Как оценить качество сканирования

Что определяет качество сканирования

Цифровое изображение при сканировании формируется из крошечных элементов, называемых пикселами. Для оценки качества такого изображения используют понятие «разрешение», которое обозначает количество пикселей, содержащихся в изображении. Чем выше разрешение, тем из большего количества пикселей сформировано изображение и тем выше его качество. Поэтому изображение с более высоким разрешением характеризуется большим количеством деталей, что при увеличении позволяет рассмотреть его мельчайшие элементы. На качество изображения, полученного в результате сканирования, влияют характеристики оптической системы сканера/фотокамеры.

Для захвата изображения в сканирующих устройствах используются сенсоры — микросхемы со светочувствительными элементами, которые могут быть реализованы в виде линеек или матриц. Чем больше светочувствительных элементов в сенсоре, тем большее разрешение он обеспечивает при формировании цифровой копии оригинала. В качестве единиц, определяющих разрешение сканера, используют количество точек на дюйм — dpi (dots per inch), т. е. оптическое разрешение сканера, это реальное количество светочувствительных элементов в квадратном дюйме (1 дюйм = 2,54 см). При установке режима сканирования можно задавать разрешение сканера в этих единицах, например, 300 или 600 dpi.

Сенсоры с небольшим количеством светочувствительных элементов не могут обеспечить высокого разрешения для полученного изображения. В большинстве офисных сканеров используются простые сенсоры, т.к. для бытовых задач не требуется высокой детализации изображения, достаточно просто обеспечить читаемость текста копии.

Поэтому в офисном оборудовании используется метод интерполяции, который сглаживает эффект пикселизации — размытости изображения, недостаточной четкости копий. Интерполяционное разрешение компенсирует недостаток физических характеристик сенсора с помощью программных алгоритмов. При интерполяции происходит искусственное увеличение числа пикселей с целью получить более высокое их значение по сравнению с оптическим разрешение. Но поскольку при интерполяции алгоритм «придумывает» искусственные пиксели, такое изображение сильно проигрывает в качестве цифровым копиям, полученным на сканере с высоким оптическим разрешением.

Сканеры с высокими характеристиками оптического разрешения используются для профессиональных задач. Так, например, планетарные сканеры могут обеспечивать разрешение свыше 1000 DPI. Подобное оборудование используется для сканирования носителей формата А3, А2, А1 и А0, при оцифровке архивов, библиотек, музейных коллекций, а также схем, карт, чертежей, планов, документов с пометками, ветхих и ценных оригиналов.

Профессиональный подход к оценке качества сканирования

При проведении профессионального контроля качества сканирования для оценки применяются специальные средства: технические миры и шкалы, используемые в составе мишеней (тест-объектов) или отдельно, и графические программы, позволяющие проводить необходимые измерения значений пикселей растрового изображения. Мира (от французского mire, от mirer — рассматривать на просвет, прицеливаться, метить) тест-объект, предназначенный для определения характеристик качества изображения. Представляет собой плотный бумажный лист с нанесённой на него совокупностью линий или фигур установленного размера и начертания, сгруппированных и расположенных в определенном порядке.

Определение качества электронных образов происходит путем оцифровки физической тестовой мишени (тест-объекта, миры, шкалы) с известными (измеренными) параметрами и дальнейшего визуального и программного контроля полученного тестового изображения.

К примеру, с помощью специального тест-объекта ТО-2 по ГОСТ 13.1.701-87 производится визуальный контроль, который предполагает оценку наибольшего числа пар линий на миллиметр (пл/мм), различимых на изображении. Чем больше пл/мм различимо на изображении, тем выше оптическое разрешение.

Ниже представлен результат сканирования с разрешением 1000 DPI и можно увидеть, что при приближении легко различимы линии тест-объекта (12,5 пл/мм) толщиной в несколько раз меньше человеческого волоса:

Для автоматизированного измерения качества изображений применяется специализированное программное обеспечение (ПО). С помощью тест-объекта QA-62 вычисляются пространственно-частотные характеристики (Spatial Frequency Response — SFR, измерение способности системы сканирования сохранять относительный контраст для наиболее мелких деталей изображения). Тест-объект сканируется, затем полученное изображение загружается в ПО, которое производит автоматизированную оценку характеристик.

Система проводит анализ разрешающей способности и выдает результат с показателями концентрации пикселей на дюйм и градацией эффективности изображения. Чем выше процент эффективности по горизонтали и вертикали, тем четче изображение.

На сегодняшний день существует ряд международных стандартов по оценке качества сканирования, которые довольно схожи между собой и разработаны на основе мировой практики оцифровки материалов. Эти стандарты не являются обязательными на территории РФ, но могут использоваться в качестве рекомендации при выборе сканирующего оборудования или услуг оцифровки.

Основным является международный стандарт качества сканирования ISO 19264, который опирается на национальные технические руководства по оцифровке FADGI — Agency Digitization Guidelines Initiative (США) и METAMORFOZE — стандарты оцифровки в рамках совместного предприятия Национальной библиотеки и Национального архива Нидерландов. Хотя руководства FADGI и METAMORFOZE концептуально эквивалентны, между ними существуют небольшие различия в алгоритмах и критериях оценки, в том, как оцениваются целевые показатели, а также в подходе к градации полученных результатов. Поэтому, чтобы избежать возможной путаницы и различного толкования результатов, в апреле 2017 года были опубликованы руководящие принципы ISO 19264-1.

Стандарт ISO 19264 определяет три уровня качества изображения: A, B и C. Уровень A обозначает наиболее высокое качество изображения, и для его достижения требуется наиболее высокая техническая производительность как оператора, так и системы визуализации. Концептуально эти три уровня соответствуют звездной системе оценки FADGI (4, 3 и 2 звезды) и трехуровневой градации METAMORFOZE.

Ниже в таблице представлено соответствие по уровням качества, задаваемым в рамках стандартов ISO 19264-1, FADGI и METAMORFOZE:

* Этот уровень у Metamorfoze логично назвать "Strict«(строгий) — наивысший, но в градации он называется просто «Metamorfoze»

• Визуализация уровня C подходит в тех случаях, когда при сканировании нет возможности достижения производительности уровня B или A. Изображения такого уровня качества будут иметь только информационную ценность (например, когда нужно показать превью документа/изображения с указанием места хранения оригинала) и не подходят для работы с текстом и его распознавания.
• Визуализация уровня B определяет очень хорошее профессиональное качество изображения, подходящее под все основные варианты дальнейшего использования. Это может быть распознавание и чтение текста в электронном виде, а также транслирование на стандартных мониторах и перепечатка на офисных принтерах.
• Уровень А определяет наилучшее качество визуализации. Изображения, отвечающие требованиям качества на уровне А, представляют собой по сути полностью эквивалентную оригиналу копию с возможностью практически любого применения, трансляции и распечатки в любом формате без каких-либо ограничений.

Представленная ниже таблица отражает полный список характеристик, на основе измерения которых и происходит оценка с присвоением полученной скан копии определенного уровня качества с соответствием по стандартам ISO 19264-1, FADGI, METAMORFOZE.

(1) Для некоторых оригиналов требуется 16 бит.
(2) Оригиналы с плотностью >1,5 требуют 16 бит.

Обеспечивать максимально лучшее возможное качество изображения при сканировании далеко не всегда экономически целесообразно и технически возможно. С другой стороны, при низком качестве оцифровки может потребоваться повторное сканирование на технически более продвинутом оборудовании, что также негативно отразится на итоговых экономических и трудозатратах. Поэтому необходимо четко понимать какой уровень качества является приемлемым с учетом того, для решения каких задач производится сканирование. Так, например, в руководстве FADGI не рекомендуется оцифровывать документы с качеством менее, чем три звезды (что соответствует уровню B по стандарту ISO 19264-1), чтобы избежать повторного сканирования в будущем с учетом высоких затрат и усилий для проектов оцифровки.

К примеру, отечественные сканеры ЭларСкан, включенные в реестр РЭП, соответствуют стандартам ISO, FADGI, Metamorfoze. В линейке большое количество моделей с российскими камерами собственной разработки на 50, 100 и 150 Мп, которые соответствуют самым высоким критериям международных стандартов и предоставляют пользователям выбор различных модификаций, подходящих для конкретных задач оцифровки.