Спектральные характеристики монохромных сканеров
Скачать 93.73 Kb.
|
| Спектральные характеристики монохромных сканеров. Строчков А.Я. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 97-07-90-209. Аннотация: Высокоскоростные сканеры, используемые при потоковом вводе бумажных документов, предназначены для монохромного сканирования. Однако вводимые документы могут быть как черно-белыми, так и цветными. Настоящая работа посвящена методическим вопросам оценки спектральной чувствительности монохромных сканеров при преобразовании цветного изображения в черно-белое. В информационных системах, предназначенных для массового ввода и обработки бумажных документов, используются специальные высокоскоростные сканеры. Чтобы обозначить специфическую область их применения, используют термины "документные", "потоковые" или "индустриальные" сканеры. Их конструктивными особенностями являются невысокое разрешение (обычно до 300 dpi), большая производительность (более 100 листов в минуту) и листопротяжный тип привода с автоподатчиком, способный обеспечить необходимую скорость подачи документов. Наиболее известными производителями документных сканеров являются фирмы Fujitsu, InoTec, Kodak. До недавнего времени в категории документных сканеров производились только монохромные модели. Основная причина того, что документные сканеры не используют цвет, заключается в том, что текст - основная содержательная часть документа - почти всегда печатается черным цветом. Поэтому монохромного изображения вполне достаточно как для просмотра графических изображений отсканированных документов, так и для оптического распознавания текста. Другие соображения связаны с эффективностью ввода и хранения документов: цветные изображения требуют больше времени для сканирования и больше места при записи на носители для создания архивов документов. Однако реальные документы могут быть любыми, в том числе и цветными. В финансовых документах встречаются такие цветные элементы как подписи, печати, логотипы, фоновые изображения. В информационных системах поисково-справочного характера документами могут быть цветные фотографии, вырезки из журналов, чертежи и рисунки. Разумеется, только от назначения информационной системы зависит, требуется ли передача цвета в хранящихся документах, и нужно ли представлять цветные элементы на документах, определяющее содержание которых черно-белое. Совсем недавно появилась возможность с высокой скоростью сканировать в цвете: в 2000 году фирма InoTec выпустила первый цветной документный сканер Scamax 4000. Очевидно, такой шаг фирмы отражает рост потребности в использовании цветных документов, но все-таки подобное оборудование еще некоторое время будет восприниматься как экзотика. В большей части эксплуатирующихся в настоящее время и разрабатывающихся информационных систем ввод документов осуществляется монохромными сканерами. При вводе цветных или содержащих цветные элементы документов с помощью монохромного сканера цвет преобразуется либо в градации серого (grayscale) либо в полутоновое черно-белое (halftone) изображение. С какой плотностью на полученном изображении будут переданы цветные элементы оригинала, и будут ли они видны вообще, зависит от спектральной чувствительности сенсорных элементов сканера. Разные модели и параметры сканирования дают различные результаты. В зависимости от способа дальнейшей обработки введенных изображений требования к передаче цвета могут быть прямо противоположные. Например, для финансовых документов может потребоваться, чтобы подписи, печать, защитные узоры были отчетливо видны для последующей проверки подлинности документа. При распознавании бланков рукопечатного заполнения, на которых поля для заполнения обозначены цветными рамками (рис. 1), наоборот, следует по возможности полностью удалить цветные элементы, чтобы они не мешали программе распознавания.  Рисунок 1. Фрагмент бланка рукопечатного заполнения. Рамки полей должны быть удалены при сканировании, чтобы повысить надежность распознавания. Таким образом, появляется необходимость оценить спектральную чувствительность сканера. Обычно эта задача решается использованием специальных эталонов цвета, так называемых цветовых мишеней (color targets [ 4 ] ), применяемых для цветокалибровки сканеров, представляющих собой отпечатанные типографским или фотографическим способом многоцветные образцы. Изображение, полученное сканированием цветовой мишени на монохромном сканере, позволяет наглядно представить, какие цвета и при какой насыщенности остаются различимыми, а какие полностью удаляются. Поскольку потребность в оценке цветопередачи возникает в различных отраслях индустрии (текстильной, полиграфической, лакокрасочной), стандартизующие организации США (ANSI) и Международная (ISO) разработали стандарты, регламентирующие требования к цветовым мишеням, соответственно ANSI IT8.7 [ 9 ] и ISO 12641 [ 10 ]. В большинстве случаев производители цветовых мишеней придерживаются этих стандартов, но следует заметить, что само по себе следование стандарту еще не гарантирует пригодность мишени для характеризации преобразования цветного изображения в черно-белое, поскольку цель стандартизации требований к мишени отличается от потребностей рассматриваемой задачи. Главное их различие заключается в том, что стандарт предусматривает ограниченное число дискретных цветов, тогда как для оценки преобразования предпочтительнее было бы иметь мишени с плавным (градиентным) изменением цветов. Ниже будет показано, что в упрощенном виде, применительно к частному случаю, спектральная чувствительность может быть определена без использования стандартизованных цветовых мишеней. Перечислим наиболее распространенные цветовые мишени, предлагаемые различными фирмами, и рассмотрим их пригодность для определения спектральной чувствительности сканеров: 1. Цветовая мишень Q-60 (Color Input Target) фирмы Kodak [ 11 ] изготовляется методом фотографической печати на фотобумаге Ektacolor размером 12.7 x 17.8 см. Мишень Q-60 соответствует стандартам ANSI IT8.7 и ISO 12641, и представляет собой упорядоченный по колонкам и строкам набор 228 характеризованных (имеющих точно определенные спектральные характеристики) цветов, 12 нехарактеризованных (естественных) цветов и фотопортрет. Нехарактеризованные цвета и фотопортрет используются для визуальной оценки, а характеризованные цвета как для визуальной, так и для аппаратной (спектрофотометрической [ 1, 4 ] ) оценки цветопередачи сканера. Характеризованные цвета расположены на мишени следующим образом: в левой части 144 цвета в цветовом пространстве CIE Lab [ 3 ], представленные 12 цветовыми углами (от 16о до 350о цветового круга с равными интервалами), для каждого из которых приведены три уровня светлоты и четыре уровня насыщенности. В средней части мишени расположены 48 цветов в цветовом пространстве CMYK [ 2 ]: голубой, пурпурный, желтый и нейтральный серый, каждый с 12 градациями плотности, и следом за ними 36 цветов в цветовом пространстве RGB [ 2 ]: красный, зеленый и синий, также с 12 градациями плотности. К достоинствам этой мишени относится то, что она отпечатана безрастровым (равноплотным) способом, и поэтому при ее сканировании не возникает проблемы несовмещения точек оригинала с ячейками сенсорной линейки сканера. Недостатком же является довольно крупный шаг дискретизации цветов (около 8% полного диапазона цвета). Также неудобно то, что основная масса цветов представлена в цветовом пространстве CIE Lab, пересчет из которого в другие цветовые пространства осуществляется по сложным формулам [ 1 ]. Поскольку сканируемые документы чаще всего изготавливаются типографским способом, предпочтительнее было бы иметь мишень, в которой все или большинство цветов характеризованы в цветовом пространстве CMYK. Таким образом, можно сделать вывод, что хотя цветовая мишень Q-60 пригодна для определения спектральной чувствительности сканеров, точность измерения невелика, а интерпретация результатов требует сложных расчетов. 2. Цветовая мишень IT8.7/2 (Reflective IT8 colour reference target) фирмы Agfa [ 12 ] идентична мишени Q-60 фирмы Kodak, но печатается на фотобумаге AgfaColor. Она не продается как самостоятельный продукт, а включается в комплект поставки сканеров фирмы Agfa. Достоинства и недостатки этой мишени такие же, как у Q-60. 3. Цветовая мишень Scanner Target фирмы Corel [ 5 ] также похожа на мишень Q-60 фирмы Kodak, но имеет уменьшенный набор цветов: только144 цвета в цветовом пространстве CIE Lab, соответствующие левой части мишени Q-60. Фотопортрет значительно увеличен в размере, занимая место средней части, в которой у мишени Q-60 расположены цвета CMYK и RGB. Эта мишень включена в комплект поставки графического пакета Corel Draw. Достоинства и недостатки этой мишени такие же, как у Q-60. 4. Цветовая мишень ColorChecker фирмы Gretag Macbeth [ 6 ] представляет только 24 цвета, характеризованные с высокой точностью. Семь из них это базовые цвета пространств CMYK и RGB со 100% плотностью, а остальные так называемые "памятные" цвета, являющиеся эталонами естественных цветов неба, травы, кожи и других природных объектов. Эта мишень в первую очередь предназначена для спектрофотометрической цветокалибровки печатных машин и цветопробных принтеров, и имеет слишком мало цветов, чтобы применяться для оценки спектральной чувствительности сканеров. Таким образом, все перечисленные цветовые мишени не обладают необходимыми свойствами для решения данной задачи. Основным их общим недостатком является малое количество цветов. Существуют цветовые эталоны, имеющие на порядок большее количество цветов, например, веера фирмы Pantone [ 7 ] и альбомы фирмы Munsell [ 8 ], но форма издания не позволяет сканировать их на листопротяжных сканерах. Рассмотрим теперь реальную задачу, для решения которой потребовалось определить спектральную чувствительность сканера. Для системы ввода бланков рукопечатного заполнения (фрагмент бланка представлен на рис. 1) нужно выбрать цвет, которым на бланке обозначаются рамки полей вводимой информации. Этот цвет должен обладать следующими свойствами: он должен отчетливо восприниматься человеком, заполняющим бланк, и в то же время полностью удаляться при сканировании, чтобы не создавать помехи при последующем распознавании текста. Очевидно, эта задача может быть решена сканированием подходящей цветовой мишени: любой цвет, различимый человеком, но не воспринимаемый сканером, подойдет для рамок полей. Однако хотелось бы, чтобы насыщенность выбранного цвета была максимально высокой, чего невозможно добиться с мишенями, имеющими дискретный набор цветов. Поэтому была изготовлена самодельная мишень, представляющая собой градиентные заливки различных цветов с плотностью от 0 до 100%. Мишень была нарисована в графическом пакете Adobe Photoshop и распечатана на струйном принтере Hewlett Packard 2500CM. Хотя точность цветопередачи струйного принтера значительно уступает точности полиграфического оборудования, она все же достаточна для определения нужного цвета с приемлемой погрешностью. Мишень была просканирована на двух сканерах: Scamax 2500 фирмы InoTec и M3096GX фирмы Fujitsu, использование которых предусматривалось в системе ввода бланков. Первый из них, Scamax 2500, является типичным представителем документных сканеров, с приводом листопротяжного типа и скоростью ввода 75 листов в минуту. Сканер M3096GX является универсальным устройством планшетного типа с автоподатчиком, обеспечивающим скорость ввода 22 листа в минуту, поэтому его только условно можно отнести к документным сканерам. Этот сканер рассматривался как альтернативный вариант облегченной комплектации системы ввода бланков. Для удаления цвета обе модели сканеров располагают дополнительными принадлежностями: светофильтрами (Scamax 2500) и цветными лампами (M3096GX) различных цветов. Эти принадлежности обеспечивают избирательное удаление некоторых цветов при сканировании. Однако точно определить, какие именно цвета, и при какой насыщенности удаляются, можно только методом проб. Фирма InoTec не сообщает никаких сведений о диапазоне цветов, пропускаемых светофильтрами; фирма Fujitsu приводит данные о длине волны, излучаемой цветными лампами, но на основании этих данных все равно нельзя судить, будет ли удален конкретный цвет. С помощью сканирования градиентной мишени удалось получить ответ на этот вопрос, и предложить подходящий цвет для рамок полей бланка. Ниже приводится таблица с результатами сканирования градиентной мишени. В таблице указан пороговый уровень плотности для шести базовых цветов. При плотности ниже поргового уровня цвет удаляется полностью. Таблица 1. Пороговые уровни плотности удаляемых цветов.
Полученные результаты позволяют выбрать цвет для рамок полей: желтый с плотностью до 100% в любом режиме сканирования, красный с плотностью до 60% при сканировании с красным светофильтром или красной лампой. Эти плотности вполне достаточны для отчетливого различения человеком. Попутно можно сделать вывод, что красная лампа сканера M3096GX удаляет более плотные цвета по сравнению с красным светофильтром Scamax 2500. Автор приносит искреннюю благодарность Ю. Ильину и фирме Прософт-М за помощь в организации тестирования. Литература: 1. Синяк М. А. Спектрофотометр. Взгляд изнутри. – Publish, №2, 2000. 2. Шашлов Б. А. Цвет и цветовоспроизведение. М., Мир книги, 1995. 3. Fairchild M. D. Color Appearance Models. Addison-Wesley, 1997. 4. Volz H. G. Industrial Color Testing: Fundamentals and Techniques, John Wiley, 1995. 5. http://www.corel.com 6. http://www.gretagmacbeth.com 7. Pantone Process Color System Guide. Pantone Inc., 1994. 8. Munsell A.H. Book of color. Munsell Color Company, 1957. 9. ANSI Standard IT8.7/2-1993, Graphic technology — Color Reflection Target for Input Scanner Calibration. 10. International Standard ISO 12641, Graphic technology — Color Targets for Input Scanner Calibration. 11. The KODAK Q-60 Color Input Target. KODAK [p/n Q-60INSTR]. Eastman Kodak Company, 1992. 12. ColorExact Version 2 User Guide [p/n 60+00002418]. Agfa Corp., 1999. | |||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Значимые характеристики, в том числе характеристики особенностей развития детей раннего и дошкольного возраста | | Значимые характеристики, в том числе характеристики особенностей развития детей раннего и дошкольного возраста |
 | Наименование, характеристики и количество поставляемого товара, наименование, характеристики и объем выполняемых работ, оказываемых... | | На эскизе приведена нумерация установочных позиций. Описывайте технические данные аппарата в таблице характеристики комплектующих... |
| Значимые для разработки и реализации Программы характеристики, в том числе характеристики особенностей развития детей раннего и дошкольного... | | Значимые для реализации Программы характеристики, в том числе характеристики особенностей развития детей раннего и дошкольного возраста... |
| Значимые характеристики, в том числе характеристики особенностей развития детей 5 – 6 летнего возраста(возрастные особенности) | | Значимые характеристики, в том числе характеристики особенностей развития детей раннего и дошкольного возраста |
| Характеристики, структура и содержание Раздел Характеристики, структура и содержание учебной дисциплины | | Значимые характеристики, в том числе характеристики особенностей развития детей раннего и дошкольного возраста |