CN105917636A - 半色调设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种适于在目标表面上沉积油墨的油墨沉积装置和包括它的印刷系统。在于印刷系统中操作时，所述油墨沉积装置可使用如本文中公开的像素掩模和方法将数字图像转换成所述目标表面上的油墨图像。有利地，所述油墨沉积装置、包括它的所述印刷系统和使用其的所述方法可减小或阻止通常通过由所使用的所述表面和油墨的各自物理和/或化学性质管控的一些非期望油墨形成物的发生，或减轻它们对印刷质量的影响。施加像素图像掩模产生展示具有随机分布矩心的像素簇的二值图像。

Description

半色调设备和方法
技术领域和背景技术
本公开涉及印刷领域。具体地，本发明涉及适于通过将数字图像转换成油墨图像而在目标表面上沉积油墨的油墨沉积装置，涉及包括所述装置的印刷系统且涉及其使用方法。
数字印刷
已开发出数字印刷技术，其允许印刷机直接从计算机接收指令而无需如在传统胶版印刷中准备印刷板。这些工艺大概分为两类：直接印刷，其中油墨被直接沉积在最终印刷基板(例如，纤维或非纤维材料的片或网，如纸、硬纸板、塑料等)上；和间接印刷，其中油墨首先沉积在中间转印构件上，且从其沉积至最终印刷基板。
通常家用和办公使用的喷墨和气泡喷墨打印机是直接印刷系统的实例。在这些工艺中，墨滴以图像图案被喷射至最终基板上。一般来说，这些工艺的分辨率由于油墨芯吸至多孔纸基板或其它纤维材料中而受限。为了减少这种现象，纤维基板(诸如纸)通常需要具体涂层，所述涂层被设计来以受控方式吸收液体油墨或防止其渗透至基板表面下方。但是，使用特殊涂布的基板是成本昂贵的选项，其不适于某些印刷应用，诸如商业印刷。此外，经涂布基板的使用形成它自身的问题，其中基板表面仍是湿的，且需要额外昂贵和耗时的步骤来干燥油墨，使得其随后在基板被处置(例如堆叠或绕成卷时)时不被弄脏。此外，基板过湿导致起皱，且使基板的双侧印刷(也被称作双面印刷)困难(若可能)。
使用间接印刷技术克服与直接喷墨印刷至印刷基板相关联的许多问题。它允许中间图像转印构件的表面与喷墨印刷头之间的距离维持恒定且减小最终基板的湿度，因为喷墨可在被施加至最终基板之前在中间转印构件(ITM)的表面上干燥，因此减小或防止油墨图像渗入表面下方以及渗入印刷基板的结构中。因此，基板上的油墨膜的最终图像质量受基板的物理性质的影响较小。
水基油墨具有若干不同缺点，无论是针对直接或间接印刷系统考虑。对于后一种系统而言，硅酮涂布的转印构件大致是优选的，因为这促进经干燥图像转印至最终基板。已知油墨和其可能相互作用的目标表面(例如，ITM或印刷基板)的各自化学和/或物理性质影响所得印刷质量。如上所述，印刷基板的表面可被处理(例如，涂布)来减轻油墨与例如纸之间的任何非期望相互作用。类似地，中间转印构件的表面可被处理或调节来改进其与油墨的相互作用。
半色调
半色调在本领域中具体地在印刷领域中众所周知。一般来说，数字图像(例如，灰度图像)首先被转换成二值图像，且二值图像被印刷至(例如，纸或另一基板的)目标表面上，由此将二值图像转换成油墨图像。
图1图示现有半色调技术。在步骤S101中，(i)“目标”多级数字图像和(ii)像素图像掩模两者存储在计算机可读介质中。一般来说，计算机可读介质可包括：存储介质或存储器介质(即，易失性或非易失性)，诸如磁性或闪存或光学介质，例如，磁盘或CD-ROM；易失性或非易失性介质，诸如RAM、ROM等；以及传输介质或信号，诸如电、电磁或数字信号，其经由通信介质(诸如网络和/或无线链路)传送。
在步骤S105中，将像素图像掩模应用于目标多级数字图像以产生目标二值图像。通常，这种应用是通过(例如，数字计算机的)电路执行的数学变换。
在步骤S109中，根据二值图像的内容将墨滴沉积在目标表面上，由此将目标二值图像转换成油墨图像。参考图2，注意墨滴仅沉积在表面上对应于具有‘1’值的二值图像内的各自位置的位置处。但是，一旦油墨被沉积在表面上，所沉积油墨就可表现，使得油墨图像的形状不精确匹配二值图像的形状。在图2的实例中，从二值图像印刷两个正方形像素簇——但是对应油墨图像稍微‘扭曲’，且非完全正方形。
图3图示用于执行图1的方法的系统。在计算机存储装置(例如，易失性或非易失性计算机存储器)内存储像素掩模。二值图像由根据像素掩模的内容的图像形成。二值图像通过油墨沉积装置转换成目标表面上的油墨图像。沉积在目标表面上的油墨形成物构成油墨图像。
定义
为方便起见，在本文中描述的背景下，在此提出各种术语。在此处或在本申请案的其它位置明确或暗含地提供定义的范围内，这些定义被理解为与相关领域技术人员对所定义术语的使用一致。此外，这些定义应以与这种使用一致的最广泛可能意义解释。
术语‘二值图像’或‘数字图像’或‘灰度图像’或‘多级图像’都涉及计算机数据，其与与表面上的油墨相关的‘油墨图像’相对。二值图像是针对每个像素仅具有两个可能值的数字图像。通常，用于二值图像的两种色彩(或单色色荫)是黑色和白色，但可使用任何两种颜色(或单色色荫)。
‘二值’图像与‘多级’图像相对比，其中每个像素可具有三个或更多可能值的一个——即，每个像素三个或更多色彩可能性(即，色彩或单色色荫)。
对于‘多级图像’的情况，所使用的三种(或更多)色彩通常是灰度的，但是可使用任何三种(或更多)色彩。术语非二值图像也指其中每个像素可具有三个或更多个值中的一个的特征——但是非二值图像无需实际包含所有三个或更多值，只是存在可能性。因此，非二值多级图像的一个实例是均匀图像，其中所有像素具有描述色彩或色荫的3个或更多个值/级的单个值。
‘目标图像’是通过印刷目标图像(即，通过油墨沉积)而实际转换成油墨图像的数字图像。如果‘目标图像’是非二值或多级数字图像，那么首先通过将像素图像掩模应用于目标图像上而将目标图像转换成‘目标二值图像’——这是半色调技术。
包括二值图像内的‘像素簇’的二值图像在本领域中众所周知——当二值图像被转换成油墨图像(即，通过油墨沉积在表面上)时，在表面上产生多个‘簇导出’油墨形成物，其中每个‘簇导出’油墨形成物对应于二值图像内的不同各自像素簇。
因此，调幅(AM)加网可基于印刷包括像素簇的周期性阵列的二值图像，其中像素簇的大小反映期望灰度——即在越高灰度级下，簇越大。相比之下，调频(FM)加网按不规则距离设置点以模拟连续色调图像。
术语‘二值图像的印刷’指的是通过在印刷系统的目标表面上油墨沉积将二值图像转换成油墨图像。
图4-5和图6A图示二值图像的印刷。在所有三个实例中，两个像素簇存在于二值图像中。在图4的实例中，像素簇‘接触’——即，像素簇在二值图像内是连续的，且各自簇导出的油墨形成物也是连续的。在图5的实例中，即使像素簇在二值图像内被分开且非连续，所产生的簇导出油墨形成物实际上由于所考虑的印刷系统的油墨和/或目标表面的物理和/或化学性质而仍是连续的。
对于本公开，当两个像素簇‘接触’时，通过表面上的油墨沉积而形成的对应像素导出油墨结构是连续的——因此‘接触’性质(或无接触或下文讨论的几乎接触性质)不仅是二值图像的数据的功能，而且是油墨图像形成在目标表面上所用的油墨沉积工艺的性质的功能。油墨沉积工艺尤其可通过下列项目的任一个(或组合)定义：(i)油墨和/或目标表面的物理和/或化学性质；(ii)工艺发生的温度或环境湿度(例如，室温或高温)和/或(iii)墨滴沉积的墨滴大小(例如，如通过喷嘴和至喷嘴的指令定义)或墨滴速度和/或(iv)喷嘴尖端与目标表面之间的距离和/或(v)墨滴的大小或其与目标表面撞击时的速度和/或(vi)目标表面关于喷嘴的相对速度和/或(viii)图像和/或其它特征的分辨率(dpi)。
对于一些印刷系统，环境温度和/或湿度最多可能仅具有有关油墨沉积工艺的性能的微小影响。
因此，油墨沉积工艺可定义(即，将印刷的)二值数字图像的‘空间’与油墨图像‘空间’之间的关系。
与图4-5的实例相比，在图2的实例中，像素簇清楚地‘未接触’。图2的左手侧图示数字图像空间中的簇，且图2的右手位置图示‘油墨图像空间’。簇‘接触’还是‘未接触’由‘油墨图像空间’中的所得油墨图像定义——即如在先前段落中讨论，‘油墨图像空间’中的所得影响由二值图像的像素值与油墨沉积工艺的组合确定。
在图6A-6B的实例中，像素簇‘几乎接触’。为了两个像素‘几乎接触’，(i)它们不得‘接触’；和(ii)各自像素导出油墨结构的最靠近距离(见图6B的距离)之间的比率必须最多为以下项目中的一个：(A)对应于较小像素簇的簇导出油墨结构的面积的平方根的最多0.5倍，或最多0.4倍，或最多0.3倍，或最多0.2倍，或最多0.1倍，或最多0.05倍；和/或(B)对应于较大像素簇的簇导出油墨结构的面积的平方根的最多0.5倍，或最多0.4倍，或最多0.3倍，或最多0.2倍，或最多0.1倍，或最多0.05倍；和/或(C)距离小于25微米，或小于50μm，或小于75μm，或小于100μm，或小于150μm，或小于200μm。
注意，在图5和图6A中，像素二值图像是相同的。但是，因为油墨沉积工艺在图5和图6A中不同，所以像素簇在图5中的油墨图像空间中被视为‘接触’且在图6A中被视为‘未接触’。
对于本公开，‘像素簇’包括一个或更多个像素。
有关印刷目标的表面上的油墨图像的元素的术语‘油墨形成物’和‘油墨结构’可互换使用。
术语灰度级、色调值和亮度可互换使用。
均匀灰度级图像是所有像素具有相同亮度值且Lab色彩空间中的a和b色彩维度的值是零的图像。
下列专利公布提供可能相关的背景材料，且其完整内容皆以引用的方式并入：US 2010/290089、US 2008/239401、US 2011/157654和US 2005/052468。
发明概要
公开一种数字印刷方法，其包括：a.将N x M像素图像掩模电子地应用于目标非二值多级数字图像以从中获得目标二值数字图像；和b.通过油墨沉积至目标表面上而将目标二值数字图像转换成油墨图像，其中定义变量L、M、N、r、s、p、y，使得L是等于至少64的正整数，M和N各是各等于至少16的正整数，s是具有1与y*L之间的值的正整数，p是具有至少30的值的正数，y是具有最多0.1，最多0.05或最多0.03的值的正数，且r是具有至少0.5的值的正数，且其中N x M像素图像掩模具有所有下列性质：i.像素图像掩模的亮度级的总数是至少L；ii.在低于阈值亮度级的阈值下亮度级下，将像素图像掩模应用于均匀亮度N x M数字图像产生以像素簇的阵列为特征的阈值下亮度级二值图像，阵列的簇的矩心根据随机图案空间分布；iii.在阈值亮度级下，将像素图像掩模应用于均匀亮度N x M数字图像产生以像素簇的阵列为特征的阈值亮度级二值图像，阵列的簇的矩心根据随机图案空间分布，阈值亮度级二值图像被进一步特征化，使得在根据步骤(b)的油墨沉积工艺定义的油墨图像空间内，像素簇的阵列的所有像素簇的至少p％几乎接触相邻像素簇而未接触；iv.在高于阈值亮度级的s个亮度级的阈值上亮度级(或替代地高于阈值亮度级1与10个亮度级之间或1与5个亮度级之间或1与3个亮度级之间)下，将像素图像掩模应用于均匀亮度N x M数字图像产生阈值上二值图像，其在油墨图像空间内以(i)3+桥接簇组合的数量与(ii)2桥接簇组合的数量之间的比率r为特征。
在数字印刷方法的一些实施方案中，p值是至少40，或至少50，或至少60，或至少70，或至少80，或至少90。
在数字印刷方法的一些实施方案中，r值是至少0.6，或至少0.7，或至少0.8，或至少0.9，或至少1，或至少1.25，或至少1.5，或至少2，或至少3，或至少5，或至少7.5，或至少10，或至少20，或至少50，或至少100。
在数字印刷方法的一些实施方案中，N与M的乘积是至少250，或至少500，或至少1,000，或至少2,000，或至少5,000，或至少10,000，或至少100,000。
在数字印刷方法的一些实施方案中，阈值亮度级二值图像的至少大多数，或至少绝大多数，或所有像素簇为实质相同大小。
在数字印刷方法的一些实施方案中，随机图案是蓝噪声图案。
在数字印刷方法的一些实施方案中，目标表面是中间转印构件(ITM)的表面，方法进一步包括将油墨图像从ITM的表面转印至印刷基板。
在数字印刷方法的一些实施方案中，定义N x M像素图像掩模，使得阈值亮度级二值图像包括至少10个像素簇，或至少20个像素簇，或至少30个像素簇，其各具有至少10个像素，或至少15个像素，或至少20个像素的大小。
在数字印刷方法的一些实施方案中，定义N x M像素图像掩模，使得阈值亮度级二值图像包括至少10个像素簇，或至少20个像素簇。
在数字印刷方法的一些实施方案中，油墨是水性的和/或目标表面是疏水的。
在数字印刷方法的一些实施方案中，油墨实质不渗透至目标表面中。
一种用于将数字图像转换成油墨图像的印刷系统，印刷系统包括：a.油墨沉积装置，其能够将油墨沉积在目标表面上以在其上形成油墨图像；b.电子控制器，其用于调节由油墨沉积装置进行的油墨沉积，使得印刷系统根据N x M像素掩模将数字图像转换成油墨图像，使得其中定义变量L、M、N、r、s、p、y，使得L是等于至少64的正整数，M和N各是各等于至少16的正整数，s是具有1与y*L之间的值的正整数，p是具有至少30的值的正数，y是具有最多0.05的值的正数，且r是具有至少0.5的值的正数，且其中N x M像素图像掩模具有所有下列性质：i.像素图像掩模的亮度级的总数是至少L；ii.在低于阈值亮度级的阈值下亮度级下，将像素图像掩模应用于均匀亮度N x M数字图像产生以像素簇的阵列为特征的阈值下亮度级二值图像，阵列的簇的矩心根据随机图案空间分布；iii.在阈值亮度级下，将像素图像掩模应用于均匀亮度N x M数字图像产生以像素簇的阵列为特征的阈值亮度级二值图像，阵列的簇的矩心根据随机图案空间分布，阈值亮度级二值图像被进一步特征化，使得在由油墨沉积装置定义的油墨图像空间内，像素簇的阵列的所有像素簇的至少p％几乎接触而未接触；iv.在高于阈值亮度级的s个亮度级的阈值上亮度级下，将像素图像掩模应用于均匀亮度N x M数字图像产生阈值上二值图像，其在油墨图像空间内以(i)3+桥接簇组合的数量与(ii)2桥接簇组合的数量之间的比率r为特征。
在印刷系统的一些实施方案中，N与M的乘积是至少250，或至少500，或至少1,000，或至少2,000，或至少5,000，或至少10,000，或至少100,000。
在印刷系统的一些实施方案中，p值是至少40，或至少50，或至少60，或至少70，或至少80，或至少90。
在印刷系统的一些实施方案中，r值是至少0.6，或至少0.7，或至少0.8，或至少0.9，或至少1，或至少1.25，或至少1.5，或至少2，或至少3，或至少5，或至少7.5，或至少10，或至少20，或至少50，或至少100。
在印刷系统的一些实施方案中，阈值亮度级二值图像的至少大多数，或至少绝大多数，或所有像素簇为实质相同大小。
在印刷系统的一些实施方案中，随机图案是蓝噪声图案。
在印刷系统的一些实施方案中，表面是中间转印构件(ITM)，系统进一步包括被配置来将油墨图像从ITM的表面转印至印刷基板的压印站。
在印刷系统的一些实施方案中，阈值亮度级二值图像包括至少10个像素簇，或至少20个像素簇，或至少30个像素簇，其各具有至少10个像素，或至少15个像素，或至少20个像素的大小。
在印刷系统的一些实施方案中，阈值亮度级二值图像包括至少10个像素簇，或至少20个像素簇。
在印刷系统的一些实施方案中，油墨是水性的和/或目标表面是疏水的。
在印刷系统的一些实施方案中，油墨实质不渗透至表面中。
根据一个方面，公开一种印刷系统。印刷系统包括：a).(i)适于存储和/或转移油墨体积的容器和(ii)油墨体积的至少一个；b).(i)能够输送目标表面的输送器和(ii)目标表面的至少一个；c).可操作以根据N x M像素掩模通过油墨沉积将数字图像转换成目标表面上的油墨图像的油墨沉积装置(其中N和M是≥16的整数)，使得：i).亮度级的总数是至少L，L是等于至少64的正整数；ii).在低于阈值级的阈值下亮度级下，或在阈值亮度级下，将像素掩模应用于均匀亮度N x M数字图像产生以像素簇的阵列为特征的二值图像，阵列的簇的矩心根据随机图案空间分布；iii).在阈值亮度级下，二值图像被进一步特征化，使得阵列的至少大部分，或至少绝大多数，或实质所有相邻像素簇几乎接触而未接触；iv).在高于阈值亮度级的s个亮度级的阈值上亮度级下，s是具有最多0.2*L，或最多0.1*L，或最多10，或最多5，或最多3，或恰好1的值的正整数；将像素掩模应用于均匀亮度N x M数字图像产生二值图像，其：A.包括(I)桥接阵列的第一和第二簇的第一桥接像素组；和(II)将所述第一簇桥接至阵列的第三簇的第二桥接像素组；和B.被配置使得3+簇组合与2簇组合之间的比率超过1，或超过1.25，或超过1.5，或超过2，或超过3，或超过5，或超过7.5，或超过10，或超过20，或超过50，或超过100。
在印刷系统的一些实施方案中，N与M的乘积是至少250，或至少500，或至少1,000，或至少2,000，或至少5,000，或至少10,000，或至少100,000。
在印刷系统的一些实施方案中，至少大多数，或至少绝大多数，或所有像素簇为实质相同大小。
在印刷系统的一些实施方案中，随机图案是蓝噪声图案。
在印刷系统的一些实施方案中，目标表面是中间转印构件(ITM)，系统进一步包括被配置来将油墨图像从ITM的表面转印至印刷基板的压印站。在这些实施方案中，中间转印构件可通过一个或更多个驱动和/或引导辊输送。例如，ITM可为安装在滚筒上的橡皮布或绕成圈以形成在两个或更多个辊上方运行的连续带的橡皮布，至少一个是驱动辊。
在印刷系统的一些实施方案中，目标表面是印刷基板。
在印刷系统的一些实施方案中，在阈值亮度级下，像素图像掩模包括至少10个像素簇，或至少20个像素簇，或至少30个像素簇，其各具有至少10个像素，或至少15个像素，或至少20个像素的大小。
在印刷系统的一些实施方案中，在阈值亮度级下，像素图像掩模包括至少10个像素簇，或至少20个像素簇。
在印刷系统的一些实施方案中，油墨是水性的和/或目标表面是疏水的。
在印刷系统的一些实施方案中，油墨实质不渗透至目标表面中。
现在公开一种油墨沉积装置。油墨沉积装置能够在于印刷系统中操作时将油墨沉积在目标表面上，所述油墨沉积装置可操作以根据Nx M像素掩模通过油墨沉积将数字图像转换成目标表面上的油墨图像(其中N和M是≥16的整数)，使得：i).亮度级的总数是至少L，L是等于至少64的正整数；ii).在低于阈值级的阈值下亮度级下，或在阈值亮度级下，将像素掩模应用于均匀亮度N x M数字图像产生以像素簇的阵列为特征的二值图像，阵列的簇的矩心根据随机图案空间分布；iii).在阈值亮度级下，二值图像被进一步特征化，使得阵列的至少大部分，或至少绝大多数，或实质所有相邻像素簇几乎接触而未接触；iv).在高于阈值亮度级的s个亮度级的阈值上亮度级下，s是具有最多1*L，或最多0.2*L，或最多0.1*L，或最多10，或最多5，或最多3，或恰好1的值的正整数；将像素掩模应用于均匀亮度Nx M数字图像产生二值图像，其：A.包括(I)桥接阵列的第一和第二簇的第一桥接像素组；和(II)将所述第一簇桥接至阵列的第三簇的第二桥接像素组；和B.被配置使得3+簇组合与2簇组合之间的比率超过1，或超过1.25，或超过1.5，或超过2，或超过3，或超过5，或超过7.5，或超过10，或超过20，或超过50，或超过100。
在油墨沉积装置的一些实施方案中，N与M的乘积是至少250，或至少500，或至少1,000，或至少2,000，或至少5,000，或至少10,000，或至少100,000。
在油墨沉积装置的一些实施方案中，至少大多数，或至少绝大多数，或所有像素簇为实质相同大小。
在油墨沉积装置的一些实施方案中，随机图案是蓝噪声图案。
在油墨沉积装置的一些实施方案中，在阈值亮度级下，像素图像掩模包括至少10个像素簇，或至少20个像素簇，或至少30个像素簇，其各具有至少10个像素，或至少15个像素，或至少20个像素的大小。
在油墨沉积装置的一些实施方案中，装置在于印刷系统中操作时可在其上沉积油墨的目标表面是中间转印构件(ITM)。在这些实施方案中，中间转印构件可通过一个或更多个驱动和/或引导辊输送。例如，ITM可为安装在滚筒上的橡皮布或绕成圈以形成在两个或更多个辊上方运行的连续带的橡皮布，至少一个是驱动辊。
在油墨沉积装置的一些实施方案中，装置在于印刷系统中操作时可在其上沉积油墨的目标表面是印刷基板。
在油墨沉积装置的一些实施方案中，油墨是水性的和/或目标表面是疏水的。
在任何上文详述的油墨沉积装置和印刷系统的一些实施方案中，当形成油墨图像时，所有墨滴为相同大小。替代地，可采用‘多滴’喷射技术来改变有效的个别墨滴大小。
附图简述
现将通过举例参考附图进一步描述本发明，其中：
图1是图示现有半色调技术的流程图。
图2图示包括像素的两个正方形簇的二值数字图像以及从二值数字图像导出的相关联油墨图像。
图3图示用于执行图1的方法的系统。
图4-5分别图示接触的像素簇的第一和第二实例。
图6A-6B图示几乎接触的像素簇的实例。
图7图示阈值下亮度级二值图像的实例。
图8A-8C分别图示阈值下亮度级二值图像、阈值亮度级二值图像和阈值上二值图像的实例。
图9是图8C的放大。
图10是用于产生一系列二值图像的流程图，其各表示在MASK应用于不同亮度级的数字图像时的各自结果。
图11是图示根据本发明的一些实施方案的半色调技术的流程图。
图12提出一个启发式实例，其说明如何计算在像素阵列中‘几乎接触’相邻像素簇的像素簇的百分比p。
图13A-13E提出3+桥接簇组合和2桥接簇组合的实例。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及特别适于印刷系统的油墨沉积系统，其中油墨沉积在表面上，使得至少部分(例如，显著地)通过所述表面和所使用的油墨的各自物理和/或化学性质管控表面上的所得油墨形成物的几何形状。典型的这种现象包括墨滴成珠(beading)或卫星液滴(satellite)的形成和单独沉积的墨滴的聚结。具有比二值图像所期望的更小或更大面积的油墨形成物可劣化印刷质量。本发明的一些实施方案目标在于减轻与油墨在目标表面上的预期聚结相关联的问题(例如，作为表面张力的结果)。何况，数字图像中在接触簇附近可促进非期望聚结效应。印刷系统，其中水性墨滴被沉积(例如，喷射)至疏水表面，可能例如要求特别高。
在不愿受理论约束的情况下，注意在印刷质量的可感知损失的这些情况下，实质均匀灰度级图像的块可能易出现不均匀油墨聚结，其引入‘颗粒’或‘条纹’至图像中。在一些实施方案中，当前公开的教示可使这种‘颗粒’或‘条纹’最小化。
发明者现在公开(i)一种用于根据新颖像素掩模将油墨沉积在目标表面上的设备和方法和(ii)用于产生描述像素掩模的特征的一系列二值图像的例程。在不愿受理论约束的情况下，一些实施方案特别可用于墨滴易于在表面上聚结(例如，成相对‘大的’形成物)的情况。对于‘大’图像(即，至少16×16像素，或至少50×50像素，或至少100×100像素，或至少200×200像素，或至少500×500像素，至或少1000×1000像素)具有均匀灰度或具有均匀亮度值的像素的情况，上述油墨聚结在本该均匀的油墨图像或其块中导致不均匀。
为此目的，现在公开一种技术，由此：(i)在相对‘低’亮度值下，采用混合AM-FM印刷技术，其中多滴油墨形成物根据随机图案布置；(ii)在‘阈值’亮度值下，采用掩模，使得多簇油墨形成物(即，从多个像素簇导出的油墨形成物)易于以‘平衡方式’聚结。因此，存在对簇导出的油墨形成物以两个或更多个簇导出油墨形成物而非仅以单个簇导出油墨形成物聚结的偏好。
定义
为方便起见，在本文中描述的背景下，在此提出各种术语。在此处或在本申请案的其它位置明确或暗含地提供定义的范围内，这些定义被理解为与相关领域技术人员对所定义术语的使用一致。此外，这些定义应以与这种使用一致的最广泛可能意义解释。
如果整数A的值最多为B，且B是实数(但非整数)，那么A值最多等于作为较小B的最大整数的值。
出于本公开的目的，‘电子电路’旨在广义地描述硬件、软件和/或固件的任何组合。在一些实施方案中，印刷系统包括‘电子控制器’，其包括‘电子电路’且被配置来调节油墨沉积。
如上文讨论，‘目标数字图像’是实际转换成油墨图像的图像。相比之下，存在某些数字图像，其仅被描述来通过描述当像素图像掩模被应用于特定多级非二值数字图像时的结果而定义像素图像掩模的特征。
非‘目标’数字图像且无需印刷的数字图像的实例包括阈值下亮度级二值图像(见图7和图8A)、阈值亮度级二值图像(见图8B)和阈值上二值图像(见图8C)。
如应用于‘二值图像’的修饰词‘阈值下亮度级’非旨在限制阈值下亮度级二值图像的内容——而是，这个修饰词仅用作区分这种阈值下亮度级二值图像与其它二值图像的标记。选择这个标记，因为它与可如何通过将像素图像掩模应用于阈值下亮度级均匀数字图像(即，多级图像)而假设形成阈值下亮度级二值图像有关。
类似地，如应用于‘二值图像’的修饰词‘阈值亮度级’非旨在限制阈值亮度级二值图像的内容——而是，这个修饰词仅用作区分这种阈值亮度级二值图像与其它二值图像的标记。选择这个标记，因为它与可如何通过将像素图像掩模应用于阈值亮度级均匀数字图像(即，多级图像)而假设形成阈值亮度级二值图像有关。
类似地，如应用于‘二值图像’的修饰词‘阈值上’也仅是用于标记二值图像的具体实例并且与二值图像的其它实例区分的修饰词。
如上所述，油墨沉积工艺可定义(即，将印刷的)二值数字图像的‘空间’与油墨图像‘空间’之间的关系。
油墨沉积装置也可定义这种关系。当油墨沉积装置定义这种关系时，这是根据使用适当或标准操作条件的油墨沉积装置的操作，其使用适当油墨且在适当的目标表面上形成油墨图像(例如，以其中油墨图像形成物之间的合并可通过本文中公开的任何教示校正的方式)。在不同实施方案中，这可根据各以引用的方式并入本文中的任何下列专利文件的教示执行：WO 2013/132439；WO 2013/132432；WO2013/132438；WO 2013/132339；WO 2013/132343；WO 2013/132345；和WO 2013/132340。
本发明的实施方案一般来说适用于数字图像(例如，RGB图像、CMYK图像等)，且非仅适用于灰度数字图像。但是，为简明起见，实施方案将针对灰度进行说明——技术人员将了解本文中公开的教示也适用于Lab色彩空间中的a和b色彩维度的任何值，非仅适用于含L*,0,0像素值的图像。
在一些实施方案中，亮度级的数量(例如，在灰度的具体情况中的灰度级)是至少L(L是正整数，例如L≥10，或L≥20，或L≥32，或L≥50，或L≥64，或L≥100，或L≥128，或L≥150，或L≥256)。替代地，亮度级的数量可对应于数字图像的位深，例如2位、4位、8位、16位、24位、32位等。
出于本公开的目的，图像(例如，数字/像素图像或‘油墨图像’)可指整个图像或其块。
在一些实施方案中，沉积以在目标表面上形成油墨图像的墨滴(无论是具有相同大小或不同大小)喷射在相对于油墨沉积装置固定的表面上。替代地，油墨沉积装置和目标表面可相对于彼此运动。
本发明的实施方案涉及数字印刷方法，其包括下列步骤：(a)将N x M像素图像掩模MASK电子地应用于目标非二值多级数字图像以从中获得目标二值数字图像；和(b)通过油墨沉积至目标表面上而将目标二值数字图像转换成油墨图像。
下文讨论当前公开的图像掩模MASK的性质。
具体地，当前公开的像素图像掩模MASK针对当像素图像掩模被应用于各具有不同的各自均匀亮度级值的多个均匀像素图像时获得的各自二值数字图像描述。三个这些图像是(i)阈值下亮度级二值图像(一个实例在图8A中)；(ii)阈值亮度级二值图像(一个实例在图8B中)；和(iii)阈值上二值图像(一个实例在图8C和图9中——图9是图8C的放大)。
阈值下亮度级二值图像：在当前公开的像素图像掩模MASK被应用于相对“亮”的均匀像素图像(即，具有相对较高亮度级值)时，所得二值图像以多个不同像素簇{PC1、PC2、...PCQ}为特征，使得：(i)像素簇的矩心被定义为{矩心(PC1)、矩心(PC2)、...矩心(PCQ)}；(ii)这些矩心根据随机分布方案(例如，蓝噪声方案)分布；(iii)像素簇不同且不‘接触’彼此。如上文讨论，‘接触’、‘几乎接触’和‘未接触’的定义与具体油墨沉积工艺相关，且因此与所使用的油墨和沉积油墨的目标表面的性质相关。在图7和图8A中图示由将像素图像掩模MASK应用于相对‘高’亮度值的均匀数字图像产生的二值阈值下亮度级数字图像的实例。像素簇的数量Q是可能为至少10，或至少20，或至少30的正整数。
阈值亮度级二值图像：当在比先前段落的相对‘高’亮度值低的亮度级值下将当前公开的像素图像掩模MASK应用于均匀图像时，所得二值图像的特征如下：(i)像素簇的矩心{矩心(PC1),矩心(PC2),...矩心(PCQ)}仍根据随机分布方案(即，如阈值下亮度级二值图像的情况)分布；和(ii)在根据油墨沉积工艺定义的油墨图像空间内，阵列的所有像素簇的至少某一百分比p(例如，至少30％)几乎接触相邻像素簇而未接触。在不同的实施方案中，p值是至少30，或至少40，或至少50，或至少60，或至少70，或至少80，或至少90。
下文参考图12讨论说明如何计算像素阵列中‘几乎接触’(即，在根据油墨沉积工艺定义的油墨图像空间中)相邻像素簇的像素簇的百分比p的一个启发式实例。
阈值上二值图像：出于本公开的目的，这种‘较低’亮度值被称作‘几乎接触阈值’值(或简称‘阈值’)。在本公开中，nt_threshold是‘几乎接触阈值’的缩写。假设L亮度级，nt_threshold是小于L的正整数。当像素图像掩模MASK应用于具有nt_threshold的亮度的均匀图像时，所得二值图像进一步以相邻像素簇几乎接触但未接触的特征为特征。图8B中图示由将像素图像掩模MASK应用于具有nt_threshold的均匀亮度值的数字图像产生的这样二值图像的一个实例。
在当前公开的像素图像掩模MASK在甚至比nt_threshold更低的亮度级值下应用于均匀图像时，获得诸如图8C中图示的结果。‘稍低亮度值’是nt_threshold-s，其中s是等于或小于亮度级数L的正整数(例如，等于最多0.2*L，或最多0.1*L，或最多0.05*L，或最多0.03*L)。在一些实施方案中，s是最多10，或最多5，或恰好等于1的正整数。
因此，在图8B(图示‘阈值亮度级二值图像’的一个具体且非限制实例)中，所有相邻像素簇‘几乎接触’——例如，像素簇220B几乎接触像素簇220C。像素簇220B未几乎接触像素簇220F——但是像素簇220B和220F并非相邻像素簇。
图7和8A-8C的图示并非通过将掩模MASK应用于均匀数字图像而获得的实际二值图像的图像(即，计算机存储器中的数据结构)，而是当所得二值图像使用特定油墨印刷且在使用特定类型的油墨(例如，水性油墨)将油墨沉积至特定目标表面(例如，疏水表面)的情况下发生的结果(根据计算机模拟)。在一些实施方案中，油墨和/或表面可提供各完整内容以引用的方式并入本文中的任何下列公布专利申请案中公开的任何特征或特征的组合：WO 2013/132439；WO2013/132432；WO 2013/132438；WO 2013/132339；WO 2013/132343；WO 2013/132345；和WO 2013/132340。
桥接像素组和z桥接簇组合
在图8C中，簇220D、220E、和220F接触且‘连接’。图9是图8C的特写，其图示(i)将像素簇220E与像素簇220D连接的第一桥接像素组240A和(ii)将像素簇220E与像素簇220F连接的第二桥接像素组240B。
‘桥接像素组’包括一个或更多个像素——例如最多10个，或最多5个，或最多3个像素--其存在导致像素簇导出的油墨形成物在下列情况下连接：在假设不存在像素的‘桥接像素’组的情况下，像素簇导出的油墨形成物在印刷时将‘未接触’且将是不同的。
出于本公开的目的，对于整数z，z桥接簇组合是包括恰好z个成员的簇组合(即，由z个簇组成)。出于本公开的目的，对于整数z，z+桥接簇组合是包括至少z个成员的簇组合(即，由z个或更多个簇组成)。
图8C包括单个3簇组合(即，由像素簇220D、220E和220F组成)且不包括2簇组合。因此，在图8C的实例中，3+桥接簇组合的数量与2桥接簇组合的数量之间的比率r是无穷大，因为存在恰好一个前者，且无后者——1/0的比率是无定义的或定义为无穷大。
在一些实施方案中，3+桥接簇组合的数量与2桥接簇组合的数量之间的比率超过0.5，或超过0.6，或超过0.7，或超过0.8，或超过0.9，或超过1，或超过1.25，或超过1.5，或超过2，或超过3，或超过5，或超过7.5，或超过10，或超过20，或超过50，或超过100。
下文参考图13A-13E讨论说明如何计算(i)3+桥接簇组合的数量与(ii)2桥接簇组合的数量之间的比率r的启发式实例。
两个‘像素簇’PCL_1和PCL_2若在印刷至表面以形成对应油墨结构时为‘实质相同大小’，则较大对应结构的面积对较小对应结构的面积之间的比率是最多5，或最多3，或最多2.5，或最多2，或最多1.5，或最多1.25。
‘绝大部分’是至少75％。几乎所有是至少90％或至少95％。总结：(i)图8A图示将通过将阈值下亮度二值图像印刷至目标表面而形成(即，根据所定义印刷、油墨沉积工艺)的油墨图像；(ii)图8B图示将通过将阈值亮度二值图像印刷至目标表面而形成的油墨图像；和(iii)图8C和图9图示将通过将阈值上二值图像印刷至目标表面而形成的油墨图像。
图10是用于产生一系列二值图像的流程图，其各表示在MASK应用于不同亮度级的数字图像时的各自结果。通过图10产生的二值图像的特征因此描述像素图像掩模MASK的性质。
图10描述用于迭代产生一系列二值图像的例程。在步骤S201中，产生初始二值图像。首次执行步骤S205时，从在步骤S201中产生的初始二值图像产生后继二值图像。当随后执行步骤S205时，从在先前执行步骤S205期间产生的先前二值图像产生后继二值图像。
因此，在步骤S201中，产生二值图像以包括多个像素簇{PC1、PC2、...PCQ}使得：(i)像素簇的矩心被定义为{矩心(PC1)、矩心(PC2)、...矩心(PCQ)}；(ii)这些矩心根据随机分布方案(例如，蓝噪声方案)分布。
每次执行步骤S205时，添加额外像素至先前获得的二值图像。首次执行步骤S205时，添加额外像素至步骤S201的图像——之后，添加额外像素至从先前执行步骤S205获得的图像。
每次执行步骤S025时，以将簇维持为实质相等面积和/或维持根据随机分布方案分布的簇矩心的方式添加像素。
在步骤S209中，测试最新产生的二值图像(即，在最高灰度级下)是否是阈值亮度级二值图像——这将指示是否达到阈值级。
如果是，那么所有先前产生的图像(即，在产生阈值亮度级二值图像的步骤S205的迭代之前产生)是阈值下亮度级二值图像。
在达到阈值级时，可在步骤S213中从步骤S205的最后迭代的最新图像中产生下一个二值图像——即，‘阈值级’二值图像。在步骤S213中，可产生图像以获得在图8C和图9中例示的结果——即，第一和第二桥接像素组被添加至阈值级二值图像。
在一些实施方案中，所有阈值下亮度级二值图像的一个突出特征在于(i)所有矩心具有实质相同位置(即，在小公差内——例如，其中印刷二值图像的表面的区域的平方根的最多10％，或最多5％，或最多3％，或最多1％，或最多0.5％)；和(ii)无掩模MASK的像素簇‘接触’。阈值亮度级二值图像可能也是这种情况。
现在参考图11。步骤S301、S305和S309分别等同于图1的步骤S101、S105和S109——但是在图11的方法中，像素图像掩模是当前公开的MASK。
现在参考图12。图12提出说明如何计算在像素簇的阵列内‘几乎接触’相邻像素簇的像素簇的百分比p的一个启发式实例(即，其中在根据油墨沉积工艺定义的油墨图像空间中定义‘几乎接触’性质)。
因此，在图12中，像素簇420A和420B几乎接触，像素簇420E和420F几乎接触，像素簇420E和420G几乎接触，像素簇420F和420G几乎接触，像素簇420H和420I几乎接触，且像素簇420N和420P几乎接触。
下列像素簇几乎接触相邻像素簇而未接触：420A、420B、420E、420F、420G、420H、420I、420N和420P。因此，总共9个像素簇几乎接触相邻像素簇而未接触。
下列像素簇未几乎接触任何其它像素簇：420C、420D、420J、420K、420L、420M和420O。因此，总共6个像素簇几乎接触相邻像素簇而未接触。
因此，在图12的实例中，由于图像具有总共15个像素簇，且由于9个所述像素簇几乎接触相邻像素簇而未接触，所以可以说阵列的所有像素簇的60％几乎接触相邻像素簇而未接触。
现在参考图13A-13E。现在参考图13A-13E讨论说明如何计算(i)3+桥接簇组合的数量与(ii)2桥接簇组合的数量之间的比率r的启发式实例。在图13A中，簇320A-320E都不同且未连接——簇之间不存在桥。因此，图13A的实例只包括个别簇，且无桥接簇组合。
在图13B中，油墨图像簇320B和320C形成2桥接簇。此外，油墨图像簇320D和320E形成2桥接簇——因此存在两个2桥接簇组合和零3桥接簇组合。
在图13C中，油墨图像簇320A、320B和320C形成3桥接簇。此外，油墨图像簇320D和320E形成2桥接簇。因此，存在一个2桥接簇组合和一个3桥接簇组合。由于3桥接簇组合是3+桥接簇组合的一个实例，所以在图13C中，存在一个2桥接簇组合和一个3+桥接簇组合。
在图13D中，在前的簇320C和320F未形成桥接簇组合，因为它们现在彼此合并——簇320C和320F未实质保持它们的原始形状(即，仅具有如在图13B-13C的实例中图示的‘桥’)。
在图13E中，油墨图像簇320A、320B、320C和320D形成4桥接簇，其是3+桥接簇组合的具体实例，因为4＞3。此外，油墨图像簇320D和320E形成2桥接簇。因此，存在一个2桥接簇组合和一个4桥接簇组合。由于4桥接簇组合是3+桥接簇组合的一个实例，所以在图13E中，存在一个2桥接簇组合和一个3+桥接簇组合。
在一些实施方案中，油墨沉积装置包括‘电子电路’和/或由‘电子电路’控制。
电子电路可包括任何可执行代码模块(即，存储在计算机可读介质上)和/或固件和/或硬件元件，包括但不限于现场可编程逻辑阵列(FPLA)元件、硬连线逻辑元件、现场可编程门阵列(FPGA)元件和专用集成电路(ASIC)元件。可使用任何指令集架构，包括但不限于精简指令集计算机(RISC)架构和/或复杂指令集计算机(CISC)架构。电子电路可位于单个位置中或分布遍及多个位置，其中各种电路元件可彼此有线或无线电子通信。
本发明已使用其实施方案的详细描述而描述，所述实施方案通过举例而提供并且不旨在限制本发明的范围。所描述的实施方案包括不同特征，并非在本发明的所有实施方案中都需要所有所述特征。本发明的一些实施方案仅利用特征的一些或特征的可能组合。本发明相关领域的技术人员将想到所描述的本发明的实施方案和包括所描述实施方案中所述的特征的不同组合的本发明的实施方案的变型。
在本公开的描述和权利要求中，每个动词‘包括(comprise、include)’和‘具有’和其同源词用来指示动词的对象或多个对象未必是动词的主体或多个主体的构件、部件、元件或零件的完整列示。如本文中使用，单数形式的‘一(a、an)’和‘所述’包括复数参考物，除非上下文另有明确规定。

Claims (25)

1.一种数字印刷方法，其包括：
a.将NxM像素图像掩模电子地应用于目标非二值多级数字图像以从中获得目标二值数字图像；和
b.通过油墨沉积至目标表面上而将所述目标二值数字图像转换成油墨图像，其中定义变量L、M、N、r、s、p、y，使得L是等于至少64的正整数，M和N各是各等于至少16的正整数，s是具有1与y*L之间的值的正整数，p是具有至少30的值的正数，y是具有最多0.05的值的正数，且r是具有至少0.5的值的正数，且其中所述NxM像素图像掩模具有所有下列性质：
i.所述像素图像掩模的亮度级的总数是至少L；
ii.在低于阈值亮度级的阈值下亮度级下，将所述像素图像掩模应用于均匀亮度NxM数字图像产生以像素簇的阵列为特征的阈值下亮度级二值图像，所述阵列的簇的矩心根据随机图案空间分布；
iii.在所述阈值亮度级下，将所述像素图像掩模应用于均匀亮度NxM数字图像产生以像素簇的阵列为特征的阈值亮度级二值图像，所述阵列的簇的矩心根据随机图案空间分布，所述阈值亮度级二值图像被进一步特征化，使得在根据步骤(b)的油墨沉积工艺定义的油墨图像空间内，像素簇的所述阵列的所有像素簇的至少p％几乎接触相邻像素簇而未接触；
iv.在高于所述阈值亮度级的s个亮度级的阈值上亮度级下，将所述像素图像掩模应用于均匀亮度NxM数字图像产生阈值上二值图像，在所述油墨图像空间内以(i)3+桥接簇组合的数量与(ii)2桥接簇组合的数量之间的比率r为特征。
2.根据权利要求1所述的方法，其中p值是至少40，或至少50，或至少60，或至少70，或至少80，或至少90。
3.根据任何先前权利要求所述的方法，其中r值是至少0.6，或至少0.7，或至少0.8，或至少0.9，或至少1，或至少1.25，或至少1.5，或至少2，或至少3，或至少5，或至少7.5，或至少10，或至少20，或至少50，或至少100。
4.根据任何先前权利要求所述的方法，其中N与M的乘积是至少250，或至少500，或至少1,000，或至少2,000，或至少5,000，或至少10,000，或至少100,000。
5.根据任何先前权利要求所述的方法，其中所述阈值亮度级二值图像的至少大多数，或至少绝大多数，或所有所述像素簇为实质相同大小。
6.根据任何先前权利要求所述的方法，其中所述随机图案是蓝噪声图案。
7.根据任何先前权利要求所述的方法，其中所述目标表面是中间转印构件(ITM)的表面，所述方法进一步包括将所述油墨图像从所述ITM的所述表面转印至印刷基板。
8.根据任何先前权利要求所述的方法，其中定义所述NxM像素图像掩模，使得所述阈值亮度级二值图像包括至少10个像素簇，或至少20个像素簇，或至少30个像素簇，其各具有至少10个像素，或至少15个像素，或至少20个像素的大小。
9.根据任何先前权利要求所述的方法，其中定义所述NxM像素图像掩模，使得所述阈值亮度级二值图像包括至少10个像素簇，或至少20个像素簇。
10.根据任何先前权利要求所述的方法，其中所述油墨是水性的和/或所述目标表面是疏水的。
11.根据任何先前权利要求所述的方法，其中所述油墨实质不渗透至所述目标表面中。
12.一种用于将数字图像转换成油墨图像的印刷系统，所述印刷系统包括：
a.油墨沉积装置，其能够将油墨沉积在目标表面上以在其上形成所述油墨图像；
b.电子控制器，其用于调节由所述油墨沉积装置进行的所述油墨沉积，使得所述印刷系统根据NxM像素掩模将数字图像转换成所述油墨图像，使得其中定义变量L、M、N、r、s、p、y，使得L是等于至少64的正整数，M和N各是各等于至少16的正整数，s是具有1与y*L之间的值的正整数，p是具有至少30的值的正数，y是具有最多0.05的值的正数，且r是具有至少0.5的值的正数，且其中所述NxM像素图像掩模具有所有下列性质：
i.所述像素图像掩模的亮度级的总数是至少L；
ii.在低于阈值亮度级的阈值下亮度级下，将所述像素图像掩模应用于均匀亮度NxM数字图像产生以像素簇的阵列为特征的阈值下亮度级二值图像，所述阵列的簇的矩心根据随机图案空间分布；
iii.在所述阈值亮度级下，将所述像素图像掩模应用于均匀亮度NxM数字图像产生以像素簇的阵列为特征的阈值亮度级二值图像，所述阵列的簇的矩心根据随机图案空间分布，所述阈值亮度级二值图像被进一步特征化，使得在由所述油墨沉积装置定义的油墨图像空间内，像素簇的所述阵列的所有像素簇的至少p％几乎接触而未接触；
iv.在高于所述阈值亮度级的s个亮度级的阈值上亮度级下，将所述像素图像掩模应用于均匀亮度NxM数字图像产生阈值上二值图像，在所述油墨图像空间内以(i)3+桥接簇组合的数量与(ii)2桥接簇组合的数量之间的比率r为特征。
13.根据权利要求12所述的系统，其中N与M的乘积是至少250，或至少500，或至少1,000，或至少2,000，或至少5,000，或至少10,000，或至少100,000。
14.根据权利要求12-13中任一项所述的系统，其中所述阈值亮度级二值图像的至少大多数，或至少绝大多数，或所有所述像素簇为实质相同大小。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的系统，其中所述随机图案是蓝噪声图案。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的系统，其中所述表面是中间转印构件(ITM)，所述系统进一步包括被配置来将所述油墨图像从所述ITM的所述表面转印至印刷基板的压印站。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的系统，其中所述阈值亮度级二值图像包括至少10个像素簇，或至少20个像素簇，或至少30个像素簇，其各具有至少10个像素，或至少15个像素，或至少20个像素的大小。
18.根据权利要求12-17中任一项所述的系统，其中所述阈值亮度级二值图像包括至少10个像素簇，或至少20个像素簇。
19.根据权利要求12-18中任一项所述的系统，其中所述油墨是水性的和/或所述目标表面是疏水的。
20.根据权利要求12-19中任一项所述的系统，其中所述油墨实质不渗透至所述表面中。
21.根据权利要求12-20中任一项所述的系统，其进一步包括油墨量，所述油墨图像空间根据所述油墨的性质定义。
22.根据权利要求12-20中任一项所述的系统，其进一步包括所述目标表面，所述油墨图像空间根据所述目标表面的性质定义。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述目标表面是中间转印构件(ITM)的表面。
24.根据权利要求12-23中任一项所述的系统，其中p值是至少40，或至少50，或至少60，或至少70，或至少80，或至少90。
25.根据权利要求12-24中任一项所述的系统，其中r值是至少0.6，或至少0.7，或至少0.8，或至少0.9，或至少1，或至少1.25，或至少1.5，或至少2，或至少3，或至少5，或至少7.5，或至少10，或至少20，或至少50，或至少100。
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