淺談航片掃描中掃描儀黑白場(chǎng)校正技術(shù)

摘 要：以HG5000系列掃描儀為例，介紹了航片掃描中黑白場(chǎng)校正技術(shù)的方法和步驟，對(duì)出現(xiàn)的特殊問題，給出了實(shí)用有效的處理方案，解決了歷史航片間色差不易消除的問題，提高了航片掃描的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：歷史航片；掃描；黑白場(chǎng)；校正

航空影像是指通過安裝在飛行器上的航空照相機(jī)獲取地面真實(shí)地表形態(tài)、植被覆蓋、城鎮(zhèn)建設(shè)情況，客觀有效地記錄自然景觀與人文景觀，是開展測(cè)繪及更新地形圖、影像圖、城鎮(zhèn)規(guī)劃、土地利用等工作極為重要的基礎(chǔ)資料。特別是近年來，在各類地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，歷史航片為保證各年代監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連貫性提供了支持。

隨著時(shí)間的推移，很多歷史航片出現(xiàn)變形、變質(zhì)、劃痕等問題。利用高精度的影像掃描儀，按照一定的參數(shù)指標(biāo)，采用掃描數(shù)字化的方式，以數(shù)字形式存儲(chǔ)是當(dāng)前解決航空影像管理與應(yīng)用問題的有效途徑，可以滿足測(cè)繪地理信息部門使用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站或其它數(shù)字影像處理設(shè)備來完成各種圖形制作的需要，也滿足對(duì)航攝資料進(jìn)行科學(xué)管理、快速查詢、多用戶服務(wù)和資料分發(fā)需求，是數(shù)字檔案館建設(shè)的重要基礎(chǔ)性工作內(nèi)容。

在航片掃描過程中，極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是掃描儀掃描參數(shù)的設(shè)定。航片掃描對(duì)掃描數(shù)據(jù)的色彩要求較高，由于航片掃描儀是由多組光學(xué)鏡光電器件組成的，在使用中難免出現(xiàn)掃描數(shù)據(jù)的色彩狀態(tài)與理想狀況不符的情況，當(dāng)這種色彩差異影響到掃描效果時(shí)就需要根據(jù)掃描儀當(dāng)前的照明光源、光電特性等對(duì)掃描儀進(jìn)行黑白場(chǎng)校正，達(dá)到消除色差的目的。

1 黑白場(chǎng)校正的一般步驟及特殊問題處理

以圖1為例，該圖是一幅由3幅子圖像組成的帶有色差的掃描航片圖件，用圖像處理軟件（本文以PHOTOSHOP為例）打開該圖，共有2個(gè)拼接縫，分別在8cm和16cm的位置存在較為明顯的色差（如圖2所示）。具體表現(xiàn)是：中間一塊圖整體較為亮，左邊的圖稍微暗一點(diǎn)，右邊的圖最暗。

打開圖像R＼G＼B通道，我們發(fā)現(xiàn)拼縫處R與B通道均是右亮于左， G通道左右一致。因此可以以左邊的第1幅圖為基準(zhǔn)，依次調(diào)整第2 和第3幅圖的各個(gè)通道的亮度值進(jìn)行黑白場(chǎng)校正。

本文以海光數(shù)碼的HG5000為例，介紹航片掃描儀黑白場(chǎng)校準(zhǔn)的一般步驟及注意事項(xiàng)。

1.1 黑白場(chǎng)校準(zhǔn)的一般步驟

1.1.1清潔玻璃

在準(zhǔn)備進(jìn)行黑白場(chǎng)校正操作之前，首先應(yīng)將校正區(qū)域的玻璃擦拭干凈，然后選擇校正選項(xiàng)，對(duì)掃描儀選定分辨率下的灰度和真彩色進(jìn)行校正。一般情況下，驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒖刂茠呙鑳x對(duì)該種分辨率和顏色模式的設(shè)置進(jìn)行校正，校正完約需要幾十秒鐘。

1.1.2預(yù)備掃描儀

校正操作之前，為防止外部光線透入影響校正效果，應(yīng)合上掃描儀的上蓋；為使照明光源達(dá)到穩(wěn)定的亮度，應(yīng)保證掃描儀充分初始化后方可進(jìn)行校正操作。初始化完成時(shí)間因掃描儀品牌而異，通常大約需要20分鐘。

1.1.3設(shè)置參數(shù)

將分辨率、顏色模式和校準(zhǔn)白板三項(xiàng)參數(shù)調(diào)整為：分辨率-20um、顏色模式-24位彩色、校準(zhǔn)白板-標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行一次校正操作。之后，逐項(xiàng)修改掃描設(shè)置，進(jìn)行校正。假設(shè)有X種分辨率和Y種顏色模式設(shè)置，共有X*Y組參數(shù)需做校正。

1.1.4試掃描

校準(zhǔn)完成之后，設(shè)置常用的掃描參數(shù)：分辨率-20um、顏色模式-24位彩色、圖像質(zhì)量-標(biāo)準(zhǔn)、拼接方式-直線、底層Gamma-原始、上層Gamma-標(biāo)準(zhǔn)、校準(zhǔn)白板-標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行圖像試掃描。

1.1.5圖像的色差分析

在PHOTOSHOP中打開試掃描后得到的圖1的直方圖對(duì)話框，在圖中8cm接縫選擇一小塊左右側(cè)都是均勻的區(qū)域，比較左右選擇框里面R通道的亮度值。

該圖中，左邊的直方圖值為100，而右邊的直方圖值是105，B通道左邊直方圖值是98，右邊直方圖是105， G通道左右亮度一致。此時(shí)，應(yīng)將右掃描頭的R通道亮度值減小5個(gè)左右，B通道減小6個(gè)左右，G通道不變。

之后，把掃描頭2的R通道的值從51改為48，B通道的值從76改為70，重新進(jìn)行校正。校正完成之后，再次掃描該圖。觀察圖中拼縫處左右各通道的亮度值的變化情況，若向好的方向改變說明校正有效，繼續(xù)進(jìn)行多次修改和校正，直至消除兩側(cè)的亮度差，也即消除色差。

1.2 特殊問題處理

1.2.1靜態(tài)偏移值參數(shù)校正

一般情況下，校正掃描之后圖像拼接處還是存在明顯的差值，說明校正參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，需要對(duì)校正參數(shù)里面的靜態(tài)偏移值進(jìn)行調(diào)整。通常，航片掃描儀的校正參數(shù)中“分辨率”和“目標(biāo)設(shè)置”中的值不需要修改，“圖像質(zhì)量”常用“標(biāo)準(zhǔn)”檔，而“靜態(tài)偏移初值”是比較關(guān)鍵的一組設(shè)置值，它的設(shè)置直接影響到校準(zhǔn)的效果，進(jìn)而影響到圖像的色差。

“靜態(tài)偏移值”的設(shè)置方法是：當(dāng)需要增加某個(gè)鏡頭圖像的某個(gè)通道的亮度時(shí)，就需要減小該頭該通道所對(duì)應(yīng)的值。例如，當(dāng)需要將掃描頭2的R通道的亮度值增加2個(gè)時(shí)，可以將原先的值51減小到48。

之后，再次進(jìn)行黑白場(chǎng)校正、掃描，觀察圖像中掃描頭2所對(duì)應(yīng)的區(qū)域中通道R是否變亮。一般，經(jīng)過反復(fù)多次校準(zhǔn)，就可以使各組鏡頭掃出來的圖像的色彩一致，消除出現(xiàn)的色差。

校正好第1組鏡頭與第2組鏡頭之后，繼續(xù)對(duì)第2組鏡頭與第3組鏡頭的亮度差進(jìn)行校準(zhǔn)，直到多組鏡頭圖像的色差達(dá)到理想狀態(tài)為止。

1.2.2掃描儀鏡頭精調(diào)

當(dāng)掃描儀某組鏡頭的光電特性偏差較大，經(jīng)上述步驟的調(diào)整和校正，仍然不能達(dá)到理想的色彩均勻程度時(shí)，就需要采取專門的工具軟件來進(jìn)行更精確的調(diào)整。這個(gè)工具軟件是Calshow。

Calshow軟件有詳細(xì)的使用說明，可以搜尋相關(guān)資源仔細(xì)閱讀。這里簡(jiǎn)單介紹使用方法。

啟動(dòng)Calshow，打開存儲(chǔ)校正數(shù)據(jù)文件的文件夾，找到需要調(diào)整的那個(gè)校正數(shù)據(jù)文件，將其打開，如下圖4所示。

圖中，水平坐標(biāo)表示校正數(shù)據(jù)文件在該分辨率下采樣的數(shù)值，分為三段。其中，0到10858表示第一組鏡頭的采樣像素個(gè)數(shù)值； 10859到21716表示第二組鏡頭的采樣像素個(gè)數(shù)值； 21717到32574，表示第三組鏡頭的采樣像素個(gè)數(shù)值。

圖中垂直坐標(biāo)表示對(duì)亮度的采樣值，由于是16位采樣，亮度值從0到65535，其中，每256級(jí)表示一個(gè)亮度，轉(zhuǎn)換成圖像處理軟件能夠處理的灰度等級(jí)就是256級(jí)。

每個(gè)校正曲線的數(shù)值中包括兩個(gè)部分：增量（或者叫增益）和偏移量。向下彎曲的數(shù)值曲線表示增量，一段一段水平的直線表示偏移量。

在“通道”框里面選擇要想修正的通道。在“類型”框里面選擇“增量”或者“偏移”，通常選“偏移”。需要修正某一段曲線數(shù)值的時(shí)候，就先將該段數(shù)值的起始點(diǎn)填寫到“修正起始”框里，把這段數(shù)值的終點(diǎn)填寫到“結(jié)束”框里。

接下來，把想要修正的值填寫到“修正量”框里。修正量一般采用256、512、1024等檔位。

在“模式”框里面默認(rèn)是“區(qū)域”。

以HG5000的20um分段進(jìn)行校準(zhǔn)，修正鏡頭組中鏡頭2的顏色通道色差為例：

當(dāng)需要將掃描頭2的R通道的亮度值校少2個(gè)時(shí)，可以在修正起始和結(jié)束框里面填寫10681和21360，“類型”選“偏移”，“通道”選R，選擇512作為修正量，點(diǎn)擊“修正”按鈕。注意觀察窗口中第二組R增益曲線，該段曲線將微微向上移動(dòng)。點(diǎn)擊修正之后，實(shí)際上也就保存了新的數(shù)值，就會(huì)將原始文件覆蓋掉。

然后重新掃描，在PHOTOSHOP軟件里面觀察圖像的色差效果，直到符合要求為止。

2 結(jié)語

在航片掃描過程中，黑白場(chǎng)校正是經(jīng)常遇到的操作行為，只有合理的設(shè)置參數(shù)校正黑白場(chǎng)，才能有效消除掃描影像間的色差，得到色調(diào)區(qū)一致、層次分明的優(yōu)質(zhì)數(shù)字航片。

一個(gè)成熟的掃描作業(yè)人員需要熟知各參數(shù)間關(guān)系，依據(jù)實(shí)際合理調(diào)整，才能掃描出質(zhì)量良好的數(shù)字航片。

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[2] 陳慶華，喬國(guó)軍.歷史航片掃描及處理[J].測(cè)繪與空間地理信息，2013：36（7）.

作者簡(jiǎn)介：

鄖曉光，男，漢族，河北石家莊人，碩士，工程師，主要從事地理信息成果應(yīng)用及系統(tǒng)開發(fā)。