สแกนเนอร์และเครื่องอ่านบาร์โค้ด

ใบงานที่ 6

สแกนเนอร์และเครื่องอ่านบาร์โค้ด 

1.สแกนเนอร์ (Scanner)
  แกนเนอร์ คืออุปกรณ์ซึ่งจับภาพและเปลี่ยนแปลงภาพจากรูปแบบของแอนาลอกเป็นดิจิตอลซึ่งคอมพิวเตอร์ สามารถแสดง, เรียบเรียง, เก็บรักษาและผลิตออกมาได้ ภาพนั้นอาจจะเป็นรูปถ่าย, ข้อความ, ภาพวาด หรือแม้แต่วัตถุสามมิติ สามารถใช้สแกนเนอร์ทำงานต่างๆได้ดังนี้
  - ในงานเกี่ยวกับงานศิลปะหรือภาพถ่ายในเอกสาร
  - บันทึกข้อมูลลงในเวิร์ดโปรเซสเซอร์
  - แฟ็กเอกสาร ภายใต้ดาต้าเบส และ เวิร์ดโปรเซสเซอร์
  - เพิ่มเติมภาพและจินตนาการต่าง ๆ ลงไปในผลิตภัณฑ์สื่อโฆษณาต่าง ๆ
  โดยพื้นฐานการทำงานของสแกนเนอร์, ชนิดของสแกนเนอร์ และความสามารถในการทำงานของสแกนเนอร์แบ่งออกได้ดังต่อไปนี้
สแกนเนอร์แบ่งเป็น 3 ประเภทหลักๆ คือ
   สแกนเนอร์มือถือ (Hand-Held Scanner) มีขนาดเล็ก ราคาไม่แพงนัก เก็บภาพขนาดเล็กๆ ซึ่งไม่ต้องการความละเอียดมากนักได้ เช่น โลโก้ ลายเซ็น เป็นต้น
   สแกนเนอร์ดึงกระดาษ (Sheet-Fed Scanner) เป็นสแกนเนอร์ที่ใหญ่กว่าสแกนเนอร์มือถือ ใช้หลักการดึงกระดาษขึ้นมาสแกนทีละแผ่น แต่มีข้อจำกัดคือถ้าต้องการสแกนภาพจากหนังสือที่เป็นรูปเล่ม ต้องฉีกกระดาษออกมาทีละแผ่น ทำให้ไม่สะดวกในการสแกน คุณภาพที่ได้จากสแกนเนอร์ประเภทนี้อยู่ในระดับปานกลาง
   สแกนเนอร์แท่นเรียบ (Flatbed Scanner) เป็นสแกนเนอร์ที่มีกระจกใสไว้สำหรับวางภาพที่จะสแกน เหมือนเครื่องถ่ายเอกสาร คุณภาพของงานสแกนประเภทนี้จะดีกว่าสแกนเนอร์แบบมือถือ หรือสแกนเนอร์แบบดึงกระดาษ แต่ราคาสูงกว่าเช่นกัน
ปัจจุบันสแกนเนอร์รุ่นใหม่ๆ มีขีดความสามารถในการใช้งานมากขึ้นทั้งในเรื่องของความเร็ว และความละเอียดของภาพที่ได้จากการสแกน นอกจากนี้ยังสามารถสแกนจากวัตถุอื่นๆ ที่ไม่ใช่กระดาษเพียงอย่างเดียว เช่น วัตถุ 3 มิติ ที่มีขนาดและน้ำหนักที่ไม่มากจนเกินไป หรือแม้กระทั่งฟิล์มและสไลด์ของภาพต้นฉบับเข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์ได้เลยโดยที่ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องไปอัดขยายเป็นภาพถ่ายปกติเหมือนในอดีต
ประเภทของเครื่องสแกน (scanner)

สแกนเนอร์แบ่งป็น 3 ประเภทหลัก ๆ คือ
1. สแกนเนอร์ดึงกระดาษ (Sheet - Fed Scanner)
มีขนาดเล็ก ราคาไม่แพงนัก เก็บภาพขนาดเล็กๆ ซึ่งไม่ต้องการความละเอียดมากนักได้ เช่น โลโก้ ลายเซ็น เป็นต้น

2. สแกนเนอร์แท่นเรียบ (Flatbed Scanner)

 เป็นสแกนเนอร์ที่ใหญ่กว่าสแกนเนอร์มือถือ ใช้หลักการดึงกระดาษขึ้นมาสแกนทีละแผ่น แต่มีข้อจำกัดคือถ้าต้องการสแกนภาพจากหนังสือที่เป็นรูปเล่ม ต้องฉีกกระดาษออกมาทีละแผ่น ทำให้ไม่สะดวกในการสแกน คุณภาพที่ได้จากสแกนเนอร์ประเภทนี้อยู่ในระดับปานกลาง

3. สแกนเนอร์มือถือ (Hand - Held Scanner) 

เป็นสแกนเนอร์ที่มีกระจกใสไว้สำหรับวางภาพที่จะสแกน เหมือนเครื่องถ่ายเอกสาร คุณภาพของงานสแกนประเภทนี้จะดีกว่าสแกนเนอร์แบบมือถือ หรือสแกนเนอร์แบบดึงกระดาษ แต่ราคาสูงกว่าเช่นกัน
ปัจจุบันสแกนเนอร์รุ่นใหม่ๆ มีขีดความสามารถในการใช้งานมากขึ้นทั้งในเรื่องของความเร็ว และความละเอียดของภาพที่ได้จากการสแกน นอกจากนี้ยังสามารถสแกนจากวัตถุอื่นๆ ที่ไม่ใช่กระดาษเพียงอย่างเดียว เช่น วัตถุ 3 มิติ ที่มีขนาดและน้ำหนักที่ไม่มากจนเกินไป หรือแม้กระทั่งฟิล์มและสไลด์ของภาพต้นฉบับเข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์ได้เลยโดยที่ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องไปอัดขยายเป็นภาพถ่ายปกติเหมือนในอดีต 

 

งานของเครื่องสแกน (scanner)

   สแกนเนอร์ มีหลักการทำงาน คือ เครื่องอ่านภาพ จะทำการอ่านภาพโดยอาศัยการสะท้อน หรือการส่องผ่านของแสง กับภาพต้นฉบับที่ทึบแสง หรือโปร่งแสง ให้ตกกระทบกับ แถบของอุปกรณ์ไวแสง (photosensitive) ซึ่งมีชื่อในทางเทคนิคว่า Charge-Couple Device (CCD) ตัว CCD จะรับแสงดังกล่าวลงไปเก็บไว้ใน เส้นเล็กของเซล และจะแปลงคลื่นแสง ของแต่ละเซลเล็กๆ ให้กลายเป็นคลื่นความต่างศักย์ ซึ่งจะแตกต่างไปตามอัตราส่วน ของระดับความเข้มของแสงแต่ละจุด
   ตัวแปลงสัญญาณอะนาล็อก เป็นดิจิทัล หรือ ADC : Analog to Digital Convertor จะแปลงคลื่นความต่างศักย์ ให้เป็นข้อมูล ในรูปแบบที่คอมพิวเตอร์เข้าใจ ในเวลาเดียวกัน โปรแกรมในการอ่าน จะควบคุมการทำงาน ของเครื่องอ่านภาพ ให้รับข้อมูลเข้า และจัดรูปแบบเป็นแฟ้มข้อมูลของภาพ ในระบบคอมพิวเตอร์ต่อไป

ภาพจากการสแกน
   ภาพในคอมพิวเตอร์ จะอยู่ในรูปแบบดิจิทัล คอมพิวเตอร์แทนส่วนเล็ก ๆ ของภาพที่เรียกว่า พิกเซล (pixels) ขนาดของไฟล์รูปภาพ จะประกอบด้วย จำนวนพิกเซลเป็นร้อยเป็นพัน คอมพิวเตอร์จะบันทึก ค่าความเข้ม และค่าสีของพิกเซลแต่ละพิกเซล ด้วยจำนวน 1 บิต หรือหลายๆ บิต จำนวนของพิกเซล จะเป็นตัวแสดงถึงความละเอียด และถ้ามีจำนวนบิตต่อพิกเซลมาก สีที่ได้ก็จะมากตามไปด้วย
   รูปแบบการเก็บข้อมูล มีหลายระบบ เช่น 1 บิต 8 บิต และ 24 บิต โดยถ้าเป็นข้อมูลแบบ 1 บิต จะใช้สำหรับเก็บข้อมูลต่อพิกเซล 2 สถานะ คือ 1 และ 0 ซึ่งจะแสดงสีได้เฉพาะขาวกับดำ แต่ถ้าเป็น 8 บิต จะใช้ความแตกต่างของสีถึง 256 ระดับ การรวมแม่สีมีเทคนิคที่เรียกว่า dithering ซึ่งจะแสดงสีได้ไม่เหมือนกับ ความจริงที่เรามองเห็นได้ สำหรับระบบ 24 บิต จะให้ภาพที่มีสีใกล้เคียงจริงมากที่สุด เรียกว่า photo-realistic โดยจะแบ่ง 24 บิต เป็น 3 ส่วน คือ แดง, เขียว, น้ำเงิน ส่วนละ 8 บิต เมื่อรวมทั้ง 3 ส่วนเข้ากันแล้ว จะสามารถแสดงสีได้ถึง 16.7 ล้านสี
ส่วนประกอบของสแกนเนอร์
   1. แผ่นปิด (Document Cover)เป็นส่วนที่มีความสำคัญ เพราะใช้สำหรับป้องกันแสงจากภายนอกที่อาจจะเข้าไปรบกวนในขณะที่สแกนเนอร์ทำงาน ดังนั้นเมื่อสแกนภาพทุกครั้งจะต้องปิดแผ่นปิดเสมอ แต่บางครั้งอาจจะถอดฝาดังกล่าวออกได้หากเอกสารที่นำมาสแกนมีความหนาและสามารถที่ปิดกระจกวางได้สนิท
   2. แผ่นกระจกวางรูป (Document Table) เป็นบริเวณที่นำภาพมาวางขณะสแกนภาพ
   3. คาร์เรียจ (Carriage) เป็นส่วนที่สำคัญที่สุดสำหรับการสแกนภาพ ประกอบด้วยอุปกรณ์หลักๆอยู่ 2 ประเภท คือ ตัวตรวจจับแสง (Optical Sencor) และหลอดฟลูออเรสเซนต์
   4. แผงหน้าปัทม์ควบคุม ใช้สำหรับกำหนดและควบคุมการทำงานสแกนเนอร์ ในเรื่องของความละเอียด ความสว่าง (Brightness) สัดส่วนขนาดของภาพ และการเลือกพิมพ์จากภาพสแกน
   5. ดิพสวิตซ์ ใช้สำหรับบอกลักษณะการติดต่อระหว่างสแกนเนอร์กับคอมพิวเตอร์
อุปกรณ์ที่ใช้ในการสแกนภาพ
   1.  สแกนเนอร์
   2 . สาย SCSI หรือ USB (Universal Serial BUS )สำหรับต่อสายจากการสแกนเนอร์กับไปยังเครื่องคอมพิวเตอร์
   3 . ซอฟต์แวร์สำหรับการสแกนภาพ ซึ่งทำหน้าที่สำหรับควบคุมการทำงานของสแกนเนอร์ให้สแกนภาพได้ตามที่กำหนด
   4.  ซอฟต์แวร์สำหรับการแก้ไขภาพที่สแกนมาแล้วเช่นPhotoshopImagescanIIหรือกรณีที่ต้องการสแกนเอกสารเก็บไว้เป็นไฟล์ที่นำกลับมาแก้ไขได้ อาจจะมีซอฟต์แวร์ที่สนับสนุนการทำงานด้าน OCR
   5 . จอภาพที่เหมาะสมสำหรับการแสดงภาพที่สแกนมาจากสแกนเนอร์
   6 . เครื่องมือสำหรับแสดงพิมพ์ภาพที่สแกนออกมา เช่น เครื่องพิมพ์หรือ สไลด์โปรเจคเตอร์ 

RGB

   การอ่านภาพสี CCD ของเครื่องอ่านภาพ จะมีการประมวลผล โดยอาศัยโครงสร้างของแม่สี 3 สี คือ แดง, เขียว และน้ำเงิน ในทางเทคนิคจะเรียกว่า RGB ในโครงสร้างสีแบบ RGB นี้แต่ละสีที่เกิดขึ้นจะประกอบด้วยแม่สีทั้ง 3 สีรวมอยู่ด้วยกันในค่าที่ต่างกันไป สีดำเกิดขึ้นจาก การไม่มีแสงสีขาว ในทำนองเดียวกัน สีขาวก็เกิดจากแสงแม่สีทั้ง 3 อยู่ในระดับสูงสุดเท่าๆ กัน (100 เปอร์เซ็นต์ของ RGB) และระดับแสงเท่าๆ กันของทั้ง 3 แม่สีจะเกิดแสงสีเทา (gray scale)

การทำงานของสแกนเนอร์
  1. เทคนิคการสแกนภาพ
  - สแกนเนอร์สีแบบสแกนผ่านครั้งเดียว ( One-Pass Scanners)
  - สแกนเนอร์สีแบบสแกนผ่านสามครั้ง ( Three-Pass Color Scanners)

 ผังการทำงานของสแกนเนอร์ขาวดำ

  2. เทคโนโลยีการสแกนภาพ
  - แบบ PMT (Photomultiplier Tube)
  - แบบ CCD (Charge-Coupled Deiver)
  - แบบ CIS (Contact Image Sensor)
  3. โปรแกรมควบคุม
  4. การบันทึกข้อมูล
  - รูปแบบของข้อมูลภาพ (Image Data Type) 

  - ภาพขาวดำ (Black & White)
  - ภาพสีเทา (Grayscale)
  - ภาพ 16 และ 256 สีที่ได้กำหนดไว้แล้วในตารางสี ( Indexed 16 and 256-Color)
  - ภาพ RGB สีจริง (RGB True Color)
  - ภาพ 8 สี (RGB 8-Color)
  - ตัวหนังสือ
  - รูปแบบของไฟล์รูปภาพมาตรฐาน 

  5. การทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ
  - ขนาดของไฟล์ภาพและความคมชัด
  - ตั้งค่า Resolution ให้เหมาะสมกับการใช้งาน
  - ขนาดของไฟล์ที่สแกนได้
  - เฉดสีหลากหลาย

การทำงานของโปรแกรมรู้จำตัวอักษร หรือ OCR ย่อมาจาก Optical Character Recognition

   เมื่อสแกนเนอร์อ่านข้อมูลจากภาพของเอกสาร มันจะเปลี่ยนข้อมูลนี้ให้อยู่ในรูปแบบ บิตแมป ซึ่งเป็นเมตริกซ์ของพิกเซล มีค่า 2 ค่า คือ ปิด (ขาว) และ เปิด(ดำ) ซึ่งจะทำให้ภาพที่ได้มีความคมชัดลดลงไปซึ่งผลกระทบในจุดนี้ทำให้เกิดปัญหากับซอฟต์แวร์OCR พอสมควร

   โปรแกรม OCR จะอ่านบิตแมปที่สร้างโดยสแกนเนอร์ และเฉลี่ยพื้นที่ที่ปิดและเปิดของหน้ากระดาษ ซึ่งมีผลต่อพื้นที่สีขาวในหน้ากระดาษด้วย การทำเช่นทำให้ซอฟต์แวร์สามารถแยกองค์ประกอบต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นย่อหน้า คอลัมน์ หัวข้อ และกราฟิกอื่นๆ ช่องว่างสีขาวระหว่างบรรทัดในบล็อกจะใช้เป็น baseline ของแต่ละบรรทัดในบล็อก ซึ่งจำเป็นมากในการรู้จำตัวอักษรต่างๆ

   ในการเปลี่ยนรูปภาพเป็นข้อความในรอบแรก ซอฟต์แวร์จะพยายามเปรียบเทียบแต่ละพิกเซลกับเท็มเพลตของอักษรที่ซอฟ์แวร์เก็บไว้ในหน่วยความจำ เท็มเพลตนี้ จะมีรูปแบบของอักขระครบทุกแบบ ไม่ว่าจะเป็นตัวอักษร ตัวเลข และสัญลักษณ์ต่างๆ แต่วิธีนี้จะใช้ได้กับภาพตัวอักษรที่ใกล้เคียงกับตัวอย่างมาก ถ้าภาพที่ได้จากการสแกนมีคุณภาพไม่เพียงพอจะทำให้การตีความอักษรผิดพลาดได้

   ตัวอักษรอื่นที่ไม่สามารถตีความได้ว่าเป็นตัวอักษรใด จำเป็นต้องผ่านกระบวนการที่ใช้เวลาในการประมวลผลมากกว่า เรียกว่า Feature Extraction ซอฟต์แวร์จะคำนวณความสูงของอักขระตัวเล็กและวิเคราะห์องค์ประกอบของตัวนั้น เช่น เส้นตรง เส้นโค้ง และพื้นที่ปิด ซึ่งซอฟต์แวร์จะมีข้อมูลเหล่านี้อยู่ในตัวมันเองอยู่แล้วว่าตัอักขระตัวใดมีลักษณะเป็นอย่างไร แล้วจึงตีความว่าตัวขระนั้นน่าจะเป็นตัวอะไร และจะเก็บไว้ใช้ต่อไป เมื่อมีการพบรูปอักขระเดิมการวิเคราะห์จะทำได้เร็วขึ้น

   เนื่องจากทั้งสองกระบวนการนี้ไม่สามารถตีความได้ทุกตัวอักษร ซอฟต์แวร์บางตัวจะจัดการกับตัวอักขระที่ตีความไม่ได้ให้เป็น ตัวอักขระแบบพิเศษ เช่น #, @, ~ เป็นต้น คุณจำเป็นต้องหาอักขระที่ถูกต้องด้วยตัวคุณเอง ซอฟต์แวร์บางตัวก็จะขึ้นรูปตัวอักขระแล้วถามว่าตัวนี้ไม่รู้จักจะให้ตีความเป็นอักขระใด

   โปรแกรม OCR บางตัวจะเรียกใช้ฟังก์ชันตรวจคำผิดเพื่อหาข้อผิดพลาดอย่างชัดแจ้งและแก้ไขให้โดยอัตโนมัติ และซอฟต์แวร์ส่วนใหญ่จะมีความสามารถเปลี่ยนเอกสารที่ได้นี้ให้สามารถใช้งานได้โดย โปรแกรม Word processor ที่นิยมใช้งานทั่วไปให้โดยอัตโนมัติ

2.Barcode Scanner - เครื่องอ่านบาร์โค้ด

 

หน้าที่ของเครื่องอ่านบาร์โค้ด

1. หา Elements ที่ถูกต้องของ Bar และ Space
2. กำหนดส่วนกว้างของแต่ละ Bar และ Space
3. จัดกลุ่มของบาร์โค้ดที่อ่านเข้ามา
4. นำ Element Widths เปรียบเทียบกับรูปแบบตารางบาร์โค้ด
5. ตรวจสอบ Start/Stop Characters เวลาที่มีการอ่านกลับทิศทาง
6. ยืนยัน Quiet Zone ทั้งสองข้างของบาร์โค้ด
7. ยืนยันความถูกต้องของ Check Characters

หลักการทำงานของเครื่องอ่านบาร์โค๊ด
1. เครื่องอ่าน (Reader) ฉายแสงลงบนแท่งบาร์โค๊ด
2. รับแสงที่สะท้อนกลับมาจากตัวบาร์โค๊ด
3. เปลี่ยนปริมาณแสงที่สะท้อนกลับมาให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า
4. เปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นข้อมูลที่นำไปใช้งานได้


1. เครื่องอ่าน (Reader)
ฉายแสงลงบนแท่งบาร์โค้ด หรือ แหล่งกำเนิดแสง (Light Source) ภายในเครื่องอ่านบาร์โค้ดจะฉายแสงลงบนแท่งบาร์โค้ด และกวาดแสงอ่านผ่านแท่งบาร์

 

 2. รับแสงที่สะท้อนกลับมาจากตัวบาร์โค๊ด

ฉายการอ่านบาร์โค้ดจะใช้หลักการสะท้อนแสงกลับมาที่ตัวรับแสง

3. เปลี่ยนปริมาณแสงที่สะท้อนกลับมาให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า 

ภายในเครื่องอ่านบาร์โค้ดจะมีอุปกรณ์เปลี่ยนปริมาณแสง ที่สะท้อนกลับมาให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้า

4. เปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นข้อมูลที่นำไปใช้งานได้
สัญญาณไฟฟ้าจะไปเปรียบเทียบกับตารางบาร์โค้ดที่ ตัวถอดรหัส (Decoder) และเปลี่ยนให้เป็นข้อมูลที่สามารถนำไปใช้งานได้

สรุปหลักการทำงานของเครื่องอ่านบาร์โค้ด เครื่องอ่านบาร์โค้ดจะฉายแสงลงบนแท่งบาร์โค้ด แล้วรับแสงที่สะท้อนกลับจากแท่งบาร์โค้ด ซึ่ง Space จะสะท้อนแสงได้ดีกว่าแท่งBar จากนั้นปริมาณแสงสะท้อนจะถูกเปลี่ยนไปเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า แล้วถูกส่งต่อไปยังตัวถอดรหัส (Decoder) และแปลงให้เป็นข้อมูลที่สามารถนำไปใช้งานได้