Устройства ввода

К устройствам ввода информации относятся дигитайзеры, сканеры и другая специализированная аппаратура, например навигационные приемники.

Дигитайзер – это устройство для ручного цифрования картографической и графической документации в виде множества или последовательности точек, положение которых описывается прямоугольными декартовыми координатами плоскости. Дигитайзер состоит из плоского стола (электронного планшета) и съемника информации. Рабочее поле стола может быть выполнено из прозрачного материала, и иметь подсветку. Комплектуется съемниками двух типов: курсором или пером (stylus, pen stylus) для съема координат. Для качественного ввода карт перо использовать не рекомендуется из-за низкой точности передачи информации, поэтому рассматривать его мы не будем. Дигитайзер имеет собственную систему координат, и при передвижении курсора по планшету координаты перекрестья его нитей передаются в компьютер. Размеры планшета дигитайзера колеблются от А4 до А0 . Курсор – устройство, подобное компьютерной мыши, в отличие от мыши имеет прозрачное окно с перекрестием в центре, которое позволяет оператору позиционировать его более точно на отдельных элементах карты. Окно курсора первых разработок дигитайзеров представляло собой увеличивающую линзу. По мере развития геоинформационных систем, в частности увеличения мощности компьютеров, необходимость в этом отпала. Оцифровка карт, содержащих мелкие детали, осуществляется по отсканированной подложке и существует возможность увеличения масштаба отображения для получения достаточной точности. Количество кнопок на курсоре изменяется от 1 до 17. Кнопки курсора функциональны. Чем больше функций выполняют кнопки дигитайзера, тем реже приходится прибегать к помощи клавиатуры. Это наиболее удобно при больших размерах планшета дигитайзера.

Современные дигитайзеры обеспечивают разрешение около 0,08мм. Достаточным для создания тематических карт является разрешение <0,25мм. Факторы, определяющие выбор дигитайзера, включают стабильность, воспроизводимость, линейность, разрешение и перекос. Стабильность характеризует сохранение значений координат в процессе прогрева аппаратуры. Воспроизводимость – это синоним точности. Хорошим показателем воспроизводимости является расхождение отсчетов при повторном снятии координат в точке не более чем на 0,03мм. Линейность характеризует способность дигитайзера обеспечивать отсчеты в пределах заданного допуска при перемещении курсора на большие расстояния. Для современного дигитайзера допустимой считается нелинейность 0,08мм на расстоянии 1,5м. Разрешение – это способность дигитайзера фиксировать малые смещения. Достаточным считается разрешение 0,03мм, более точное разрешение для ГИС может оказаться избыточным. Перекос является мерой прямоугольности координат дигитайзера. На краевых участках площади дигитайзера снижается точность отсчетов, поэтому рабочая площадь дигитайзеров, как правило, меньше размеров стола.

В эпоху начального развития геоинформационных систем ввод данных осуществлялся в основном при помощи дигитайзеров. С увеличением мощности компьютеров дигитайзерный ввод применяется все реже. В настоящее время большая часть ввода осуществляется по подложке, которая передается в память компьютера в виде растровых изображений. Нужно отметить, что при векторизации растра точность ввода значительно выше, чем при оцифровке дигитайзером, и в основном зависит от качества исходного растра. Растровые изображения получают с помощью сканера.

Сканер (scanner) – это устройство аналого-цифрового преобразования изображения для получения растровых образов графической и текстовой информации. Растровое изображение документа получают путем сканирования в отраженном или проходящем свете с непрозрачного и прозрачного оригинала. Сканер позволяет создавать электронную копию изображения для последующей ее обработки.

Основные характеристики сканеров – оптическое разрешение, скорость сканирования и стабильность. Разрешающая способность сканера влияет на качество исходного материала, его читаемость. Особенно важна эта характеристика для работы полуавтоматических векторизаторов. Если оператор при векторизации в ручном режиме при низком качестве исходного материала может разобраться в ситуации (например, используя оригинал в качестве "справочного материала"), то при векторизации в полуавтоматическом режиме в таком случае требуются очень серьезные коррективы результата работы либо переход в ручной режим. Следует помнить, что увеличение разрешения ведет к росту объема отсканированного материала. Параметры скорости и стабильности сканеров критичны при больших объемах работы по подготовке растров к векторизации.

Классифицировать сканеры можно по следующим параметрам:

- по способу подачи исходного материала,

- по принципу считывания информации (работающие на свет или отражение),

- по глубине цвета (черно-белые, полутоновые, цветные).

По способу сканирования сканеры подразделяются на типы: ручные, роликовые (с протяжкой листа), барабанные и планшетные.

Ручной сканер представляет собой оптическую головку, которую пользователь передвигает по поверхности оригинала вручную. Точность сканирования при этом очень низкая, поэтому применение ручных сканеров в ГИС-технологиях не принято.

Наиболее точными являются планшетные сканеры (рисунок 2). Принцип работы планшетного сканера основан на перемещении лампы и считываемого устройства внутри светопроницаемого корпуса.

Устройство представляет собой матрицу светочувствительных ячеек, каждая из которых накапливает заряд и приобретает потенциал, величина которого пропорциональна энергии поглощенного света. Затем аналого-цифровой преобразователь определяет для каждого потенциала его цифровое значение, диапазон значений зависит от разрешающей способности преобразователя. Оригинал остается неподвижным, что и обеспечивает высокую точность сканирования.

В роликовых сканерах устройство считывания остается неподвижным, а перемещается оригинал. Эти устройства обладают точностью меньшей, чем у планшетных сканеров за счет протяжки оригинала. Преимущества использования роликовых сканеров состоит в том, что ограничение формата оригинала существует только по ширине листа.

а)	б)
в)	г)	д)

Рисунок 2. Устройства ввода информации

Рисунок 2. Устройства ввода информации

Барабанные сканеры имеют барабан, на который крепится сканируемый материал. Сканирование производится при вращении барабана. Сканирующая головка перемещается по направляющей параллельно оси барабана. Барабанные сканеры обладают преимуществами и роликового (ограничение только одного размера оригинала), и планшетного (высокая точность) сканеров. Большим недостатком этого типа сканеров является только их высокая стоимость.

Искажения исходного материала при сканировании неизбежны при использовании любого типа сканера, что в конечном итоге оказывает непосредственное влияние на точность цифровой карты, полученной векторизацией растрового изображения. Например, в роликовых сканерах наблюдается "проскальзывание" материала под роликами, причем эти сканеры могут сканировать только гибкие материалы. При использовании же материалов на жесткой основе (толщиной до 3 мм) существенно снижается точность сканирования, причем величина погрешности не определена. Барабанные сканеры более дорогие, но и более точные. Эффект вибрации при вращении барабана вносит погрешности в растровое изображение, однако вполне обеспечивается разумная точность исходного изображения для последующей векторизации. Наиболее дорогие и точные сканеры - планшетные.

Монохромные сканеры значительно дешевле цветных, и многие задачи (например, ввод городских планшетов) успешно решается с их помощью. Однако существует ряд задач, требующих в качестве растровой подложки цветное растровое изображение.

Выбор типа сканера зависит от задачи, которая поставлена в рамках проекта.