CN103144448A - 一种实现喷墨打印色域最大化的墨量限制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现喷墨打印色域最大化的墨量限制方法。该方法可以在避免喷墨打印墨量超限问题的同时，实现打印输出色域的最大化，适用于高保真喷墨复制领域：通过打印具有特定墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺，确定喷墨打印机设备控制值色空间最大色域；通过凸包算法计算色域体积，以最大色域体积覆盖率为判断依据，通过循环计算对非线性插值算法中的相关系数进行修正，最终确立墨量限制算法。本发明可以避免由墨量超限所造成的印品浪费问题，同时从色彩再现方面提高喷墨复制质量，且实施方便，在高保真色彩复制领域具有较高的适用性。

Description

一种实现喷墨打印色域最大化的墨量限制方法

技术领域

本发明属于喷墨打印色彩复制技术领域，具体涉及一种基于多维非线性插值的喷墨打印色域最大化墨量限制方法。

背景技术

喷墨打印是指打印机通过打印喷头将颜料墨滴喷射到承印介质，从而实现色彩复制的过程。近年来，随着设备精度以及耗材质量的提高，此类色彩复制技术层次丰富、细节清晰、色域宽广、承印物多样等优势逐渐体现，其已经成为国内外影像复制领域的一大主流。受纸张与墨水自身属性的影响，打印纸张所能承载的最大墨量存在特定上限，当墨量超过此上限时，不仅打印色彩再现的范围不会提高，反而会因墨层表面出现的起皱、积墨以及溢出等问题，影响最终的输出效果。

目前业界解决此类问题的主要方法是将对任意像素位置色彩再现所需的叠印墨色数量进行限制，一般最多为3色叠印或4色叠印，即将多色打印机拆分为若干3色及4色打印机，以避免墨量超限问题，但此类方法无法避免4色以内叠印的墨量超限问题。为此，在实际应用中需要利用合适的墨量限制方法将打印墨量限制在合理范围内，避免上述墨量超限问题。与此同时，过度的墨量限制虽然可以避免墨量超限问题，但会造成打印色域的损失，从而影响到打印输出的最终色彩效果，其对于对色彩再现要求较高的高保真复制领域影响尤为巨大。对于上述问题，目前学术界及工业界都尚未提出从色域最大化角度实现墨量限制的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所述问题，提出一种色域最大化的喷墨打印墨量限制方法。

本发明的技术方案为一种实现喷墨打印色域最大化的墨量限制方法，包括以下步骤：

1）输入墨量超限情况判断图案，所述墨量超限情况判断图案为正方形图像，中间像素及距离中间像素特定距离范围内的像素集合定义为空白部分，其余部分定义为着色部分；

2）根据预设的间隔值N，生成具有墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺，同时将各个墨色以间隔值N对打印机色空间Ω均匀采样；

3）在关闭所有外部软件色彩转换及墨量限制功能的条件下，打印具有墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺；

4）根据打印的具有墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺，确定各涅格伯尔基色墨量超限阈值，依据所获阈值，将打印机色空间Ω进行进一步划分为墨量超限区域Ω₁、墨量不超限区域Ω₂以及墨量情况涅格伯尔基色梯尺无法判断区域Ω₃；

5）将Ω₃区域墨量信息以间隔值N进行空间均匀采样，并将各样本墨量信息值赋予墨量超限情况判断图案，生成墨量超限二次判断样本，在关闭所有外部软件色彩转换及墨量限制功能的条件下打印墨量超限二次判断样本，剔除墨量超限样本，获得墨量未超限区域Ω₃’,并将Ω₂与Ω₃’组成设备墨量值色空间最大色域Ω_max；

6）以间隔值2N在打印机色空间Ω进行再次采样，获得设备墨量值色域Ω_device;

7）利用如下公式对Ω_device中各采样点墨量信息值进行墨量限制，获得设备墨量限制色域Ω_inkrestrict，

$T_{\mathrm{inkrestrict}}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{device}}\→{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{inkrestrict}}\\ \mathrm{\Φ}={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{2^n-1}a\left(i\right)\·{t\left(i\right)}^{s\left(n\right)}\·g\left(i\right)\\ t\left(i\right)=\frac{\min ({\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{total}-\max },{\left|\right|g\left(i\right)\left|\right|}_1)}{{\left|\right|g\left(i\right)\left|\right|}_1}\\ s\left(n\right)=\sin (\left({\mathrm{\Σ}}_1^n\left({\left(\frac{\mathrm{\Φ}\left(n\right)}{100}\right)}^p\right)\right)\·\frac{\mathrm{\π}}{2n})\end{array}\right.$

其中，n表示打印机墨色数量，i表示涅格伯尔基色序数，p为非线性修正系数，初始值设为5，Φ(n)代表样本各色墨量值，Φ_total-max为设备墨量超限阈值对应的最大墨量值，g(i)表示打印机色空间端点坐标；a(i)代表各涅格伯尔基色网点面积率，t(i)、s(n)为中间变量；Φ表示墨量限制后的墨量值，||g(i)||₁表示设备原始墨量色空间的端点坐标g(i)的1-范数；

8）将设备墨量值色空间最大色域Ω_max中的全部色块墨量值导入凸包算法，求得凸包体积V_Ωmax，将上述公式中p=m时获得的设备墨量限制色域Ω_inkrestrict中的全部色块墨量值导入凸包算法，求得凸包体积V_{Ωinkrestrick}，并计算其最大色域覆盖率c；m为预设的初始值；

c=V_{Ωinkrestrick}/V_Ωmax

9）令p=p+1并循环执行步骤7）-8），直至满足循环条件时确定p取值；

10）对于任意打印设备及介质组合，在打印输出前，将原始图像各像素控制值利用具有步骤9）所得p值的相应步骤7）中公式进行限制性修正，随后进行打印输出。

而且，m的取值为5；9）中所述满足循环条件时确定p取值，是直至最大色域覆盖率c大于99%时确定当前p值，若循环20次后最大色域覆盖率c始终不大于99%，循环结束且p取值为25。

而且，N的取值为5。

本发明结合自行设计的墨量超限情况判断图案样本，通过非线性插值的方法在打印机控制值空间用墨量限制色域最大程度的逼近打印机最大色域，在墨量精准限制的同时实现了喷墨输出的色域最大化，可以避免由墨量超限所造成的起皱、积墨和溢出等墨量超限问题，同时充分发挥了设备的色彩复制能力，从而满足喷墨高保真彩色复制的要求。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

图2为本发明实施例的墨量超限情况判断图案样本。

具体实施方式

本发明技术方案具体实施时可由本领域技术人员采用计算机软件技术实现自动运行。结合附图，提供本发明实施例具体描述如下。

如图1所示实施例提供的一种实现喷墨打印色域最大化的墨量限制方法，可以在克服墨量超限问题的同时，实现色域最大化的打印输出效果，主要包括以下步骤：

1）输入墨量超限情况判断图案，图案像素大小和具体形状可由本领域技术人员预先设定。为保证600DPI及以上的输出精度，实施例设置该图案为各边长为30-50个像素的正方形图像，将中间像素及距离中间像素特定距离范围内的像素集合定义为空白部分，其余部分定义为着色部分，为便于判断，图案以对称为宜，例如图2所示图案。

2）生成具有墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺（Neugebauer primary ramp）：梯尺的基色墨量值间隔N可由本领域技术人员设定，建议取值为5。实施例针对各涅格伯尔基色，将21个相同的墨量超限情况判断图案进行横向排列，并以相同间隔5在0-100范围（即取0,5,10,15,20…..100）依次将基色墨量值赋予21个墨量超限情况判断图案，生成21级具有墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺，同时将各个墨色以5为间隔对打印机色空间Ω均匀采样。所得涅格伯尔基色梯尺是由21个正方形组成的长方形，每个正方形都是图2所示的墨量超限情况判断图案，其中着墨部分的墨量分别是0、5、10、15、20…100。

3）在关闭所有外部软件色彩转换及墨量限制功能的条件下，打印具有墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺，其中打印分辨率不小于600dpi，各正方形图案边长为0.6cm-1.5cm。

4）根据打印的具有墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺，确定各涅格伯尔基色墨量超限阈值，依据所获阈值，将打印机色空间Ω进行进一步划分为墨量超限区域Ω₁、墨量不超限区域Ω₂以及墨量情况涅格伯尔基色梯尺无法判断区域Ω₃；具体实施时，确定各涅格伯尔基色墨量超限阈值可以采用计算机软件方式进行自动执行，为提高效率起见时可以利用肉眼及显微观察相结合的方法进行。

5）将Ω₃区域墨量信息以5为间隔进行空间均匀采样，并将各样本墨量信息值赋予墨量超限情况判断图案，生成墨量超限二次判断样本，依据步骤3）要求（即在关闭所有外部软件色彩转换及墨量限制功能的条件下）打印墨量超限二次判断样本，剔除墨量超限样本，获得墨量未超限区域Ω₃’,并将Ω₂与Ω₃’组成设备墨量值色空间最大色域Ω_max；具体实施时，剔除墨量超限样本可以采用计算机软件方式进行自动执行，为提高效率起见时可以利用肉眼及显微观察相结合的方法进行。

6）为进行验证，以2）中采样间隔的2倍（即2N）进行再次采样：实施例在打印机色空间Ω以10为间隔进行空间全局采样，获得设备墨量值色域Ω_device。

7）利用如下公式对Ω_device中各采样点墨量信息值进行墨量限制，获得设备墨量限制色域Ω_inkrestrict，

$T_{\mathrm{inkrestrict}}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{device}}\→{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{inkrestrict}}\\ \mathrm{\Φ}={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{2^n-1}a\left(i\right)\·{t\left(i\right)}^{s\left(n\right)}\·g\left(i\right)\\ t\left(i\right)=\frac{\min ({\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{total}-\max },{\left|\right|g\left(i\right)\left|\right|}_1)}{{\left|\right|g\left(i\right)\left|\right|}_1}\\ s\left(n\right)=\sin (\left({\mathrm{\Σ}}_1^n\left({\left(\frac{\mathrm{\Φ}\left(n\right)}{100}\right)}^p\right)\right)\·\frac{\mathrm{\π}}{2n})\end{array}\right.$

其中，n表示打印机墨色数量，i表示涅格伯尔基色序数，p为非线性修正系数，初始值设为5，Φ(n)代表样本各色墨量值，Φ_total-max为设备墨量超限阈值对应的最大墨量值，g(i)表示打印机色空间Ω的端点坐标；a(i)代表各涅格伯尔基色网点面积率，t(i)、s(n)为中间变量；Φ表示墨量限制后的墨量值，||g(i)||₁表示设备原始墨量色空间的端点坐标g(i)的1-范数。

8）利用现有的凸包算法，将设备墨量值色空间最大色域Ω_max中的全部色块墨量值导入凸包算法，求得凸包体积V_Ωmax,将上述公式中p=m时获得的设备墨量限制色域Ω_inkrestrict中的全部色块墨量值导入凸包算法，求得凸包体积V_{Ωinkrestrick}，并计算其最大色域覆盖率c；m为预设的初始值，本领域技术人员可根据经验事先设定，实施例设m=5。

c=V_{Ωinkrestrick}/V_Ωmax

9）在整数范围内以1为步长令p递增（即令p=p+1）并根据新的p值循环执行步骤7）-8），直至最大色域覆盖率c大于99%，进而确定p值，若循环20次后最大色域覆盖率c始终不大于99%，循环结束且p取值为25。

10）对于任意打印设备及介质组合，在打印输出前，将原始图像各像素控制值利用具有9）所得相应p值的墨量限制算法进行限制性修正（即采用7）中公式进行计算），随后进行打印输出。

下面以一台CMY三色打印机配合某品牌高光相纸为例，结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。CMY是青（Cyan）、洋红或品红（Magenta）和黄（Yellow）三种颜色的简写，是相减混色模式。需要说明的是，本发明并不局限于三色打印机及特定纸张类型，对于多色打印机以及其他类型纸张介质同样适用。

根据图1所示实施例的流程图，针对该打印机执行主要包括以下步骤：

1)设计一种方便观察者判断的墨量评价样本，如图2所示。其中正方形图案各边长像素数量为39，以像素边长为单位1，将中间像素及距离中间像素分别在11.9-12.3,15.7-16，18.5-18.7距离范围内的像素集合定义为空白部分，其余部分定义为着色部分。

2)针对CMY打印机各涅格伯尔基色，即C、M、Y、C+M、C+Y、M+Y、C+M+Y，纸白八色，将21个墨量超限情况判断图案进行横向排列，并以5为间隔在0-100范围依次将基色墨量值赋予各图案，生成21级具有墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺。

3)在关闭所有外部软件色彩转换及墨量限制功能的条件下，打印具有墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺，其中打印分辨率设定为2400dpi，加网方式为调频加网，各正方形图案边长为1cm。

4)利用肉眼及显微观察相结合的方法对墨量情况进行判断，其中当纸张表面墨量出现超限趋势时，图2样本图案中空白区域会出现不同程度的模糊甚至糊死，当墨量超限达到一定限度时，在中央空白点四周会出现起皱及积墨现象。

为了克服肉眼观察的缺陷，对于不同观察者的判断争议区域，利用显微镜在100倍放大条件下获取墨层表面结构图像信息，并依此对墨量是否超限进行判断，进而确定各涅格伯尔基色墨量超限阈值，其中本例中各单色墨量超限阈值为95，双色叠印中各单色超限阈值为90，三色叠印各单色超限阈值为85。

依据所获阈值，将打印机色空间Ω进行进一步划分为墨量超限区域Ω₁、墨量不超限区域Ω₂以及墨量情况涅格伯尔基色梯尺无法判断区域Ω₃，如以下公式所示：

${\mathrm{\Ω}}_1={\mathrm{\Ω}}_{11}\∪{\mathrm{\Ω}}_{12}\∪{\mathrm{\Ω}}_{13}$

${\mathrm{\Ω}}_2={\mathrm{\Ω}}_{21}\∪{\mathrm{\Ω}}_{22}\∪{\mathrm{\Ω}}_{23}$

其中，Ω₁₁，Ω₁₂，Ω₁₃分别表示一次色，二次色及三次色的墨量超限区域，Ω₂₁，Ω₂₂，Ω₂₃则分别表示对应涅格伯尔基色梯尺墨量未超过阈值的区域。

在本例CMY色空间中，将各个墨色以5为间隔对全局空间Ω均匀采样，采样节点总数共21×21×21=9261个，可生成相应数字文件。其中，Ω₁区域的2621个颜色样本，因其皆存在不同程度的墨量超限问题，故予以舍弃。Ω₂区域的5020个颜色样本，因不会出现墨量超限问题，故全部保留。

5)将Ω₃区域1620个墨量情况无法从预先打印的涅格伯尔基色梯尺进行推断的墨量样本以5为间隔进行空间均匀采样，并将各样本墨量信息值赋予墨量超限情况判断图案，生成墨量超限二次判断样本并进行打印，其中，打印分辨率设定为2400dpi，加网方式为调频加网，各正方形图案边长为1cm。

通过人眼判断及显微观察方法剔除墨量超限样本，剔除119个墨量超限样本，并最终获得了由1501个样本组成的新区域Ω₃’。

至此，Ω₂与Ω₃’所组成的6521个墨量值样本，即为基于本例纸张墨水组合的设备墨量值色空间最大色域Ω_max。

6)在打印机色空间Ω以10为间隔进行空间全局采样，即在CMY全局色空间中对各墨色进行均匀11级采样，获得设备墨量值色域Ω_device，其包含原始墨量样本11*11*11=1331个。

7)利用如下公式对Ω_device中各采样点墨量信息值进行墨量限制，获得设备墨量限制色域Ω_inkrestrict,其中，n=3表示打印机墨色数量，i表示涅格伯尔基色序数，p初始设为5，Φ(n)代表样本各色墨量值，Φ_total-max为设备墨量超限阈值对应的最大墨量值，本例中C，M，Y，C+M，C+Y，M+Y，C+M+Y基色的最大墨量值依此为95,95,95,170,170,170,240，g(i)表示设备原始墨量色空间的端点坐标，依此为（100,0,0），（0,100,0），（0,0,100），（100,100,0），（100,0,100），（0,0,100），（100,100,100）。

$T_{\mathrm{inkrestrict}}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{device}}\→{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{inkrestrict}}\\ \mathrm{\Φ}={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{2^n-1}a\left(i\right)\·{t\left(i\right)}^{s\left(n\right)}\·g\left(i\right)\\ t\left(i\right)=\frac{\min ({\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{total}-\max },{\left|\right|g\left(i\right)\left|\right|}_1)}{{\left|\right|g\left(i\right)\left|\right|}_1}\\ s\left(n\right)=\sin (\left({\mathrm{\Σ}}_1^n\left({\left(\frac{\mathrm{\Φ}\left(n\right)}{100}\right)}^p\right)\right)\·\frac{\mathrm{\π}}{2n})\end{array}\right.$

8)将设备墨量值色空间最大色域Ω_max中的全部色块墨量值导入凸包算法，求得凸包体积V_Ωmax,将上述公式中p=5时获得的设备墨量限制色域Ω_inkrestrict中的全部色块墨量值导入凸包算法，求得凸包体积V_{Ωinkrestrick}，并计算其最大色域覆盖率c=0.96。

9）在整数范围内以1为步长令p循环递增，当p=14时，c=0.991，循环停止，故p最终取值为14。

10）对于本例打印设备及介质组合，在打印输出前，将原始图像各像素控制值利用p=14时的墨量限制算法进行限制性修正，随后进行打印输出，最终实色域最大化条件下的墨量精准限制。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种实现喷墨打印色域最大化的墨量限制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）输入墨量超限情况判断图案，所述墨量超限情况判断图案为正方形图像，中间像素及距离中间像素特定距离范围内的像素集合定义为空白部分，其余部分定义为着色部分；

2）根据预设的间隔值N，生成具有墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺，同时将各个墨色以间隔值N对打印机色空间Ω均匀采样；

3）在关闭所有外部软件色彩转换及墨量限制功能的条件下，打印具有墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺；

4）根据打印的具有墨量超限情况判断图案的涅格伯尔基色梯尺，确定各涅格伯尔基色墨量超限阈值，依据所获阈值，将打印机色空间Ω进行进一步划分为墨量超限区域Ω₁、墨量不超限区域Ω₂以及墨量情况涅格伯尔基色梯尺无法判断区域Ω₃；

5）将Ω₃区域墨量信息以间隔值N进行空间均匀采样，并将各样本墨量信息值赋予墨量超限情况判断图案，生成墨量超限二次判断样本，在关闭所有外部软件色彩转换及墨量限制功能的条件下打印墨量超限二次判断样本，剔除墨量超限样本，获得墨量未超限区域Ω₃’,并将Ω₂与Ω₃’组成设备墨量值色空间最大色域Ω_max；

6）以间隔值2N在打印机色空间Ω进行再次采样，获得设备墨量值色域Ω_device;

7）利用如下公式对d_device中各采样点墨量信息值进行墨量限制，获得设备墨量限制色域d_inkrestrict，

$T_{\mathrm{inkrestrict}}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{device}}\→{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{inkrestrict}}\\ \mathrm{\Φ}={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{2^n-1}a\left(i\right)\·{t\left(i\right)}^{s\left(n\right)}\·g\left(i\right)\\ t\left(i\right)=\frac{\min ({\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{total}-\max },{\left|\right|g\left(i\right)\left|\right|}_1)}{{\left|\right|g\left(i\right)\left|\right|}_1}\\ s\left(n\right)=\sin (\left({\mathrm{\Σ}}_1^n\left({\left(\frac{\mathrm{\Φ}\left(n\right)}{100}\right)}^p\right)\right)\·\frac{\mathrm{\π}}{2n})\end{array}\right.$

其中，n表示打印机墨色数量，i表示涅格伯尔基色序数，p为非线性修正系数，初始值设为5，Φ(n)代表样本各色墨量值，Φ_total-max为设备墨量超限阈值对应的最大墨量值，g(i)表示打印机色空间Ω的端点坐标；a(i)代表各涅格伯尔基色网点面积率，t(i)、s(n)为中间变量；Φ表示墨量限制后的墨量值，||g(i)||₁表示设备原始墨量色空间的端点坐标g(i)的1-范数；

8）将设备墨量值色空间最大色域Ω_max中的全部色块墨量值导入凸包算法，求得凸包体积V_Ωmax，将上述公式中p=m时获得的设备墨量限制色域Ω_inkrestrict中的全部色块墨量值导入凸包算法，求得凸包体积V_dinkrestrick，并计算其最大色域覆盖率c；m为预设的初始值；

c=V_dinkrestrick/V_Ωmax

9）令p=p+1并循环执行步骤7）-8），直至满足循环条件时确定p取值；

10）对于任意打印设备及介质组合，在打印输出前，将原始图像各像素控制值利用具有步骤9）所得p值的相应步骤7）中公式进行限制性修正，随后进行打印输出。

2.根据权利要求1所述实现喷墨打印色域最大化的墨量限制方法，其特征在于：m的取值为5；9）中所述满足循环条件时确定p取值，是直至最大色域覆盖率c大于99%时确定当前p值，若循环20次后最大色域覆盖率c始终不大于99%，循环结束且p取值为25。

3.根据权利要求1或2所述实现喷墨打印色域最大化的墨量限制方法，其特征在于：N的取值为5。

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