Scanner (Datenerfassung)

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Zwei Flachbettscanner

Modernes Spiral-CT-Gerät

Ein Scanner (von engl. to scan = abtasten, untersuchen) ist ein Datenerfassungsgerät, welches ein Objekt auf eine systematische, regelmäßige Weise abtastet oder vermisst.

Seine Hauptidee ist es, mit relativ begrenzten Messinstrumenten, durch eine Vielzahl von Einzelmessungen ein Gesamtbild des Objekts zu erzeugen.

Im Scanner werden die analogen Daten der physikalischen Vorlage mit Hilfe von Sensoren aufgenommen und anschließend mit A/D-Wandlern in digitale Form übersetzt. So können sie z. B. mit Computern verarbeitet, analysiert oder visualisiert werden.

Erfunden wurde der Scanner 1951 von Rudolf Hell in Form eines Klischographen.

[Bearbeiten] Verschiedene Scannertypen

Buchscanner
Diascanner
Filmscanner
Dokumentenscanner
Durchlichtscanner
Flachbettscanner
Großformat-Scanner
Handscanner
Laserscanner
Trommelscanner
Scanner für Anwendungen in der Photogrammetrie wie Réseauscanner
Medizinische Scanner wie in der Computertomografie oder PET, aber auch Röntgenbildscanner

[Bearbeiten] Abtastverfahren

Es können drei Abtastverfahren für Scanner unterschieden werden: Die punktweise Abtastung mit einem Einzelsensor, die Abtastung mit einem Zeilensensor und der Flächensensor. Scanner mit Punkt- oder Zeilensensor kann man danach klassifizieren, ob sich der Sensor oder das abzutastende Objekt translatorisch oder rotatorisch bewegen.

Bei der Abtastung mit einem Flächensensor kann der Sensor bewegt oder unbewegt sein.

Weiterhin kann unterschieden werden, ob die drei Farbfilter (RGB) nebeneinander (parallel) oder hintereinander (seriell) angeordnet sind.

Für eine Digitalkamera z. B. benutzt man einen Flächensensor mit drei Filtern parallel. Ein Zeilensensor oder gar Einzelsensor wäre nur möglich, wenn sich die Kamera und die zu erfassenden Objekte in absolutem Stillstand befinden würden.

[Bearbeiten] Scannereigenschaften

Die Qualität eines Scanners ist je nach Einsatzzweck abhängig von:

Abtastauflösung auch Abtastfrequenz oder Ortsfrequenz
Rasterfrequenz
Ausgabefrequenz (Ausgabeauflösung)
Dichteumfang (Dynamik)
Tonwertumfang (Graustufen)
Farbtiefe
Scan-Geschwindigkeit

Einfache Scanner mit Einzelblatteinzug verarbeiten ca. zehn Seiten pro Minute. Hochleistungsscanner mit einer Mechanik zum Umblättern erfassen pro Minute 40 Seiten eines Buches.

[Bearbeiten] Qualitätsmerkmale

Die Qualität von Scannern kann häufig mittels eines sogenannten Hohlraum-Effekts (englisch cavity effect) abgeschätzt werden. Dabei werden Würfel aus schwarzer Pappe mit circa zehn Zentimetern Kantenlänge und einem Loch von circa fünf Millimetern Durchmesser auf der Lochseite gescannt. Die Lochseite kann dadurch modifiziert werden, dass sie außen aus weißer Pappe besteht. Das Loch stellt näherungsweise einen Hohlraumstrahler dar, der praktisch kein sichtbares Licht emittiert. Im Scan dürfte daher an der Stelle des Loches kein Signal vorhanden sein.

In der Praxis treten jedoch dennoch Signale auf, die im wesentlichen zwei Ursachen haben:

Letzteres kommt dadurch zustande, dass Licht aus der Umgebung des Loches in den Bildwandler des Scanners gestreut wird und stellt den Hohlraum-Effekt dar. Das Rauschen ist im wesentlichen ortsunabhängig und hat daher einen konstanten Pegel.

Die folgenden acht Beispielbilder illustrieren diese Effekte. Die ersten vier stellen Originalmessungen dar, wohingegen die nächsten vier Bilder mit einer Gammakorrektur versehen sind $γ = 0,1$ . Auf der linken Seite ist jeweils ein guter Scan und auf der rechten Seite ein schlechter Scan dargestellt. Die oberen Bilder zeigen einen gelochten Würfel vollständig aus schwarzer Pappe und die unteren einen mit einer weißen gelochten Außenfläche.

Guter Scan mit $γ = 1$	Schlechter Scan mit $γ = 1$
Schwarze Pappe	Schwarze Pappe
Weiße Pappe	Weiße Pappe

Guter Scan mit $γ = 0,1$	Schlechter Scan mit $γ = 0,1$
Schwarze Pappe	Schwarze Pappe
Weiße Pappe	Weiße Pappe

In den unteren beiden rechten Bildern sind deutliche Bildfehler zu erkennen. Im oberen rechten Bild, das mit schwarzer Pappe gescannt worden ist, ist im Loch deutlich das Bildrauschen zu erkennen. Im unteren rechten Bild ist dieses Rauschen in der Bildmitte noch erkennbar, wird aber durch Falschlicht überstrahlt, das zur Lochmitte hin schwächer wird.