使用掃描儀提供數(shù)字圖像文件的速度正在迅速增長(zhǎng)。目前還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的方法來(lái)確定掃描儀的動(dòng)態(tài)范圍。因此目前動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試卡，技術(shù)規(guī)范中報(bào)告的數(shù)據(jù)可以使用不同的方法確定。目前正在開(kāi)發(fā)一種ISO 21550標(biāo)準(zhǔn)，用于測(cè)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(bào)告根據(jù)實(shí)施的A/D轉(zhuǎn)換的位深度計(jì)算的動(dòng)態(tài)范圍：

D = log(2B)(1)

D =密度中給出的報(bào)告動(dòng)態(tài)范圍

B = A/D轉(zhuǎn)換的位深度

這種動(dòng)態(tài)范圍通常高于掃描儀的實(shí)際能力，因?yàn)楝F(xiàn)在大多數(shù)情況下A / D轉(zhuǎn)換器不再是掃描儀信號(hào)處理鏈中的瓶頸。

其他制造商查看掃描的灰度，并報(bào)告最暗的補(bǔ)丁的密度，該密度與下一個(gè)具有較低密度的補(bǔ)丁不同。如果灰度級(jí)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(dá)到更高的密度值。

動(dòng)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(dòng)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(wèn)題

當(dāng)我們?cè)?998年開(kāi)始時(shí)，似乎很容易測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍，但從那時(shí)起出現(xiàn)了許多問(wèn)題。 例如一個(gè)困難 是在與特定掃描儀上掃描的通常膠片類(lèi)似的材料上生成覆蓋所需密度范圍的均勻貼片的測(cè)試圖。第二個(gè)問(wèn)題是，許多膠片掃描儀根據(jù)掃描的材料顯示出動(dòng)態(tài)范圍的顯著差異。

商用灰度

以下灰度級(jí)是市售的，檢查了測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍的可用性。

1.Agfa反射銀灰色刻度（類(lèi)型：G6T5E）23 x 215 mm由20個(gè)貼片組成，密度高達(dá)2.0。

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

3.X-Rite銀灰度（P / N 381-25）用于校準(zhǔn)密度計(jì)21 x 125 mm，由21個(gè)貼片組成，密度高達(dá)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(cè)試圖表，用于掃描儀校準(zhǔn)。

Q因子

當(dāng)我們測(cè)試尼康膠片掃描儀時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)使用我們的Agfa灰度，這些掃描儀無(wú)法區(qū)分密度高于2.3的貼片。結(jié)果我們無(wú)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?cè)噲D找到一種具有Q因子的材料 - 平行照度測(cè)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(guò)濾器組合，均勻密度為1.5。我們發(fā)現(xiàn)E6材料的動(dòng)態(tài)范圍明顯高于銀基黑白膠片的動(dòng)態(tài)范圍。這意味著這種掃描儀會(huì)在掃描典型的黑白膠片時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，但在C41或E6工藝中使用的材料會(huì)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(duì)于大多數(shù)掃描儀來(lái)說(shuō)足夠高。IT8目標(biāo)不包括適合測(cè)量動(dòng)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(cè)量要求

為了測(cè)量掃描儀的噪聲，測(cè)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(diǎn)的分辨率給出。根據(jù)數(shù)碼相機(jī)噪音測(cè)量（ISO 157391），它應(yīng)至少高10倍。這將導(dǎo)致實(shí)際測(cè)試圖表材料出現(xiàn)問(wèn)題。特別是如果被測(cè)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(xué)方式的（基于分子的）漫射濾光器。

測(cè)試圖材料特性總結(jié)

測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試圖必須滿(mǎn)足以下要求：

1.最大密度高于4.0。

2.補(bǔ)丁之間的密度不大于0.2。

3.已知的Q因子，應(yīng)與結(jié)果一起報(bào)告。

4.從380到780nm的光譜均勻透射。

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

對(duì)于每次掃描的每個(gè)補(bǔ)丁，應(yīng)使用不小于64 x 64像素來(lái)確定補(bǔ)丁的平均數(shù)字值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。如下所述，測(cè)量噪聲需要標(biāo)準(zhǔn)偏差。

動(dòng)態(tài)范圍

動(dòng)態(tài)范圍由測(cè)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(xì)的晶粒結(jié)構(gòu)，用于測(cè)量噪音。

6.可能的低成本生產(chǎn)和圖表布局，允許自動(dòng)或至少半自動(dòng)分析。

如何測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和相關(guān)值

為了確定動(dòng)態(tài)范圍和相關(guān)值，必須掃描測(cè)試圖。如果要測(cè)量Q因子或/和絕對(duì)Dmax值，則必須進(jìn)行附加圖表的掃描。通常每個(gè)圖表掃描的數(shù)字將最小化由時(shí)間噪聲或機(jī)械公差引起的誤差。如果掃描儀軟件允許存儲(chǔ)線(xiàn)性原始數(shù)據(jù)，則應(yīng)存儲(chǔ)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(cuò)誤，掃描分辨率應(yīng)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(dòng)態(tài)范圍的掃描儀掃描的可能測(cè)試圖表（為了更好的可視化，使用2.0的值增強(qiáng)了掃描的伽瑪）

對(duì)于每次掃描的每個(gè)補(bǔ)丁，應(yīng)使用不小于64 x 64像素來(lái)確定補(bǔ)丁的平均數(shù)字值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。如下所述，測(cè)量噪聲需要標(biāo)準(zhǔn)偏差。

動(dòng)態(tài)范圍

動(dòng)態(tài)范圍由測(cè)試圖中的貼片的密度值給出的函數(shù)和來(lái)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(yīng)選擇低于最大數(shù)字值的第一個(gè)色塊作為最小密度Dmin。 有三種不同的方法可以確定專(zhuān)家需要討論的最大密度Dmax：

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

2. 最暗的補(bǔ)丁，通過(guò)使用伽馬校正，與下一個(gè)較輕的補(bǔ)丁相比顯示出視覺(jué)差異。

3. 最暗的貼片，其信噪比大于給定的最小值，例如：1計(jì)算如信噪比部分所示

最客觀的方式似乎是第三個(gè)提到的方式。只應(yīng)討論最小值。

然后，掃描儀的動(dòng)態(tài)范圍DR如下：

DR = Dmax  - Dmin(3)

必須為每個(gè)通道R，G和B單獨(dú)計(jì)算動(dòng)態(tài)范圍。如果僅報(bào)告一個(gè)值，則應(yīng)使用以下公式對(duì)不同的值進(jìn)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(dòng)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(qiáng)）。

非線(xiàn)性8位數(shù)據(jù)

如果掃描儀不提供線(xiàn)性原始數(shù)據(jù)，則可以將自動(dòng)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(huì)產(chǎn)生良好的結(jié)果。

絕對(duì)Dmax

在某些情況下，動(dòng)態(tài)范圍的最大密度不同于掃描儀可以再現(xiàn)的絕對(duì)最大密度。如果掃描儀軟件確定曝光不足的幻燈片或過(guò)度曝光的負(fù)片，則可能能夠調(diào)整曝光時(shí)間或放大水平，這不會(huì)導(dǎo)致在一個(gè)圖像中再現(xiàn)較高的對(duì)比度。

圖4.使用掃描軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)（上）和（下）伽馬增強(qiáng)掃描。

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

信噪比

如果信噪比用于定義動(dòng)態(tài)范圍的Dmax，則必須使用標(biāo)準(zhǔn)偏差和每個(gè)補(bǔ)丁的平均值計(jì)算每個(gè)補(bǔ)丁。用于計(jì)算的公式將在標(biāo)準(zhǔn)中定義，并且與ISO 12232中使用的公式類(lèi)似。

D =輸入補(bǔ)丁的密度。

g（D）=增量增益到下一個(gè)較低密度和下一個(gè)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(duì)于彩色相機(jī)）的標(biāo)準(zhǔn)偏差，取自64乘64像素區(qū)域。

如果公式導(dǎo)致掃描圖表的不同方式導(dǎo)致相同的結(jié)果，則必須進(jìn)行評(píng)估。因此，我們?cè)谟泻蜎](méi)有伽馬校正的8位輸出數(shù)據(jù)上進(jìn)行了嘗試，發(fā)現(xiàn)在測(cè)量公差范圍內(nèi)，S / Nx的值是相同的。

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

結(jié)論

為避免由動(dòng)態(tài)范圍的不同公布值引起的混淆，需要基于ISO標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和相關(guān)值的過(guò)程。 開(kāi)發(fā)這個(gè)程序比我們?cè)诠ぷ鏖_(kāi)始時(shí)想象的要復(fù)雜得多。 特別是找到具有低Q因子的光譜均勻材料是一個(gè)似乎可以解決但尚未解決的問(wèn)題。 必須考慮本文中提到的許多不同方面。