DCTau®Scan: Testverfahren für Scanner


DCTau®Scan ist ein Testverfahren für Flachbettscanner, das eng verwandt mit seinem Pendant bei digitalen Kameras ist.
Das Testverfahren für digitale Kameras DCTau® wurde von Anbeginn als eine wissenschaftliche Testumgebung konzipiert, die auf die typischen Eigenschaften bildgebender und -verarbeitender Geräte optimiert ist und mit pixelbasierten Bilddarstellungen arbeitet. Unabhängig ob es sich bei dem Gerät um eine Digitale Kamera, die ein 3D-Scanner ist, oder um einen Flachbettscanner, der ein klassischer 2D-Scanner ist, handelt, die Prinzipien besitzen stets die selben Eigenarten. So stehen die meisten Funktionen aus DCTau® auch in DCTau®Scan zur Verfügung oder werden gerade darauf portiert. In der Testphase sind die unten genannten Funktionen erprobt. Für die kommerzielle Anwendung werden derzeit noch Optimierungen an den Testtafeln und Vorlagen durchgeführt.


Folgende Messergebnisse und Eigenschaften von DCTau®Scan sind nach derzeitigen Stand international exklusiv und werden von anderen Verfahren nicht geleistet oder angeboten:


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Automatische Auflösungsmessung an Strukturen
mit stufenlos variabler Feinheit bis 11.500 dpi
optische Scanleistung

Auflösungsmessung mit beliebiger Ausrichtung
von 0 bis 360 Grad

Automatische Berechnung der Auflösung mit
Stabilität gegen bildmanipulierende
Scannerfunktionen

Separate Messungen und Rückführung der
Leistungsfähigkeit von Optik, Sensorik
und Bildaufbereitung

Automatische Streuungs- und Zentrierungsmessung

Berechnung eines Systemwirkungsgrades für die
Bewertung und Optimierung des Gesamtsystems

Prüfung auf verdeckte Schäden und Justagedefekte

Messung der Scharfzeichnung an horizontalen und
vertikalen Linien mit beliebigem Kontrast

Kantenanalyse mit grafischer Darstellung von Artefakten
und Kontrastverlusten

 

Übersicht und kurze Beschreibung der Testfunktionen von DCTau®Scan 1.0


1. Auflösung

Übliche Messverfahren wie die ISO 12233 liefern nur die Auflösungen entlang der Laufrichtung der Scaneinheit und quer zur Laufrichtung. DCTau®Scan berechnet die Auflösung bei Strukturen in allen Ausrichtungen und an beliebigen Bildorten. Für eine einfache Einschätzung und Vergleichbarkeit unterschiedlicher Scannerklassen beschreibt der Systemleistungsindex die durchschnittliche Leistung über dem gesamten Scanfeld und detektiert uneffiziente Auflösungseinstellungen und Interpolationen.

Die Auflösungsmessung erfolgt über die sog. Kantenverwaschungsfunktion an Testvorlagen mit variabler Strukturfeinheit. Als geeignete Testtafel dienen 9 angeordnete Siemenssterne, an denen die Auflösung in Ausrichtungen von 0 bis 360 Grad mit einer repräsentativen Verteilung über den gesamten Bildfeld zur Verfügung stehen.


Die Angaben der Auflösung werden nach der inversen Modulations-Transfer-Funktion berechnet. Diese zeigt für jeden gewünschten Kontrast die maximal darstellbare Auflösung von wiedergegebenen Strukturen.

Messungen entlang der Scanrichtung beschreiben die Stabilität und Präzision der Mechanik und des Aufbaus. Quer zur Scanrichtung werden sowohl die Parallelität und Justierung der optischen Einheit als auch die Querfehler des abbildenden Objektives geprüft, das in der Regel eine der stärksten Begrenzungen der erreichbaren Auflösung darstellt. In der Darstellung der Auflösung als Balkendiagramm wird für eine bessere Lesbarkeit die vordere Balkenreihe auf Null gesetzt.


Testvorlage für die
Auflösungsmessung:

Auflösung bei zwei Kontrast-
werten, Balkendiagramm:


Auflösung in allen vier Farb-
kanälen mit der inversen MTF:

Auflösung in den vier Rich-
tungen 0, 45, 90, 135 Grad:



2. Zentrierung und Schadensprüfung

Beobachtungen bei der Entwicklung des Verfahrens und in aktuellen Tests zeigen, dass bei Testgeräten eine relevante Streuung von Qualität, Fertigung und Schadensbildern vorliegen kann. Besonders kritisch stellen sich sog. latente Defekte dar. Für eine sichtbare Fehlfunktion und Reklamation zu schwach können sie die Leistung unbemerkt aber teilweise erheblich schwächen. Im redaktionellen Test ist die Veröffentlichung der Ergebnisse eines nicht repräsentativen Gerätes in höchstem Masse bedenklich, da sie die korrekte Leistungsbeschreibung und Darstellung unzulässig verfälschen.

Die differenzierte Analyse der Auflösung ermöglicht eine sehr zuverlässige Detektion solcher „Hidden defects“. Damit liefert DCTau maximale Sicherheit in redaktionellen Tests und stellt auch bei Herstellern ein sinnvolles Werkzeug für die Endkontrolle und Qualitätssicherung dar.


Gute Auflösung am
Rand der Scanfläche:

Schlechte Auflösung mit
Störungen in der Mitte:


Deutlich höhere Auflösung am
Bildrand als in der Bildmitte:


Höhere Auflösung im korrekt
justierten Randbereich:

Niedrigere Auflösung im falsch
justierten Mittelbereich
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3. Rauschen und Artefakte

Anhand eines kontinuierlichen Graukeils werden stufenlos Rauschen und Artefakte in den drei Farbkanälen und allen Helligkeiten gemessen. Dabei wird zwischen dynamischem, d.h. zufälligem Rauschen durch die Signalgenerierung und statischem, d.h. festem Rauschen unterschieden, das durch Abweichungen und Fehler der einzelnen Sensorzellen verursacht wird. Das statische Rauschen ist hauptverantwortlich für das Auftreten von Schlieren entlang der Scanrichtung. Als Anteile werden das farbneutrale Helligkeitsrauschen und das physiologisch unangenehmere Farbrauschen unterschieden.


Sehr starkes Rauschen besonders in dunklen Bildpartien:



Darstellung des Rauschens
über allen Helligkeiten:

Sichtbares Rauschen an
dunklen Strukturen:



4. Opto-elektronische-Übertragungsfunktion, Eingangsdynamik und Ausgangsdynamik

Die Umwandlung des Eingangssignales zum Ausgangssignal erfolgt parallel zur Rauschmessung. Die Untersuchung dieser Funktion, genannt opto electronic conversion function OECF, findet ebenfalls auf allen Farbkanälen und dem mittleren Grau statt. Für den Anwender haben folgende Messwerte die jeweiligen Auswirkungen:

Die Eingangsdynamik entspricht dem Dichteumfang. Hohe Werte gewährleisten Scans bei sehr kontrastreichen Vorlagen ohne Ausbrennen von Lichten und Schatten. Besonders wichtig im grafischen Einsatz oder bei Röntgenfilmen und zur farbdifferenzierten Korrektur dunkler Bereiche in Diavorlagen.

Die Ausgangsdynamik beschreibt den Kontrastreichtum der Bildwiedergabe. Bei Scannern besitzt sie nicht den Stellenwert anderer Geräte wie Digitale Kameras oder Videosysteme.


Signalübertragung und OECF:



5. Scharfzeichnung, Kantenverläufe

Als besondere Funktion berechnet DCTau®Scan die Kantenverläufe an scharfen Übergängen unterschiedlicher Helligkeit. Dabei auftretende Einschränkungen entstehen durch Scharfzeichnung und Kontrastverluste durch begrenzte Leistung des Objektives oder seltener Flare am Sensor. Die Scharfzeichnung wird in Ihrer Stärke an horizontalen und vertikalen Kanten separat an der hellen und dunklen Seite ermittelt. Damit lassen sich auch Richtwerte für eine optimierte Qualitätsverbesserung durch asymmetrische Scharfzeichnung finden.


Kantenartefakte durch Scharfzeichnung
bei hohen und mittleren Bildkontrasten:




6. Helligkeitsverteilung

Randabdunklung ist eine Eigenschaft des Objektives und verursacht einen Helligkeitsverlust quer zur Scanrichtung, die ausgeglichen werden muss. Die Gleichmässigkeit der Helligkeitsverteilung über dem Scanfeld ist für die gleichmässige Ausleuchtung wichtig. Schwankungen sind oft ein Indiz für einen zu einfachen Aufbau der Lichtquellen.