CN101528467B - 防止形成喷墨打印伪像的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于补偿在基底上由喷墨打印机的多个喷嘴沉积的液滴在打印方向上合并的趋势的方法，所述的方法包括：识别由每个喷嘴打印的像素的行，所述的像素具有大于第一阈值的灰度值；选择某些被由概率函数确定的打印方向上的距离所分离的像素，并且将这些像素的灰度值降至第二阈值之下，从而防止液滴在打印方向上的合并。

Description

防止形成喷墨打印伪像的方法

技术领域

本发明涉及液滴沉积方法，具体地涉及喷墨打印。更具体地，本发明旨在减少由喷墨打印产生的特定种类的可见伪像(artefact)的出现。

背景技术

喷墨打印头通常具有一排或多排喷嘴，用于将墨水沉积到基底上。在典型的打印系统中，打印头通过在大致垂直于排方向的打印方向上相对于基底移动，对基底进行寻址(address)。在控制墨水喷射的时机的情况下，喷嘴使墨滴沉积，使得液滴通常沉积到基底上的直线网格上。特定的喷嘴负责在基底上沉积沿着打印方向延伸的液滴行；由相邻的喷嘴沉积的液滴行的组合产生了图像。因此，打印方向上的网格间隔由喷嘴的连续喷射之间的时间延迟控制，而垂直于打印方向的间隔由垂直于打印方向的相邻的喷嘴的物理间隔控制。

已经发现有这样的趋势，来自特定喷嘴的连续液滴结合起来的程度远大于来自相邻喷嘴的液滴结合起来的程度。因此，发现墨水优选地在打印方向上合并，而在垂直于打印方向的方向上则相反。即使当在精确的正方形打印网格上打印时，该问题也是明显的。此外，来自相邻喷嘴的液滴优选地在打印方向上合并。人眼善于识别连续色调(solid tone)的直线区域，因此这种必然在打印方向上延伸的区域将导致显著可见的伪像。

液滴的这种结合(连接)产生“链(chain)”，并且关键是，这些链以小得多的程度与相邻的链横向连接。取决于确切的打印方法，这些链在已完成的打印品中可能变得高度可见。紫外光固化墨水被发现特别易于形成这种链。这可能归因于墨水保持液体更长的时期，因为常规溶剂或水性墨水落到基底上就立刻干燥，而紫外光固化墨水必须通过施加辐射以固化。

该普遍问题的原因是复杂的，并且从硬件角度考虑，很难在不降低喷射频率和另外或因此不降低生产量的情况下，克服该问题。例如，可以增加从特定喷嘴沉积连续液滴之间的时间延迟，从而允许来自相邻的喷嘴的液滴有更大的机会合并，但是另一方面，这将明显地降低生产量。作为选择，可以以两次通过来打印图像并且使液滴交错(interleave)；这确实在一定程度上防止了链的形成，但是需要在基底上多于一次的通过，从而降低总生产量。此外，已经发现，即使是某些交错方法也易于产生这种伪像。

图1显示打印头在打印方向P上移动，从而形成连续色调区域的三个喷嘴(N1、N2和N3)的理论的液滴沉积图案。图2示出基底上液滴所产生的合并，产生了三个在打印方向P上延伸的这种“链”(21、22、23)。

如上所述，还发现在完成了两次或更多次通过的交错液滴在打印的图像中产生可见的伪像。图3示出对于这种交错操作的第一次通过所预期的液滴分布图案，而图4示出可能在基底上出现的液滴的合并。图3显示由打印头在打印方向P上相对于基底移动的一排喷嘴(N1-N6)所产生的“棋盘”沉积图案。图4中显示的所得到的墨水图案包括由合并的液滴显示出的各种典型图案(41、42、43)。在此所示的可能图案中，在打印方向上延伸的蛇形图案-比如在此由喷嘴N4和N5所产生的蛇形图案(43)-对于人眼是显著可见。这种蛇形图案通常是在使用交错方法打印需要大液滴尺寸的连续色调的区域时产生的。

发明内容

本发明从控制系统的角度处理“链形成”的问题，设法通过改变打印数据来克服图像缺陷。有利地，这允许在不对打印硬件进行普遍改变的情况下使用本发明，通过减少实施时间和成本带来附带的益处。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于补偿由喷墨打印机的一个喷嘴沉积的连续液滴在基底上合并趋势的方法，所述的方法包括：

接收代表由喷嘴打印的像素的第一打印数据，每个所述像素具有与其相关的灰度值(grey level)，

识别灰度值大于阈值的邻接像素的阵列，

降低所述阵列内选择的像素的灰度值，从而减少形成视觉可见的合并液滴的链。

优选地，在所述阵列内选择像素的步骤包括，对于每个此类阵列，选择被分开由概率函数所确定的距离的像素。

优选地，对于超出链断开距离(chain break distance)以上的距离，概率函数是零值。

适宜地，降低所述选择的像素的灰度值的步骤包括将每个所述像素的灰度值设定为链断开值(chain break value)，所述链断开值低于所述阈值，并且足以基本上防止由所述喷嘴打印的相邻的液滴的合并。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于补偿由喷墨打印机的多个喷嘴沉积的液滴在基底上在打印方向上合并趋势的方法，所述的方法包括：

接收代表由多个喷嘴打印的像素的打印数据，每个所述像素具有与其相关的灰度值，

识别灰度值大于阈值的邻接像素的阵列，

降低所述阵列内选择的像素的灰度值，从而减少形成视觉可见的合并液滴的链。

附图说明

现在将参照附图对本发明进行描述，在附图中：

图1显示对于三个相邻喷嘴的理想化的液滴沉积；

图2显示由在根据图1的液滴沉积之后的液滴合并所形成的链；

图3显示理想化的“棋盘”液滴沉积；

图4示出在根据图3的液滴沉积之后所得到的液滴合并图案；

图5显示使用紫外光墨水，根据现有技术方法形成的打印图像；

图6显示与图5类似的放大图像，详细地显示伪像；

图7显示将本发明应用于与图6相同的打印数据所得到的打印图像；

图8显示对于打印连续色调的单喷嘴的理想化的液滴沉积；

图9显示在根据图8的液滴沉积之后通过液滴的合并所形成的链；

图10显示由将本发明应用于与图8相同的打印数据所产生的理想化的沉积；

图11示出在应用本发明之后断开的图9的链；

图12显示在将本发明应用于与图1类似的打印数据之后，对于三个相邻喷嘴的又一理想化的液滴沉积；

图13显示由图12的沉积所产生的示例性的液滴合并图案；

图14示出对于两排打印头的第一排喷嘴的理想化的液滴沉积；

图15显示由图14的液滴沉积所产生的“链”；

图16显示在根据图14的液滴沉积之后，来自第二排喷嘴的“填空(in-fill)”液滴的理想化的液滴沉积；

图17示出在根据图16的沉积之后，墨滴在基底上的示例性的合并图案。

具体实施方式

本发明通过减小打印图案内某些选择液滴的尺寸，由此抑制在基底上的合并，从而解决了链形成的问题。图5显示放大的利用紫外光固化墨水形成的打印图像，其中所讨论的伪像显著可见。打印方向P为从左至右；在图像中形成的链在此放大倍数下是明显的，并且在正常的观看距离下将是可察觉的。图6显示更高放大倍数下的类似的打印图像，其更详细地显示水平延伸的链。图7显示与图6相同的打印数据的打印图像，其中根据本发明打印该数据。使用本发明的效果是明显可见的，现在液滴的合并基本上是各向同性的，因此消除了链伪像。

图8和9分别显示对于打印连续色调的单喷嘴(N1)的理论的液滴沉积，以及当在方向P上从上到下地打印时可能实际产生的结果。相反，图10示出对于单喷嘴根据本发明打印与图8中相同的数据的理论的液滴沉积。与原始打印数据相比，沉积的第四液滴(10)的尺寸被减小，从而抑制在方向P上的合并。图5示出本发明对图9中所示的“链”(21)的效果：通过减小被打印的第四液滴的尺寸，从而使其形成分离的墨点(11)，使“链”断开。这是当与灰色梯尺打印头组合使用时，本发明的效果的实例，从而允许对每一个液滴的尺寸进行控制。

图12和13分别显示根据本发明打印连续色调打印数据的三个相邻喷嘴(N1、N2和N3)的又一理论上的液滴沉积，以及打印后在基底上产生的合并液滴的图案。与全部液滴具有相同尺寸的图1的沉积相比，图12的沉积包括数个尺寸减小的液滴(10)。如图13中所示，这趋于将对应于这些尺寸减小的液滴(11)的墨点从如图2中所示的否则可能形成的链(21、22、23)中分离。如图12和13所示，应用本发明对“链”之间的横向连接几乎没有作用。

本发明的一个实施方案通过在由单喷嘴产生的行中插入间隙(inserting gap)来防止链形成。本发明可以作为应用于打印数据的算法被实施，并且适用于与二进制(binary)和灰色梯尺打印头一起使用。

根据本发明的链断开方法可以考虑两个临界液滴尺寸，所述的两个临界液滴尺寸可以理论地或通过试验经验地确定。对于图形应用，这种试验可以包括通过眼睛研究打印图像的可见缺陷，而当将本发明应用于功能流体(functional fluid)时，可以测试打印的结构的点到点传导率(point-to-pointconductivity)和功能性(functionality)。这些液滴尺寸将对应于打印数据中的两个灰度值，并且在实践中确定这些灰度值。对于喷射流体、基底和打印头设备的每个组合，仅需要一次这样的测定。

第一个参数是在不形成链的情况下可以打印的液滴的最大尺寸。下文中将此参数称为“链断开极限(ChainBreakLimit)”。第二个参数是将使正在形成的链断开并且能够被打印的最大液滴尺寸。下文中将此参数称为“链断开液滴(ChainBreakDrop)”。在二进制图像中，这些液滴都可以是零尺寸的液滴(即，间隔)，但是使用灰色梯尺打印头的情况下，则这些将很可能是非零尺寸的液滴。

可以被确定的另一个参数是在链中所允许的液滴的最大数目。此参数可以通过试验经验地确定，从而平衡去除链伪像的需要与由于使太多链断开而导致的图像的光密度的降低。下文中将此参数称为“链断开长度(ChainBreakLength)”。

在第一示例性实施方案中，链断开方法考虑之前由喷嘴打印的液滴的尺寸。在打印下一液滴之前，将像素的灰度值与链断开极限参数比较。如果其更小，则打印液滴；如果更大，则将之前的已由喷嘴打印的大于链断开极限的连续液滴的数目相加-这是理论上的当前链长(以下称为链总数(ChainSum))。计算当前链长与链断开长度的比率，并且与一个随机(或伪随机)数比较；如果该比率大于随机数，则将液滴的尺寸设定为链断开液滴尺寸。

此实施方案可以通过以下编码表示：

这里的函数“rnd”可以被任何随机函数代替。唯一的限制是，用一个链断开液滴的液滴尺寸取代大于链断开极限的现有液滴的概率随已经被打印的链长度而增加。

根据本发明的另一实施方案，像素的灰度可以不仅与下限相比，还与上限相比，从而如果其在此下限(下文中称为“链断开下限(ChainBreakLowerLimit)”)和此上限(下文中称为“链断开上限(ChainBreakLowerLimit)”)之间，则将之前的在此范围内的液滴的数目相加，以提供链总数的值。然后可以如之前在确定是否要打印所讨论的液滴那样利用此值。在此范围外的液滴将总被打印，可以发现这尤其使需要大面积的最大覆盖的应用受益。

在又一另外的实施方案中，链断开液滴将被预定的恒定距离所间隔。因此，不进行与随机变量的对比，并且将链内被此恒定距离所分离的像素设定为链断开液滴值。可以任选地将此距离设定为链断开极限值。

已经发现，液滴在链之间的横向合并基本上与本发明的此实施方案的应用无关：因此所得到的在两个方向上的连接更加平衡。

在本发明的一个另外的、更普遍的实施方案中，识别灰度值大于链断开极限值的邻接像素的区域。然后，将这些区域内的像素设定为链断开液滴值。优选如之前的实施方案中那样，可以根据概率分布，通过标准抖动模式(standard dither pattern)将这些像素间隔，或这些像素可以任选地被恒定的距离间隔。

已经发现，本发明的此实施方案对于使用如图3所示的在基底上“棋盘”沉积图案减少打印头所产生伪像的出现尤其有效。已经发现，常规的“棋盘”方法一定程度上减少液滴合并以形成链，但是，如上所述，存在蛇形伪像(如图4所示)优选在打印方向上延伸(比如图4中的43)的趋势。

图14显示对于两排打印头的第一排喷嘴(N1(a)-N3(a))的理想化的液滴分布；两排喷嘴是交错的。如前，这种布置图案易于导致形成如图15所示的在打印方向P上延伸的“链”(21(a)-23(a))。通过第二排喷嘴(N1(b)-N3(b))沉积的“填空”液滴(图16中以阴影显示)将在时间延迟期之后到达基底上。图16显示对于这种情况的理想化的液滴分布图案。如图17所示，此延迟期将影响由第一喷嘴排(21(a)-23(a))形成的链与由第二喷嘴排(21(b)-23(b))形成的链之间的横向连接。通常，由于和与来自属于第二排的液滴的合并相比，液滴将有更多的时间可以用于与来自同一喷嘴的液滴合并，所以与相同的单排系统相比，此额外的延迟时间将趋于增加“链”的形成。根据本发明的方法可以适当地改变；这可以包括对于每个喷嘴排使用不同的链断开方法。此外，由末端喷嘴沉积的液滴将表现得不同，可以使用适当地改变的链断开方法。

根据本领域已知的另一种技术，为了减小由相邻喷嘴喷射的液滴之间的有效距离，将打印头安置在不垂直于打印方向的角度上。使用这种技术，在第一喷嘴沉积液滴和相邻的喷嘴沉积液滴的时间之间存在延迟期-这确保将液滴沉积在规则网格中，而不是在喷嘴排的该角度上。本发明还可以考虑此时间延迟而进行适当的改变。

非常清楚的是，上述方法将降低图像的总密度。图像密度的实际减少取决于上述参数和用于产生链断开位置的随机函数。作为保守的估计，我们可以假定其具有100*(2/链断开长度)的最大百分比。

液滴尺寸的减小可以被视为打印数据中的误差。在打印的图像中，此误差经常将是视觉察觉不到的，并且可以无需进行进一步的处理。在计算机制图的领域中，已知各种用于像素色深度(colour depth)的误差的分布的算法，并且有利地，这些算法可以改变以与本发明一起使用。例如，可以使用抖动算法(dithering algorithm)，比如弗洛伊德斯泰因贝格算法(FloydSteinberg algorithm)，将液滴尺寸的误差传送到相邻的像素。

特别地，考虑以下限制，必须小心地改变误差扩散算法。首先，将在打印方向上传送的误差的比例减小或归零是明智的，因为其将趋于增加后来的液滴的尺寸，因而促进在打印方向上产生又一个链。优选地，误差被传送到待被不同的喷嘴打印的像素。更优选地，不应当将两个链断开处(break)垂直于打印的方向彼此相邻地安置，因为目的是要增加这个方向上的横向连接。不需要将误差扩散算法仅应用于相邻的像素，但是优选地在将在打印的图像中感知为恒定光密度的区域上操作。

可以使用上述方法作为预处理阶段，或作为光栅图像处理(RIP)操作的部分，因而在逐个像素的基础上，与打印操作同时整体地改变打印图像数据。

对于打印方法领域的技术人员明显的是，可以改变本发明以与灰色梯尺或二元打印头一起使用。此外，本发明可以在可操作的处理打印数据的软件程序中实现，或作为可连接到打印头、或与打印头结合的ASIC实现。当然，尽管本发明在利用喷墨打印机由颜料或墨水形成打印图像的图形应用中可以具有特别的益处，但是本发明的优点将被提供给各类液滴沉积设备、基底和喷射流体，包括使用能够形成电子元件的功能流体。因此，应当理解，在本文中所提及的“灰度值”，这是用于已沉积的流体液滴的尺寸的专门术语，而不应当被视为将流体限定为特定的颜色或组成。此外，通过将二进制系统认为是仅具有对应于液滴的喷射或非喷射的两个灰度值，可以容易地将前述教导应用于二进制系统。

Claims (16)

1.一种用于补偿由喷墨打印机的多个喷嘴沉积的液滴在基底上在打印方向上合并的趋势的方法，所述的方法包括：

接收代表将由多个喷嘴打印的像素的打印数据，每个所述像素具有与其相关的灰度值，

识别灰度值大于链断开极限值的邻接像素的阵列，

降低所述阵列内的选择的像素的灰度值，从而将对应于所述选取像素的墨滴从否则可能形成的在打印方向上延伸的视觉可见链中分离。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述阵列是将由所述多个喷嘴中的每个喷嘴打印的像素形成的行，所述的像素具有大于所述链断开极限值的灰度值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中降低所述阵列内的选择的像素的灰度值的所述步骤包括，对每个这种阵列：

选择被分开以由随机函数所确定的在打印方向上的距离的像素。

4.根据权利要求3所述的方法，其中对于超过链断开长度距离的距离，所述概率函数被取值为零。

5.根据权利要求3所述的方法，其中降低所述选择的像素的灰度值的所述步骤包括：

将每个所述选择的像素的灰度值设定为链断开液滴值，所述链断开液滴值小于所述链断开极限值，并且足以防止由同一喷嘴打印的相邻的液滴的合并。

6.根据权利要求1所述的方法，其中由每个喷嘴打印的所述选择的像素与由垂直于所述打印方向的相邻的喷嘴打印的选择的像素在打印方向上是交错的。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括将在降低所述选择的像素的灰度值中所引起的误差再分配到附近的像素上。

8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述误差再分配到待被不同的喷嘴打印的像素上。

9.根据权利要求7所述的方法，其中将所述误差再分配到相邻的像素上。

10.根据权利要求7所述的方法，其中利用抖动算法将所述误差再分配。

11.一种逻辑电路，所述的逻辑电路被构造成执行根据任一前述权利要求所述的方法。

12.一种液滴沉积设备，可以进行如下操作：

接收代表将由多个喷嘴打印的像素的打印数据，每个所述像素具有与其相关的灰度值，

识别灰度值大于链断开极限值的邻接像素的阵列，

降低所述阵列内的选择的像素的灰度值，从而将对应于所述选取像素的墨滴从否则可能形成的在打印方向上延伸的视觉可见链中分离。

13.根据权利要求12所述的液滴沉积设备，其中所述阵列是由所述多个喷嘴中的每个喷嘴打印的像素形成的行，所述的像素具有大于所述链断开极限值的灰度值。

14.根据权利要求12所述的设备，其中所述选择的像素被分开以由随机函数所确定的在打印方向上的距离。

15.根据权利要求12所述的液滴沉积设备，还包括一个处理器，可以操作所述的处理器以将在减小所述选择的像素的灰度值中所引起的误差再分配到附近的像素上。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的液滴沉积设备，所述设备具有多个可以操作以沉积流体滴的喷嘴。

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