CN1076471C - 点阵式打印机用的打印图象逐段增强技术 - Google Patents

Abstract

增强激光打印机图象的电路配于字符发生电路与激光激发电路间以修正发生电路提供的激光激发信号。所需图象位映象连续行的位数据存于一先进先出缓冲器中。将具有一中心单元和任选相邻位数的位换式取样窗口与一系列相关于一误差元或单元匹配位模式或模板进行比较，当逻辑匹配网络测出匹配时产生一与独特补偿单元有关的修正信号，故取样窗口中心位由匹配模板所需的独特补偿位取代，从而检查了所需位映象或位映象组中所有位且修正相应激光激发信号并以逐段方式补偿与匹配模板有关的误差。

Description

点阵式打印机用的打印图象逐段增强技术

本发明涉及点阵式打印机(例如电子照相打印机)中使用的打印图象的增强技术，更具体地说，涉及在逐个单元(逐段)的基础上将标准数字化了的位映象与预存储的预定图形进行匹配，以提供起补偿作用的打印信号，从而产生一增强了的高分辨率合成打印图象。

一般说来，非击打式打印机系设计得使其能通过在打印媒体(例如纸)上打印一系列图素、象素或点形成打印图象。在电子照相打印机(例如激光打印机)中，所希望打印的图象可以借助于一个光源以连续扫描线的形式扫描着光敏材料整个带静电的表面来形成。各扫描线系划分为若干象素区，光束或激光束则经过调制，因而使某些象素区曝光，某些象素区不曝光，从而在各扫描线上产生预定系列或图形的重叠着的象素。凡是受激光束照射的象素区，光敏材料上的静电荷就消失。这样就促使光敏材料带有反映出待打印或待复制对象的静电象素图形。然后对带静电的图形进行显象，并将显出的图象转移到打印媒体上，就得出打印出来的副本。

点阵式打印机打印出来的图象是所期望的模拟图象的数字化图象或量化图象，有时叫做位映象图象。模拟图象是不能完全用数字位映象图象表示出来的。模拟图象的象元可以是在任何取向上都是连续的，而位映象图象的象元则必须按直角阶梯的方式递增的。这种限制使表示模拟图象的位映象失真。位映象图象一般由大量的按预定的(空间)图形组织的分立象素或点组成。各点具有诸如位置坐标、强度、颜色和大小等特性。各特性与其它特性无关，且可以视为独立的一个线度。

点阵式打印机打印出来的位映象图象，其分辨率一般以每英寸打印出的象素数或点数表示。举例说，300点/英寸(dpi)打印机的分辨率比240dpi打印机的高。一个在水平行方向上产生300dpi在垂直列方向上产生300dpi的打印机，其分辨率为300×300dpi。在分辨率为300×300dpi的情况下，平行或垂直于扫描方向打印出来的线条，能看得到的失真现象极少。但斜线和打印机不同点区之间的界线会产生锯齿状台阶或阶梯状的失真，而这些都是人眼所能看到的。

位映象图象失真是由于位映象的分辨能力低或所希望的模拟图象的取样率低所致。减少这种失真的一般方法是通过增加大小固定的图象中点的数目来提高位映象图象的分辨能力，即减小点的大小从而提高空间的分辨能力。提高分辨率不仅维持了在分辨率较低时所失去的更精细的特征，而且还减小了台阶式失真的大小。但提高分辨率的花费大。待处理和存储的数据量是与位映象中象素或位单元的数目成正比的。举例说，300×300dpi二维位映象的分辨率翻一番会得出600×600dpi的位映象，从而需要将存储和处理能力提高四倍。此外还必须采用能显示这种分辨率提高的图象的位映象图象输出装置，例如阴极射线管(CRT)或打印机，而这就可能会使成本进一步提高。如果还需要提高强度级或颜色的分辨率，则成本还会进一步提高。尽管许多更复杂的高端打印机历来都采用这种解决办法，但如果要降低低级终端打印机的成本，这却不是一个实用的解决办法。

解决因数字化处理而引起的失真的第二种方法是采用内插法，以便将锯齿形边缘突出的各拐角连接成连续的斜坡，或者均化相邻各点的强度，并使锯齿形边缘变得不明显。尽管内插法简单，能使锯齿状或阶梯状边缘变得平滑从而产生比直截了当的位映象图象更令人可以接受的效果，但它们却具有许多并不比数字化所引起的原奇数谐波干扰使人迷糊的作用小的副作用。举例说，灰度等级防止假信号方法确实可以使锯齿形边缘的过渡部分不明显和平滑，但却牺牲了反差。一些突出的特征确是得到了均化和变得光滑，但有许多细致的特征同时却被滤除掉。换句话说，内插连接法在初始数据损失之后由于位映象转换、数字化过程带来了另外的数据损失。

1986年11月25日颁发给巴塞帝等人题为“交互作用打印增强技术”的美国专利4,625,222号公开了用一种叫做细线增宽法的技术使经数字化的阶梯效果变得平滑的方法。为起到平滑作用，沿与形成斜线的诸黑点两边绘制一些象灰色那样具有中等可见度的点。为起到增宽的作用，在平行于扫描方向的一个线度上沿诸黑点的邻近上加灰点，同时在垂直于扫描方向的一个线度上绘制一些扩大的黑点。在综合应用整平和增宽打印增强技术时，考虑了各种相互作用，且在某些情况下抑制了产生信号的增强点。1985年10月1日颁发给巴塞帝等人题为“细线打印的增强”的美国专利4,544,264号公开了在平行于打印机扫描方向的方向上增强细线的打印方法，具体作法是在该细线的至少一边上的黑点附近加一个灰色点。对垂直于扫描方向的方向上的细线，则通过将调制点的时限延长一大于正常点的量来加宽，从而使细线变粗或变宽。该专利介绍了实施打印增强技术的一些电路，这些电路配置在字符发生器和打印机激光打印头之间。上述美国专利所公开的打印增强技术包括线条增宽技术，这种线条增宽技术所产生的图象其清晰边缘的各特征没有明显地表现出来，细致的特征减少。

1985年10月1日颁发给渡边等人题为“显示设备用的平滑电路”的美国专利4,544,922号公开了一种平滑技术，该平滑技术包括有选择地往点图形的特定部分加或从该特定部分除去宽度为标准点宽的1/3的小点。该专利公开了显示设备用的一种平滑电路，该电路包括一存储装置和一逻辑操作电路装置，存储装置用以存储表示待显示的字符的点阵经选择的具有标准宽度的各点所组成的数据，逻辑操作电路装置则响应用于在其上进行各项逻辑操作的数据，该逻辑操作满足预定条件，以有选择地根据相应的矩阵位置加或从该矩阵位置除去宽度为标准点宽的1/3的小点的情况来改变数据。经有选择地改变了的数据提供所要求的字符，字符的轮廓较平滑。

在新近出现的一些用途中，都业已采用模式识别法或模板匹配法。在这些方法中，模板匹配是作为加权矩阵运算子进行的，即将该运算子在各位置与一任意的位映象图象相乘，以提供位映象图象与经匹配的模板或模式之间各因素的相互关系。这些复杂的矩阵计算能产生匀边反差的、轮廓分明的、且动态范围扩大了的打印图象。背景噪音(空间不变)可以局部加以消除而不致丢失具有各种特征图象的特征。但这种复杂的方法慢，硬件密集，成本又高，因而它只限用于军事或太空研究机构所使用的遥感图象处理。

本发明提供一种打印位映象图象的增强技术，具体作法是将位映象与预定存储着的模板或模式进行逐段匹配，以检测出是否出现预选定的位映象特征。每当产生匹配时，就有一个误差信号产生，以产生一个校正或补偿点或单元供取代匹配了的位映象单元之用。这样，所希望的位映象图象的打印图象就通过在原来的位映象图象上逐段或逐个单元地以误差补偿了的子单元代替预选定特点的各单元而得到增强。将凭经验得出的表示所有位映象图象所共同的复合误差成份、各模板有关的补偿信号和决定已匹配的各模板和它们有关的补偿信号之间的关系的规则编入以高速并行逻辑阵列列出的附标匹配一览表中。

本发明的打印增强技术是在配置在非击打式打印机的字符发生器线路(格式器)与打印机构(例如激光束打印机的扫描激光器)之间的电路上实施的。字符发生器所产生的字符经串行化之后输入到一先进先出(FIFO)数据缓冲器中。各FIFO缓冲存储单元的某一固定子集形成一取样窗口，经选择的位映象图象数据块即通过该取样窗口看出来。串行化的数据连续通过缓冲器移位时，可以从窗口看到位于窗口中心单元的位映象单元及其周围各相邻的单元所形成的位模式。表示一位映象图象单元的数据的各二进制位会在不同的位置通过窗口若干次直到它到达中心单元的位置为止。令各个由占据中心单元的二进制位形成的位模式及其相邻二进制位都通过一匹配网络。若匹配网络与一个或以上的模板匹配，则有关的补偿子单元会取代占据中心单元的二进制位，否则中心二进制位会仍然出现在输出端。所有匹配时产生同样的补偿子单元的模板都凑在一起进行“或”操作。因此若经过“或”操作的模板组中的任一模板与取样窗口的位模式匹配，则有关的补偿子单元的输出端会处于激发状态。若匹配逻辑网络检测出匹配情况，一输出控制器(补偿子单元发生器)就将未修改的中心单元或补偿子单元传送到有待耦合到激光控制线路的输出端。各补偿子单元产生小于未修正的标准位映象点的打印点。在激光打印机上采用水平和垂直校正技术有可能使点的水平和垂直增量小于未经修正的点的大小。输出控制器产生激光器所需要的打印与补偿子单元有关的修改点的脉冲调制信号。采用这种技术能使打印出来的输出在紧靠校正区的实际分辨率高于原始产生的位映象图象的分辨率。

这种通过模板匹配进行的逐段式图象增强技术使各位映象单元的测试和补偿可以独立进行，而仍然保持各单元之间的相互关系。这种方法利用了位映象图象能容忍差错的本性和位映象图象一贯修正错误的性能。因此一系列经独立补偿了的错误单元会集合在一起形成一个连续的经补偿了的复合误差成份。这种方法不仅可以使模板组很好地和更灵活地发展和扩大，从而适应一些特殊情况，而且将高度复杂、多重通路图象处理计算改变为可由在简单的并行实时硬件中实施的高速附标匹配一览表执行预定的较简单而且反复的匹配过程。与其它提高打印质量的技术比较，本发明的逐段匹配法真正提高了打印质量而无需大量增加存储空间和图象处理能力。

图1a是一般电子照相打印机的方框图。

图1b是产生供图1a所示的打印机用的扫描激光光束用的固态激光装置及其有关控制线路的示意图。

图1c是在图1a所示的打印机的光敏转鼓上进行书写过程的示意图。

图2是用位映象图象图示字符“&”的示意图，举例说明了本发明模式匹配模板的设计过程。

图3是表示竖向斜线的示意图，举例说明了本发明各模式匹配模板和该匹配模板所产生的补偿子单元的设计过程。

图4是用位映象图象表示的处于下框位置的斜体字母“b”的示意图，举例说明了模式匹配模板的设计过程和该字母由此获得的增强效果。

图5是图1a接口PCA(印刷电路组件)的方框图，示出了本发明增强线路的位置。

图6A和6B是本发明增强线路的示意图。

图7是表示图5所示的线路所提供的激光调制信号的方框图。

图8是时序图，示出用于本发明打印增强线路中的各种计时信号。

图9A、9B、9C、10A、10B、11A和11B是本发明增强线路的一个最佳实施例的详细电路图。

本发明是就电子照相打印机(例如激光打印机)进行描述的，但不言而喻，本发明也适用于其它点阵式显示装置，例如感热式墨水喷射打印机和阴极射线管(CRT)。在点阵式打印机中。各字符由许多单元组成的矩阵组成，各单元中充以点，空白处即为空置的单元，由充点单元和空白单元形成所要求的字符。各点和空白区系配置在一个处于一般按相邻、平行甚至间隔一段距离的水平行和垂直列位置的矩阵中。各行与各列的交点确定了各单元、点和空白的位置。单元可以重叠，这视乎各矩阵交点之间的间距和单元直径而定。各矩阵单元在设备中是以二进制数据元表示的，一般说来二进制的1代表一个点，即一个充点的单元，二进制0代表空白，即一个空置着的单元。存储在设备中且代表一个或一个以上所要求的字符或字符组的数据一般叫做位映象或经位映象过的图象。这些位映象可以称之为模拟字符的数字图象。

在诸如激光打印机之类的电子照相打印机中，打印是通过在一个感光表面上形成所要求图象的静电图象、经显象后再将图象熔凝在打印媒体(例如纸)上产生的。在激光打印机上打印需要有几种不同的工艺相互配合才能提供一页打印好的产品。在采用普通的高级书写级或其它未涂有感光材料的接收图象的媒体的打印机中，打印过程是集中在光敏转鼓上图象形成区的周围进行的。

现在参看图1a、1b和1c，图中示出了一般电子照相激光打印机的方框图。光敏转鼓11由一个电动机(图中未示出)在方向A上驱动。转鼓11是个金属筒，例如挤制的铝筒，一般都涂有一层有机光敏材料。在打印过程中，转鼓11不断地转动，每打印一页可能要转好几转。在打印刷品某一给定段的图象之前，必须作好转鼓静电表面13的准备工作，使该表面能保存所要求的静电图象，具体办法是用物理和静电方法清理转鼓。物理清理过程是采用橡皮清理刀片12进行的，用该刀片刮除转鼓11在上一次打印作业余留下的任何调色剂，并将其刮入废屑坑中。然后用擦拭灯14以静电的方式清理转鼓11，即用灯14照射转鼓的光敏材料，以中和任何原先留在转鼓11上的电荷。然后往静电转鼓11清理好的表面13上加均匀的负电荷以改善该表面的物理状况。转动着的转鼓11使光敏材料穿过电荷电晕发生器16所形成的电离区，在该区中负电荷从电晕发生器16转移到转鼓11的表面。转鼓11在转动经过电荷电晕发生器16之后，其表面13具有600伏的均匀负电位。在书写过程中，利用激光束17在各选定的部位使转鼓11表面的电位放电，方法是将激光聚焦到电子照相转鼓表面13经选定的各部分。这样就形成静电图象，然后将该图象显象成可见的图象，并转移到打印媒体上。

激光束17由固态激光器19产生，只要给激光器19供电或断电就可使其接通或断开。二极管19所产生的激光由准直透镜21准直成清晰的光束，并借助于柱面透镜25聚焦到扫描镜23上。扫描镜23是个六个边的多角形转镜，它由扫描器电动机27带动使其恒速转动。扫描镜23转动时，激光束17在箭头B所示的弧形方向扫描。扫描中的激光束17由聚焦透镜31和镜33聚焦到转鼓11的光敏表面13的一条水平线上。

由于激光束17在B方向上扫描着转鼓11的长度，而且由于转鼓是在A方向上转动，因而转鼓的整个表面13为一个光栅图象所覆盖。令驱动着扫描镜23的扫描器电动机27的转速与驱动着转鼓11的主电动机的转速同步，从而使激光束17各连续进行的扫描在转鼓11表面上偏移1/300英寸。还可以接通和断开激光器19，从而将激光束17调制到这样的速度，使其沿线29在水平的方向上每1/300英寸射上一个光点，从而达到300×300点/英寸(dpi)的分辨率。在每次开始扫描且在激光束到达转鼓11之前，激光束17从光束检测镜35被反射入一个光纤37中。光的这个瞬时脉冲经由光纤37传送到直流控制器39，在那里被转换成用于使一次扫描(扫描线)的数据输出与其它数据同步和打印机其它控制和测试功能用的电信号。

经过书写之后，转鼓11的光敏表面13上就有一个不可见的静电潜象。转鼓表面13不为激光束17所照射的部分仍然处于600伏的负电位，而那些受激光照射的部分这时业已放电到大约100伏的负电位。书写完毕后，将静电图象在转鼓表面13上显影成可见图象。

在显影工位上，将叫做调色剂18的显影材料放在静电图象上。该调色剂材料是一种粉状物质，是将黑色塑料树脂结合到铁质粒料中制成。调色剂中的铁使调色剂被吸到一金属转筒20上，转筒20具有一横贯其整个长度的永久磁铁(图中未示出)。塑料调色剂粒子18通过与连接到直流电源负极的转筒20摩擦获得负表面电荷。调色剂所获得的静电电荷使调色剂粒子18被吸到转鼓表面13已受激光照射的部位上，同时为该表面未受激光照射的部位所排斥。

在转移工位24处，转鼓表面13上的调色剂图象被转移到打印纸22上。打印纸22以转鼓11表面同样的转速转动，并与转鼓的表面接触。电晕组件28产生的正电荷沉积在纸22的反面上。纸上较强的正电荷将带负电荷的调色剂粒子18吸离转鼓11表面。静电消除器32削弱了带负电的转鼓表面13与带正电的纸22之间的吸引力，以防止纸22绕到转鼓11上。打印纸22从转移工位移到熔凝工位26上，同时转鼓11转到清理工位使转鼓准备接收下一个打印部分。

在熔凝工位26，调色剂借助于热和压力熔融并被压入打印纸中，以形成永久性的打印图象。熔凝工位26包括一非粘性的热辊34和一软压辊38，热辊34由一高亮度灯36从内部加热，软压辊38受压时会稍微压缩，使纸与加热或熔凝辊34的上部之间形成大的接触区。这时沉积在纸22上的调色剂熔化并被挤入纸的纤维中。

直流控制器印刷电路组件(PCA)39是打印机的控制系统，它担负着协调涉及打印过程中一切活动的任务。直流控制器39提供驱动激光束17的控制信号，使来自接口PCA41的点模式数据与纸张的大小、灵敏度和激光束运动信息协调起来。

接口PCA41包括一中央处理器(CPU)和一组只读存储器(ROM)，中央处理器控制着接口PCA41的动作，只读存储器组供存储所希望字符组的点模式或位映象图象。在附加的只读存储器盒中还可再加其它的位映象图象数据。接口PCA41是使打印机与外部装置431(例如个人计算机)之间进行正确联络用的，该联络是通过在打印机控制板433(如图5所示)上选取的结构设定值建立起来的。然后根据控制板433的设定值或打印机的指令处理来自外部装置431编码数据，并将其转换成调制激光束17用的点数据。

如上面谈过的那样，所要求的字符和图形的实际数据或位映象图象系存储在接口PCA41的存储器(ROM)中，由附加ROM(插入)活字盒提供另外的一些字符组。装在接口PCA41中的视频电路将字符和图形数据、位映象图象转换成点数据，再输出到直流控制器以驱动激光器19。为补偿模拟字符转换成数字位映象的过程中所产生的误差，必要时由校正或补偿信号将这些视频信号加以改变。

现在参看图2、3和4。每个位映象图，例如图2中所示的字符“&”50，图3中所示的斜直线70和图4中所示的斜体字母“b”，都可以分解成许多小段，例如以圆圈51注明的阶梯状垂直边。鉴于这些阶梯状边缘误差个个都包含三个竖向点，因此可视为3∶1的复合误差元。这些三比一复合误差元可能会重复多次，且具有八个可能的彼此对称的取向。3∶1复合误差元的另一个实例是在圆圈53所示的由三个水平点组成的点群，形成字符“&”的水平尖端。这些复合误差元可能是平滑边缘曲线的各部分(圆圈51)或尖端的一部分(圆圈53)或任何任意的位映象图象的其它各部分。这些复合误差元是所有位映象图象的基本构成单元。它们还可以取其它特殊形式，例如2∶2、5∶1或图3的71所示的6∶1。所有位映象图象都由这些有定限的复合误差元组成。各种不同的复合误差元可按其类型分类，例如边缘扭曲、尖端、圆化部分、未填充的凹部或削成方顶的凸部。一个单个的复合误差元其边缘界线所及的范围可从单个分段(矩阵单元或点的尺寸)到二十个连续分段的长度。具有多重线段的复合误差元还可进一步细分成更小的片段。

竖向斜线70由多个六分段长的竖向取向复合误差元组成，各复合误差元安置在上一个复合误差元正下方右侧，与上一个复合误差元相隔一个矩形单元。各复合误差元71有六个边缘单元，中间的两个误差单元的圆化误差小，因而无需修正，但复合误差元71各端上成对点中的各点就需要修正，以便使阶梯状的斜线70变得光滑。举例说，对点或误差单元72所需要进行的修正是除去或割除点72的左边部分和增加或充填(即充填相邻空白单元的一部分)点72的右边。复合误差元73是放大了的复合误差元71，用以举例说明对复合误差元71的各点或误差单元所进行的修正。对误差单元72进行的修正，即在该误差单元的一边或另一边进行填充，实际上是对毗邻误差单元72的一部分空白或空置单元进行填充。为平滑补偿复合误差元71需要进行的八个分开进行的校正，在复合误差元71的上端和下端各成对单元的各误差单元进行割除和充填校正。八个模式匹配模板77、79、81、83、85、87、89和91是为检测各带有圆化误差的分段所产生的独特误差单元组织或模式而设的。复合误差元75是复合误差元73的放大图，举例说明了对复合误差元71的各误差单元进行的填充和割除校正。模板77、79，85和87进行的是填充修正，模板81、83、89、91进行的是割除修正。从复合误差元73中可以看到，打印出来的结果是上部的点对74略微往左移，底部的点对76略微往右移，从而对斜线70的阶梯效应起平滑作用。从这个实例可以看出，复合误差元的各点或误差单元系与该成套模板进行匹配以确定可能需要进行的适当修正。

各模式匹配模板与数字化误差的唯一位映象图象匹配，且已分派有与一补偿或校正信号有关的适当补偿子单元。由于复合误差的各匹配模板是连续出现的，因此分派给这些模板的子单元系设计得连接在一起。这些模板组成的与某一特定补偿校正信号有关的一组模板是与任何其它模板组互不相容的。某一任选的位映象模式可能会与许多模板匹配，但这些模板都是在同一组，且会提供同样的补偿信号。这些与各模板匹配的基本情况个个叫做误差单元成分或误差单元。

本发明的增强技术对各位映象图象采取分级的措施，在最高级处是由复合误差元组成的位映象图象本身。各复合误差元又由一些误差单元成分组成。各误差单元成分具有其指定的补偿子单元。所有可与其它误差单元毗邻的误差单元都被指定为补偿子单元，这些补偿子单元平滑地连接在一起。这些误差单元都按与它们有关的补偿子单元相互和专门地加以分组。从位映象图象减少到复合误差元再减少到误差单元成分以及将适当的补偿子单元分派给各误差单元成分的复杂程序是通过匹配模板的设计来完成的。这些复杂的多级决定过程又进一步简化成借助于硬件实时实施的表索引匹配操作。鉴于各误差单元元素是图象失真的独立成分，因此从一特定复合误差元获得的模板可能与从另一个复合误差元获得的模板相同，且会提供大大减少模板索引匹配表的复杂程度的同一种补偿。

各误差单元成分与所有复合误差元无关。所有为补偿子单元的内部依赖关系的限制条件都已放入最终匹配模板技术规范中。若某一位映象模式与一模板的全部要求匹配，则可以作出提供补偿的决定而无需知道该单元是某一曲线、斜坡或凹口复合误差元或已给其相邻各单元分派了什么补偿子单元。匹配模板的设计保证了各毗邻的误差单元会分派到匹配的补偿子单元。一个完整的位映象图象的匹配过程可以逐段完成，即逐个单元地从右到左、从上到下或以任何任选的次序来完成，结果是相同。

各模板只有一个中心误差单元和有关的补偿子单元，但它可具有样品大小所能容许的任意限定的匹配位映象模式单元数。这样就很容易在现有的模板中增加、除去或改变位模式规范单元，从而改变或形成另一些模板，借助于这些模板选择或排除一特殊情况的子集。由于具有这种灵活性，因而可以研制出用以处理特殊复合的误差元的模板。可以认为，某些需要独特补偿或对补偿加以限制的特殊位映象图象特点或特性，则属例如。

除平滑的边缘曲线外，尖端和凹口是原模拟图象中常见的另一种特征。在数字化过程中，当尖端和凹口的宽度比一个单元的长度还短时，就要把各尖端削去，把各凹口充填起来。所得出的位映象图象其形象清晰可辨，可以采用一组特殊设计的模板进行检测和补偿。从图2中可以看到一组用以检测和还原如55所示的黑区尖端的模板59、61和63。模板61将检测一尖端复合误差元53，在该复合误差元有两个边相交成一锐角。在这种情况下，在误差单元54中的局部圆化误差平均值为+25％。因此分派给模板61的补偿子单元会横切误差单元54的区域，使误差单元边缘在尖端55外推倾向所确定的方向上收缩。当取样窗口向右再移动一个单元位置时，其中心就处在毗邻误差单元54的误差单元上。该误差单元是空置的或空白的。该单元的局部圆化误差平均值为-25％，因此要给模板63分派一个充填补偿子单元，从而要在尖端55的外推方向上进行填充校正。

在原模拟图象黑区中的锐角凹口57或91可以视为在其相邻白区中的一个尖端。但由于激光打印机所固有的将黑色调色剂沉积在白纸上的那种特点，白区尖端并不是以黑区尖端那样的方式进行补偿，因为狭窄的白区可加以重叠并由相邻的各黑区加以充填。位映象图象的生成并不可能预测也不能补偿这种效应。许多位映象图象的形象含有许多不能妥善打印出来的白单元，即为一系列黑色单元或点所包围的空白单元或空置单元，如图4中所示的字母“b”90中的凹口91。模板93和95是用来在这些情况下割除包围着空白单元的黑区，以便将各黑色凹口，即白尖端，恢复到其预期的所希望有的形状。按上述处理黑色尖端55所采用的类似方式，可以将各白色尖端延长或外推，从而得出所希望的模拟图象的更为准确的表示。

上面所介绍的模板匹配增强技术，其实施至少部分取决于准备使用该技术的显示装置或打印机。输出装置不同，所需用的补偿技术可能不同。上面介绍过的激光打印机是个双级二维光栅图象输出装置，其中各单元具有一位(黑/白)参数。固态激光器19是由接口PCA41提供给直流控制器39的串行数据调制信号(视频信号)激发的。

图5是激光打印机接口PCA41的方框图，可以看到，根据本发明的增强所打印图象的电路元件所处位置，该方框图是针对与图1a和1b所示的激光打印机配用的一个实施例绘制的。字符发生器411提供调制激光束17用的串行数据信号，以提供所希望的字符和图形。数据从字符发生器411出来，提供给直流控制器PCA39上的激光激发电路391。

激光打印机接口PCA41由CPU413控制，CPU413具有一个16位微处理器，它执行存储在ROM415中的程序。ROM415除存储着将由CPU413执行的微处理器控制器程序外，其主要用途是存储打印机字符组或活字的点模式或位映象图象。在另一些实施例中，ROM415还可用以存储模板位模式，在这种情况下，模板匹配操作可由软件或固件所控制的查表操作来进行。活字盒435、437包括给打印机提供不同的、任选的活字用的额外字符组点模式数据的插入式ROM盒。特殊活字或按规格改制的效果用的额外或任选的匹配模板也可以经由任选的活字盒435、437输入到字符发生器411和增强线路421中。活字盒接口439将主数据总线441与活字盒435、437的接插件隔离开来。非易失随机存取存储器(NV RAM)417是为存储诸如打印数据构形和经由控制板413输入的页面计数信息之类的主要数据而设的。静态随机存取存储器(SRAM)419给CPU413中的微处理器提供另外的地址空间。地址控制器423输出能够使用存储在ROM415四个分段的数据的地址信息。地址控制器423是作为单门阵列电路作用的。可扩充动态随机存取存储器(DRAM)425是为存储打印信息、活字信息和它从外部装置431输入的信息而设的。CPU413中的微处理器按需要将DRAM存储空间再加以划分。地址控制器423也输出能够使用存储在DRAM425中的数据的地址信息。计时控制器429在需要往DRAM425上写入和从DRAM425上读出数据时产生所需要的计时信号，而且还产生DRAM425所用的数据再生信号。位移位器427根据控制板433或外部装置431的指令产生必要的指令，以补偿或重叠各打印字符，并将数据移位1至15个二进制位。I/O(输入/输出)控制器443控制着从外部装置431经由并行接口接插件445输入并CpU413的数据的定时。I/O控制器413还控制着接口PCA41与直流控制器PCA39之间通信的定时。字符发生器411根据来自CPU413的指令将存储在ROM415或活字盒435、437中的位映象图象数据转换成点数据，该点数据则以串行数据信号的形式连续输出到激光器激发电路391上。打印增强电路421系配置在字符发生器411与激光激发电路391之间，以修正或补偿串行数据信号，从而得以实施打印增强技术。

图6A和6B是打印增强电路421的概念性的方框图。一个完整的位映象图象(举例说，斜体字“b”90)经过串行化之后，耦合到“先进先出”(FIFO)数据缓冲器101上。位映象过的图象90在FIFO缓冲器101中是经过部分重编的。FIFO存储单元的M×N个固定子集107形成取样窗口109，从该窗口可检查一组位映象图象。随着串行化数据继续通过FIFO缓冲器101移位，窗口109检查着连贯的中心单元111及其周围的邻接单元。

数据的各二进制位会在不同的位置通过窗口109若干次直至到达窗口的中心单元111为止。该中心二进制位111连同其邻接的位模式由窗口109加以检查并通过匹配网络103。若匹配网络103出现模板匹配的情况，则该中心二进制位会被某一指定的补偿子单元所取代，否则它会仍然出现在输出端113不变。从一二进制位出现在FIFO缓冲器101的输入端直到其有关的补偿子单元出现在输出端113为止，缓冲作用引入了(N-1)/2条线和(M-1)/2个位延迟。然后该二进制位逗留在FIFO缓冲器101中至另一批(N-1)/2条线，作为该二进制位之后各条线中后续中心二进制位111的邻接单元。

逐段匹配逻辑网络103是以可编程逻辑阵列(PLA)的形式实施的。该PLA包括一“与”矩阵、一“或”矩阵和多个系列的小项或节点，各系列代表其中一个不同的匹配模板。各“与”矩阵输入端表示位映象取样窗口109中某一单元的状态。各小项代表一个模板位或单元，且当相应的取样窗口位或单元所匹配时(逻辑“与”)作用。所有被分派有相同补偿子单元的模板都在一起进行“或”运算。因此若该组中的任何一个模板与所输入的位映象模式(取样窗口109位模式)匹配，则有关的补偿子单元输出端会处于激发状态(逻辑“或”)。

鉴于特定补偿子单元是根据取样窗口109的单元状态选择的，因而补偿子单元选择信号是诸乘积和函数。在每次需要特定补偿子单元的情况下，模板就作为取样窗口109各单元输入的乘积项进行编码，并成为一新的独立小项。某一特定补偿子单元的选择信号是通过将所有与该补偿子单元有关的乘积小项加起来形成的。“与”矩阵的各节点可以连接起来(指定位映象模式)或保持敞开。各小项输出端只能连接到一个或列(独特的补偿子单元解法)。取样窗口109的大小确定“与”矩阵的尺寸。模板的数目确定了小项的数目，所采用的补偿子单元的数目则确定独立“或”项输出端的数目。

矩阵的这种结构既简化了模板的设计又使其具有巨大的灵活性。可能需要与取样窗口109中的每一个位单元有关的极其复杂的模板来处理一些例外情况。PLA按与高速并行附标匹配表类似的方式起作用。取样窗口109中的位映象模式是一组通过PLA传播的复合输入信号。数据通路从而各逻辑函数是由匹配网络103中的各节点接线确定的。

匹配网络103的作用是为减少原位映象图象中的失真而确定取样窗口109的中心单元111是否需要校正。因此匹配窗口109的中心单元是“测试中的单元”，且是结合其各相邻取样窗口单元进行检查的。匹配网络103提供表示需要什么样的补偿子单元(如有的话)的输出信号。当数据通过FIFO缓冲器101移位时，取样窗口109检查各连续的中心单元111，从而它们周围的位映象模式从而逐一地测试在逐段匹配网络103中的各单元。各独立的分立单元的补偿信号其累积起来所起的作用是对各子单元连续的联合补偿作用，这个作用使各不连续的位映象图象的形象平滑起来，形成更近似原模拟连续图形的形状。由于调色剂和熔凝过程固有的物理性能，最终增强了的打印图象会与模拟图象非常近似。

补偿子单元发生器105是根据匹配网络103的输出信号提供与匹配网络103所述择的特定补偿子单元有关的补偿信号。若不需要进行补偿，补偿子单元发生器105会让中心单元111以未修正的状态通过，使其到达数据输出端113。

在最佳实施例中，采用了八种不同的补偿子单元。图7中以图121至135表示的补偿子单元，它们的参数值处在未修正的位映象单元各参数通常所容许的增量量子值之间的范围内。举例说，要打印一标准的未经修正的点，需要令固态激光器19接通一定长的时间，例如530毫秒，而要打印出图121所表示的补偿子单元则只需令激光器19在该时间段的头1/3内接通，剩下的时间可以断开，因而得出一个大约有1/3的大小是未修正过的点。通常是通过提高位映象的分辨率来减小单元的尺寸，且需要有一个分辨率更高的输出机构来显示它们。调制激光器19的控制信号可以减小单元的大小，从而提供更小的经补偿了的子单元，该子单元的位映象单元经选择的各部分是处于充填状态，从而形成预定的形状。采用补偿子单元可以有效提高使用它们的邻接区的位映象分辨率。补偿子单元发生器105给激光器19提供打印图7所示的补偿子单元所需要的脉冲调制信号。图121至127所表示的补偿子单元是通过接通激光器19一段短于上述标准点时间的时间段形成的，且用以校正平行于激光器扫描方向的尺寸。图129至135所表示的补偿子单元是借助于复杂的激光调制信号形成的。该调制信号有效地将调色剂密度中心线在垂直于激光束17扫描线度的线度上移位，从而在垂直于激光束扫描方向的线度上进行补偿。在激光打印机上采用其它水平和垂直校正技术，有可能得出能形成比图7所示更小或大小不同的点的水平和垂直补偿子单元。在其它图象输出装置上可以采用不同的技术达到同样的目标。

在这里所述的最佳实施中，FIFO缓冲器101、匹配网络103和补偿子单元发生器105都是在硬件和硬连线逻辑电路中实现的。打印增强电路421也可以在具有模板组和存储在RAM或ROM中的有关补偿子单元组的软件或固件中实现。采用活字比例变换软件程序以增大打印图象的实际尺寸时，位映象图象的有效分辨率会下降，从而增加了数字化误差的效应。还可以将匹配模板的比例改变使其可以补偿这些误差，并在大于1的比例系数下提高打印质量。

现参看图8、9A、9B、9C、10A、10B、11A和11B，增强电路421划分成五个电路块。FIFO缓冲器101包括图9A、9B和9C所示一随机存取存储器(RAM)缓冲器120和图10A和10B所示移位矩阵140。作为PLA160和162实施的逐段匹配网络103和补偿子单元发生器180均示于图11A和11B中。从图9中还可以看到同步化和系统计时电路122。图8是一个计时图，示出了用以控制图9A、9B、9C、10A、10B、11A和11B所示的增强电路421所选定的计时信号和同步信号。

增强电路421是配置在字符发生器411与激光激发电路391之间的一个后处理电路块(如图5所示)。它接收串行位数据流、VDO(表示待打印在接线板121插脚2一页面上的点)和在接线板121插脚1上的同步信号BD。BD表示在光敏转鼓上对应于来自字符发生器411页面上一条水平线的各水平扫描线的开端。增强电路421将接线板121的插脚4上经修正的串行位数据流信号V输出到激光器激发电路391上。尽管增强电路有可能从字符发生器电路411取出时钟信号，但在本最佳实施例中，计时时钟是由晶体振荡器123和锁存器125产生的。此外用以使增强电路起作用或停止作用的信号EN是输入到接线板121的插脚3上。

RAM缓冲器块120包括四个计数器122、124、126和128、 RAM130和八进制D触发器132。RAM缓冲器块通过存储表示在一页面上的连续点线的数据来执行FIFO缓冲器101的第一内部功能。四个计数器122、124、126和128形成RAM130的地址计数器。BD的下降边表示一个新线的开始，因此在这时候，RAM地址计数器122、124、126、128由来自计时PLA127出现在BD信号下降边上经同步化的光束检测信号复位。由于一输入点或单元数据会占据RAM130中的一个二进制位，因此RAM地址在每点同期增加一次。系统时钟以八倍输入位映象数据传输率的速率使计数器122、124、126和128动作。计数器122的下三个二进制位不是用作地址而是用作其它系统的计时之用，这下面即将谈到。

当RAM地址增加时，新的位映象数据位就会存储在存储器中。参看图8的系统计时图，RAM130会在7-0变换状态(时钟信号102的下降边)下增加。由于RAM写启动信号WE是高的，因而RAM130会将数据读出。八进制D触发器132会使该数据和在线路129上的下一个连续数据(来自VDO的新点数据位)在其各输入端形成。在2-3变换状态下，移位矩阵锁存信号106(SMLAT)变高，于是八进制触发器存储线路129上的新数据位和RAM130的数据。在状态4、5和6下，WE104变低，触发器132在线路D0至D7上输出其所存储的数据，该数据在6-7变换状态下写到RAM130上。从图9可以知道，新的位映象数据位是存储在触发器132的D0位置，同时若D7的上一个值废弃不用，则D0、D1、D2、D3、D4、D5和D6的上一值就分别存储在D1、S2、D3、D4、D5、D6、D7中。当每次地址增加而该过程重复时，可以看出，现行传送到VDO上的成行(排)位映象数据被缓冲存储在RAM130的D0二进制位中，同时原先在D0二进制位中的行被存储在D1二进制位中，在D1二进制位中的行移到D2二进制位中等等。这样D1至D7二进制位就完成了将原七行位映象数据固定在一页面上连续行的存储器中的操作。就某给定的RAM130地址而论，所存储的八个二进制位(位映象数据)全都处在一个负面的同一列上。RAM地址随BD的下降边缘而复位，且在每一点的时间周期内增加一次。各数据位按同样的方式从字符发生器传送出去，即每一个点时间周期一次，在BD的下降边之后的预定时间开始。因此RAM地址是个点列地址，一行上的第n个点其列地址与任其它行上的第n个点的相同。

移位矩阵块140由移位寄存器141至149组成。移位矩阵块140的作用是使匹配网络PLA160、162可以在并行信号线路上同时使用取样窗口109中的所有数据位(如图6A和6B所示)。在最佳实施例中，取样窗口由49个单元或数据位组成，且形成如图6A和6B所示的那种形状。中心单元111是在检查中以便加以修正的二进制位，周围其余48个二进制位则形成有待与模板进行匹配的位模板。取样窗口109包含多达11个来自7个连续行的连续列的二进制位。每次RAM地址增加之后，RAM缓冲器块120只从D1至D7行上的七个连续行输出一列二进制位。因此移位矩形块140必须存储二进制位，并从11个连续RAM缓冲器列的输出端同时输出二进制位。

在7-0变换状态时，RAM地址计数器加一，并且RAM130在D1至D7行上所输出的二进制位是处在7个连续行的二进制位(位映象数据)。D1至D7是输入到D7的位移位寄存器141至147中。D3、D4和D5个个在它们的寄存器143、144和145中分别具有另外三位扩充部分，该部分耦合到移位寄存器148和149上。移位寄存器141至149同时由FMLAP106在2-3变换状态下计时，将七个输入二进制位移位至移位寄存器141至149中。以后在每一次点时间周期内产生的地址增加和寄存器移位促使移位寄存器的各并行输出端在对应于其串行输出端的列上显示出连续的二进制位。移位矩阵输出端(并行移位寄存器输出端)显示出来自7个连续行的连续列，且待在匹配网络103检查的各二进制位的取样窗口109是并行移位矩阵输出端的一个子集。

移位矩阵块140所输出的各二进制位，其取样窗口109横向并朝下扫描一个页面，且该页面上的每一个二进制位在一个点周期内是处在该取样矩阵的中心接受检查，看它是否需要修正。

匹配网络l60由PLA网络161和162组成，它履行着将各位模式与各模板进行匹配的功能，若检测出匹配情况，则提供一个用以产生一个适当补偿子单元的信号。

在本最佳实施例中，一个二进制位有八种可能的输出修正方案(补偿子单元)，且这些修正方案个个都具有供周围二进制位状态用的相应的成套组合或识别模式。PLA161和162从移位矩阵块140接收中心二进制位(图6A和6B中所示的中心单元111)及其周围的二进制位。各识别模式或模板由PLA161或1672中的乘积项检测，对应于某特定输出端二进制位修正方案(有关的补偿子单元)的成套乘积项集中在一起进行“或”运算。这样，每当移位矩阵140所输出的匹配窗口中的位模式与某一模板匹配，PLA161或162中的一个乘积项就起作用，从而相应的“或”输出端是真实的，表明应履行八个位修整方案中的哪一个方案。

在本最佳实施例中用以检测识别模式的PLA161和162在本质上具有某些需要加以补偿的局限性。各装置输入端数的最大容许值是36，可集中在一起进行“或”运算以选择一个位修整的乘积项(从而为识别模式)的最大数目是8。但要检测所有的识别模式就要检查49个二进制位，且需要在一起进行“或”运算以选择可能的位修正的乘积项，其数目可超过24。输入端数的这种受限制的情况可以通过将49位取样窗口109划分成两个在一起能检测出所有识别模式或模板的较小窗口来加以解决。各PLA161、162上的24个输入插脚实质上是一些输入/输出的宏单元插脚。因此在各微单元在各修正情况下锁定该成组乘积项的和(“或”)时应应用该取样窗口输入端，然后在各微单元输出结果时必须使各取样窗口输入端(移位矩阵块140的输出端)不起作用。出于各宏单元输出端只能对八个乘积项进行“或”运算，因此必须进一步对若干宏单元的输出进行“或”运算，以便将足够的乘积项(模板)加起来从而检测某一输出端修改的情况。

在状态1、2和3期间，移位矩阵输出启动信号108(SMOE)处于低电平，因而使移位矩阵块140从移位寄存器141至149输出。PLA161、162中的乘积项检测着任何在八个或以下的子集中在一起加以“或”运算的识别模式。当识别锁存信号112(RECLAT)变高时这些子集都锁存起来，且各微单元处在2-3变换状态。在状态4、5、6和7期间，SMOE108处于高电平，从而使移位矩阵块140的各输出端不起作用，且这时识别输出启动信号110(RECOE)处于低电平，从而使该子集的微单元的各输出端起作用。这时这些起作用的微单元的输出作为输入反馈到各PLA中。为了检查测着二进制位的各输出修正情况的八个完整的识别模式组，对子集的微单元进行“或”运算。若检测出识别模式，则当RECLAT112在5-6变换状态再次变高时，相应的位修正情况的输出端起作用。线路L20、R20、L80、R80、V20、V40、V60和V80上的八个可能的位修整情况输出对应于图7中所示的图121至135所表示的补偿子单元。

补偿子单元发生器块包括八进制D触发器电路181、PLA183、“异”电路(exclusive OR)185和187和D型触发器189和191。补偿子单元发生器给激光器激发电路391提供经修正的位映象数据。若取样窗口109中的中心二进制位111及其周围的二进制位与某一识别模式或模板匹配，则相应的修正情况输出端、线路L20至V80会起作用，且补偿子单元发生器会输出预定的对应于匹配网络所选择的特定补偿子单元的十六位脉冲模式。若检测不出匹配情况，则线路L20至V80都不起作用，且中心二进制位111会在线路182上耦合到未经修正的输出线路188和190上，激光器在整个点时间周期中接通或断开。

PLA181是作为一个八进制触发器进行编程以便在整个点时间周期内在线路L20至V80维持各位修正情况输出端。在识别PLA161、162仍然处于不起作用的状态时，PLA181在7-0变换状态下锁定着线路L20至V80。

触发器电路125输出信号CLK和CLK以及占空度为50％的真实例相(双相)时钟信号。该时钟信号为位映象数据信号VD0速率的八倍。利用CLK，/CLK的上升边来改变电路的输出状态可以在每一个点时间周期提供16个单独的时间周期。线路188和190上的输出信号包括激光器的占空度调制信号，借助实施在PLA183中的逻辑方程控制十六位输出次序中的各二进制位。PLA183输出按L20至V80的状态选择的输出脉冲模式的二进制位。十六位模式是从PLA183分别作为八连续对的连续二进制位、VDOA和VDOB输出的，即VDOA和VDOB是同时输出，但VDOB是在VDOA后面的二进制位的值。a0、114、a1、116和a2、118的状态，即计数器122所输出的三个较低位，表明待输出的成对二进制位。PLA183以八倍位映象数据传输率同时输出VDOA和VDOB。其余包括“异”门185、187和触发器189、191的电路将这些输出转换成所需要的以十六倍位映象数据传输率运行的输出顺序。

在时钟102的上升沿之后，D型触发器102的输入端就有数据产生。该数据为VDOA(准备在ICLK的上升边上输出的下一个二进制位)、PLA183与EVOB信号进行按位加运算的输出和触发器191在线路190上的输出。此按位加的运算是对数据进行编码以便产生葛莱码(gray code)。ICLK的上升边将此数据锁存在触发器189在线路198上的输出即EVDOA信号中。将EVDOA信号和EVDOB信号在PLA127中进行按位加(葛莱编码)，以便在接线板121的插脚4上提供输出信号V的下一个二进制位。触发器191和线路190上的EVDOB信号的作用相同，只是EVDOB系锁定在CLK102的上升沿上，使下一个二进制位输出。对输出二进制位进行葛莱编码可以保证在同一状态下任两个连续二进制位之间的输出端上没有假信号。

PLA127是产生系统定时图所示和上面谈过的定时信号的同步化和系统计时电路块。下面的三个二进制位a0、a1、a2、114、116、118分别确定系统的定时状态。同步化和系统定时电路块127的其它职能包括对进来的串行数据信号(VDO)进行同步化，以补偿字符发生器时钟和增强电路时钟(振荡器电路123)之间的相位差。当接线板121的插脚3上的EN输入端处于高电平时，插脚4上的Vout与上述与EVDOB按位加的EVDOA相等；当EN处于低电平时，增强作用不起作用，且Vout与VDO相等。

尽管本发明系参照本发明的一个最佳实施例具体表达和说明，熟悉本技术领域的人士不难理解，在不脱离本发明的精神实质和范围的前提下，是可以对本发明就形式和细节方面进行上述和其它修改的。

Claims (8)

1.一种增强从扫描输入数据得出的显示图象的方法，其中存储分别表示多个具有诸如平滑边缘曲线、尖端和凹口之类周知特有弯曲部分的图象渐变段的数字数据二进制位，和读取可能或不可能表示所述周知特有弯曲部分的输入数字数据二进制位，所述方法包括以下步骤：

对所读取的数字数据和所述存储的数字数据进行比较；

只当所读取的数据与所存储的数据之间有相互关系时才产生误差校正信号；

其特征在于还包括：

读取图象边界以确立图象单元的初始图形；

响应所述误差信号的产生，只将表示所述周知特有弯曲部分的数字信息变换成所述图象边界；

通过产生图象子单元控制各图象单元的取向和油墨均衡性；和

重新配置图形中的所述图象子单元使其更密切地仿效所述图象边界的形状或轮廓。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图象子单元包括补偿图象单元，并且所述产生图象子单元的步骤包括按时间调制图象单元的特性，以产生其实际尺寸小于未补偿图象单元尺寸的图象子单元。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述图象子单元的实际尺寸约为未补偿图象单元尺寸的三分之一。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在一预定时间内，在激光打印机中激发出激光束以产生图象单元，通过减少激光束的发光时间来产生其实际尺寸小于未补偿图象单元尺寸的图象子单元。

5.一种增强从扫描输入数据得出的显示图象的系统，包括：

存储装置，用以存储表示多个具有诸如平滑边缘曲线、尖端和凹口之类周知特有弯曲部分的图象渐变段的数字数据二进制位；

读取装置，用以读取可能或不可能表示所述周知特有弯曲部分的输入数字数据；

比较装置，连接到所述存储装置和所述读取装置，用以对所述输入数字数据和所存储数字数据的二进制位进行比较；

误差信号产生装置，连接到所述比较装置，用以产生指示读取的数据与存储的数据之间相互关系的误差信号；

其特征在于还包括：

一个读取图象边界和依据该图象边界的形状产生单元图形的装置；以及

一个响应所述误差信号以控制各单元的取向及油墨均衡性和产生表示所述图象边界的形状或轮廓的图形中子单元的装置。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述图象子单元包括补偿图象单元，并且按时间调制图象单元的特性使该图象子单元的实际尺寸小于未补偿图象单元的尺寸。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述图象子单元的实际尺寸约为未补偿图象单元尺寸的三分之一。

8.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于，包括一台激光打印机，其中在一预定时间内激发出激光束以产生图象单元，以及还包括一个调制激光发光时间长短的装置。

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