照片档案数字化扫描质量探究.docx

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照片档案数字化扫描质量探究

照片档案数字化扫描质量控制探究

宫岩向晶李凡

摘要：

照片档案数字化是照片档案管理不可缺少的重要环节，本文通过对影响照片档案影像质量的扫描设备性能及指标参数的研究分析，提出了照片档案数字化应建立的工作理念和工作模式以及确保影像质量的控制方法和措施。

主题词：

照片档案照片数字化质量控制

数字扫描是照片档案数字化处理的主要手段和方式。

扫描质量直接决定了照片最终输出效果和数字化成果的应用。

其品质的形成不仅受原照片质量、扫描设备和扫描参数设置等诸多因素的影响，同时也与我们的工作理念以及操作技巧的应用有着直接的关系。

一、扫描设备及主要参数对影像质量的影响

照片扫描仪按形式可分为：

电子分色机、滚筒扫描仪、平板式扫描仪、底片扫描仪等；按照片性质可分为透扫和反射两种工作方式。

从利用目的、价格性能及操作便利等方面考虑，档案部门对于照片、底片（正片或负片）的数字化，使用平板扫描仪和底片扫描仪应该是最合适的选择。

底片扫描仪由于它是透射结构，不必考虑反射稿的光路，在品质上会高于一般的平板扫描仪。

但在选择时应考虑馆藏底片数量及单位经济实力，在底片数量不多的情况下，可考虑选择双扫描平台或带有透射适配器的平板扫描仪。

1.设备与影像质量的关系

平板扫描仪的制造技术已经比较成熟。

对设备来讲，主要有两个重要器件：

（1）电荷耦合器件（CCD）

电荷耦合器件（CCD）是能够把光学影像转化为数字信号的图像传感器。

现在所采用的电荷耦合器件CCD可以做到非常高的光学分辨率，有的已达到4800dpi。

专业扫描仪的密度可以达到4.0D。

平板扫描仪使用的是线性CCD，其质量远远高于使用面阵CCD的普通数码相机的翻拍质量。

专业扫描仪因具有比普通扫描仪更大尺寸的CCD，从而能提高信噪比，增加图像密度，真实的再现照片的每个细节。

普通扫描仪大都采用廉价的CCD，它对环境电噪声很敏感，这种电噪声会使得探测到的颜色值失真。

（2）扫描镜头

扫描镜头的品质会直接影响到扫描效果。

专业扫描仪大都是采用大口径光学玻璃镜头来提高透光率和扫描精度，而家用或办公类扫描仪一般采用的是小口径的树脂镜头，虽然理论指标值很高，但实际上很难达到所标分辨率的清晰度。

因此，扫描仪标配指标并不能完全说明设备的档次和品质，还要分清是专业用机、办公类用机还是家庭用机。

有些指标参数相同或更高但扫描的效果却有很大的差异。

握有利器，选用精度高、专业的扫描设备是数字化工作的保证。

现在市场上适合照片档案数字化的高、中档扫描仪主要有哈苏的X5系列、中晶ArtixScan系列的M1、2500和Epson的V7XX系列等可供选择使用。

2.指标参数与影像质量的关系

扫描图像质量的差异在很大程度上取决于不同扫描仪的输入指标及参数的设定。

实践证明，只有针对不同照片档案类型，正确理解和设置各项扫描参数，才能得到最佳色彩、层次及清晰的扫描图像。

（1）光学分辨率

光学分辨率是CCD元件的最大扫描分辨率，即为扫描仪传感器的基本采样率。

它是扫描仪硬件扫描时获取的垂直和水平方向数值，如标注为600DPI×1200DPI。

人们往往会误把光学分辨率当作衡量扫描仪是否专业或优劣的指标，其实这个指标只与要把原照片放大的倍率有关，与其他的诸如清晰度、层次等没有太直接的关系。

扫描仪即使标有很高的分辨率指标，也不一定就能清晰表现照片高细节部分，因为它还受CCD品质及尺寸、镜头的成像质量、A/D转换器的品质等诸多因素的影响。

选用多大光学分辨率的扫描仪才能够胜任照片档案数字化的工作，取决于我们照片扫描后需要放大的尺寸。

（2）位深

位深是表示一个扫描设备可以在它获得的每一像素上测出的最大颜色或灰度级，也称为采样深度。

位深度增加，扫描设备捕捉的细节数量也会越多。

市场上主流扫描仪的色彩位深从早期的16、24位（bit）已发展到48位（bit）。

48位色彩位数意味着可以捕获到281万亿种色彩。

另外，目前市面上所售输入为48bit扫描仪，输出却分为专业影像48bitoutput和专业文档24bitoutput不同类型，在选用时应注意分辨。

（3）动态范围

动态范围也称密度范围，主要体现扫描仪对照片亮调、暗调层次，以及数字化图像中相邻色调之间过渡的平稳性。

此指标可以用于照片或底片，也可以用于扫描设备。

将它用于照片或底片时，密度范围采用0～4之间的一个值来度量，它表示对透明底片的光阻能力或对反射式照片的光吸收能力。

一般来说，透射型介质（如胶片、幻灯片、透明等介质）比反射型介质（如照片或画册等纸基介质）具有更宽的动态范围和更高深的颜色值（dmax）。

将它用于扫描设备时，动态范围描述的是设备能记录照片的色调范围和再现色调细微变化的能力。

表示设备所能探测到的最淡颜色（dmin）和最深颜色（dmix）之间的差值。

一个设备的动态范围越宽，它可以捕捉的可视细节就越多。

宽的动态范围还有助于补偿或减少因密度的对数（非线性）特性所出现的正象倾向于在阴影部分有较多的色调压缩，负象则在高亮区域具有较多压缩的现象。

（4）黑白场　

黑白场是扫描仪用来进行黑白两个起点位置设置和图像映射关系调整的重要工具。

图像的黑白场标定可重新分布图像的阶调范围，主要影响影像的颜色深浅、明暗反差、阶调复制范围的大小等。

图像中最亮的点是白场，白场直接影响着亮调及中间调的色调层次，高光点的设置还将影响颜色的中性灰平衡。

当白场定得太亮时，会引起亮调部分层次丢失；定得太暗，图片的整体层次偏暗。

图像中最暗的点为黑场，黑场定的太暗，会导致暗调层次丢失并造成“并集”现象，反之会导致暗调太亮。

扫描时应多比较黑场与暗调层次、白场与亮调层次的差异，用其所示数值对比来判断扫描效果。

图像软件对反差、亮度、锐度等参数的调整也都是围绕黑白场进行的。

（5）色彩类别

色彩类别包括RGB、CMYK、LAB、灰度等等，通常是以最终的用途来选择的，一般RGB适用于显示，CMYK适用于印刷。

LAB模式与光线及设备无关，利用时转换为CMYK模式进行打印输出，色彩没有丢失或被替换，是避免色彩损失的最佳方式。

因此，在照片档案不确定最终用途和方式时，我们认为选择LAB模式为宜。

通过对设备器件和各参数的认识分析，我们可以这样认为：

扫描设备的镜头、电荷耦合器件CCD的品质以及是否具有较高的信噪比等因素决定了扫描设备的专业性能和清晰程度；光学分辨率决定了照片能够放大的尺度；黑白场、动态范围、伽玛值、亮度、对比度等影响着影像的色调层次和质量品质。

二、照片档案数字化的工作理念

照片档案数字化与纸质档案数字化以及仿真复制虽然所采用的扫描设备和工作原理是一致的，但所要求的侧重面却有一定的差异。

纸质档案的数字化讲究的是可读，强调的是完整和真实档案信息在显示或打印输出后的可识别和可读性；仿真复制讲究的是逼真，强调的是还原出的仿真件与原件的相似性；而照片档案的数字化，讲究的是清晰。

由于照片档案数字化成果的利用对象、利用目的和利用方式具有不确定性，因此，它所要求的是能满足各种利用的需求。

对其实施数字化扫描的工作原则和理念，也会有别与其它扫描工作。

在实际工作中，我们认为应该建立这样几种理念：

1．以保留细节为重心，最终效果的调节待使用时进行

照片档案数字化影像，由于用途的不确定性，其质量控制应以保留细节为重心，影像效果调整无需一步到位，力求保留尽量多的表现细节和可调余地，待使用时再根据具体需要做最终的调整。

主要应把握两个方面：

（1）在影像品质方面，尽量保证各元素的细节。

针对照片的具体情况，应特别关注对影响影像层次、细部存留参数的调节控制，尽最大可能保存易丢失的高低两端细微的密度层次。

有些调整可以不在数字化加工过程中进行，这样虽然影像的影色调看似平平，却能保留更大色彩和灰度表现区域，给不同利用留有调整余量。

照片的调节具有不可逆性，一旦前期调整不当造成细节丢失，后期很难再调整恢复。

（2）在影像内容方面，主要注意保持照片档案原有的历史痕迹和档案元素。

不应进行剪裁和长宽比例的调整，甚至可保留包含照片外延边界的版本，来印证和确定照片的真实全貌。

应禁止对存档版本的影像进行去污染修复、改变色彩以及对影像像素进行遮挡移位等处理。

例如经过“文革”保存的照片，有的人物被打叉涂抹，还应保持这种原始的痕迹和信息。

照片档案数字化应是全面记录的采集，最终效果的调整应在后期利用时由利用者进行。

此时，可以根据使用的目的和作用，进行效果优化、构图裁切、反差调整等技术处理来表现所需的历史感、艺术感和视觉感。

2.以最终输出尺寸为标准，根据照片实际情况选择分辨率

在实际工作中，对扫描分辨率参数的选用大都有时会规定具体固定指标，如规定选择300DPI或600DPI等，选用同一分辨率对于不同规格照片，扫描出的数据大小、规格尺寸和清晰程度是不同的。

我们认为应该由以往固定的DPI分辨率数值改为以最终输出尺寸为标准选择分辨率，如可以统一以最后能满足输出12英寸优质图片的3000×2100左右图片文件分辨率为标准选择。

这样不论原照片或大或小，都会使照片扫描数据文件尺寸基本相同、大小相对统一。

既便于存储管理，又方便后期利用。

以下试验数据可用来参考：

照片规格

照片尺寸

扫描分辨率（dpi）

图片文件分辨率

（pixel）

1寸

2.5cm×3.5cm

2200

3058×2249

2寸

3.5cm×5.3cm

1420

3000×2100

5寸

5英寸×3.5英寸

8.8cm×12.5cm

600

3000×2100

6寸

6英寸×4英寸

10cm×15cm

500

3000×2000

7寸

7英寸×5英寸

12.5cm×17.5cm

430

3010×2149

8寸

8英寸×6英寸

15cm×20cm

370

3000×2250

10寸

10英寸×8英寸

20cm×25cm

300

3000×2400

12寸

12英寸×10英寸

25cm×30cm

240

3000×2500

注：

此数据由EpsonV700扫描仪测试获得，具体运用会有差异，仅供参考

对于尺寸小的照片，其本身分辨率和扫描仪分辨率都满足不了放大效果时，可采用阶梯放大方式，即先扫描并洗印成清晰中等尺寸的照片，对该照片再次扫描，这样得到的影像效果比直接扫描成大尺寸影像更加清晰。

在使用中也可采用此方式来满足超大规格图片制作的需求。

3.注重对扫描仪色彩的管控，同时不可忽视显示设备

与仿真复制的扫描不同，对于照片档案数字化中的色彩管理，更重要的是保证扫描仪扫描影像色彩的准确。

不能仅保证当前数字化所使用的扫描、显示、输出一套设备与所扫描照片的一致性，还应保证在不同显示环境、输出方式中得到正确的照片还原。

色彩管理的重点在于记录影像数据与照片档案原件的颜色基本相近，并能通过正常的屏幕表现出来。

在照片档案数字化设备选用时，我们往往会过多注重扫描仪的专业性而忽视显示器和工作计算机显卡的品质。

其实，在不进行打印输出数字化图像时，保证显示器准确体现影像的真实色彩更为重要。

缺少良好的显示环境，所进行的诸如亮度、反差、色彩等调节都将是不准确的，甚至是适得其反的。

因此，除扫描仪外，选用好的显卡、优质的显示器以及校正屏幕的校正仪是照片档案数字化必备的设备条件。

4.合理选用软件功能，慎重选用自动设置

在有些扫描设备和软件中带有简单分析判断自动调整的一键扫描等功能。

由于照片档案的复杂性，当遇有照片超出正常的质量范围，盲目选用这些功能很难达到理想的影像效果。

在实际操作时要避免任何参数都选用自动调整，那只能使图片质量平庸，甚至达不到利用要求。

这就像专业相机与卡片自动相机的区别一样，自动功能是方便的，但在特殊情况下往往又是最不靠谱的。

还是应该根据实际情况，对扫描参数一一进行设置，以求获得最佳的扫描质量。

扫描软件有许多常用的功能，如USM锐化、颗粒降低、色彩翻新、背光补偿、去杂点、去除网格、DigitalICE（自动消除技术）等，这些功能是在扫描中选用还是后期通过PHOTOSHOP调节，应根据前后选用的差异和对影像质量的影响来决定，本着保留细节，力求高品质去选择应用。

照片档案数字化过程中，可以应用一些辅助软件，如接片软件、调畸变等软件。

运用好应用软件能方便数字化工作，提高工作效率。

但要依靠软件不能依赖软件，在照片档案数字化扫描中，更重要的在于经验的总结，技能、技巧的摸索和运用。

三、照片档案数字化工作的质量保证

照片档案数字化只有依靠科学标准化的工作流程，充分发挥其设备技术性能，并建立质量评价和控制的体系才能保持稳定的质量品质。

1．建立标准化、系统化的工作流程

照片档案数字化工作包括数字化前处理、数据采集、数据处理和数据存储利用等环节。

这是一项长期的技术性工作，应该严格按照标准和规范实施。

工作流程如下图：

2.确保设备处于稳定的工作状态

为保证扫描设备安装和运行完好，确保设备处于稳定的工作状态，需要定期对扫描设备进行色彩还原、色阶和色彩解像力等主要性能的常规性测试，以便了解、监控扫描仪的性能和工作状况。

测试可以利用扫描仪或复印机等设备自带的测试图版进行。

由于只是比对性检测，如果没有或购置不到，采用复制的测试图进行测试也能够达到测试的目的。

如《彩色测试版:

CMYN颜色》（见下图样）

自我测试内容及测试方法：

a）色彩还原将测试图上的14种CIE测试色的还原情况与原图或过去扫描影像同样区域进行比对，判明影像与照片之间的彩色改变；

b）色阶借助C（青）、M（品红）、Y（黄）色阶，比对原图或过去扫描影像同样区域，评价色阶还原能力。

c）色彩解像力借助青、品红、黄字符的还原能力来评价彩色解像力的结果。

另外，利用专业扫描仪软件自带的核准选项，可检查调整光源和步进电机工作状态。

在每次工作前应运行一次校准选项，使扫描仪保持稳定的工作状态。

3.选定最佳扫描区域确保图像质量

为了能获得最佳的图像扫描质量，我们应该了解和测定所使用平板扫描仪的最佳扫描区域。

具体测定步骤：

首先将扫描仪的所有控制设成自动或默认状态，选中所有区域，以低分辨率扫描覆盖全扫描区域的空白纸;在Photoshop里打开该扫描图像，使用“图像→调整→色调均化”进行处理，便会将有裂纹、条纹和黑点的地方明显的显示出来。

大面积无劣质的区域便是最佳扫描的区域。

工作中应尽量把照片放置在该区域进行扫描，而不是习惯性顶角摆放，以获得最佳的图像效果。

4.实施有效的质量控制确保每幅照片影像质量

对设备的控制往往是对数字化整体质量的评测，对于每一幅照片还应有一个具体的检查评定标准，检查图像质量并不意味着检查图像的色调，更关键的因素是检查它的阶调范围、色彩平衡以及亮度差适中性。

（1）检查图像阶调范围，即图像的层次。

检查图像层次可利用Photoshop软件中的吸管工具、“色阶”、“直方图”等功能进行。

色阶分布如果左边出现大量的暗像素，表明整幅图像偏暗；如果右边出现大量的亮像素，则表明整幅图像偏亮。

通过看连续层次从亮至暗是否平滑地过渡，是否有明显的带状间隙来确定影像层次的好坏。

通过直方图看扫描质量完好的图像，则层次分明，色阶分布图十分均匀。

如果高光区和暗调区出现大片相同数值的白色、黑色，或数值变化幅度非常小，说明图像层次较差。

（2）检查图像色彩。

在图像具有足够层次的情况下，应检查图像的色彩是否平衡，即图像有无偏色。

检查色彩平衡最简单的方法是检查中性灰。

灰平衡是图像中从最小的黑（0%）到最大的白（100%）的渐变过程。

检查方法可选用Photoshop中的“Info信息面板”（可按F8调出），将光标移到图像最亮的高光区和最暗的暗调区，注意Info面板上显示的数据，如果高光区与低调区读到的RGB值在250至5之间，那么表示扫描图像的色调范围拥有足够的细节，图像质量非常好。

此外，还可用印象色彩检查图像，即对人的面部、军装、天空、草地、花朵等颜色检查判断色彩准确性。

（3）检查图像的亮度。

扫描图像亮度差适中，在高调和暗调部位就有丰富的过渡，太暗或太亮都无法得到理想的图像层次。

检查图像亮度最简便的方法就是与原照片比较，看其是否接近原片。

由于亮度和对比度的调整对图像中所有像素都起作用，所以调节时要互相兼顾，保留层次和细节是第一位的。

总之，照片档案数字化扫描过程看似简单，但要得到高质量的扫描影像，则涉及到诸多的可变因素。

需要我们不断总结经验，建立适应照片档案特点的工作理念和工作模式，有效控制照片档案数字化质量，使其在档案信息化管理和利用中发挥应有的作用。

参考文献：

[1]GB/T2013-xxxx《文件管理应用——办公文件彩色扫描的质量控制》ISO29861:

2009（报批稿）

[2]GJB7530-2012《军队档案资料数字化通用要求》

[3]XX有关扫描参数的术语介绍

[4]吴慕勤《浅谈黑白场定标对印品质量的影响》

[5]青铜器《平板扫描仪的指标、误区、陷阱》

[6]北振博远等《中晶扫描仪的安装使用方法专贴》

原载《信息管理》2013年第1期