie weryfikacji podpisów w transakcjach bankowych.
Maszyna wykonana z żeliwa i wysoka na ponad dwa metry, dla nas dziś toporna, ale całkiem w swoim czasie skuteczna, działała w ten sposób, że nadawca pisał wiadomość na arkuszu cyny za pomocą nieprzewodzącego atramentu. Arkusz ten był następnie mocowany do zakrzywionej metalowej płyty. Rysik nadajnika skanował oryginalny dokument, przesuwając się po jego równoległych liniach (trzy linie na milimetr).
Sygnały były przenoszone telegraficznie do stacji, w której zaznaczano wiadomość tuszem w kolorze błękitu pruskiego, który powstawał w wyniku reakcji chemicznej, gdyż papier w urządzeniu odbiorczym był nasączony żelazocyjankiem potasu. Aby mieć pewność, że obie igły skanują dokładnie w tym samym tempie, konstruktorzy użyli dwóch niezwykle dokładnych zegarów, wprawiających w ruch wahadło, które z kolei było połączone z kołami zębatymi i pasami, które kontrolowały ruch igieł.
1913 Powstaje belinograf, który potrafił skanować obrazy za pomocą fotokomórki. Pomysł Édouarda Belina (3) pozwolił na transmisję przez linie telefoniczne i stał się podstawą techniczną dla usługi AT&T Wirephoto. Belinograf umożliwiał przesyłanie zdjęć do odległych miejsc za pośrednictwem sieci telegraficznych i telefonicznych.
W 1921 roku proces ten został udoskonalony tak, aby można było przesyłać zdjęcia również za pomocą fal radiowych. W przypadku belinografu wykorzystuje elektryczne urządzenie do pomiaru natężenia światła. Poziomy natężenia światła przekazywane są do odbiornika, gdzie źródło światła może odtworzyć natężenia, które zostały zmierzone przez nadajnik, odciskając je na papierze fotograficznym. Nowoczesne kserokopiarki wykorzystują bardzo podobną zasadę, przy czym światło jest przechwytywane przez czujniki sterowane komputerowo, a odcisk oparty na technologii laserowej.
1914 Korzenie technik OCR (ang. optical character recognition), służących do rozpoznawania znaków i całych tekstów w pliku graficznym, o postaci rastrowej, sięgają roku rozpoczęcia I wojny światowej. Wtedy to Emanuel Goldberg i Edmund Fournier d’Albe opracowali, niezależnie od siebie, pierwsze urządzenia OCR.
Goldberg wynalazł maszynę zdolną do odczytywania znaków i przekształcania ich w kod telegraficzny. Tymczasem d’Albe stworzył urządzenie znane jako optophone. Był to ręczny skaner, który można było przesuwać po stronie z wydrukowanym tekstem, wytwarzając różne i odrębne tony, z których każdy odpowiadał konkretnemu znakowi lub literze. Technika OCR, choć rozwijała się przez dekady, co do zasady działa podobnie do tych pierwszych urządzeń.
1924 Richard H. Ranger wynajduje bezprzewodowy fotoradiogram (4). Przesyła za jego pomocą zdjęcie prezydenta Calvina Coolidge’a z Nowego Jorku do Londynu w 1924 r., co było pierwszym zdjęciem przesłanym faksem drogą radiową. W 1926 roku wynalazek Rangera został wykorzystany komercyjnie i do dziś jest używany do przesyłania map pogodowych i innych informacji o pogodzie.
1950 Opracowanie przez Benedicta Cassena medycznego skanera prostoliniowego zostało poprzedzone udanym projektem kierunkowego detektora scyntylacyjnego. W 1950 roku Cassen zmontował pierwszy zautomatyzowany system skanujący, który składał się z napędzanego silnikiem detektora scyntylacyjnego połączonego z drukarką przekaźnikową.
Skaner ten służył do obrazowania tarczycy po podaniu radiojodu. W 1956 r. Kuhl i jego współpracownicy opracowali przystawkę fotograficzną do skanera Cassena, która poprawiła jego czułość i rozdzielczość. Wraz z opracowaniem radiofarmaceutyków specyficznych dla poszczególnych narządów, komercyjny model tego systemu był powszechnie stosowany od końca lat 50. do początku lat 70. do skanowania głównych narządów ciała.
1957 Powstaje skaner bębnowy, pierwszy opracowany do pracy z komputerem wykonywania cyfrowych skanów. Został on zbudowany w amerykańskim Narodowym Biurze Standardów przez zespół pod kierownictwem Russella A. Kirscha, pracujący nad pierwszym amerykańskim komputerem wewnętrznie programowalnym (zapisywanym w pamięci), Standards Eastern Automatic Computer (SEAC), który miał umożliwić grupie Kirscha eksperymentowanie z algorytmami, będących prekursorami dziedziny przetwarzania obrazów i rozpoznawania wzorców obrazów.
Russellowi Kirschowi przyszło do głowy, że komputer ogólnego przeznaczenia może być użyty do symulowania wielu logik rozpoznawania znaków, które były proponowane do skonstruowania w sprzęcie. Wymagałoby to urządzenia wejściowego, które mogłoby przekształcać obraz w formę odpowiednią do przechowywania w pamięci komputera. I tak narodził się cyfrowy skaner.
Skaner SEAC wykorzystywał obracający się bęben i fotopowielacz do wykrywania odbić od małego obrazu zamontowanego na bębnie. Maska umieszczona pomiędzy obrazem a fotopowielaczem teselowała, czyli dzieliła obraz na siatkę wielokątów. Pierwszym obrazem zeskanowanym na skanerze było zdjęcie o wymiarach 5×5 cm trzymiesięcznego wówczas syna Kirscha, Waldena (5). Czarno-biały obraz miał rozdzielczość 176 pikseli na stronę.
Lata 60.–90. XX w. Pierwsza technologia skanowania 3D powstała w latach 60. ubiegłego wieku. Wczesne skanery wykorzystywały światło, kamery i projektory. Ze względu na ograniczenia sprzętu dokładne zeskanowanie obiektów często wymagało dużo czasu i wysiłku. Po 1985 roku zostały one zastąpione skanerami, które mogły wykorzystywać światło białe, lasery i cieniowanie do uchwycenia danej powierzchni. Naziemny skaning laserowy średniego zasięgu (TLS) został opracowany na podstawie zastosowań w programach kosmicznych i obronnych.
Głównym źródłem finansowania dla tych zaawansowanych projektów były amerykańskie agencje rządowe, takie jak Defense Advanced Research Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Trwało to do lat 90., aż do czasu, gdy technologia ta została uznana za wartościowe narzędzie do zastosowań przemysłowych i komercyjnych. Przełomem, jeśli chodzi o wprowadzenia komercyjnego laserowego skanowania 3D (6), było pojawienie się systemów TLS opartych na triangulacji. Rewolucyjne urządzenie zostało zbudowane przez Xin Chena dla firmy Mensi założonej w 1987 roku przez Auguste’a D’Aligny i Michela Paramythiotiego.
1963 Niemiecki wynalazca Rudolf Hell prezentuje kolejną przełomową innowację, chromagraf, opisywaną w opracowaniach jako "pierwszy skaner w historii" (choć chyba należy to rozumieć jako pierwsze komercyjne urządzenie tego typu w przemyśle poligraficznym). W 1965 roku wynalazł do kompletu pierwszy system elektronicznego składu z cyfrową pamięcią (zestaw komputerowy), który zrewolucjonizował poligrafię na całym świecie. W tym samym roku został zaprezentowany pierwszy "cyfrowy zecer" - Digiset. Komercyjny skaner Rudolfa Hella model DC 300 z 1971 roku nazywany jest przełomem w dziedzinie skanerów na światową skalę.
1974 Początek urządzeń OCR, jakie znamy dzisiaj. Powstała wówczas firma Kurzweil Computer Products, Inc. Znany później jako futurysta i propagator "technologicznej osobliwości", Ray Kurzweil, wymyślił dla techniki skanowania i rozpoznawania znaków oraz symboli rewolucyjne zastosowanie. Jego pomysł polegał na stworzeniu maszyny do czytania dla niewidomych, takiej, która pozwalałaby osobom niedowidzącym na czytanie książek przez komputer.
Ray Kurzweil i jego zespół stworzyli Kurzweil Reading Machine (7) oraz oprogramowanie Omni-Font OCR Technology. Oprogramowanie to służy do rozpoznawania tekstu znajdującego się na skanowanym obiekcie i tłumaczenia go na dane w formie tekstowej. Jego wysiłki doprowadziły do powstania dwu technik, które miały później i mają do dziś ogromne znaczenie. Mowa o syntezatorze mowy i skanerze płaskim.
Skaner płaski Kurzweila z lat 70. miał nie więcej niż 64 kilobajty pamięci. Z czasem inżynierowie poprawili rozdzielczość skanera i pojemność pamięci, umożliwiając tym urządzeniom zapisywanie obrazów o rozdzielczości nawet 9600 dpi. Skanowanie optyczne obrazów, tekstu, dokumentów pisanych ręcznie lub przedmiotów i przekształcanie ich w obraz cyfrowy stało się powszechnie dostępne na początku lat 90.
W XXI wieku skanery płaskie stały się niedrogimi i niezawodnymi elementami wyposażenia najpierw biur, a potem domów (najczęściej w postaci zintegrowanej z faksami, kserokopiarkami i drukarkami). Czasami nazywane skanowaniem refleksyjnym, działa przez oświetlanie białym światłem obiektu skanowanego i odczyt intensywności i barwy światła, które jest od niego odbijane. Przeznaczone do skanowania odbitek lub innych płaskich, nieprzezroczystych materiałów, mają regulowaną górną część, co oznacza, że z łatwością mieszczą większe książki, czasopisma itp. Niegdyś on obrazy o przeciętnej jakości, obecnie wiele skanerów płaskich tworzy kopie o rozdzielczości do 5400 pikseli na cal.
1994 Firma 3D Scanners wprowadza na rynek rozwiązanie o nazwie REPLICA. System ten pozwalał na szybkie, wysoce dokładne skanowanie obiektów przy zachowaniu dużej szczegółowości odwzorowania. Dwa lata później ta sama firma zaproponowała technikę ModelMaker (8), reklamowaną jako pierwsza tak dokładna technika "przechwytywania rzeczywistych trójwymiarowych obiektów".
2013 Apple dołącza skanery odcisków palców Touch ID (9) do produkowanych przez siebie smartfonów. System jest w dużym stopniu zintegrowany z urządzeniami działającymi na iOS, umożliwiając użytkownikom odblokowanie urządzenia, a także dokonywanie zakupów w różnych cyfrowych sklepach Apple (iTunes Store, App Store, iBookstore) oraz uwierzytelnianie płatności Apple Pay. W 2016 r. na rynek wchodzi aparat Samsung Galaxy Note 7 wyposażony nie tylko w skaner odcisków palców, ale również w skaner tęczówki oka.
Klasyfikacja skanerów
Skaner to urządzenie służące do przebiegowego odczytywania: obrazu, kodu paskowego lub magnetycznego, fal radiowych itp. do formy elektronicznej (najczęściej cyfrowej). Skaner przeszukuje kolejne pasma informacji, odczytując je lub rejestrując.
Nie jest to więc zwykły czytnik, a czytnik krokowy (np. skaner obrazu nie rejestruje całego obrazu w jednej chwili jak aparat fotograficzny, a zamiast tego rejestruje kolejne linie obrazu – dlatego głowica czytająca skanera przesuwa się lub skanowane medium pod nią).
Skaner optyczny
Skaner optyczny w komputerach to peryferyjne urządzenie wejściowe umożliwiające przetworzenie statycznego obrazu rzeczywistego obiektu (np. kartka, powierzchnia ziemi, siatkówka ludzkiego oka) do postaci cyfrowej w celu dalszej obróbki komputerowej. Plik komputerowy powstający w wyniku skanowania jakiegoś obrazu nosi nazwę skan. Skanery optyczne stosuje się w celu przygotowania do obróbki graficznej obrazu (DTP), rozpoznawania pisma, w systemach zabezpieczeń i kontroli dostępu, archiwizacji dokumentów i zbiorów starodruków, badaniach naukowych, medycznych itd.
Rodzaje skanerów optycznych:
- skaner ręczny
- skaner płaski
- skaner bębnowy
- skaner do slajdów
- skaner do filmów
- skaner kodów kreskowych
- skaner 3D (przestrzenny)
- skaner książek
- skaner lustrzany
- skaner pryzmatowy
- skaner światłowodowy
Magnetyczny
Czytniki te mają głowice odczytujące informację zapisaną zwykle na pasku magnetycznym. W ten sposób są zapisane informacje np. na większości kart płatniczych.
Cyfrowy
Czytnik odczytuje informacje zapisane w obiekcie poprzez bezpośredni styk z układem w obiekcie. W ten sposób jest między innymi realizowana autoryzacja użytkownika komputera za pomocą karty cyfrowej.
Radiowy
Czytnik drogą radiową (RFID) odczytuje informacje zapisane w obiekcie. Zwykle zasięg takiego czytnika wynosi kilka do kilkunastu centymetrów, choć popularne są także czytniki o zasięgu kilkudziesięciu centymetrów. Ze względu na wygodę użytkowania coraz częściej zastępują rozwiązania oparte na czytnikach magnetycznych np. w systemach kontroli dostępu.
M. U.
