عمان- الغد- يستخدم الماسح الضوئي (Scanner) في إدخال صور ورسومات إلى الحاسوب، حيث يحولها من طبيعتها الرسومية إلى صورة رقمية Digital، حتى تلائم طبيعة الحاسوب، وحتى يسهل تخزينها داخله في ملف واستدعاؤها وقت الحاجة إليها. ويشبه الماسح الضوئي في عمله ناسخ المستندات Photocopier. والشكل التالي يوضح الأجزاء الداخلية للماسح الضوئي.
كيفية عمله
1 - توضع الورقة أو الصورة المراد إدخالها إلى الحاسوب على الزجاج العلوي للماسح.
2 - يرسل الحاسوب إشارات إلى لوحة تحكم Logic Board الماسح، تتضمن معلومات عن كيفية عمل المحرك وسرعته.
3 - تقوم لوحة التحكم بتجهيز ووضع وحدة المسح Scanning Unit في وضع استعداد لبدء عملية المسح.
4 - تتحرك وحدة المسح على طول الصورة المراد مسحها بسرعة تحددها لوحة التحكم.
5 - عند تحرك وحدة المسح، نجد أن مصدر الضوء الموجود بالماسح، يقوم بإضاءة الصورة المراد مسحها من أسفل.
6 - يصطدم مصدر الضوء بالصورة ثم ينعكس إلى عدسة الماسح Lens، من خلال مجموعة من المرايا.
7 - يمر الضوء من خلال عدسات الماسح، ويصل إلى أعضاء إحساس وحدة الشحن الثنائي CCD.
8 - تقوم أعضاء إحساس وحدة الشحن الثنائي CCD بقياس كمية الضوء المنعكس على الصورة وتحوله إلى فولت تماثلي Analogue.
9 - ثم يتغير هذا الفولت إلى قيم رقمية بواسطة محول.
10 - يتم إرسال الإشارات الرقمية Digital Signals من أعضاء وحدة الشحن الثنائي إلى لوحة التحكم ثم نقلها إلى الحاسوب مرة أخرى.
وتختلف الماسحات الضوئية عن بعضها بحسب:
- ميز (استبانة) الصورة وتقاس بعدد النقاط في البوصة المربعة.
- أنواعها (التفصيل أدناه).
- السرعة؛ أي عدد الصفحات المقروءة في الدقيقة.
- نوع التوصيل أو المنفذ.
أنواع أجهزة المواسح الضوئية
- أجهزة المسح المسطحة: أسلوب CCD؛ أي نظام المسح الثنائي Charged Coupled Devices، وتقوم بتحويل الضوء الساقط عليها والمنعكس من الصورة المراد مسحها إلى معلومات رقمية Digital، تتم تغذية الحاسوب بها، فتظهر على شاشة الحاسوب دليلا على إدخالها إليه. وتحتاج هذه الأجهزة إلى زمن تعريض أكثر للضوء، لكي تقوم بجمع أكبر عدد ممكن من الفوتونات الضوئية Photons الساقطة عليها، حتى تستطيع قياسها وقراءتها.
- أما أجهزة المسح الأسطوانية: فتستخدم أسلوب أنابيب مضاعفة الضوء Photo-Multiplier Tubes P.M.T. ويتميز هذا الأسلوب بتسجيل التفاصيل الدقيقة بجودة عالية، حيث يقوم بمضاعفة الضوء الساقط على الصورة المراد مسحها بشكل يمكن معه قياسها بسهولة، وبالتالي، فإن زمن التعريض يكون قصيراً مقارنة بأجهزة المسح المسطحة. وتشبه تلك الأجهزة في طريقة عملها أجهزة المسح المسطح، إلا أن الفرق بينهما هو في أسلوب العمل وطريقة مسح الصورة وإدخالها، حيث يتم لف الصورة المراد مسحها داخل الماسح، بواسطة أسطوانة تشبه أسطوانة الطابعة.
- أجهزة المسح اليدوية: هي ماسح يحمل باليد، ويستخدم في مسح وإدخال الصورة إلى الحاسوب عن طريق المرور عليها بطريقة الانزلاق، وهو يستخدم في إدخال الصور ذات الحجم الصغير.
وتأتي أهمية الماسحات الضوئية في تمكين المستخدمين من تحويل الوثائق والصور إلى ملفات يتعامل معها الكمبيوتر، لتتم معالجتها وحفظها وطباعتها أو نشرها على الإنترنت، وتعد الماسحات الضوئية من الأجهزة التي تحول المعلومات التناظرية analog إلى رقمية digital.
وسنقدم هنا فكرة عمل الماسحات الضوئية المسطحة، ويمكن تعميم هذا الشرح على الأنواع الأخرى.
كيف يعمل الماسح الضوئي؟
يشكل جهاز الماسح الضوئي (scanner) أحد الملحقات الضرورية للحاسوب، ويعد من الأجهزة المهمة في الأعمال المكتبية خلال السنوات القليلة الماضية. وتكنولوجيا المسح الضوئي انتشرت في كل مكان، وتستخدم الآن بطرق عدة؛ ومن أجهزة الماسحات الضوئية:
1 - الماسح الضوئي المسطح Flatbed scanners، وهذا النوع الأكثر استخداماً، ويعمل من خلال تثبيت الورقة المراد تغذيتها للحاسوب داخل الماسح، وتبقى ثابتة مكانها، ويمسح ضوء الماسح الورقة، وسنركز على هذا النوع في الشرح.
2 - الماسح الضوئي ذو التغذية اليدوية Sheet-fed scanners، وهو يعمل من خلال سحب الورقة داخل الماسح، لتتعرض لمصدر ضوئي ثابت، وتتميز بصغر حجمها، وتستخدم مع الكمبيوترات المحمولة.
3 - الماسح الضوئي اليدوي Handheld scanners، وهو الأصغر حجما، ويقوم بالمسح بطريقة يدوية. هذا النوع من الماسحات لا يعطي صورة عالية الجودة مثل تلك التي توفرها الماسحات المسطحة، إلا أنه قد يكون ذا جدوى في المسح السريع للنصوص.
4 - الماسح الضوئي الأسطواني Drum scanners، يستخدم في مؤسسات النشر، وتفوق دقته كل الأنواع السابقة الذكر، وتختلف فكرة عمله عن الماسحات الضوئية، حيث تثبت الورقة على أسطوانة زجاجية، ويسطع ضوء من داخل الأسطوانة، ليضيء الورقة، ويقوم جهاز حساس للضوء يسمى أنبوبة تكبير الفوتونات photomultiplier tube، ويرمز له PMT، ليحول الضوء المنعكس إلى تيار كهربي.
مكونات الماسح الضوئي
أي جهاز ماسح ضوئي لا بد أن يشتمل على المكونات الرئيسية التالية:
- جهاز مزدوج الشحنة Charge-coupled device (CCD).
- مرايا.
- رأس المسح.
- لوح زجاجي.
- مصباح.
- عدسات.
- غطاء.
- فلاتر (مرشحات).
- موتور ذو خطوات.
- حزام.
- لوح تثبيت.
- منافذ توصيل.
- دائرة تحكم.
الجهاز مزدوج الشحنة (CCD)
هو شريحة إلكترونية مستخدمة من زمن يصل إلى عشرين عاما، وتسمى أحيانا بالعين الإلكترونية، وكانت تستخدم في الإنسان الآلي وفي المراصد الفلكية، وكذلك في كاميرات تصوير الفيديو، وحديثا تم استخدامها في كاميرا التصوير الفوتوغرافي، لتصبح الكاميرا معروفة باسم الكاميرا الرقمية.
تتكون الـCCD من شريحة مربعة طول ضلعها لا يزيد على 3 سم، هذه الشريحة تحتوي على مجسات ضوئية (الديود) من مواد أشباه موصلة (Semiconductors)، مرتبة على شكل صفوف متوازية. عندما تتكون الصورة على هذه الدايودات، يتم تحرير شحنة كهربية من الدايود، يتناسب مع كمية الضوء، فكلما كان الضوء الساقط على الدايود كبيرا، كانت الشحنة المتحررة كبيرة. تعمل الشحنة الكهربية المتحررة على تفريغ مكثف مشحون متصل مع كل دايود. تتم إعادة شحن هذه المكثفات من خلال تيار يعمل على مسح كل المكثفات، ويقوم ميكروبروسسور باحتساب قيمة الشحنة التي أعيدت إلى المكثف، ليتم تخزين قيمة عددية لكل ديود في الذاكرة المثبتة بالكاميرا. تحتوي على معلومات عن موضع الدايود وشدة الضوء الذي سقط عليه ليتم في النهاية تكوين صورة رقمية للجسم الذي تم التقاط صورته.
كما يجب العلم أن الصورة التي تصل إلى الـCCD تكون قد انعكست عن عدة مرايا ومرشحات مرتبة حسب الشركة المنتجة للماسح الضوئي. وهنا سنقوم بشرح فكرة عمل كل أجزاء الماسح الضوئي وعلاقتها مع بعضها.
عملية المسح الضوئي:
فيما يلي الخطوات التي يقوم بها الماسح الضوئي عند القيام بعملية مسح ضوئي لأي وثيقة:
1 - يتم وضع الوثيقة على اللوح الزجاجي وإسدال الغطاء عليها. الوجه الداخلي للغطاء يكون في أغلب الأحيان أملس، ذا لون أبيض أو أسود، ووظيفة لون الوجه الداخلي للغطاء، أنه يوفر خلفية موحَّدة، يمكن للبرنامج الخاص بالماسح الضوئي أن يستخدمها كمرجع، لتحديد حجم الوثيقة المراد القيام بعملية مسح لها.
2 - يتم استخدام مصباح بغرض إضاءة الوثيقة محل المسح. والمصباح المستخدم في الماسحات الضوئية الحديثة إما مصباح زينون أو مصباح فلورسنت كاثود بارد، في حين أن الأنواع القديمة من الماسحات الضوئية تستخدم مصابيح فلورسنت عادية.
3 - الرأس الذي يقوم بعملية المسح الضوئي يشتمل على المرايا، الفلتر (المرشح)، العدسات، وجهاز الشحنة المزدوجة CCD. هذا الرأس يقوم بالتحرك بشكل بطيء أعلى الوثيقة مرة واحدة وبشكل مكتمل عن طريق حزام موصول بموتور ذي خطوات، هذا الرأس موصول في الوقت ذاته أيضاً بلوح تثبيت، لضمان عدم حدوث أي تذبذب أثناء حركة الرأس أعلى الوثيقة. يتم عكس صورة الوثيقة عن طريق مرآة بزاوية تقوم بنقل صورة الوثيقة إلى مرآة أخرى. ومن ثم إلى عدسة، تقوم هذه العدسة بتركيز صورة الوثيقة من خلال فلتر على جهاز الشحنة المزدوجة.
4 - العلاقة بين العدسة والفلتر تختلف حسب نوع الماسح الضوئي، ففي بعض أنواع أجهزة المسح الضوئي، يتم استخدام طريقة للمسح عبر ثلاث مراحل؛ بحيث تمر الوثيقة محل المسح في كل مرحلة من هذه المراحل الثلاث عبر فلتر لوني مختلف (واحد للأحمر، وثاني للأخضر وثالث للأزرق).
بعد الانتهاء من مراحل الفلترة، يقوم البرنامج الخاص بالماسح الضوئي بإعادة تجميع الصور الثلاث عقب عملية الفلترة في صورة واحدة شاملة الألوان.
إلا أن النسبة الغالبة من أجهزة المسح الضوئي اليوم تستخدم طريقة المسح عبر مرحلة واحدة، حيث تقوم العدسة بتقسيم الصورة إلى نسخ مصغرة من الصورة الأصلية، تمر كل من هذه النسخ المصغرة عبر فلتر لوني (أخضر أو أحمر أو أزرق) في طريقها إلى جهاز الشحنة المزدوجة. ثم يقوم الماسح الضوئي بإعادة تجميع البيانات الواردة إلى جهاز الشحنة المزدوجة في صورة واحدة كاملة الألوان.
هناك تقنية أخرى أصبحت أكثر شيوعاً في أجهزة المسح الضوئي رخيصة الثمن هي مجسات ملامسة الصورة. يدعى مجس ملامسة الصورة contact image sensor (CIS) ويستبدل جهاز الشحنة المزدوجة والمرايا والفلاتر والمصباح والعدسة بصفوف من ضوء أحمر وأخضر وأزرق تعمل بتقنية الصمامات الثنائية. وتعمل هذه الآلية عن طريق نشر مجسات بطول المساحة التي ستجرى عملية مسح لها بعدد بين 300 و600 مجس تنتشر بالقرب من اللوح الزجاجي الذي توضع عليه الوثيقة، وعند إجراء عملية المسح، تتحد هذه الصمامات الثنائية فتعطي ضوءاً أبيض، حينئذ يتم التقاط الصورة المضيئة عن طريق صفوف المجسات. إلا أن ذلك النوع من أجهزة المسح الضوئي، وإن كان أخف وزناً وأقل سمكاً، إلا أنه لا يعطي صورة بكفاءة الصورة نفسها المعطاة عن طريق الماسحات التي تستخدم تقنية أجهزة الشحنة الموجبة.
نقاء الصورة
تتفاوت الماسحات الضوئية فيما بينها من حيث درجة نقاء الصورة ووضوحها. والحد الأدنى لنقاء الصورة في أغلب أجهزة المسح الضوئي هو 300 نقطة في الانش (بكسل)، وهو ما يتحدد بعدد المجسات في الصف الواحد.
نقل الصورة
بعد المسح، لا بد أن يتم نقل الصور إلى جهاز الحاسوب، وهو الأمر الذي يتم عن طريق الكيبل الموصل بين جهاز الماسح الضوئي والحاسب الآلي، والذي يختلف بالطبع من ماسح إلى آخر، سواء عن طريق مخرج يو إس بي USB، أو مخرج متواز (Parallel) أو سكازي SCSI. ولا بد أن يتوافر على الحاسوب برنامج التعرف على الماسح الضوئي، واللغة الرئيسية التي تتعرف عليها معظم أجهزة الماسح الضوئي التي تعرف باسم توين TWAIN، وهي التي توفر إمكانية استخدام الماسح الضوئي عن طريق أي برنامج لتحرير الصور متوافر على حاسبك الآلي، وليكن أدوب فوتو شوب مثلاً.
المنافذ المختلفة للماسح الضوئي للتوصيل مع الكمبيوتر
وأغلب أجهزة الماسح الضوئي يأتي معها برنامج التعرف الخاص بها، بالإضافة إلى برنامج مبسط لتحرير الصور وبرنامج القراءة الآلية للنصوص، الذي يسمح بتحويل النصوص من وثائق مكتوبة إلى ملف نصي على الحاسب الآلي، وفي الشكل التالي نوضح كيف تستخدم الماسحات الضوئية وعلاقتها بالأجهزة الأخرى.
