测量仪器在ISO标准中的应用与测量方法

如果说测试图是印刷图像客观质量和主观质量评价实验的软基础，那么测量仪器就是客观质量检测的物质基础。由此，开发、设计和制造了大量与测试目的相适应的仪器。另外，技术的进步和质量检测不断提出的要求，也刺激着新一代测量方法的诞生，导致技术和观念的双重变化。图像质量分析技术的进步和日益完善，要求新的测量仪器与其配套，以突破传统测量仪器的局限。

1.模拟测量仪器

彩色密度计、色度计和分光光度计等已为印刷工作者、工程师和研究人员所熟知。

彩色密度计可以实现油墨密度的测量，包括青密度、品红密度、黄密度及视觉密度。青密度反映青色油墨对红光的吸收程度，因而也称为红密度；类似地，品红密度反映品红色油墨对绿光的吸收程度，也称为绿密度；黄密度反映黄色油墨对蓝光的吸收程度，也称为黄密度。其测量原理是通过分别使用红、绿、蓝滤色片得到测量青、品红、黄色油墨对其吸收光量的度量值，从而得到密度值。

色度计能够测量平面色的CIE色度值，其测试原理与密度计类似，只是所用的红、绿、蓝滤色片透光性能不同于密度计。这种测色仪器只能针对一种标准照明体测量，即得到的是仪器设计对应照明体下的颜色值。也就是说，若仪器设计的是测量D65照明体下的CIE色度值，则得不到其他照明体的色度值。

目前，分光光度计在印刷、广告、摄影等行业应用最为广泛。它不仅能够一次测量就给出各种照明体对应的CIE色度值，也能同时给出各种密度值，因而得到市场青睐。与密度计的测量原理不同，分光光度计不使用红、绿、蓝光度量着色剂对光的吸收，而是通过分光装置得到单色光，以可见光内不同的单色光来体现着色剂对光的吸收（用光的反射系数表征），进而通过公式计算出各种标准照明体下的CIE色度值，以及各种状态的密度，一次测量，同时完成。

2.数字测量仪器

模拟测量仪器尽管已得到广泛应用，但它们的一个显著特点限制了其在基于微米量级线度所在区域光度测量的印刷图像质量检测应用。比如，一般分光光度计的测光孔径最小也在3mm左右，所得到的光度、色度量都是直径3mm圆内的平均值，而这对于前述ISO/ IEC TS 24790、ISO/TS 18621-31：2020等标准中定义的线、面、感知分辨率等质量属性，至少对应1200dpi分辨率之像素大小（约21.2μm）上的信息要求是完全不相符合的。

近些年，数字成像技术发展迅速，其应用也遍地开花。以数字成像设备测量印刷质量客观属性量成为可能，且成本也较传统的模拟测量仪器低得多。(https://www.xing528.com)

对印刷和打印行业来说，数字成像设备恰恰也是主要的生产工具之一，使用和操作方面不存在任何困难。例如，印前的原稿数字化过程，就是利用扫描仪完成数字成像的。因此，以数字成像设备作为质量检测仪器使用时，以往积累的图像输入经验可直接利用。此外，由于许多学者投身于图像质量分析技术研究，导致测量和分析方法迅速发展和进步，若纯粹从图像质量分析的技术角度和可测量的质量测度种类考虑，质量属性的分析和计算成本相当低。

众所周知，能够将印刷品图像数字化的数字成像设备核心部件是CCD（Charge coupled device）器件。它是一种特殊半导体器件，上面有很多一样的感光元件，每个感光元件对应成像的一个像素。CCD在数字成像设备里是个极其重要的部件，起到将光线转换成电信号的作用，类似于人的眼睛，因此其性能的好坏直接影响到成像设备的性能。

衡量CCD好坏的指标很多，有CCD尺寸、像素数量、灵敏度、信噪比等，其中CCD尺寸和像素数是重要的指标。像素数是指CCD上感光元件的数量。成像拍摄的画面可以理解为由很多个小的点组成，每个点就是一个像素。显然，像素数越多，画面就会越清晰。如果CCD没有足够的像素，拍摄出来画面的清晰度就会大受影响，因此理论上CCD的像素数量应该越多越好，但CCD像素数的增加会使制造成本上升和成品率下降。

除了CCD，数字成像设备里起到将光线转换成电信号作用的核心部件还有CMOS（Complementary metal-Oxide semiconductor）。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，其主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带-电） 和P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。然而，CMOS的缺点是容易出现杂点，主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，因电流变化过于频繁而会产生过热的现象。

CCD的优势在于成像质量好，但由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。在相同的分辨率下，CMOS的价格比CCD便宜，但CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。无疑，能够作为印刷图像质量属性测量使用的数字成像设备以CCD为优。

在数字印刷图像质量测评应用中，常用的数字成像设备有扫描仪和数字相机。第4章介绍ISO/ IEC TS 24790标准中面质量属性和空间频率响应SFR的测量，以及第5章介绍ISO/TS 18621-31：2020标准中感知分辨率的测量，即均选用扫描仪作为印刷图像的数字成像设备。

从分辨能力的角度看，一般的扫描仪和数字相机都能符合数字印刷品图像质量测评的要求，但价格昂贵的高质量单色或彩色的数字相机作为印刷图像质量测评的工具则更具优势，因其在空间频率响应、信噪比等方面较一般的数字成像设备性能更好。

利用数字成像设备，测试图印刷样张转换成了RGB数字图像。但RGB数字并不能作为印刷图像客观质量指标求解的直接数据，因为这组数值的大小不仅与印刷图像的色度有关，还与成像时的光照和数字成像设备的光响应性能相关，是与成像设备相关联的数值。因此，如第4章SFR和第5章感知分辨率质量的测评过程，需首先将数字图像的RGB值转换为质量属性指标需要的印刷图像自身的光度量。