器物數位化技術

出自 TELDAP
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前言

文字與影像資料數位化為故宮器物數位典藏子計畫之主要工作,亦是計畫投入最多人力與物力之部分。因此,本計畫主要與技術有關係的議題,即是在進行文字與影像資料數位化過程中所採用的技術,以及使用這些技術的經驗。這些技術不一定是最新研發出來的,但是相較於其他科學領域,將數位化或資訊化技術應用在與歷史、考古及藝術學門有關的文物典藏上,仍舊屬於較為新穎的範疇。正因如此,數位化所應用的相關技術,在經驗的累積與不斷地嘗試下,也跟著不斷地演進與不斷地修正,記錄此時此刻所使用的技術與經驗,具有數位典藏的歷史意義。

背景說明

故宮器物數位典藏子計畫的願景:「加快速度來完成大量高品質的數位成果」。故宮目前院藏器物有7 萬餘件,且仍陸續收購或接受捐贈,藏品數量龐大、種類繁多為一大特色。為滿足本院政策─在2008年前完成所有器物數位化工作,數位化速度是本計畫執行首先要克服的重點。此外,資料的品質與資料的使用亦是本計畫所關注的項目,因而,應用的技術也儘量能同時滿足數位化速度與品質。

自91年至93年上半年,共計完成文字資料約7 千筆、影像資料約4千筆,且為提昇器物之影像資料數位化速度,於92年9月完成第一套「器物數位攝影系統」建置,並於93年9月完成第二套「器物數位攝影系統」建置,將以直接影像數位化方式,加快器物數位影像擷取速度。同時,於影像資料數位化過程中,導入色彩管理系統及相關標準,將數位影像用於噴墨印表機的大型輸出與印刷成精美圖錄,以驗證數位影像品質,以及累積數位影像應用的經驗。

目標

本文希望達成的目標如下:

  • 記錄故宮器物數位化採用的技術與經驗。
  • 提供性質相同的數位典藏計畫參考。

範圍

本文主要說明故宮器物數位典藏子計畫導入數位化技術的作法,分別說明器物文字資料數位化與影像資料數位化之相關技術與經驗。文字資料數位化內容包括數位化工作流程、後設資料(Metadata)規格書製作與後設資料的操控;影像資料數位化內容包括數位化工作流程,器物數位攝影系統的規格及數位影像品質管控作法的記錄。由於本計畫主要負責器物數位內容的生產,因此,本文不涉及有關系統開發建置的部分。影像資料數位化部分,由於本計畫主要以直接影像數位化的數位攝影技術為主,所以,有關間接影像數位化的正片委外掃描部分則不在本文範圍。

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文字資料數位化

文字資料數位化的定義為將器物相關的資料數位化成可供電子計算機存取的標準化格式。以下將先從故宮器物文字資料的特色談起,續談目前所使用的相關數位化技術,並從數位化工作流程中說明本計畫的作業步驟,最後說明對數位化資料品質的管控作法。

器物文字資料的特色

故宮收藏器物的種類相當多元,且大都為清宮收藏文物,時代範圍超過七千年,數量超過七萬件,可謂中國器物之精華所在。數量龐大且種類繁多,而這些器物的基本資料齊全,唯詳細的研究資料尚未健全,故自93 年起,我們的目標將是第一階段的建立基本資料。

另外,為了將來便於後設資料的檢索,源用圖書館資訊管理的權威檔概念,針對器物主題進行權威檔建置。預計以銅器、瓷器與玉器順序,陸續建置紋飾資料庫,待分析器物紋飾後,參考目前相關紋飾的權威用語,定訂標準紋飾名稱,並完成紋飾權威檔的建置,以利將來後設資料庫系統的檢索。

數位化技術

目前將文字資料數位化技術主要有Microsoft Office Excel 軟體、中研院計算中心所開發的器物數位典藏系統與主題紋飾權威檔、中研院文獻處理實驗室的漢字構形資料庫及中研院資訊所的先秦銅器紋飾資料庫。各技術扮演角色說明如下:

Excel:為計畫人員整理器物文字資料使用。在電腦不發達時代,研究成果多半抄寫於紙上。現在由於電腦的便利性,研究資料得以直接以電腦格式儲存,並轉存或轉匯於其他格式或資料庫。使用Excel 作為文字資料整理工具,優點是容易使用、輸入速度較快、檔案可攜性高(幾乎PC 電腦都有Office)、並且可轉換成其他資料庫可接受的格式;缺點是資料表格形式與資料庫並非完全相同,匯入資料庫時需進行調整,且編碼與資料庫不一致時會發生亂碼。

器物數位典藏系統:Excel 檔轉匯入器物數位典藏系統之資料庫,透過系統管理介面進行資料之新增、刪除、修改及報表列印等資料管理功能;透過檢索介面進行資料之檢索與瀏覽等功能。

主題紋飾權威檔:為增加資料檢索效力與速度,需依靠權威檔來統一主題詞彙的用法。以器物而言,紋飾屬於最重要的研究主題之一,因此,如果紋飾用語能夠達到一致性的話,將有助於資料檢索精確性。

漢字構形資料庫:先秦時代前的器物之銘文、款識多為篆文、金文或甲骨文等非電腦可辨識之文字(或稱缺字或難字),漢字構形資料庫的開發即是用來解決此一問題。目前器物的缺字解決方式是依每年文字資料數位化時所遇到的缺字,交由文獻處理實驗室代為建構,只要輸入正確之缺字構形於Excel 檔中,即可在缺字造字後,於系統上呈現正確的缺字。

先秦銅器紋飾資料庫:為主題紋飾權威檔的分析系統。先秦銅器紋飾資料庫匯集大部分先秦銅紋飾資料,包括中國青銅器全集及故宮與史博館的先秦青銅器紋飾資料,由研究人員加以研究分析後,產生紋飾標準名稱,再將各紋飾彼此間的關係與出處等資料輸入主題紋飾權威檔中。

數位化工作流程

文字資料數位化流程圖.jpg
文物基本資料建置流程圖.jpg
  • 制定標準

文字資料數位化流程採用CDWA ( Categories for the Description of Works of Art )這套後設資料標準,不僅能將故宮器物的欄位屬性分析得更徹底,更可使故宮的後設資料(metadata) 標準與國際博物館的標準接軌。經與中研院後設小組多次分析與比對,故宮器物典藏數位化系統所需之後設資料元素和CDWA 對照結果如圖1,並將故宮獨特之器物屬性,修訂成規格書1.0 版,至九十二年已修訂為1.1 版,作為系統建置依據。

圖1:CDWA Mapping(局部).jpg
  • 文字資料蒐集

按「制定標準」流程所制定的〈故宮器物數位典藏子系統 後設資料需求規格書〉1.1 版,首先,將文字資料區分為文物基本資料(即核心欄位,如品名、時代、尺寸、質材、典藏號、說明文等約20 個欄位)與完整資料(包括,形制、紋飾、款識、著錄、展覽等資料,約近百個欄位),進行文字資料蒐集。

由助理將根據典藏清冊(90~93 年),配合計畫書之數位化時程(銅、玉、瓷等),將所欲數位化之器物文字資料進行整理建檔,填入Excel 資料表中,作為資料整理平台及日後匯入建置完成的資料庫中。

  • 文字資料建置

資料建置三部曲:

首先,進行文物基本資料蒐集及核對工作,對來自於文物庫房管理系統的文物基本資料進行資料格式的確認,並參考與比對記錄文物資料之其他來源,如清點清冊與庫房管理帳冊、以及庫房管理系統之資料庫圖文檔案。

其次,整理文物之基本資料(核心欄位)建置於Excel 表單中,如圖2,核心欄位多半係為資料庫必填資料,必須注意:文字資料的建置得按照固定統一的著錄規範來進行之,不僅為校對所需,同時,成為日後提供檢索之內容。以文物的品名為例:

1. 「品名」以目前最新之院內出版品為準,前加註年代。

2. 文物品名依序包括下列元素:時代+質材+紋飾+形制。

3. 若另有「考古學文化」、「款識」等則列於時代、質材之間。

4. 以上通則,如有慣用之品名,仍延用之。

5. 如時間與官窯、款識有重複者,以精簡為尚取其一。時代、考古學文化、窯址之間以一半型空白間隔。

文物完整資料多半來自於研究人員的研究成果、展覽圖錄,將由助理針對故宮月刊及相關出版圖錄,另行將資料輸入於個別的Excel 表單中,如形制、紋飾、款識、著錄、展覽等小表單。

圖2:核心欄位Excel表單.jpg
  • 缺字建置

因部分資料涉及難字的問題,如帶銘銅器之品名及款識部分之著錄,無法以系統內定之輸入工具、及字型來處理,因此,採用中研院資訊所開發的漢字構形資料庫系統,作為難字之解決方案,圖3 為構字式的系統著錄介面。當著錄缺字時,先行進入此著錄介面中,確定該字型是否可以用「構字式」表達,如可行,則將其字碼建入典藏資料庫之中。

圖3:難字系統介面.jpg
  • 資料彙入、線上修訂

資料彙入的先後順序,大體每年的第一季優先完成「文物基本資料(核心欄位)」的建置,至第二、三季將建置完整的文物資料,包括:形制、材質、紋飾、款識、著錄、展覽…等資料。當文物資料、缺字建置初步完備後,自第三季起,即由資訊中心技術人員將Excel 表單彙入器物數位典藏系統中,並同時標註資料屬性為「填表」狀態,並由研究助理進行線上修訂,同時完成數位圖檔之連結。

  • 研究人員校對、開放

在器物之文字資料輸入後,並加上各器物的數位圖檔連結後,仍需由研究人員進行資料之校對,以確保資料正確性。首先,進入典藏系統著錄介面中,選擇「報表」格式,以文物為單位逐筆列印,並標註日期、經手人,由助理進行初校。如尚有修正,直接標註於紙本。

其次,交由器物處研究人員二校,如資料正確直接於初校稿上簽名、日期,如有修改,則以紅筆標註。最後,交由經手人線上修改資料,同時,按照校對稿與庫房管理系統再次進行,並於資料屬性由「校對」改標註成為「開放」,可供。圖4 為校對用之報表(局部)。

圖4:校對用報表頁面(局部).jpg
  • 文字資料品質管控作法

文字資料品質在此主要為數位化過程資料的正確性,資料在經過蒐集與輸入程序可能產生錯誤,品質的好壞在於錯誤發生的有無或錯誤資料的多寡。本計畫在品質控管上的作法即是透過研究人員的校對,將已輸入到系統的資料列印出來,逐筆校對後,再由計畫工作助理進行更正,將資料錯誤降低到最小。

影像資料數位化

數位化工作流程

  • 前言

影像資料數位化是本計畫最重要的工作之一。自90年計畫開始,影像資料的數位化以拍攝正片再委外掃描為主,截至93年止,院存器物底片已全數掃描完成,而事實上,百分之90的器物沒有底片,因此,自92年起,本計畫即自己著手建置器物數位攝影系統,於同年10月開始執行直接影像數位化工作。

就本計畫而言,影像資料數位化工作的本質是生產器物的數位影像,因此,作為此工作流程的最終產物─數位影像,其品質的優劣關係到計畫的成效。我們不只要快速生產大量的的數位影像,更重要的是高品質的數位影像,並試圖掌握所有相關的品質影響因素,以獲得接近複製品質的數位影像,奠定未來應用與研究的基礎。

要生產高品質的文物數位影像需要四個關鍵─專業知識、標準、數位化設備、工作流程,這四個關鍵必須環環相扣,才能獲得最佳品質的數位影像。影像數位化處理的專業知識為生產基礎,有Know How 才能解決影像數位化過程所發生的問題,才能設計或採用標準,才能採購正確與適用的設備,以及制定與採用正確的工作流程,這部分尚包括攝影的專業,因為其所決定的影像美感屬於主觀影像品質因素。標準是品質的標竿與溝通的條件,用來說明數位影像為什麼好與如何用,相關組織如,ISO、ICC、CIE 等等,遵守標準最大的好處是便於溝通,以及面臨長久保存時較不易被淘汰。數位化設備為生產工具,好的機具才能生產好的數位影像。但由於數位化設備種類繁多,在評估採購時更需要專業的知識,才能買到好的機具。工作流程則是正確的使用專業知識、標準與數位化設備,以最佳的組合生產高品質的數位影像。

以下圖文,主要說明本計畫在影像資料數位化工作流程的作法,敬請參考!

器物直接影像數位化工作流程圖.jpg
  • 制定標準

流程定義:此流程用以說明數位影像,如檔案規格、位元深度、色彩模式及檔案大小等。 流程目標:作為影像資料數位化之標準。

因影像數位化後的儲存與使用,於故宮乃隸屬資訊中心與出版組之業務,因此,影像格式由他們統一制定檔案規格及類型。但因使用數位攝影方式進行影像數位化時,與正片委外掃描的影像檔案大小考量不同。正片掃描取決於掃描機具取樣之比率,影像大小為正片之尺寸乘上掃描解析度,而數位攝影之影像的大小取決於數位相機或數位機背的總畫素資料量來決定。以92 年器物數位攝影系統所採用之PhaseONE H5 數位機背,畫素為2032*3056,其總畫素約為600 萬,換算成輸出解析度約可達300dpi 10*6.77 吋。

針對數位典藏的需求及該數位機背軟體之功能,共計四種檔案規格:RAW、48bitsRGBtiff、24bitsRGBtiff、200Kjpeg。RAW 為該數位機背之原始檔,約13MB;48bitsRGBtiff 檔約36MB;24bitsRGBtiff 檔約18MB;200Kjpeg 檔則大小在50~300KB 之間(因jpeg 為失真壓縮格式,會隨著影像的複雜程度而影響其影像大小)。

  • 前置作業

流程定義:此流程為器物在進行影像數位化前的準備工作,主要為器物的清潔與器物現況記錄。另外尚包括數位攝影系統的準備工作,主要為數位化設備的校準及暖機、數位化資訊記錄清冊的準備等。 流程目標:使影像資料數位化流程順利進行,減少拍攝時間的浪費。

全面數位化的影像數位化作業以銅器為始,依儲存之箱號順序,逐一拍攝。研究人員、助理及提件技工通常於拍攝前一至二週進行開箱整理,將器物進行器表清潔等工作,以利於數位攝影之進行。拍攝前需製作拍攝清單及號碼牌,用以記錄拍攝者、提件者、拍攝日期、拍攝張數及影像檔名等資訊,號碼牌則具備尺規及拍攝批次之檢驗等功能。拍攝清單將於該批器物拍攝完畢後,由助理將拍攝資料回填至EXCEL 檔,用於日後匯入器物數位典藏系統與庫房管理系統。前置作業為影像資料數位化最耗時費力的流程之一,依作業時間與位置之不同可再細分三部分:器物準備工作、記錄清冊準備工作及攝影系統準備工作,分述如下:

1. 器物準備工作 器物準備工作包括拍攝行程之規劃、器物開箱清潔整理工作及器物狀況的診斷,這個工作需要至少二位研究人員、二位技工及二位助理參與。拍攝行程乃依器物的類別與庫房的位置決定,如92~93 年以銅器為主,94 年以玉器及瓷器為主。由於故宮院藏品來源的歷史性質,管理方式具有其獨特性。目前銅器均放置在特製的大鐵箱中,除了器物與其包裝物外,並以綿被裝填空隙,避免器物在箱中晃動。器物準備工作始於開箱,對器物進行清潔,並同時對器物之現況進行測量、診斷與討論,再口述由助理負責記錄與進行器物資料的查證與驗證。最後,更換新的無酸材料標示紙,再以無酸材料包裝後放回原箱中。通常於前一週準備下週拍攝所需之器物,已有正片之器物,將由助理先行核對後,不再重複拍攝。器物不在箱中者,作成記錄,待銅器全部拍過後,再重新檢查與拍攝。(實際工作情形請參閱圖5 至圖10)

器物數位化技術圖5-圖8.jpg
器物數位化技術圖9-圖10.jpg

2. 記錄清冊準備工作 記錄清冊共有二種:一種為開箱清冊,用於開箱時記錄器物的描述資料,於開箱前製作完成;另一個為拍攝清冊,用於拍攝時記錄拍攝相關資訊,如拍攝張數與拍攝者等。同時,拍攝清冊尚提供器物是否曾拍攝過正片,與是否有銘文需要拍攝。除了拍攝清冊外,拍攝前需製作具有尺規的號碼牌,通常於拍攝日前準備完畢。這些清冊的資料將為文物基本資料的一部分,屬文字資料的數位化工作。

3. 攝影系統準備工作 拍攝設備準備工作也須要在拍攝前完成,主要為各數位化設備的校準與色彩校正等(請參閱圖11 至圖15)。

各種設備之色彩校正包括輸入、顯示與輸出三大類。輸入端為數位機背之色彩校正,主要為校正拍攝時不同燈光條件的灰色平衡,及影像拍攝後所內嵌之ICC Profile。PhaseONE H5 數位機背灰色平衡與一般數位相機的白平衡相似,主要在進行色溫校正。在開始攝影前需要拍攝柯達灰階色卡或GretagMacbeth DC Checker,點選其灰階在R=G=B 數值在200~225 間進行平衡,進行的頻度目前是每日一次或燈光及鏡頭異動時重新設定。另一個需要設定的是數位機背之ICC Profile,原則上是採用PhaseOne 數位機背內定值PhaseONE Product Flash,儲存後之tiff 檔則嵌入色域較廣及使用較普遍的Adobe RGB 1998。

顯示端的色彩校正則依螢幕種類之不同而異。AppleLCD 使用GretagMacbeth eyeONE 校準螢幕並產生ICC Profile;Barco Monitor 則使用內定的測量儀器進行校正。色溫設定在6500K,Gamma2.2,AppleLCD 校正頻度約為一個月一次,Barco Monitor 則有自動警示系統,會自動提示需要校正的時間。

輸出端的色彩校正主要為印表機ICC Profile 的設定。由於輸出端的ICC Profile 會依紙張的不同而有所不同,因此在採用原廠紙後,ICC Profile 並無需另行建立,列印時直接選擇輸出紙張之選項,即可輸出色彩相當標準的數位樣。

器物數位化技術圖11-圖15.jpg
  • 提件

流程定義:此流程為準備拍攝時,將器物由庫房移動至攝影棚。 流程目標:影像資料數位化作業─數位攝影。

拍攝當天由研究人員與技工將文物由庫房運抵攝影棚拍攝,並負責將器物擺置拍攝台上與調整拍攝角度,以及器物的拆卸與包裝。(請參閱圖16)

圖16:由研究人員擺置拍攝器物.jpg
  • 拍攝與確認

流程定義:此流程為器物的拍攝。 流程目標:視器物的特色決定要拍幾張影像,如何拍攝。

由研究人員告知文物統一編號,助理依此輸入圖檔名稱後,由攝影師進行佈光、構圖與拍攝。拍攝後之影像呈現在螢幕後,由助理先檢查是否有異物或灰塵於器物上或成像清楚之區域內,後由攝影師於電腦上檢查曝光是否正確、灰階是否平衡、構圖是否完整、是否有漏光或穿梆等問題,依此來決定是否重拍。

拍攝張數依器物的特色及陪同拍攝之研究人員決定,片雕一般拍攝3 張,立雕則為4-6 張。以銅器為例,除了正面、側面及背面各一張外,有銘文及特殊紋飾者再加拍。由於圖檔檔名為人工輸入,且圖檔號碼與文物統一編號相同再附與數位攝影圖檔序號,每件器物與號碼牌會合拍一張,用以檢視是否有文物統一編號錯置或檔案命名錯誤之情形。(請參閱圖17 至圖19)

器物數位化技術圖17-圖18.jpg
圖19:拍攝結果確認.jpg
  • 後製處理

流程定義:器物經數位攝影後即產生數位影像之原始檔,此流程為原始檔案的後製處理,可區分為針對典藏目的及其他應用(如印刷或輸出)目的的後製。 流程目標:將數位化後的原始圖檔進行影像處理,使處理後的數位影像檔得以獲得最佳的應用。

將拍攝影像原始檔進行色階與曲線調整並轉換檔案格式。透過數位機背專用軟體調整影像,並以高階校色螢幕與工作站作為調整平台,由攝影師針對其拍攝之影像記憶,調整出最佳色調。後製調整項目主要為銳利化、曲線與色階等,這些部分沒有一定的標準值,只能視數位影像的用途與經驗進行調整。最後依影像資料標準轉出24 bitsRGBtiff 供助理輸出使用。若品質合格,則由影像原始檔再轉出48bitsRGBtiff 與約200k 大小之JPEG 檔。(請參閱圖20 與圖21)

器物數位化技術圖20-圖21.jpg
  • 打樣輸出

流程定義:將調整的數位影像進行輸出,作為品質檢驗的實體影像。 流程目標:提供影像品質檢驗與研究人員研究使用。

由助理針對經攝影師調整後之影像進行輸出。目前輸出設備為EPSON STYLUS PRO 4000,為八色噴墨印表機。輸出紙張採用原廠A4 頂級光面相紙及A4 優質噴墨專用紙,前者作為永久典藏,後者為打樣輸出使用。輸出後之樣張在檢視無誤後,依藏品所在位置之儲存箱號排列,便於研究取閱。

  • 檢驗影像品質

流程定義:此流程為在ISO3664 的標準下,檢驗輸出影像樣張之品質。 流程目標:主要為檢驗器物經拍攝處理後,其輸出之影像是否達到標準。

輸出後之影像紙本再經由攝影師於標準光源色溫燈箱下,與高階校色螢幕進行比對,如果色彩差異太大,則進行重新後製處理,再輸出比對。整個觀察環境之條件需符合ISO3664 之國際標準。若品質合格,則上傳該影像所有檔案:RAW(13MB)、48bitsRGBtiff(36MB)、24 bitsRGBtiff(18MB)及約200k 大小之JPEG檔到資訊中心儲存系統。(請參閱圖22 至圖27)

器物數位化技術圖22-圖25.jpg
器物數位化技術圖26-圖27.jpg
  • 複製儲存與影像檔植入浮水印

流程定義:將數位影像檔案透過網路,交由資訊中心進行數位影像檔案管理。 流程目標:此流程為儲存與備份完成品質檢驗之數位影像檔案,並針對應用等級的數位影像植入可視之浮水印,以宣告版權。

影像校驗後,交付資訊中心後,將驗收後之影像檔複製儲存於伺服器之硬碟中,同時製作備份檔案。為了本院影像檔智慧財產權的保護,應將所有影像檔植入可視浮水印後,才可進入影像授權與加值應用的階段。

  • 最佳化作業流程圖說

以下流程圖主要用來說明數位攝影系統運作時所需之設備、人力、步驟,及作業人員扮演的角色。

器物數位攝影系統影像數位化最佳化流程圖.jpg

器物數位影像需求定義

在92年,我們以為器物影像之最大用途仍以製作精美出版品為主要考量,影像印刷大小約在6×8英吋,且無書畫複製之需求,因此器物數位影像輸入解析度僅需在〈6×350〉×〈8×350〉約等於6,000,000 總畫數左右[1],即可印刷175線以上之高品質圖錄。檔案格式部分則希望保留影像最真實、最大色彩空間與最大色彩階調為考量,以色域較廣之RGB[2][3][4]色彩深度RGB 每一色頻在16Bits[5]與無失真壓縮格式的TIFF 檔為最佳選擇,並且保留原始的RAW 檔,作為日後修正影像的原始素材。色彩管理以國際照明委員會(CIE)[6]與國際色彩聯盟(ICC)[7]及ISO[8]的規範與標準為基準,全程數位化流程,特別著重在跨設備時的色彩校正與轉換[9][10],務求輸出標的與原器物之色彩相似程度,以接近至肉眼無法辨識之範圍內為目標。

在93年,我們試圖從研究的角色與機具升級的角度,修正部分器物數位影像的需求。例如,目前一次擷取成像的數位機背已發展至2,200萬總畫素,數位影像品質已經與4*5正片不相上下,且研究人員對影像放大的比例要求越來越高,因此,在93年擴建的第二套數位攝影系統即以2,200萬總畫素的數位機背為主要需求。所產生之數位影像不僅能滿足一般印刷的需求,對輸出正片或大型海報及看板,也都能符合製作的條件。

器物數位攝影系統建置方式與評估

本計畫建置器物數位攝影系統的策略是先定義數位影像需求,再進行系統性能的評估,最後進行招標採購手續,目的是希望能建置一個符合需求,且性能最佳的系統。

首先,為什麼要自己建置系統?在眾多可委外之工作,影像的數位化是最不適合委外,其原因如下:

  • 對博物館來說,文物影像的加值應用是很大的獲利來源之一,控制並維持數位影像品質將有助於影像的加值應用,委外則影像品質受制於得標廠商的良窳;
  • 由於計畫期程較長,因此自建系統將比委外較為節省,且可以累積技術與經驗;
  • 影像數位化的經驗與人才將可為故宮創造更多的知識經濟,進一步可以無形的知識創造有形的價值,提昇故宮的競爭力。

在決定自行建置數位攝影系統進行直接影像數位化工作後,最重要的工作是確定系統的整體效能。我們採取的方式是觀察各家廠商所提供的解決方案,彙集各家最佳設備的規格以作為系統需求。邀請有意願投標之廠商提供相關資料,並實際進行系統展示,了解各項設備性能與廠商能力。系統評估範圍則以相機、數位機背、燈光系統、電腦、色彩管理系統等五個模組為主要評估項目,分別檢視與測試其相關元件之軟硬體功能,及系統實作輸出打樣稿的結果,作為本案需求系統效能合適程度之參考依據。而廠商之專業能力,則以其系統規劃是否適用與系統實際操作之效率作為評估參考依據。

由於本計畫目標為將7 萬件器物影像全部數位化,因此須加速數位化速度,為此本計畫分別於92年與93 年各建置一套數位攝影系統,冀望能如期完成目標。

器物數位攝影系統規格的釐定

92年的第一套數位攝影系統主要分為五大模組:相機、數位機背、燈光系統、電腦、色彩管理系統。

  • 相機:120 中型645 自動對焦相機、高品質鏡頭群、雲台、相機座架、色溫表、測光表
  • 數位機背:600 萬畫素、色彩深度每色頻14bits 輸入8bits 及16bits 輸出、RAW 與TIFF 檔
  • 燈光系統:電筒、原廠燈頭、燈罩及其他配件組、原廠燈頭延長線、氣壓式燈架、臂架、背景支稱架、背景紙、紅外線感應器、小型柔光攝影光罩
  • 電腦:PC 工作站、高階自動校正螢幕、MAC 電腦(含液晶螢幕)、影像處理軟體、外接式硬碟
  • 色彩管理系統:打樣控制軟體、色彩描述檔製作軟體、數位機背用校色導表、螢幕校色測量儀器、打樣校色測量儀器、標準光源燈箱、灰卡與色卡

93 年擴建第二套數位攝影系統,除色彩管理系統未添購、600 萬畫素之數位機背提高到2,200 萬畫素,以及燈光系統採用高頻冷光燈外,其餘模組內容皆與第一套數位攝影系統相同。

數位影像品質管控作法

  • 數位影像品質定義

數位影像品質在此係指標的物經數位化方式或程序後,所產生的數位影像檔案品質,且會隨著標的物的不同,有不同的品質要求。影像品質也會隨著載媒的不同,有不同的品質等級。以故宮書畫與器物為例:書畫屬於2D 物件,數位影像品質以真實複製為主要目標;器物為3D 物件,在轉換成平面影像時容易受到採光的影響,數位影像品質以接近真實複製為主。

  • 數位影像品質分類

影像品質可以分為客觀條件判斷與主觀認知感受兩大類[11]。前者採用較為科學的方法與工具,有系統性的分析數位影像品質。後者以人的感官為主要判斷工具,不同的人對相同的影像也會有不同的評價。以器物影像數位化為例,較為精確的複製結果不一定必然受到研究人員的青睞,反倒是暖色調的影像被接受的程度較高。主觀的影像品質因牽涉到個人對美的喜好,較不容易管控。相對的,客觀的影像品質因為較為具體,因此需要瞭解設備,具有影像複製的專業知識,較容易達到影像品質的管理與控制。

  • 客觀影像品質影響因素

客觀影像品質的良窳主要受到階調複製、色彩複製、解析度及雜訊現象等四個因素所影響。這些因素的組成包括:數位化設備的選擇、設備是否有經過校準、是否有足夠的專業知識來支援品質優劣的判斷與解決問題。影像品質管控的目標是控制這些影響品質的變數以獲得更好的影像品質。雖然影像品質值得重視,但不同的文物有其不同的影像品質重點。如器物與書畫較為重視色彩複製與解析度等,而黑白的檔案或古籍類文物可能較為重視解像能力,織品類文物在數位攝影時可能要注意影像是否會產生疊紋(moire)等,在決定採取何種方式進行影像數位化前,必須依典藏標的物的類別與數位影像需求進行實驗。

此外,不同的文物或典藏標的物,如器物、昆虫及貝類等,會因典藏標的物的特性不同或經費考量,而採不同的數位化方式。在預算允許情況下,當然以採用較好的設備較容易獲得好品質影像,滿足較大的用途。如果經費不足,影像最低需求的定義,就顯得格外的重要。例如色彩管理設備的價差很大,有做色彩管理當然要比沒做好得多。低價位可換鏡頭的數位單位相機,其數位攝影的影像品質自然要比消費型的旗鑑機種好一些。

  • 設備選擇

影像數位化設備的選擇對影像品質有極大的影響,且設備一旦採購後,除非設備使用達報廢年限,一般而言,不易有機會再使用其他設備來做比較。以故宮器物數位攝影系統為例,輸入端影響影像品質最大者為鏡頭與數位機背。蔡司鏡頭與PhaseOne 數位機背拍攝ISO12233 解析度測試表時的表現,各種解析度的分析結果都很優異。處理端則以螢幕與顯示卡的影響較大,因為數位檔案不像底片可以直接觀看,必須透過電腦顯示在螢幕上。以器物的例子,使用Barco CRT高階校色螢幕觀看效果要比使用Apple LCD 觀看效果好得多,主要在層次表現上的差異。輸出端則視影像的使用目的決定輸出的媒體形式與設備。例如,使用噴墨印表機為輸出設備,一般而言,以輸出解析度越高,使用的色彩墨水匣越多以及墨點越小,能輸出較好的品質。本計畫使用EPSON StylusPRO 4000 大圖輸出機進行影像輸出,且搭配原廠專用紙以獲得較佳的效果。

數位化設備的發展提供更多可能性。以往上百MB 的數位影像檔不是從滾筒掃描機得來,即是從掃描機背獲得。自一次成像(One Shot)之數位機背發展成最終影像檔大小可達120MB 以上,且僅需要不到10 秒時間(原始檔完成儲存,不含轉檔時間),同時兼具較快的數位化速度與更大的影像檔案,甚至更好的數位影像品質。對於需要更大檔案與數位化時間緊迫的計畫,提供一個更好的選擇。

另外,在選擇影像數位化設備時也需要考慮原吋複製的概念。目前故宮正建置第二套器物數位影系統即是針對原吋的複製比例尋求一個較為合理的作法。因為不同大小的器物卻使用同樣尺寸CCD 的數位機背拍攝時,致使大型器物的影像無法記錄更多得細節,以及獲致更大的加值應用空間,如輸出成大型看板或巨幅海報等。由於一次成像數位機背所能擷取的影像檔案尺寸是固定的,一套數位攝影系統可能需要具備一次成像小、中、大CCD 尺寸及掃描型的數位機背,才可能滿足原吋複製的理想作法。

  • 設備校準

有好的設備更需要將設備維持在最佳狀態。器物數位攝影系統係由許多設備組成,如同天秤一般,要維持最佳精密度,需靠定期的校驗,影像數位化設備亦同。Barco 螢幕有一個自動提醒需要校準的功能[12],其他AppleLCD 則要靠自己判斷校準時間,一般作法是一星期校正一次,至少不應超過一個月[13]。其他數位機背、輸出設備與色彩量測儀器也應該定期校驗。

  • 工作流程品管點

本計畫在影像數位化的品管點計有:對焦、曝光與色階、灰色平衡、ICC Profile、色階與曲線調整輸出等五個項目。拍攝的影像透過AppleLCD 呈現時,檢查其對焦是否清析,景深是否足夠。其次,數位機背軟體會顯示曝光是否正常,及顯示色階是否有低於0 或超過255 的現象。通常曝光低於一格尚可接受,但超出合格標準太多的話,則無法救回此無資訊區,亦即損失曝光過度的文物細節。灰色平衡也是重點項目,需於拍攝時建立曝光正確的灰色標準以供選取(如R=G=B 200~225 區),並從PHOTOSHOP 開啟影像,檢查影像灰色區域的Lab值是否為衡常標準(移動指標時,僅有L 值數據增減),表示色彩複製的一致性程度。拍攝影像之ICC Profile 由數位機背廠商提供的PhaseONE Product Flash ICC Profile 轉換嵌入Adobe RGB 1998。最後,拍攝的影像統一由攝影師針對輸出時的色階與曲線進行調整,輸出後再於符合ISO3664 的標準色溫燈箱中,進行影像品質比對工作,以確保器物輸出色彩的一致性[14]

結語

以上為本計畫從事影像數位化工作的些許經驗,在技術上,我們仍然覺得有很大的進步空間。可分兩方面說明:一方面,數位化技術是一個相當新的領域,相關研究不是很多;另一方面,這樣的研究並不是受到很大的重視,以致於重要的參考研究以國外居多。我們期待更多的基礎研究引領更多的應用技術,使得數位化真有技術可言,而非僅只於設備的正確操作與工作流程,我們希望的是有理論基礎的技術,與能解決問題並符合期待的技術。

註釋

  1. 徐明景,數位攝影的技術,田園城市文化事業有限公司,頁41,民90。
  2. 數位典藏國家型科技計畫, 技術彙編( 第二部分) ,http://www.ndap.org.tw/TechReport/part2/html/040chapter/010.shtml ,民91。
  3. 唐正吾,追根究底談電腦影像輸入,追根究底談電子印前,天充文化事業股份有限公司,頁37,民90。
  4. 早川廣行,怎樣得到最佳印刷效果,印刷‧輸出實務大全,美工圖書社,頁12、16,民85。
  5. 趙數人,數位影像,設計攝影,全華科技圖書股份有限公司,頁263,民89。
  6. CIE, Colorimetry, Publication 15.2, CIE 1986.
  7. ICC, File Format for Color Profiles (Version 4.0.0), Specification ICC.1:2001-12,International Color Consortium, 2001.
  8. ISO, Graphic technology - Process control for the manufacture of half-tone color separation, proof and production prints - part 1: Parameters and measurement methods, ISO-12647-1, 1996.
  9. 徐明景,數位時代的彩色複製觀,2003 中華印刷科技年報,頁308-311,民92。
  10. 張世錩,色彩管理技術的導入與評估,88 年度印研中心前進色彩管理技術研討會,http://www.ptri.org.tw/seminars/s880304c.htm ,民88。
  11. S. F. Franziska and J. M. Reilly, Digital Imaging for Photographic Collections, Available on line at http://www.rit.edu/ipi, 1999.
  12. S. Adhay, Understanding Color Management, Thomson Delmar Learning, United States, page 215, 2004.
  13. Fraser, Murphy and Bunting 等人認為,CRT 的螢幕應校正期又比LCD 短,但建議兩種的校色頻率為一週校色一次B. Fraser, C. Murphy, and F. Bunting, Real World Color Management, Peachpit Press, Berkeley, page 135, 2003.
  14. 劉啟光、徐明景,進入WTO 後台灣印刷業導入國際標準化之探討。

參考資料

參與研發單位:國立故宮博物院

提供單位:國立故宮博物院

使用單位:國立故宮博物院