Так как в этой статье мы будем говорить исключительно о сканировании прозрачных оригиналов - слайдов и негативов, - то я опущу все рассуждения о непрозрачных образцах. Статья написана для читателя, подготовленного в области фотографии и компьютерной обработки изображения, а также владеющего основными понятиями: интервал оптических плотностей, полезный интервал оптических плотностей, широта фотоматериала, контраст, средний градиент и т.п.

А что имеем?

Для начала рассмотрим параметры сканера Epson Perfection 1650 photo. Он единственный, который у меня есть, и было бы странным, если бы я описывал нечто иное. Итак, по некоторым данным этот сканер в режиме сканирования прозрачного оригинала может воспринимать разницу плотностей ΔDscanner=3.2, по другим данным его динамический диапазон составляет ΔDscanner=3.0. Проведённые мною исследования говорят о гораздо более скромных характеристиках по этому параметру, стало быть, производители лукавят (хотя, они вообще не указывают динамический диапазон, по крайней мере для сканеров этого уровня), говоря, что мы можем «безболезненно» сканировать цветной негатив. Я утверждаю, что в том виде в каком сканер поставляется, цветной негатив без потерь отсканировать невозможно. Итак, приступим.

Что означают все эти буквы, цифры?

D—плотность, или десятичный логарифм непрозрачности.
Известно, что человеческий глаз воспринимает равномерно увеличивающейся по яркости такую шкалу, поля которой по коэффициенту отражения (или пропускания) идут не в арифметической прогрессии (10%, 20%, 30% ...), а отличаются друг от друга в геометрической прогрессии (1%, 2%, 4%, 8%...) - а это есть ни что иное, как логарифмическая зависимость. Вы, наверное, знаете, что и нотный ряд, его частоты (колебания струны) отличаются друг от друга тоже в геометрической прогрессии. Тоже самое можно сказать и о силе звука, которая измеряется в известных вам децибелах.

Итак, человеческий глаз воспринимает соотношение оттенков по логарифмическому закону, поэтому в технике сканирования и т.п. используется именно эта шкала. Изменение на D=0.3 в большую сторону говорит о том, что глаз видит объект в 2 раза темнее. Измеряется плотность в белах.

D	0.0	0.3	0.6	0.9	1.0	2.0	3.0
кол-во прошедшего света	100%	50%	25%	12.5%	10%	1%	0.1%

Dmax—максимальная плотность.

Dmin—минимальная плотность.

ΔD—соотношение неких плотностей, как правило Dmax-Dmin

ΔDscanner—диапазон плотностей (Dmax-Dmin), которые способен воспринимать сканер.

Как проводились исследования

Для того, чтобы иметь большой диапазон плотностей, я использовал сенситограмму чёрно-белой фотоплёнки, мне известны все абсолютные плотности её полей (с учётом минимальной плотности Dmin, или, проще, с учётом «плотности вуали»), промер за статусом «М» денситометра. Сканирование ч/б негатива, как правило происходит в «смешанном» канале, поэтому сканировать я буду именно его. За поле с плотность D=0.0 я принял само свечение лампы, т.е. отсканированный участок изображения без плёнки. Сенситограмма имела максимальное почернение Dmax=2.3, для того что бы получить почернение с плотностью Dmax=2.6 я использовал нейтрально-серый фильтр с плотностью D=0.3 прижатый к области макимального почернения сенситограммы. Сканирование производилось программой Xsane (платформа Линукс) на разрешении 300dpi в ч/б режиме без каких-либо корректировок (яркость, контраст, уровень «серого»), предостовляемая Xsane возможность задать яркость «железом» не использовалась. Полученный 16-битный файл измерялся «пипеткой» 5x5 пикселей в Photoshop'е.

Полученные результаты:

Dtest	0.0	0.3	0.35	0.4	0.48	0.54	0.65	0.8	0.9	1.0	1.15	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	1.96	2.06	2.1	2.2	2.3	2.36	2.4	2.5	2.6
Dscan	0.0	0.17	0.2	0.22	0.26	0.3	0.36	0.43	0.5	0.57	0.63	0.72	0.8	0.85	0.92	0.96	1.1	1.1	1.15	1.15	1.2	1.3	1.3	1.4	1.4	1.4	1.4
%	0,00	33	38	41	46	51	57	63	68	73	77	81	84	86	88	89	92	92	93	93	94	95	95	96	96	96	96

где: Dtest—плотность в испытуемом негативе; Dscan—значение персчитанное из процентов почернения Photoshop' а в белы; %—процент почернения измеренный Photoshop'ом.

Анализировать полученные значения без подготовки достаточно трудно, да и не нужно. На основании этих данных был построен график (характеристическая кривая), по оси X были отложены значения Dtest, по оси Y—значения Dscanner

Анализ полученных данных

Теперь анализировать график гораздо легче :-) Итак, что мы видим: кривая графика до Dtest=1.6 достаточно ровная и плавная (обозначена зелёным цветом), ), значит сканер передаёт значения до этой плотности почти пропорционально, без искажений.

Между Dtest=1.6 и Dtest=2.35 кривая имеет вид ломаной линии (обозначена жёлтым цветом), поэтому осмелюсь предположить, что на этом участке характеристической кривой сканер выдаёт «додуманные значения». Т.е. матрица их воспринимает, но выдаёт что-то невразумительное, что бы «переварить» их в «нормальный» вид, сканеру приходиться корректировать эти значения. Это можно сравнить с «децибельником» в профессиональных видеокамерах. Когда уровня освещённости объекта недостаточно, оператор включает «децибельник», камера начинает увеличивать уровень сигнала получаемого от матрицы, фактически происходит усиление электрического сигнала. Увеличивается и то, что нужно, и то что не нужно. Таким образом, одновременно c изображением, происходит усиление шумов. В сканере происходит нечто похожее: на этом участке Dtest появляются шумы, поэтому кривая и имеет вид ломаной.

А теперь самое весёлое. Кто там писал про ΔDscanner=3.0 у этого сканера? Ну-ну... За значением Dtest=2.35 этот сканер вообще ничего не воспринимает! Так что ΔDepson_perfection_1650_photo=2.4!, да и то, только потому, что Dtest=2.35 является последним полем, которое имеет возвращённое сканером значение отличное от предыдущего. Сами понимаете, кроме как красным цветом я это выделить не мог :-)

Итоги:

• Сканер способен нормально, почти без искажений воспринимать плотности прозрачного оригинала до 1.6
• Сканер, внося искажения и «шумы», но всё же способен воспринимать плотности от 1.6 до 2.35
• Сканер слеп за плотностью 2.4, любую плотность выше этого значения он воспринимает как чёрное.

Что делать?

Давайте посмотрим, что нам предлагает производитель сканера. В Xsane (если быть точным, то в backend'е Sane) есть возможность регулировать яркость с помощью «железа». Т.е. сканер как бы повышает яркость лампы, для того чтобы «пробить» Dmax=2.4. На самом деле, никакого повышения яркости лампы не происходит, сканер (а точнее его firmware) обрабатывает получаемые значения, в результате мы должны получить более высокое значение максимальной плотности, которое сканер интерпретирует как чёрное. Итак, будем использовать возможности предоставленные производителем. Устанавливаем значение Brightness в Xsane на максимум, который позволяет «железо». В нашем случае это 3.

Для сравнения была оставлена первая характеристическая кривая (test 1), новая кривая (Brightness=3) обозначена красным цветом цветом (test 2). Приступим к сравнительному анализу: сканер как имел ΔDscanner=2.4 так и имеет, на основании чего можно судить о том, что «децибельник» (режим усиления сигнала) включен всегда, и работает на участке Dtest=1.6 Dtest=2.4, так как никаких новых, более высоких значений Dmax_test сканеру различить не удаётся.

Характерная ломаная линия на участке Dtest=1.6-2.4 стала плавной, что говорит о том, что firmware сканера, при включении опции повышения яркости, преобразует получаемые от матрицы значения более правильно с точки зрения тонопередачи. Но если судить по изображениям, «шумов» от этого меньше не становится, их становится только больше, так как происходит их усиление, или, возможно, «шум» становится более ровным. Скорее всего, верно последнее.

Теперь взглянём на участок от Dtest=0.0 до Dtest=0.5, кривая на этом участке имеет низкое значение гаммы. То есть света будут переданы мягко, и светлее чем они есть на самом деле.

Оценим полученный результат в целом: повышение яркости происходит не за счёт эффективного использования плотностей, а за счёт изменения уровня всех плотностей (обратите внимание, каким тоном передаётся значение «чёрного», если в test1 он находится на значении Dscanner=1.4, то в test2 на значении Dscanner=1.2). Применять эту опцию не имеет смысла. Никакого полезного увеличения яркости мы не получим. «Серое поле» станет светлее; «белое поле» останется таким же, каким и было; «чёрное поле» тоже станет светлее, но никаких новых деталей там не появится. Сканер как «видел» Dscanner=2.4, так и «видит». Зато повыситься уровень «шумов».

Честно говоря, когда я делал этот тест, то думал, что Epson всё же «сдвинет» кривую вправо, т.е. мы потеряем детали в светах, но получим в тенях, т.е. Dscanner не измениться, но будет работать на другом участке Dtest=(Dmax-Dmin). Возможно, производитель пытался реализовать эту возможность. На это указывает характеристическая кривая в диапазоне Dtest 0.0-0.5. Предположу, что сделано это для того, чтобы не терять детали в светах в случае смещения кривой вправо. На практике, уменьшился только средний градиент.

Сканирования чёрно-белых негативов.

Попытаемся доказать на практике полученные результаты. Для «чистоты» эксперимента я буду всё время использовать один единственный чёрно-белый негатив. Замечу, что используемый негатив имеет нормальные плотности, а также проявлен до среднего градиента 0.62, что де-факто является стандартом. В кинолаборатории он печатается на 11-м свету, что является нормой.

Как мы уже выяснили, одной из проблем сканирования как негативов, так и слайдов является наличее «шумов» в изображении. Это явление особенно заметно при сканировании достаточно плотных (тёмных) оригиналов. Связано это с ограниченностью диапазона оптических плотностей ΔDscannner=Dmax-Dmin.

Например: сканер «Nikon Coolscan 4000» способен воспроизвести диапазон оптических плотностей 4.2 (так не хочеться никого огорчать... про Epson 1650, я уже выяснил его ΔD=3.0 :-) ). Сканеры попроще имеют более скромные показатели.

Максимальный интервал оптических плотностей ч/б негатива 2.5, ΔDmax слайда = 3.0, цветного маскированного негатива около 2.5, но из-за наличия маски этот тип негативов обладает большим Dmin.

Я убеждён, что ΔDscanner=3.0 вполне достаточно для сканирования чего угодно, кроме, пожалуй, рентгеновских снимков. Проблема состоит в том, на каком участке негатива (слайда) находится этот ΔDscanner=3.0. Попробую объяснить почему.

Отбросим знания о фотобумаге, она бывает особоконтрастная, контрастная, нормальная, полумягкая, мягкая. Будем использовать в примере нормальную бумагу, потому что регулировать контраст позитивным материалом—«преступление». Позитив должен быть стандартным (такие правила в кинематографе, да и в фотолабораториях тоже), надо уменьшить/увеличить контраст - работай с негативом (меняй время проявления, делай ДДЗ, используй фильтры, контратипы и т.д.). Итак, используем стандартный позитив.

Знаете, какой диапазон плотностей позитив способен воспроизвести? ΔD=1.0! Всего!

Какой вывод можно сделать из всего выше сказанного - да то, что негатив содержит огромное количество плотностей, которые в позитиве не пропечатаются. В начале XX века ходила байка, что средний градиент (коэффициент контрастности) негатива при умножении на средний градиент позитива должен давать 1.0, тогда, мол, градации будут переданы правильными тонами. Что в итоге? - вялые изображения! Произведение должно быть 1,7~2.2

Таким образом, для сканирования негатива достаточно даже ΔDscanner=1.7 на случай, если мы захотим сымитровать «особомягкую» бумагу.

Для наглядности на графике характеристической кривой я отметил полезный интервал плотностей негатива. Тест-объект с такими плотностями (симпатичная девушка и ряд серых плотностей) поставляется фирмами-производителями фотопленок для отстройки работы минилабов.

Как видите, полезный интервал плотностей негатива без каких-либо трудностей помещается в «безопасный» интервал плотностей воспринимаемых сканером. Если мы правильно экспонировали плёнку, то мы можем позволить себе даже Dmin=0.5, но для ч/б негатива (не маскированного) это очень большая минимальная плотность.

Какой вывод можно сделать? Для сканирования нормального ч/б негатива более чем достаточно ΔDscanner=1.6~1.7

Сканирование цветных маскированных негативов

Как было сказано выше, цветной маскированный негатив имеет ΔDmax=2.5, обладая при этом высокими значениями минимальной плотонсти Dmin. Для примера, измеренный мною цветной негатив Fuji имел следующие значения Dmin:

Не сложно заметить, что красный канал, без проблем помещается в «безопасной» зоне, имеется даже небольшой запас; зелёный канал заходит в «опасную» зону тёмными участками негатива (в позитиве они станут светами); синий канал заходит в «опасную» зону наполовину, от серого до белого участка в позитиве.

Следовательно, в красном канале «шумов» не будет; в зеленом канале канале «шумы» появятся в светлых участках позитива; в синем канале «шумы» будут от серого до белого. Давайте попробуем это подтвердить.

Как я уже говорил, я буду использовать один и тот же ч/б негатив. Чтобы сымитировать цветную маскированную плёнку, на негатив был наложен неэкспонированный отрезок цветной негативной плёнки Fuji. Также я продемонстрирую гистограммы получаемых результатов. Итак, сканируем «цветной» негатив!

Как видите шумов нет ни в одном из каналов. Итак, наш «враг №1»—желто-оранжевая маска! А точнее, высокая минимальная плотность за синим фильтром. И с ней приходится бороться.

Конечно, при фотопечати этих проблем не возникает, фотобумага (не советская :-)) уже сбалансирована по светочувствительности слоёв под оранжевый цвет маски. У современных цветных фотобумаг светочувствительность к синим лучам примерно в 20-30 раз выше, чем к красным. Дело в том, что фотобумага (в фотоувеличителях, в фотопринтерах) экспонируется не белым светом, а желтоватым светом лампы накаливания, да еще прошедшим через оранжевую маску. В сканерах, которые специально не предназначены для сканирования негативов, матрицы балансируются для оцифровки слайдов и НЕмаскированных негативов.

Производители сканеров пытаются решить эту проблему разными путями. Мой Epson, например, позволяет сканировать 48-ми битное изображение, по 16 бит на канал, чтобы было чего «растягивать». Эффект, конечно, есть. По сравнению с 8-ми битной картинкой разница колоссальная. Nikon же в своих сканерах использует дорогую матрицу, способную «видеть» ΔD=4.2, но там другие проблемы, как раз из-за этого :-)

Кстати, на Epson'е плохо сканируются не только цветные негативы, но и плотные (допустимо плотные, разумеется) ч/б негативы, а также плотные слайды. Причины смотри выше.

Таким образом, то, что предпочтительно для фотопечати (передержка негатива на 1/2 диафрагмы), становится катастрофой при сканировании. Как же с этим бороться? Что делать?

Что делать? Дубль два!

То же, что при фотопечати: увеличить экспозицию!
Если при фотопечати мы можем увеличить выдержку или приоткрыть диафрагму, то при сканировании мы сможем только увеличить яркость источника света (т.е. лампы). Хотя, в варианте «от производителя» мы даже этого сделать не сможем. Я, по крайней мере, не слышал о реализации этой возможности в «бюджетных» моделях. Это всё, конечно, здорово, но применимо только к сканированию ч/б негативов.
В цветном варианте необходимо использовать регулировку экспозиции по трём каналам (на самом деле достаточно двух,—по синему и зеленому каналу, голубой маски я никогда не видел). Существуют разные пути для реализации этой возможности:

1. Использовать цветосмесительную головку от цветного фотоувеличителя, или цветные фильтры, противоположные цвету маски (например, компенсационный синий фильтр для ламп накаливания ), чтобы так сказать, «нейтрализовать» маску - сделать её нейтрально-серой. И повысить яркость лампы, дабы «пробить» полученную равную по каналам Dmin_негатива.
2. Использовать три прохода (по одному на канал) с разной экспозицией для каждого из каналов.
3. Пути решения для производителей:
   • использовать лампы разного типа для сканирования цветных негативов (с более высокой цветовой температуры), и слайдов;
   • использовать лампы более высокой яркости (с запасом), и возможностью эту яркость уменьшить (хорошей идеей кажется использование серого фильтра вводимого перед лампой, никаких изменений цветовой температуры!).
   • Использовать две матрицы. Одну сбалансированную для слайдов, вторую для маскированных негативов (дорогой путь).

Что же делать обычному пользователю? Думаю, что описанные в первом и втором пунктах решения возможно реализовать в домашних условиях. Более реальным мне кажется первый вариант. По крайней мере, сделать Preview можно без использования специфического «софта» (никто написать не хочет? :-) ). Например, сделать «световой бокс» с возможностью вставлять фильтры и таким образом регулировать цветность и яркость светового потока. Или использовать цветную головку от увеличителя. А родную лампу оставить для ч/б негативов нормальной для сканера плотности, а также нормальных слайдов.

Всё-таки почему достаточно ΔDscanner=3.0

Да потому, что на слайде если и есть большая плотность, то скорее всего она не нужна, нужно уметь использовать хотя бы ΔDscanner=3.0, но в том месте интервала плотностей оригинала, где это действительно требуется.
Проблема состоит в том на каком участке негатива (слайда) находится этот ΔDscanner=3.0. Делать ΔDscanner больше, просто нет смысла, а в случае с Coolscan'ом даже вредно. Потому, что в итоге с негатива получается достаточно мягкая (или малоконтрастная) картинка. Любое же повышение контраста, или гаммы, с помощью «софта» повышает уровень "шумов". Правда, можно отсканировать изображение с разрешением 4000dpi, провести все корректировки, и уменьшить разрешение. Но тогда получается, что 4000dpi нужно только для того, что бы затем его уменьшив, подавить шумы? Запутанно получилось… сорри. В любом случае это очень хороший сканер, за те деньги которых он стоит.
Короче, нужно увеличивать не ΔDscanner, а добавить возможность регулировать экспозицию!

Забери свой негатив обратно! Мне нужен слайд!

Когда-то, я не очень хорошо себе представлял, почему полиграфисты терпеть не могут сканировать негатив, предположений было много: не хотят возиться с цветопередачей, поднимать контраст—и всё в этом роде. Основная причина состоит в другом. В принципе «шумы» есть всегда, либо они видны, либо нет. Так вот, из всего вышесказанного следует, что «шумы» имеют свойство появляться в наиболее тёмных участках оригинала. При сканировании слайда «шумы» оказываются в тенях, а разглядеть «шумы» в тенях достаточно проблематично. При сканировании негатива «шумы» также оказываются в его наиболее тёмных участках. И всё было бы неплохо, если не надо было негатив обращать. Уже догадались? При обращении негатива в позитив «шумы» оказываются в светах, и рассмотреть их не составляет никакого труда, а вот не заметить—действительно, проблема.
К тому же, при современных реализациях сканеров, даже профессиональных, отсканировать негатив качественно практически не возможно! Для этого нужно управлять экспозицией. Вы знаете такие сканеры? Если да, пришлите мне на e-mail названия и, если возможно, ссылки.

Что скажешь о новых ч/б маскированных плёнках?

Скажу, что Леонид Васильевич Коновалов сделал эту «новую» плёнку на "Свеме" ещё в 1989 году (могу соврать, но времена те), для того что бы "безболезненно" использовать ч/б кинокадры в цветной печати.
Ну, да ладно... Основной цвет маски «оранжевый», следовательно, лучше всего через неё проходят красные лучи. Как следствие, маска имеет самую низкую минимальную плотность в красном канале. Просто сканируйте красный канал. Если такой опции нет в вашем драйвере, сканируйте RGB и берите красный канал; «остальное» можно выкинуть :-).

Что нужно домохозяйке?

Для того, что бы качественно отсканировать стандартный негатив, домохозяйке нужен сканер имеющий >=ΔDscanner=1.7 и три «ручки». Две для регулировки кол-ва синего и зеленого света, и «ручка» регулирующая общую яркость источника света.
Для сканирования стандартного слайда нужен сканер имеющий >=ΔDscanner=2.5 и «ручка» регулировки яркости лампы.

Выводы:

1. Сканер Epson perfection 1650 photo имеет ΔDscanner=2.4, полезный интервал плотностей ΔDscanner=1.6
2. В том виде, в каком сканер поставляется производителем, он годен для сканирования:
   • ч/б негативов, в том числе маскированных (красный канал);
   • слайдов нормальной плотности с небольшим количеством тёмных участков;
   • немаскированных цветных негативов (помните советскую плёнку ДС-4);
   • сканер условно годен для сканирования цветных маскированных негативов. Практическое применение этих «сканов» под большим вопросом. Годятся только для "превьюшек".
3. Чем более плотный оригинал мы сканируем, тем больше имеем «шумов».
4. Сканер можно адаптировать для сканирования цветных маскированных негативов, если «прикрутить» к нему лампу большей мощности, и использовать цветные (сине-голубые) фильтры для коррекции цветности светового потока.

Лирическое отступление (циничное)

В общем-то, это нормальная ситуация, когда сканеры делают люди, которые кроме фотографии жены ничего не сканировали и имеют скудные знания о негативах, позитивах, и остальной «ерунде». Кинокамеры (да и не только камеры) делают люди, которые в кино не работают.
Эти же ребята (камень в огород кодака и фуджи) придумали маску для цветной плёнки (если кто не в курсе, толку от неё мало, практически нет) и четвёртый фиолетово-чувствительный слой, вместо того чтобы изменить спектральную чувствительность красного слоя. Именно из-за этих "друзей" в нашей стране вместо своего, нормального, был введен неправильный стандарт измерения плотностей (зато соответствует мировому!), а то, что кривые на идеальной плёнке имеют из-за этого разную гамму - так это никого не волнует. Так, лирическое отступление…

А как сканируешь ты?

Фирменные эпсоновские «дрова» годятся только для проверки работоспособности сканера при покупке, ну и сканирования текстов (в 48-битном режиме :-)).
Я использую линукс с программой Xsane, потому что там есть «вагон» и маленькая тележка" ручных настроек, в том числе настроек железа. И главное - Xsane ничего не стоит! Почему не использую SilverFast ?, потому что его у меня нет :-), а моя демо-версия «приказала долго жить». Если кто-нибудь даст - не обижусь :-). На днях попробую VueScan, говорят неплохая программа для сканирования, и есть версия под линукс.
В планах прикрутить цветную головку от «Krokus GFA» к своему сканеру. Думаю, что сделаю это в ближайшее время.

На фото пейзаж неподалёку от станицы «Казанская» Ростовской области.

Благодарность.

Выражаю огромную признательность Леониду Васильевичу Коновалову за помощь в исправление, по его собственному выражению, «орфографических» ошибок.

Материалы использованные при написании статьи:

• Л.В. Коновалов, «Как разобраться в киноплёнках», ВГИК, 1997г.
• В.А. Яштолд-Говорко «Печать фотоснимков», «Искусство», 1967г.
• Материалы сайта bog.pp.ru

Ответственность?

А что это такое? :-)
Мнение автора по изложенному выше вопросу не является «истиной последней инстанции». Я лишь излагаю то, что проверил, попробовал, «пощупал»… Мнения, выводы, результаты и утверждения автора могут не совпадать с вашими, или кого-либо ещё. Данные в статье рекомендации не следует воспринимать как руководство к действию. Все предложения, которые вы, возможно, реализуете в вашем оборудовании после прочтения этой статьи, вы совершаете на свой страх и риск. Автор не берёт на себя ответственности за любой ущерб, который может быть прямо или косвенно причинен использованием рекомендаций, изложенных в данной статье.

Авторские права

Эта статья, а также её переводы, могут быть воспроизведены и распространены полностью или частично на любом носителе физическом или электронном, при условии сохранения этой заметки об авторских правах на всех копиях. Коммерческое распространение разрешается и поощряется; но автор статьи желал бы знать о таком использовании.

Все переводы и производные работы, выполненные на основании этой статьи должны сопровождаться этой заметкой об авторских правах. Это делается для предотвращения ограничения свободного распространения этой статьи. Исключения могут составить случаи получения особого разрешения у автора, с которым можно связаться по адресу приведенному ниже.

Автор хотел бы распространить эту информацию по разным каналам, но при этом сохранить авторские права и быть уведомленным о всех планах распространения статьи. Если у вас возникли вопросы, обратитесь к автору этой статьи по электронной почте: <hot-orange@narod.ru>

© Василий Гладкий, 2003