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論故宮書畫數位影像的建置與品質管理

Tags: none 發表: 2008-07-11, 點閱: 6,065 , 加入收藏櫃 , 列印 列印 , 轉寄 轉寄

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摘要

 

故宮典藏書畫的影像數位化流程,計有直接數位化與間接數位化兩種。本文從實務經驗,說明直接數位化的方式及流程,探討故宮數位影像的建置,以及數位流程的步驟與品質檢驗方式。在數位化的流程中,前端的影像擷取、檔案類型及色域的轉換,到後端的打樣輸出,主要參考國際標準的訂定,進行環境與流程的管理。在品質管控與檢驗上,以視覺評量與儀器量測作為依據,確保數位影像的品質。

 

關鍵詞:數位典藏、數位影像、色彩管理、數位化流程、品質管理

 


1. 前言

 

  故宮收藏的書畫文物皆有一定的年代,保存不易,自民國90年(2001)起,即展開第一期的數位典藏工作,在這為期五年的時間,已累積數量不少的數位影像。高品質的數位影像,可以減少文物原件提件的次數,並達到保護文物的目的外,更可供作出版、研究等用途。本文從書畫數位攝影系統的建置、數位化流程與品質檢驗等加以說明,將高品質數位影像的擷取以及檢驗過程,以實例探討的方式供相關數位典藏計畫參考與交流。故宮數位攝影系統的建置,從前端的影像擷取到後端的打樣輸出,以階段性採購的方式完成建置[1]。在色彩管理與數位流程的規劃過程中,主要採取兩種方法交互運用進行品質管理,分別為客觀的量化數據實驗與主觀的視覺評量方法。量化數據量測,得以檢驗影像及輸出打樣稿的色差值;視覺評量則可達到視覺匹配的數位影像與輸出打樣稿。

 


2. 故宮書畫數位攝影系統的建置

 

2.1數位化的方式與規格

  故宮典藏書畫的影像數位化流程,計有直接數位化與間接數位化兩種。直接數位化是以4×5片幅相機銜接數位機背,藏品拍攝後立即產出數位影像檔;間接數位化則是以傳統大型相機,先拍攝成4×5英吋或8×10英吋規格的正片之後,再經由高階滾筒掃描器掃描,產出數位影像檔。

  「故宮書畫數位典藏子計畫」自民國90年(2001)起,即進行書畫類文物的影像數位化工作,計畫執行之初,採取的是間接數位化的方式[2],直至民國93年(2004)9月,書畫數位攝影系統建置完成,書畫數位影像的擷取,才同時採間接、直接數位化兩種方式運作。另一方面,書畫數位攝影系統受限於場地空間及挑高的不足,僅能拍攝小件書畫藏品影像,如手卷、冊頁、成扇、法帖等;大幅的立軸,則仍沿用間接數位化方式,先拍攝成正片,再將正片掃描成數位檔案。

  書畫數位攝影系統,使用的數位機背有2200萬畫素,產出的最大檔案為128MB Tiff(16 bit RGB),與正片掃描所產出的影像檔規格互有不同(表1)。目前書畫數位攝影棚啟用的3年裡,已擷取約2萬張的影像檔(1700組件書畫類文物)。因考量在數位機背的感光原件技術發展下,主流畫素已在3300萬到4000萬畫素之間,為提升影像品質及增加影像檔更多彈性運用,「書畫數位典藏子計畫」已計畫於民國96年(2007)繼續推動攝影系統核心組件(數位機背)的更新方案。

 
1 影像規格表

影像類型

正片掃描

數位攝影

(民國93年建置)

數位攝影

(民國96年更新後)

複製畫影像檔

(最大輸出檔)

 

600MB tiff

64MB tiff/ 8 bit RGB

(128MB tiff/16 bit RGB)

100 ~ 300 MB tiff

出版圖錄影像檔

70MB tiff

64MB tiff/ 8 bit RGB

約100MB tiff

中間影像檔

20MB tiff

20MB tiff

20MB tiff

螢幕顯示影像檔

150KB jpg

150KB jpg

150KB jpg

螢幕預覽影像檔

10KB gif

10KB gif

10KB gif

 

2.2數位攝影系統的建置

  在書畫數位攝影系統的建置過程中,首要考量的是文物安全性,基於安全原則,文物藏品置於拍攝台上的方式可分成兩種,分別為70°角(圖1)以及20°角(圖2)。單張的冊頁置於70°角的作業台拍攝;而裝裱成冊的冊頁、法帖等,則置於20°角的作業台進行拍攝。在這兩種角度的狀態下,勢必增加相機與對象物之間的平行校正難度,所以在相機選擇上,則以4×5片幅相機搭配三向雲台,才能擁有細緻的角度、水平及垂直調校功能[3]。書畫處除了建置主要的書畫數位攝影系統外,復於民國95年(2006)建置專門擷取細部書畫款印及局部攝影系統。書畫款印及局部攝影系統,係使用1300萬畫素的135數位單眼相機,擷取高品質款印影像,並能同時達到快速與機動性的操作。所擷取的數位影像,主要是供書畫款識印記資料庫的影像所需。

1 70°角的拍攝方式 2 20°角的拍攝方式

 

  另一方面,由於書畫類藏品均為紙、絹材質的有機類文物,因此在光源的選擇上,格外需要防範強光與紫外線對文物的損傷。攝影用的人工光源可略分為兩種,分別為瞬間光源與持續性光源。瞬間光源即為閃光燈,雖然閃光燈的頻譜(Spectrum)、照度等性能優於持續性光源,但是閃光燈光源具有紫外線[4],且其瞬間強光對於文物恐有損傷之虞,所以在選擇光源時,宜以持續性光源優先考量。持續性光源主要有鎢絲燈、石英燈與冷光燈等,其中,冷光燈所產生的熱能比鎢絲燈與石英燈少,整體評量優於其他兩者,所以書畫攝影棚選購的是具高演色性(CRI:Color Rendering Index)、高頻率的冷光燈,做為攝影系統的光源[5]

 


3. 數位流程與設備校正

 

3.1流程圖與螢幕校正

  書畫處數位攝影棚的流程(圖3),除了清潔、暖機、冷光燈預熱等準備工作外,另一項重要工作是事前的設備校正。設備校正主要以螢幕、相機(鏡頭以及數位機背)、印表機為校正對象。定期的設備校正是數位攝影流程的基礎,經過校正後的輸入與輸出設備,才能使得整個流程與色彩管理保持一定的基準與準確性。

 

3 數位攝影流程圖

 

  螢幕校正,應先開機20分鐘,使螢幕顯色趨於穩定後,再使用Eye-One校正儀器裝載於螢幕上,並開啟ProfileMaker 5.0及ColorNavigator軟體[6],分別對兩款螢幕進行校正。另一方面,因環境光會影響校正的準確度,所以在校正過程中,需先將螢幕的遮光罩裝上,而且在環境光的掌控,最好是處於微弱光線中,或者是在暗室裡進行校正。在螢幕校正軟體開啟後,首先是設定白點值與伽碼值(gamma)。白點值的定義,是目標色溫6500°K,目標伽碼值2.2。(Fraser, Murphy, and Bunting, 2006:118-120)設定完成後,軟體會引導調校螢幕的各項設定,包括白點亮度、黑點、對比以及色溫等。

  依據軟體的指示,一步一步完成螢幕的調校,所得到的螢幕色彩描述檔,即可設定為使用中的螢幕顯示色彩描述檔。校正的時間間隔,依使用年限長短而有不同,使用一年左右的螢幕,每個月校正一次,使用三年以上的螢幕,日前已發現有亮度衰退的現象,所以改為每兩週校正一次[7],以維持其顯色的準確度跟穩定性。

 

3.2數位機背與鏡頭的色差校正

  書畫數位攝影系統搭配影像擷取的電腦是Mac G4,使用的軟體是C1 PRO。根據數位機背原廠使用手冊說明,C1 PRO軟體其中一項功能為鏡頭色差校正(Lens CC:Lens Cast Calibration)(圖4)。在傳統的中型或大型相機使用上,「如果相機移軸的角度過大,使得軟片和影像圈的邊緣相互交錯,產生的照片會有暗角(暈映現象),會失焦和邊緣變黑。」(London, 2003:282)或是擷取的影像角落會出現偏綠或是偏洋紅的暗角現象。

  鏡頭色差校正(Lens CC)的設定方法,是先將相機的傾斜與搖擺旋扭歸零,使用原廠的白色壓克力板緊靠鏡頭,在均勻的擴散光環境下,設定常用的光圈值,先擷取出淡灰色的影像[8],再將此灰色影像資訊回饋給軟體,即可產生鏡頭色差校正的選項功能。原廠將此功能選項定義為鏡頭色差校正,並且是使用在廣角鏡頭,或是大幅度的傾斜與搖擺的情況下,因為光線的損失而使得此校正功能有所運作。但是在書畫攝影系統的擷取過程中,並不需使用廣角鏡頭,或者傾斜及搖擺角度,卻依然有擷取的影像檔角落偏色的現象,此現象應屬數位機背本身的色差。所以在數位機背的校正上,把鏡頭色差校正選項作為數位機背的色差校正功能,為另一種全新的運用方式,同時影像品質也獲得顯著改善。

 

4 Lens CC選項

 

3.3噴墨印表機的校正

  印表機的初期校正方式,是先列印出色彩導表IT8.7/3(928個擴充色塊),再以手持Eye-one的方式,去量測所列印的導表後,並將資料回饋給ProfileMaker 5.0軟體,同時以ProfileEditor 5.0對描述檔的細節進行編修,製作出印表機的色彩描述檔。

  由於當時尚未購買光柵影像處理器(RIP:Raster Image Processor),所以此時期印表機的墨量控制,僅能在印表機驅動程式上的紙張媒體欄位執行選項,無法確實進行墨量管控。直至民國94年購買數位打樣軟體,建立數位影像模擬於印刷機的打樣成果,才得以改善印表機打樣輸出的品質與階調。

  使用RIP來校正印表機,應先列印墨量控制導表,藉以決定總墨量多寡,色彩校正部分,則改以列印ECI2002導表[9],並由自動化的分光光譜儀(SpectroScan)進行量測,資料回饋後,由RIP計算回饋的資料,反覆此順序兩三次,即可精準地控制印表機的列印品質。尚未購買RIP之前,以色彩導表IT8.7/3進行量測與回饋後,量測的平均色差(△E)約在4到5之間,使用RIP進行校正後,除了階調更為細緻外,量測ECI2002導表所得的平均色差,也縮小至2以內[10]

 


4. 影像擷取與品質管控

 

4.1平均光分佈與水平垂直的檢驗

  前置工作完成後,即可進行光源的平均佈光,以及相機水平與垂直的調校。一般情況下,製造平均光分佈的主要方式,是在被攝物左右方45°角處各置一盞光源,光源在入射角等於反射角的情況下,可避免多數的反光。在左右兩盞光源的距離、照度、色溫的條件都相同時,使用入射式側光表在被攝物的中心點以及四周量測,待數值相同,即完成初步平均光的分佈。

  在具有角度的拍攝台以及地面不平的情況下,為了避免拍攝的書畫作品有變形現象,每天拍攝前以及每次移動相機位置後,均需進行水平與垂直調校。目前的校正方式是使用80cm見方的方格紙(1方格為2cm大小),先預量所拍攝文物的大小,在方格紙上進行畫面的配置,同時調校三向雲台上的角度、水平與垂直旋鈕,讓方格紙呈現無變形的方格狀態。檢查有無變形的方法,除了對照相機觀景窗上的格線外,可直接利用方格紙進行影像擷取,並在擷取軟體上勾選顯示標準線。使用標準線檢驗所擷取的方格紙影像,必須達到水平垂直完全無變形的狀態,始完成相機水平與垂直的校正。

  完成相機水平與垂直的校正後,再以擷取數位影像的方式,針對平均光分佈進行檢驗。將灰卡分別放置在四周及中央部位,逐序拍攝之,然後在擷取軟體裡選取滴管工具,一一量測每張擷取影像的灰卡RGB數值。此時會發現,即使使用測光表在畫面四周以及中央所量測的數值是相同的,但在擷取的數位影像上量測,仍可能會有數值的差異。因為測光表顯示的是光圈值,從測光表光圈值F1.0-128之間顯示的階數,會少於擷取軟體所顯示的255階RGB數值。所以藉由擷取影像檔的方式,並使用軟體滴管來檢驗平均光的分佈,會比使用測光表量測來得更為精準。

 

4.2影像的擷取與檢驗

  相機與光源完成設定後,接著要進行擷取軟體的設定。首先將感光值(ISO)設定為數位機背的最低值50,色彩描述檔則設定為原廠色彩描述檔(Phase one H 25 Outdoor daylight),使稍後擷取的每張原始檔影像均套用這些設定值。待文物、標示籤條與色卡(Kodak Q13或Q14)一一擺放完成後,即可準備影像的擷取。由於書畫數位攝影使用的是電子快門系統,所以在相機的光圈與快門設定上,均從電子控制器上進行設定,且可使用十分之一格的調整方式對光圈微調,達到精確的控制。

  至於數位影像品質的檢驗,首重檢查色階(Levels),良好的色階應分佈在8±3到235±3之間(圖5),意即亮部在235±3;暗部在8±3之間,可以得到良好的色階明暗度。如果色階分佈偏亮部或偏於暗部,則微調光圈直至理想狀態的色階[11]

  色階檢驗與定義後[12],再進行對焦狀況與銳利度的檢驗(圖6),對焦狀況是以目視進行檢驗有無失焦,不過由於拍攝的快門以二分之一秒與一秒為主,所以較容易發生的狀況,以晃動現象居多,當有對焦不清或是晃動的現象,即需重新進行影像擷取。

  影像的色階與銳利度檢驗完成,應詳細比對螢幕上的影像與文物原件的色彩。由於書畫數位攝影棚拍攝的文物尺幅差異不大,且光源的位置和距離亦變化不大的情況下,所擷取的影像在與原件文物顏色比對時,已相當接近。此時可微調擷取軟體的設定值(圖7),直至螢幕上的文物影像顏色完全符合文物原件的顏色,才算完成影像擷取的程序(圖8)。

 

圖5 色階的分佈與定義   圖6 銳利度與對焦檢驗   圖7 微調顏色設定值

 

8 螢幕影像與文物原件的顏色比對

 


5. 色域對應與打樣的品質管控

 

  故宮書畫數位攝影棚的數位流程,主要以前端的影像擷取為工作項目,完成擷取的數位影像則交由資訊中心備份與管理。擷取軟體所產出的RGB原始檔(Raw Files),雖然具有保留原始資訊,以及可容許彈性修改的優點,但是在應用上並不普遍,且有諸多限制,因此必須轉換成能普遍性應用的Tiff、Jpg等圖檔類型。目前擷取軟體的轉檔輸出方式,均選擇置入原廠(Phase one H 25 Outdoor daylight)色彩描述檔,並輸出成Tiff、Jpg等檔案類型,再傳輸至資訊中心的伺服器儲存備份。但是對檔案的使用,則會依用途不同,將檔案轉換成最適合的色域。

  現階段書畫數位攝影棚的輸出流程,置入原廠色彩描述檔的Tiff檔在打樣輸出前,需將RGB轉換為CMYK色域,這個轉換過程交由RIP進行處理分色,可以得到較好的結果。但是RIP只接受Adobe RGB 1998轉換為ISOcoated CMYK情況下,必須將已經置入原廠色彩描述檔的Tiff檔,以Photoshop軟體開啟,選擇保留嵌入的色彩描述檔(圖9),並執行轉換為Adobe RGB 1998(圖10)。其中轉換的演色意涵則使用相對色度方式,可以保留更多原來的色彩,並準確的複製出色域內的所有顏色。(Fraser, Murphy, and Bunting, 2006:83)完成的檔案即可使用RIP進行分色與打樣輸出。上述的轉換過程,在書畫數位攝影流程中,分別以Photoshop軟體的Action指令與RIP的Hotfolder,以批次處裡的方式,快速完成指令操作。

9 選擇使用嵌入描述檔                        圖10 色域對應〈轉換為Adobe RGB

 

  印表機完成校正後,即可進行輸出已完成CMYK分色的數位檔案,並在打樣輸出的樣張上,附加FOGRA Media Wedge CMYK V2.0檢驗導表(圖11)。對於輸出樣張的品質檢驗,可分成導表檢驗與視覺評量兩階段。導表檢驗部份使用自動化的分光光譜儀(SpectroScan),量測樣張上的FOGRA導表,可產出PDF檔的檢驗報表。目校檢視則將是樣張放置在5000°K的標準燈箱內,與6500°K的螢幕影像逕行比對[13]

11 內附檢驗導表的輸出樣張

 


6. 結語

 

  故宮數位攝影系統的數位流程與品質管理,以三階段來說明,分別為影像擷取、檔案轉換與處裡、以及後端打樣輸出。在前端影像擷取流程中,依據測光表、擷取軟體的數值量測為檢驗工具,同時對擷取的數位影像與文物原件,進行視覺評量與色彩調整,藉以達到影像檢驗的低色差值,以及符合視覺匹配的數位影像。檔案轉換與處裡過程中,根據用途而轉存不同的格式類型以供運用外,色彩描述檔嵌入、色域間的轉換步驟,更是流程間品質管理的重要因素。定期的印表機校正,可維持輸出打樣的穩定度,對輸出樣張的檢驗,則以導表色差量測與視覺評量兩階段進行。上述流程均以故宮書畫數位攝影系統的實際操作經驗,探討數位流程的步驟與品質管理。

  另一方面,影響數位化流程的因素相當多,其中的設備也是主要的影響因素之一,例如數位攝影棚的兩款不同螢幕,就使用不同的校正軟體;不同廠牌數位機背的校正,其軟體的設定選項也有相當大的差異。雖然相關數位計畫使用的設備並不見得相同,流程也有些許差異,但是若能導入科學儀器量測與色差值檢驗程序,同時在流程中遵循國際標準及色彩管理概念,俾能對提昇影像品質有所助益。

 


 

參考文獻

 

[1] 徐明景(2001),數位攝影的技術,田園城市,台北。

[2] 謝東志(2004),故宮書畫數位攝影系統建置紀要(一):系統設備選用策略,數位典藏國家型科技計畫刊物第三卷第十二期。http://tech2.npm.gov.tw/da/ch-htm/pdf/tech/tech-11.pdf

[3] 魏裕昌、唐大崙、徐明景、許維欽(2004),數位典藏影像品質評量方法之分析研究,數位典藏作業規劃與品質管理研討會,頁230-247。

[4] 故宮書畫數位化工作流程及正片委外數位化工作流程(2004),

http://content.teldap.tw/main/doc_detail.php?doc_id=234

[5] 故宮書畫、器物數位典藏子計畫(2004),故宮書畫數位攝影系統建置紀要(二):相機測試(含鏡頭)。http://tech2.npm.gov.tw/da/ch-htm/pdf/tech/tech-9.pdf

[6] 大田登(2005),基礎色彩再現工程,陳鴻興、陳君彥譯,全華科技,台北。

[7] MD研究會+DTPWORLD編輯部(2007),圖解色彩管理的實踐,博碩文化,台北。

[8] Fraser, B., C. Murphy, and F. Bunting(2006),數位色彩管理-第二版,劉浩學、粱烔、武兵等譯,管倖生、洪伯松、蔡政旻等校訂,全華科技,台北。

[9] Fraser, B., C. Murphy, and F. Bunting (2005), Real World Color Management, 2nd Edition, Peachpit Press, Berkeley.

[10] London, Barbara(2003),新現代攝影,邱奕堅、孔繁毅、羅慧瑜、胡財銘等譯,影像視覺藝術,台北。

[11] New "ECI 2002" target and conversion tools, http://www.eci.org/eci/en/033_eci_2002_target.php

 

 




[1] 民國92年(2003)首次購買色彩校正與管理工具,進行色彩管理的初步流程規劃。民國93年(2004)建置書畫數位攝影系統,展開影像的擷取工作。民國94年(2005)建置數位打樣系統,改善打樣輸出的品質。

[2] 故宮正片委外數位化工作流程,可參見網路http://content.teldap.tw/main/doc_detail.php?doc_id=234

[3] 建置書畫數位攝影系統的詳細過程,可參見:故宮書畫數位攝影系統建置紀要(一):系統設備選用策略http://tech2.npm.gov.tw/da/ch-htm/pdf/tech/tech-11.pdf,以及故宮書畫數位攝影系統建置紀要(二):相機測試(含鏡頭)http://tech2.npm.gov.tw/da/ch-htm/pdf/tech/tech-9.pdf

[4] 閃光燈光源的紫外線或可經由特殊塗料或添加金屬氧化物的鏡片來濾除,不過在書畫攝影系統建置當初,已排除將閃光燈作為主要光源,所以並未針對濾除紫外線的部份深入探究。

[5] 光源演色性越高表示其對被照物色彩的呈現越好;而光源頻率過低則較不穩定,且可能會產生影像擷取時的雜訊,尤其對掃描式數位機背較為明顯。目前書畫數位攝影棚的冷光燈色溫為5400°K,100%輸出功率為17500燭光(Cd:Candelas),距離3公尺的照度為1945 lux,演色性為93。

[6] 書畫數位攝影系統目前有兩款不同類型螢幕,MAC原廠螢幕使用ProfileMaker 5.0軟體校正;EIZO螢幕使用原廠軟體ColorNavigator校正。

[7] Fraser, Murphy, and Bunting(2006:120)建議CRT顯示器每週校正一次,至少要每月校正一次。而對於LCD顯示器,校正的時間間隔還可以更長一些。

[8] 原廠使用手冊並無說明擷取時應如何訂定光圈,而擷取何種數值的灰色亦並無訂定。原廠文件可參見網路http://www.phaseone.com/KBFiles/1557/1/LCCMac.pdf

[9] 歐洲色彩協會(ECI:European Color Initiative)在2002年提出1485個色塊的ECI2002導表,藉以修正IT8.7/3導表。其中ECI2002導表已包含IT8.7/3導表的色塊,並多了更多的階調色塊。參見網路http://www.eci.org/eci/en/033_eci_2002_target.php

[10] 財團法人印刷工業技術研究中心於民國95年(2006),也依據ISO12647-2標準,對國內印刷產業實施色彩認證,在數位打樣機部份,以ECI2002的1485個色塊導表進行檢測。檢查標準為平均色差在2以內;單一最大色差在6以內才算合格。參見網路www.ptri.org.tw

[11] 電子快門微調十分之一格光圈,在色階數值上的變化約等於3。

[12] 色階的白點與黑點定義方式,是將數值定義在兩端曲線的邊界上。以圖5為例,黑點數值定義為8;白點數值定義為237。

[13] 在印刷品與螢幕影像的實際比對過程中,螢幕色溫的設定曾經以6500°K、5000°K分別作為比對,但在5000°K螢幕的比對上,明顯可感受到螢幕偏暗黃的現象,所以後來將螢幕色溫設定為6500°K作為比對標準。此相同的論點可參見B. Fraser, C. Murphy, and F. Bunting(2006:119、192-193)的論述。











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