CN109661681B - 校正影响深度图像的阴影效应的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供校正影响深度图像的阴影效应的方法。该图像产生装置能够产生在基质(1)中排列的像素(2)，所述像素具有厚度而产生呈现厚度的图像，该厚度使得对于各像素(2)对其相邻像素产生遮蔽效应，该方法包括以下步骤：从目标图像确定产生指令；产生由图像产生装置使用所述产生指令创建的图像，其中，确定步骤用由以下步骤确定的改进产生指令代替产生指令：由用于将产生指令变换成预测图像的传递函数对图像产生装置进行建模；以及以关于减轻所创建的图像中的遮蔽效应的后果的方式来确定改进产生指令，由传递函数产生的图像尽可能接近目标图像。一种由这种方法产生的图像。一种使用这种方法的图像产生装置。
Description
技术领域
本发明涉及产生图像的方法，更具体地涉及以下情形下的这种方法的改进：产生图像的方法产生图像，该图像呈现厚度，使得产生遮蔽效应。
背景技术
产生图像的特定方法产生呈现厚度的图像。无论产生图像的方式如何，在这种图像被观察时，通常是在多向光照下进行观察。对于在厚度上限定的图像，这具有各像素将随着该像素的不透明度而变化的阴影投射到相邻像素上的有害效应。这样受影响的相邻区域的范围依赖于像素的厚度。
这种遮蔽效应与期望目标图像相比修改了实际制作的图像，因为实际制作的图像比目标图像暗且模糊。
可以观察到，该有害的遮蔽现象对于以传统方式打印的图像不存在。具体地，打印油墨的深度或厚度与像素的横向尺寸相比可充分忽略，以确保不会发生遮蔽，或至少确保没有可感知的遮蔽。
此外，在用激光打印时，激光在形成基质的材料中的扩散也会导致如下面描述的有害效应，应期望在由激光打印图像时校正这些效应。
发明内容
本发明克服了该缺陷。本发明的原理在于以以下方式改进提供给图像产生方法的产生设置点：基于改进的产生设置点产生的图像尽可能接近期望目标图像，结果是尽可能多的减轻遮蔽效应，或该原理在于实际上以关于校正效应动力学的方式来改进产生设置点，效应动力学即与激光在构成接受打印的基质的材料中的扩散关联的失真。
如图6所示，在激光与材料起反应时，受扩散效应，并且以其自己的动力学行为进行响应。具体地，如在任意系统中，其无法对脉冲进行完美响应，因此，观察到不那么锐利而是较扩散的响应。此外，变得烧过的基质的颗粒也扩散。基质材料中的激光扩散的这些效应有与期望由激光进行的打印获得的目标图像相比修改或劣化如实际制作的图像的风险。通常被称为由激光与基质材料中的材料之间的相互作用造成的“扩散效应”的这些现象为本领域技术人员已知，因此在本文献中不更详细地描述。由此，期望通过以下面说明的方式相应地调整产生设置点来校正作为激光与材料之间的相互作用的结果的、材料中的激光扩散的这些效应。
为此，本发明由传递函数对图像产生装置及其遮蔽效应建模，该传递函数在图像产生装置应用于产生设置点时供给预测图像。该函数随后被“逆转”，以确定最佳改进的产生设置点，该最佳改进的产生设置点使得应用了改进的产生设置点的图像产生装置产生尽可能接近目标图像的图像。
本发明提供了一种用于产生图像的处理方法，该图像被称为最终图像，包括排列在基质中的像素，这些像素呈现厚度而产生拥有厚度的图像，该厚度使得各像素对其相邻像素产生遮蔽效应。
所述方法包括以下确定步骤：使用目标图像来确定适于由图像产生装置使用来产生所述最终图像的产生设置点S；
其中，确定步骤包括以下步骤：
利用将产生设置点S变换成对应的预测图像的传递函数F对图像产生装置进行建模；以及
通过对传递函数F的至少一部分进行逆转来确定改进的产生设置点SA，该改进的产生设置点SA适于以被产生装置用作产生设置点S，从而以至少部分校正最终图像中的遮蔽效应而且可选地还至少部分校正由基质中的激光-材料相互作用造成的激光散射效应的方式产生所述最终图像。
举例而言，本发明的处理方法可以由处理器装置来执行。
在特定实施方案中，在确定步骤期间，改进的产生设置点SA被选择为使得对应的预测图像尽可能接近目标图像，以使最终图像中的遮蔽效应最小化。
在特定实施方案中，图像的基质的厚度不小于像素的横向尺寸的n倍，其中，n＝2或实际上n＝1.5。
在特定实施方案中，图像产生装置是适于在透明基质的厚度上使其变暗的激光刻蚀装置，并且产生设置点是激光照射的分布图。
在特定实施方案中，图像产生装置是适于在透明基质的厚度上形成微孔的微穿孔装置，并且产生设置点是穿孔的分布图。
在特定实施方案中，图像产生装置的建模确定针对该产生设置点的透射率作为中间结果。
在特定实施方案中，传递函数对将产生设置点变换成透射率的透射率第一函数、将透射率变换成反射率的反射率第二函数、以及将反射率变换成预测图像的图像第三函数进行组合。
在特定实施方案中，第一函数被定义为参数形式，并且参数是通过校准来确定的。
在特定实施方案中，第一函数是经验地确定的并被表格化。
在特定实施方案中，第二函数由以下算式给出：
其中，
R是反射率矩阵，b∈[0,1]是标量参数，k1、k2∈[0,1]是两个光学常数，T是透射率矩阵，*是卷积运算符，并且M是卷积核。
在特定实施方案中，第二函数还包括噪声K，该噪声K具有以下算式：
其中，
*是卷积运算符，并且K是卷积核。
在特定实施方案中，K是标准偏差σ的二维高斯核。
在特定实施方案中，k1＝(1-rs).rg.(1-ri)，并且k2＝rg.ri，其中，rs是空气-图像界面的镜面反射指数，ri是空气-图像界面的内菲涅尔反射指数，并且rg是朗伯反射体(Lambertian reflector)基质的固有反射指数。
在特定实施方案中，卷积核M是尺寸d×d的归一化单位方阵，即，M＝[1/d2]d×d。
在特定实施方案中，第三函数F3是恒等函数。
在特定实施方案中，传递函数通过求解以下方程，通过辨识参数b、d且可选地和标准偏差σ来校准的：
其中，
S是产生设置点，IR是由产生装置使用产生设置点S获得的图像，IP是由传递函数F根据产生设置点S预测的预测图像，即，IP＝F(S)，p是像素的编号，F是传递函数，并且Δ是两个像素之间的色度距离。
在特定实施方案中，向求解运算提供校准对，该校准对包括产生设置点和由产生装置使用产生设置点得到的图像。
在特定实施方案中，确定改进的产生设置点SA的步骤包括自动交互计算，该自动交互计算在应用于改进的产生设置点SA时使目标图像IO与由传递函数F预测的预测图像IP之间的距离最小化。
在特定实施方案中，确定改进的产生设置点SA的步骤包括求解以下方程：
其中，
S是产生设置点，IO是目标图像，IP是由传递函数根据产生设置点S预测的图像，即，IP＝F(S)，p是像素的编号，F是传递函数，并且Δ是两个像素之间的色度距离。
在特定实施方案中，在确定步骤期间，改进的产生设置点SA被确定为使得其还至少部分校正会由基质材料中的激光-材料相互作用造成的激光散射效应。
本发明还提供了一种由这种方法产生的产生设置点。
本发明还提供了一种产生图像的方法，该图像被称为最终图像，方法包括以下步骤：
-使用处理器装置由如以上定义的方法确定改进的产生设置点SA；以及
-使用图像产生装置通过将所述改进的产生设置点SA用作其图像产生设置点产生所述最终图像。
本发明还提供了一种被构造为产生图像的处理器装置，该图像被称为最终图像，该图像包括排列在基质中的像素，这些像素呈现厚度而产生拥有厚度的图像，该厚度使得各像素对其相邻像素产生遮蔽效应，所述处理器装置包括：获取单元，该获取单元用于获取目标图像；和确定单元，该确定单元被构造为使用目标图像来确定产生设置点S，其中，确定单元被构造为：
-利用将产生设置点S变换成对应的预测图像的传递函数F对图像产生装置进行建模；并且
-通过对传递函数F的至少一部分进行逆转来确定改进的产生设置点SA，该改进的产生设置点SA适于被产生装置用作产生设置点S，从而以至少部分校正最终图像中的遮蔽效应的方式而且可选地还以至少部分校正由激光-材料相互作用造成的散射效应的方式产生所述最终图像。
附图说明
本发明的其他特性、细节以及优点从下面用指示的方式且参照附图给出的详细描述看起来更清楚，附图中：
-图1是具有由激光刻蚀制作的图像的介质的平面图；
-图2是图1介质的剖面图；
-图3示出了在激光刻蚀图像的元素上的多向光照的动作且示出了遮蔽的问题；
-图4示出了示例函数t(s)；
-图5是示出了在本发明的特定实施方案中由处理器装置且由图像产生装置执行的步骤的框图；
-图6是示出了在由激光打印图像的同时在激光与基质的材料之间的相互作用的图；以及
-图7是示出了根据本发明的特定实施方案的、使用图像产生装置产生图像的方法的图。
具体实施方式
图1和图2示出了图像产生装置的实施方式。如图1所示，装置在介质或基质1中创建由被称为“像素”的图像或照片元素2的排列而组成的图像。这里考虑的图像产生方法的特定特征在于像素2呈现相当大的厚度，如可以在图2的剖面图中更具体地看到的。像素2可以具有各种色度、不透明度和/或高度。
因此且如图3所示，在基质1受光照3(通常为如通常在观察到图像时出现的多向光照)时，各像素2在其相邻像素上投射阴影4。其具有增大模糊并且使所产生的图像变暗的有害效应。
认为这种遮蔽效应在图像的厚度(即，更准确来说是承载图像的基质1的厚度)是像素2的横向尺寸的至少两倍甚至1.5倍时发生(至少足以使它被检测到)。基质1的厚度决定了像素2的最大高度或厚度。像素2的横向尺寸是其在图像平面中的尺寸中的一个，即，依赖于环境为：其宽度；其长度；或其直径。厚度与横向尺寸的比不小于二。没有上限。对于使用激光刻蚀的实施方案，可以在具有可以大至400微米(μm)的厚度的激光敏感层中制作具有40μm的典型直径的激光点，即，给出10的比。在传统使用的实施方案中，该比大约为5，基质1的厚度存在于150μm至250μm的范围内。
在本文献中，“基质的厚度”(或图像的厚度)与包含像素且光线(来自光照)可以行进的基质的总厚度对应。基质的该厚度可以包括位于像素上方的基质的顶部和/或位于像素下方的基质的底部。
在本文献中，本发明更具体地适用于以下图像：承载图像的基质的厚度是像素2的横向尺寸的至少两倍甚至至少1.5倍。
创建图像处理厚度导致发生遮蔽效应的图像产生装置包括激光刻蚀装置。
由激光刻蚀产生图像的原理利用具有对激光敏感的至少一部分的基质1，因为其在激光照射发生且遇到所述部分的点处变暗。这种像素2的厚度并且因此其不透明度的等级随激光照射的强度和/或持续时间而变化。激光使得可以在给定点上且以精细调制的强度准确照射。由此，一系列激光照射使得可以逐像素2地创建由具有各种所选不透明度的排列像素2组成的图像。
直接使用该原理使得能够产生单色图像。与激光强度分辨率相关的灰度级分辨率很重要。
还已知通过向与激光敏感层重叠地包括色点的矩阵的基质1应用上述原理来制作多色图像。通过激光而变黑的像素用来以成比例方式掩蔽色点。凭借具有从原色的基础选择的颜色的矩阵，选择性且以成比例方式掩蔽色点的激光点使得可以通过组合非掩蔽基色来表达色度。
创建图像处理厚度导致发生遮蔽效应的这些产生装置还包括微穿孔装置。
由微穿孔产生图像的原理使用内部形成微孔的介质。通过改变微孔的尺寸、数量和/或深度，可以创建具有各种已确定不透明度的像素。由此，一系列微孔使得可以逐像素2地创建由具有各种所选不透明度的排列像素2组成的图像。该原理的直接使用使得可以产生单色图像。
共同地，所有这些装置分担产生拥有厚度的图像。该厚度引起有害的遮蔽效应，该遮蔽效应使得被称为最终图像的结果图像比期望产生的目标图像模糊且暗。
本发明适用于所有这种装置。
为了减轻遮蔽效应的后果，并且可能为了还减轻由激光-材料相互作用造成的散射的效应，本发明提出了在改进产生设置点之后在图像产生方法中再次使用图像产生装置。图像产生装置基于产生设置点S产生图像I或结果图像IR(或最终图像IR)。图像产生方法可以为任意这种方法。
在微穿孔装置的背景下，产生设置点S是限定要在哪里制作像素的穿孔分布图以及组成像素的孔的数量、孔尺寸以及孔深度。
在激光刻蚀装置的背景下，产生设置点S是照射的分布图。照射的分布图S是具有与像素2一样多的元素的二维矩阵，各元素与像素2空间关联且包括激光照射强度。该强度通常由存在于0至255范围内的值来指定。举例而言，0意指没有激光照射，由此为“白”点，而255指定最大强度，由此为“黑”点。另选地，照射的分布图S可以被归一化，其元素中的每一个存在于0至1的范围内。
在现有技术中，产生设置点S通过分析期望产生的目标图像IO来确定。产生设置点S被供给给图像产生装置，该图像产生装置按照产生设置点S执行产生(一系列激光照射或微孔)，以产生结果图像IR(或最终图像IR)，该图像然后被遮蔽效应干扰，由此与目标图像IO不同。
在本文献中，目标图像IO是期望产生的预定图像。结果图像IR是由图像产生装置基于产生设置点实际产生的图像。
在本发明中，方法使用图像产生装置，但它事先由改进的产生设置点SA代替现有技术产生设置点S(即，改进它)。该改进的产生设置点SA被供给给图像产生装置，该图像产生装置以相同的方式执行图像产生，但使用改进的产生设置点SA，以产生改善的新结果图像IR。该图像的改进在于它较少地遭受遮蔽效应的后果。
在本文献中，术语“改进的产生设置点”用于表示为了由激光进行的打印产生图像而由图像产生装置考虑作为输入的产生设置点，如以上说明的，产生设置点与传统产生设置点相比进行了改进，特别是为了校正遮蔽效应的目的。
通过新产生设置点SA中包含的校正的形式尽可能反转遮蔽效应而通过考虑遮蔽效应来改进产生设置点。在可能的情况下，还可以反转由在基质的材料中的激光-材料相互作用造成的散射效应。为此，在特定实施方案中，本发明的方法执行用来计算改进的产生设置点SA的两个步骤S2和S4，如图5所示。如下面描述的步骤S2和S4由被构造为使得可以随后产生结果图像IR的处理器装置10来执行，处理器装置10可以为计算机或计算装置的形式。
处理器装置10可以包括具有非易失性存储器的处理器，该存储器可以存储计算机程序，该计算机程序可由处理器执行为执行如下面描述的步骤S2和S4。
第一步骤S2在于以将产生设置点S变换成预测图像IP的传递函数F的形式对将图像产生装置20进行建模。来自传递函数的各图像被称为预测图像IP。由此，该传递函数F使得可以对于多个产生设置点S确定各对应的预测图像IP。
在第二步骤S4期间，方法对传递函数F的全部或部分进行逆转，以确定产生设置点SA，该产生设置点SA使得由传递函数F根据产生设置点SA变换的预测图像IP(即，IP＝F(SA))尽可能地接近目标图像IO，即，F(SA)＝IP≈IO。换言之，在该第二步骤S4期间，通过对传递函数F(或函数F的至少一部分)进行逆转，处理器装置10确定被称为“改进”的产生设置点SA的产生设置点，其适于由图像产生装置20用作产生设置点，以产生至少部分校正了可能发生在最终图像IR中的遮蔽效应的最终图像IR。可以以关于还至少部分校正由预定基质中的激光-材料相互作用造成的激光散射效应的方式来可能地确定该改进的产生设置点SA。遮蔽效应且可能还有激光扩散效应的该校正由处理器装置10相对于期望产生的目标图像IO来执行。
使用处理器装置10，步骤S2和S4用来改进的确定产生设置点SA，改进的确定产生设置点SA适于由图像产生装置20使用以产生最终图像IR。
在特定示例中，处理器装置10包括(图5)：
获取单元U2，其被构造为获取目标图像IO；和
确定单元U4，其被构造为按照步骤S2和S4确定改进的产生设置点SA。
举例而言，这些单元U2和U4根据本发明可以通过处理器装置的处理器执行计算机程序来构成。
如图5所示，图像产生装置20然后可以用于在将改进的产生设置点SA用作图像产生设置点的同时产生S6最终图像IR。换言之，图像产生装置20将改进的产生设置点SA当作输入，以产生最终图像IR，该最终图像有利地接近期望目标图像IO。图像产生装置20可以为如上面用示例的方式描述的任意产生装置(用于由激光刻蚀、由微穿孔……产生图像的装置)。
举例而言，图像产生装置20可以使用改进的产生设置点SA来在基质中产生图像。这样产生的图像可以包括由激光形成的多个像素。基质可以由塑料材料(诸如例如，聚碳酸酯)制成。下面参照图7更详细地描述了适于使用的图像产生技术。
本发明还提供了一种包括以上提及的处理器装置10和图像产生装置20的系统。在特定示例中，处理器装置10和图像产生装置20构成单个共用装置。
将产生设置点S变换成预测图像IP的传递函数F可以由任意方法和/或建模获得。
根据有利特性，可以使用模型来表示图像产生装置IP＝F(S)，该模型确定产生设置点S的透射率T作为中间结果/变量。这相当于将传递函数F分解成两个函数G1和G2，使得IP＝F(S)＝G2(G1(S))，其中，G1是提供作为产生设置点S的函数的透射率T的函数，即，T＝G1(S)，并且G2是提供作为透射率T的函数的预测图像IP的函数。
为了记录，透射率是矩阵，该矩阵中各元素是关联图像I、IR、IP的像素的独立透射率t。独立透射率t表示穿过关联像素的光通量的份数。透射率还被称为透明度。
这样分解以逐渐形成透射率大小T是有利的，因为它向模型给予物理意义，并且尤其是因为它使得可以使用涉及透射率T的现有模型。举例而言，可以使用从透射率T确定反射率R的大量现有预测模型中的一个。
为了记录，反射率R是矩阵，该矩阵中各元素是关联图像I、IR、IP的像素的独立反射率r。独立反射率r表示被关联像素反射的光通量的份数。
从光学定律，已知遇到透明材料的光通量部分被透过、部分被反射且部分被吸收。从能量守恒的原理，由此断定这三个现象的和恒定。透射率t、反射率r以及吸收率a由以下关系关联：
t+r+a＝1。
使用将反射率R确定为透射率T的函数的预测模型使得可以将传递函数IP＝F(S)写为三个函数的组合的形式，即，IP＝F3(F2(F1(S)))。这使得可以将传递函数F分解成三个子函数或模型：将产生设置点S变换成透射率T的透射率第一函数F1，即，T＝F1(S)；将透射率T变换成反射率R的反射率第二函数F2，即，R＝F2(T)；以及将反射率R变换成预测图像IP的图像第三函数F3，即，IP＝F3(R)。
透射率第一函数F1最具体。其直接依赖于图像产生装置。
在一个实施方案中，其可以以参数形式来定义。然后通过使用一组校准对训练和/或校准确定参数，各对包括产生设置点S和由图像产生装置获得的结果透射率T。
本领域技术人员知道如何确定适于要建模的现象的参数形式。
下面在应用于产生单色图像的激光刻蚀装置的简化特定情况下给出例示性示例。在这种情况下，透射率T相对于产生设置点S有利地是均匀的。T是具有与S相同的尺寸的矩阵，其中，各元素是标量t。这些简化假定使得可以逐像素地工作，并且可以确定函数t＝t(s)，其中，t是一个像素的独立透射率，并且s是产生设置点S的关联匹配点/像素的激光强度，还被写为Sp。p是用于矩阵的点/像素的编号：如这里的I、IP、IR、IO、T、R或实际上为S。函数t＝t(s)是标量函数。其可以扩展到矩阵的所有像素。
函数t＝t(s)可以使用由图像产生装置基于校准产生设置点S制作的结果图像IR来确定。举例而言，这些校准设置点包括在强度范围(即，0-255)上均匀分布的激光强度。然后例如由光度测量从结果图像IR确定透射率t。由此，可以确定与各强度值s关联的透射率t，由此，可以将函数t＝t(s)表格化。该函数必须为内射的，并且容易进行逆转。
图4示出了这种函数t(s)的示例。对于零强度s，基质1保持透明，并且获得最大透射率t。对于最大强度s，基质被使得不透明，并且透射率t处于最低程度。在这两个点之间，函数为严格单调的。
确定作为透射率T的函数的反射率R的大量预测模型存在且在文献中描述：光的漫反射；菲涅尔表面反射；光的横向散射；物理和光学点增益；尤尔-尼尔森(Yule-Nielsen)模型；诺伊格鲍尔(Neugebauer)光谱模型；拉克德谢尔(Ruckdeshel)和豪瑟(Hauser)模型；克拉珀-尤尔(Clapper Yule)模型；仅提及最著名的。它们中的任一个可以用于提供第二函数F2。
基于修改的“低衍射”克拉珀-尤尔模型提出并描述优选实施方案。根据该模型，第二函数F2由以下算式给出：
其中，
R是反射率矩阵；
b∈[0,1]是标量参数；
k1、k2∈[0,1]是两个光学常数；
T是透射率矩阵；
*是卷积运算符；并且
M是卷积核。
该模型用来计算作为透射率T的函数的反射率R。与克拉珀-尤尔模型相比，具体通过添加卷积和卷积核M修改了该模型。该核M有利地用来明确地引入作为所涉及问题的特性的遮蔽现象的模型。
卷积运算*在图像处理的领域中已知。为了记录，具有核N的矩阵A(该矩阵为正方形且具有奇数尺寸)的卷积A*N产生具有与A相同的尺寸的矩阵B。B的元素Di,j由下式定义：
根据另一特性，第二函数F2还包括运算符K。该运算符K用于对在获取结果图像IR的同时使用且期望与预测图像IP进行比较的扫描仪的传递函数建模。
该运算符可以包括图像的任意修改，诸如：缩放、内插、线性化等。
在实施方案中，第二函数F2由以下算式定义：
其中，
R、b、k1、k2、T以及M是与上述相同的要素；
*是卷积运算符；并且
K是卷积核。
运算符K在这里被表达为具有卷积核K的卷积的形式。
在一个可能的实施方案中，运算符K由噪声K对扫描仪唯一地建模。
举例而言，在实施方案中，该噪声是具有标准偏差σ的二维高斯噪声。本领域技术人员知道如何确定这种核K。
在一个可能实施方案中，
k1＝(1-rs).rg.(1-ri)，并且k2＝rg.ri，其中，rs是空气-图像界面的镜面反射指数，ri是空气-图像界面的内菲涅尔反射指数，并且rg是朗伯反射体基质的固有反射指数。这三个指数为本领域技术人员所知且可由其确定。前两个被知道为：rs＝0.04，并且rf＝0.6。rg可以使用以下算式来确定：其中，Rw是白图像基质1(即，在任意图像产生操作之前的图像基质1)的反射率。rg依赖于材料。Rw可以通过测量空白图像基质1上的反射率来获得。
上面提及的是卷积核M可以有利地用于对遮蔽效应建模。卷积是特别适当的，因为它使得可以引入点对其邻居的影响。这是遮蔽现象确切构成的内容：各点在其邻居上投射阴影。
本领域技术人员知道为了尽可能好地对遮蔽物理现象建模而如何定义或修改核M的内容。
在简单的可能实施方案中，遮蔽可以被认为引起模糊。以已知方式，用于产生模糊的一个可能卷积核M是单位方阵[1]，即，包含仅1的方阵。为了使卷积单一且保存亮度，核M的范数有利地被归一化为1。即，M＝[1/d2]d×d，其中，d是核M的尺寸。具有这种归一化单位核的卷积的效应是执行点与其邻居的空间平均。卷积核是具有尺寸d×d的矩阵，其中，d优选地为奇数。在该示例中，d的值确定受遮蔽效应影响的相邻区域的尺寸。
根据特性，尺寸d是被当作未知数且在校准传递函数F的同时确定的参数。
图像第三函数F3用来将反射率R变换成预测图像IP，即，IP＝F3(R)。反射率R是在由多向光照3照射基质1时反射的光量。在特定假定下，矩阵R还与图像成比例。根据特性且假定比例因子等于1，函数F3是恒等函数。即，IP＝F3(R)＝R。
由此，可以构建传递函数F。该传递函数F计算作为产生设置点S的函数的预测图像IP。依赖于关于F进行的假定，依然有要确定的特定参数。
由此，凭借上面陈述的例示性假定，传递函数F通过知道参数b和d来确定。如果还将运算符K考虑在内，则还需要知道定义运算符K的参数，即，在高斯噪声的例示性示例中，为其标准偏差σ。
凭借用于F的另一模型，可能需要确定其他参数。然而，由校准和/或训练确定它们的方法保持相同。
根据特性，定义传递函数F的参数由校准或由训练确定。这使得可以求解以下形式的方程：
以确定是未知数的参数(例如，b、d)且可能还确定标准偏差σ。
该方程是目标函数。以已知方式，求解方程在于确定使在右边的表达式最小化的、在左边提及的参数的最佳值。由于大量未知数，该求解通常由如由计算机求解器自动执行的迭代法执行。原理是在右边的表达式中改变如在左边指定的寻找参数，直到对于使表达式最小化的参数获得最佳值为止。
在本示例中，用于最小化的表达式将如物理制作且在使用产生设置点S的同时由图像产生装置获得的结果图像IR与如基于同一产生设置点S由传递函数F获得的预测图像IP(即，IP＝F(S))进行比较。这两个图像IR和IP像素对像素的进行比较。IRp是如被观察或扫描的结果图像IR的像素。IPp或F(Sp)是由传递函数F根据产生设置点S预测的预测图像IP的像素。p是两个图像(即，结果图像IR或预测图像IP)中的每个的所有像素的编号。图像的各像素由提供表示差的正值或零值的差/距离运算符Δ与另一图像的匹配像素进行比较。要最小化的目标函数合计所有像素上的所有这些差。
在实施方案中，运算符Δ是色度距离。本领域技术人员知道用于这种色度距离的大量算式化。
在各像素是标量的单色图像的情况下，运算符Δ可以被认为是差的绝对值。
这使得可以确定参数，由此可以完全定义传递函数F。
在这种实施方案中，适于将校准对提供给求解运算。各校准对包括产生设置点S和由初始产生方法使用产生设置点S获得的对应结果图像IR。这需要从一系列产生设置点S物理地制作一系列图像IR。扫描各结果图像IR，使得其可以与从同一产生设置点S获得的对应预测图像IP＝F(S)进行比较。这种校准对的数量依赖于要确定的未知参数的数量。
在例示性示例中，在F依赖于b、d以及σ的情况下，一组几十个校准对足以校准传递函数F并确定用于参数b、d以及σ中的每个的最佳值。举例而言，该组校准包括：20或30个均匀的产生设置点，各产生设置点包括单个激光强度，这些强度在零强度与最大强度之间以均匀分布的方式变化，其他产生设置点包括沿行和/或列方向改变频率的周期模式，或者实际上产生设置点包括表示应用的模式。
一旦已经确定传递函数F，则可以计算如从给定产生设置点S获得的预测图像IP＝F(S)。通过将该预测图像IP与目标图像IO进行比较且通过尝试使它们之间的距离最小化，可以优化新目标函数并确定改进的产生设置点SA。
这可以通过求解以下形式的方程来进行：
其中，
S是产生设置点；
IO是目标图像；
IP是从S获得的预测图像，即，IP＝F(S)。
p是像素的编号；
F是传递函数；并且
Δ是两个像素之间的色度距离。
适于用于该示例和/或上述求解运算中的色度距离的示例是由国际照明委员会(按其法语的首字母为CIE)定义的色度距离DE94。
如以上说明的，本发明可以适用于任意图像产生方法。换言之，本发明使得可以改进适于为了由激光进行的打印获得最终图像而应用于任意图像产生装置的产生设置点。由激光进行的这种打印可以使用各种技术且在基质的任意层中执行。如以上提及的，所用的图像产生装置可以为如上面用示例的方式描述的任意图像产生装置(用于由激光刻蚀、由微穿孔……产生图像的装置)。
图7示出了包括由可以应用本发明的原理的制造方法产生的彩色激光图像的身份证件的截面100。证件具有不透明的主体10，例如，白体。在其正面120上，可激光化透明保护层20可以连同装饰和/或防伪系统40一起层压在各种颜色(例如，红色、绿色以及蓝色)的子像素30上方。举例而言，子像素30形成子像素的矩阵。装饰和/或防伪系统还可以形成在身份证件的背面50上。组件由层压在身份证件的背面50上的保护层90保护。在特定激光图像产生方法中，为了通过碳化而在子像素30中的一些子像素上方的可激光化透明保护层20中生成灰阶，应用了激光束60，从而形成个性化激光彩色图像的灰阶。这些灰阶是已通过可激光化透明保护层20中进行激光碳化而造成不透明的层。激光的应用使得可激光化透明保护层20局部不透明，以使子像素30中的得处于配准的一些子像素不透明，从而通过使用子像素的矩阵来显现出彩色图像。通过环境光在个性化的彩色激光图像上的反射，该最终图像由观察者80观察，该光穿过可激光化透明保护层20。为了显现最终图像，来自任意光源的光可以具体施加于身份证件正面120和/或背面50的其他实施方式是可以的。子像素30和可激光化透明保护层20的结构还可以依赖于环境来调整。具体地，可激光化透明保护层20另选地可以设置在子像素30下面，以如以上说明的通过激光碳化显现最终图像。此外，可激光化透明保护层20可以由塑料材料(例如，诸如聚碳酸酯)制成。
本发明可以特别适用于使用图7所示的产生方法制作身份证件或任意其他图像打印。特别地，本发明可以为了获得适于由要以参照图7描述的方式制作图像的图像产生装置用作产生设置点的改进的产生设置点而执行。本发明可以有利地减轻甚至避免可能由可激光化透明保护层20中的不透明区域70造成的遮蔽效应，并且还可以可能地至少部分校正由基质材料中的激光-材料相互作用造成的激光散射效应。
Claims (24)
1.一种用于产生图像的处理方法，该图像被称为最终图像IR，包括排列在透明基质(1)中的像素(2)，所述像素呈现厚度而产生拥有厚度的图像，该厚度使得各像素(2)对其相邻像素产生遮蔽效应，
所述方法包括以下确定步骤：使用目标图像IO来确定第一产生设置点S，该第一产生设置点S适于由图像产生装置(20)使用来产生所述最终图像IR；
所述方法的特征在于：所述确定步骤包括以下步骤：
利用将所述第一产生设置点S变换成对应的预测图像IP的函数对所述图像产生装置进行建模，该函数称为传递函数F；以及
通过对所述传递函数F的至少一部分进行逆转来确定第二产生设置点SA，该第二产生设置点SA称为改进的产生设置点SA并且适于被所述图像产生装置使用来以至少部分校正所述最终图像IR中的所述遮蔽效应的方式产生所述最终图像IR。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述确定步骤期间，所述改进的产生设置点SA被选择为使得所述对应的预测图像IP尽可能接近所述目标图像IO，以使所述最终图像IR中的所述遮蔽效应最小化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述图像的所述基质(1)的所述厚度不小于像素(2)的横向尺寸的n倍，其中，n＝1.5。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述图像产生装置是适于在透明基质(1)的厚度上使其变暗的激光刻蚀装置，并且其中，所述第一产生设置点S是激光照射的分布图。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述图像产生装置是适于在透明基质的厚度上形成微孔的微穿孔装置，并且其中，所述第一产生设置点S是穿孔的分布图。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，对所述图像产生装置的所述建模确定针对所述第一产生设置点S的透射率T作为中间结果。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述传递函数F对将所述第一产生设置点S变换成透射率T的透射率第一函数F1即T＝F1(S)、将透射率T变换成反射率R的反射率第二函数F2即R＝F2(T)、以及将反射率R变换成预测图像IP的图像第三函数F3即IP＝F3(R)进行组合，即IP＝F(S)＝F3(F2(F1(S)))。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述透射率第一函数F1被以参数形式来定义，并且所述参数由校准来确定。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述透射率第一函数F1是使用由所述图像产生装置基于所述第一产生设置点S得到的最终图像IR来确定的，并且所述透射率第一函数F1的值被表格化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二函数F2由以下算式给出：
其中，
R是反射率矩阵；
b∈[0,1]是标量参数；
k1、k2∈[0,1]是两个光学常数；
T是透射率矩阵；
*是卷积运算符；并且
M是卷积核。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第二函数F2还包括噪声K，该噪声K具有以下算式：
其中，
*是卷积运算符；并且
K是卷积核。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，K是标准偏差为σ的二维高斯核。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，
k1＝(1-rs)·rg·(1-ri)并且k2＝rg·ri
其中，rs是空气-图像界面的镜面反射指数，ri是所述空气-图像界面的内菲涅尔反射指数，并且rg是朗伯反射体基质的固有反射指数。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述卷积核M是尺寸d×d的归一化单位方阵，即，M＝[1/d2]d×d。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第三函数F3是恒等函数。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述传递函数F通过求解以下方程通过识别所述标量参数b、表示所述卷积核M的大小的参数d以及所述二维高斯核K的标准偏差σ来校准：
其中，
S是所述第一产生设置点；
IR是由所述图像产生装置使用所述第一产生设置点S获得的最终图像；
IP是由所述传递函数F根据所述第一产生设置点S预测的预测图像，即，IP＝F(S)；
p是所述像素的编号；
F是所述传递函数；并且
Δ是两个像素之间的色度距离。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，向求解运算提供校准对，该校准对包括所述第一产生设置点S和由所述图像产生装置使用该所述第一产生设置点S得到的最终图像IR。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，确定改进的产生设置点SA的步骤包括自动交互计算，该自动交互计算在应用于所述改进的产生设置点SA时使所述目标图像IO与由所述传递函数F预测的预测图像IP之间的距离最小化。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，确定改进的产生设置点SA的步骤包括求解以下方程：
其中，
S是所述第一产生设置点；
IO是目标图像；
IP是由所述传递函数根据所述第一产生设置点S预测的图像，即，IP＝F(S)；
p是所述像素的编号；
F是所述传递函数；并且
Δ是两个像素之间的色度距离。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在确定步骤期间，所述改进的产生设置点SA被确定为使得其还至少部分校正会由基质材料中的激光-材料相互作用造成的激光散射效应。
21.一种由根据权利要求1至20中的任一项所述的方法确定的第一产生设置点S。
22.一种产生图像的方法，该图像被称为最终图像IR，所述方法包括以下步骤：
使用处理器装置(10)通过根据权利要求1至20中任一项的方法确定改进的产生设置点SA；以及
使用图像产生装置(20)通过将所述改进的产生设置点SA用作其图像产生设置点来产生所述最终图像IR。
23.一种被构造为产生图像的处理器装置(10)，该图像被称为最终图像IR，该图像包括排列在基质(1)中的像素(2)，所述像素呈现厚度而产生拥有厚度的图像，该厚度使得各像素(2)对其相邻像素产生遮蔽效应，所述处理器装置包括：
获取单元U2，该获取单元用于获取目标图像IO；和
确定单元U4，该确定单元被构造为使用所述目标图像IO来确定第一产生设置点S，该第一产生设置点S适于由图像产生装置(20)使用来产生所述最终图像IR；
所述处理器装置的特征在于：所述确定单元被构造为：
利用将所述第一产生设置点S变换成对应的预测图像IP的函数对所述图像产生装置进行建模，该函数被称为传递函数F；并且
通过对所述传递函数F的至少一部分进行逆转来确定第二产生设置点SA，该第二产生设置点SA被称为改进的产生设置点SA并且适于被所述图像产生装置使用来以至少部分校正所述最终图像IR中的所述遮蔽效应的方式产生所述最终图像IR。
24.一种被构造为产生图像的系统，所述图像被称为最终图像IR，所述系统包括：
根据权利要求23所述的处理器装置(10)，该处理器装置被构造为产生改进的产生设置点SA；和
图像产生装置(20)，其被构造为通过将所述改进的产生设置点SA用作其图像产生设置点来产生所述最终图像IR。
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