Scanner : l’acquisition d’images par digitalisation de l’information

Comme son nom l’indique, un scanner est un appareil qui balaye un document (en anglais « to scan ») . C’est un composant qui numérise une image ou un document pour le transférer ensuite sur un ordinateur. Une source de lumière éclaire le document à numériser. Ce dernier réfléchit la lumière différemment en fonction de sa teinte. Pour des scanners couleur, la lumière incidente passe par un filtre correspondant aux trois couleurs fondamentales (rouge, vert, bleu) ce qui permet d’obtenir les réflexions correspondantes à chacune d’entre d’elles. Le scanner dirige la lumière reflétée sur un élément photosensible (généralement à travers une série de miroirs et de lentilles). Dans la plupart des appareils, le capteur utilisé est un capteur CCD Charged Couple Device ou dispositif à transfert de charges) qui est un circuit intégré photosensible électronique (surface photosensible). Les capteurs photosensibles disposés sur le CCD convertissent les niveaux de luminosité en signaux électroniques qui sont ensuite traités en image numérique. La technologie CCD est de loin la technologie de photosensibilité la plus utilisée dans les scanners modernes. Deux autres technologies, le CIS (Contact Image Sensor) et le PMT (Photomultiplier Tube) sont également présentes sur le marché, situées respectivement sur le bas et sur le haut de gamme. Le CIS est une nouvelle technologie qui réduit la taille et le poids des scanners, mais sacrifie la plage dynamique, alors que les scanners à base de tambour PMT produisent des images de haute qualité mais ont peu d’utilité dans les bibliothèques et les services d’archives.

L’énergie lumineuse convertie en tension électrique

Un convertisseur analogique-numérique transforme la tension électrique en une donnée exploitable par l’ordinateur. Il en existe différentes sortes dont les scanners à plat : les plus connus et les plus répandus car ils conviennent à de nombreuses utilisations et sont faciles à utiliser. Leur popularité vient d’Internet, car la publication Web a ouvert les portes d’un marché énorme, en faisant chuter les prix des entrées de gamme à moins de 100 euros. Par ailleurs, les unités professionnelles destinées au marché des arts graphiques rivalisent en qualité avec les scanners à tambour. Tous utilisent la même technologie de base, dans laquelle un capteur lumineux (généralement un CCD) et une source lumineuse, tous deux montés sur un bras mobile, balayent le document immobile placé sur une plaque en verre. Les ADH (Automatic Document Handlers, manipulateurs de documents automatisés) sont disponibles sur certains modèles, et peuvent augmenter le rythme de production tout en réduisant la fatigue de l’opérateur lors de manipulations. Le scanner vertical est une variante spécialisée du scanner à plat dans laquelle la source de lumière du scanner, le dispositif de capteurs et les optiques sont déplacés vers un ensemble d’appui sous lequel un volume relié peut être placé face vers le haut pour la scannérisation.

Des matériels qui évoluent chaque mois

La source lumineuse est mobile et balaie la plaque de verre sur laquelle est posé l’original. Un miroir se déplace avec elle et se charge « d’envoyer » le résultat à un bloc fixe généralement composé d’un autre miroir et du circuit CCD. Un inconvénient : la lumière traverse deux fois le verre (légère perte de luminosité), mais surtout, l’image est obtenue par réflexion de la lumière sur l’original. Il en résulte une très grande perte de lumière et surtout de contraste. Cependant, les qualités de ces matériels évoluent chaque mois. Les scanners à défilement utilisent la même technologie de base que les scanners à plat mais maximalisent le débit, en général aux dépens de la qualité. Normalement conçus pour des environnements professionnels de traitement de grands volumes de documents, ils scannent en noir et blanc ou en niveaux de gris à des résolutions relativement basses. Les documents doivent être de tailles égales et assez solides pour résister à une manipulation un peu rude, bien que les mécanismes de transport sur les modèles plus récents assurent une réduction de l’effort. Que le transport soit effectué par rouleau, ceinture, tambour ou vide, le capteur et la source lumineuse restent immobiles tandis que le document est passé au-dessus. Une sous-classe importante de scanners à défilement concerne des modèles verticaux spécialement conçus pour les documents de taille supérieure tels que les cartes ou les plans d’architecture. Avec une résolution élevée, les scanners à tambour sont des numériseurs de très bonne qualité. Hormis le coût élevé, ils sont lents, non adaptés aux documents fragiles et exigent des compétences en manipulation. Par conséquent, on les trouve dans les bureaux de prestataires de services pour le marché pré-presse. Le rayon de lumière traverse le document (transparent), lui-même monté sur un cylindre de verre rotatif. Un jeu de miroirs assez simple permet d’atteindre trois capteurs photosensibles, un par composante de la lumière.

Numériser des bibliothèques de diapositives

Les scanners à diapositives sont utilisés pour numériser des bibliothèques de diapositives existantes ainsi que les intermédiaires photos d’objets tridimensionnels et les documents non adaptés à la numérisation directe. L’utilisation de médias transparents produit en général une image avec une plage dynamique élevée, mais en fonction de la taille de l’original, la résolution peut être insuffisante pour certains besoins.

Toute une liste d’étapes opérationnelles suit la numérisation. De telles procédures peuvent se produire à n’importe quel point de la chaîne, depuis la numérisation jusqu’à la livraison aux utilisateurs finaux. Et ce avec la possibilité de personnaliser la reproduction par modifications appliquées seulement à certains fichiers, traitements de l’image par lots, répétition d’opérations selon les fréquences nécessaires.

Les opérations de traitements d’image/de fichier sont l’édition, la retouche, l’amélioration (étapes telles que détramage, redressement (deskewing), netteté, utilisation de filtres habituels et réglage de la profondeur de bit incluses). Dans certains cas, le logiciel de numérisation effectue ces tâches. Dans d’autres cas, des outils d’édition d’image séparés sont utilisés (Adobe Photoshop, Corel Photo-Paint, ImageMagick…). Il est aussi possible de compresser les images, commande parfois effectuée par le firmware dédié du scanner ou par le matériel dédié dans l’ordinateur.

Conversion du format de numérisation

La compression peut être également menée via un seul logiciel, bien que le matériel dédié soit plus rapide et doit être envisagé lors de la création d’un grand nombre de fichiers ou de très gros fichiers. La conversion de formats de fichiers est utilisée lorsque le format de numérisation original n’est pas adapté à toutes utilisations requises. Le redimensionnement est la réduction de la résolution à travers la disposition des bits. Il est souvent nécessaire car les scans capturés à de très hautes résolutions ne sont pas adaptés à l’affichage sur écran afin de créer des images livrables sur le Web. Si le document numérisé est un texte, sa conversion en texte lisible par ordinateur peut être recherchée ou indexée grâce à une fonction de reconnaissance optique de caractères (OCR). La création de méta-données concerne l’ajout de texte pour décrire, tracer, organiser ou conserver une image.

Dans certains cas, le traitement de l’image peut être intégré à la station de travail de numérisation, en particulier si chaque image est vérifiée lors de sa création. Dans le cas d’opérations « à la volée » telles que le redimensionnement d’une image juste avant sa livraison, le traitement de l’image est effectué sur son serveur.

Traitement des images par lots

D’autres opérations peuvent exiger la présence d’un second ordinateur. L’édition, en particulier pour les images couleurs 24 bits non compressées, demande une large quantité de mémoires RAM et vidéo. Afin de travailler le plus efficacement possible, les éditeurs d’images ont besoin de plusieurs fois la taille décompressée du fichier édité en RAM. Un moniteur à résolution élevée est également nécessaire. Les étapes de traitement de l’image pouvant être menées sur tous les fichiers (ROC, conversion de format, redressement) font un usage intensif du processeur.

Le traitement par lots nécessite un processeur rapide, beaucoup de RAM, des périphériques de stockage rapides d’accès, et le routage rapide des données au sein du système. Ces caractéristiques sont plus fréquemment disponibles dans les systèmes multi-utilisateurs. En particulier, les systèmes Unix, avec leurs capacités inhérentes de traitement par lot, sont bien adaptés à ce genre de tâches, bien que les ordinateurs sous système Linux, Windows 2000 ou XP Professional conviennent également.

La résolution, une caractéristique primordiale

Lors du choix d’un modèle, la caractéristique la plus importante d’un scanner demeure sa résolution, exprimée en points par pouce (dpi). Plus elle est élevée, plus le scanner est précis. De plus, on donne toujours les résolutions horizontales et verticales, car elles sont souvent différentes. La résolution maximale de la numérisation dépend de la densité des cellules photosensibles sur le capteur CCD (résolution horizontale) et du nombre de déplacements élémentaires que le chariot est capable d’exécuter (résolution verticale).

La plus importante est la résolution optique, encore appelée résolution réelle ou résolution sans interpolation du scanner. En effet, pour améliorer le rendu des documents numérisés, les constructeurs ont parfois recours à une technique d’interpolation : entre deux points numérisés, le scanner introduit un troisième point, fictif, dont la valeur se situe à mi-chemin entre les deux autres.

Ainsi, entre un point gris foncé et un point blanc, le scanner rajoute un point gris clair.

On obtient donc une nouvelle résolution, souvent dénommée résolution avec interpolation.

Ce procédé d’interpolation offre deux avantages : il égalise les résolutions verticale et horizontale, ce qui facilite le traitement ultérieur de l’image car on dispose alors de points « carrés », et il lisse les transitions entre deux points.

En revanche, il introduit aussi des erreurs : une rupture franche entre deux points est atténuée par un tel dispositif.