基于ISO/IECTS24790：2012标准的线条质量测度优化方法

线条的形状简单、规则，只要所处位置附近区域没有其他对象的干扰，利用数字成像设备和图像处理技术，线条的质量较为容易测量、分析和评价。在ISO/TS 15311-1和ISO/TS 15311-2中，采用的都是ISO/IEC TS 24790：2012标准的定义和测量方法。

除线条本身的质量测度外，ISO/IEC TS 24790：2012还对线条代表的字符周边背景给予质量测度。

ISO/IEC TS 24790标准适合于二值单色印品质量评估。

ISO/IEC TS 24790的2012版及其2017修订版在各质量测度的定义和测量方面完全相同，仅个别测度名称有别。下面介绍采用ISO/IEC TS 24790：2017标准中的质量测度名称，定义则依照ISO/IEC TS 24790：2012。

如1.3.2节中所述，ISO/IEC TS 24790标准中，将字符与线条归为同一质量属性，即“Character and line image quality attributes”。含有的质量测度包括线条“宽度（Line width）”“字符暗度（Character darkness）”、线条边缘的“模糊度（Blurriness）”和“粗糙度（Raggedness）”“字符空洞（Character void）”［ISO/IEC TS 24790：2012称为“填充（Fill）”］、“字符周边背景无关痕迹（Character surround area extraneous mark）”和“字符周边背景朦胧（Character surround area haze）”。

作为字符所处的区域整体，笔画之外的背景质量也会对文本字符的感知质量产生影响。因此，从这一角度看，背景无关痕迹和背景朦胧正是影响文本整体感知质量的背景因素，其他指标则纯粹为线条本身的客观测度。

ISO/IEC TS 24790的2012标准的线条质量测度定义和测量基于如图3-1所示的线条横截线上的光度量变化特性，其中光度量选用了光的反射系数R（Reflectance factor），线条本身区域的低反射系数表明为常见的亮底暗字（如白底黑字）情况。

图3-1　线条横截线上的光度量变化特性

图3-1表明，实际印品图像线条（字符笔画）边缘，从线条内部到背景基材上的反射系数是逐渐变化的，而不再有设计情况的突变。理论上认为印品线条两侧边缘的这种光度量变化是相同的，以此标记出几个特征变化点Rmin、R10、R25、R40、R70、和Rmax。 其中，Rmin则表征线条内部所具有的反射系数，白纸黑字情况则是着色剂或油墨堆积的区域，为相对最小的反射系数；Rmax则表征背景基材的反射系数，如纸张具有相对最大的反射系数；R10、R25、R40和R70阈值p的特征点具有下述公式揭示的含义：

式中，p的取值分别为10、25、40、70，分别对应R10、R25、R40和R70。

据此，ISO/IEC TS 24790：2012根据这些特征位置定义了描述线条质量属性的具体测度。显然，这些测度的测量实现不再能依靠传统的光度、色度仪器，而须借助数字成像和图像处理技术实现。该标准要求，数字成像的分辨率不小于1200spi。

1.线宽

线宽（Line width）是指字符笔画或线条的平均宽度，以线条一侧的R40边缘阈值到另一侧R40边缘阈值的间距计量，如图3-2所示。

图3-2表示，线条的边缘阈值R40定义了线条宽度的边界点，一侧边缘这些边界点的集合即构成了线宽边界线。测试实践中，按数字成像采样间隔，线条横截线方向上，每条测试线两侧R40边界点间的距离即为此处线条的宽度，所有这样采样宽度的平均值即为线条宽度，记为W。

图3-2　线条（字符笔画）宽度测量图示

由此，线宽W的计算公式为

使用式（3-2）计算时，要求所选取的“兴趣区域”含有线段的长度不小于1mm并有背景，但推荐选取含有线段的长度不小于5mm、线宽方向不小于线的宽度+2mm的“兴趣区域”。

2.字符暗度

字符暗度（Character darkness）定义为字符或线条图像的黑色程度，字符暗度值D的计算公式为

式中，LID为由线条影像两侧R25阈值特征点集所围区域内的平均（光学）密度，W为前述方法确定的线条宽度。

密度是表征表面色颜色深浅的常用光度量，为以10为底的反射系数倒数的对数，可由专业的密度计测量。但由于传统密度计的测试光孔直径远大于线条的宽度，因此不适于完成这里的测量工作。

该测试中“兴趣区域”的选取要求与线宽（Line width）要求相同。

3.模糊度

模糊度（Blurriness）是指线条印迹的轮廓呈现朦胧或模糊的视觉外貌，是从线条到背景存在的暗色程度可察觉的渐变。

线条一侧边缘的模糊度用B表示，B的计算公式为

式中，DIS70～10为同侧边缘阈值点R70到R10的平均物理距离，LID同于式（3-3）中含义。

图3-3为线条边缘R10和R70的阈值点放大示意图。其中，R10阈值点构成的“崎岖”边界也称为线条边缘的内边界，相应地，R70阈值点构成的边界称为外边界。

图3-3　线条（字符笔画）边缘的模糊图示

线条边缘呈现的这种“朦胧模糊”的外观，反映了线条类对象经印刷、打印等输出后边界的边缘特征。

线条模糊度测试中“兴趣区域”的选取要求与线宽（Line width）要求相同。

4.粗糙度

粗糙度（Raggedness）是指线条边缘从理想位置产生几何畸变后形成的外观形态。如果平滑边缘复制后形成了粗糙的外观，则边缘必然呈现高低不平的锯齿形状或波浪形状，偏离了理想的平滑边缘以及直线形态。根据ISO/IEC TS 24790：2012标准，一侧边缘的粗糙度为该测线宽边界线（R40线宽边界点的集合）的拟合直线与边界线间偏离距离的标准离差。线条边界线及其拟合直线如图3-4所示。边界点的拟合直线一般由最小二乘法求得。

图3-4　线条（字符笔画）边缘粗糙度测量图示(www.xing528.com)

用Rj表示粗糙度，测试中，若在垂直线条方向上，线条一侧边缘每条测试线上的偏离距离记为di，测试线的总条数为N，则该侧边缘的粗糙度计算如下：

式中，j=1，2，分别对应线条的两侧。

线条整体的粗糙度为线条两侧粗糙度的平均值，记为Rag，则

线条粗糙度测试“兴趣区域”的选取要求与线宽（Line width）要求相同。

5.字符空洞

前面定义的线条暗度表征了线条两侧边缘R25阈值点集所围区域内的平均深浅，是线条填充质量的一方面体现，但并不能反映该区域内密度的均质特性。为此，ISO/IEC TS 24790定义了填充字符空洞（Character void）测度。

将线条作为图像对象处理时，完整的属性应该由轮廓和内部的填充定义。这意味着线条的轮廓和内部填充可以取不同的颜色和其他特征。例如，轮廓为红色的虚线，线条的填充则可取不同于红色的其他颜色。非点阵计算机字符（包括质量字符、二次曲线和三次曲线字符）具有类似于图形的基本特征，也应该由轮廓和填充定义其完整特性。

ISO/IEC TS 24790：2012标准对线条轮廓内填充的视觉非均质性用字符空洞（Character void）测度表征。对照图3-5，这一测度的求解过程如下：

（1）按照R25阈值将字符影像进行二值化，形成图3-5左侧的求解原影像；

（2）将原图反相，即影像（I-1），并形成字符包围的区域，即影像（I-2）；

（3）计算影像（I-2）与影像（I-1）的差，形成影像（I-3）；

图3-5　字符空洞测度的求解示意

（4）从影像（I-3）中去除原影像中字符设计图像中所有的白色区域，形成影像（I-4），并计算其中的白色区域像素面积，记为A4；

（5）计算影像（I-1）与影像（I-4）的和，形成影像（I-5），并计算其中的白色区域像素面积，记为A5；

（6）字符空洞测度值为A4与A5的比值。

于是可以得出：

6.字符周边背景无关痕迹

打印、复印等输出的印品，常有非字符区域出现偏离正确位置的墨滴散滴和墨粉颗粒形成的背景噪声。ISO/IEC TS 24790标准以字符周边背景无关痕迹（Character surround area extraneous mark）表征字符周边背景区域上一定尺度色粉痕迹的数量程度。

图3-6中的“1”代表色粉痕迹，a代表距离字符线条一侧边界线0.5mm的距离。

图3-6　字符周边背景无关痕迹的求解示意

对照图3-6，字符周边背景无关痕迹测度值的求解过程如下：

（1）确定字符线条两侧各自距线条边界线0.5mm、沿线条长度方向10mm的一个测试“兴趣区域”，其中线条边界线由R40阈值点的拟合直线确定；

（2）计算“兴趣区域”由“1”所标记的所有色粉痕迹的总面积，记为AEM（单位μm2）其中计入的色粉痕迹为面积大于7580μm2的任何形状痕迹；

（3）以AEM（μm2）与“兴趣区域”总面积ACF（μm2）的比值表征字符周边背景无关痕迹测度值，即

7.字符周边背景朦胧

类似于字符周边背景无关痕迹（Character surround area extraneous mark）测度，ISO/IEC TS 24790标准用字符周边背景朦胧（Character surround area haze）测度表征字符周边背景区域上一定尺度色粉痕迹的数量程度。

图3-7中的“1”代表色粉痕迹，“2”代表背景的朦胧状态，a代表距离字符线条一侧边界线2mm的距离。

图3-7　字符周边背景朦胧的求解示意

对照图3-7，字符周边背景朦胧测度值的求解过程如下：

（1）确定字符线条两侧各自距线条边界线2mm、沿线条长度方向10mm的一个测试“兴趣区域”，其中线条边界线由R40阈值点的拟合直线确定；

（2）计算“兴趣区域”中“1”所标记的所有色粉痕迹和线影像区域后剩余面积的平均反射系数值，记为RHC，以及远离“兴趣区域”的任何磁材背景的平均反射系数值RBKG；

（3）以RHC与RBKG的比值表征字符周边背景朦胧测度值，即