CN116604947B - 一种热敏打印机及其分段打印策略的优化方法 - Google Patents

一种热敏打印机及其分段打印策略的优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热敏打印机及其分段打印策略的优化方法，包括以下步骤：确定一基础分段加热策略，并根据选择的基础分段加热策略枚举所有的分段加热策略；对所有的分段加热策略进行去重，获得去重后的分段加热策略；加载一标准图，并依次加载去重后的分段加热策略，生成不同分段加热策略下标准图对应的模拟效果图；获取标准图与不同分段加热策略下的模拟效果图之间的相似度；返回相似度最高的分段加热策略。本发明用于解决现有分段打印方法存在控制逻辑和算法复杂以及增加硬件成本和故障率的技术问题，从而达到在不增加算法复杂度、不涉及复杂的控制逻辑、也不依赖于更精密的传感器的前提下，提高打印质量的目的。

Description

一种热敏打印机及其分段打印策略的优化方法
技术领域
本发明涉及打印机技术领域，具体涉及一种热敏打印机及其分段打印策略的优化方法。
背景技术
热敏打印机是一种小型、便携、无线的打印机，它用热敏纸和半导体加热元件打印照片、标签、小票等。
在实际应用中，由于热敏打印头存在最大工作电流的限制，不能让所有的加热元件同时工作，否则会导致过热或损坏，所以通常会根据需要将其分成若干段进行加热和打印，每一段只有一部分加热元件被激活。
最常见的分段打印方法是将整行数据均匀划分成多段连续的子区域，该方法具有处理速度快，硬件计算量需求量低的特点，但是由于每个子区域是被单独控制加热和打印的，加热元件的温度、时间、位置等因素不一致，往往导致子区域间的打印效果出现差异或重复，在分段交界处易出现加热线，从而影响打印效果。另一种常见的分段方法是按照加热点的顺序将其依次循环分配到不同的加热次序中，但是这种方案容易产生特殊的纹理效果，例如水波纹，会削弱打印内容的细节表现。
针对这些问题出现了如下几种解决方法，第一种是平均划分更细粒度的子区域，再通过算法合并子区域，可以一定程度上扰乱实际打印中的每个子区域范围(CN111152568 B)；第二种是动态判断每一行需要打印的点数，并按照的等差数列的方式对需加热的点进行分段(CN 109532239 B)；第三种则是通过调节马达转速缩小分段之间的段差(CN 112406333 B)。
上述几种解决方法虽然在一定程度上改善了分段打印存在的打印效果出现差异或重复、出现加热线以及产生纹理等的问题，但是需要更复杂的控制逻辑和算法，增加了软件开发和维护的难度，或者需要更精密的传感器和驱动器，增加了硬件成本和故障率。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种热敏打印机及其分段打印策略的优化方法，用于解决现有分段打印方法存在控制逻辑和算法复杂以及增加硬件成本和故障率的技术问题，从而达到在不增加算法复杂度、不涉及复杂的控制逻辑、也不依赖于更精密的传感器的前提下，提高打印质量的目的。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种热敏打印机分段打印策略的优化方法，包括以下步骤：
确定一基础分段加热策略，并根据选择的基础分段加热策略枚举所有的分段加热策略；
对所述所有的分段加热策略进行去重，获得去重后的分段加热策略；
加载一标准图，并依次加载所述去重后的分段加热策略，生成不同分段加热策略下所述标准图对应的模拟效果图；
获取所述标准图与不同分段加热策略下的模拟效果图之间的相似度；
返回相似度最高的分段加热策略。
作为本发明优选的实施方式，在确定一基础分段加热策略时，包括：
确定行内基础分段加热策略和行间基础分段加热策略；
所述行内基础分段加热策略为：将行上的所有加热点按顺序依次分入不同的行内加热组，即为所述若干行内加热组中的固定间隔的加热点会被分配到同一的加热次序；
所述行间基础分段加热策略为：不同行之间循环采用不同的行内分段加热策略；
其中，所述基础分段加热策略包括所述行内基础分段加热策略和所述行间基础分段加热策略；在对行进行加热时，按照当前的加热顺序依次对不同的行内加热组进行加热，在切换到下一行进行加热时，更换为下一组加热次序。
作为本发明优选的实施方式，在确定一基础分段加热策略时，包括：
确定行内基础分段加热策略和行间基础分段加热策略；
所述行内基础分段加热策略为：将行上的加热点按顺序依次分入4个不同的加热组，即每间隔3个加热点的加热点属于同一加热次序；
所述行间基础分段加热策略为：将每4行作为一行间加热组，按顺序将所有行分为若干行间加热组，所述行间加热组中的4行分别采用4种不同的行内分段加热策略，所述若干行间加热组之间采用相同的一组行内分段加热策略；
其中，所述基础分段加热策略包括所述行内基础分段加热策略和所述行间基础分段加热策略；在对行进行加热时，按照顺序依次选择不同的行内加热策略进行加热，在对行内加热组进行加热时，按照所述加热次序对不同的加热点进行分段加热。
作为本发明优选的实施方式，在对所述所有的分段加热策略进行去重时，包括：
采用循环去重或对称去重对所述所有的分段加热策略进行去重。
作为本发明优选的实施方式，在采用循环去重对所述所有的分段加热策略进行去重时，包括：
设置一循环去重关系，将所述所有的分段加热策略中符合所述循环去重关系的分段加热策略进行去重；
其中，所述循环去重关系为：起始循环点不同，但分段加热策略在相对关系上是相同的。
作为本发明优选的实施方式，在采用对称去重对所述所有的分段加热策略进行去重时，包括：
设置一对称去重关系，将所述所有的分段加热策略中符合所述对称去重关系的分段加热策略组进行去重；
其中，所述对称去重关系为：在对称方向上，分段加热策略在相对关系上是相同的。
作为本发明优选的实施方式，在生成不同分段加热策略下所述标准图对应的模拟效果图时，包括：
获取所述标准图的尺寸，根据所述标准图的尺寸和所述基础分段加热策略中的分段数，生成一空白图像，具体如公式1所示：
KH×KW＝BH*(F+1)×BW*(F+1) (1)；
式中，KH×KW为所述空白图像的尺寸，BH×BW为所述标准图的尺寸，F为所述基础分段加热策略中的分段数；
依次加载所述去重后的分段加热策略组合，在所述空白图像上绘制出不同分段加热策略组合下所述标准图对应的模拟效果图。
作为本发明优选的实施方式，在所述空白图像上绘制出模拟效果图，包括：
根据所述标准图中各像素点的行列位置进行模运算，并根据当前加载的所述去重后的分段加热策略，获得所述标准图中各像素点的加热次序；
根据所述各像素点的加热次序，并将所述各像素点在所述空白图像上对应的位置作为左上顶点，绘制出所述各像素点对应的实心矩形，获得所述模拟效果图；
其中，所述实心矩形的尺寸为(F+1)×(F+1)。
作为本发明优选的实施方式，获取所述标准图与所述模拟效果图之间的相似度时，包括：
获取所述标准图与所述模拟效果图之间的相似度特征值，根据所述相似度特征值判断所述标准图与所述模拟效果图之间的相似度；
其中，所述相似度特征值包括结构相似性指数、特征相似性指数以及语义分割损失。
一种热敏打印机，包括：打印头、处理器、存储器以及存储在所述存储器内的打印程序，所述打印程序被所述处理器执行，以控制所述打印头按照本发明所提供的优化方法返回的相似度最高的分段加热策略进行打印操作。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明所提供的优化方法，是在不增加算法复杂度、不涉及复杂的控制逻辑、也不依赖于更精密的传感器的前提下，在有限条件下选择一个最优的打印机分段打印策略，提高打印质量，减少因为分段造成的特殊纹理，尽量保证实际打印效果与原始数字图像的一致性；
(2)本发明使用图像方法模拟实际打印效果，避免了通过逐一通过打印机打印验证打印效果的繁琐复杂过程，节省了验证时间和人工调试成本，实现了计算机自动处理计算和选择最佳分段策略的功能；
(3)本发明通过使用数字化方法模拟不同分段策略的打印效果，无需专用设备，仅需普通计算机即可快速完成；
(4)本发明通过模拟得到最优分段策略后，可直接将其应用于打印机处理器，不增加额外的资源消耗，不提高算法复杂度，不涉及复杂的控制逻辑，也不依赖于精密的传感器，有利于降低硬件成本，在有限条件下实现最佳打印效果。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1-是本发明实施例的热敏打印机分段打印策略的优化方法步骤图；
图2-是本发明实施例的热敏打印机分段打印策略的优化方法实现流程图；
图3-是本发明实施例的选取最优的分段加热策略的技术方案流程图；
图4-是本发明实施例的热敏打印机的加热区域的结构示意图；
图5-是本发明实施例的热敏打印机的加热策略的示意图；
图6-是本发明实施例的热敏打印机的加热策略的效果图；
图7-是本发明实施例的热敏打印机的加热策略的另一示意图；
图8-是本发明实施例的热敏打印机的加热策略的另一效果图；
图9-是本发明实施例的热敏打印机分段打印策略的优化方法中使用的一种标准图；
图10-是本发明实施例的不同分段加热策略的效果对比图。
具体实施方式
本发明所提供的热敏打印机分段打印策略的优化方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1：确定一基础分段加热策略，并根据选择的基础分段加热策略枚举所有的分段加热策略；
步骤S2：对所有的分段加热策略进行去重，获得去重后的分段加热策略；
步骤S3：加载一标准图，并依次加载去重后的分段加热策略，生成不同分段加热策略下标准图对应的模拟效果图；
步骤S4：获取标准图与不同分段加热策略下的模拟效果图之间的相似度；
步骤S5：返回相似度最高的分段加热策略。
图2是本发明优化方法的实现流程图，由图2可看出，本发明通过依次加载去重后的分段加热策略，并根据加载的分段加热策略得到对应的模拟结果图，进一步获得模拟结果图与标准图之间的相似度，并从中挑选出相似度最高的分段加热策略，即为最佳的分段加热策略。
具体地，本发明为了尽量减少额外的计算成本，选择按顺序将加热点划分到不同的行内加热组的方法，采用简单的异或操作就可以实现分段，并且可以避免平均划分方法在分段交界处出现加热线的现象。但是与普通的顺序划分不同，本发明通过选取一组最优的分段加热策略，可以有效地改善打印效果，减少特殊纹理的出现。本发明在选取一组最优的分段加热策略时，具体的技术方案流程如图3所示。
在上述步骤S1中，在确定一基础分段加热策略时，包括：
确定行内基础分段加热策略和行间基础分段加热策略；
行内基础分段加热策略为：将行上的所有加热点按顺序依次分入不同的行内加热组，即为若干行内加热组中的固定间隔的加热点会被分配到同一的加热次序；
行间基础分段加热策略为：不同行之间循环采用不同的行内分段加热策略；
其中，基础分段加热策略包括行内基础分段加热策略和行间基础分段加热策略；在对行进行加热时，按照当前的加热顺序依次对不同的行内加热组进行加热，在切换到下一行进行加热时，更换为下一组加热次序。
在上述步骤S1中，在确定一基础分段加热策略时，包括：
确定行内基础分段加热策略和行间基础分段加热策略；
行内基础分段加热策略为：将行上的加热点按顺序依次分入4个不同的加热组，即每间隔3个加热点的加热点属于同一加热次序；
行间基础分段加热策略为：将每4行作为一行间加热组，按顺序将所有行分为若干行间加热组，行间加热组中的4行分别采用4种不同的行内分段加热策略，若干行间加热组之间采用相同的一组行内分段加热策略；
其中，基础分段加热策略包括行内基础分段加热策略和行间基础分段加热策略；在对行进行加热时，按照顺序依次选择不同的行内加热策略进行加热，在对行内加热组进行加热时，按照加热次序对不同的加热点进行分段加热。
具体地，根据确定的基础分段加热策略枚举所有可能的分段加热策略，所采用的基础分段加热策略包括：按顺序将加热点划分到不同的行内加热组中，每个行内加热组中包含4个加热点，每个行内加热组中加热点的加热次序是相同的，如图5和图7所示。图4是热敏打印机的加热区域的结构示意图，由图4可看出，一行按顺序有384个加热点。由图5可看出，将这384个加热点按顺序以每4个加热点为一行内加热组进行划分，得到若干行内加热组，给每个行内加热组中的4个加热点分配相同的加热次序，加热次序为1-2-3-4。
所采用的基础分段策略还包括：不同行可以采用的相同或不同的行内分段加热策略。
当不同行之间采用相同的行内分段加热策略时，如图5所示。由图5可看出，不同行之间采用的行内分段加热策略均是按顺序将每4个加热点作为一行内加热组，并且每个行内加热组内的加热点的加热次序均为1-2-3-4。
当不同行之间采用不同的行内分段加热策略时，在行方向上，将每4行作为一行间加热组，给行间加热组中的4行分配4种不同的行内分段加热策略，但不同的行间加热组之间所采用的4种行内分段加热策略以及顺序均是相同的，如图7所示。由图7可看出，在一行间加热组中，第一行中每个行内加热组内的加热点的加热次序为1-3-4-2，第二行中每个行内加热组内的加热点的加热次序为3-1-4-2，第三行中每个行内加热组内的加热点的加热次序为1-3-4-2，第四行中每个行内加热组内的加热点的加热次序为2-3-1-4。后续的行间加热组中的4行按顺序采用对应的行内分段加热策略。
在上述步骤S2中，在对所有的分段加热策略进行去重时，包括：
采用循环去重或对称去重对所有的分段加热策略进行去重。
进一步地，在采用循环去重对所有的分段加热策略进行去重时，包括：
设置一循环去重关系，将所有的分段加热策略中符合循环去重关系的分段加热策略进行去重；
其中，循环去重关系为：起始循环点不同，但分段加热策略在相对关系上是相同的。
具体地，采用循环去重对所有的分段加热策略进行去重，基本原理如下：
假设连续4点的加热顺序为1-2-3-4，则其与2-3-4-1、3-4-1-2、4-1-2-3的分段加热策略在相对关系上是相同的，均可以看做是1-2-3-4的加热顺序，只是起始循环点略有不同。因此可以根据该循环去重关系，对在循环上是重复的分段加热策略进行去重。
进一步地，在采用对称去重对所有的分段加热策略进行去重时，包括：
设置一对称去重关系，将所有的分段加热策略中符合对称去重关系的分段加热策略组进行去重；
其中，对称去重关系为：在对称方向上，分段加热策略在相对关系上是相同的。
具体地，采用对称去重对所有的分段加热策略进行去重，基本原理如下：
假设连续4点的加热顺序为1-2-3-4，考虑到打印内容可以有不同打印方向，则其与4-3-2-1的加热策略在相对关系上也是相同的，因此可以根据该对称去重关系，对在对称方向上是重复的分段加热策略进行去重。
另外，由于使用的基础分段加热策略在行方向上也进行了4种策略的循环，该循环也可以依据上述两种去重策略进行行方向上分段加热策略的去重。
通过综合使用以上两种去重策略，可以大量减少分段加热策略的数量，减少后续寻找最优分段加热策略的耗时。
在上述步骤S3中，在生成不同分段加热策略下标准图对应的模拟效果图时，包括：
获取标准图的尺寸，根据标准图的尺寸和基础分段加热策略中的分段数，生成一空白图像，具体如公式1所示：
KH×KW＝BH*(F+1)×BW*(F+1) (1)；
式中，KH×KW为空白图像的尺寸，BH×BW为标准图的尺寸，F为基础分段加热策略中的分段数。
具体地，本发明为了评价分段加热策略的效果，使用了一种特殊的标准图作为原始图像。这种标准图是一个二值图像，每个像素点的灰度值只有黑色或白色，且每个像素点的颜色与其上下左右四个邻域的颜色相反，形成了类似于棋盘格的规则图案。使用该图作为原始图像，根据不同分段策略生成分段打印效果图时，可以清晰地观察到点阵之间的结构关系，有利于评价分段加热策略的效果，如图9所示，图9为一个32x32尺寸的标准图。
除了使用棋盘格标准图外，本发明还可以准备一组普通的打印数据作为标准图集，逐张计算模拟效果图与标准图的相似度后以整个图集的平均相似度作为评价指标进行选取最优解。
按照分段数，生成一张空白图像，因为数字图像不是模拟信号，最小单位为像素，所以为了方便观察分段之间的位移关系，通常可以令生成的空白图像尺寸为原图的分段数+1倍。例如分段数为4段，标准图为32X32，则该空白图像的尺寸即为32*(4+1)×32*(4+1)，即160×160。
进一步地，在空白图像上绘制出模拟效果图，包括：
根据标准图中各像素点的行列位置进行模运算，并根据当前加载的去重后的分段加热策略，获得标准图中各像素点的加热次序；
根据各像素点的加热次序，并将各像素点在空白图像上对应的位置作为左上顶点，绘制出各像素点对应的实心矩形，获得模拟效果图；
其中，实心矩形的尺寸为(F+1)×(F+1)。
具体地，逐像素遍历标准图生成模拟效果图，这里由于标准图为棋盘格规格，也可以通过坐标的逻辑关系直接设置颜色进行绘制，但是逐像素遍历标准图生成模拟效果图的方法更加通用，既能用于普通二值图像模拟打印效果图，也能用于标准图集模拟打印效果图，具体方法如下：
(1)根据各原始像素点I(i，j)的行列位置(i，j)，进行模运算，并根据当前加载的分段加热策略，获得各原始像素点的加热次序offset；
(2)将模拟效果图的位置(i*5，j*5+offset)，作为左上顶点绘制一个5*5的实心矩形，该实心矩形的颜色为原始图像像素I(i，j)。
在生成模拟效果图时，为了更好的模拟实际打印效果，可以结合实际使用的打印机的理论模型进行修改，例如将每个打印点绘制为边缘存在渐变的圆点；也可以考虑增加周围数据对当前点数据的影响，以模拟实际打印机打印时相邻点对当前点打印效果的影响；对于热敏打印机模型还可以增加降温曲线的相关系数用以模拟余温对当前打印点的影响等等。
在上述步骤S4中，获取标准图与模拟效果图之间的相似度时，包括：
获取标准图与模拟效果图之间的相似度特征值，根据相似度特征值判断标准图与模拟效果图之间的相似度；
其中，相似度特征值包括结构相似性指数、特征相似性指数以及语义分割损失。
具体地，语义分割损失包括：戴斯系数、福卡尔特弗斯基损失、对数余弦戴斯损失等。
图5和图7代表两种不同的分段加热策略，图6和图8是对应的两种不同分段加热策略下的模拟效果图，图6与标准图(图9)的戴斯系数为0.25，图8与标准图(图9)的戴斯系数为0.51，可以看出相似度更低的图6存在非常明显的波浪纹，当热敏打印机使用该分段加热策略时也会出现同样的纹理，而相似度更高的图8中每个点与周围相邻点的相对关系更符合原始图像的位置结构，打印时可以更好的保留图像特征以及避免因为分段加热策略出现的打印纹理。图10同时对比了两种不同的分段加热策略的下的模拟效果图与实际打印效果，可以直观感受到不同的分段加热策略对原始打印信息的还原能力存在明显差异。
本发明所提供的热敏打印机，包括：打印头、处理器、存储器以及存储在存储器内的打印程序，打印程序被处理器执行，以控制打印头按照本发明所提供的优化方法返回的相似度最高的分段加热策略进行打印操作。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明所提供的优化方法，是在不增加算法复杂度、不涉及复杂的控制逻辑、也不依赖于更精密的传感器的前提下，在有限条件下选择一个最优的打印机分段打印策略，提高打印质量，减少因为分段造成的特殊纹理，尽量保证实际打印效果与原始数字图像的一致性；
(2)本发明使用图像方法模拟实际打印效果，避免了通过逐一通过打印机打印验证打印效果的繁琐复杂过程，节省了验证时间和人工调试成本，实现了计算机自动处理计算和选择最佳分段策略的功能；
(3)本发明通过使用数字化方法模拟不同分段策略的打印效果，无需专用设备，仅需普通计算机即可快速完成；
(4)本发明通过模拟得到最优分段策略后，可直接将其应用于打印机处理器，不增加额外的资源消耗，不提高算法复杂度，不涉及复杂的控制逻辑，也不依赖于精密的传感器，有利于降低硬件成本，在有限条件下实现最佳打印效果。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种热敏打印机分段打印策略的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定一基础分段加热策略，并根据选择的基础分段加热策略枚举所有的分段加热策略；
对所述所有的分段加热策略进行去重，获得去重后的分段加热策略；
加载一标准图，并依次加载所述去重后的分段加热策略，生成不同分段加热策略下所述标准图对应的模拟效果图；
获取所述标准图与不同分段加热策略下的模拟效果图之间的相似度；
返回相似度最高的分段加热策略；
其中，在确定一基础分段加热策略时，包括：
确定行内基础分段加热策略和行间基础分段加热策略；
所述行内基础分段加热策略为：将行上的所有加热点按顺序依次分入不同的行内加热组，即为行中的固定间隔的加热点会被分配到同一的加热次序；
所述行间基础分段加热策略为：不同行之间循环采用不同的行内分段加热策略；
其中，所述基础分段加热策略包括所述行内基础分段加热策略和所述行间基础分段加热策略；在对行进行加热时，按照当前的加热顺序依次对不同的行内加热组进行加热，在切换到下一行进行加热时，更换为下一组加热次序。
2.根据权利要求1所述的热敏打印机分段打印策略的优化方法，其特征在于，在确定一基础分段加热策略时，包括：
确定行内基础分段加热策略和行间基础分段加热策略；
所述行内基础分段加热策略为：将行上的加热点按顺序依次分入4个不同的加热组，即每间隔3个加热点的加热点属于同一加热次序；
所述行间基础分段加热策略为：将每4行作为一行间加热组，按顺序将所有行分为若干行间加热组，所述行间加热组中的4行分别采用4种不同的行内分段加热策略，所述若干行间加热组之间采用相同的一组行内分段加热策略；
其中，所述基础分段加热策略包括所述行内基础分段加热策略和所述行间基础分段加热策略；在对行进行加热时，按照顺序依次选择不同的行内加热策略进行加热，在对行内加热组进行加热时，按照所述加热次序对不同的加热点进行分段加热。
3.根据权利要求1所述的热敏打印机分段打印策略的优化方法，其特征在于，在对所述所有的分段加热策略进行去重时，包括：
采用循环去重或对称去重对所述所有的分段加热策略进行去重。
4.根据权利要求3所述的热敏打印机分段打印策略的优化方法，其特征在于，在采用循环去重对所述所有的分段加热策略进行去重时，包括：
设置一循环去重关系，将所述所有的分段加热策略中符合所述循环去重关系的分段加热策略进行去重；
其中，所述循环去重关系为：起始循环点不同，但分段加热策略在相对关系上是相同的。
5.根据权利要求3所述的热敏打印机分段打印策略的优化方法，其特征在于，在采用对称去重对所述所有的分段加热策略进行去重时，包括：
设置一对称去重关系，将所述所有的分段加热策略中符合所述对称去重关系的分段加热策略组进行去重；
其中，所述对称去重关系为：在对称方向上，分段加热策略在相对关系上是相同的。
6.根据权利要求1所述的热敏打印机分段打印策略的优化方法，其特征在于，在生成不同分段加热策略下所述标准图对应的模拟效果图时，包括：
获取所述标准图的尺寸，根据所述标准图的尺寸和所述基础分段加热策略中的分段数，生成一空白图像，具体如公式1所示：
（1）；
式中，为所述空白图像的尺寸，/>为所述标准图的尺寸，/>为所述基础分段加热策略中的分段数。
7.根据权利要求1所述的热敏打印机分段打印策略的优化方法，其特征在于，获取所述标准图与所述模拟效果图之间的相似度时，包括：
获取所述标准图与所述模拟效果图之间的相似度特征值，根据所述相似度特征值判断所述标准图与所述模拟效果图之间的相似度；
其中，所述相似度特征值包括结构相似性指数、特征相似性指数以及语义分割损失。
8.一种热敏打印机，其特征在于，包括：打印头、处理器、存储器以及存储在所述存储器内的打印程序，其特征在于，所述打印程序被所述处理器执行，以控制所述打印头按照权利要求1-7任一项所述的优化方法返回的相似度最高的分段加热策略进行打印操作。
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