我们知道分辨率测试卡可以检测很多仪器的分辨率，由于分辨率对于一些显示、扫描仪器是非常重要的参数，所以在生产过程中检测其分辨率称为一个必要的步骤。

自推出商用扫描仪以来，扫描仪的技术规格一直被用作营销手段。 指定的扫描分辨率在某些情况下是内插采样率，并且通过使用“比特或比特深度增强技术”来改善色彩深度。然而，这些数字并不告诉客户有关图像质量的任何信息 可以通过特定的扫描仪来实现，而且往往是误导性的。

我们被德国摄影和电脑杂志要求开发一种评估扫描仪整体质量的方法。 我们基于测试开发数码相机的ISO标准和程序，并对其进行修改以适应扫描仪的特定特性。 在本文中，我们概述了我们的方法并讨论了我们的结果。

扫描仪的特性数据

以下是影响图像质量的四个主要扫描仪参数的简短说明。

1.解析度。捕获原始电影或照片中的精细细节的能力是扫描仪最重要的特征之一。这种分辨细节的能力取决于许多因素，即扫描仪镜头的性能，图像传感器中可寻址光电元件的数量以及扫描仪中的电路。不同的测量方法将提供不同的指标来量化扫描仪捕获细节信息的能力。

2.动态范围。质量的另一个方面是能够在原始电影或印刷品的黑暗区域显示细节。扫描仪的动态范围与显示明显解析细节的原件的最浅至最暗区域不同。

3.噪声。均匀着色区域中的噪声水平也有助于从扫描仪获得图像质量。

4.色彩质量再现。第四个质量方面是与原始相比色彩再现的准确性。这个质量标准在本文中没有讨论。

除了扫描仪的这四个主要质量特性之外，还有一些重要方面会影响数字图像数据的质量。 这些方面例如是清晰度，选择性颜色校正，自动和手动偏色去除等。这些参数主要由扫描仪软件执行或影响。

测试图卡的开发

当我们在1998年开始工作时，用于测量扫描仪特征数据的标准化刚刚起步。 对于数码相机的表征已经做了很多工作，我们必须找出是否有一些方法可以适用于扫描仪的分析。

测量上述任何特征的第一步是制定合适的测试图。

测试图应由与原件材料类似的材料制成，以免测量结果受到由于材料表面结构造成的眩光等伪影的影响。 第二个方面是，图表必须比特定测试领域中的其他任何通常的电影或印刷材料都好，以便这些措施变得有意义。

对于参考文献中描述的SFR测量。 [1]和[2]需要一个测试图，其中包含具有足够精细细节的元素，如边缘，线条，方波或正弦波模式，以及OECF测定的灰度.3后者也需要 动态范围和噪声的确定。 这两个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较高的伽马值，这使得难以重现具有不同密度的灰度色块。

在我们的方法开发过程中，我们能够在名为Agfa DDP的图形纸上生成适合扫描分辨率高达3000 ppi的反射测试图。这种材料能够提供高对比度的精细结构，但对灰度无用。所以我们必须将它与由不同材质制成的典型灰度组合在一起。 ISO标准2工作草案的制定将我们引入了一种商业上可用的反射图表，该图表适合达到约3000 ppi的相同分辨率。该图表包含尖锐的低对比度边缘和所需的灰度。对于胶片扫描仪，我们目前将图表与由全息胶片制成的详细结构相结合

- 适用于分辨率高达10,000 ppi的分辨率 - 具有商业可用的X-Rite或Agfa的灰度图，密度高达3.9和4.3，分别。我们希望能在近期找到类似于大规模生产中可以生产的反射目标的东西。

我们现在的实际ISO图表存在的问题是，该图表对于确定动态范围和噪音毫无用处。 对于这些措施，最大密度应该等于或高于2.1。 由于图表的结构化亚光表面，扫描也显示了如图1所示的一些扫描仪照明的伪像。

图1.带有由亚光表面产生的伪影的ISO图表（为更好的可视化而发亮）。

对于美国空军图表来说，频率最高的结构显示出很好的分隔线，通过在像Adobe Photoshop这样的图像处理软件中以至少100％的适当放大率查看图像来确定。 结构的频率是视觉分辨率的值。

对于SFR测量，OECF曲线3由灰度确定并输入分析软件。 

在标记ROI（感兴趣区域）之后，分析边缘。 结果是相对于原始频率的对比曲线。 发布的分辨率编号是以SRF为30％的频率计算的。

图3.三种不同胶片扫描仪的SFR结果

图4.用于视觉分析的相关图像

我们的经验表明，视觉分析的价值与SFR分析的价值大致相同。 SRF方法与扫描仪配合使用，但会导致数码消费类相机出现问题的两个主要原因是，对于扫描仪，通常可以关闭不清晰的遮罩并且不会进行去马赛克。

颜色注册不准

SFR算法的一个有用的周边产品是扫描仪的颜色重合失调。当计算线扩散函数时，可以以大约1/10像素的高精度确定最大位置。 柯达SFR软件将结果与SFR分析一起存储。

检查扫描区域不同位置的分辨率

为了检查分辨率是否超出扫描范围，可以在不同的地方执行SFR或视觉测试。如果在不同地方出现不同分辨率的问题，甚至分辨率的几何定位就会提示需要解决的问题。例如未精确调整的镜子或机械问题。

一种不同的方法

爱克发采用其“现场质量检查指南”开发了一种测量分辨率的稍微不同的方法。本指南的目的是为产品支持人员检查扫描仪是否存在问题，并将扫描仪与爱克发竞争对手的相关产品进行比较。Agfa目标由具有以不同频率排列的水平线和垂直线的贴片组成。具有最大物理分辨率的扫描之后是使用Adobe Photoshop的直方图确定最高可见频率的对比度。该方法似乎是合适的，并且对比度的最小值有助于验证扫描仪是否处于给定的质量范围内。

图5.爱克发的“现场质量检查指南”目标

确定动态范围

为了防止一些有意义的词语在扫描仪的物理特征被滥用用于营销方面，应该在不久的将来创建一些迄今为止不是标准化的质量值的标准。查看扫描仪的技术规格并不能告诉用户很多关于扫描仪所获得图像的质量。例如，扫描仪的颜色深度会告诉用户什么？它是原始的最大能力对比度吗？它是A/D转换器的位深度还是图像中可能的颜色数量？后者是由一些位增强算法还是其他类型的计算生成的？

应该标准化的一个值是术语“动态范围”。一个可能的定义可以是：扫描仪动态范围是原始信号的最小未剪切密度与原始信号的最大密度之差，可以用信号 - （全部）- 噪声比再现 - 包括时间和固定模式噪音 - 至少1。

我们尝试通过以最大密度扫描灰度来测量符合该定义的动态范围，所述灰度的最大密度高于扫描器的预期最大密度，并且调整扫描仪软件的伽玛曲线，使密度较高的区域得到最佳区分。这通常通过将数字输出的伽玛调整到1.5左右来达到。 通过使用自己编写AdobePhotoshop®插件，可以像OECF补丁一样自动分析灰色补丁。 该插件将红色，绿色和蓝色通道的平均值和标准偏差以及每个补丁的Y，R-Y和B-Y值写入文本文件。 为了进一步分析，这个文本文件可以导出到像Microsoft Excel或Matlab这样的程序。 动态范围可以由OECF确定 - 包括伽玛调整。

市售的透明灰度级密度最高可达4.3。

对于35mm菲林扫描仪，产生具有合适的最大密度的光谱中性灰度级仍然存在问题。使用典型的黑白菲林材料（可以在图像记录器中曝光）所达到的最大密度约为3.0。

由于动态范围的测量非常简单，给定的值给用户一种扫描仪最重要的图像质量方面的印象，因此制造商必须报告它。

噪声

我们在测量噪音方面仍然有些困难。为了测量不同密度等级下的噪声，灰度色块需要非常均匀。它们应该以最大物理分辨率扫描，或至少在没有内插对结果有影响的水平上进行扫描。我们的灰度级用于动态我们在晶粒结构方面遇到困难，特别是在较轻的贴片中。我们首先想知道这些较轻的贴片的高标准偏差，即绝对噪声水平的来源。仔细观察，我们发现原因是照相材料的晶粒结构。特别是在高分辨率（> 1500ppi）下，扫描结构通常清晰可见。目前我们还不知道如何在感光材料上产生灰度，这将使我们能够测量噪音。使用我们的方法，这种晶粒结构似乎对动态范围测量的结果没有影响，因为在更高的密度下它看起来不那么重要。

图6.用于测量扫描仪动态范围的典型OECF。

在不久的将来，应该开发一种类似于数码相机的扫描仪标准，并牢记上述问题。

图7.使用尼康胶片扫描仪的典型测试图测得的绝对噪声水平。

结论

分辨率可以使用测试图表进行视觉分析测量，但由于可能会降低精度的锯齿伪影，SFR方法更精确。与我们使用数码相机的结果相反，SRF方法适用于所有可以关闭不清晰遮罩的扫描仪。所报告的SFR应至少为4次测量的平均值，因为SFR可能会有所不同。在大多数情况下，这种变化是由于原稿在扫描仪焦平面上的定位不准确造成的。这在某些情况下是一件很难做的事情。

具有高伽马值的OECF测量值提供了有关扫描仪重现高对比度原件功能的重要信息。噪声测量对于精确确定动态范围是必需的，但典型灰阶的晶粒结构会引起问题。