淺談航片掃描中掃描儀黑白場校正技術

摘 要：以HG5000系列掃描儀為例，介紹了航片掃描中黑白場校正技術的方法和步驟，對出現的特殊問題，給出了實用有效的處理方案，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量。

關鍵詞：歷史航片；掃描；黑白場；校正

航空影像是指通過安裝在飛行器上的航空照相機獲取地面真實地表形態、植被覆蓋、城鎮建設情況，客觀有效地記錄自然景觀與人文景觀，是開展測繪及更新地形圖、影像圖、城鎮規劃、土地利用等工作極為重要的基礎資料。特別是近年來，在各類地理國情監測項目中，歷史航片為保證各年代監測數據的連貫性提供了支持。

隨著時間的推移，很多歷史航片出現變形、變質、劃痕等問題。利用高精度的影像掃描儀，按照一定的參數指標，采用掃描數字化的方式，以數字形式存儲是當前解決航空影像管理與應用問題的有效途徑，可以滿足測繪地理信息部門使用數字攝影測量工作站或其它數字影像處理設備來完成各種圖形制作的需要，也滿足對航攝資料進行科學管理、快速查詢、多用戶服務和資料分發需求，是數字檔案館建設的重要基礎性工作內容。

在航片掃描過程中，極為重要的一個環節就是掃描儀掃描參數的設定。航片掃描對掃描數據的色彩要求較高，由于航片掃描儀是由多組光學鏡光電器件組成的，在使用中難免出現掃描數據的色彩狀態與理想狀況不符的情況，當這種色彩差異影響到掃描效果時就需要根據掃描儀當前的照明光源、光電特性等對掃描儀進行黑白場校正，達到消除色差的目的。

1 黑白場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）。具體表現是：中間一塊圖整體較為亮，左邊的圖稍微暗一點，右邊的圖最暗。

打開圖像R＼G＼B通道，我們發現拼縫處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，依次調整第2 和第3幅圖的各個通道的亮度值進行黑白場校正。

本文以海光數碼的HG5000為例，介紹航片掃描儀黑白場校準的一般步驟及注意事項。

1.1 黑白場校準的一般步驟

1.1.1清潔玻璃

在準備進行黑白場校正操作之前，首先應將校正區域的玻璃擦拭干凈，然后選擇校正選項，對掃描儀選定分辨率下的灰度和真彩色進行校正。一般情況下，驅動程序將控制掃描儀對該種分辨率和顏色模式的設置進行校正，校正完約需要幾十秒鐘。

1.1.2預備掃描儀

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

1.1.3設置參數

將分辨率、顏色模式和校準白板三項參數調整為：分辨率-20um、顏色模式-24位彩色、校準白板-標準，進行一次校正操作。之后，逐項修改掃描設置，進行校正。假設有X種分辨率和Y種顏色模式設置，共有X*Y組參數需做校正。

1.1.4試掃描

校準完成之后，設置常用的掃描參數：分辨率-20um、顏色模式-24位彩色、圖像質量-標準、拼接方式-直線、底層Gamma-原始、上層Gamma-標準、校準白板-標準，進行圖像試掃描。

1.1.5圖像的色差分析

在PHOTOSHOP中打開試掃描后得到的圖1的直方圖對話框，在圖中8cm接縫選擇一小塊左右側都是均勻的區域，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，應將右掃描頭的R通道亮度值減小5個左右，B通道減小6個左右，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，繼續進行多次修改和校正，直至消除兩側的亮度差，也即消除色差。

1.2 特殊問題處理

1.2.1靜態偏移值參數校正

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，說明校正參數設置不當，需要對校正參數里面的靜態偏移值進行調整。通常，航片掃描儀的校正參數中“分辨率”和“目標設置”中的值不需要修改，“圖像質量”常用“標準”檔，而“靜態偏移初值”是比較關鍵的一組設置值，它的設置直接影響到校準的效果，進而影響到圖像的色差。

“靜態偏移值”的設置方法是：當需要增加某個鏡頭圖像的某個通道的亮度時，就需要減小該頭該通道所對應的值。例如，當需要將掃描頭2的R通道的亮度值增加2個時，可以將原先的值51減小到48。

之后，再次進行黑白場校正、掃描，觀察圖像中掃描頭2所對應的區域中通道R是否變亮。一般，經過反復多次校準，就可以使各組鏡頭掃出來的圖像的色彩一致，消除出現的色差。

校正好第1組鏡頭與第2組鏡頭之后，繼續對第2組鏡頭與第3組鏡頭的亮度差進行校準，直到多組鏡頭圖像的色差達到理想狀態為止。

1.2.2掃描儀鏡頭精調

當掃描儀某組鏡頭的光電特性偏差較大，經上述步驟的調整和校正，仍然不能達到理想的色彩均勻程度時，就需要采取專門的工具軟件來進行更精確的調整。這個工具軟件是Calshow。

Calshow軟件有詳細的使用說明，可以搜尋相關資源仔細閱讀。這里簡單介紹使用方法。

啟動Calshow，打開存儲校正數據文件的文件夾，找到需要調整的那個校正數據文件，將其打開，如下圖4所示。

圖中，水平坐標表示校正數據文件在該分辨率下采樣的數值，分為三段。其中，0到10858表示第一組鏡頭的采樣像素個數值； 10859到21716表示第二組鏡頭的采樣像素個數值； 21717到32574，表示第三組鏡頭的采樣像素個數值。

圖中垂直坐標表示對亮度的采樣值，由于是16位采樣，亮度值從0到65535，其中，每256級表示一個亮度，轉換成圖像處理軟件能夠處理的灰度等級就是256級。

每個校正曲線的數值中包括兩個部分：增量（或者叫增益）和偏移量。向下彎曲的數值曲線表示增量，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值的時候，就先將該段數值的起始點填寫到“修正起始”框里，把這段數值的終點填寫到“結束”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”框里面默認是“區域”。

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

當需要將掃描頭2的R通道的亮度值校少2個時，可以在修正起始和結束框里面填寫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。點擊修正之后，實際上也就保存了新的數值，就會將原始文件覆蓋掉。

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 結語

在航片掃描過程中，黑白場校正是經常遇到的操作行為，只有合理的設置參數校正黑白場，才能有效消除掃描影像間的色差，得到色調區一致、層次分明的優質數字航片。

一個成熟的掃描作業人員需要熟知各參數間關系，依據實際合理調整，才能掃描出質量良好的數字航片。

參考文獻：

[1] 游傳金，陳永良.談談航片掃描中亮點和暗點的設置[J].測繪信息與工程，2006：31（3）.

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

作者簡介：

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用及系統開發。