基于數字存檔技術中縮微品解像力研究

寧三香（國家圖書館）

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基于數字存檔技術中縮微品解像力研究

寧三香（國家圖書館）

摘要：通過數字存檔技術和傳統縮微技術在解像力方面的不同，探討數字存檔技術解像力方面的可行性。最終確認數字存檔技術整個系統的解像力判斷標準。本項目致力于測試數字存檔拍攝解像力，同時，在此基礎上，研究數字存檔原件解像力的測試方法，檢測數字存檔的系統解像力是否能夠達到標準要求，通過試驗，最終提出紙本原件掃描環節的最低分辨率，為各館數字存檔技術提供參考依據。

關鍵詞：數字存檔技術；解像力；質量因數；ISO；2號測試圖

1　數字存檔技術概況

1.1數字存檔技術概念

數字存檔技術是利用數字存檔機將數字影像轉換至縮微膠片上的技術，即把原生性或者再生性的數字影像轉換至縮微膠片上，以便于數字信息的長期保存。該技術是縮微技術和數字技術發展到一定階段的產物，將縮微膠片長期保存的優勢與數字信息方便利用的優勢結合在一起，是確保數字信息安全保存的最有效的措施之一。它將有保存價值的數字圖像轉換到縮微膠片上，便于文獻的長期保存，是縮微技術新的生命力。

1.2數字存檔技術產生背景

文獻縮微工作在20世紀八九十年代曾一度輝煌，在我國文獻長期保存領域受到極高的重視。21世紀初，數字技術的廣泛興起，使文獻縮微工作一度低迷。近年來，隨著縮微文獻數字化技術和數字資源縮微品存檔技術的應用和普及，文獻縮微工作再一次得到了國內外圖書館界的認可和重視。數字技術在數字文獻長期保存中出現各種缺陷，導致數字資源丟失。珍貴數字資源的丟失是國家無法恢復的，我們以對歷史負責的態度，針對珍貴數字資源進行文獻的長期保存保護，提出了數字存檔技術，將珍貴數字資源轉換到縮微膠片上進行長期保存。這項技術已在國內外得到認可和較大規模使用。這項技術從本世紀初開始在國內推廣使用，目前，在我國的使用領域主要在圖書館、檔案館、公檢法系統、航空航天集團、船舶制造、兵工技術、核工業、醫療機構、金融機構、城市建筑等領域使用數轉模技術。

數字存檔技術在國內也在不斷完善，影響和制約此項技術發展的重點在于理論的研究及探索。數字存檔技術中，最重要的是縮微膠片的質量問題，縮微膠片的質量是數字存檔技術的關鍵。其中，影響縮微膠片質量的重要參數分別是密度、解像力、色彩還原等。本文將詳細介紹數字存檔技術中解像力的研究，以此為出發點，論證解像力這項技術的可行性及相關的參照標準。

2　縮微膠片解像力分析

2.1解像力概念及測定方法

解像力又稱鑒別率、分辨率、分辨力,是指縮微攝影系統（攝制、沖洗）對被拍攝原件細部的極限分辨，它是描述縮微品影像質量的重要參數之一。解像力讀數的高低直接影響被拍攝原件縮微影像的清晰度；解像力的讀數值越高，說明質量因數高，字跡越清楚，對長期保存和使用越有利。

解像力是光學攝影系統或元件對兩個緊鄰實體（通常是線條）分辨能力的測量值。以每毫米線對數（lp/mm）或每英寸線對數（lp/in）來表示。它的值通常以1毫米范圍內尚能分辨出寬度相同的黑白線對數來表示，單位表示法為線/毫米（指黑線條或白線條數）或線對/毫米（黑白線的對數）。解像力值采用一幅含有大小不同的黑白線條組的解像力標板來測定。按照GB/T6161-2008《縮微攝影技術2號測試圖的特征及其在縮微攝影技術中的應用》中規定，測定解像力采用的是ISO2號測試圖（見圖1）。ISO2號測試圖由若干個ISO2號測試圖圖像構成的測試圖，各圖樣的標示數字按照R20優先數系排列，表示該圖樣每毫米所含的線對數。［1］

圖1　ISO2號解像力測試圖

參照國家標準GB/T6161-1994（縮微攝影技術2號測試圖的特征及其在縮微攝影技術中的應用），2號測試圖樣由兩組相互垂直的五條平行線和標示數碼組成。測試圖樣所標示的數碼表示該組圖樣的空間頻率，即每毫米所含的線對（線條與間隔）數，如，測試圖樣的標示數碼為2.0，表示該線寬為0.25毫米，一個線條和一個線間隔組成的線對寬為0.50毫米，則該圖樣的空間頻率為每毫米2個線對，即2線對/毫米。在測試時用顯微鏡檢查測試圖樣時，如果某個測試圖樣上兩個方向的線條都能分辨清楚，該圖樣則認為是可以分辨的。一次讀取可分辨的最小圖樣的空間頻率。

2.2影響縮微膠片解像力的因素

影響縮微膠片解像力因素有多種，包含縮微生片質量、原件（原圖像）質量、機器設備、沖洗加工問題等。目前，縮微拍攝已經進行了三十余年，膠片生片質量及沖洗、曝光控制方面已經非常完善，所以可以設定在一般情況下，不受影響，而影響數轉模解像力的是原件質量和機器設備質量。

2.3傳統縮微拍攝解像力分析

傳統縮微拍攝利用攝影設備對原始紙質文獻進行拍攝，它的解像力測定是根據拍攝文獻前的技術標板進行。傳統拍攝的縮微膠片的解像力以GB/T6161-2008中所規定的方法測量。技術標板內含有5個2號測試圖，分別代表5個部分的解像力，以中央解像力為最高解像力。

傳統縮微膠片的解像力標準則依據GB/T19292 -1998《縮微攝影技術第一代銀明膠型縮微品的質量要求》［2］為準（見表1）。

表1　第一代縮微品清晰度與解像力的要求

傳統縮微膠片的解像力能清晰地反映膠片對文獻的表現能力，同時也反應縮微膠片對原始文獻的解像力，測量此解像力標板也就可以得出正文被拍攝文獻的解像力。技術標板測定的解像力可以直接代表膠片對所有紙本文獻的解像力。

2.4數字存檔技術解像力分析

對于數字存檔技術所生成膠片的解像力確定方法在GB/T19474.1-2004中有所規定，該標準中所使用的測試標板為計算機原生標板，即數字標板，所檢測的是數字存檔拍攝系統解像力，可以直接檢測縮微膠片對原生數字圖像的解像力。目前數字存檔技術中，涉及到兩種文獻的存檔，一種是原生性數字資源，一種是再生性數字資源。針對不同的資源類型，解像力最終確定方式不同。

（1）原生性數字資源轉換縮微膠片解像力。在國外原生性數字資源被稱為“Born Digital”，即除了數字形式再沒有其他載體形式的信息資源。國外的定義特別強調“數字形式”是原生數字資源的唯一形式，這既包括了原生數字資源的數字原創，也包括了其在存續期間的數字形式唯一。而在國內，李寶強、孫建軍從數字資源產生的技術手段出發，把原生數字資源定義為：直接由文字處理軟件、CAD、數字攝像設備等數字信息系統產生的數字資源。這里可以定義為：除去數字形式再沒有其他載體形式的信息資源。它直接由文字處理軟件、CAD、圖像處理軟件、數字攝像設備等數字信息系統產生的圖像。如，由計算機直接生成的word、excel等文檔和用繪圖軟件繪制的圖像，如indesign、coredraw、photoshop等矢量及圖像文件。

原生性數字資源，標板的解像力可以直接代表膠片對原件的解像力，它的測試方式和傳統縮微的測試方式均一致，是整個拍攝系統的解像力，所得出的解像力值也應能代表整個被拍攝文本的解像力。

目前，數字資源轉換到縮微膠片上所采用的解像力測試標板根據機器設備不同，所采用的標板也不同（見圖2），是GB/T19474.1-2004中《縮微攝影技術圖形COM記錄儀的質量控制第1部分：測試畫面的特征》中所規定的圖形COM記錄儀產生的縮微品的圖像質量的測試畫面的特征。適用于能夠在黑白膠片上記錄字符和圖形的圖形COM記錄儀。［3］

圖2　用于檢測解像力、可讀性和密度的測試畫面樣本

圖3所示是目前檢驗機器設備廠家自身設計的測試機器設備所采用的技術標板測試樣式。

（2）再生性數字資源轉換縮微膠片解像力。再生性數字資源是針對原生性數字資源進行解釋的，是有其他載體形式的資源，原始文獻非數字資源，而是經過后期加工處理得到的數字資源，如：用掃描儀將紙本文獻掃描成電子版本的圖像。

圖3　OP500數字存檔機所采用的技術標板

對于再生性數字資源來講，最終膠片的解像力不能直接用數字標板來表示對被攝文獻的解像力，再生性數字資源需要一個轉換中介。如原生紙本文獻需要經過掃描來得到數字資源，在掃描的過程中，我們也需要研究是否有解像力的損失。目前，國家圖書館對珍貴的紙本文獻進行掃描成數字圖像后，進行數轉模，轉換到縮微膠片上，這就需要研究整個系統的解像力。即從紙本文獻—掃描設備—數轉模設備—最終膠片整個系統進行研究。在此情況下，數字標板并不能代表整個系統的解像力，因為它未涉及紙本原件數字化掃描階段的質量檢測，即其檢測范圍只包含了數字影像轉換縮微影像的過程，而不包含紙本原件轉換數字影像的過程。

再生性數字資源進行數轉模時，數字存檔整個系統的解像力可分為兩方面，一方面是數字存檔拍攝系統解像力，是指拍攝系統再現被拍攝數字影像細部的能力；另一方面是數字存檔全流程系統解像力，是指包括紙本文獻掃描在內的整個數字存檔系統再現紙本原件細部的能力。本項目致力于測試再生性數字存檔拍攝解像力，同時還要在此基礎上，研究數字存檔原件解像力的測試方法，檢測數字存檔的系統解像力是否能夠達到標準要求，并提出紙本原件掃描環節的最低分辨率。項目關注的是紙本原件通過掃描后再應用數字存檔技術所生成的縮微影像是否符合技術要求，是數字存檔的整個過程。在此情況下，我們將數字存檔全流程劃分為兩個部分來研究，分別是紙本掃描解像力和數字存檔拍攝系統解像力來分析。

在紙本掃描方面，數字化掃描設備的技術原理決定了其對固定頻率線條的捕獲能力不強，掃描獲得的二號測試圖讀數并不能代表掃描精度表現，其原因是掃描設備CCD上的光敏元件與膠片乳劑內的光敏晶粒相類似，只不過光敏晶粒中心的位置，在所關注范圍內是隨機排列的，而CCD光敏元件則是均勻地分布在預定的柵格處，只能在這些位置上取樣。對于固定頻率的線條，每一行像元無法完全對準測試圖上的每一個線條，這導致了像元在接受數據時捕獲到的是部分黑線和部分白線，這就需要根據閾值來判斷所捕獲的既包括黑線又包括白線的影像接收為黑色還是白色。然而，不管接受為哪種顏色，另一種顏色信息都將被忽略掉，這就導致了細節的損失。固定頻率的線條在接受過程中，CCD上的每一個像元都會由于上述原因在捕獲影像時損失細節，致使掃描設備無法正常反映固定頻率的線條圖。［4］

通過上述原理分析，我們需要確定紙本掃描圖像的分辨率及標準才能確定是存檔系統中再生性數字資源的加工標準，最終確保膠片解像力能達到標準。

在數字存檔拍攝系統中，關于數字資源的分辨率標準，國外相關機構已經有相應研究，在ISO/PDTR 18160（Document management—Digital preservation—Analog recordingtosilver-gelatinmicrofilm）技術報告通過分析指出數字圖像的分辨率在200dpi即可獲得較高的膠片質量。［5］

根據美國信息圖像和管理協會ANSI/AIIM TR26-2000（ANSI/AIIM TR26-2000 Resolution as it Relates to Photographic and Electronic imaging）給出了數字存檔掃描精度要求推算方法。推算公式為：P=QI/h，其中P是二號測試圖分辨率的圖樣，QI是質量因數，h是文字高度。將文字高度及QI=8（根據2號測試圖標板設計思路，QI=8時能夠獲得極好的質量）代入上述公式，在換算解像力時，分辨率提高50%，即可得出數字影像分辨率的標準。［6］

在GB/T16573-1996附錄C中也提出了確定縮微攝影系統影像質量水平的方法即質量因數。提出質量因數是使用2號分辨率測試圖的影像將攝影系統的分辨率與被拍攝文獻中有意義的最小字符尺寸聯系起來確定的。［7］通過測量最小字符的高度，可將測試圖中的圖案與預期的字符影像清晰度聯系起來，對文獻進行拷貝的分辨率要求取決于字符的尺寸、縮率和所要求的復制質量。在大多數的實際應用中，質量因數可以由以下公式確定：QI=可分辨的最小圖案*小寫字母e的高度。這個公式中，可分辨的圖案是指縮微影像中可分辨的2號測試圖的最高線組數，小寫字母e的高度即與原件中或由縮微影像復制出的文件中的小寫字母e的高度。字符細部清晰可辨的優質拷貝，其QI值為8或者以上，若QI值為5，其拷貝上的圖案及細部即使不清晰，閱讀也無困難，如果QI值為3其拷貝閱讀起來較為困難。推薦QI值為3.6，為產生臨界影像質量的最低值。

上述均是以英文字符為基礎的。而中文字符在文字結構上比英文字符更為復雜，解像力的要求也比英文字符的要求更高。所以，中文字符的數轉模掃描分辨率標準必然高于上述標準要求。

中文字符根據GB/T16573-2008《縮微攝影技術在16MM和35MM銀明膠型縮微膠片上拍攝文獻的操作程序》附錄B中和GB/T 30536-2014《文獻成像應用對原始文件制作的建議》中都有涉及：對于英文來講：掃描宜使用小寫字母“e”的最小高度為1.4MM的字符級，縮微拍攝宜使用小寫字母“e”的最小高度為1.8MM的字符級。使用更小的字符可能會產生問題。附錄B和附錄C中也均談到字符的光學等級和質量因數。［8］

質量因數的概念能夠為新文件選擇字符字體或為縮微拍攝及掃描文獻選擇縮率提供幫助。質量因數是基于2號測試圖，與攝影機/膠片/沖洗系統的解像里有關，和將要縮微拍攝的文本中有意義字符的最小尺寸相關。

2號測試圖是一系列從1lp/mm到18lp/mm圖樣，通過測量字符高度，這些圖樣與字符影像的易讀性相關聯。復制文本需要的解像力取決于字符的尺寸、縮率和所需要復制的質量。從使用角度出發，質量因數可定義為：QI=PR*H。其中PR為圖像解像力，H為小寫“e”的高度。

這里提到的均為英文字符，而中文字符和英文字符存在較大差異，由于中文的筆畫比英文多，在GB/T16573-2008中，質量因數宜采用18（清晰辨認）、11（閱讀無困難）、7（閱讀困難且難辨）。QI因數宜采18為優秀級別。結合中文文字的復雜程度以及待轉換文獻的文字高度，在此以古籍善本文獻數轉模為例，清朝早期文獻的文字高度一般在6～7mm左右，根據公式推導，其解像力在2.8以上均可以得到較好的圖像解像力，結合后期的圖像分辨率對應解像力分析可以得出圖像的分辨率。

3　實驗設計

3.1實驗步驟

為了驗證上述的理論分析，根據目前實際工作設計了《原生與掃描2號測試圖標板掃描及拍攝試驗》，通過此實驗通過測試不同分辨率的2號測試圖在相同照度和曝光時間下，對解像力影響的試驗數據收集及分析，了解原始圖像的分辨率對整個數字存檔系統的解像力的影響。該實驗設備器材采用：掃描儀、德國OP500數字存檔機、FP505沖洗機、UOP UB200i生物顯微鏡、佳能600D相機、倒片臺。消耗品采用：35mm柯達1461縮微膠片，柯達定影、顯影藥液。

在試驗過程中，首先用高速高精度掃描儀以不同精度對2號測試圖進行掃描，精度分別采用100dpi、150dpi、200dpi、300dpi、400dpi、600dpi掃描6張有2號測試圖的技術標板（見圖2）。然后用數字存檔機在相同照度和曝光時間下進行拍攝。在拍攝過程中要注意各組試驗樣片中間要有白片，要保證各拍在一卷內，這樣排除了沖洗機溫度導致的解像力誤差。最終用沖洗機進行沖洗，得出試片。然后利用64倍顯微鏡和UOP UB200i生物顯微鏡來觀察每拍技術標板的解像力（測量最高解像力，即中間一張2號測試圖解像力），最終將結果通過照相機進行拍攝。得出的實驗圖像及數據如下。

3.2實驗數據

黑白圖像原始大小：648.08*454.66MM，縮率為1：15。

灰度圖像原始大小：631.11*446.91MM，縮率為1：15。

將黑白和灰度圖像按照上述實驗步驟進行拍攝，最終將數據進行整理分析得出表2和表3。

表2　原始圖像分辨率與膠片解像力關系試驗數據表（黑白掃描）lp/mm

表3　原始圖像分辨率與膠片解像力關系試驗數據表（灰度掃描）lp/mm

3.3實驗結果分析

通過上述數據分析可以得出以下結論。

（1）在紙本掃描的過程中，掃描含有5塊2號測試圖標板時會損失一些細節，在數字存檔后期拍攝的過程中，解像力基本不變，即2號測試圖縮微影像的讀數與數字影像讀數基本保持一致。

（2）當數字圖像像素大于數字存檔設備所能容納的最高分辨力時，膠片解像力將無法再還原電子圖像解像力，解像力不再隨著分辨率的增大而增大。如上述600dpi掃描完的圖像像素大小為：14908*10557，已經超過數字存檔機本身的屏幕最大像素數11520*7200，則膠片解像力將不再隨著電子圖像解像力增加而增加。導致電子圖像解像力和膠片解像力不一致。當像素數超過數字存檔設備最大像素數時，需要分幅拍攝，否則將直接影響最終的解像力。

（3）為準確測得再生性數字資源生成的縮微膠片的最終解像力，需要在前期紙本文獻前期掃描時增加解像力標板，為后期的解像力測定提供依據。

（4）在對已經完成的數字掃描圖像進行數字存檔時，前期未增加掃描標板，可以根據上章節的質量因數公式，結合上述實驗數據，推導出符合數字存檔的數字圖像的分辨率。根據文字高度和中文字符質量因數要求，對應掃描分辨率，在分辨率達到200以上，則膠片的解像力則可以達到優秀的級別。即200以上分辨率掃描圖像均可以滿足數字存檔的本身需要。

（5）通過上述實驗，驗證了原生性數字資源的解像力即數字存檔設備系統的解像力，再生性數字資源解像力即也對之前的理論分析進行了驗證。

解像力是研究數字存檔技術的關鍵核心技術之一，了解縮微膠片解像力的標準，探討數字存檔技術對文獻的細節清晰度的還原能力，將直接影響今后縮微工作的發展方向。確認數字存檔技術的解像力將直接實現利用掃描設備將紙質文獻數字化，再利用數字存檔機將數字文獻轉換成縮微膠片一整套完整的新的加工流程。完整掌握此技術解像力的影響因素將有利于數字存檔技術的理論完善，這對創新縮微工作機制，豐富文獻縮微搶救方式，帶動全國圖書館縮微工作的開展都具有至關重要的示范意義。

［參考文獻］

［1］GB/T6161-2008．縮微攝影技術2號測試圖的特征及其在縮微攝影技術中的應用［S］．北京：中國標準出版社，2008.

［2］GB/19292-1998．縮微攝影技術第一代銀明膠型縮微品的質量要求［S］．北京：中國標準出版社，1998.

［3］GB/T19474.1-2004．縮微攝影技術圖形COM記錄儀的質量控制第1部分：測試畫面的特征［S］.北京：中國標準出版社，2004.

［4］王浩，等．古舊文獻數字信息轉換縮微膠片技術探究——以館藏方志家譜數轉模項目為例［C］.哈爾濱：2013年海峽兩岸檔案暨縮微學術交流會論文集，2013.

［5］ISO/PDTR 18160．Document management—Digital preservation—Analog recording tosilver-gelatin microfilm［S］．2014.

［6］Association for Information and Imagc Management International．ANSI/AIIM TR26-2000 Resolution as it Relates to Photographic and Electronic imaging［S］．2000： 19－20.

［7］GB/T16573-1996．縮微攝影技術在16MM和35MM銀明膠型縮微膠片上拍攝文獻的操作程序［S］.北京：中國標準出版社，1996.

［8］GB/T16573-2008．縮微攝影技術在16MM和35MM銀明膠型縮微膠片上拍攝文獻的操作程序［S］.北京：中國標準出版社，2008.

Study on Resolution of Microfilm Based on Digital Archive Technology

Ning San-xiang

Abstract：Considering a long-term preservation of literature,this article points out an overview of digital archive technology.By analyzing the difference between digital archive technology and traditional micrographics,it discusses the feasibility of the digital archive technology solutions and confirms judgment standard of the whole system.This article aims to test the resolution of digital archive technology,and carries out a test method for the resolution.In the end,it ensures the lowest resolution for original copy scanning whichis a reference for other libraries while applying digital archive technology.

Keywords：Digital Archiving Technology;Resolution;Quality Factor；ISO2 Test Chart；

中圖分類號：G255.72

文獻標志碼：A

文章編號：1005－8214（2016）04－0095－05

［基金項目］本文系文化部科技創新項目“縮微文獻長期保存保護研究”（項目編號：5-2011），2015年度國家文化科技提升計劃項目“中文字符數轉模技術研究”（項目編號：2015-05）的研究成果。

［作者簡介］寧三香（1982－），女，碩士研究生，國家圖書館縮微文獻部館員，研究方向：數字存檔技術。

［收稿日期］2015－10－08［責任編輯］菊秋芳