Самодельный книжный сканер

Идея самодельного книжного сканера проста: книга лежит в раскрытом виде, камера снимает её сверху, страницы перелистываются рукой. Всё остальное — инженерия вокруг трёх параметров, каждый из которых виден в результате.

Три узла, которые решают #

Жёсткость. Камера и книга не должны двигаться друг относительно друга между кадрами. Шаткая конструкция даёт разный масштаб и разный ракурс на соседних страницах, и партия перестаёт быть однородной — обработать её пакетно уже не получится.

Равномерность света. Градиент яркости по странице означает, что порог бинаризации при распознавании будет ошибаться то в одну, то в другую сторону. Ровный свет важнее мегапикселей.

Параллельность. Плоскость матрицы должна быть параллельна плоскости страницы. Отклонение даёт трапецию, которую программно исправляют, но с потерей резкости по краям.

V-образная колыбель #

Основной узел. Два листа фанеры или толстого пластика, сведённые под углом 100–120°, обтянутые чем-то мягким. Книга раскладывается в этот угол, а не раскрывается на 180°.

Что это даёт:

• корешок не нагружается — клеевой переплёт не трескается, шитый не расходится;
• обе страницы видны одновременно, значит можно снимать разворот целиком;
• страница у корешка ближе к плоской, тень и искажение меньше;
• книга держится сама, руки свободны для перелистывания.

Угол 120° — компромисс между удобством съёмки и щадящим отношением к переплёту. Для ветхих книг делают колыбель на 90–100°: страницы видны хуже, зато нагрузки почти нет.

Прижимное стекло #

Клин из двух стёкол, сведённых под тем же углом, что и колыбель, опускается на разворот сверху и выпрямляет страницы.

Плюсы: страница становится плоской, кривизна у корешка почти исчезает, программная компенсация не нужна.

Минусы: стекло даёт блики и нагружает переплёт. Плюс сама конструкция клина должна быть лёгкой, иначе давление на книгу становится избыточным.

Как борются с бликами: свет ставят под 45° с обеих сторон, а камеру строго сверху. При такой геометрии зеркальное отражение источника уходит мимо объектива. Второй приём — тонкое стекло с антибликовым покрытием, но это заметно дороже.

Для ветхих книг стекло не применяют вообще, мирясь с кривизной страницы и правя её программно.

Свет #

Две панели по бокам, под углом около 45° к плоскости страницы, с рассеивателями.

Что важно:

• индекс цветопередачи (CRI) от 90 — иначе цвет иллюстраций уплывёт, и никакая коррекция не вернёт то, чего источник не осветил;
• отсутствие мерцания — светодиодные панели с качественным драйвером; дешёвые мерцают с частотой сети и дают полосы на коротких выдержках;
• симметрия — обе панели одинаковые и на одинаковом расстоянии, иначе одна страница разворота будет светлее другой;
• холодный свет — лампы накаливания греют бумагу и вредны для ветхих изданий.

Верхний свет в комнате на время съёмки гасят: он даёт вторую систему теней и блики на стекле.

Камера и настройки #

Крепление. Жёсткий кронштейн или штатив с боковой штангой. Камера не должна касаться стола, на котором лежит книга: вибрация от перелистывания передаётся через столешницу.

Режим. Ручной. Одна экспозиция на всю книгу — иначе страницы приедут с разной яркостью.

Настройки-ориентиры: диафрагма f/5.6–f/8 (запас глубины резкости на кривизну страницы, но ещё без заметной дифракции), ISO минимальное, выдержка любая — камера на штативе. Фокус ручной, наведён один раз и зафиксирован.

Формат. RAW, если книга ценная; JPEG высокого качества, если задача — чтение. Разница проявится только при сильной коррекции.

Спуск. Проводной или по таймеру: касание камеры пальцем на длинной выдержке смазывает кадр. Ножная педаль — самое удобное решение, руки заняты страницами.

Обработка #

Съёмка — половина работы. Дальше:

1. Разрезание разворотов на страницы.
2. Выравнивание перспективы и перекоса.
3. Компенсация кривизны страницы (у самодельной конструкции без стекла она будет).
4. Обрезка полей одинаково для всей книги.
5. Приведение яркости.
6. Распознавание и сборка PDF.

Специализированный бесплатный инструмент для шагов 1–5 — ScanTailor. Он рассчитан именно на этот конвейер и обрабатывает партию из сотен страниц по одному набору правил. Обзор софта, сборка PDF.

Чего самодельная конструкция не даёт #

Честная граница. У фабричного планетарного сканера есть три вещи, которых в самоделке нет:

• калиброванная геометрия — известно точное соответствие пикселей миллиметрам, что нужно для архивной документации;
• датчик кривизны страницы — компенсация делается по измеренной геометрии, а не по искривлению строк;
• сертифицированный по спектру свет и цветовая мишень в потоке.

Для домашней библиотеки, чтения и распознавания это не имеет значения. Для оцифровки, которая пойдёт в архивный фонд, — имеет.