Praktikum Sensitometrie

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1 Praktikum Sensitometrie Bestimmung der visuellen Auflösung eines Scanners Name: Name: Matr.: Nr.: Matr.: Nr.: Datum: Prof. Dr. C. Blendl Stand: Febr. 2005

2 1 Einleitung Es soll das visuell erfassbare Auflösungsvermögen eines Scanners bestimmt werden. Als Mustervorlagen dienen hierbei ein Siemensstern und verschiedene Strichraster mit unterschiedlichen Liniengruppen (Angabe lp/mm). Ein Vergleich mit den Scan-Ergebnissen geringerer bzw. höherer, nominelller Auflösung erlaubt eine Abschätzung der Auswirkungen unterschiedlicher nomineller Auflösungen abhängig von der Vorlage. 1 Arbeitsmittel - Scanner - PC mit Windows NT 4.0 Betriebssystem - Adobe Photoshop - Siemensstern, Durchmesser 45mm, 1,5 pro Linie - Strichraster, 20lp/mm 2 Scannen der Vorlagen 1. Bedingt durch das Betriebssystem muß sichergestellt werden, daß der Scanner vor Start des Rechners eingeschaltet wird. 2. Die Vorlagen Siemensstern und Strichraster im Bereich der vorderen Begrenzung (im linken Drittel) der Scanfläche plazieren. Hierbei beachten, daß das Linienraster unter 45 zu den Seitenbegrenzungen ausgerichtet ist (Vermeidung von Moiree-Effekten beim Scannen). 3. PC einschalten und einloggen: Benutzername und Paßwort: blendl mdl. Mitteilung 4. Der Scan wird mit Adobe Photoshop durchgeführt. 5. Unter Datei- Importieren- Twain_32_Quelle wählen... und dort kontrollieren, daß der richtige Scanner (color factory) ausgewählt ist. Dieses Fenster mit Abbrechen schließen (sonst wartet man unter Umständen sehr, sehr lange und das ist nur nötig wenn color factory nicht vorgewählt ist). Danach unter Datei- Importieren-Twain_32 wählen. 6. Warten bis das Fenster Linotype CPS Color Factory Pro geöffnet wird. 7. Dort folgende Einstellungen vornehmen: Modus: 256 Graustufen Qualität: Sehr gut Original: Durchsicht USM (schärfen): Aus Auflösung: 200 dpi Entkörnen: Aus Entrastern: Aus Format: A5 keine Manipulation 8. Prescan anklicken (2. Icon von links) 9. Gewünschten Ausschnitt durch Ziehen des Rahmens mit der Maus anpassen (dieses Fenster nicht schließen) 10. Finescan (mittleres Icon) anklicken 11. Nun dieselben Vorlagen mit anderen Auflösungen (600dpi, 1200dpi und 2400dpi) einscannen d.h. Vorgehen unter Pkt. 7 die Auflösung ändern und sofort den Finescan ausführen. 12. Fenster Linotype CPS Color Factory Pro durch Klick auf Beenden schließen.

3 2 3 Bestimmung der Scannerauflösung 3.1 Siemensstern 1. Den Rahmen des Bildes mit 200dpi Auflösung möglichst bildschirmfüllend ziehen. 2. Zentrum des Siemenssterns mit der Lupe (Zoomfunktion) soweit vergrößern, daß am Rand des Bildes auf allen Seiten noch die unverfälschten Radialstreifen zu sehen sind. Anmerkung: Die unterschiedlichen Muster (Artefakte!) bei unterschiedlichen Zoom-Stufen sind die Folge der Überlagerung von Bildschirmraster und Vorlagen-Ortsfrequenzen in ähnlicher Größenordnung (Moiree-Muster). 3. Diesen kontrastarmen und verfälschten Bereich zum leichteren Ausmessen mit dem Freistellungswerkzeug in horizontaler und vertikaler Richtung eingrenzen. 4. Ausmessen des schwarzen Innenloch-Durchmessers d des Siemensterns am Bildschirm (z.b. die Strecke direkt auf ein Blatt Papier übertragen). 5. Ebenso mit der x- und y-ausdehnung des Freistellungs-Rechtecks verfahren und den Mittelwert zwischen x- und y-richtungen bilden (D ). 6. Berechnung der Scanner-Auflösung nach der Formel: dpi= 924 * (d /D ) 7. Die Auflösung auch für die anderen Bilder (600, 1200 und 2400dpi) auf dieselbe Weise berechnen. 3.2 Strichraster Nun sollen die Ergebnisse anhand des Strichrasters überprüft werden: Man bestimme visuell das Linienraster, das gerade noch Streifen erkennen läßt und lese direkt an der Strichraster-Vorlage den dazugehörigen Lp/mm-Wert A ab. Die Auflösung berechnet sich folgendermaßen: dpi= 50,8 * A Jetzt können diese Auflösungswerte mit denen am Siemensstern ermittelten verglichen werden. 4 Theorie Der verwendete Siemensstern besitzt 240 Linien auf 360 (od. 120 Linienpaare (lp)). Sein Innenloch-Durchmesser beträgt ca. 2,1mm der äußere Durch-messer bis zu dem noch Radialstreifen erkennbar sind 45mm. Ortsfrequenz-Angaben entsprechen direkt der Auflösung. Mögliche Auflösungs-angaben können sein (dabei entspricht 1 Linienpaar = 2 Linien = 2 Dots): 1. dpi (dots per inch) - also die Anzahl d. Linien auf 25,4mm 2. lp/mm, d.h. Linienpaare (Schwarz-Weiß) pro Millimeter Ein Scanner erfaßt die Vorlage rasterförmig, d.h. in der Breite ist eine CCD-Zeile für die Rasterung verantwortlich, in der Höhe der Vorschub eines Schrittmotors.

4 3 Das Abtasttheorem besagt, daß eine Vorlagenperiode (Schwarz-Weiß-Streifen) nur im Grenzfall mit 2 Abtastwerten noch richtig erkannt wird. Aus der Film- und Fernsehtechnik ist bekannt, daß eine sichere Erkennung einer Vorlagenperiode (ein Linienpaar) mit 3 Abtastwerten ermöglicht wird (Kellfaktor). Dies trifft auf das unter 0 bzw. 90 angeordnete Strichraster zu. 5 Diskussion der Ergebnisse 1. Ab welcher gewählten Scan-Auflösung bewirkt eine weitere Erhöhung keinen zusätzlichen Informationsgewinn mehr? 2. Wodurch ist die optische Auflösung eines Scanners bestimmt? 3. Warum soll die Linienrastervorlage unter einem Winkel von ca. 45 eingescannt werden? 4. Welchen Sinn macht die Wahl einer höheren Scan-Auflösung, als die vom Scanner vorgegebenen optischen Auflösung? 5. Welche Vorteile bietet der Siemensstern als Vorlage gegenüber dem Strichraster? 6. Was sind die minimale und die maximale Ortsfrequenz im verwendeten Siemensstern? (Angabe jeweils in lp/mm und in dpi) 7. Wie kommt man auf die Konstanten 924 bzw. 50,8 in den oben angegebenen Formeln? 6 Versuchsende Photoshop schließen ohne die Bilddateien abzuspeichern bzw. die evtl. abgespeich-erten Dateien wieder zu löschen. PC herunterfahren und Scanner ausschalten.

5 4 Ergänzungen zum Versuch Scannerauflösung Die Auflösungswerte müssen bei ca. 600dpi liegen (Siemensstern). Beim Strichraster kann man die Ortsfrequenz 12,5 lp/mm (od. 635dpi) gerade noch erkennen. Antworten zu den gestellten Fragen: 1. Die optische Auflösung des Scanners beträgt 600dpi, d.h. im Grenzfall des Abtasttheorems kann eine Vorlage mit ebenfalls 600dpi noch richtig erkannt werden. Eine weitere Scan- Auflösungserhöhung glättet zwar durch rechnerische Interpolation die pixelartige Struktur des Bildes (subjektiv schöneres Bild) bringt aber keine zusätzlichen Informationen. 2. Wie in der Theorie beschrieben, durch die Auflösung der CCD-Zeile und die Vorschubschrittweite. 3. Bei Ausrichtung der Linien ungefähr parallel zu den Seitenrändern erhält man bereits beim Scannen Moiree-Muster, die eine genauere Untersuchung der Auflösung verhindern. 4. Siehe Beim Siemensstern sind alle Richtungen und alle Ortsfrequenzen zwischen fmin und fmax (vgl. 6.) vorhanden, so daß die Auflösungsgrenzfrequenz gleichzeitig in alle Richtungen sehr genau bestimmt werden kann. Demgegenüber liegen beim Strichraster diskrete Auflösungswerte vor und außerdem steht die bevorzugte Meßrichtung senkrecht zu den Linien. Liegen Abtastraster und Vorlage in derselben Richtung (Strichraster unter 0 od. 90 ) so muß der Kellfaktor 67% berücksichtigt werden und man erhält im allg. bei einer 600dpi-Vorlage lediglich eine 400dpi Auflösung. 6. fmin=120lp/(pi*2,1mm)=18,2 lp/mm=924dpi fmax=120lp/(pi*45mm)=0,8lp/mm=43dpi 7. Siemensstern: Auflösung in Linienpaaren/mm: (gestrich. Größen: am Bildschirm) A=120/(Pi*Durchmesser Graufeld)=120/(Pi*D) wobei D=D /Vergrößerung mit Vergrößerung=d /2,1 alles eingesetzt ergibt: A=(120/(Pi*2,1))*(d /D )=18,19*(d /D ) in lp/mm Umrechnung von A in dpi: dpi= (2Linien/Linienpaar)*(25,4mm/inch)*A = 50,8 * A = 50,8 * 18,19 * (d /D ) = 924 * (d /D )