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2015年9月1日星期二

光碟的維護、處理與壽命測試－美國國家標準與技術局的系列研究

美國國家標準與技術局為了使各界對於目前最普遍使用的儲存媒體--光碟，有較為深入的認識，因此發表了「光碟的維護與處理--圖書館館員與檔管人員的指南」及「美國國家標準與技術局/美國國會圖書館--光碟的壽命測試程序」兩份報告，以助於瞭解光碟的技術與結構，做到更妥善的典藏。

◎資料蒐集：檔案典藏組

壹、前言
　　美國國家標準與技術局/NIST為了發展相關標準，設有「資訊技術實驗室」，專門負責執行科技測試、研發測試方法以及編製參考指南，它同時以技術領導與合作研究的方式，扮演著促進美國經濟成長與提升產業
競爭力的角色，「技術報告--500系列」（網址：http://www.itl.nist.gov/lab/specpubs/sp500.htm）即是以ITL與產官學界所合作執行的研究所發表之系列報告。
貳、第252號報告－光碟的維護與處理—圖書館館員與檔管人員的指南
一、概述
　　NIST根據產業界的知識以及本身的研究，發表這份指南，透過詳盡的解說和建議，希望將受到環境或人為處理因素的影響，導致光碟儲存資料遺失的情形降到最低，並且讓光碟的使用壽命得以延長，資訊得以永久保存。
二、光碟的構造簡介
（一）聚碳酸酯/塑膠基底層（polycarbonate/plastic substrate layer）
　　此層為光碟片的主要構造，其厚度須足以維持雷射光聚焦於金屬反射層與資料層，並支撐光碟片保持平坦。基底層由於塗佈了一層資料層，因此如有任何因素干擾雷射光聚焦，均會導致無法正確讀取資料。
（二）資料層（data layer）
1、CD-ROM、DVD-ROM光碟
　　此類光碟係商業用途也可稱為壓片型光碟。它運用製模機以所謂「刻版」技術，將訊號或軌道預刻在光碟片中，再以鑄印器將完成的光碟刻版轉製為金屬版，最後將此成品送進射出成型機中，進行大量複製。
2、CD-R、DVD-R、DVD+R光碟
　　僅寫一次型光碟的資料層夾在基底層與金屬層之間，此層塗佈的有機染料會吸收雷射光並轉換成熱能，藉由所造成的局部高溫讓染料產生化學變化以燒成坑並寫入資料。光碟的有機染料並無可逆性，所以僅能記錄一次。
3、CD-RW、DVD-RW、DVD+RW和DVD-RAM光碟
　　覆寫型光碟的資料層也是在基底層和金屬層之間，其材質稱為「相變合金薄膜」。雷射光將薄膜的資料區域加熱後，形成訊息與標記，再經由導電層的快速冷卻作用，這些bits或marks會保持在「非結晶態」，相變合金薄膜如再遇足夠溫度，組成原子就會回復到有次序的結晶狀態，使先前寫入資料消失。
（三）金屬（反射）層（Metal Layer；Reflective Layer）
1、CD-RW、CD-ROM、DVD-RW、DVD+RW、DVD-ROM、DVD-RAM光碟
其材質為鋁，主要是因為便宜且易於應用。鋁會因為曝露在氧氣中或因濕氣滲透而生鏽，使得反射能力降低，最終導致無法讀取光碟資料。
2、CD-R、DVD-R、DVD+R光碟
採用金、銀或銀合金，銀的反光能力較金稍佳，但易與空氣污染物中的二氧化硫產生化學反應進而被腐蝕，因此較容易失去反射性。金不易腐蝕且非常穩定耐久，但是價格昂貴。鋁則因易與染料產生化學作用而變質，因此不被採用。
3、雙面DVD-ROM光碟
此類型DVD有兩個金屬反射層，雷射光束可在上方的半反射層與下方的完全反射層之間，輪流讀取資料，比一般單面DVD提供四倍的容量。
二、影響光碟壽命的因素
（一）環境因素
1、溫度與相對濕度
光碟必須保存在溫度較低且較乾燥的環境，並避免極端的環境波動。
2、光線曝露
(1) ROM光碟
室內光線對於光碟的傷害並不大，除非曝露在光線下或窗邊日曬數十年才可能會有顯著變異，因此不列入光碟壽命的考量因素。
(2) R光碟
　　陽光中的紫外光或其他UV光線的長期照射，會使光碟加熱，促使染料層的光學屬性改變，提高劣化機率。染料的劣化會減低透明度，最後導致原本屬未燒錄的區域，形成黑記，造成資料讀取錯誤。
(3) RW、RAM光碟
　　RW/RAM光碟對光線並不敏感，一般光線對光碟的影響很微小，但相變合金薄膜則會受熱影響，陽光的直接照射會加速其劣化。
3、濕氣
　　基底層的塑膠材質是光碟的主要成分，此層易因吸取濕氣而受損。將光碟放回乾燥的環境，濕氣可以逐漸消散，但是，其他成分液體的接觸，可能在光碟片中留下污物或溶解物質。
4、有機溶劑
　　光碟片應避免接觸強烈的有機溶劑，例如：丙酮及苯。此類溶劑會溶解基底層的塑膠成分，使損壞的光碟無法修復。
5、磁性、X光、微波和輻射
　　磁性與X光並不會損壞光碟，微波會破壞光碟，甚至光碟的金屬成分也會破壞微波爐。
6、存放方式
　　光碟片不使用時必須存放於獨立的承裝盒，使用後也應立即放回盒內，避免遭受外物損害，承裝盒亦可紓緩環境快速變化對光碟所產生的壓力。
（二）光碟表面的處理因素
1、雷射讀取面上的刮痕
　　刮痕的廣度與深度對雷射光的聚焦能力有不同程度的影響，由於資料層遠低於表面，因此輕微的刮傷尚不致影響雷射光讀取資料。即使刮痕足以影響雷射對焦，但是錯誤偵測碼以及校正碼多可協助解讀資料。惟若刮痕既深且廣，並聚集在一起時，則校正碼亦無法處理。
2、CD標籤面刮痕
　　CD標籤面的刮痕是較嚴重的問題，因為金屬反射層及資料層與表面相當接近，因此十分容易受損。反射層上輕微的刻傷，即會破壞其反射性，並影響雷射光的讀取能力，此種損害是無法修復的。
3、DVD標籤面刮痕
　　在CD中十分容易受損的金屬層，在DVD則是位於中間部位，因此DVD標籤上的刮痕並不會對光碟造成太大的問題，除非刮痕非常之深。
4、指印、污跡、灰塵
　　光碟雷射讀取面上的指印、污跡、灰塵會干擾雷射光的聚焦，阻礙雷射光或減低雷射光強度，尤其指印和污跡所造成的影響比刮痕來得大，而且無法利用校正系統修復。
5、標籤印刷與畫記
　　標籤印刷與畫記在光碟製作中是一個重要的過程，墨水的性質不同，對光碟會有不同的影響。而光碟的保護膠如接觸含有溶劑的筆會使品質劣化，因此建議使用水性筆。
6、拗折
　　拗折會對光碟造成壓力，即使未損及光碟資料，但是光碟機可能無法運作，或無法讓雷射光讀取資料。
7、標籤及其黏膠
　　標籤經過一段時間之後可能層層剝離，進而影響光碟機的運作，尤其標籤黏膠會與光碟保護膠產生化學反應，因此NIST建議預計要長期儲存的光碟，最好不要黏貼標籤。
參、第263號報告－美國國家標準與技術局/美國國會圖書館--光碟的壽命測試程序
　　有鑑於數位化資訊的保存，是許多機構所同樣面臨的迫切問題，因此，NIST與國會圖書館於2004年6月起，合作針對當前最普遍應用的光碟媒體，展開使用壽命的測試研究。研究採用「加速老化技術」探討溫度和相對濕度兩項因素對光碟的影響。雖然實驗結果尚未正式發布，但是可以從中發現，國外研究機構正深入探討各類型光碟的適當保存方法，致力於延長光碟的壽命。

2015年8月29日星期六

數位化作業的色彩管理

為何印表機列印不出螢幕顯示器所呈現高亮度或高彩度的繽紛顏色呢？在色彩世界中，顏色的定義為何？您知道個人對色彩的喜好會受周遭光源的影響而不自知嗎？邀請您一起學習色彩管理...

◎資料蒐集：檔案典藏組

我們利用掃描器將公文或圖片輸入，再藉由螢幕顯示器瀏覽檢視，最後以噴墨或雷射印表機輸出，在此過程中，輸入端的掃描器及螢幕顯示器是屬於RGB模式，列印設備則是屬於CMYK模式。RGB（註1）稱為色光三原色，顏色變化的原理是加色混合法，CMYK（註2）稱為色料三原色，顏色變化的原理是減色混合法，這兩種截然不同的顯色模式，表現的色域各有專長，為了避免期望過高，產生失望的情形，有必要藉由儀器及標準化流程管理色彩，回歸數值化方式描述及掌握色彩，避免因個人視覺感知及喜好的不同影響正確色彩的管理。而色彩管理的整體流程可分成三階段：影像擷取、影像處理、影像輸出，必須整體考量，處理掃描作業時始能確實管理色彩。

人的眼睛對紅（red）、藍（blue）、綠（green）三種光的感受特別強烈，適度的混合就幾乎可以讓人類感受到所有的顏色，當三色光全部混色，就成為白色，因此稱為色光三原色（如圖1）。電視或電腦螢幕因具備產生這三種基本光線的發光裝置，混合後幾可表現所有顏色，而電腦應用RGB三個數值記錄顏色，每一個顏色以8bit記錄，有256種亮度變化，因此可達一千六百多萬種變化，即所謂24 bit全彩。

至於列印顏料的特性剛好和光線相反，混合的顏料越多，亮度越低，當三色顏料全部混合後即呈現暗黑色，就是所謂的CMYK色彩模式（Cyan青色、Magenta洋紅色、Yellow黃色、Black黑色），如圖2。不過現實世界中的CMY顏料混合後並無法產生黑色，須藉由額外加入黑色顏料來控制列印影像的濃淡程度。


圖1　色光三原色	圖2　色料三原色

人類肉眼所分辨的顏色是依據光線照在物體反射產生不同波長色光的色彩反應，所謂色相即是依據不同波長在光譜上的位置所代表的名稱，也就是色彩的通稱，因此三原色中的紅色是一種色相，藍色亦是。而以色相為基礎，對於明度、彩度做調整，即會產生更豐富的顏色，如圖3。

圖3 日本色彩研究所PCCS色相環

為了解決影像掃描、顯示或列印出圖的過程，因人為、設備、環境光源等因素，影響顏色轉換與對應的準確性問題，國際色彩學會（International Color Consortium，簡稱ICC）乃定義符合其標準的色彩描述檔，讓設備間的色域空間可自由轉換，也就是讓不同的設備，如數位相機、掃描器、螢幕或印表機等，透過統一的機制，避免彼此之間的溝通錯誤。

色彩管理可分成三個步驟，稱為3C，即設備校正(Calibration)、色彩特性描述(Characterization)及色彩轉換(Conversion)。設備校正分為掃描器、數位相機、螢幕及印表機等，且不同設備的校正方式並不相同，其中掃描器與數位相機需進行灰平衡校準，印表機則主要包括總墨量及滿版濃度值的設定，而螢幕需先調整色溫與伽傌（gamma）值，並利用色彩管理軟體和分光光譜儀校正螢幕所顯示的色塊與標準值之間的落差。其次，將設備校正值，以色彩管理軟體儲存並建立專屬的ICC 描述檔，最後，將描述檔套入顯示器的「色彩管理」設定檔中，讓螢幕呈現重生的效果。而當所有數位化流程中所接觸到的設備皆產生ICC 描述檔後，來源影像的色彩數值即能透過對應表格轉換成目的地之數值，此稱之為色彩轉換。

螢幕顯示器終極目標就是還原真實的影像，因此，所擷取的和所表現的影像之間應存在線性的轉換關係，但實際上，顯示器在元件製程與訊號轉換間都隱含誤差與獨特的轉換關係，因此一台好的顯示器在出廠之前都必須經過適當的伽瑪校正（Gamma Correction）。伽碼值是影響顯示器成像品質非常重大的因素，通常是以曲線表示，其中灰階為橫軸，亮度為縱軸，伽碼值的調整可以改變影像的明暗及對比。色溫指的即是色度，每台顯示器也都可有不同的色溫設定，暖一點的偏紅或黃，冷一點的偏藍或綠，因此一張白紙在螢幕上觀看時，有時並非全白，可調整色溫值配合實際色彩。另外，螢幕校色的環境也是非常重要的一環，例如牆壁的漆色、有無窗口、光源色彩或亮度也都會影響校色的準確性，因此，進行螢幕色彩校正時必須特別留意。

印表機之色彩校正係利用 CMYK 色彩校正軟硬體套件，透過列印其中所附的色票，以專用的掃描器或分光光度計讀取並輸入電腦，經軟體計算調整後，比對列印結果以調整誤差並產生其ICC描述值，惟須留意輸出色票時，印表機應處於最佳的狀態。

透過目前市面上的色彩管理軟體，皆能進行數位化設備之校正，落實色彩管理的步驟，始能確保色彩品質的準確度，並且可在後端輸出印製或加值應用時，與廠商或其它人員順利溝通。一般機關礙於經費與人力，大多採取委外的方式進行數位化，因此，將色彩管理納入需求及流程中，可進一步提升數位化影像的品質。

註釋：
註1：RGB色彩模式包含Red（紅色）、Green（綠色）及Blue（藍色）等三種基本色光，螢幕投影裝置是直接將光線投射至螢幕上，再由眼晴接收，是以RGB光的三原色加色法來進行色彩的混色。

註2：CMYK色彩模式係包含Cyan（青色）、Magenta（洋紅色）、Yellow（黃色）及Black（黑色）等四種基本色料，其中黑色為避免與Blue（藍色）色光混淆，不以B表示，而以K表示。由於CMYK色彩模式多用於印刷及列印輸出，故又稱為印刷四分色。

參考資料：
1.李姿穎。 “色彩管理基礎概念－何謂色彩管理？拓展台灣數位典藏計畫-數位化工具箱 “，<http://content.ndap.org.tw/index/?p=198> (民97年8月27日)。

2.陳秀華。 “「還我顏色」－色彩管理入門基礎名詞“，數位島嶼電子報第17期，<http://content.ndap.org.tw/main/epaper_detail.php?doc_id=1125&epaper_id=36>(民97年8月27日)。

3.廖俊謙。〈色彩調校技術與顯示器構色原理之分析〉。未出版之碩士論文，國立中央大學光電科學研究所，民95年。

壓片與燒錄的差別

壓片：係採刻版後經射出成型所製造出的光碟片，其已具備有完整的內容且無法改變，亦是大家通稱的唯讀型光碟片VCD. CD-ROM. DVD.皆為壓片製造成的。燒錄：係採用市面上所用的CD-R(通稱空白片或可寫錄一次光碟)，當作拷貝材料，不需要刻版即可透 1:100的對拷系統加工完成燒錄拷貝的動作，最後經表面加工包裝即可完成商品，其缺點包括VCD挑片 (日系VCD或DVD會有挑片現象)，表面無法做直接彩印，只能用貼紙或專業印表機噴印做表面處理，價格比較高，其最大優點便是可以少量複製。