Un scanner analyse le document en mesurant saréflectance élément de surface par élément de surface. Les éléments reçoivent, simultanément ou séquenciellement, un rayon lumineux ; un ou plusieurs capteurs transforment la lumière réfléchie en unsignal électrique qui estnumérisé, constituant ainsi uneimage matricielle transférée à l'ordinateur, pour y être ensuite sauvegardé, traité ou analysé. L'appareil prend souvent la forme d'une tablette sur laquelle le document doit être posé, mais il existe aussi des scanners sur tambour, des scanners à main et des stylos numériseurs.
Le principe de la description ligne par ligne d'un document remonte au moins aupantélégraphe mis au point parGiovanni Caselli, un physicien italien, en 1856[4]. Cet appareil permet la reproduction d'un dessin tracé avec un crayon à mine isolante sur un support conducteur en feuille d'étain. À la suite de la mise en service commerciale de ce dernier, de nombreuses inventions reprennent le principe pour latélécopie. En général, elles exigent un document d'origine spécial. Lesignal électrique obtenu peut se transmettre partéléphone.
En 1904, l'AllemandArthur Korn utilise pour la première fois unecellule photoélectrique pour l'analyse directe d'un document original[5]. Vers 1920, le FrançaisÉdouard Belin perfectionne sonbélinographe en adoptant ce principe d'analyse, et son appareil amélioré domine la transmission à distance des photographies de presse ou de leurs négatifs. On fixe le document à reproduire sur un cylindre tournant. Une lampe éclairant vivement une petite surface et une lentille dirigées vers un point du document se déplacent lentement sur un chariot mû par une vis solidaire du cylindre qui les fait avancer d'une fraction de millimètre par tour. À l'autre bout, le signal module une lumière qui impressionne unfilm photographique.
Le premier scan numérique (1957)
On n'enregistre pas le signal qui décrit le document. L'analyse ligne par ligne constitue un échantillonnage dans la dimension perpendiculaire, et bien que les photographies de presse soienttramées, c'est-à-direéchantillonnées dans leurs deux dimensions, le signal reste analogique pour chaque ligne.
Le premiertélécopieur (fax) numérique apparait en 1969[7].
Le scanner à plat, sur lequel on peut poser des livres et des cahiers sans séparer les feuilles, apparaît dans les années 1970. Les scanners professionnels resteront rotatifs pendant une dizaine d'années. Il est en effet plus facile alors de fabriquer une mécanique de précision, n'utilisant qu'une cellule dont les caractéristiques restent stables pendant la durée de l'analyse du document, que des ensembles de capteurs photo-électriques de caractéristiques identiques.
La généralisation de lanumérisation des archives papier et du contenu des bibliothèques pour le stockage et la diffusion des documents a entraîné la conception de scanners permettant la reproduction automatique des livres sans les écraser sur une vitre, grâce à un système optique permettant de garder la ligne de capteurs à distance.
Larésolution spatiale : c'est la précision de la capture de l'image, mesurée en points par pouce (ppp oudpi pour « dot per inch » en anglais) ; il faut distinguer la résolution optique (ou réelle) et la résolution interpolée, la résolution optique est la précision réelle de l'appareil alors que la résolution interpolée est une résolution plus fine obtenue par calcul de points intermédiaires entre les points réellement mesurés.
La profondeur d'analyse : c'est le nombre de couleurs ou de niveaux de gris que l'appareil produit. Elle dépend principalement des capteurs.
Le format de document original : c'est la grandeur maximale des documents que le numériseur peut accepter.
La vitesse de numérisation : le nombre de pages numérisées par minute ; la vitesse de numérisation dépend non seulement de la puissance du numériseur mais aussi du format des documents à numériser et de la résolution choisie pour le travail.
Les scanners à plat sont les plus courants. Il en existe de deux types :
Ceux dont lescapteurs (en général, de type CCD) sont fixes et dont la partie mobile est un miroir. Ces scanners sont plus coûteux à fabriquer et embarquent un système optique d'une certaine complexité. La qualité de leurs numérisations peut être excellente.
Ceux dont les capteurs (de type CIS) sont mobiles, et appliqués directement contre la vitre. Bien qu'ils aient énormément progressé, leur image est toujours un peu floue car ils ne peuvent empêcher une diffusion de la lumière contre la vitre. C'est la technique utilisée pour les scanners ultra-plats.
Ceux-ci sont de plus en plus souvent couplés à uneimprimante, ce qui permet par exemple de faire des copies (couleur et noir et blanc) sans avoir besoin d'un ordinateur. Certains scanners à plat sont aussi équipés d'un module pour documents transparents (films argentiques négatifs ou positifs).
Le document est posé contre une vitre. Sous cette vitre, un miroir et une source de lumière effectuent ensemble un passage. La source lumineuse éclaire le document au travers de la vitre. La lumière réfléchie par le document est renvoyée par le miroir mobile à un système optique qui le transmet à une batterie decapteurs de type CCD (Charged Couple Device). L'ordinateur se charge ensuite de recomposer l'image obtenue. Puisque la lumière traverse deux fois la vitre, les images souffrent d'une légère diffusion de la lumière et d'une relative perte de luminosité. Il existe cependant d'excellents scanneurs à plat depuis la fin desannées 1990.
En général, les numériseurs sont contrôlés par l'ordinateur via l'interface de programmationTWAIN ouWIA sousWindows ouSANE sousLinux.
Un problème fréquent rencontré est lemoirage qui apparait notamment lors de la numérisation d'images ou d'éléments imprimés ensimiligravure au moyen d'unetrame (héliogravure,offset, etc.). Si on scanne une image tramée avec une résolution proche de lalinéature de trame, desinterférences visibles apparaissent sur la reproduction, créant un effet de « moiré ». Cet effet ne se produit pas avec une trame stochastique générée par ordinateur, ni avec lalithographie demi-teintes, dont le grain est, lui aussi, aléatoire. Si un motif, comme des hachures, dans des documents au trait, c'est-à-dire sans nuances de gris, a unefréquence spatiale proche de celle de l'analyse par le scanner, le moirage apparaît aussi. On rencontre fréquemment ce problème pour la reproduction réduite degravures. Lorsque le scanner est réglé avec une résolution largement supérieure à celle de l'impression de l'original, l'analyse ne donne lieu à aucun moirage ; mais le document informatique a une taille excessive. Pour le réduire à la résolution désirée, sans créer de moirage, on effectue unfiltrage spatial de façon à éliminer les motifs qui créent le moirage. Le produit du scan contient non seulement des informations sur l'image, mais aussi des informations sur la trame, qui, en principe, n'intéressent pas. Ledétramage va supprimer ces informations inutiles.
Avec les scanners « à défilement », le document est entraîné, comme pour unfax, c'est lui qui se déplace et non les capteurs ou un miroir. Ce procédé est principalement utilisé dans les bureaux. Ces scanners permettent aujourd'hui de numériser des documents de grammages variables de format allant de la carte de visite auformat A3.
Certains d'entre eux, comme leKodak i840, peuvent scanner jusqu'à plus de 160 pages par minute en recto/verso. D'autres types de scanners à défilement, plus spécifiques, sont prévus pour numériser des documents grands formats (scanners de plan supérieur à l'A0).
L'opérateur fait défiler l'outil contre le document à scanner.
Au début desannées 1990, les scanneurs à main ont été les premiers scanneurs « grand public », du fait notamment de leur faible prix. Ils sont aujourd'hui beaucoup moins fréquemment utilisés, eu égard à l'habileté que réclame leur manipulation et aux erreurs dont leur mode opératoire est la source. Ils restent intéressants dans des domaines tels que l'analyse de l'écriture, notamment pour le chinois et le japonais.
Dans un scanner pellicule, la lumière traverse directement la photographie transparente (négatif ou diapositive), ce qui permet, avec un objectif de qualité, d'obtenir une qualité chromatique de haut niveau et une résolution très élevée. Certains scanners à plat, dits « scanners photo » sont aussi équipés d'un boîtier lumineux qui leur permet, outre leur fonction classique, de numériser en lumière réfléchie les documents opaques, la numérisation en lumière directe de documents transparents[8].
Pour remplacer letélécinéma dont les performances sont notablement restreintes, le « scanner film » permet de numériser automatiquement la totalité d'une pellicule film, image par image, tout en générant un fichier vidéo numérique conforme aux formats adaptés à la projection cinéma en salle, en édition vidéo ou pour la télévision, de la résolution standard, jusqu'à l'ultra haute définition.
Les scanners à tambour produisent un transfert d’image de haute qualité avec une résolution et une qualité colorimétrique sans égal. Ils ne sont pas adaptés à tous les types de documents, ceux-ci doivent pouvoir s'enrouler autour du cylindre et ne pas dépasser 1 mm d'épaisseur.
Ils coûtent généralement beaucoup plus cher que les autres types de scanners et sont généralement utilisés dans un environnement professionnel. En raison de leur coût d'acquisition élevé, ils sont de plus en plus remplacés par des scanners à plat de haute qualité. De nombreux scanners à tambour sont encore utilisés pour des reproductions haut de gamme, telles que l’archivage de photos dans les musées.
Pour numériser une image au moyen d’un scanner à tambour, il faut la fixer à un tambour rotatif ou la charger dans un cylindre de support. Le tambour tourne à une vitesse élevée devant des scanners optiques. Ceux-ci se déplacent lentement sur la surface du tambour, jusqu’à ce que toute l’image soit capturée. L’image capturée est ensuite reproduite par l’ordinateur sous forme d’un fichier d’image numérique.
La société allemande Linotype-Hell qui a été reprise par laHeidelberger Druckmaschinen AG a été l’un des derniers grands fabricants de scanners à tambour. Aujourd'hui[Depuis quand ?], ces appareils ne sont pris en charge que par le logiciel SilverFast deLaserSoft Imaging sous les systèmes d'exploitation actuels[9].
Les progrès de laphotographie numérique permettent la création de « bancs de reproduction » numériques. Il existe aussi des scanneurs dits « verticaux », qui peuvent être qualifiés de « bancs de reproduction ». Ils sont utiles pour les objets ayant un certain relief, pour les objets fragiles comme les livres dont on n'est pas obligé de détruire la reliure en les ouvrant à plat, etc.
Des entreprises, telle que 4DigitalBooks commercialisent des numériseurs capables de traiter sans intervention humaine 1 500 pages à l'heure. Les pages sont déroulées grâce à un bras perforé d'une multitude de petits trous, qui saisit les pages par aspiration, sans nécessité de détruire la reliure.
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