2D-Scanner

Alle wichtigen Entwicklungen der frühen Bildreproduktionstechnik gehen auf einen Mann zurück: Rudolph Hell.
Die Hell Gmbh baute in Zusammenarbeit mit Siemens die Geräte.
Hell kaufte später die Firma Linotype auf, um die Scanner und Linotronic-Satzbelichter und Schriften als Komplettsystem anbieten zu können. Heute ist Linotype-Hell Bestandteil der Heidelberg-Gruppe. Heidelberg ist der weltweit größte Druckmaschinenhersteller und Anbieter von Komplettsystemen für Druck.

1950 Hell-Bildfunkgeräte. Die Bildzerlegung erfolgte erstmals punktweise, das erste Fax.

1951 Standard-Klischograph: ein elektronisch gesteuertes Graviergerät zur Herstellung druckreifer Klischees (für den Hochdruck). Als Vorlage dienten ein Diapositiv oder ein Aufsichtbild. Die Vorlage wurde mittels eines Lichtstrahles abgetastet, das reflektierte Licht in Stromimpulse umgewandelt, die das Graviersystem steuerten. Das Bild wurde direkt auf eine Metallplatte eingraviert, das beschleunigte die Produktion der vorher durch Ätzen hergestellten Druckplatten und somit die Zeitungsherstellung insgesamt. Beim Helio-Klischograph wurden Kupferwalzen mittels Diamanten graviert.

1958 Vario-Klischograph K 181 konnte der Maßstab verändert werden.

1964 Die erste (digitale) Lichtsatzanlage. Belichtet wurde mit einer Kathodenstrahlröhre CRT, wie sie auch im Fernseher oder Computermonitor eingebaut ist. Die Schriften liegen als Bitmaps vor.

1965 stellte Dr.-Ing. Rudolph Hell den ersten ChromaGraph-Trommelscanner vor, Farbauszüge zur Ausgabe auf Film. Die Druckfilme wurden meist noch von Hand mit dem Text zusammenmontiert.

1970 Der Chromagraph DC 300 von Hell war der erste vollständig digitale Scanner, der überlappende Bildebenen ermöglichte.

1975 enstand der erste CCD und OCR Scanner. Ray Kurzweil und sein Team baute die "Kurzweil Reading Machine" mit dem ersten integrierten CCD-Chip (500 linear angeordnete Sensoren von Fairchild) den ersten CCD-Flachbett-Scanner und die erste optische Schrifterkennung. Weil 500 Pixel Auflösung nicht genug war, musste sich der Scankopf in zwei Richtungen bewegen können, waagrecht und senkrecht, der Scankopf scannte jeweils einen 3 cm breiten waagrechten Streifen. Der Computer hatte nur 64 K RAM und konnte deshalb nicht einmal einen Streifen im Speicher buffern, deshalb erfolgte die Texterkennung direkt während des Scanvorganges.

1985 Die naheliegende, aus heutiger Sicht kurios erscheinende Idee war, einen Nadeldrucker mit einem Lesekopf auszustatten und so zu einem Scanner umzufunktionieren. Der Thunderscan für Apple Macintosh war der erste Scanner für einen Personalcomputer überhaupt. Beim Durchzugscanner Thunderscan wurde wie bei einem Fax ein einzelnes Blatt Papier digitalisiert. Das zu scannende Blatt Papier wurde wie beim Drucken durch den ImageWriter-Nadeldrucker transportiert, bei dem eine gut durchdachte optische Kassette die Farbbandkassette des 144-dpi-Nadeldruckers ersetzte.
Die Software wurde von Andy Hertzfeld geschrieben, der auch am Apple-GUI der ersten Stunde mitgearbeitet hatte.

Optische Auflösung

Die Begriffe dpi (dots per inch = Punkte pro Zoll, eigentlich die Druckerauflösung) und ppi (Pixel per inch = Bildelemente pro Zoll, für Scanner und Bildschirm) werden oft vermischt. Gemeint ist aber immer das Auflösungsvermögen eines Gerätes pro Längeneinheit. Ein Scanner misst also bei 600 ppi eben 600 mal pro Inch die Helligkeit des Fotos. Das entspricht etwa 236 Punkten pro Zentimeter (1 Inch = 2,54 Zentimeter). Für ein Farbfoto werden außerdem noch Filter in den Grundfarben RGB vorgeschaltet und pro Punkt dreimal gemessen.

Die tatsächliche optische Auflösung eines Scanners entspricht also der Anzahl von Fotozellen pro Inch. Wenn nur mit 300 dpi gescannt wird, wird also (bei einem 600 dpi-Scanner) nur jedes zweite Pixel des Scanners verwendet. Diese Aufgabe der Berechnung von Zwischengrößen übernimmt die Scansoftware. Die interpolierte (in den Angaben der Hersteller oft als maximale bezeichnete) Auflösung zur Vergrößerung der tatsächlichen optischen Auflösung des Scanners ist nichts anderes als zwischen den Pixeln berechnete neue Pixel, die aber die Qualität nicht verbessern, sondern nur eine leere unscharfe Vergrößerung darstellen.

Für den Offsetdruck benötigt man ein Farbbild mit 300 ppi.
Deshalb genügt für den Offsetdruck für Aufsichtsvorlagen ein Scanner mit einer Auflösung von 1200 ppi. Damit kann man z.B. ein Foto scannen, das im Offsetdruck viermal größer als die Orignalvorlage gedruckt wird. Vergrössert zu scannen ist zwar nicht sehr empfehlenswert, weil man den Staub und die Kratzer mitscannt und mitvergrössert und deshalb sehr gut sichtbar macht, aber oft unvermeidlich, weil man keine grössere Vorlage hat. Optimal ist eine Vorlage, die doppelt so gross ist wie die zu druckende Grösse. Staub und Kratzer werden verkleinert und verschwinden größtenteils.

Für Dias oder Negative benötigt man mindestens 3000 dpi, um ein Dia/Negativ auch noch im Format A4 scannen zu können. (10 cm Foto bei 300 dpi sind 3000 Pixel, aber 3 cm Dia sind erst bei bei 1000 dpi 3000 Pixel). Bei Diascannern gibt es auch automatische Erkennung und Retusche von Staub und Kratzern, beim Nikon CoolScan heißt das ICE, bei Canon nennt sich das FARE (FARE funktioniert nicht für Dias). Das verbessert natürlich die tatsächliche Qualität des Scans nicht, erspart aber viel Arbeit in der manuellen Retusche.

Bei längeren bereits gedruckten Texten lohnt sich die Verwendung einer Texterkennungssoftware (OCR, Optical Character Recognition) wie Xerox Textbridge oder Caere Omnipage. Bei Texterkennungsprogrammen legt man das Blatt Papier in den Scanner, und die Software "tippt" den zu erkennenden Text ab. Bei einer sauberen Vorlage (gedruckte Buchseite, Laserausdruck, aber kein Fax) funktioniert das nahezu fehlerfrei, aber um eine Kontrolle mit der eingebauten Rechtschreibprüfung kommt man leider nicht herum.

Wer ausschließlich Bilder fürs Internet scannen will, benötigt keine hohe Auflösung, das würde auch nur lange Ladezeiten zur Folge haben. Bilder fürs Internet haben (in der Darstellungsgröße) eine Auflösung von 72 dpi (Mac) und 96 dpi (PC). Für den Offsetdruck ist eine Auflösung von 300 dpi (in der Druckgröße) Standard, alles was hier noch größer ist, vergrößert nur unnötig die Datei und die Druckdauer.
Weil der Computerbildschirm aber nur 72 dpi anzeigen kann, wird ein Foto am Bildschirm mit 300 dpi etwa viermal so groß dargestellt.

Farbtiefe

Die Anzahl der möglichen Grauwerte oder Farbabstufungen wird Farbtiefe genannt. Üblich sind 256 Graustufen, weil das mit der Computerspeichereinheit 1 byte (=8 bit) darstellbar ist. Bei Farbbildern gibt es für die Grundfarben Rot, Grün und Blau je ein Graustufenbild mit 256 Abstufungen oder 3 byte (=24 bit), woraus sich rechnerisch 256 x 256 x 256 =16,7 Millionen Farben ergeben (ganz genau 16.777.216 Farben), oft auch als True Color, Echtfarbe, bezeichnet. Erhöhte Farbtiefe von 32 bit oder mehr hilft, den Tonwertumfang insbesonders bei Diascannern zu verbessern, wird aber normalerweise bei der Übermittlung der Bilddaten vom Scanner an den Computer sofort wieder auf 24 bit reduziert. Bei jeder Farbkorrektur verliert man weiter Abstufungen, wobei man im Offsetdruck etwa mit 100 Graustufen auch schon auskommt. Am deutlichsten sind zuwenig Abstufungen in langen Verläufen und flächigen Farbtönen zu sehen.

Tonwertumfang, Dynamikumfang, max. Optische Dichte

Auf Filmmaterial wird der Tonwertumfang in optische Dichte D angegeben. Der Helligkeitsunterschied reicht theoretisch von 0 D (unbelichteter transparenter Film) bis 4 D (belichteter schwarzer Film). Auch teuerste Trommelscanner erreichten aber maximal 3,8 D.
Die Dichte wird dabei als Logarithmus angegeben: Ein Wert von 3,0 bedeutet eine Schwärzung, bei der vom auftreffenden Licht nur der 1.000ste Teil (10 hoch 3) durchgelassen oder reflektiert wird. Bei 3,3 wäre es der 2.000ste Teil usw. Die maximale optische Dichte D-max bezeichnet die mögliche dunkelste Bildstelle, die von Scanner noch erfasst werden können. Je höher D-max, desto besser ist die Detailzeichnung in den dunklen Bildstellen.

Der Dynamikumfang (Tonwertumfang) ist hingegen der mögliche Bereich (von differenzierbaren Abstufungen) von der hellsten zur dunkelsten Bildstelle, und kann geringer als die maximale Dichte (dunkelste Stelle) sein.

Je höher also der Tonwertumfang des Scanners, desto besser. Besonders Diascanner sollten aufgrund des kontrastreicheren Dia/Negativ-Materials einen möglichst hohen Tonwertumfang und optische Dichte haben.

Softwareausstattung

Weil vielfach dasselbe Gerät von anderen Herstellern unter einer anderen Bezeichnung und mit anderer Softwareausstattung angeboten wird, sollte man beim Kauf besonders die mitgelieferte Software beachten. Standard als mit dem Kauf eines Scanners gebündelt ist heute ein Scanprogramm und/oder nur ein Scanplugin für Photoshop; ein Bildbearbeitungsprogramm (bei besseren Scanner auch schon Photoshop oder Photoshop LE Limited Edititon) und eine OCR-Software. Ein nachträglich gekauftes hochwertiges Scanprogramm oder Bildbearbeitungsprogramm kann mehr als der Scanner selbst kosten. Empfehlenswert als Scanprogramm für die Druckvorstufe ist etwa das Programm und Photoshop-Plugin Silverfast von der Firma Lasersoft.

Übertragungsgeschwindigkeit

Heute verwenden praktisch alle Scanner entweder den USB- oder Firewire-Anschluss (oder haben sogar beide eingebaut). Einer der beiden sollte in jedem aktuellen Computer bereits eingebaut sein. Bei älteren Scannern/Computern war das vor allem der SCSI-Stecker, für den man heute eine zusätzliche Steckkarte erwerben muss.

Ein Scanner besteht aus einem Gehäuse, in dem sich eine Lampe, mehrere Spiegel, eine Optik und ein lichtempfindliches Bauteil befindet.
Das lichtempfindliche Bauteil ist entweder ein CCD (z.B. beim Flachbettscanner) oder ein Photomulitplier (beim Trommelscanner).

CCD (charge-coupled device) ladungsträgergekoppelte Schaltung.

Dieses lichtempfindliche Bauteil, die CCD, ist eine Ansammlung kleiner lichtempfindlicher Dioden, die Photonen (Licht) in Elektronen (elektrische Ladung) umwandeln können.
Nachdem eine CCD nur Helligkeiten unterscheiden kann, wird die Farbempfindlichkeit durch Filter in den Grundfarben Rot, Grün und Blau erreicht.
Mit der Optik wird das Bild auf die CCD projiziert.

Die Feinheit der CCD bestimmt das Auflösungsvermögen des Scanners in der Breite. In der Längsrichtung bestimmt der Schrittschaltmotor die Auflösung beim Bewegen der Teile, deshalb haben die meisten Scanner in Breite und Länge unterschiedliche Auflösungen, die geringere ist die Auflösung der CCD.

Ein Analog/Digital-Konverter (analog-to-digital converter ADC) wandelt den Wert jeden Pixels in eine digitale Zahl um (meist zwischen 0 und 255, d.h. 256 mögliche Helligkeitsunterscheidungen pro Farbe, die sogenannte Farbtiefe). Die Ansteuerung dieser Umrechung erfolgt durch die Scansoftware, das Kernstück des ganzen Vorgangs. Weil viele Scanner mittlerweilen in ihren Bauteilen fast identisch sind, bestimmt die Scansoftware maßgeblich die Qualität des Scans.

Damit der Strahlengang des Lichtes immer diesselbe Länge im Scanner hat, müssen parallel zur Lampe auch Spiegel und Optik bewegt werden, sonst würde das Bild verzerrt werden. Die Lampe dient als gleichmässige Lichtquelle bei der Messung der Bildhelligkeit.

Flachbettscanner

Rechts: Flachbettscanner mit Durchlichtaufsatz

Der Flachbettscanner ist wohl der verbreitetste Scannertyp. Verwendet wird der Scanner für Bilder, aber auch fürs Büro zur Texterkennung, als Fax in Verbindung mit einer Internetanbindung, als Kopierer in Verbindung mit einem Drucker.
Mit Durchlichtaufsatz ist der Flachbettscanner auch eingeschränkt für Dias und Negative geeignet, wobei hier meist die Auflösung des Scanners für einen großen Scan zu gering ist (optische Auflösung beachten, die interpolierte Auflösung ist qualitativ schlechter, ein Diascanner benötigt eine hohe Auflösung von mindestens 3000 dpi).

Dia- oder Filmscanner (meist für Kleinbild)

Dia- oder Filmscanner (meist für Kleinbild)

Für das Scannen von Dias und Negativen (Dias gerahmt oder direkt als 6er Streifen).
Am besten sind die Modelle, die Staub und Kratzer automatisch entfernen können (nicht mit Software sondern per Hardware durch einen zusätzlichen Oberflächenscan).

Für Dias oder Negative benötigt man mindestens 3000 dpi, um ein Dia/Negativ auch noch im Format A4 scannen zu können. (10 cm Foto bei 300 dpi sind 3000 Pixel, aber 3 cm Dia sind erst bei bei 1000 dpi 3000 Pixel). Bei Diascannern gibt es auch automatische Erkennung und Retusche von Staub und Kratzern, beim Nikon CoolScan heisst das ICE, bei Canon nennt sich das FARE (FARE funktioniert nicht für Dias). Das verbessert natürlich die tatsächliche Qualität des Scans nicht, erspart aber viel Arbeit in der manuellen Retusche.

Nicht alle Dia-Scanner kommen mit Negativen gut zurecht, da hier die Farbnebendichtenmaskierung (die orange Schicht) ausgefiltert werden muss. Hier ist wieder die Software, die den Scanner ansteuert, ausschlaggebend. Das Programm Silverfast von Lasersoft im Bundle mit dem Scanner ist im Allgemeinen eine sehr empfehlenswerte Kombination.

Als Zubehör gibt es automatischer Dia-Wechsler, sehr originell ein Gerät von Braun, das direkt ganze Diamagazine scannen kann,
geeignet zum Digitalisieren großer vorhandener Diabestände.
Auch gibt es oft als Zubehör einen Adapter für APS-Filme (Advanced Photo System), die Marketing-Totgeburt zwischen analogem Film und Digitalfotografie.

Der Preisbereich für einen Diascanner liegt derzeit zwischen 400,- und 10.000 Euro) , ein sehr guter D

Digitalkameras

Ähnlich in der Funktionsweise und ergänzend zum Scanner verwendbar, beispielsweise um große Vorlagen, die nicht mehr in einen Flachbettscanner passen, zu erfassen.

Trommelscanner

Das Einsatzgebiet der Trommelscanner hat sich aufgrund der Qualität von professionellen Flachbettscannern stark verkleinert.
Beim Trommelscanner wird die zu scannende Vorlage auf einen Plexiglaszylinder aufgespannt.

Einzugsscanner

Eine der ältesten Stufen des Scanners ist der Einzugsscanner, bei dem wie beim Fax ein einzelnes Blatt Papier digitalisiert wird. Der erste Scanner für einen Personalcomputer überhaupt war 1984 der Thunderscan für Apple Macintosh. Das Blatt wurde wie beim Drucken durch den ImageWriter-Nadeldrucker transportiert, bei dem eine gut durchdachte optische Kassette die Farbbandkassette des 144-dpi-Nadeldruckers ersetzte.
Die Software wurde von Andy Hertzfeld geschrieben, der auch am Apple-GUI der ersten Stunde mitgearbeitet hatte.

Handscanner

Der Handscanner war eine kleines Gerät, das mit der Hand über die Vorlage gezogen werden musste, sehr ähnlich dem Barcodescanner. Als Konkurrenz zu damals sehr teuren Flachbettscannern war der Handscanner eine finanziell interessante Alternative. Parallel zum eigentlichen Scan wurde auch die Fahrgeschwindigkeit registriert, um ein unverzerrtes Bild zu erhalten. Man konnte aber durch absichtlich kurviges Fahren interessante Verzerrungen erzielen, auch gewölbte Oberflächen zu scannen war möglich (eine Abwicklung eines Etikettes auf einer Flasche beispielsweise). Aufgrund des rasanten Preisverfalls bei den Flachbettscannern ist der Handscanner fast vom Markt verschwunden, obwohl heute die Kombination von Handscanner mit dem Laptop durchaus Sinn machen würde (aber auch hier hat die Digitalkamera schon zugeschlagen).

Barcodescanner

Ein Sonderfall der Scanner ist zur Erkennung der Warennummer des Strichcodes.
Wird in jedem Supermarkt verwendet und in der mobilen Form von allen Zustellern wie auch von der Post.
Gibt es heute auch schon als Aufsatz am Mobiltelefon.

Reproscanner/Kamerascanner

Der Kamerascanner ist eigentlich an der tradtionellen Reprokamera angelehnt.
Für verschiedene Spezialbereiche der Bilderfassung gibt es auch Speziallösungen.
Zum Beispiel alpha librae, ein System zur Digitalisierung von Büchern für Bibliotheken. (Auszug aus dem Werbetext: Durch die innovative optische Buchfalzentzerrung erfasst der alpha librae den gesamten Text in optimaler Qualität. Verkrümmte Textzeilen und deformierte oder fehlende Buchstaben gehören der Vergangenheit an.)
http://www.infosys-scanner.de/

3-D Scanner

Um räumliche Objekte zu digitalisieren, gibt es spezielle Scanner. Dabei wird ein dreidimensionales Gittermodell erstellt. Die Erfassung kann über verschiedene Methoden  3D-Scanner erfolgen. Mit Unterschneidungen kann es aber leicht Probleme geben. Heutzutage arbeiten 3-D-Scanner meistens mit Laser, aber dieses Bild sieht einfach besser aus.

Computer-Tomographie CT

CT beruht auf einem scheibchenweisen Röntgen des menschlichen Körpers, auf dessen Basis unter Verwendung von Wahrscheinlichkeitsalgorithmen ein dreidimensionales Computermodell des Körpers berechnet wird. Der Arzt kann dadurch eine genauere Diagnose erstellen
.

Auch viele andere bildgebende Abtastungen fallen mehr oder weniger unter Scanner, wie Ultraschall etc.

Die Abbildungen stammen von den jeweiligen Herstellern.