胡美娥，吳建華

（中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所，綿陽(yáng)621900）

一種底片數(shù)字化掃描儀功能介紹

胡美娥，吳建華

（中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所，綿陽(yáng)621900）

介紹了ARRAY 2905HD底片數(shù)字化掃描儀的技術(shù)指標(biāo)和用途。對(duì)其噪聲、散射等特性進(jìn)行了測(cè)試，給出了噪聲數(shù)據(jù)和散射特性等測(cè)試結(jié)果。這些測(cè)試結(jié)果為掃描儀在膠片定量掃描時(shí)的最佳應(yīng)用提供了可靠的依據(jù)。

ARRAY 2905HD；底片數(shù)字化掃描儀；圖像

1 引言

ARRAY 2905HD是一款由Array Cooperation公司生產(chǎn)的能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)（X光底片、光學(xué)攝影底片等）、醫(yī)用底片掃描的數(shù)字化掃描儀，也是業(yè)界唯一一款同時(shí)通過(guò)ISO和GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)字化底片掃描的專用設(shè)備。

該掃描儀的主要參數(shù)（儀器說(shuō)明書(shū)上提供）［1］：光學(xué)密度的測(cè)量范圍0-4.7D、光學(xué)分辨率50μm、光學(xué)密度測(cè)量精度0.002D、掃描速度7s（35×43cm2膠片，200μm步長(zhǎng)）。目前我們已經(jīng)購(gòu)置了一套該設(shè)備，實(shí)物圖見(jiàn)圖1。

圖1 ARRAY 2905HD掃描儀

2 工作原理及系統(tǒng)組成［2］

ARRAY 2905HD工業(yè)激光底片數(shù)字化掃描儀采用了氦氖激光束，通過(guò)一個(gè)F-Theta多棱鏡系統(tǒng)掃描底片。F-Theta透鏡確保了激光束到掃描區(qū)的各個(gè)點(diǎn)的光學(xué)距離保持不變，從而避免了圖像失真。采用對(duì)數(shù)放大程序后，可以將信噪比提高至黑度4.7。

數(shù)字化膠片掃描系統(tǒng)主要由激光膠片掃描儀、控制電腦、專業(yè)看片顯示器等組成。

3 掃描儀的技術(shù)指標(biāo)

ARRAY 2905HD底片掃描儀的掃描技術(shù)指標(biāo)是可以根據(jù)需求進(jìn)行不同的設(shè)置的。其中包括每個(gè)像素上灰度的比特?cái)?shù)、光學(xué)密度范圍、像素間距和掃描質(zhì)量模式等四個(gè)方面的選擇。灰度的比特?cái)?shù)最高為12bit，這也是我們?cè)趹?yīng)用中固定設(shè)置的檔位，其它檔位的精度較低，在測(cè)試和應(yīng)用中都不被考慮。光學(xué)密度范圍在掃描上限上設(shè)置了4個(gè)檔位，即D＝4.7，D= 4.0，D＝3.0和D=2.0，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。像素間距有50μm、75μm、100μm、200μm等多個(gè)選擇，其中50μm是最小值，在空間分辨率的精度要求較高的情況下，像素間距均設(shè)置在50μm。掃描質(zhì)量模式中“優(yōu)質(zhì)”檔位的數(shù)據(jù)精度最高（儀器說(shuō)明書(shū)上已有說(shuō)明），在通常的應(yīng)用時(shí)，均選擇“優(yōu)質(zhì)”檔位。在下文中如無(wú)特殊說(shuō)明，則均采用以下的掃描設(shè)置：灰度的比特?cái)?shù)為12bit，像素間距為50μm，掃描質(zhì)量模式為“優(yōu)質(zhì)”。

4 掃描噪聲測(cè)試

所有的膠片都存在不同程度的顆粒噪聲，因此在掃描后的數(shù)據(jù)中都會(huì)有一定的噪聲信號(hào)。掃描儀本身也會(huì)引入噪聲，不同的掃描儀的噪聲往往是不相同的，即使同一臺(tái)掃描儀，由于掃描時(shí)參數(shù)設(shè)置的不同，噪聲也往往是不一樣的。噪聲是判定數(shù)據(jù)圖像質(zhì)量的重要參數(shù)之一，對(duì)掃描儀而言，掃描后數(shù)據(jù)的噪聲越小，則掃描的質(zhì)量越好。

單獨(dú)對(duì)掃描儀進(jìn)行噪聲測(cè)試是比較困難的，一般情況下也不是必要的。如要對(duì)不同的掃描儀進(jìn)行噪聲的比較，可以對(duì)同一張膠片分別掃描，然后在掃描后的圖像數(shù)據(jù)上分析比較噪聲的大小。我們對(duì)本掃描儀噪聲測(cè)試的目的是要確定在什么掃描步長(zhǎng)下，掃描數(shù)據(jù)的噪聲最小。

掃描步長(zhǎng)越小，則掃描后圖像的空間分辨率越高。但掃描步長(zhǎng)較小時(shí)，圖像數(shù)據(jù)的噪聲可能較大，為此，需要對(duì)不同掃描步長(zhǎng)的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，掃描步長(zhǎng)與噪聲的關(guān)系。測(cè)試時(shí)的掃描參數(shù)設(shè)置：光學(xué)密度范圍為4.7，灰度為12bit，掃描模式為“優(yōu)質(zhì)”，掃描步長(zhǎng)則選取了50μm和200μm，以用于比較和分析。表1列出了掃描噪聲的部分測(cè)試數(shù)據(jù)，其中“1行數(shù)據(jù)”表示對(duì)1行掃描數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，“16行數(shù)據(jù)平均”表示對(duì)16行掃描數(shù)據(jù)的平均值的統(tǒng)計(jì)，灰度值選取了3個(gè)（3個(gè)臺(tái)階），噪聲定義為灰度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)方差。

表1 掃描噪聲的測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)表1的數(shù)據(jù)分析可得到以下結(jié)論：200μm掃描步長(zhǎng)的噪聲比50μm的要小近1倍（1行數(shù)據(jù)的比較下），50μm的16行平均數(shù)據(jù)的噪聲則比200μm掃描時(shí)1行數(shù)據(jù)的噪聲要小?？紤]到在200μm掃描時(shí)，是在200μm×200μm的面積上取了1個(gè)點(diǎn)，而如采用50μm來(lái)掃描200μm×200μm的面積，則可以取16個(gè)點(diǎn)，對(duì)這相同面積上的16個(gè)點(diǎn)進(jìn)行平均后，其噪聲比200μm時(shí)要小。因此得到結(jié)論：采用50μm的掃描步長(zhǎng)，其噪聲值最?。ㄆ渌鼟呙璨介L(zhǎng)也已被測(cè)試比較，此略）。

由于50μm的掃描步長(zhǎng)在空間分辨率上也是最高的，因此，這是最佳的掃描步長(zhǎng)設(shè)置。

5 本底散射引入的誤差

掃描儀是通過(guò)比較透射光束在膠片前后的強(qiáng)度變化而測(cè)定膠片的光學(xué)密度的。掃描時(shí)入射光源的散射也會(huì)被探測(cè)器所記錄，由此導(dǎo)致測(cè)量的誤差，即光學(xué)密度的測(cè)量值比實(shí)際值要小。由于散射與膠片上掃描點(diǎn)的光學(xué)密度和掃描點(diǎn)周?chē)墓鈱W(xué)密度相關(guān)，因此，散射對(duì)光學(xué)密度測(cè)量的影響是難以準(zhǔn)確測(cè)定的。

圖2 EPRI E130標(biāo)準(zhǔn)膠片

圖3 膠片邊緣處的散射

我們對(duì)散射的影響進(jìn)行了初步的測(cè)量和比較，由于測(cè)量結(jié)果只具有相對(duì)性，因此，這里不再進(jìn)行詳細(xì)的介紹。圖3列出了對(duì)EPRI E130標(biāo)準(zhǔn)膠片（圖2）上橫向臺(tái)階掃描的一條完整的掃描線，從中可以看到，在膠片的邊緣處（曲線的左、右兩端），越接近邊緣（散射貢獻(xiàn)越大），灰度值就越大（光學(xué)密度越?。搮^(qū)域?qū)嶋H的光學(xué)密度值是基本一致的。

在光學(xué)密度不太大的情況下（如D＝3.0以下），或光學(xué)密度的空間變化相對(duì)不大時(shí)，散射的貢獻(xiàn)基本上可以忽略。至于其它的情況，就可能存在不同程度的誤差，因此，在掃描應(yīng)用時(shí)應(yīng)引起注意。

6 注意事項(xiàng)及措施

掃描底片寬度范圍最好控制在8cm-35cm，長(zhǎng)度應(yīng)不小于12cm，如果寬度尺寸不夠，底片不會(huì)被自動(dòng)卷入掃描儀；如果長(zhǎng)度尺寸不夠，底片進(jìn)入掃描儀后不會(huì)被傳送出來(lái)（掉到掃描儀里）。針對(duì)這兩種情況，我們可以在一張較大的輔助底片上剪出相應(yīng)合適的空間，再把需要掃描的底片填貼在輔助底片上粘牢，掃描即可。

7 結(jié)論

ARRAY 2905HD底片數(shù)字化掃描儀可以廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，是一款能夠提供高可靠性、高精度、高速度、可重復(fù)性的專業(yè)數(shù)字化掃描設(shè)備。

對(duì)ARRAY 2905HD底片掃描儀掃描時(shí)的噪聲、散射等特性進(jìn)行了測(cè)試，給出了相關(guān)的測(cè)試結(jié)果。這些測(cè)試結(jié)果為掃描儀的最佳應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支撐。

［1］BAM.Evaluation of the LASER scanner"Array 2905 HD", Internet，2003.

［2］http://www.18show.cn/zt457485/product-10664060.html.

The Performance Introduce of the LASER Scanner

HU Mei-e,WU Jian-hua

In this paper,we introduce the characteristic parameters and basic functions of LASER Scanner'Array 2905 HD'.The tests of noise and optical flare from background are performed and the relevant results are presented,which provide the reliable basis for the applications of the scanner.

ARRAY 2905HD;Film Scanner;Image

TP731

B

10.3969/j.issn.1001-0270.2014.05.25

2014-03-27

(Institute of Fluid Physics,China Academy of Engineering Physics,Mianyang621900,China)