9600 dpi. Tényleg?

Reprodukciók részletvisszaadásának értékelése
az MTF és SFR görbék alapján

Az előző cikkben általánosságban írtam a múzeumi digitalizálásról és a képminőség-ellenőrzés fontosságáról. Ebben az írásban a felbontás, élesség, részletvisszaadás ellenőrzéséről, és az ellenőrzés módjáról lesz szó.

A FELBONTÁS

A digitális reprodukciók felbontását két dolog határozza meg:

  • A mintavételezési sűrűség – ez a digitalizáló eszköz dpi-ben (dot per inch) vagy ppi-ben (pixels per inch) megadott jellemzője, az elérhető felbontás elméleti felső határa, tehát a maximálisan reprodukálható pixelek mennyisége.
  • Az optikai és képfeldolgozási folyamatok – többek között a digitalizáló eszköz optikai és elektronikai tulajdonságai, a fókusz, a mechanikai rezgések, a RAW feldolgozás beállításai, az élesítés, a fájltömörítés és minden egyéb körülmény, amelynek hatása van a részletvisszaadásra. Ez a komponens határozza meg a reprodukció tényleges minőségét.

Ez a gyakorlatban annyit jelent, hogy előfordulhat, hogy hiába állítjuk be a szkenneren vagy a kamerán a gyártó által feltüntetett maximális mintavételezési sűrűséget, a reprodukció nem feltétlenül fog annak megfelelő részletmennyiséget tartalmazni. A teljes digitalizálási folyamatot – annak minden elemét figyelembe véve – mérnünk kell, hogy biztosak lehessünk benne, hogy nem keletkezik „üres felbontás”.

AZ “ÜRES FELBONTÁS”

Az ábra megértéséhez elegendő a vizuális értékelés: jól látható, hogy hiába növeljük a digitalizálás mintavételezési sűrűségét (sampling frequency), a példában tesztelt rendszer nem képes 300 dpi-nél nagyobb felbontásra.

Az ábrán a 300 dpi a legmagasabb érték, ahol még meg tudjuk különböztetni mind az öt fekete vonalat; ennél magasabb mintavételezési értékkel szkennelve csak úgynevezett „üres felbontás” keletkezik, tehát a fáljméret növekszik, de a reprodukált részletek mennyisége nem.

Forrás: Image Science Associates: GoldenThread Users Manual

SFR-MTF (Modulation Transfer Function / Spatial Frequency Response)

A képminőség értékeléséhez a részletvisszaadást objektíven mérnünk kell. A mérés segítségével számszerű minőségi követelményeket tudunk felállítani és ellenőrizni is tudjuk a teljesítésüket.

A reprodukció részletvisszaadása az MTF (Modulation Transfer Function) vagy SFR (Spatial Frequency Response) értékelésével, az úgynevezett mintavételezési hatékonysággal (Sampling Efficiency) minősíthető. Ez az értékelés figyelembe veszi a reprodukciós folyamat minden fizikai, elektronikus és szoftveres elemét, a kamerát, a képérzékelőt, az objektívet, a világítást, majd a program beállításokat, és számszerűsíti, hogy a reprodukció egy ideális, vonalas mérőábrát mennyire hűen ad vissza.

A FADGI 4* (preservation-grade) előírása ebben is szigorú: MTF10 (10% SFR)-nél >90% mintavételezési hatékonyságot (sampling efficiency) követel meg.

MTF

Az MTF (Modulation Transfer Function, kb.  „moduláció átviteli funkció”) az eredeti kép és a digitális kép közötti kontraszt-különbség mérésére szolgáló jellemző, tehát az MTF a kimeneti kép és az ideális kép modulációs aránya.

Moduláció átvitel = Kimeneti moduláció / Bemeneti moduláció

SFR

Az SFR (Spatial Frequency Response)  azt jelöli, hogy a képalkotó rendszerek milyen mértékben képesek fenntartani a kontrasztot az egyre finomabb részletek között.

Ezek a jellemzők a képalkotó rendszereknek ugyanazt a tulajdonságát értékelik, csak más megközelítésben –a szakirodalom is felváltva használja a két kifejezést–, segítségükkel számszerűsíthető a részletvisszaadás mértéke.

A Golden Thread rendszer felbontásmérő funkciói

A digitalizálás valódi felbontásának, élességének, részletvisszaadásának mérése a gyakorlatban úgy történik, hogy a speciálisan erre a célra fejlesztett tesztábrát az adott eszközzel, adott beállításokkal digitalizáljuk, majd az elkészült felvételt egy megfelelő szoftver értékeli és számszerűsíti a reprodukció eltérését az ideális ábrától.

A nemzetközi múzeumtechnológiai gyakorlatban az egyik legelterjedtebb ellenőrző rendszer az Image Science Associates Golden Thread rendszere. A részletvisszaadás mérésére a reflektív és transzmisszív targeteken több különböző elem szolgál.

A Golden Thread Device Level Target felbontásmérő eszközei ©ISa

  1. Ferde négyzet: a ferde élek a vertikális és horizontális SFR mérésre és az RGB színcsatornák elcsúszásának ellenőrzésére szolgálnak.
  2. Felbontásmérő ékek: dpi értékekkel skálázott, vízszintes, függőleges és átlós irányban elhelyezett, egyre sűrüsödő vonalcsoportok. Ezek segítségével számszerűen leírható a teljes reprodukciós folyamat valós részletvisszaadása.
  3. Méretskálák (inch és centiméter beosztással): a leképezési arány, illetve a relatív felbontás mérésére a Capture One CH programban.
  4. Szürke mezők: az egyenletes megvilágítás ellenőrzésére.

A vizsgálat módja és tudományos háttere

Az elemzés célja a minden körülményt figyelembe vevő valódi felbontás maximális értéknek a meghatározása.

A fenti mérőábrán a számok mellett inchenként 200, 300, 400,…stb. sűrűségű fekete-fehér sávok láthatók, ezek a mérőékek. A sávok  horizontális metszeteit értékeli egy szoftver, mégpedig úgy, hogy összehasonlítja a referencia ék ideális világossági értékeit a reprodukción mért értékekkel.

Az elméleti, tökéletes ék fekete és fehér sávjai, amelyeknek a világossági értéke 1 vagy 0 lehet, leolvasva négyszögjelet generálnak.

Viszont a reprodukción –a leképezés tökéletlenségei miatt– a kontraszt szükségszerűen csökken, így a négyszög jel torzul és hullámformaként jelenik meg.

Forrás: Image Science Associates: GoldenThread Users Manual

Egyre nagyobb felbontásoknál vizsgálva a fekete-fehér világossági értékei között egyre kisebb lesz a különbség (azaz egyre inkább csökken a kontraszt), és végül a rendszer által maximálisan reprodukálható felbontás értéknél a mérőék sávjai teljesen összeolvadnak.

A hullámjel amplitúdójából a különböző felbontás értékeknél leolvasható és számszerűsíthető az adott felbontáshoz tartozó részletvisszaadási képesség.

Forrás: Image Science Associates: GoldenThread Users Manual

A mért kontrasztértékeket normalizálják, és az értékelő szoftver egy matematikai függvény, a Fourier-transzformáció segítségével alakítja görbévé. Így kapjuk meg a Spatial Frequency Response görbét, amely a reprográfiai rendszer részletvisszaadási képességeit jellemzi.

Egy másik ábra segítségével talán még könnyebben megérthető az MTF  görbe, illetve a reprodukció alacsony és a magas sűrűségű (frekvenciájú) részleteinek eltérő viselkedése.

Forrás: Tim Zaman: Development of a topographical imaging device for the near-planar surfaces of paintings, MsC Thesis

A FADGI szabvány a mintavételezési gyakoriságra, az alacsony és a magas sűrűségű (Low and High Frequency) vonalak reprodukciójára külön elvárt értéket határoz meg. Természetesen a különböző fajtájú eredetikre különböző elvárások vonatkoznak. Erről részletes leírás található a szabvány nyilvános dokumentációjában.

A Fadgi 4 Star például reflektív fotóanyagok (fotók, nagyítások) esetén elvárt mintavételezési sűrűségnek 600 ppi értéket határoz meg. A közepes sűrűségű részleteknél (MTF50 (50% SFR)) 40-65% közötti tartományt, a magas sűrűségű részleteknél (MTF10 (10% SFR)) pedig >90% mintavételezési hatékonyságot fogad el.

A felbontást kivéve ugyanezek az értékek a transzmisszív fotóanyagok (negatívok, diák) esetében: 3500 ppi[1], MTF50 40%-65%, és MTF10 >90%.

Az MTF görbe értelmezése  a Golden Thread értékelő szoftverrel

Forrás: Image Science Associates: GoldenThread Use and Interpretation Manual

Három nevezetes pontot érdemes megfigyelni a görbén:

  1. >1 amplitúdó értékek a szoftveres (túl)élesítés mértékét jelölik,
  2. >a Nyquist-frekvencia, tehát a célérték felénél leolvasott amplitúdó,
  3. maximális felbontás – az érték, ahol a kontraszt 0.1 alá csökken.

Jól láthatóak a különböző FADGI minősítések eléréséhez szükséges  tűréshatárok és határértékek.

Összehasonlításként egy nem megfelelő negatív-digitalizálás MFT analízise, amelyen jól látható, hogy a beállított 4000 dpi mintavételezési sűrűség/célfelbontás ellenére 1000 dpi a vízszintes és 2000 dpi a függőleges vonalak tényleges részletmennyisége, reprodukciója.

Forrás: Tepper, Aap: Mass Digitisation Quality Control Workflow: Photographic Negatives (Film Archives, The National Archives of Estonia)

Összefoglalás

A MTF (Modulatin Transfer Function) és az SFR (Spatial Frequency Response) mérése és elemzése a reprodukciók részletvisszaadás-értékelésének és a képminőség ellenőrzésnek  tudományosan elismert módszere, mert

  • objektív, tehát kizárja a vizuális értékelésből fakadó szubjektivitást,
  • a digitalizálási folyamat minden elemét figyelembe veszi,
  • a mért értékek összehasonlíthatók, ezek alapján értékelhető a különböző sztenderdeknek való megfelelés,
  • egyaránt vizsgálható reflektív és transzmisszív eredetik digitalizálásának minősége.

Az ISO 15279:2007 nemzetközi szabvány is ezt a módszert írja elő a felbontás értékelésére. Az SFR érték a részletvisszaadáson kívül több képalkotási jellemzőt is magában foglal és számszerűsít, például az élesítést, a szóródást, az élsimítást és az általános képminőséget. A Golden Thread Device level Target és Object Level target, és a megfelelő értékelő szoftver segítségével mérhető és ellenőrizhető a reprodukciók valódi részletvisszaadása.

Szakirodalom, források, linkek

Kontakt

Ha további kérdései vannak, vegye fel a  kapcsolatot velem az alábbi oldalon keresztül: KONTAKT

Horváth Dániel
digitalizálási és tudományos fotográfiai szakértő

[1] A 2016-os szövegben transzparens eredetik esetén előírt 4000 ppi érték tűréshatárát Don Williams javaslatára 2019-ben kiterjesztették 3500 ppi-ig.