使用掃描儀提供數(shù)字圖像文件的速度正在迅速增長。目前還沒有標準化的方法來確定掃描儀的動態(tài)范圍。因此目前動態(tài)范圍測試卡，技術(shù)規(guī)范中報告的數(shù)據(jù)可以使用不同的方法確定。目前正在開發(fā)一種ISO 21550標準，用于測量掃描儀重現(xiàn)色調(diào)的能力，特別是在原始的黑暗區(qū)域內(nèi)（在早期工作草案階段）。目前，大多數(shù)制造商使用以下公式報告根據(jù)實施的A/D轉(zhuǎn)換的位深度計算的動態(tài)范圍：

D = log(2B)(1)

D =密度中給出的報告動態(tài)范圍

B = A/D轉(zhuǎn)換的位深度

這種動態(tài)范圍通常高于掃描儀的實際能力，因為現(xiàn)在大多數(shù)情況下A / D轉(zhuǎn)換器不再是掃描儀信號處理鏈中的瓶頸。

其他制造商查看掃描的灰度，并報告最暗的補丁的密度，該密度與下一個具有較低密度的補丁不同。如果灰度級不包括足夠大的密度范圍以確定掃描儀的能力，則可以添加具有均勻密度的膜以達到更高的密度值。

動態(tài)范圍可能的瓶頸

最近，A/D轉(zhuǎn)換與掃描速度相結(jié)合是瓶頸。 由于這些組件變得更便宜，更快，更好，這已經(jīng)發(fā)生了變化。今天，光源以及靈敏度，模擬元件的質(zhì)量和閃光是瓶頸特別是膠片掃描儀的瓶頸。用于反射介質(zhì)的掃描儀的動態(tài)范圍通常高于掃描介質(zhì)的密度范圍。 多用途設(shè)備中只有少數(shù)低成本掃描儀或掃描儀不能再現(xiàn)2.x密度的反射材料。

可用的灰度和材料問題

當我們在1998年開始時，似乎很容易測量動態(tài)范圍，但從那時起出現(xiàn)了許多問題。 例如一個困難 是在與特定掃描儀上掃描的通常膠片類似的材料上生成覆蓋所需密度范圍的均勻貼片的測試圖。第二個問題是，許多膠片掃描儀根據(jù)掃描的材料顯示出動態(tài)范圍的顯著差異。

商用灰度

以下灰度級是市售的，檢查了測量動態(tài)范圍的可用性。

1.Agfa反射銀灰色刻度（類型：G6T5E）23 x 215 mm由20個貼片組成，密度高達2.0。

2.Agfa透射銀灰色刻度26 x 162 mm由30個貼片組成，密度高達4.3。

3.X-Rite銀灰度（P / N 381-25）用于校準密度計21 x 125 mm，由21個貼片組成，密度高達3.9。

4.IT8 7.1和7.2基于RA 4和E6的不同制造商材料的測試圖表，用于掃描儀校準。

Q因子

當我們測試尼康膠片掃描儀時，我們發(fā)現(xiàn)使用我們的Agfa灰度，這些掃描儀無法區(qū)分密度高于2.3的貼片。結(jié)果我們無法相信。從尼康我們得到的信息是，照明的幾何形狀可能是這種行為的原因。因此，我們試圖找到一種具有Q因子的材料 - 平行照度測量的密度與漫射光源的密度之間的關(guān)系 - 約為1.不關(guān)心透射的光譜均勻性我們嘗試了典型的顏色反轉(zhuǎn)材料 與過濾器組合，均勻密度為1.5。我們發(fā)現(xiàn)E6材料的動態(tài)范圍明顯高于銀基黑白膠片的動態(tài)范圍。這意味著這種掃描儀會在掃描典型的黑白膠片時出現(xiàn)問題，但在C41或E6工藝中使用的材料會產(chǎn)生良好的效果。

膠片上灰度的密度范圍

在某些情況下，X-Rite灰度的最大密度不夠高。Agfa薄膜刻度由最大密度組成，對于大多數(shù)掃描儀來說足夠高。IT8目標不包括適合測量動態(tài)范圍的最大密度。使用此圖表的制造商將其與均勻密度的薄膜相結(jié)合。所需的范圍是從約0.1的膜基密度到高于4.0的密度。

噪聲測量要求

為了測量掃描儀的噪聲，測試圖中粒狀結(jié)構(gòu)的頻率必須高于掃描儀的幾何采樣率，通常以每英寸或每毫米點的分辨率給出。根據(jù)數(shù)碼相機噪音測量（ISO 157391），它應至少高10倍。這將導致實際測試圖表材料出現(xiàn)問題。特別是如果被測掃描儀是新一代的膠片掃描儀。可能的工作可能是圖表和掃描儀之間的光學方式的（基于分子的）漫射濾光器。

測試圖材料特性總結(jié)

測量動態(tài)范圍的測試圖必須滿足以下要求：

1.最大密度高于4.0。

2.補丁之間的密度不大于0.2。

3.已知的Q因子，應與結(jié)果一起報告。

4.從380到780nm的光譜均勻透射。

圖1.使用具有良好動態(tài)范圍的掃描儀掃描的可能測試圖表（為了更好的可視化，使用2.0的值增強了掃描的伽瑪）

對于每次掃描的每個補丁，應使用不小于64 x 64像素來確定補丁的平均數(shù)字值和標準偏差。如下所述，測量噪聲需要標準偏差。

動態(tài)范圍

動態(tài)范圍由測試圖中貼片密度值給出的函數(shù)和10次掃描得到的平均數(shù)字值確定。

掃描儀OECF

5.精細的晶粒結(jié)構(gòu)，用于測量噪音。

6.可能的低成本生產(chǎn)和圖表布局，允許自動或至少半自動分析。

如何測量動態(tài)范圍和相關(guān)值

為了確定動態(tài)范圍和相關(guān)值，必須掃描測試圖。如果要測量Q因子或/和絕對Dmax值，則必須進行附加圖表的掃描。通常每個圖表掃描的數(shù)字將最小化由時間噪聲或機械公差引起的誤差。如果掃描儀軟件允許存儲線性原始數(shù)據(jù)，則應存儲該數(shù)據(jù)并用于確定不同的值。因此，分析軟件必須能夠分析每通道16位的顏色深度。為避免掃描儀軟件插值引起的錯誤，掃描分辨率應為：

R = Rmax / i(2)

R =掃描分辨率

Rmax =掃描儀的最大掃描分辨率

i =整數(shù)值

圖1.使用具有良好動態(tài)范圍的掃描儀掃描的可能測試圖表（為了更好的可視化，使用2.0的值增強了掃描的伽瑪）

對于每次掃描的每個補丁，應使用不小于64 x 64像素來確定補丁的平均數(shù)字值和標準偏差。如下所述，測量噪聲需要標準偏差。

動態(tài)范圍

動態(tài)范圍由測試圖中的貼片的密度值給出的函數(shù)和來自十次掃描的得到的平均數(shù)字值確定。

如果掃描儀在圖表最輕的色塊中顯示剪切值，則應選擇低于最大數(shù)字值的第一個色塊作為最小密度Dmin。 有三種不同的方法可以確定專家需要討論的最大密度Dmax：

1. 最暗的補丁，與下一個較輕的補丁相比，平均數(shù)字值至少為1的差異。

2. 最暗的補丁，通過使用伽馬校正，與下一個較輕的補丁相比顯示出視覺差異。

3. 最暗的貼片，其信噪比大于給定的最小值，例如：1計算如信噪比部分所示

最客觀的方式似乎是第三個提到的方式。只應討論最小值。

然后，掃描儀的動態(tài)范圍DR如下：

DR = Dmax  - Dmin(3)

必須為每個通道R，G和B單獨計算動態(tài)范圍。如果僅報告一個值，則應使用以下公式對不同的值進行加權(quán)：

DR = 0.2125 x DR(R)  + 0.7154 x DR(G)  + 0.0721 x DR(B)(4)

Q因子

圖3.如果掃描具有高Q因子（如銀基黑白膠片）的材料，尼康掃描儀的動態(tài)范圍限制為2.3密度（為了更好地顯示，最終掃描的伽瑪值使用2.0增強）。

非線性8位數(shù)據(jù)

如果掃描儀不提供線性原始數(shù)據(jù)，則可以將自動調(diào)整與伽瑪修改結(jié)合使用以減輕黑暗區(qū)域。在軟件中使用Gamma值2.0會產(chǎn)生良好的結(jié)果。

絕對Dmax

在某些情況下，動態(tài)范圍的最大密度不同于掃描儀可以再現(xiàn)的絕對最大密度。如果掃描儀軟件確定曝光不足的幻燈片或過度曝光的負片，則可能能夠調(diào)整曝光時間或放大水平，這不會導致在一個圖像中再現(xiàn)較高的對比度。

圖4.使用掃描軟件對原始數(shù)據(jù)進行無（上）和（下）伽馬增強掃描。

因此，將具有低最大密度的測試圖與均勻密度薄膜組合的方式可能導致動態(tài)范圍的錯誤結(jié)果，但是導致我們稱為絕對Dmax的相關(guān)值。

信噪比

如果信噪比用于定義動態(tài)范圍的Dmax，則必須使用標準偏差和每個補丁的平均值計算每個補丁。用于計算的公式將在標準中定義，并且與ISO 12232中使用的公式類似。

D =輸入補丁的密度。

g（D）=增量增益到下一個較低密度和下一個較高密度的平均值（輸出水平的變化率除以輸入密度的變化率）。

s =單色輸出電平值或加權(quán)色彩輸出電平值（對于彩色相機）的標準偏差，取自64乘64像素區(qū)域。

如果公式導致掃描圖表的不同方式導致相同的結(jié)果，則必須進行評估。因此，我們在有和沒有伽馬校正的8位輸出數(shù)據(jù)上進行了嘗試，發(fā)現(xiàn)在測量公差范圍內(nèi)，S / Nx的值是相同的。

查看每個掃描儀必須低于所有掃描儀的Dmax的相同密度/補丁 - 此補丁的信噪比是比較掃描儀信號質(zhì)量的有用值。

結(jié)論

為避免由動態(tài)范圍的不同公布值引起的混淆，需要基于ISO標準的測量動態(tài)范圍和相關(guān)值的過程。 開發(fā)這個程序比我們在工作開始時想象的要復雜得多。 特別是找到具有低Q因子的光譜均勻材料是一個似乎可以解決但尚未解決的問題。 必須考慮本文中提到的許多不同方面。