1.2.9. Сканування об'ємних предметів

Техніка сканування об'ємних предметів завжди активно обговорювалася в кругах «просунутих» комп'ютерних користувачів. Спочатку це було захопленням небагатьох ентузіастів, яке виглядало з боку частково маргінальним заняттям. Накопичувалася техніка об'ємного сканування, відпрацьовувалися її прийоми, деякі з яких з часом дозріли до рівня повноцінних комерційних продуктів. Деякі стійкі прихильники цієї технології вважають її самостійним напрямом в інформатиці, яка має серйозні застосування в картографії, геодезії, будівництві і ін. Для її назви запропонований дуже звучний термін- ськанографія, а результати сканування об'ємних предметів іноді називають ськанограммамі. Зараз у зв'язку з широким розповсюдженням і доступністю цифрових апаратів тема втратила свою актуальність, але існують ситуації, коли використання планшетного сканера в ролі знімального апарату виявляється цілком виправданим рішенням.
У яких випадках зйомка реальних об'єктів дає кращі результати в порівнянні з скануванням їх зображень? Успіх підприємства залежить від технічних характеристик сканера і властивостей оброблюваного оригіналу. По-перше, абсолютно не підходять для цієї роботи сканери, що використовують приймальні елементи типу CIS (Contact Image Sensor). У цих приладах, що набули широкого поширення останнім часом, застосовується спрощена схема обробки світлового потоку без лінзи, системи дзеркал, призми і ін. Відбитий від оригіналу потік світла відразу потрапляє на лінійку світлочутливих датчиків, яка розташовується дуже близько до оригіналу. Спрощена схема обробки сигналу дозволила понизити ціну і габарити пристроїв цього класу. Цим і обмежуються переваги CIS-сканеров. Прилади мають дуже маленьку глибину різкості; вони дають некоректні результати навіть при оцифруванні оригіналів на пом'ятому папері або зображень, надрукованих на дуже щільному фотопапері. Для успішної обробки тривимірного оригіналу слід використовувати сканери, побудовані за традиційною технологією CCD (Charge Coupled Device), принцип дії яких описаний на самому початку цього розділу.
Багато виробників скануючого устаткування не розкривають інформацію про технологію оцифрування, яке використовується в конкретних марках устаткування. Часто про це можна судити тільки по деяких недостовірних вторинних ознаках. До таких належать ціна приладу і товщина корпусу. Сканери, що використовують CIS-технологию, відрізняються невисокими цінами і дуже тонким корпусом. Точна відповідь на це питання може дати пробне сканування. Глибина різкості CIS-сканеров обчислюється декількома міліметрами. Вони не здатні дати чіткий знімок предметів, габарити яких порівнянні, скажімо, з розмірами звичайної монети.
Якщо принцип дії всіх CCD-сканеров співпадає, то їх технічний пристрій може значно розрізнятися. Розташування і властивості джерела світла, оптичні параметри призми, геометричні характеристики системи дзеркал - все це вносить тонкі відмінності до результатів обробки тривимірних об'єктів. З цієї причини в ськанографії отримано дуже мало результатів і рекомендацій, що мають загальне значення. За винятком декількох елементарних технічних прийомів, тут приватне переважає над загальним. Фундаментом будь-якого успішного результату є експерименти з розташуванням оригіналу, вибором параметрів сканування і розстановкою додаткових джерел світла.
Найжорсткіші і очевидніші обмеження накладають розміри робочої зони сканера. Зрозуміло, що немає шансів на успіх у об'єктів з великими габаритами. На відміну від цифрових камер, всі сканери (що навіть володіють досконалою оптичною системою) мають дуже невелику глибину різкості. З цієї причини не можуть бути оброблені об'єкти з розвиненим третім вимірюванням. Чим менше предмет і чим ближче його форма до площини, тим більше висока якість матиме його ськанограмма. Прозорість і розподіл відблисків роблять значний вплив на підсумковий результат.
Важко назвати всі випадки успішного застосування сканера в ролі знімальної камери. Ніякий, навіть щонайдовший список не може бути вичерпним. У перелік вдалих випадків, підтверджених в декількох експериментах, входять монети, медалі, ордени, ювелірні прикраси невеликого розміру, мазкі, поштові листівки, зразки рослин для включення в гербарій, матеріали для створення фонів і текстур, малогабаритні компоненти електронних приладів і тому подібне В мережі можна зустріти описи успішних прикладів оцифрування натюрмортів, які викладаються безпосередньо на склі сканера. Відомі приклади отримання автопортретів і зняття відбитків пальців. Результативність таких методик сьогохвилинна; вона залежить від мистецтва оператора і часто невідтворна іншими користувачами в умовах, що відрізняються від оригінальних.
Існують розвиненіші авторські методики об'ємного сканування (див., наприклад, www.scaner.ru). У них для генерації ськанограмми високої якості потрібно отримати декілька знімків об'єкту з різних позицій. Причому зйомка проводиться при освітленні об'єкту спеціальними джерелами світла, розстановка яких виконується по складних правилах. Отримані результати обробляються програмою, яка генерує об'ємне зображення. Це складні методики, що вимагають спеціального технічного оснащення і придбання додаткового програмного забезпечення. По цих причинах вони не можуть бути масовими. Автори позиціонують їх як закінчені промислові технології і пропонують у вигляді комерційного продукту.
Приведемо декілька загальних рекомендацій, придатних в більшості випадків, коли потрібно отримати якісний цифровий образ тривимірного об'єкту.

•  Перед скануванням фізичного об'єкту потрібно ретельно очистити поверхню скла. Оскільки оцифрування дрібних предметів вимагає завдання високих значень дозволу, то навіть найдрібніше забруднення буде захоплено сканером, що внесе додаткові перешкоди до результуючого образу.
•  Практика сканування тривимірних об'єктів поки не дає підстав для формулювання чітких рекомендацій по вибору параметрів оцифрування. Для отримання добрих результатів в більшості випадків доведеться провести декілька пробних сеансів оцифрування з різним положенням об'єкту і значеннями дозволу.
•  Сеанс сканування бажано проводити в затемненому приміщенні. В результаті на зображенні об'єкт буде оточений рівномірним темним фоном, який легко коректується або віддаляється. Якщо виконати цю умову неможливо, то, принаймні, слід виключити дію на об'єкт направлених джерел світла.
•  Якщо габарити об'єкту виключають використання кришки сканера, то об'єкт слід накрити щільною тканиною з матеріалу, що не відображає. На результати обробки впливають колір матеріалу, його щільність, малюнок волокон і ін. Це ще одна причина для проведення пробних сеансів обробки з різними кандидатами на роль кришки сканера.
• Проблеми особливої властивості виникають при обробці блискучих предметів, наприклад монет або ювелірних об'єктів. В цьому випадку доводиться враховувати розташування предмету і напрям руху джерела світла, оскільки від цього залежить розподіл відблисків і тіней на оцифрованому зображенні. Сканування предметів з металу часто приводить до появи на зображенні веселкового узору. Дуже важко запропонувати такі підготовчі заходи, які на стадії скануванню гарантовано запобігали виникнення цього дефекту. Видалення веселки краще виконувати засобами растрового редактора. Добрі результати дає зменшення насиченості дефектних областей за допомогою команди Hue/saturation.
• Результати сканування реальних об'єктів майже завжди потребують додаткової обробки засобами растрового редактора. Об'єм цієї обробки залежить від типу оброблюваного об'єкту, але майже завжди доводиться виконувати очищення фону і настройку тонового і колірного балансу.