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第三章图像获取,扫描仪结构与扫描软件界面扫描仪的性能参数与调整数码相机的原理与使用,图像是彩色印刷的重要信息源，它的获取方式和获取质量将直接影响印刷的效果。目前图像主要使用扫描设备和数码相机来进行采集。,第一节扫描仪结构与扫描软件界面,一、扫描仪的种类和结构1、平台扫描仪的成像结构,最大特点是以行扫描的方式对原稿上的信息以一行一行的方式进行扫描输入。由条形光源并行发光，通过条形对称的光学成像系统形成扫描行的成像并将之投射到如前所述的单色或四色线阵CCD上。,平板扫描仪的结构原理图。,线阵CCD,2、滚筒扫描仪,滚筒式扫描仪的结构和工作原理,投射到原稿上的光线逐点对原稿进行扫描，并将透射和反射光线经由透镜、反射镜、半透明反射镜、红绿蓝滤色片所构成的光路将光线引导到光电倍增管进行放大，并进行模数转换进而获得每一个扫描象素点的黄品青三原色的分色颜色值。滚筒扫描仪的性能要比平板式扫描仪的高，其主要原因有：滚筒扫描仪使用单个光电转换器件,由于使用单个器件，因此它的一致性必然很好。采用了光电倍增管，它的光学特性（包括诸如信噪比、灵敏度、感光密度范围等方面）目前要好于光电耦合器件CCD。因为滚筒式扫描仪的光学系统是针对单个象素设计的，其光学分辨率远高于要满足在一条线上同时准确聚焦的平台扫描仪的光学系统。,二、扫描软件界面及其设置参数含义,Original（原稿类型）:一般都具有扫描反射稿和透射稿的能力，有一些扫描仪还具有实物扫描的能力。Mode（颜色空间）：用来指明生成的颜色文件是属于哪一种颜色空间。Bitpercolor（位深）：反映了扫描仪的转换一种颜色的精度，目前一般都能达到每个单色12到16位。,Range（范围）：它是调节扫描工作参数的比较专业的重要设置项目。其中包括：Exposure（曝光量的调节）：用来调节扫描仪照明光源的强弱，通过对曝光量的调节，可以使原稿整体变亮。Dmin/Dmax（密度范围）：用来调整扫描仪接收信息的密度范围。White/BlackPoint（白点和黑点设置）：它是扫描仪前端校正中用来进行图像映像关系调整的重要工具，它和后面的直方图及其阶调曲线一样都是用来调整原始的接收信息和扫描仪正式输出信息之间的,可以是线性的和非线性的映射关系。Histogam.（直方图）：它提供一个观察扫描图像的不同亮度值的象素在不同亮度上的分布情况。Automatic（自动）：它是一种智能化的设置过程，它根据预扫描得到的图像信息，自动设置曝光量、密度范围以及黑白场等映射关系,以从层次和颜色两方面最大限度地表现原稿的信息。,ToneCurve（阶调曲线）：它包含一个映射曲线的编制对话框，可以进行任意形式的曲线编辑。除此以外，它已经内置了许多具有各种形式的映射关系曲线以供直接调用。Sharpness（锐化处理）：锐化处理是用来使得图像细节变得更容易辨认。锐化处理的本质就是使得相邻的图像细节之间（包括层次和颜色）增强对比度。Descreen（去网处理）：这项参数是专门针对扫描印刷品原稿而设置的图像效果处理算法。因为对于网目调网点的扫描将严重破坏原图像的效果，因此,此项目可以针对不同加网线数的印刷品原稿来设置加网线数，其内涵算法将对原稿扫描图像进行有效处理，以消除网点痕迹。,第二节扫描仪的性能参数与调整,一、扫描仪的性能参数1、信噪比所谓信噪比是指信号和干扰噪声之间的比例关系，信噪比越高，对有用信号的提取就越准确和清晰。,2、密度范围和动态范围设透射到原稿上一点的光强是Io，通过的光强（或反射光强）为I，则透射（或反射）率为I/Io，密度为D，则密度为透射（或反射）率倒数的对数，即D=lg（Io/I）。动态范围是指给定设备所能探测到的最浅颜色和最深颜色之间的密度差值,3、光学分辨率光学分辨率是指一个扫描系统在扫描方向上的实际采样密度，即单位长度上的采样点数，包括扫描行方向的分辨率（水平光学分辨率）和扫描行进方向的分辨率（垂直分辨率）。其单位是dpi（dotsperinch）。水平光学分辨率是由CCD光学器件中的采集单元的数目和扫描幅面相除而算出的，其为：水平光学分辨率=线阵象素/扫描宽度垂直光学分辨率是由每条行扫描线之间的步进距离决定的，它可以由驱动和传动来调节。,内插分辨率是指在光学分辨率的基础上，在软件算法的帮助下，在两个光学实在象素之间增加新的象素，并由此产生的一种伪分辨率。内插算法不会增加新的细节，只是在相邻像素间求出颜色和灰度数据的平均值。实际上目前光学分辨率都在6001200dpi之间。内插法增加的“伪”信息可以适用于要求不高的出版物，但绝对不适合那些要作大面积输出的彩色图像的原稿扫描，这些图像中错综复杂的真实细节和广泛的色调范围是非常重要的。内插法还使得图像比较柔和，因而有时还要做一些必要的锐化工作。,4、扫描位深度一个扫描设备可以在它扫描的每个象素上检测出的最大颜色和灰度级，即每个象素存储信息量的多少。5、扫描系统清晰度图像清晰与否的差别可以表现在能够看清的黑白线对的数目。,二、扫描分辨率的计算,1、使用调幅加网技术输出的图像扫描调幅加网后的图像象素点实际就是网点，那么，现在的问题是一个网点需要几个扫描像素点来提供生成信息。由于要考虑各个色版生成不同加网角度的信息量需求，一般就要用4个、3个或者至少也要2个象素的信息来生成一个网点,才能保证网目调印刷品的质量。这种数量关系称之为“加网系数”。考虑到扫描分辨率是一维的，这个系数一般取21.5。这样就有了一个基本的扫描分辨率计算公式：扫描分辨率=放大倍数加网系数加网线数=(印刷品尺寸/原稿尺寸)(2.5)加网线数,扫描分辨率是指在每英寸或每厘米原始图像上扫描仪能够俘获的信息量。,2、使用调频加网技术输出的图像的扫描调频加网技术其网点大小和深浅不会变化，而是用位置和分布密度来呈现图像的明暗层次。调频加网由于没有了角度问题，其“加网系数”是1，也就是用一个扫描象素点来生成一个随机网点。对照排机输出：扫描分辨率=放大倍数1加网线数=（印刷品尺寸/原稿尺寸）加网线数对打印机输出：扫描分辨率=放大倍数1加网线数=（印刷品尺寸/原稿尺寸）打印机分辨率,3、线条图的扫描分辨率线条稿是指只有黑白两色的原稿。扫描时要将扫描模式设成线条稿方式，生成的图像只有一位深度，即黑白两色。对线条稿的扫描一般都是用扫描仪的最高光学分辨率进行，印刷行业的标准值是1200dpi。线条扫描分辨率的公式是：扫描分辨率=放大倍数打印机分辨率,4、充分用好分辨率量原稿而行不要使用内插分辩率按照整除分辨率和整除放大倍数扫描,曝光量（Exposure）的调节由于CCD或CMOS器件的响应度是固定的，对曝光量的适应可以通过模拟前端的可变增益放大器改变放大倍数，以提高对光强的输出响应，借以提高采样图像的亮度。也有通过改变扫描驱动速度，借以改变曝光时间，来完成提高图像亮度的要求。,三、扫描仪的效果校正原理与实例,四、测量扫描仪性能的简单方法测量扫描仪的动态范围（密度范围）使用一个质量较好、有较大密度范围的测试灰梯尺，可以是透射和反射的，通过扫描输入后，使用软件上面的在屏密度计读取它的数值。重点观察在暗调和亮调处的色块有无并级和错级现象，如果这种现象发生的色块越接近明暗极点处，说明扫描仪的密度范围越宽，信噪比特性越好。亮度均匀性测量在扫描平台上放一个白度均匀的白纸进行扫描。然后在Photoshop中检查左右两端和中间的亮度差别，越小越好。,第三节数码相机的原理与使用,数码相机主要由以下部件构成：由镜头、机背（由CCD和控制CPU构成）为核心构成了数码相机的成像系统。镜头包含的快门、光圈机构和焦距参数将直接控制和影响曝光量、景深和视角的摄影效果。CCD和控制计算机对测光阶段的检测图像进行分析并产生曝光量、白平衡、CCD电子感应度和自动对焦的控制。,一、数码相机部件与功能,1、象素象素指的是数码相机的分辨率，由相机里的面阵CCD或CMOS传感器上的光敏元件数目所决定的，一个光敏元件对应一个象素。因此象素数越多，意味着光敏元件越多，也就意味着拍摄出来的相片越细腻。数码相机拍摄照片主要有两种输出途径：电子媒介和传统的纸制媒介。电子媒介就是常用的电脑、电视等，这些设备的典型分辨率是72dpi（DotPerInch，每英寸点数）。传统的纸制媒介包括各种打印纸、相片纸、转印到其他材质（棉布、磁杯）的特种纸等等，这类输出的典型分辨率是300dpi。,2、镜头由于CCD的尺寸比胶片小，因此数码相机的镜头的成像焦距较短。它主要是由多组透镜组成，不同品牌的相机带有不同特殊功能的镜片。最常见的是非球面镜片，它可以把几个镜片的作用集中到一个镜片上，并且成像质量不会下降，目前大部分的变焦数码相机都包含非球面镜片。,3、焦距,在传统相机中，50mm是标准镜头的焦距。一般来说小于50mm的称之为广角镜头，大于50mm的称之为长焦镜头，鱼眼镜头的焦距一般都小于17mm。广角镜头主要用来拍摄大的场景，譬如故宫、天安门城楼等，它可以收纳很大范围的景物；长焦镜头可以拍到距离较远的景物或者用来做特写；鱼眼镜头可以拍摄更大范围的景物，不过图像会发生很严重的变形，使用鱼眼镜头可以拍摄一些具有特殊效果的图片。,相机的变焦能够引起成像的远近距离感的变化。数码相机的变焦分为光学变焦和数码变焦两种：光学变焦：是指相机通过改变光学镜头中镜片组的相对位置来达到变换其焦距的一种方式。光学变焦是实际记录下相应的“实在”象素。数码变焦：是指相机通过截取其感光元件上影像的一部分，然后进行放大以获得变焦的距离变化感，是一种人工补偿办法。,4、光圈光圈是镜头中间的一组金属叶片，在镜头内安置成可以调节的一个圆形或接近圆形的限制入射光束的小孔。它有三种基本的用途：帮助获得正确投影。控制曝光量：通过缩小或放大光圈，以调节镜头通光量的多少，来控制感光材料的曝光。控制景深：它是光圈的另一个重要作用，因为其他方式同样可以控制曝光量，而景深则只能由光圈控制。成像最清晰的点是焦点，但是在焦点前后的一段距离内成像也比较清晰，这个范围就叫景深。光圈大，景深小；光圈小，景深大。,二、数码摄影的质量控制参数、控制方法和评价标准,1、景深景深是指在一次镜头聚焦调节中，所成影像最远部分和最近部分之间的距离，且这部分画面应该具有可以接受的清晰细节。光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大。景深有两个重要的效应：1.微距拍摄时的景深比被摄体在较远的位置时候要小。2.如果在光圈和景物距离都相同的情况下，镜头的焦距越长，得到的景深越小。,景深效果,2、白平衡白平衡调节的目的是达到准确的色彩还原，采用电路调整方式，靠电子线路改变红、绿、蓝三基色的混合比例，把光线中偏多的颜色成分修正掉。3、测光方式目前几乎所有的数码相机测光方式都采用TTL（Throughthelens），自动测光（AutoExposure）系统经过镜头来测光。通过镜头测光的好处是物体的光线可以直接反射，光线经过镜头投射在CCD上，CCD将光讯号传送给数码相机的CPU作分析，CPU根据被摄物的反射率调整应有的曝光值。,现有常见的测光模式大约分为3种：Multi-zoneevaluativemetering：多区域评价测光，测光系统将整个画面分成多个区域，并参照主体的位置决定每个区域的测光加权比重，全部衡量后，决定曝光值。Centerweightedaveragingmetering：中央重点式测光，测光偏重中央，其余画面给以平均测光。SpotMetering：点测光，测光区域限定于画面中央或小的局部位置，如图，测光面积约占整个画面的1/32。点测光适合于背景非常明亮或非常暗的情况。,4、感光度ISO值（即通常所说的感光度值）是标明感光材料对光线敏感程度的单位。这是控制曝光量的一个重要参数。5、闪光灯目前，几乎所有的数码相机都可以使用电子闪光灯，电子闪光灯具有一些特别的地方，包括：发光强度大，能够提供足够的亮度；发光持续时间短，色温约为5500K左右，与标准日光的色温差不多；发光的性质为冷光等。,三、输出文件问题,1、RAW-原始记录格式RAW格式是直接读取传感器（CCD或者CMOS）上的原始记录数据。这些信息是按串行方式的各单色象素按顺序输出的，并且这些数据尚未经过曝光补偿、色彩平衡、GAMMA调校等处理。RAW是非压缩非破坏性的格式，但RAW格式的照片却要比TIFF格式的照片占用的容量还要小，这是因为RAW的原始单位（象素）数据只需8到12位的存储，而不像诸如RGB格式的单象素24到48位的存储。,数码相机三大存储格式就是RAW、TIFF和JPEG,2、JPEG与TIFF格式JPEG格式是按JointPhotographicExpertsGroup制定的压缩标准产生的压缩格式。可以用不同的压缩比例对这种文件压缩，其压缩技术十分先进，对图像质量影响不大。TIFF对那些要求高质量的图像处理来说是首选。TIFF最大色深为32bit，可采用LZW无损压缩方案存储。,
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