我們知道分辨率測試卡可以檢測很多儀器的分辨率，由于分辨率對于一些顯示、掃描儀器是非常重要的參數，所以在生產過程中檢測其分辨率稱為一個必要的步驟。

自推出商用掃描儀以來，掃描儀的技術規(guī)格一直被用作營銷手段。 指定的掃描分辨率在某些情況下是內插采樣率，并且通過使用“比特或比特深度增強技術”來改善色彩深度。然而，這些數字并不告訴客戶有關圖像質量的任何信息 可以通過特定的掃描儀來實現(xiàn)，而且往往是誤導性的。

我們被德國攝影和電腦雜志要求開發(fā)一種評估掃描儀整體質量的方法。 我們基于測試開發(fā)數碼相機的ISO標準和程序，并對其進行修改以適應掃描儀的特定特性。 在本文中，我們概述了我們的方法并討論了我們的結果。

掃描儀的特性數據

以下是影響圖像質量的四個主要掃描儀參數的簡短說明。

1.解析度。捕獲原始電影或照片中的精細細節(jié)的能力是掃描儀最重要的特征之一。這種分辨細節(jié)的能力取決于許多因素，即掃描儀鏡頭的性能，圖像傳感器中可尋址光電元件的數量以及掃描儀中的電路。不同的測量方法將提供不同的指標來量化掃描儀捕獲細節(jié)信息的能力。

2.動態(tài)范圍。質量的另一個方面是能夠在原始電影或印刷品的黑暗區(qū)域顯示細節(jié)。掃描儀的動態(tài)范圍與顯示明顯解析細節(jié)的原件的最淺至最暗區(qū)域不同。

3.噪聲。均勻著色區(qū)域中的噪聲水平也有助于從掃描儀獲得圖像質量。

4.色彩質量再現(xiàn)。第四個質量方面是與原始相比色彩再現(xiàn)的準確性。這個質量標準在本文中沒有討論。

除了掃描儀的這四個主要質量特性之外，還有一些重要方面會影響數字圖像數據的質量。 這些方面例如是清晰度，選擇性顏色校正，自動和手動偏色去除等。這些參數主要由掃描儀軟件執(zhí)行或影響。

測試圖卡的開發(fā)

當我們在1998年開始工作時，用于測量掃描儀特征數據的標準化剛剛起步。 對于數碼相機的表征已經做了很多工作，我們必須找出是否有一些方法可以適用于掃描儀的分析。

測量上述任何特征的第一步是制定合適的測試圖。

測試圖應由與原件材料類似的材料制成，以免測量結果受到由于材料表面結構造成的眩光等偽影的影響。 第二個方面是，圖表必須比特定測試領域中的其他任何通常的電影或印刷材料都好，以便這些措施變得有意義。

對于參考文獻中描述的SFR測量。 [1]和[2]需要一個測試圖，其中包含具有足夠精細細節(jié)的元素，如邊緣，線條，方波或正弦波模式，以及OECF測定的灰度.3后者也需要 動態(tài)范圍和噪聲的確定。 這兩個要求通常不包括可以使用相同的材料。 非常高分辨率的照相材料通常具有較高的伽馬值，這使得難以重現(xiàn)具有不同密度的灰度色塊。

在我們的方法開發(fā)過程中，我們能夠在名為Agfa DDP的圖形紙上生成適合掃描分辨率高達3000 ppi的反射測試圖。這種材料能夠提供高對比度的精細結構，但對灰度無用。所以我們必須將它與由不同材質制成的典型灰度組合在一起。 ISO標準2工作草案的制定將我們引入了一種商業(yè)上可用的反射圖表，該圖表適合達到約3000 ppi的相同分辨率。該圖表包含尖銳的低對比度邊緣和所需的灰度。對于膠片掃描儀，我們目前將圖表與由全息膠片制成的詳細結構相結合

- 適用于分辨率高達10,000 ppi的分辨率 - 具有商業(yè)可用的X-Rite或Agfa的灰度圖，密度高達3.9和4.3，分別。我們希望能在近期找到類似于大規(guī)模生產中可以生產的反射目標的東西。

我們現(xiàn)在的實際ISO圖表存在的問題是，該圖表對于確定動態(tài)范圍和噪音毫無用處。 對于這些措施，最大密度應該等于或高于2.1。 由于圖表的結構化亞光表面，掃描也顯示了如圖1所示的一些掃描儀照明的偽像。

圖1.帶有由亞光表面產生的偽影的ISO圖表（為更好的可視化而發(fā)亮）。

對于美國空軍圖表來說，頻率最高的結構顯示出很好的分隔線，通過在像Adobe Photoshop這樣的圖像處理軟件中以至少100％的適當放大率查看圖像來確定。 結構的頻率是視覺分辨率的值。

對于SFR測量，OECF曲線3由灰度確定并輸入分析軟件。 

在標記ROI（感興趣區(qū)域）之后，分析邊緣。 結果是相對于原始頻率的對比曲線。 發(fā)布的分辨率編號是以SRF為30％的頻率計算的。

圖3.三種不同膠片掃描儀的SFR結果

圖4.用于視覺分析的相關圖像

我們的經驗表明，視覺分析的價值與SFR分析的價值大致相同。 SRF方法與掃描儀配合使用，但會導致數碼消費類相機出現(xiàn)問題的兩個主要原因是，對于掃描儀，通?？梢躁P閉不清晰的遮罩并且不會進行去馬賽克。

顏色注冊不準

SFR算法的一個有用的周邊產品是掃描儀的顏色重合失調。當計算線擴散函數時，可以以大約1/10像素的高精度確定最大位置。 柯達SFR軟件將結果與SFR分析一起存儲。

檢查掃描區(qū)域不同位置的分辨率

為了檢查分辨率是否超出掃描范圍，可以在不同的地方執(zhí)行SFR或視覺測試。如果在不同地方出現(xiàn)不同分辨率的問題，甚至分辨率的幾何定位就會提示需要解決的問題。例如未精確調整的鏡子或機械問題。

一種不同的方法

愛克發(fā)采用其“現(xiàn)場質量檢查指南”開發(fā)了一種測量分辨率的稍微不同的方法。本指南的目的是為產品支持人員檢查掃描儀是否存在問題，并將掃描儀與愛克發(fā)競爭對手的相關產品進行比較。Agfa目標由具有以不同頻率排列的水平線和垂直線的貼片組成。具有最大物理分辨率的掃描之后是使用Adobe Photoshop的直方圖確定最高可見頻率的對比度。該方法似乎是合適的，并且對比度的最小值有助于驗證掃描儀是否處于給定的質量范圍內。

圖5.愛克發(fā)的“現(xiàn)場質量檢查指南”目標

確定動態(tài)范圍

為了防止一些有意義的詞語在掃描儀的物理特征被濫用用于營銷方面，應該在不久的將來創(chuàng)建一些迄今為止不是標準化的質量值的標準。查看掃描儀的技術規(guī)格并不能告訴用戶很多關于掃描儀所獲得圖像的質量。例如，掃描儀的顏色深度會告訴用戶什么？它是原始的最大能力對比度嗎？它是A/D轉換器的位深度還是圖像中可能的顏色數量？后者是由一些位增強算法還是其他類型的計算生成的？

應該標準化的一個值是術語“動態(tài)范圍”。一個可能的定義可以是：掃描儀動態(tài)范圍是原始信號的最小未剪切密度與原始信號的最大密度之差，可以用信號 - （全部）- 噪聲比再現(xiàn) - 包括時間和固定模式噪音 - 至少1。

我們嘗試通過以最大密度掃描灰度來測量符合該定義的動態(tài)范圍，所述灰度的最大密度高于掃描器的預期最大密度，并且調整掃描儀軟件的伽瑪曲線，使密度較高的區(qū)域得到最佳區(qū)分。這通常通過將數字輸出的伽瑪調整到1.5左右來達到。 通過使用自己編寫AdobePhotoshop?插件，可以像OECF補丁一樣自動分析灰色補丁。 該插件將紅色，綠色和藍色通道的平均值和標準偏差以及每個補丁的Y，R-Y和B-Y值寫入文本文件。 為了進一步分析，這個文本文件可以導出到像Microsoft Excel或Matlab這樣的程序。 動態(tài)范圍可以由OECF確定 - 包括伽瑪調整。

市售的透明灰度級密度最高可達4.3。

對于35mm菲林掃描儀，產生具有合適的最大密度的光譜中性灰度級仍然存在問題。使用典型的黑白菲林材料（可以在圖像記錄器中曝光）所達到的最大密度約為3.0。

由于動態(tài)范圍的測量非常簡單，給定的值給用戶一種掃描儀最重要的圖像質量方面的印象，因此制造商必須報告它。

噪聲

我們在測量噪音方面仍然有些困難。為了測量不同密度等級下的噪聲，灰度色塊需要非常均勻。它們應該以最大物理分辨率掃描，或至少在沒有內插對結果有影響的水平上進行掃描。我們的灰度級用于動態(tài)我們在晶粒結構方面遇到困難，特別是在較輕的貼片中。我們首先想知道這些較輕的貼片的高標準偏差，即絕對噪聲水平的來源。仔細觀察，我們發(fā)現(xiàn)原因是照相材料的晶粒結構。特別是在高分辨率（> 1500ppi）下，掃描結構通常清晰可見。目前我們還不知道如何在感光材料上產生灰度，這將使我們能夠測量噪音。使用我們的方法，這種晶粒結構似乎對動態(tài)范圍測量的結果沒有影響，因為在更高的密度下它看起來不那么重要。

圖6.用于測量掃描儀動態(tài)范圍的典型OECF。

在不久的將來，應該開發(fā)一種類似于數碼相機的掃描儀標準，并牢記上述問題。

圖7.使用尼康膠片掃描儀的典型測試圖測得的絕對噪聲水平。

結論

分辨率可以使用測試圖表進行視覺分析測量，但由于可能會降低精度的鋸齒偽影，SFR方法更精確。與我們使用數碼相機的結果相反，SRF方法適用于所有可以關閉不清晰遮罩的掃描儀。所報告的SFR應至少為4次測量的平均值，因為SFR可能會有所不同。在大多數情況下，這種變化是由于原稿在掃描儀焦平面上的定位不準確造成的。這在某些情況下是一件很難做的事情。

具有高伽馬值的OECF測量值提供了有關掃描儀重現(xiàn)高對比度原件功能的重要信息。噪聲測量對于精確確定動態(tài)范圍是必需的，但典型灰階的晶粒結構會引起問題。