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摘 要：以HG5000系列扫描仪为例，介绍了航片扫描中黑白场校正技术的方法和步骤，对出现的特殊问题，给出了实用有效的处理方案，解决了历史航片间色差不易消除的问题，提高了航片扫描的质量。
关键词：历史航片；扫描；黑白场；校正
航空影像是指通过安装在飞行器上的航空照相机获取地面真实地表形态、植被覆盖、城镇建设情况，客观有效地记录自然景观与人文景观，是开展测绘及更新地形图、影像图、城镇规划、土地利用等工作极为重要的基础资料。特别是近年来，在各类地理国情监测项目中，历史航片为保证各年代监测数据的连贯性提供了支持。
随着时间的推移，很多历史航片出现变形、变质、划痕等问题。利用高精度的影像扫描仪，按照一定的参数指标，采用扫描数字化的方式，以数字形式存储是当前解决航空影像管理与应用问题的有效途径，可以满足测绘地理信息部门使用数字摄影测量工作站或其它数字影像处理设备来完成各种图形制作的需要，也满足对航摄资料进行科学管理、快速查询、多用户服务和资料分发需求，是数字档案馆建设的重要基础性工作内容。
在航片扫描过程中，极为重要的一个环节就是扫描仪扫描参数的设定。航片扫描对扫描数据的色彩要求较高，由于航片扫描仪是由多组光学镜光电器件组成的，在使用中难免出现扫描数据的色彩状态与理想状况不符的情况，当这种色彩差异影响到扫描效果时就需要根据扫描仪当前的照明光源、光电特性等对扫描仪进行黑白场校正，达到消除色差的目的。
1 黑白场校正的一般步骤及特殊问题处理
以图1为例，该图是一幅由3幅子图像组成的带有色差的扫描航片图件，用图像处理软件（本文以PHOTOSHOP为例）打开该图，共有2个拼接缝，分别在8cm和16cm的位置存在较为明显的色差（如图2所示）。具体表现是：中间一块图整体较为亮，左边的图稍微暗一点，右边的图最暗。
打开图像R＼G＼B通道，我们发现拼缝处R与B通道均是右亮于左， G通道左右一致。因此可以以左边的第1幅图为基准，依次调整第2 和第3幅图的各个通道的亮度值进行黑白场校正。
本文以海光数码的HG5000为例，介绍航片扫描仪黑白场校准的一般步骤及注意事项。
1.1 黑白场校准的一般步骤
1.1.1清洁玻璃
在准备进行黑白场校正操作之前，首先应将校正区域的玻璃擦拭干净，然后选择校正选项，对扫描仪选定分辨率下的灰度和真彩色进行校正。一般情况下，驱动程序将控制扫描仪对该种分辨率和颜色模式的设置进行校正，校正完约需要几十秒钟。
1.1.2预备扫描仪
校正操作之前，为防止外部光线透入影响校正效果，应合上扫描仪的上盖；为使照明光源达到稳定的亮度，应保证扫描仪充分初始化后方可进行校正操作。初始化完成时间因扫描仪品牌而异，通常大约需要20分钟。
1.1.3设置参数
将分辨率、颜色模式和校准白板三项参数调整为：分辨率-20um、颜色模式-24位彩色、校准白板-标准，进行一次校正操作。之后，逐项修改扫描设置，进行校正。假设有X种分辨率和Y种颜色模式设置，共有X*Y组参数需做校正。
1.1.4试扫描
校准完成之后，设置常用的扫描参数：分辨率-20um、颜色模式-24位彩色、图像质量-标准、拼接方式-直线、底层Gamma-原始、上层Gamma-标准、校准白板-标准，进行图像试扫描。
1.1.5图像的色差分析
在PHOTOSHOP中打开试扫描后得到的图1的直方图对话框，在图中8cm接缝选择一小块左右侧都是均匀的区域，比较左右选择框里面R通道的亮度值。
该图中，左边的直方图值为100，而右边的直方图值是105，B通道左边直方图值是98，右边直方图是105， G通道左右亮度一致。此時，应将右扫描头的R通道亮度值减小5个左右，B通道减小6个左右，G通道不变。
之后，把扫描头2的R通道的值从51改为48，B通道的值从76改为70，重新进行校正。校正完成之后，再次扫描该图。观察图中拼缝处左右各通道的亮度值的变化情况，若向好的方向改变说明校正有效，继续进行多次修改和校正，直至消除两侧的亮度差，也即消除色差。
1.2 特殊问题处理
1.2.1静态偏移值参数校正
一般情况下，校正扫描之后图像拼接处还是存在明显的差值，说明校正参数设置不当，需要对校正参数里面的静态偏移值进行调整。通常，航片扫描仪的校正参数中“分辨率”和“目标设置”中的值不需要修改，“图像质量”常用“标准”档，而“静态偏移初值”是比较关键的一组设置值，它的设置直接影响到校准的效果，进而影响到图像的色差。
“静态偏移值”的设置方法是：当需要增加某个镜头图像的某个通道的亮度时，就需要减小该头该通道所对应的值。例如，当需要将扫描头2的R通道的亮度值增加2个时，可以将原先的值51减小到48。
之后，再次进行黑白场校正、扫描，观察图像中扫描头2所对应的区域中通道R是否变亮。一般，经过反复多次校准，就可以使各组镜头扫出来的图像的色彩一致，消除出现的色差。
校正好第1组镜头与第2组镜头之后，继续对第2组镜头与第3组镜头的亮度差进行校准，直到多组镜头图像的色差达到理想状态为止。
1.2.2扫描仪镜头精调
当扫描仪某组镜头的光电特性偏差较大，经上述步骤的调整和校正，仍然不能达到理想的色彩均匀程度时，就需要采取专门的工具软件来进行更精确的调整。这个工具软件是Calshow。
Calshow软件有详细的使用说明，可以搜寻相关资源仔细阅读。这里简单介绍使用方法。
启动Calshow，打开存储校正数据文件的文件夹，找到需要调整的那个校正数据文件，将其打开，如下图4所示。 图中，水平坐标表示校正数据文件在该分辨率下采样的数值，分为三段。其中，0到10858表示第一组镜头的采样像素个数值； 10859到21716表示第二组镜头的采样像素个数值； 21717到32574，表示第三组镜头的采样像素个数值。
图中垂直坐标表示对亮度的采样值，由于是16位采样，亮度值从0到65535，其中，每256级表示一个亮度，转换成图像处理软件能够处理的灰度等级就是256级。
每个校正曲线的数值中包括两个部分：增量（或者叫增益）和偏移量。向下弯曲的数值曲线表示增量，一段一段水平的直线表示偏移量。
在“通道”框里面选择要想修正的通道。在“类型”框里面选择“增量”或者“偏移”，通常选“偏移”。需要修正某一段曲线数值的时候，就先将该段数值的起始点填写到“修正起始”框里，把这段数值的终点填写到“结束”框里。
接下来，把想要修正的值填写到“修正量”框里。修正量一般采用256、512、1024等档位。
在“模式”框里面默认是“区域”。
以HG5000的20um分段进行校准，修正镜头组中镜头2的颜色通道色差为例：
當需要将扫描头2的R通道的亮度值校少2个时，可以在修正起始和结束框里面填写10681和21360，“类型”选“偏移”，“通道”选R，选择512作为修正量，点击“修正”按钮。注意观察窗口中第二组R增益曲线，该段曲线将微微向上移动。点击修正之后，实际上也就保存了新的数值，就会将原始文件覆盖掉。
然后重新扫描，在PHOTOSHOP软件里面观察图像的色差效果，直到符合要求为止。
2 结语
在航片扫描过程中，黑白场校正是经常遇到的操作行为，只有合理的设置参数校正黑白场，才能有效消除扫描影像间的色差，得到色调区一致、层次分明的优质数字航片。
一个成熟的扫描作业人员需要熟知各参数间关系，依据实际合理调整，才能扫描出质量良好的数字航片。
参考文献：
[1] 游传金，陈永良.谈谈航片扫描中亮点和暗点的设置[J].测绘信息与工程，2006：31（3）.
[2] 陈庆华，乔国军.历史航片扫描及处理[J].测绘与空间地理信息，2013：36（7）.
作者简介：
郧晓光，男，汉族，河北石家庄人，硕士，工程师，主要从事地理信息成果应用及系统开发。
关键词：历史航片；扫描；黑白场；校正
航空影像是指通过安装在飞行器上的航空照相机获取地面真实地表形态、植被覆盖、城镇建设情况，客观有效地记录自然景观与人文景观，是开展测绘及更新地形图、影像图、城镇规划、土地利用等工作极为重要的基础资料。特别是近年来，在各类地理国情监测项目中，历史航片为保证各年代监测数据的连贯性提供了支持。
随着时间的推移，很多历史航片出现变形、变质、划痕等问题。利用高精度的影像扫描仪，按照一定的参数指标，采用扫描数字化的方式，以数字形式存储是当前解决航空影像管理与应用问题的有效途径，可以满足测绘地理信息部门使用数字摄影测量工作站或其它数字影像处理设备来完成各种图形制作的需要，也满足对航摄资料进行科学管理、快速查询、多用户服务和资料分发需求，是数字档案馆建设的重要基础性工作内容。
在航片扫描过程中，极为重要的一个环节就是扫描仪扫描参数的设定。航片扫描对扫描数据的色彩要求较高，由于航片扫描仪是由多组光学镜光电器件组成的，在使用中难免出现扫描数据的色彩状态与理想状况不符的情况，当这种色彩差异影响到扫描效果时就需要根据扫描仪当前的照明光源、光电特性等对扫描仪进行黑白场校正，达到消除色差的目的。
1 黑白场校正的一般步骤及特殊问题处理
以图1为例，该图是一幅由3幅子图像组成的带有色差的扫描航片图件，用图像处理软件（本文以PHOTOSHOP为例）打开该图，共有2个拼接缝，分别在8cm和16cm的位置存在较为明显的色差（如图2所示）。具体表现是：中间一块图整体较为亮，左边的图稍微暗一点，右边的图最暗。
打开图像R＼G＼B通道，我们发现拼缝处R与B通道均是右亮于左， G通道左右一致。因此可以以左边的第1幅图为基准，依次调整第2 和第3幅图的各个通道的亮度值进行黑白场校正。
本文以海光数码的HG5000为例，介绍航片扫描仪黑白场校准的一般步骤及注意事项。
1.1 黑白场校准的一般步骤
1.1.1清洁玻璃
在准备进行黑白场校正操作之前，首先应将校正区域的玻璃擦拭干净，然后选择校正选项，对扫描仪选定分辨率下的灰度和真彩色进行校正。一般情况下，驱动程序将控制扫描仪对该种分辨率和颜色模式的设置进行校正，校正完约需要几十秒钟。
1.1.2预备扫描仪
校正操作之前，为防止外部光线透入影响校正效果，应合上扫描仪的上盖；为使照明光源达到稳定的亮度，应保证扫描仪充分初始化后方可进行校正操作。初始化完成时间因扫描仪品牌而异，通常大约需要20分钟。
1.1.3设置参数
将分辨率、颜色模式和校准白板三项参数调整为：分辨率-20um、颜色模式-24位彩色、校准白板-标准，进行一次校正操作。之后，逐项修改扫描设置，进行校正。假设有X种分辨率和Y种颜色模式设置，共有X*Y组参数需做校正。
1.1.4试扫描
校准完成之后，设置常用的扫描参数：分辨率-20um、颜色模式-24位彩色、图像质量-标准、拼接方式-直线、底层Gamma-原始、上层Gamma-标准、校准白板-标准，进行图像试扫描。
1.1.5图像的色差分析
在PHOTOSHOP中打开试扫描后得到的图1的直方图对话框，在图中8cm接缝选择一小块左右侧都是均匀的区域，比较左右选择框里面R通道的亮度值。
该图中，左边的直方图值为100，而右边的直方图值是105，B通道左边直方图值是98，右边直方图是105， G通道左右亮度一致。此時，应将右扫描头的R通道亮度值减小5个左右，B通道减小6个左右，G通道不变。
之后，把扫描头2的R通道的值从51改为48，B通道的值从76改为70，重新进行校正。校正完成之后，再次扫描该图。观察图中拼缝处左右各通道的亮度值的变化情况，若向好的方向改变说明校正有效，继续进行多次修改和校正，直至消除两侧的亮度差，也即消除色差。
1.2 特殊问题处理
1.2.1静态偏移值参数校正
一般情况下，校正扫描之后图像拼接处还是存在明显的差值，说明校正参数设置不当，需要对校正参数里面的静态偏移值进行调整。通常，航片扫描仪的校正参数中“分辨率”和“目标设置”中的值不需要修改，“图像质量”常用“标准”档，而“静态偏移初值”是比较关键的一组设置值，它的设置直接影响到校准的效果，进而影响到图像的色差。
“静态偏移值”的设置方法是：当需要增加某个镜头图像的某个通道的亮度时，就需要减小该头该通道所对应的值。例如，当需要将扫描头2的R通道的亮度值增加2个时，可以将原先的值51减小到48。
之后，再次进行黑白场校正、扫描，观察图像中扫描头2所对应的区域中通道R是否变亮。一般，经过反复多次校准，就可以使各组镜头扫出来的图像的色彩一致，消除出现的色差。
校正好第1组镜头与第2组镜头之后，继续对第2组镜头与第3组镜头的亮度差进行校准，直到多组镜头图像的色差达到理想状态为止。
1.2.2扫描仪镜头精调
当扫描仪某组镜头的光电特性偏差较大，经上述步骤的调整和校正，仍然不能达到理想的色彩均匀程度时，就需要采取专门的工具软件来进行更精确的调整。这个工具软件是Calshow。
Calshow软件有详细的使用说明，可以搜寻相关资源仔细阅读。这里简单介绍使用方法。
启动Calshow，打开存储校正数据文件的文件夹，找到需要调整的那个校正数据文件，将其打开，如下图4所示。 图中，水平坐标表示校正数据文件在该分辨率下采样的数值，分为三段。其中，0到10858表示第一组镜头的采样像素个数值； 10859到21716表示第二组镜头的采样像素个数值； 21717到32574，表示第三组镜头的采样像素个数值。
图中垂直坐标表示对亮度的采样值，由于是16位采样，亮度值从0到65535，其中，每256级表示一个亮度，转换成图像处理软件能够处理的灰度等级就是256级。
每个校正曲线的数值中包括两个部分：增量（或者叫增益）和偏移量。向下弯曲的数值曲线表示增量，一段一段水平的直线表示偏移量。
在“通道”框里面选择要想修正的通道。在“类型”框里面选择“增量”或者“偏移”，通常选“偏移”。需要修正某一段曲线数值的时候，就先将该段数值的起始点填写到“修正起始”框里，把这段数值的终点填写到“结束”框里。
接下来，把想要修正的值填写到“修正量”框里。修正量一般采用256、512、1024等档位。
在“模式”框里面默认是“区域”。
以HG5000的20um分段进行校准，修正镜头组中镜头2的颜色通道色差为例：
當需要将扫描头2的R通道的亮度值校少2个时，可以在修正起始和结束框里面填写10681和21360，“类型”选“偏移”，“通道”选R，选择512作为修正量，点击“修正”按钮。注意观察窗口中第二组R增益曲线，该段曲线将微微向上移动。点击修正之后，实际上也就保存了新的数值，就会将原始文件覆盖掉。
然后重新扫描，在PHOTOSHOP软件里面观察图像的色差效果，直到符合要求为止。
2 结语
在航片扫描过程中，黑白场校正是经常遇到的操作行为，只有合理的设置参数校正黑白场，才能有效消除扫描影像间的色差，得到色调区一致、层次分明的优质数字航片。
一个成熟的扫描作业人员需要熟知各参数间关系，依据实际合理调整，才能扫描出质量良好的数字航片。
参考文献：
[1] 游传金，陈永良.谈谈航片扫描中亮点和暗点的设置[J].测绘信息与工程，2006：31（3）.
[2] 陈庆华，乔国军.历史航片扫描及处理[J].测绘与空间地理信息，2013：36（7）.
作者简介：
郧晓光，男，汉族，河北石家庄人，硕士，工程师，主要从事地理信息成果应用及系统开发。