测量系统分辨率标定方法优化

ISO/IEC TS 24790、ISO/TS 15311-1和ISO/TS 18621-31：2020等国际标准的印刷图像质量测评，均需要测评对象的尺度信息，来源于测量用的数字图像分辨率指标。

对于扫描仪而言，扫描图像的光学分辨率已由设备的光学系统和CCD器件所确定，且还可根据此物理分辨率通过插值技术获得更高标称数值的分辨率，即扫描参数中多种可选的dpi数值。于是，这个扫描分辨率就决定了该数字图像一个像素所对应的被测物面上印品表面的尺度。例如，1200dpi的扫描分辨率参数，得到的数字图像一个像素对应印品表面约21.2μm边长的正方形微小面元。

但对于带有显微镜头的数字相机成像系统，常根据需要改变系统的光学放大倍率，不同光学放大倍率形成数字图像的分辨率往往不是已知的，只能用一定的方法自行确定。因此，对于图6-3的这种检测系统，确定任意放大倍率对应的数字图像分辨率成为必需的过程，可称之为“分辨率标定”，也称为“空间标定”。

技术上，分辨率标定的方法是在选定的放大成像状态下拍摄一个刻度尺，其后，由刻度尺数字图像中一段已知长度线段对应的像素数，通过比值计算得到分辨率。

图6-9（a）为一个商业刻度尺在检测应用中形成的数字图像，其中刻度5、6间的距离为1000μm。自然，先会选择在熟悉的Photoshop软件中将这段刻度裁切出来，再通过读取对应的像素数完成这一分辨率的求解计。图6-9（b）为在Photoshop软件中裁切下来的图像，读取出含有846个像素。因此，分辨率为25400/（1000/846）=21488.4dpi，相当于一个像素对应印品正方形面元的尺度为1.182μm。

图6-9　基于商业刻度尺的分辨率标定

这个过程有两个不足：一是麻烦，且需要借助Photoshop软件完成，不能融合到检测软件中便捷实施；二是在裁切刻度片段时，会因不同操作人员甚至不同时次的选择带来差异。

目前已有基于图像处理算法实现分辨率标定用的“圆点式”商业标尺，如图6-10所示为透射成像用圆点标尺。在使用过程中，根据其所成的数字图像，选择含有某个圆点的区域，由算法程序通过求解圆点直径的像素数，并被其已知的直径值（0.4mm、0.8mm、1.2mm三种）求比值得到分辨率。但这一方法得到的分辨率精度与求解圆点像素直径的算法直接相关，圆点外边界的确定对圆点直径数值的精度产生影响。

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图6-10　透射成像分辨率标定用标尺

这种方法需要特定的算法程序，并加入质量分析软件流程中。优点是一旦这些准备工作完成，测量应用非常便捷，完全不再介意检测过程中成像放大倍率的变化，也避免了人为误差。

类似的方法，也可采用“双圆点”标尺进行分辨率标定。双圆点标尺如图6-11（a）所示，共有A、B、C、D、E五组“双圆点”。每个“双圆点”标尺均由两个间隔距离固定的水平圆点组成，每组中又有三个相同的“双圆点”标尺供选择。这五组“双圆点”标尺中的圆点大小不同，在0.3～0.5mm，以适于不同放大倍率成像的需要。

图6-11　双圆点标尺

该“双圆点”标尺进行分辨率标定的过程为：在使用的放大倍率下，拍摄一个“双圆点”标尺，形成其数字图像，如图6-11（b）所示。其后，由算法程序自动计算出该双圆点的像素圆心距，并与其设计的已知距离进行比较得到分辨率。

同样，该方法也具有前述单圆点标尺使用便捷等优势，但该标尺的分辨率计算方法与前者不同。前者直接测量的是圆点的像素直径，圆点的实际直径在0.4～1.2mm；而该方法直接测量的是两个圆点的像素圆心距，放大倍率下应用E组时间距为1.2mm，相较于单圆点标尺使用0.4mm直径的圆点，无疑减小了分辨率计算的相对误差，提高了分辨率确定的精度。当然，分辨率计算精度还与双圆点像素圆心距的确定精度有关。实践表明，相较于圆点图像圆周边界的确定，圆心的确定精度在算法上更容易保证。但也有相对不足的方面，是求解过程需首先进行一个方位校准，将拍摄的标尺图像进行图像旋转以使两个圆点的圆心在同一水平线上，而“单圆点”标尺中圆心求解没有方向性要求。

应用实践表明，用图6-11（a）所示的各组“双圆点”标尺，可实现15000～30000dpi分辨率的标定，对应每个像素表征的印品正方形面元边长在1μm左右，而误差最大为0.003μm。

测量系统的光度标定，能使印刷图像的数字图像RGB值转换为质量测评标准要求的光度或色度量；而测量系统的分辨率标定，能使印刷图像的数字图像像素数对应到印刷图像表面的物理尺寸，进而形成物理尺度上的质量性能表征。因此，测量系统的光度标定和分辨率标定是通过数字图像处理技术进行印刷图像质量测评的基础。