CN101194499A - 用于降低图像赝像的图像处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像处理方法，包括步骤：将以第一较低色调分辨率表示的待打印图像的半色调像素转换成以第二较高色调分辨率表示的像素。在具有较高色调分辨率的所述像素上使用图像处理，以降低当所述像素以所述第一较低色调分辨率被打印时的图像质量赝像。在优选实施例中，该图像处理包括Δ－∑调制的误差扩散。

Description

用于降低图像赝像的图像处理方法
技术领域
本发明涉及用于降低关联图像质量赝像例如点阵打印机中的条带或拖尾的图像处理方法。
背景技术
打印数字文档是将信息传递给用户的最高效方式之一。诸如激光打印和喷墨打印的新的按需打印技术使得几乎即刻打印文档，而无需创建中间打印模版(master)。
喷墨打印是藉由喷嘴将墨滴喷在基底上来工作。
对于连续喷墨的情形，产生带电墨滴的连续流，且电磁场用于将该连续流引导离开或朝向基底以在所述基底上形成图像。
对于按需滴出喷墨，机械或热能量脉冲施加到残留在小腔体内的墨以产生压力波，该压力波以高速推进微小墨滴通过喷嘴朝向基底。通过定形施加于墨腔中热或机械换能器的电学波形的长度和轮廓，由此控制该压力波。在许多情形下，滴的体积及墨点的尺寸基本上固定。在其他情形下，滴的体积可被调制以在基底上形成具有不同尺寸的墨点。
通常，响应于文档的图像，通过梭(shuttle)结合基底移动机构沿光栅相对于基底来移动喷嘴并且在基底上选择性喷射墨滴，由此打印所述文档的图像。
墨滴在着陆到基底上时形成墨点。因为这些墨点小，人眼无法单个识别这些墨点，但是这些墨点一起呈现打印文档的图像的视觉印象。一般，半色调技术用于确定产生给定文档的图像的最佳呈现的墨点空间分布。
公知的半色调技术为误差扩散，MIT Press，CambridgeMassachusetts出版的Robert Ulichney的“Digital Halftoning”一书中解释了这种技术。在该书中，给出了这种误差扩散技术的不同变型，其可用于将呈现在基本上连续色调灰阶上的像素的二维图像转换成仅可以取与墨点或无墨点相对应的两个色调值的像素的半色调图像。已经描述了有关误差扩散技术的许多其他变型，包括驱动打印装置以能够呈现多于两个色调值的多级误差扩散技术、呈现彩色图像的矢量误差扩散、以及在图像高亮区域产生半色调点的更均匀分布的误差扩散技术。
为了提高打印速度，通常不是使用一个喷墨嘴，而是使用可以并行工作的nbrNozzle个喷墨嘴的阵列。这种喷嘴阵列构成打印头。
通过沿快速扫描取向移动包括打印头的梭跨过基底，则可以在一个步骤内打印像素的一组并行光栅线。这组光栅线称为打印行(swath)。
当打印行已经被打印时，打印头在慢速扫描方向上越过喷嘴阵列长度的距离移动，以在所述前面打印行之下打印另外的线的打印行。该对打印行进行打印的过程一直重复，直到在基底上打印了完整的文件。
因制造工艺而强加的约束事实上限制了喷嘴间距的最小值。然而由于图像质量的原因，通常期望慢速扫描方向上的打印间距比喷嘴间距更小。文献US 4,198,642教导的是：可以通过使用交织技术为在慢速扫描取向上的打印间距选择一个值，该值为喷嘴间距的1/n的整数部分。
由于制造容限的原因，在属于相同喷墨头的喷嘴之间墨滴的体积以及墨滴的喷出速度和方向存在系统偏差。如果在快速扫描取向上单个像素行的所有墨滴都由相同喷嘴打印，那么横跨慢速扫描取向、在喷出方向中的偏差就会作为类似条带或者拖尾的间隙而显现出来。
文献US 4,967,203介绍了一种解决该问题的技术。通过由不同喷嘴而不是相同喷嘴将像素打印在相同行上，就可以对关联图像质量赝像进行去相关。根本的假设是：因不同喷嘴之间的偏差而导致的图像质量赝像被去相关。对图像质量赝像进行的去相关将图像质量赝像扩散到打印基底上，使得图像质量赝像更加不易觉察，或优选地察觉不到。在许多文献中，该技术都被称为“挤外(shingling)”。US 4 967 203中介绍的该方法降低了打印速度，这是因为打印头的多程需要将所有像素打印在一条线上。
在US 6,679,583中提出了一种改进的技术，该技术结合US 4,198,642和US 4,967,203中教导的效果，并且还增加了若干其他改进，包括提高的打印速度。在该文献中，引入了术语相互间隙打印来描述交织和挤外两者。由于在图像领域中优选使用术语挤外来描述在骑马订的书籍制作时在页边空白的宽度上对于纸张的厚度效果进行补偿的技术，因此术语相互间隙打印还避免了混淆。
一旦喷嘴喷出的墨滴落在基底上，它就被固化，因此墨滴能够接受抵抗摩擦所需的阻力。墨固化可以通过若干机制来实现。
墨固化的第一种机制是将墨吸收到基底的纤维中，或者进行多孔涂覆。当使用基于油或者水的墨时，这一点是主要的机制。
墨固化的第二种机制是通过墨溶剂的蒸发进行的墨凝固。当墨溶剂已经蒸发时，色料或者染料与粘合材料一起都留在纸张上。
在许多实际应用中，出现了上述两种效果的组合：墨最初由基底吸收，然后依赖于溶剂的蒸气压在一个更短或较长时间内蒸发。
墨固化的第三种机制是例如在诸如UV光源的外部能量源影响下的聚合。高能量辐射生成了自由的游离基，其启动了凝固墨的聚合反应。该技术的主要优势在于，它能够使得在不吸收墨的介质上进行打印。
墨固化的第四种机制是通过温度进行的相变或者粘度改变。当墨处于液相时以高温喷射，当其在打印表面冷却时凝固。
特别是在工业印刷应用，例如海报印刷、织物印花、装饰印刷、包装印刷等，存在在短时间内印刷大面积的需求。
满足这种需求的第一种方法是提高打印头的喷嘴的数目。使用更多喷嘴并行打印直接提高打印性能。位于Cambridge UK的公司XAARplc.已经演示了长度为30.5cm(12英寸)的打印头，该打印头使用每厘米142个喷嘴(每英寸360个喷嘴)进行打印。然而，由于打印头包含生产过程中为缺陷品或者使用时变为缺陷品的喷嘴的可能性是随着打印头长度以高于正比的比例增大，因此这种长打印头的生产良率和可靠性趋于低。这导致高的制造和维护成本。另一个问题在于，对于特定应用需要甚至更长的打印头。除此之外，这将驱使制造和维护成本进一步提高，实际上不存在用于制造这种打印头的加工设备。
提高可以并行打印的喷嘴的数目并且由位于Ghent Belgium的公司Agfa Dotrix N.V.成功采用的第二种方法是，使用多个较小打印头的组件。通过将打印头安装在打印头座上，得到一种具有与待打印文档至少相同宽度或长度的打印头组件。这意味着可以在单一打印行内打印这种文档。
上述方法对于最大化打印性能而言是极为有效的，不仅是因为使用多个喷嘴的高度并行打印，而且因为其不再使打印头沿慢速扫描取向移动。上述方法还解决了与使用长打印头相关联的可靠性问题以及制造和维护成本。然而，该方法引入许多其他问题。
已经提到，属于相同或不同喷墨头的喷嘴之间在滴体积以及其喷射速度和方向上都存在系统性变化，这些变化的起因是各种各样的，但是所有起因都归结于制造的不同步骤中容差的影响，例如喷嘴板蚀刻、压电元件的成形和安装、以及将两个打印头背靠背地安装成子组件。
影响之一为，喷嘴板上喷嘴的直径和形状会变化。第二影响为，不同喷嘴的墨腔中致动器的效率会变化，例如由于换能器的压电材料上不均匀的应力或者由于压电材料不一致的力灵敏度。第三影响为，压电材料和墨腔的其余材料之间的胶层厚度会变化。
在常规喷墨系统中，这些变化对图像质量的影响是通过使用相互间隙式打印来应对的。相互间隙式打印依赖于在多程中且由不同喷嘴将像素打印在单一条线上。然而，这种方法与上述系统的单程打印的概念不兼容。
校正不均匀滴体积的可能方案为调整驱动致动器的各个电压。不幸的是，这在目前是不可能的，这是因为打印头的现有驱动器电子器件不提供这种选择。
第二种方案是制作图像中密度变化的轮廓并在半色调步骤之前校正待打印文档的图像中的这些变化。该方法的缺点在于，校正图像无法再用于其他目的，这是因为该校正图像仅适于打印在该装置上且特别是打印在校正所针对的装置上的位置。
第三种方案是在半色调步骤之前或之后将特定数量的噪声引入到图像像素。引入噪声是用于掩蔽由不均匀滴体积引起的关联图像赝像的有效方式。然而该方法的缺点为趋于使打印结果呈粒状，这从图像质量的角度而言是不期望的。
文献US 2002/0181987描述了一种用于喷墨打印机的图像处理方法和打印控制系统。该系统接收通常以RGB彩色空间表示的彩色图像，并首先执行空间分辨率转换步骤从而获得以该打印系统的空间分辨率表示的彩色图像[0085]。在后一步骤中，彩色图像内的每个像素被分离成在例如青色、品红色、黄色和黑色着色剂空间的着色剂空间表示的像素[0086]。下一步骤是将每个像素的每个着色剂等级(magnitude)分离成与该打印机可以物理呈现的滴体积相对应的等级的混合。该步骤为每个像素以及为每个着色剂的每个滴体积产生以近连续灰阶表示的等级[0088]。最后步骤包含，对于每个着色剂的每个滴体积，将所述近连续等级半色调化成二进制点的空间分布。该步骤为每个滴体积形成可以用所述喷墨打印机上每种颜色呈现的可打印二进制图像[0095]。上述参考文献还教导在该半色调之后的另外图像处理步骤，其中给定像素位置上具有滴体积的点组合被具有不同滴体积的备选点组合所替代[0104]。根据上述参考文献，图像内所有像素的图像处理是相同的。这使得该方法不适用于校正由于喷嘴之间系统性变化引起的关联图像赝像。
文献US 2004/00117595教导了本领域技术人员公知称为“颜色向量误差扩散”的例子。参考该文献的图6，模块205量化一误差校正颜色向量。误差计算器206计算量化之前和之后的误差校正颜色向量之间的差值，并将结果发送到误差扩散器307。误差扩散器将部分该误差往回加到下一个未校正颜色向量，以获得新的误差校正颜色向量。根据上述参考文献，图像内所有像素的图像处理是相同的。这使得该方法不适用于校正由于喷嘴之间系统性变化引起的关联图像赝像。
这意味着需要一种备选方法来抑制诸如条带或拖尾的图像质量赝像，该图像质量赝像是由属于部分打印头组件的相同或不同打印头的喷嘴之间的系统性变化引起的。优选地，该备选方法不要求在半色调化之前处理待打印文档的图像，且不要求对驱动属于相同或不同打印头的喷嘴换能器的各个电压进行控制。
发明内容
上述目的是通过下述方法来实现，该方法包括步骤：计算第一半色调图像，将所述半色调图像转换成高色调分辨率图像，补偿所述高色调分辨率图像，以及使用误差扩散技术将所述补偿图像半色调化成第二半色调图像。
由于所述第一半色调图像不包含针对特定打印装置所特有的关联图像质量赝像的校正，所述第一半色调图像可以另外用于其他打印装置上或者用于打印所述图像或者用于在打印装置上的任意位置进行打印。由于该方法是基于图像处理，因此不需要调整驱动器电压。此外，该方法最小化了在打印结果中引入附加的颗粒性。其他实施例和其他优点在独立及从属权利要求中以及本发明的完整说明书中给出。
附图说明
图1示出点阵打印机的打印头。
图2示出通过可变数目的微滴序列形成的具有可变尺寸的墨滴。
图3示出根据本发明实施例的喷墨打印机。
图4示出具有交错布置的两列喷嘴的打印头。
图5示出根据本发明实施例的打印头组件。
图6示出为根据本发明实施例部分的用于产生打印机命令的数据处理系统。
图7示出为根据本发明实施例部分的用于控制打印机的打印机控制器。
图8示出根据本发明实施例的打印机轮廓。
图9示出与图8所示打印机轮廓对应的校正因子。
图10A示出一查找表的内容，该查找表用于以最小密度来打印的喷嘴的校正。
图10B示出一查找表的内容，该查找表用于以高于最小密度的密度来打印的喷嘴的校正。
图10C示出一查找表的内容，该查找表用于以高于最小密度的密度并对不同墨体积使用不同校正因子来打印的喷嘴的校正。
图11示出根据本发明优选实施例的图像处理方法。
图12示出使用一个权重的误差扩散方法。
图13示出使用一个权重并加入噪声的误差扩散方法。
图14示出图13所示的方案的备选表示。
图15示出图13和图14所示方案的备选表示。
图16示出代表具有两个权重的∑-Δ调制器的方案。
图17示出包含打印机模型的误差扩散方法。
图18示出用于图17所示打印机模型的不同喷嘴的校正因子。
图19示出根据本发明的优选实施例。
图20示出包含覆盖(overriding)机制的第一实施例。
图21示出包含覆盖机制的优选实施例。
具体实施方式
打印
本发明的方法涉及喷墨打印机且具体而言涉及按需滴出喷墨打印机中的使用。本发明中的术语打印是指在基底上形成墨印痕的结构化图案的过程。
墨
墨可以是常规色素或染料的墨或着色剂，但也可以是蜡、疏水物质、粘合剂或塑料。通常，墨不是纯化合物，而是包含诸如染料、色素、表面活性剂、结合剂、填充剂、溶剂、水和分散剂，每种成分具有特定功能的若干成分的复杂混合物。墨也可以是粘度或相随温度变化的诸如蜡的材料。特别提及，墨还可以是例如在诸如UV光的电磁辐射影响下聚合的材料。该工艺称为UV固化。
基底
基底可以是纸，但是还可以是织物、合成箔或金属板、或者本领域中已知的任何其他可打印基底。例子包括使用喷墨打印(按需滴出和连续的)来形成用于平板印刷的印刷模版，在纸板或塑料的包装上印刷，及印刷装饰图像。可以在轧辊上或者以一堆分离的通常矩形纸张来得到未打印的基底。该基底通过称为substrateWidth的宽度来表征。当基底位于轧辊上时，该宽度与轧辊的宽度相对应。当基底是以矩形纸张来获得时，该宽度与所述矩形纸张的两条边之一相对应，例如对应于所述纸张的最短边。
设备描述
单一打印头
参考图1所示实施例，换能器、墨腔和喷嘴130(在喷嘴板内蚀刻形成的)的阵列一起构成打印头100。喷嘴130可以并行工作并产生具有固定或可变体积的滴。
可变滴体积
根据一个实施例，滴的体积由可变数目的微滴来调制。图2示出微滴数目可以在0和7之间变化的情形。由于微滴如此微小，空气摩擦力使微滴遭受显著的减速度，结果，微滴在着陆到可打印基底上时凝结成具有可变体积的单一滴。这些滴的体积用组成所述滴的微滴的数目来表示。更具体而言，在图2所示示例中，具有可变尺寸的滴的体积用0至7的整数表示(图2中用二进制数表示)。
打印时不同的滴体积导致打印基底上的不同墨点尺寸和不同测量密度。
在下文中，打印装置的色调分辨率是指由给定装置在像素位置使用单一墨可以打印的密度值的数目。
打印装置
根据优选实施例并参考图3，通过基底传输机构相对于打印头移动具有墨接收层341的基底340，并选择性地响应于所述文档的所述图像而将墨滴喷射在所述基底上，由此实现使用打印机300来打印文档的图像。
在图3中，基底340倚靠在基底支座310上。基底传输机构包括两个轧辊320，至少一个轧辊由基底传输马达(图3中未示出)驱动。
图3示出多个而非一个打印头。在一个实施例中，使用了使用青色、品红色、黄色和黑色墨打印的四个打印头(360，361，362，363)。这些打印头安装在打印头支座(350)上。图3中未示出操作该打印装置所需要的储墨器和管路。
在一个实施例中，由不同打印头喷射的滴形成的基底上的墨点在其固化之前允许物理混合。喷射后续的滴而无中间固化的这种技术称为wet-on-wet打印。
图3还示出固化工作台370，用于在墨打印在基底上之后固化所打印的墨。在一个实施例中，固化工作台为UV源，所述UV源辐射具有引发墨固化的能谱的能量。
慢速和快速扫描取向和方向
参考图3，与基底相对于打印头的移动相对应的取向称为快速扫描取向。基底相对于打印头移动的方向330称为快速扫描方向。
与该快速扫描取向垂直的取向称为慢速扫描取向。根据优选实施例并参考图3，属于打印头的喷嘴阵列的取向平行于该慢速扫描取向。
墨滴可打印于基底上的多个位置形成可寻址像素格栅。为方便起见，我们将与快速扫描取向一致的该可寻址格栅上的像素组称为像素行，并将与慢速扫描取向一致的像素组称为像素列。
喷嘴阵列
参考图1，打印头的每个喷嘴可以用从1至nbrNozzle的喷嘴指数nozzleIndex来索引。沿慢速扫描取向140的两个喷嘴130之间的最短距离称为喷嘴节距110，并使用变量nozzlePitch表示。喷嘴阵列的长度150可以表达为slowScanPitch长度的倍数，并用变量headSize表示。
在沿快速扫描取向的一次移动时可以被打印头喷嘴寻址的一组像素称为打印行。沿与慢速扫描取向平行的取向测量的打印行的尺寸称为swathSize。根据优选实施例，打印行尺寸等于或大于文档的图像，使得所述文档的所有像素可以打印在一个打印行内。
参考图4，阵列的喷嘴430出于结构原因沿两个以上的行(460，461)交错。这种情况下，喷嘴节距410定义为与慢速扫描取向垂直的两个线之间并经过该交错喷嘴的中心的最短距离。
如果打印头包含交错喷嘴阵列，自属于不同行的喷嘴发射墨滴的时序优选地调整为使得，文档图像内属于与慢速扫描取向平行的同一条线的像素也着陆在打印图像上与该慢速扫描取向平行的同一条线上。通过如此调整时序，准备用于喷嘴的信号的过程可以是相同的，似乎所有喷嘴实际上位于同一条线上。
根据本发明优选实施例，不是使用一个打印头，而是使用背靠背安装的两个打印头的子组件。每个单独打印头包括一行318个喷嘴，喷嘴节距为169微米，这对应于59.2个喷嘴每厘米或者150.3个喷嘴每英寸。打印头内的换能器为机电类型，并使用压电材料制作。参考图5，通过将第二头520安置为相对于第一头521恰好错开喷嘴节距541的一半，则获得子组件530，该子组件530可以以两倍于原始头的分辨率来打印。因此该子组件实质上等效于具有两行318个喷嘴且喷嘴节距为84.5微米的单一打印头，这对应于118.4个喷嘴每厘米或300.6喷嘴每英寸。
根据所述同一优选实施例并参考图5，通过以交错方式安装打印头的多个子组件530以形成打印头组件500，由此提高打印行尺寸。子组件530具有或不具有交叠的喷嘴。自属于不同打印头子组件的喷嘴发射墨滴的时序优选地调整为使得，文档图像内属于与慢速扫描取向平行的同一条线的像素也着陆在打印图像上与该慢速扫描取向平行的同一条线上。通过如此调整时序，准备用于喷嘴的信号的过程可以是相同的，似乎所有喷嘴实际上位于同一条线上。
根据所述优选实施例，使用了利用诸如青色、品红色、黄色和黑色墨的不同墨来打印的一组四个打印头组件。
此外根据所述优选实施例，属于不同打印头组件的喷嘴沿快速扫描取向排列，使得属于不同打印头组件但具有相同喷嘴指数的喷嘴在相同打印行期间打印在同一光栅线上。
沿慢速扫描取向的打印分辨率slowScanResolution与喷嘴节距之间存在联系。更具体而言，
slowScanResolution＝1/nozzlePitch
对于由基底相对于打印头或打印头组件的变量fastScanVelocity代表的固定速度，由变量fastScanResolution代表的沿快速扫描取向的打印分辨率正比于由变量firingFrequency代表的喷嘴发射频率，该喷嘴发射频率即为喷嘴喷射墨滴的时间速率。因此，快速扫描分辨率fastScanResolution表示为发射频率firingFrequency除以沿快速扫描方向的速度fastScanVelocity：
fastScanResolution＝firingFrequency/fastScanVelocity
更高的空间分辨率使得可以呈现更细腻的图像细节，因此一般使得可以实现更高的图像质量。
计算机系统
根据优选实施例并参考图6，从诸如计算机的数据处理系统600产生打印机命令。数据处理系统(600)包括均通过计算机总线(624)连接的网络连接装置(621)、中央处理单元(622)和存储器装置(623)。数据处理系统600通常还具有用于输入数据的人机接口(630，631)以及用于输出数据的人机接口(640)。根据一个实施例，计算机程序代码存储于诸如大容量存储装置(626)或者通过便携数据载体读取装置(625)读取的便携数据载体(650)的计算机可读介质。
打印机控制器
参考图7，基底传输马达740、固化工作台750和打印头致动器730由打印机控制器700控制。打印机命令710被缓冲存储器701接收。这些打印机命令包含被发送到控制装置705的控制器信息以及被发送到图像缓冲器702的图像数据。图像处理器703可以对图像缓冲器702内的图像数据进行操作。控制装置705控制驱动所述基底传输马达740的基底传输驱动器707。控制装置705还控制驱动固化工作台750的固化工作台驱动器706。图像缓冲器702内的信息可以用于通过打印头驱动器704来驱动打印头致动器730。
方法描述
根据本发明的程序的示例包括步骤：打印轮廓图像，测量和分析所述轮廓图像，计算用于每个喷嘴的校正表，以及使用所述校正表来处理图像。现在详细地解释这些步骤。
打印轮廓图像
第一步骤包括打印轮廓图像。打印所述轮廓图像的目的是收集校正系统性密度变化所需要的信息，其中该系统性密度变化源于沿打印头或打印头组件的慢速扫描取向的滴体积的系统性变化。
这是通过将打印头的驱动器设置在固定的预设驱动器水平并打印轮廓图像来实现的。该轮廓图像内跨过该慢速扫描取向的密度变化将反应由属于同一或不同打印头的不同喷嘴产生的滴体积之间存在的系统性变化。
在早先描述的实施例之一中，使用了可以呈现8种滴体积{0，1，2，3，4，5，6，7}的打印头。在一个实施例中，对于每个大于零的滴体积，打印轮廓图像。然而实验中发现，滴体积和打印密度的变化之间的关系近似为线性的。由此得到下述做法是足够的，例如使用与等级4相关联的滴体积仅打印一个轮廓图像，并将通过这种方式获得的密度变化外推到其他滴体积。
根据优选实施例，对于每个打印头或打印头组件，打印至少一个轮廓图像。例如，如果四个打印头或打印头组件用于使用青色、品红色、黄色和黑色墨来打印，则使用每个这些打印头或打印头组件来打印分离的轮廓图像。
根据优选实施例之一，轮廓图像在打印之前分解为两个轮廓子图像。在第一轮廓子图像中，激励具有奇数喷嘴指数的喷嘴来进行打印，而具有偶数喷嘴指数的喷嘴不打印。在第二轮廓子图像中，激励具有偶数喷嘴指数的喷嘴来进行打印，而具有奇数喷嘴指数的喷嘴不打印。结果是，每个打印轮廓子图像现在包含一组与各个喷嘴相关联的平行于快速扫描取向的线，与快速扫描取向平行的白色间隙介于这些线之间。具有这些白色间隙可更好表征单个喷嘴。然而缺点为，使用这种技术没有模拟沿慢速扫描取向的点位移变化引起的密度变化。
根据另一优选实施例，两个在先实施例的原理被组合。第一步骤包括使用所有喷嘴被激励的打印头或打印头组件来打印轮廓图像。该步骤尤其适宜于模拟由点位移偏差引起的密度变化。第二步骤包括仅使用具有奇数指数的喷嘴来打印轮廓图像。第三步骤包括仅使用具有偶数指数的喷嘴来打印轮廓图像。第二和第三步骤尤其适宜于模拟点尺寸变化。
扫描轮廓图像
在下一步骤，使用高分辨率扫描器扫描轮廓图像。例如，如果两条打印线之间的距离如先前实施例中那样为1/59.2厘米(1/150.3英寸)，则轮廓图像以787.4像素每厘米(或2000像素每英寸)速度被扫描。扫描的轮廓图像得到具有强度值(intensity value)的包含像素的数字光栅图像文件。
优选使用具有红色、绿色和蓝色光谱滤光片的彩色扫描器来完成轮廓图像扫描。
在一个实施例中，所述数字光栅文件中的像素的强度值为所述高分辨率扫描器中红色、绿色和蓝色光谱滤光片的响应的总和。
在另一实施例中，仅使用一个光谱响应，所述光谱响应依赖于轮廓图像的墨的颜色。例如通过蓝色滤光片的光谱响应用于测量使用黄色墨打印的轮廓图像，通过红色滤光片的光谱响应用于测量使用青色墨打印的轮廓图像，通过绿色滤光片的光谱响应用于测量使用品红或黑色墨打印的轮廓图像。
轮廓图像的分割
在下一步骤，图像处理用于识别与使用特定喷嘴打印的轮廓图像区域内的墨冲程相对应的该数字光栅图像中的矩形区域。对属于打印头或打印头组件的所有打印喷嘴重复该步骤。
对于白色间隙分隔轮廓子图像中由不同喷嘴打印的墨冲程的情形，使用数字图像处理领域中已知的分割技术之一可以容易地实现这一点。备选技术包括构图打印头或打印头组件的空间几何以识别由不同喷嘴打印的区域。
平均像素值
根据下一步骤，对属于与单一喷嘴相对应区域的像素的强度值计算平均值。该平均过程降低了例如由于扫描过程中的噪声或其上打印轮廓图像的基底的颗粒引起的像素值之间的随机偏差。
转化为密度
根据优选实施例，在先前步骤中对于打印头或打印头组件的每个喷嘴获得的平均值被转化为代表密度的值。通过将强度值I除以参考强度值I0之后取其对数的负数，得到强度值I的密度值D。
I为从先前步骤获得的像素值的平均强度。I0例如可以是对应于未打印基底的扫描器的响应。
除了从强度到密度转换之外的其他转换也是可能的。例如，从强度到基于CIELab彩色空间的坐标空间的转化也是可能的。
优选地，使用得到滴体积和转换强度值之间基本上线性关系的转换。
先前步骤的结果为例如看上去类似图8的打印机轮廓850。横坐标801表示喷嘴810的指数，而纵坐标802代表对应于喷嘴840且从先前步骤得到的密度值841。
图8所示打印机轮廓850代表一个打印头820的喷嘴以及与一个基底组合的一个选定滴体积。对于包含多个打印头的打印头组件的喷嘴以及对于不同的滴体积，存在类似的轮廓。对于不同的多个打印头或打印头组件，例如对于彩色打印的情形，也存在类似的轮廓。使用先前步骤获得的一组打印机轮廓850通常对于一种基底或者有限范围的基底是有效的。如果使用具有显著不同打印特性的基底，则通常通过结合具有不同打印特性的所述基底重复先前步骤，由此得到一组新的打印轮廓。
根据一个优选实施例，基于多个轮廓图像计算打印头轮廓850。例如，可以激励所有喷嘴来打印第一轮廓图像，仅激励具有奇数指数的喷嘴来打印第二轮廓图像，且仅激励具有偶数指数的喷嘴来打印第三轮廓图像。这三个轮廓图像得到三个打印机轮廓。根据优选实施例，这三个轮廓被组合以获得一个全局打印机轮廓。例如，来自从所述第一轮廓图像得到的第一打印机轮廓的数据可用于对从所述第二和第三轮廓图像获得的第二和第三打印机轮廓应用附加校正，反之亦然。
计算校正因子
图8的打印机轮廓850表明，指数为[i]的特定喷嘴例如850以高于其他喷嘴例如830的密度D[i]例如841进行打印。该轮廓850应作为喷嘴校正方法的基础，该方法将属于打印头或打印头组件的所有喷嘴的密度响应均等。
由于以较低密度831打印的喷嘴830无法校正为在相同驱动水平下以较高密度841打印，喷嘴校正方法的目的应该是降低喷嘴840所打印的平均密度841(自然地以较高密度841打印)。
因此，在打印机轮廓中识别指数为830的参考喷嘴，该喷嘴以值为Dmin的最低密度831进行打印。
基于该最低密度Dmin并基于密度D[i]，对于每个喷嘴840定义介于0％和100％之间的校正因子NCF[i]，该校正因子将所述喷嘴840的原始密度D[i]841降低到具有最低密度的喷嘴830的密度831Dmin。
具体而言，NCF[i]＝Dmin/D[i]
喷嘴校正因子的解释如下。如果与参考喷嘴830的密度831Dmin相比，喷嘴840的滴体积V[i]产生太高的密度D[i]841，则将所述滴的体积乘以校正因子NCF[i]将使得所述喷嘴840的密度D’[i]等于参考喷嘴830的值Dmin。这是基于滴体积变化和结果密度变化之间存在线性关系的假设。
图9示出对于图8所示打印头820绘制的校正因子941。可以看出，校正因子931对于参考喷嘴830为100％，对于其他喷嘴840具有较小的值941。
对于密度基本上正比于滴体积且滴体积基本上正比于驱动打印喷嘴的值的情形，相同的校正因子可以用于所有的可打印滴体积。
例如，打印头可以产生标称为{0pl，7pl，14pl，21pl，28pl，35pl，42pl，49pl}的滴。如果通过使用体积标称为28pl的滴形成轮廓图像，则对于这些标称28pl获得的喷嘴校正因子也可以用于其他滴体积。
对于密度基本上不正比于滴体积或者滴体积不正比于驱动打印喷嘴的值，则更好的方法为，使用所有可能的标称滴体积打印不同的轮廓图像，并对于每个标称滴体积计算分离的喷嘴校正因子。
计算查找表
根据本发明优选实施例，基于校正因子，对于属于打印头或打印头组件的每个喷嘴产生喷嘴校正查找表。
这种查找表的项目(entry)使用与代表各个喷嘴的可能滴体积的数目相同的位数来表示。每个项目值对应于标称滴体积。
该位数也与正常驱动打印头驱动器的半色调值的位数相对应。在一个优选实施例中，喷嘴补偿查找表的项目的位数等于三。
查找表的输出为使用比表的项目显著更多的位来表示的正整数。在同一优选实施例中，查找表的输出为八位的字。
与喷嘴相对应的喷嘴补偿查找表的输出值是基于在先前步骤中计算的喷嘴校正因子。
更具体而言，给定查找表项目的输出值对应于从零到最大查找表输出值的喷嘴校正因子，该喷嘴校正因子是针对与所述查找表项目值相对应的最小滴体积来计算的。
图10A示出查找表的示例，其中对于该表的所有项目，喷嘴校正因子等于100％。这种查找表代表使用值为Dmin的最低密度831进行打印的指数为830的喷嘴。
图10B示出查找表的示例，其中对于该表的所有项目，喷嘴校正因子等于80％。这种查找表代表使用喷嘴密度为最低密度Dmin的125％进行打印的喷嘴。
图10C示出查找表的示例，其中对于该表的所有项目，喷嘴校正因子不同。通过打印每个标称滴体积的轮廓图像，可以获得与不同项目相对应的不同喷嘴校正因子。
用于打印图像的图像处理
图11示出使用本发明的方法来打印图像的图像处理方案的实施例。
待打印文档1110通常表示为不依赖于分辨率的格式，例如PDFTM、PostScriptTM或者Microsoft-WordTM。
在第一图像处理步骤，所述文档1110转换成具有与打印装置相同彩色空间和相同空间及色调分辨率的光栅图像1111。该图像处理步骤包括多个子步骤，其中该图像处理步骤通常是由在数据处理系统600上工作的光栅图像处理软件来执行。
第一子步骤是，将文档中的对象例如着色区块、字体文本以及光栅图像转换为具有与其上将打印该文档的装置相同空间分辨率的光栅图像。
第二子步骤涉及，将所述文档中对象的颜色转换到其上将打印该文档的装置的彩色空间内。
第三子步骤称为数字半色调化，涉及按照图像质量赝像能见度被最小化的方式，将着色剂分辨率数量降低到其上将打印该文档的装置的着色剂分辨率。
优选地，使用外部数据处理系统600执行该光栅图像处理。备选使用嵌入在打印机内的数据处理系统。
第二图像处理步骤涉及喷嘴校正步骤1121。所述喷嘴校正步骤1121将用第一着色剂分辨率表示的光栅图像1111的未校正像素转换为用第二着色剂分辨率表示的光栅图像1112的喷嘴校正像素，该第二着色剂分辨率高于所述第一着色剂分辨率。
优选地这是通过对图像1111内的每个像素使用喷嘴校正查找表来实现，其中该查找表对应于打印所述像素所使用的喷嘴，且该查找表是使用前面已经解释的方法之一获得的。
第三图像处理步骤涉及空间调制步骤1122，其中光栅图像1112的所述喷嘴校正像素被量化为光栅图像1113的定量像素，且其中所述量化涉及通过所述量化处理引入的量化误差的空间扩散。
在一个实施例中，该量化误差的量化和空间扩散过程使用一维误差扩散过程。在下一段中详细解释这个实施例。
在另一实施例中，该量化误差的量化和空间扩散过程使用脉冲宽度调制过程。
误差扩散和Δ-∑调制
本发明第一实施例的一维误差扩散示于图12。
在第一步骤，修正的像素值P’[i]被量化器(quantizer)1210量化为半色调像素值H[i]。
通过从修正像素值P’[i]减去半色调像素值H[i]，由此计算量化误差值E[1]。
该误差加到未修正像素值P[i+1]，得到修正像素值P’[i+1]。
在第二步骤，修正像素值P’[i+1]通过移位寄存器1220被移位一个像素位置以获得移位的修正像素值P’[i]，且对于i＝[2，N]重复该第一步骤，其中N等于使用特定喷嘴打印的打印文档的图像线数目。
根据优选实施例，未修正像素值P[i+1]用高分辨率色调灰阶表示，例如使用8位无符号整数值表示的灰阶。这意味着P[i+1]的值是在[0，255]范围内。
半色调像素值H[i]用与P[i+1]相同的色调灰阶表示，但是允许仅具有不同数目的值。例如，在使用仅能呈现四种不同滴体积的打印头的打印系统中，H[i]值将限制于来自有序集合{0，85，170，255}的值。
在一个实施例中，量化水平等间距。最大量化步骤qStepMax定义为该有序集合中两个后续量化水平之间的最大差值。在上述示例中，最大量化步骤qStepMax等于85。
量化器1210选择最接近P’[i]值的H[i]值。由此得到，量化误差E[i]的范围应该包括区间[-qStepMax/2，qStepMax/2]。在上述示例中，例如修正像素值P’[i]为42将导致量化为0以及量化误差为-42。另一方面，修正像素值P’[i]为44将导致量化为85以及量化误差E[i]为+43。
修正像素值P’[i+1]为未修正像素值P[i+1]和误差E[i]之和，且应使用包括范围[-qStepMax/2，255+qStepMax/2]的高分辨率色调灰阶表示。
通过将量化误差E[i]加到未修正像素值P[i+1]，该误差扩散算法得到像素值H[i]序列，该序列平均起来等于未修正像素值P[i+1]。
对于未修正像素值P[i+1]的特定固定值，图12的方案可得到误差扩散像素值H[i]的准周期性序列。
参考图13，通过将随机数N[i]加到修正像素值P’[i]，可以有效地破坏这些准周期性序列。不同喷嘴的空间调制器使用的随机数优选地是不相关的。在一个实施例中，随机数的范围对应于量化器1410的一个量化步骤qStep。在另一实施例中，随机数N[i]包括在+/qStep和-qStep之间随机交变的数的序列。
通过将四个P[i+1]、P’[i]、N[i]和H[i]的加法组合成一个加法，则图13的方案可以重新绘制成图14的等效方案。两种方案精确地按照相同的方式工作；唯一差别在于，在图14所示方案中没有明显地计算误差E[i]。
通过将图14中的四个加法分量之和分解为三个分量的第一总和和两个分量的第二总和，则得到图15所示的等效方案。
图15的方案实质上对应于Δ-∑调制器方案，该方案提供了对误差扩散算法的不同解释。修正像素值P’[i]与下一个修正像素值P’[i+1]的加法作为一阶积分器1540。通过从输入信号P[i]减去输出信号H[i]并积分该结果，实现了一反馈链，该反馈链确保输出序列H[i]的平均值跟随输入序列P[i+1]的平均值。该反馈链还有效地抑制了加入随机数N[i]的影响。由于该反馈回路包括作为积分(低通)过滤器的积分器1540，随机信号N[i]的低频分量相对更多地被该反馈回路抑制，且随机信号N[i]的谱改变。因此，积分器1540有时称为噪声成形过滤器。
图15的方案示出了一阶积分器(仅具有一个延迟)。根据另一实施例，使用具有多个延迟的更高阶积分器。例如图16示出二阶积分器，其中P’[i]值的一部分W1加到P’[i+1]且P’[i]值的一部分W2加到P’[i+2]。延迟的数目及权重值的影响为本领域技术人员已知的数字信号处理的主题。
图19示出本发明又一实施例。这种情况下，基于修正像素值P’[i]和半色调像素H[i]之间的差值来计算误差信号E[i]。该误差信号E[i]延迟一个像素位置以获得延迟误差信号E[i-1]，并加到像素值P[i]以获得修正像素值P’[i]。
参考图15，发现将随机数N[i]加入积分器1540的输出P’[i]偶尔形成不期望的H[i]值。
为了改善上述问题，图20所示优选实施例包括覆盖机制1950。根据所述实施例，该覆盖机制包括可以在输出值H[i]和作为空间调制器输入值P[i]的函数的至少一个固定值之间选择的开关。
参考图20，例如在输入像素P[i]代表具有连续色调值0的最亮颜色的情况下，该覆盖机制迫使输出H’[i]也呈现具有值0的最亮的可能量化颜色，因此覆盖空间调制器的输出H[i]。
参考图20，例如在输入像素P[i]代表具有连续色调值255的最暗颜色的情况下，该覆盖机制迫使输出H’[i]也呈现具有值7的最暗的可能量化颜色，因此覆盖空间调制器的输出H[i]。
图21示出基于图19所示实施例的实施例，该实施例包括覆盖机制以覆盖作为空间调制器输入值P[i]的函数的输出值H[i]。与图20所示实施例相比，该实施例优点在于，驱动开关2150的信号P[i]不需要任何另外延迟。
将喷嘴校正和空间调制组合在一个步骤内
根据一个实施例，喷嘴校正步骤和空间调制步骤被组合成一个步骤。参考与图12相关的图17，在误差扩散或Δ-∑调制方案的反馈回路中使用打印机模型1730。
打印机模型将驱动喷嘴i的值H[i]转换为表示由所述喷嘴产生的密度的值，且正是该密度值被用来计算用于反馈的量化误差E[i]。
在一个实施例，打印机模型简单地为介于0％至100％的范围且对于每个喷嘴是不同的因子。例如图18示出具有图8所示轮廓的打印头的不同喷嘴的不同比例因子。
在另一实施例中，打印机模型为一查找表，该查找表具有与驱动喷嘴的值相对应的项目以及与由所述喷嘴产生的密度相对应的输出。
空间调制步骤1122的结果为具有使用与打印机相同色调分辨率表示的值1113的像素。
打印步骤
在空间调制步骤1122之后，与不同喷嘴相对应的输出值1113被发送到驱动打印头喷嘴的打印机驱动器1123。如此得到打印图像1115。
可以由外部或嵌入式通用数据处理系统来执行图像处理步骤1121和1122。然而，根据优选实施例，由相同的现场可编程阵列来执行该图像处理步骤。一般而言，这是也包括打印头驱动器的相同的现场可编程阵列。为了降低存储器要求，优选的是，不对整个图像同时执行上述图像处理步骤。优选地，喷嘴校正和空间调制与打印头的驱动同步，使得在任意时刻，仅仅存储驱动该打印头所需的这些像素值。
概括
尽管已经结合本发明的优选实施例对本发明进行描述，但是应当理解的是，意图并不在于将本发明限于这些实施例，可以进行许多调整而不背离由所附权利要求书定义的本发明的范围。
例如，在优选实施例中，∑-Δ调制或者误差扩散方案具有一个或两个权重，但是这些方案也可以使用多个权重。
在上述示例中，误差扩散方案中的量化误差仅传递到由同一喷嘴打印的一个或多个像素，但是在另外实施例中，所述量化误差至少部分传递到由不同喷嘴打印的像素，例如由相邻喷嘴打印的像素。
在上述示例中，使用足够大以在单程打印整个文档的打印头组件来实现打印。然而，本发明也可以有利地与在不同程内打印文档的较短打印头结合使用。
在优选实施例中，误差扩散或Δ-∑调制被用于执行量化误差的空间调制。空间调制的备选技术为将周期性或随机信号加到喷嘴校正像素1112，并对相加结果执行线性量化，以获得具有与打印装置相同色调分辨率的值1113。

Claims (11)

1.一种图像处理方法(图11)，用于打印包括具有以第一色调分辨率表示的色调值的像素的光栅图像，所述打印使用包含打印头的点阵打印机，该打印头包括至少两个喷嘴的阵列且所述打印机具有第二色调分辨率，所述图像处理方法包括步骤：
确定第一喷嘴的第一喷嘴校正(1001)；
确定不同于所述第一喷嘴的第二喷嘴的第二喷嘴校正(1002，1003)；
获得(1120)所述光栅图像(1111)；
将所述第一喷嘴校正(1001)应用于将使用所述第一喷嘴打印的所述光栅图像(1111)像素的色调值，以获得具有以第三色调分辨率表示的色调值(1112)的喷嘴校正像素；
将所述第二喷嘴校正应用于将使用所述第二喷嘴打印的所述光栅图像(1120)像素的色调值，以获得具有以所述第三色调分辨率表示的色调值(1112)的喷嘴校正像素；
量化(1122)所述喷嘴校正像素的色调值，从而获得具有以所述第二色调分辨率表示的色调值的量化像素(1113)；
所述方法其特征在于：
所述第三色调分辨率高于所述第一色调分辨率，
所述第一喷嘴校正不同于所述第二喷嘴校正。
2.如权利要求1所述的方法，另外包括步骤：
使用所述打印机打印所述量化像素。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述量化步骤(1122)包括在所述量化步骤中引入的量化误差的空间扩散。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：在所述第二喷嘴校正像素色调值的量化之前，将通过量化第一喷嘴校正像素色调值而引入的量化误差(图12中的E[i])的至少一部分加入至少一个第二喷嘴校正像素色调值。
5.如任一前述权利要求所述的方法，还包括步骤：
选择具有所述第一色调分辨率的像素的第一值；
选择具有所述第二色调分辨率的像素的第二值；
如果所述光栅图像内的相应像素等于所述第一值，则使用所述第二值替代所述量化像素的值。
6.如权利要求3、4或5所述的方法，其中所述空间调制步骤使用误差扩散或者Δ-∑调制。
7.如权利要求1至6任意一项所述的方法，还包括打印机模拟步骤(图17中的1730)。
8.一种包括打印机控制器(图7中的700)的打印机(图3中的300)，其中所述打印机控制器包括配置成执行如权利要求1至7任意一项所述方法的图像处理器(703)。
9.如权利要求8所述的打印机(300)，还包括固化工作台。
10.如权利要求8或9所述的打印机，其中所述图像处理器实施于现场可编程阵列上。
11.一种包括配置成执行如权利要求1至7任意一项所述方法的计算机代码的计算机可读介质(图6中的650)。
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