底片檔案數字化掃描的技術指標分析

　　摘要：底片檔案數字化掃描有著十分重要的意義，不僅能充分展示底片檔案的利用價值，而且，能真實再現底片檔案保留的原始數據。因此，底片檔案數字化掃描要從掃描元件的選擇、掃描分辨率的設置、動態密度值（OD值）的范圍以及存儲格式的確定等方面入手，保證掃描質量達到理想效果，符合底片檔案利用的需求。另外，在掃描時，還要注意分辨率高低不能忽視、掃描速度不能過快、人工校色不能省略和系統虛擬內存不能關閉等幾個問題。
　　關鍵詞：歸檔；底片檔案；數字化；掃描
　　
　　《全國檔案事業發展“十二五”規劃》關于檔案信息化工作的任務中明確提出，“加強以計算機網絡設備和數據庫為主要內容的檔案信息化基礎建設……加快推進傳統載體檔案數字化、電子文件接收、重要數字信息采集等數字檔案資源建設”，這給檔案數字化建設指明了方向。底片檔案和照片檔案、紙質檔案一樣，都是檔案數字化掃描的重要對象。傳統相機拍攝的底片隨著時間的推移會逐漸“老化”，容易變黃甚至發霉，要讓這些底片上的影像長期保存下來，就只有讓底片上的影像數字化。這種數字化處理，目前，只能通過底片檔案掃描來實現。
　　
　　1底片檔案數字化掃描的意義
　　《檔案法》第五條規定：“檔案工作實行統一領導、分級管理的原則，維護檔案完整與安全，便于社會各方面的利用。”底片檔案的形成、收集、整理、保管等各個環節，都是為了保證底片檔案得到充分利用，“為今天，也為未來服務”。 [1]而隨著時間的推移、保存條件的限制，底片檔案出現霉斑、老化、褪色等問題，嚴重影響檔案用戶的利用。底片檔案掃描后實現數字化存儲，給檔案用戶利用上帶來了極大的便利。
　　1.1充分展示底片檔案的利用價值。首先，是數字底片檔案的傳輸便捷。借助于計算機、通信等網絡資源，能夠突破時間、空間的限制，準確、快速地把數字底片檔案傳輸給檔案用戶。
　　其次，是數字底片檔案的檢索便捷。底片檔案數字化的目的，就是為了保證用戶高度靈活地獲取和使用信息。因而，底片檔案數字化的服務模式是以檔案用戶為中心的。檔案用戶利用聯網終端，可以隨時隨地通過數字檔案館提供的各種功能強大、實用的檢索工具瀏覽、檢索和使用數字化的底片檔案。
　　最后，是數字底片檔案的打印便捷。檔案用戶通過底片掃描儀強大的透掃功能，能夠輕松地實現底片檔案掃描任務，并通過照片打印機直接打印輸出，不必將底片檔案送到照片沖洗店沖印，既能滿足檔案用戶的利用需求，又能發揮底片檔案的經濟效益和社會效益。
　　1.2真實再現底片檔案保留的原始數據。恩格斯曾指出：“對于事態的真相，現在不可能提出文件來作證據。只有在事件本身成為歷史陳跡的時候，這些證據才會出現。”[2]作為歷史陳跡的底片檔案，有著其他任何資料無法取代的憑證作用，成為查考、研究和處理問題的重要依據，也是認定法律權利、義務與責任的重要證據。因此，底片檔案的原始數據保留顯得非常重要。
　　在照片沖印店用傳統銀鹽方式沖印得到的照片檔案，經常會出現圖像色彩失真或偏色等現象，這些大多數是由人為因素而造成的。在傳統的沖印過程中，沖印人員憑借以往的經驗來設置機器的洗印參數，這種經驗，難以保證底片檔案的色彩“精確”。盡管，在實際沖印過程中允許存在一定范圍內的偏差，但當所設置的參數超出允許左右浮動的界限時，沖印出來的照片檔案就會出現上述問題。因此，憑經驗沖印出來的照片檔案很難符合歷史的真實意圖。如果掃描這種紙質的照片檔案，打印輸出后，在圖像的顏色、亮度和飽和度等方面與原始數據都有一定的區別。造成這種不符合要求的掃描效果是紙質照片檔案本身特征造成的。目前，解決這一問題的最佳措施就是直接掃描底片檔案。因為，直接掃描底片檔案能夠完整地再現底片檔案保留的原始數據，色彩還原準確，同時，避免人為因素帶來的照片檔案色彩失真或偏色現象，并能最終得到高清晰、高品質的打印圖像。
　　
　　2底片檔案數字化掃描的技術指標
　　底片掃描儀的工作原理與普通平板掃描儀類似，它們之間最大的差別在于掃描的對象不同，前者掃描的對象是底片，后者掃描的對象是諸如紙質檔案、照片檔案等反射性媒質材料。由于底片檔案所包含的圖像信息量比照片檔案和紙質檔案要豐富得多，在專業圖像處理時，一般都采用掃描底片的方式來獲取數字圖像信息。但是，如果將底片掃描儀的掃描頭安裝在平板掃描儀的頂部，則既能掃描需反射光源的紙質材料，也能掃描需直射光源的底片。
　　2.1掃描元件的選擇。掃描儀的核心部分是完成光電轉換的部件——掃描元件（也稱為感光器件）。目前，市場上掃描儀所常用的感光器件有四種：電荷藕合元件CCD、接觸式感光器件CIS、光電倍增管PMT和互補金屬氧化物導體CMOS。
　　掃描儀中，感光器件CCD（Charge-coupled Device）是一種相對成熟的技術，該技術在物體表面成像，具有一定的景深。掃描凹凸不平的底片檔案時，能夠實現一定程度的三維效果，并且，采用硅單晶技術的CCD對周圍環境溫度的要求較低，適應的范圍較廣。其景深比CIS掃描儀要大得多，能夠方便地進行底片檔案的掃描。
　　CIS（Contact Image Sensor）感光器件一般使用制造光敏電阻的硫化鎘作感光材料。硫化鎘光敏電阻本身漏電大，各感光單元之間干擾大，嚴重影響圖像的清晰度。由于CIS感光器件不能使用冷陰極燈管而只能使用LED發光二極管陣列作為光源，因此，無論在光色還是在光線的均勻度上這種光源都比較差，導致掃描儀的色彩還原能力較弱，無法實現底片檔案的掃描功能。
　　PMT（PhotoMultiplier Tube），響應速度極快的光探測器。在各種感光器件中，光電倍增管是性能最好的一種，無論在靈敏度、噪聲系數還是動態范圍上，都遙遙領先于其他的感光器件，更重要的是，它的輸出信號在相當大范圍內保持著高度的線性輸出，使輸出信號幾乎不做任何修正就可以直接獲得很準確的色彩還原。但是，掃描速度很慢，掃描一張圖往往需要幾十分鐘時間。
　　CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），和CCD一樣，同為在掃描儀中可記錄光線變化的半導體。CMOS傳感器不用像CCD傳感器那樣，通過反射鏡延長光線路徑進行感光，而是采用直接光線路徑，工作起來非常簡單。當用CMOS技術的高速掃描儀掃描有折痕的底片檔案時，圖像的變形最大限度減少。由于其具有更高的解析能力和更好的清晰度，CMOS掃描儀能捕獲對比度細微的地方，并獲得出色的圖像細節。
　　因此，比較幾種掃描方式，底片檔案掃描采用CCD或CMOS元件技術的掃描儀才能較好地完成底片檔案的掃描任務，其良好的性能、成熟的技術能夠保證底片檔案掃描的質量。從發展趨勢來看，CMOS技術將成為后發先至的次時代掃描技術。
　　2.2掃描分辨率的設置。掃描分辨率反映了掃描儀所記錄圖像細節的豐富程度，分為光學分辨率（物理分辨率）和增強分辨率（亦稱“插值分辨率”、“最大分辨率”）。光學分辨率是掃描儀的實際分辨力，是掃描儀硬件掃描時獲取的真正分辨率（垂直和水平方向數值），它是確定掃描圖像清晰程度的關鍵因素。增強分辨率是通過軟件算法對圖像進行插值得到的分辨率，它并不能為圖像增添新信息，但對于有特定要求的圖像或掃描線條圖時則十分有用。[3]雖然，底片掃描儀與平板掃描儀一樣，也是以CCD傳感器為主，但底片掃描儀使用的傳感器靈敏度更高，具有更高的分辨率、精度和足夠的動態范圍，能夠捕捉到透射稿全部色調范圍。因此，底片掃描儀的光學分辨率范圍一般在2000 ppi～9600ppi(pixel per inch)之間，最大掃描尺寸可達6in×9in。[4]但也有例外，目前，市場上高達50多萬元的松下 S3105CCN，其光學分辨率只有100 dpi～600dpi(1dpi step)。部分專業底片掃描儀分辨率與掃描幅面如表1所示。
　　
　　表1 部分專業底片掃描儀分辨率與掃描幅面一覽表
　　
　　正常情況下，分辨率為2000ppi的底片掃描儀完全可以滿足用于35mm底片的數字化需要，如果不出大片，可以采用較低分辨率進行掃描。要真實地再現底片檔案保存的細節，掃描分辨率至少要達到1200dpi。以最為常見的35毫米底片為例，它的圖像面積非常小，只有36mm×24mm，但其信息密度高。這樣的底片檔案若以5英寸幅面打印輸出，相當于放大4倍，掃描時的分辨率就必須設置為1200dpi，才能將膠片中的色彩完全數字化；如果以更大幅面打印輸出，則需要更高的掃描分辨率。如見表2所示：
　　表2 35毫米底片掃描分辨率設置對照表
　　
　　2.3動態密度值（OD值）的范圍。動態密度值（OD值），對底片檔案掃描而言，是一個非常重要的技術參考指標。它是反映掃描儀所能探測到的最淡顏色和最深顏色間的差值，數值越大色彩表現力越強。掃描儀動態密度值的高低直接影響著底片檔案掃描的效果。動態密度值越高，底片檔案掃描的效果就越佳。該技術指標直接描述了掃描儀的性能，比掃描儀的分辨率顯得更為重要。較高的動態密度值可以大幅度地提高掃描圖像的色彩濃度，使每種顏色表現得更純粹，無雜色，并能夠充分地體現色彩層次和暗部細節，進而使底片檔案的掃描效果盡善盡美。
　　普通掃描儀都是用來掃描反射稿的，即光照射到原稿上后反射回來，由感光元件接收，再進行A/D轉換，以數字形式保存進電腦。但底片檔案由于其透光，無法反射光，因此，需要有一個透射光源，透過底片檔案照射在感光元件上。透掃器就是為掃描底片檔案提供光源的。一般來說，絕大多數的掃描儀動態密度范圍在0.0D 到最大 4.0D 之間。大于 2.0D 就是較好的，大于 3.0D 是十分出色的。例如，愛普生的PER 3200P采用了動態范圍控制技術，其動態密度值高達3.4D；清華紫光FS7200ICE動態密度值為3.9 D。普通掃描儀如果動態密度范圍很高，也可以用來掃描底片檔案，但不能按反射稿方式掃描，需要設法提供透射光源。
　　當然，動態密度值范圍不僅取決于掃描某一個光學部件的性能，而且，主要由掃描儀整個光學影像系統的技術指標所決定的。只有高品質的透鏡、高精度的A/D轉換器以及高信噪比的線性CCD組合在一起，才能得到較高的動態密度值范圍。
　　2.4存儲格式的確定。采用黑白二值模式掃描圖的圖像文件，一般采用TIFF（G4）格式存儲；采用灰度模式掃描的文件，一般采用JPEG格式存儲。提供網上檢索利用的圖像文件，也可存儲為CEB、SEP、PDF或其他格式。[5]在實際工作中，根據具體情況，除TIFF、JPEG等格式外，還采用RAW、PSD、BMP、PNG、DjVu等格式。[6]
　　底片檔案掃描數據的保存格式最好采用TIFF（G4）、BMP等無損圖像格式，這樣，雖然數據占據的空間比較大，但保存圖像的目的就是要盡量保存最原始的圖像數據，特別是對檔案而言要保持原始的各種信息。JPEG有損壓縮格式，雖然，可以大量減少圖像占據的空間的數據量，卻不能再恢復圖像細節的損失及過渡色彩的斷層。而TIFF（G4）圖像格式可以隨時轉換成JPEG圖像格式，反之不能。
　　隨著技術的發展，一些新的存儲格式如JPEG2000、DjVu顯示了強大的發展后勁。其中，JPEG2000 作為JPEG升級版，同時支持有損和無損壓縮，其壓縮率比 JPEG 高約 30% 左右，無損壓縮對保存一些重要底片檔案十分重要。JPEG2000 還有一個重要特征，就是能實現漸進傳輸，先傳輸圖像的輪廓，然后，逐步傳輸數據，不斷提高掃描后底片檔案的圖像質量。另外，JPEG2000 還支持所謂的“感興趣區域”特性，可以任意指定影像上感興趣區域的壓縮質量，并能選擇指定的部分先解壓縮。
　　綜上所述，底片檔案數字化后的存儲格式應該根據其利用價值來確定，原則上，以TIFF（G4）格式存儲為主，兼顧JPEG 、JPEG2000等存儲格式。
　　
　　3底片檔案數字化掃描注意的問題
　　底片檔案數字化掃描是一個系統工程，任何一個環節的失誤，都會影響它的顏色、亮度、飽和度，導致原始數據失真，影響使用效果。因此，除上述的技術指標外，還要注意下列一些事項。
　　3.1人工校色不能省略。底片檔案本身帶有片基色罩，由于底片檔案采用的是有機染料工藝，而不同廠家的片基底色是不一樣的，再加上底片檔案本身的曝光寬容度很大，一般能過曝兩檔。所以，在掃描底片檔案時，不能像普通照片那樣通過標準色片來進行掃描的校正。[7]在掃描底片檔案前，需要人工進行底片檔案的調整，如，對預掃圖像，進行色彩上的校正（色相變化）、曝光上的校正（亮度層次）及色彩飽和度的加工，這樣，才能全方位滿足檔案用戶的需要。
　　3.2分辨率高低不能忽視。在目前的科技水平下，分辨率越高，不能代表底片檔案掃描后的圖像質量越高。正確的掃描儀光學分辨率標注方法，是橫向分辨率在前，縱向分辨率在后。比如：600dpi ×1200dpi，就是掃描儀的物理分辨率為600 dpi。生產廠家把這個指標反過來標注，比如：Scanmaker 4850III 的光學分辨率為 4800 dpi × 2400 dpi，其實，這個掃描儀的物理分辨率是2400 dpi。
　　底片檔案掃描時，分辨率與底片檔案的放大倍率有關，即取決于要將底片檔案掃描后輸出到一個什么樣的尺寸，是通過什么方法輸出：如印刷、噴繪、激光沖印，等等。同時，很重要的一點，就是底片檔案的質量也決定能夠放大多少倍。因為，底片檔案本身就有自身的分辨率，超過其自身的分辨率去掃描，其品質會銳減。只有在底片檔案的有效放大倍率里，才會顯露出好的圖像效果。如表3所示：
　　表3 底片數據大小、成像大小與分辨率設置對照表
　　
　　3.3掃描速度不能過快。由于目前一般掃描儀采用的是高像素的CCD，感光點極小，信號較弱。同時，采用的是小口徑的樹脂鏡頭，為了提高感光及掃描速度，只能將光圈開大進行掃描，所以，其成像品質細節及銳度較差、色彩準確度較差。
　　3.4系統虛擬內存不能關閉。如果在內存配置較低的計算機中，來掃描底片檔案時，會出現系統內存不足的提示，此時不能關閉系統虛擬內存，應當使用硬盤上的剩余空間作虛擬內存來完成掃描工作。因為，當虛擬內存被禁用時，掃描儀就不能完成其掃描任務。
　　總之，隨著國家對檔案信息化重視程度的提高，檔案信息資源的數字化建設步伐越來越快。底片檔案作為檔案館、室重要的館藏資源，其數字化建設也是一項重要任務。但如何科學、合理地做好底片檔案的掃描工作，需要從檔案的本質特征出發，準確把握底片檔案數字化掃描的各項技術指標，盡量維護底片檔案的原始信息數據，充分發揮其價值功能。
　　注：本文為2007年“江蘇省檔案科技項目”（項目編號為：2007-12）《中外數碼照片檔案管理比較的研究》階段性研究成果。
　　
　　參考文獻：
　　[1]馮惠玲、張輯哲.檔案學概論[M].北京：中國人民大學出版社，2001：42
　　[2]恩格斯.馬克思恩格斯全集（第13卷）[M].北京：人民出版社，1962：672
　　[3]影響圖片掃描質量的若干因素[OL] .http://bbs.redocn.com/thread-36741-1-1.html[2011-7-12]
　　[4]陳天華.數字圖像處理[M].北京：清華大學出版社，2007：47
　　[5]國家檔案局.縮微膠片數字化技術規范（DA/T43-2009）[S] . 2009-11-02
　　[6]傅榮校，翁敏曦.檔案數字化掃描與存儲格式比較研究[J].檔案學通訊，2007（2）：61～64
　　[7]徐濤.如何做好底片的掃描工作[J].計算機與網絡，2002（10）：26，36
　　
　　（作者單位：鹽城師范學院來稿日期：2011-08-18）