Hoe werkt een scanner

De geschiedenis van het scannen gaat ver terug. Technici slaagden er al in 1902 in om een afbeelding volgens een foto-elektrische methode te scannen, te verzenden en ontvangen. Pas in de jaren zestig van de vorige eeuw kwam de ontwikkeling van de scanner in een stroomversnelling.

De foto’s die toen vanuit Russische en Amerikaanse raketten werden gemaakt, waren van niet al te beste kwaliteit, dus ontstond de behoefte aan technieken om de kwaliteit te verhogen. Gedigitaliseerde beelden kunnen veel eenvoudiger worden verbeterd, dus stortten technici zich massaal op de ontwikkeling van apparaten die afbeeldingen konden digitaliseren. Van daaruit kwam deze technologie terecht in de grafische industrie, en weer aantal jaar later onder bereik van consumenten.

Resolutie

Het digitaliseren van een afbeelding in een scanner is onder te verdelen in twee stappen waarin de grootte van de resolutie en de kleurdiepte worden vastgelegd. Een scanner verdeelt de originele afbeelding in een matrix van cellen. Hoe meer cellen er in de rijen en kolommen van deze matrix passen, des te hoger de resolutie waarmee de scanner zijn werk kan doen. De resolutie wordt bepaald door de hoeveelheid cellen die in één inch zijn gepropt. Bij een extreem lage resolutie is de dichtheid van de matrix zo gering dat de individuele cellen bij wijze van spreken met het blote oog zijn waar te nemen. Moderne scanners werken echter met zodanig hoge resoluties dat de matrix van cellen niet meer zichtbaar is voor het menselijk oog.

scanner_01
Afbeelding 1
CCD-eenheid

Scanners maken gebruik van zogenaamde CCD-eenheden om het origineel af te tasten. Er zijn scanners die gebruikmaken van een CCD die op zichzelf al een matrix is, net zoals digitale camera’s foto’s schieten. De resolutie ligt dan vast en wordt bepaald door het aantal rijen en kolommen per centimeter. Veel scanners maken echter gebruik van een rij van fotocellen die langzaam onder het origineel door loopt. De verticale resolutie ligt in dit geval vast en wordt bepaald door het aantal cellen in de kolom, terwijl de horizontale resolutie wordt bepaald door het aantal keer dat de fotocellen per centimeter het beeld vastleggen. De scanner moet de fotocellen daarvoor zeer nauwkeurig onder het origineel kunnen doorvoeren: een bescheiden horizontale resolutie van 600 dpi betekent namelijk dat er 600/2,54 = 236 keer per centimeter wordt gescand. De scanner moet dus in staat zijn om stapjes van 1/236 = 0,04 millimeter te maken en te onthouden welke beeldinformatie op ieder van deze minuscule delen was te vinden.

Grijswaarden

De lichtgevoelige cellen in de scanner kunnen slechts grijswaarden waarnemen, terwijl het de bedoeling van een scan is om de kleuren van het origineel vast te leggen. Dit probleem is op te lossen door kleurfilters over de cellen heen te leggen die respectievelijk rode, groene en blauwe tinten doorlaten. Maakt de scanner gebruik van een matrix van cellen, dan worden deze filters daar in een patroon overheen gelegd. De overige scanners hebben meestal drie rijen van cellen voor de verschillende kleuren die onder het origineel door lopen. De scanner houdt voor iedere plek op het origineel bij welke waarde voor rood, groen en blauw werd gemeten en combineert deze waarden later voor de werkelijke kleur.

scanner_02
Afbeelding 2
Kleurdiepte

De meting van de kleuren levert een analoog signaal op, dat dus moet worden omgezet in digitale waarden. De mate waarin een scanner in staat is om kleurnuances om te zetten in digitale equivalenten wordt de kleurdiepte genoemd, die wordt uitgedrukt in bits. Een bit kan aan staan (= 1) of uit (= 0), het principe van digitale informatie. Een onderscheidend vermogen van 1 bit betekent dus dat een kleur er op een bepaalde plek aanwezig is of niet. Dit is dus een zeer geringe kleurdiepte. Een kleurdiepte van 8 bit betekent dat acht bits in alle mogelijke combinaties aan of uit kunnen staan, wat twee tot de macht acht = 256 verschillende grijswaarden oplevert. Een scanner meet op iedere plek uit de matrix op welke waarde rood, groen en blauw het origineel heeft. Een scanner die in staat is om per kleur 256 tinten vast te leggen, kan daarmee 256 x 256 x 256 = 16,7 miljoen verschillende kleuren onderscheiden. Dit noemt men een 24-bit kleurdiepte of ‘ware kleuren’.

scanner_03
Afbeelding 3
Ruis

De maximale resolutie en kleurdiepte zijn belangrijke factoren voor de kwaliteit van de scanner, maar niet de enige. De kwaliteit wordt eveneens beïnvloed door de mate waarin een scanner subtiele verschillen in de helderheid van de kleuren kan onderscheiden. Film kan dit erg goed en CCD’s een heel stuk minder. De belichtingsomstandigheden in het binnenste van de scanner moeten daarom erg goed worden gecontroleerd, anders raken details in de lichte en schaduwpartijen verloren. De informatie die de lichtgevoelige cellen in de scanner vastleggen, bestaat voor een deel uit data over de kleur en een deel ruis, dat zichtbaar wordt als willekeurige variaties in helderheid of kleur. De verhouding tussen het signaal en de ruis moet hoog zijn, anders wordt het origineel niet goed vastgelegd.

scanner_04
Afbeelding 4
Artefacten

Een laatste kwaliteitsbepalende factor zijn de zogenaamde artefacten. Deze kunnen ontstaan bij een te lage scanresolutie ten opzichte van de mate waarin de lichtintensiteit in bepaalde gebieden van het origineel verandert. Scannen van menselijk haar bijvoorbeeld vereist een hoge scanresolutie omdat de intensiteit heel vaak verandert op een kleine afstand. Kiest de operator een te geringe scanresolutie, dan kan op één cel in de matrix zowel een lichte als een donkere tint vallen. Dit kan resulteren in ongewenste patronen die door het menselijk ook zijn waar te nemen, zoals moiré.

Scroll Up

Pin It on Pinterest