数字胶片和缩微胶片输出对比及数据承载

　　文/张禧琳

　　我国档案数字资源“家底”丰厚，且每年产生大量增量，应用数字胶片技术开展备份工作有益于档案数字资源的长期安全保存。为进一步探究数字胶片与缩微胶片之间的差异，笔者就数字胶片性能和现有缩微设备适用性开展实验并进行分析。主要围绕“现有COM、冲洗、还原设备是否适用于数字胶片”“数字胶片性能如何”两个问题开展验证。

　　方案设计

　　1.目的及选型

　　一是开展数字胶片与缩微胶片打印输出对比实验，探究二者差异，从曝光量等打印参数设置、冲洗速度等冲洗参数设置、输出结果等方面进行对比论证。二是开展缩微胶片二维码输出还原实验，得出数据承载力大小，并与现有数字胶片进行对比分析。

　　打印设备选用赛数OP500，该设备适用于文献及档案数字资源的缩微保存，支持黑白、灰度、彩色三种形式的数字文件同类型转换至16mm或35mm缩微胶片上，是档案与缩微界认可度较高的打印设备。数字胶片选用柯达2448型胶片，缩微胶片选用伊士曼ImageLink胶片和富士胶片。柯达2448型胶片是挪威Piql公司当前使用的数字胶片，具备一定的参考价值。

　　2.标板准备

　　按照《缩微摄影技术图形COM记录仪的质量控制第2部分：质量要求和控制》（GB/T19474.2—2004）及《数字档案信息输出到缩微胶片上的技术规范要求》（DA/T44—2009）要求，开展密度、解像力测试前，选取合适的标板。针对实验目标，主要参考了赛数OP500设备自带标板等。

　　3.计算及二维码生成

　　实验使用的COM设备屏幕高为7200pix、宽为11520pix，具有像素点8294.4万个。以颜色四阶（黑、白、深灰、浅灰）的二维码为例，计算数据承载力。8294.4万个像素点理论可达19.775MB。考虑图像实际占屏情况，测算得到该屏幕的二维码数据承载力大小为15.82MB，设相应承载力大小的四阶二维码图像高为（x）pix、宽为（y）pix，屏幕高宽比为5:8，得到（x）:（y）=5:8。15.82MB对应的四阶二维码像素点约为66353888个，得到（x）×（y）=66353888。解得高度约为6439pix、宽度约为10302pix。同理可计算一定承载力大小的颜色二阶（黑、白）二维码的高度和宽度。设打印设备屏幕高宽比为α，二维码像素点为β，可总结得到公式1和公式2。

　　（x）:（y）=α         公式1

　　（x）×（y）=β        公式2

　　通过计算得到二维码高度、宽度值并依托工具生成相应的二维码图像。为保证可读性与可靠性，采用交叉交织里德—所罗门编码（Cross Interleaved Reed-Solomon Code，CIRC）用于检测和校正由随机和突发错误混合引发的缺陷。编码图像的主要组成包括外边框、数据区边框、四角黑白交叉点（用于填充占位图像四个角位）、线对条（用于评估成像在胶片上的质量）、色彩参考条（用于评估色阶在胶片上的成像质量）、视觉元数据（记录可直接观察的信息）、元数据区（记录图像信息）、附加元数据区（记录图像附加信息）以及数据区（记录实际数据）。例如，分辨率“1145×1832pix”的四阶二维码图像和分辨率“1619×2591pix”的二阶二维码图像如图1、图2所示。每份文件默认生成1张卷标图像及1张索引数据帧图像，是高度540pix、宽度960pix的二阶二维码图像，示例如图3、图4所示。

图1 分辨率1145×1832pix四阶二维码图像

图2 分辨率1619×2591pix二阶二维码图像

图3 卷标图像示例

图4 索引数据帧图像示例

　　将编码工具生成的二维码图像放入解码工具进行还原，能够还原出文件。验证了编解码工具的有效性，同时能够说明，按照图像打印、胶片冲洗、扫描还原的流程开展实验，理论上是可行的。

　　数字胶片和缩微胶片输出对比

　　1.输出结果对比

　　缩微胶片打印输出效果良好。《缩微摄影技术图形COM记录仪的质量控制第2部分：质量要求和控制》（GB/T19474.2—2004）规定了COM系统产生的缩微胶片应满足的质量要求，其最大密度应不小于1.00，最小密度应不大于“0.15+片基密度”，最小密度差应至少为0.90。伊士曼ImageLink胶片最大密度1.72，最小密度0.02，密度差1.70。富士胶片最大密度1.57，最小密度0.02，密度差1.55。两款胶片均符合要求。

　　数字胶片实验结果不理想。4次实验完全没有显影。

　　2.打印条件分析

　　打印参数设置方面，曝光量和曝光时间是最重要的条件设置。参照伊士曼ImageLink和富士胶片的条件设置，比较数字胶片和缩微胶片之间差异。伊士曼ImageLink胶片曝光时间328ms时，富士胶片曝光时间246ms时，输出效果达到最优。而柯达2448型胶片曝光时间近30s，曝光量是伊士曼ImageLink胶片和富士胶片的2倍左右时仍完全没有显影。参考柯达2448型胶片性能分析结果，其感光颗粒更小、感光度较缩微胶片更低，因而需要更大的曝光量。此外，现有的赛数OP系列COM设备或不适用。

　　3.冲洗设置分析

　　冲洗环节十分关键。温度控制不好，会导致密度过高或过低。水洗不彻底，会导致胶片残留药渍，烘干不彻底，会导致胶片残留水渍。参数设置方面，主要影响因素有冲洗药液（即显影液和定影液）、冲洗温度和冲洗速度（或冲洗时间）。4次实验的冲洗条件设置及结果如表1所示。第3次实验，将药液更换为柯达专用药液，冲洗温度调整至更适宜温度，片基基本呈透明状，说明冲洗更加充分。第4次实验，将冲洗时间控制得更为合适，显影30s，定影约为50～60s，结果仍不理想，侧面印证了打印设备不适用的问题。

表1 冲洗条件设置及结果

　　二维码输出还原

　　1.还原失败分析

      冲洗后开展密度测量，两款胶片均符合要求。扫描后文件还原失败，仅能读取卷标及索引数据帧图像信息，说明冲洗过程及扫描过程会对图像精度造成一定程度的损失。经分析，主要有以下4个方面原因：一是传统缩微胶片各方面性能与数字胶片差异较大，不完全适用于二维码图像输出，传统缩微胶片可承载较小数据量，但无法满足大量电子档案的保存需求，不具有实用价值；二是冲洗过程中图像精度有损失，尤其是四阶图像颜色对比度不大，深灰与黑色、深灰与浅灰、浅灰与白色之间存在混淆；三是扫描设备性能对图像最终还原结果有着较大影响，普通缩微扫描设备放大倍率不足；四是扫描过程中存在亮度调节不当、图像角度倾斜等情况。针对上述问题，应注意以下2点：一是使用倍率更高、性能更优的扫描设备；二是扫描过程中，密切注意亮度、角度、扫描速度等因素。

　　2.调整改进

　　按照《数字档案信息输出到缩微胶片上的技术规范要求》（DA/T44—2009）对缩微品解像力值的相关要求，现有的缩微扫描设备最大倍率为30倍。因此考虑使用高倍率电子显微镜进行扫描，在倍率上进行优化提升。以二阶二维码图像为例，将编码工具生成的原始图像、普通缩微扫描设备扫描图像以及50倍率电子显微镜扫描图像作对比，示例（放大后的局部图像）分别如图5—图7所示。原始图像是黑白二色，普通缩微扫描设备扫描图像具有灰度，50倍率电子显微镜扫描图像具有灰度以及过渡色阶。推断过渡色阶可能对还原实验造成影响。据此，对50倍率电子显微镜扫描二维码图像做模式更改，将RGB模式调整为灰度模式，消除过渡色阶的影响，文件还原成功。随后，使用100倍率和150倍率电子显微镜分别开展扫描还原实验，得到的胶片数据承载力大小同50倍率时一致，并无增长。

图5 原始图像局部

图6 普通缩微扫描设备扫描图像局部

图7 50倍率电子显微镜扫描图像局部

　　实验结果表明“普通缩微扫描设备放大倍率不足”的推论成立，也能够论证，高倍率电子显微镜过渡色阶问题确有影响，需对扫描图像做处理。此外，100倍率和150倍率电子显微镜的补充实验排除了扫描设备放大倍率不足、精度不够的因素，能够得出缩微胶片目前达到的数据承载力已基本趋近于极值这一结论。

　　结语

　　根据实验结果，数字胶片性能远远优于缩微胶片。经测算，目前缩微胶片二色阶二维码图像在48.5mm×28mm胶片区域内形成51.84万个像素点，数据承载力为63KB（约等于0.06MB）。而目前现有的数字胶片编码图像在25mm×12.5mm的胶片区域内形成880万个像素点，按照四阶灰度存储，大约能保存2MB的数字信息。两者存在不小差距。实验结果表明，现有的缩微设备（主要包括COM、冲洗、还原设备）不完全适用于数字胶片。

　　参考文献：

　　[1]张建明，龙凌云，杨安荣.数字胶片技术及其在档案数字资源长期保存中的应用[J].中国档案，2023（2）.

　　[2]黄征.浅谈缩微胶片的损伤与修复—水渍、折痕及乳剂层脱落[J].数字与缩微影像，2020（3）.

　　作者单位：国家档案局科研所

　　责任编辑：王辉