CN1237404C - 用于成像装置的图像比例测量方法 - Google Patents

Abstract

送给一个成像装置的图像数据被转换成与图像密度成线性关系的图像数据，并采用如下方法来计算出图像比例：将与打印介质的尺寸对应的总像素数乘以每像素的灰度级数得到一个数值，用该数值去除在所转换的图像数据的成像过程中着色剂涂敷到该打印介质上的像素数。然后，通过将该图像比例、要使用的纸张的大小以及在形成纯图像时每单位面积所消耗的着色剂量相乘，来确定在根据所输入的图像数据的成像过程中所消耗的着色剂量。

Description

用于成像装置的图像比例测量方法

技术领域

本发明关于在成像装置中用来根据着色剂或打印剂的消耗量评价该成像装置的性能，或用来检测打印剂的剩余量的一种图像比例测量方法，其中，成像装置是指基于图像数据提供装置所输出的图像数据通过将着色剂附着在记录纸片上来形成图像的一种装置。

背景技术

在能通过将着色材料或打印剂涂敷在打印介质上来形成图像的成像装置中，如通过将调色颗粒涂敷在打印介质上来实现打印的激光打印机，或者通过将由诸如染料或色素这样的着色剂扩散形成的墨水喷射到打印介质上来实现打印的喷墨打印机这样的电子成像打印机，提供通过多种方法来测量着色材料或打印剂的消耗量的装置。通过这种消耗量的测量所获得的信息不仅对于评价成像装置的性能很重要，而且对于需预先知道何时有必要补充打印剂的用户也很有用、很重要。

鉴于此，已有多种方法被建议用来检测打印剂的剩余量。例如已公开的日本专利申请No.05-006092建议采用一种检测随显像剂剩余量变化的静电电容的所谓天线方法来检测显像剂的剩余量；还有已公开的日本专利申请No.05-027593建议采用一种光传感器系统，其中有一个光传感器被置于存量补充路径中，当色料完全用完时光路被打开，从而指示色料的剩余量已少于预定量；已公开的日本专利申请No.05-303281建议一种采用压电元件通过测量色料的重量来检测其剩余量的系统。

然而，这些方法在进行大量打印作业的情况下不能判断现有的色料或墨水量是否足以完成该打印作业，从而在该打印作业进行当中有可能检测到显像剂或墨水已耗尽，使得该作业在进行过程中不可避免地被中断。

与此相关，作为测量成像装置中着色材料或打印剂的消耗量的方法之一，已知有一种方法将形成图像的区域与打印介质区域之比定义为图像比例(image ratio)，并基于此图像比例获取在预定数量的介质上形成图像所需消耗的着色材料或打印剂的数量。更为特别的是，对基于数字图像数据进行成像的成像装置，图像比例定义为涂敷有着色材料或打印剂的像素数量与成像装置在特定尺寸的打印介质上所能形成的最大尺寸图像的总像素数量的比值(所谓打印比例)。

然而，这种检测着色材料或打印剂的消耗量的方法存在如下缺陷。

当图像是通过对每个像素是否涂敷着色材料或打印剂来形成的时候，即基于二元图像数据成像的时候，上述定义有效。因而根据这种图像比例对着色材料或打印剂的消耗量进行的检测就相对精确。但是，对于诸如照片图像这样具有色调层次的多值图像数据，对图像比例的定义本身就很难。尤其是对于全彩色成像，图像比例会由于多种原因而不能被恰当地定义，如：提供给成像装置的图像数据具有不同的信号格式，如标准RGB(红、绿、蓝色)数据(sRGB数据)或CMYK(青、品红、黄、黑色)数据；图像信号与着色材料或打印剂之间的关系处于中间密度范围。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用来测量图像比例且不存在前述缺陷的方法。

本发明的另一个目的是提供一种对二元图像数据与多值图像数据都适用的图像比例测量方法，该方法能够定义与着色材料/打印剂的消耗量相关的图像比例，从而可对着色材料/打印剂的消耗量进行精确的检测。

本发明的再另一个目的是提供一种能够推算可输出的纸张数量并将该数量通知用户以便于使用的成像装置。

本发明的其它目的及其特征将在以下结合附图的说明以及所附权利要求中显而易见。

附图说明

图1是一种成像系统的结构框图；

图2示出了图像比例与着色材料涂敷量之间的关系；

图3A和3B示出了两种彩色色料的一种彩色混合状态；

图4示出了在打印介质上的色料中光线进入与反射情况；

图5示出了两种墨水的一种彩色混合状态；

图6是构成本发明第一实施例的一种输出设备的结构框图；

图7是构成本发明第二实施例的一种输出设备的结构框图；

图8是构成本发明另一实施例的一种通信系统的结构框图。

具体实施方式

下面参照附图根据实施例对本发明进行详细说明。

(第一实施例)

图1示出了一种执行从图像数据输入直到全彩色输出的图像处理的成像系统的结构实例。在这样的成像系统中，有多种流程被建议用于注重色彩可重现性的色彩管理。而图1中靠上的部分示出的是一种采用了近期被应用的ICC(国际色彩协会)流程的结构。

图像数据从一个输入设备21送到一个图像处理单元25，采用基于该输入设备的RGB数据格式。在图像处理单元25中，有一个ICC输入文档转换单元22将基于输入设备21的RGB图像数据转换成与输入设备无关的统一颜色区(CIELA区)色彩协调信号L*、a*、b*，其中L*表示亮度，a*和b*为色度信号，分别表示色调与饱和度。该转换可通过采用一种多维LUT(查找表)的所谓直接映射法来实现，在考虑信号的清晰度时还经常采用插值控制。

被转换成统一颜色区内色彩协调信号的图像信号L*、a*、b*在一个CMM(色彩管理模块)23中进行如下两次变换：一次GAMUT变换，以便在考虑输入设备21的读取色彩区与输出设备11的重现色彩区之间的对应关系的情况下获得最漂亮的输出图像；以及一次色彩变换，以便对图像读取时的光源类型与观察打印时的光源类型之间的失配(即所谓的色温设置不匹配)进行调整。这样，图像信号L*、a*、b*就被转换成处于色彩重现范围内的图像数据L*’、a*’、b*’。

然后，由色彩重现范围内的色彩信号L*’、a*’、b*’组成的图像数据经过一个ICC输出文档(profile)转换单元24被转换成基于输出设备11的CMYK信号，这些信号在输出设备11中用于在打印介质上形成图像。

由于诸如色粉或墨水或打印剂(以下统称为着色剂)这样的着色材料的特性以及输出设备中所采用的图像数据处理方法随输出设备制造商和类型的不同而不同，经过ICC输出文档转换单元24转换形成并送到输出设备的CMYK信号必然与输出设备11相关，因而还不能完全一致。这些由输出设备接收的CMYK被称为“A部分信号”。这样的“A部分信号”随输出设备变化。而且，即使在能接收给定“A部分信号”的输出设备当中，每个输出设备也通常根据其自身特征将数据转换成适当的数据以进行成像。然而，这种数据变换主要是为了在成像装置中实现最高质量的图像输出，几乎没有控制在成像过程中所用的着色剂量的目的。而且，信号强度与图像密度通常没有线性关系。

在任何情况下，输出设备所接收的CMYK信号(A部分信号)与着色剂的消耗量之间的关系都不是唯一确定的，使得在输出设备中实际消耗的着色剂量不能从所接收的CMYK信号简单地估计出来。

因此，本发明的发明人集中研究了能够提供图像比例的图像数据，该图像比例显示出与着色剂的消耗量的密切关系。在此项研究中，一台由佳能公司生产的激光打印机“彩色激光打印机CLC800”(分辨率：400×400dpi，灰度级数：8位(256级))被用作成像装置。结果发现由如下等式(1)定义的图像比例与打印剂的消耗量(此例中是作为着色剂的色粉的消耗量)有如图2所示的密切关系：

图像比例(％)＝(∑Dsig)/(Pall×Step)×100            (1)

其中，“Dsig”是根据像素单元的图像密度级对图像数据进行规格化后得出的N位(如N＝8)信号值，特别是通过将实际形成的图像的最小和最大的密度转换成0到255的数值来得出的。“∑Dsig”是在形成图像的打印介质上这种信号值的总和。“Pall”是在所划分的打印介质预期尺寸范围内根据成像装置记录图像的分辨率(如400×400dpi)得出的总像素数量，“Step”为每像素的灰度级数(如为‘256’)。

图像密度可由如下等式(2)确定：

图像密度D＝-log10(I/I₀)                      (2)

其中，I₀为照射图像的光线的强度，I为反射光的强度。此图像密度与打印剂量之间存在相关性表明Lambert-Beer定律适用于这种情况。

Lambert-Beer定律指出打印剂量与图像密度成比例，即当打印剂量加倍时图像密度也加倍，基于密度层次重现方法的成像装置一般都符合此关系模型。在此项研究中采用的打印机CLC800是一种电子照相式彩色打印机，这种打印机一般被认为对应于区域层次重现方法，不能提供如图2所示的结果。但是本发明的发明人在如下的模型中进行了验证。

在图3A所示的状态中，品红色粉与青色色粉被涂敷在打印介质41上，并有部分重叠。通过电子照相过程中的热压固色步骤将这些色粉附着到打印介质41上以后，其状态如图3B中所示。品红色粉与青色色粉重叠的部分由于色粉充分融合并混合而呈现蓝色。

这种现象可通过如下事实来大概解释：进入色粉的光线首先被附着的色粉层吸收一部分特定波长的光线，然后在打印介质41的表面上被反射，又从该表面穿过色粉层。这样，只要所采用的着色剂具有一定的光透射性，Lambert-Beer定律在采用区域层次重现方法的情况下也能适用。

着色剂的消耗量可通过将由等式得出的图像比例与预先测量出的纯图像中每单位面积着色剂的消耗量、记录纸张的尺寸(面积)相乘来确定，即：

消耗量＝图像比例×C_FF×面积                      (3)

其中，C_FF是记录一个信号强度为255的纯图像时每单位面积着色剂的消耗量，每个成像装置都预先测出了该值。

在图5所示的状态中，一台喷墨打印装置在打印介质60上涂有一个品红色墨点和一个青色墨点，两墨点有部分重叠，打印介质60上有墨水吸收层61。同样地，在这种情况下，光线首先被扩散在墨水吸收层61上的着色剂吸收一部分特定波长的光线，然后在打印介质60的表面上被反射，又从该表层穿出来。同样地，在这样的模型下，根据图像密度信号计算出的图像比例显示出与着色剂的消耗量有明显的关系，而且这种关系已通过实验证明。

再参见图1，靠下部分所示的一个图像处理单元85将输入设备81所输出的RGB数据转换成图像密度信号，即与图像密度成比例关系的信号，以送给输出设备11。

图像处理单元85中包括一个对数变换单元82和一个掩蔽/UCR单元83。对数变换单元82根据等式(2)将输入设备81所输出的RGB数据转换成C、M、Y密度数据，可通过一个如存放在一个ROM内的查找表来执行上述变换。掩蔽/UCR单元83从密度数据中提取黑色分量(K)，并进行矩阵运算，以便对打印剂的色彩浊度进行修正后形成C、M、Y、K色彩数据，从而输出每种颜色的8位图像信号CdMdYdKd，这些图像信号与图像密度成线性比例关系。

图6示出了图1所示系统中的输出设备11的一个结构实例。

在成像时，输出设备11通常被给予A部分信号，执行成像所需的特性变换。更为特别的是，提供一个带有用于密度特性变换的LUT的电路(以下称为γ-LUT)12，以便在基于A部分信号的适当校正状态下实现满意质量的成像，经过密度特性变换的数据被送到一个图像记录部件驱动器14。然而如前所述，不可能根据A部分信号简单地估计出着色剂的实际消耗量。

因此，根据本实施例的输出设备11中还有一个能接收信号的输入单元，其接收的信号与密度成线性比例关系，即与着色剂的消耗量相关的图像数据CdMdYdKd(以下称为B部分信号)。基于所接收的B部分信号，一个图像比例计算单元131根据前述等式(1)进行运算，从而确定图像比例。

图6中所示的输出设备11中还有一个特性变换电路(以下称为γ-LUTd)13，该电路存放用来进行特性变换的转换数据，以便基于输出设备11所收到的CdMdYdKd(B部分信号)获得输出设备11的初始图像质量。采用这种方法，在仅提供B部分信号的情况下也可使输出设备适合作成像系统。

在图6所示的结构中，图像记录部件驱动器14用来驱动带有一个引擎的图像记录部件15，以在打印介质上形成图像(例如激光打印机中的激光源或控制单元，或者喷墨打印机中用来产生喷墨所需的能量的热量产生部件、压电部件或控制单元)。

此外，在上述结构中，构成图像数据提供源的输入设备21和81可以是计算机等类似设备(个人计算机、工作站、服务器等)、存储有图像数据的存储媒体或用来读取这些存储数据的装置。

此外，图1中所示的图像处理单元25和85目前可以作为构成图像数据提供源的一台计算机所执行的功能之一，但也可以由带有输出设备11的成像装置来提供。还可以将输入设备21、81以及输出设备11作为图像处理单元25和85的组成部分，以便在完整的系统中实现图像处理单元25和85的功能。此外，当提供包含有图像处理单元25和85的全部或部分结构的计算机时，这些图像处理单元的功能可作为安装在该计算机上的一个打印机驱动器的一项功能来执行。否则，所有这些功能或其中的一部分可通过硬件来实现。

此外，图1中所示的成像系统可采用一种形式，其中的某部分由一个单独的装置构成，或者整个结构被集成为一个复印装置或一个传真装置。

(第二实施例)

在前述实施例所说明的一种结构中，输入单元能够接收与着色剂的消耗量相关的图像数据信号CdMdYdKd(B部分信号)，并且能够根据所接收到的B部分信号来确定图像比例。与此不同，第二实施例提供一种可根据A部分信号来确定图像比例的结构。采用这种结构可使得输出设备能适用于仅提供A部分信号的成像系统。

此外，前述第一实施例能根据图像比例来评价输出设备有关着色剂消耗方面的特性，而本实施例能根据图像比例来检测着色剂的剩余量。

图7示出了本发明第二实施例中所采用的一种输出设备111的结构实例，其中对于那些与图6中相同的部件采用相同的编号来表示。

在本实施例中，送给γ-LUT 12的A部分信号被同时分送给γ-LUTd 140，γ-LUTd 140中存放有用来转换A部分信号的转换数据，以便产生与着色剂的消耗量相关的图像数据信号CdMdYdKd(与层级密度成线性比例)。

消耗量计算单元141根据由γ-LUTd 140提供的信号CdMdYdKd，通过前述等式(1)确定每种颜色相应的图像比例，并根据图像比例计算每种着色剂的消耗量。根据前述等式(1)为每种颜色计算出图像比例。而且，通过这样计算得出的数值与成像所消耗的打印剂量相关，从而可根据输出设备111的成像方法通过前述等式(3)来确定打印剂的消耗量。例如，在诸如激光打印机这样的电子照相式打印机中，实际消耗的色粉量可通过乘上一定的常系数来得到。同样，在喷墨打印机中，可根据墨水溶剂中着色剂的含量来估算墨水的消耗量。

在电子照相式成像装置中，已知即便在信号强度为0的图像中，所谓的“模糊(fog)”现象也会消耗色粉。除正常成像以外，控制成像状态时也会在打印介质上留下色粉斑点。因此，为提高精度，最好还要考虑由不同于正常成像时的图像信号的其它因素引起的色粉消耗。

所计算出的数值通过累加单元142进行累计，减法单元143用打印剂的初始量减去累计值。这样，在更换诸如激光打印机这样的电子照相式打印机中的色粉筒或喷墨打印机中的墨盒时，可检测出色粉或墨水的初始量；更换完色粉筒或墨盒后，从色粉或墨水的初始量中不断地减去所消耗的打印剂的累计值，从而获得表示打印剂的当前量(剩余量)的信息；该信息被存放在例如由EEPROM构成的当前量存储器单元144中。若输出设备111是一台喷墨打印机，还考虑了除成像以外所消耗的墨水量，如在所谓的恢复过程中的消耗量。

比较单元145将根据图像数据计算出的打印剂消耗量与打印剂的当前量进行比较，若确认打印剂的当前量足够用来进行基于图像数据的成像，则指示图像记录部件驱动器14进行实际打印操作；相反地，若打印剂的当前量不足，一个例如由一个显示单元或一个声音发生器构成的信息单元146就会通知用户打印剂会在打印过程中耗尽。这样，用户就可以补充打印剂(例如更换色粉筒或墨盒)或为此做准备。

上述部件12、14以及141至146可通过集成逻辑电路单元构成的硬件来实现，而预定功能可通过软件来实现。

此外，通过将打印剂的当前量除以所计算的消耗量(或打印张数)，可确定还能打印的大概张数；而且，通过在信息单元146中显示所确定的可打印张数，可以在设定原始图像所需的打印张数时判断是否需要预先补充打印剂。否则，在用户设定打印张数时，若设定的打印张数大于还可打印的张数，就会显示要求补充打印剂的信息。

(其它实施例)

此外，还可提供一种能够接收B部分信号的输入单元，以及用来根据所接收的B部分信号确定图像比例并根据该图像比例检测打印剂的剩余量的装置。此外，还可提供用来根据A部分信号确定图像比例的装置，并构造一种能够基于图像比例来评价输出设备有关着色剂消耗方面的特性的结构。

此外，在基于输出设备中所检测的打印剂剩余量的过程中，不仅将由输出设备提供的在信息单元中存放(如前所述)的预定信息送给用户，而且将信息传送给与输出设备相连的主机(如一台计算机)，以便在主机所显示的图像上操作信息。

本发明不仅适用于以单机方式使用的输出设备或成像装置，而且适用于多个输出设备或成像系统通过一个网络相连的结构。例如，在多台打印机与一个网络相连的情况下，由主机(个人计算机或工作站)向一个输出设备(打印机)发出一个打印命令，若确认该打印机如前述第二实施例中所示的那样只能执行一部分打印任务，则可将此结论通知主机，并给用户提供一条信息：本图像输出应交由另一台打印机执行。此外，还可将每台打印机可打印输出的张数预先通知主机，以便使用户能选择合适的打印机。

下面参照图8来说明这种结构。在图8所示的结构中，有多台打印机201、202、203连接到一个网络200上，若在由一台个人计算机(PC)210向打印机201发出一个打印命令后，根据打印输出张数、所估计的色粉消耗量以及如第二实施例中所述的有关剩余色粉量的信息，确认该打印过程不能执行完，则由打印机201将该结论通知PC 210，作为响应，PC 210显示一条信息：该打印输出应由另一台能完成输出任务的打印机(例如打印机202)来执行，从而要求用户换打印机。

本发明可应用于由多个设备(如主计算机、接口设备、输入机、打印机等)组成的一个系统或由单一设备组成的一个装置(如复印装置、传真装置等)。

此外，本发明的前述实施例的功能可通过一个软件来实现，而本发明的目的也自然可以通过如下方法来实现：提供一种带有一个记录媒体(存储媒体)的系统或装置，该记录媒体中存储实现那些功能的软件程序码；通过该系统或装置中的一台计算机(或CPU、MPU)来读取并执行该记录媒体中所存储的程序码。

在这种情况下，从该记录媒体读取的程序码本身能够实现前述实施例的功能，而且存储这些程序码的记录媒体就可构成本发明。

存储程序码以及诸如表这样的变量数据的记录媒体可以是例如一张软盘、一张硬盘、一张光盘、一张磁光盘、一张CD-ROM、一张CD-R、一张DVD、一盘磁带、一块稳定的存储卡(IC存储卡)或一个ROM。

本发明不仅包括用计算机来执行所读取的程序码从而实现前述实施例的功能的情况，而且包括通过在计算机上运行的一个操作系统等在程序码的指示下执行所有或部分步骤从而实现前述实施例的功能的情况。

Claims (15)

1.一种在成像设备中的图像比例测量方法，其中所述成像设备基于图像数据通过将着色材料淀积在打印介质上来执行成像，所述图像比例测量方法包括：

一个输入图像数据的输入步骤；

一个对在所述输入步骤中输入的图像数据执行γ转换的第一变换步骤；

一个基于在所述第一变换步骤中转换的图像数据而执行成像的成像步骤；

一个将经所述第一变换步骤中的γ转换之前的图像数据转换为与图像密度成线性关系的图像数据的第二变换步骤；以及

计算图像比例的计算步骤，该计算是根据：基于所述第二变换步骤中所转换的图像数据将所述着色材料淀积到所述打印介质上的像素数；与所述打印介质的尺寸对应的像素数；以及每像素的灰度级数。

2.根据权利要求1的一种方法，其中，所述第二变换步骤对采用像素单位中的密度级被规格化的图像数据进行转换。

3.根据权利要求1的一种方法，其中，所述计算步骤采用如下方法来计算所述图像比例：将与所述打印介质的尺寸对应的总像素数乘以所述灰度级数得到一个数值，用该数值去除着色材料淀积到所述打印介质上的像素数。

4.根据权利要求1的一种方法，其中还包括根据所述图像比例来计算成像过程中所消耗的着色材料的消耗量的第二计算步骤。

5.根据权利要求4的一种方法，其中，所述计算步骤通过将在形成固态图像时一个单位区域中的着色材料消耗量、所述图像比例以及记录纸张的大小相乘来计算着色材料的消耗量。

6.根据权利要求1的所述的方法，还包括根据在所述计算步骤中计算的图像比例，计算基于经γ转换之后的图像数据而执行成像所消耗的着色材料消耗量的第二计算步骤。

7.根据权利要求4的一种方法，其中还包括：

对所述着色材料的消耗量进行累计的累计步骤；

根据所述累计步骤中所累计的累计值和所述着色材料的初始量来检测所述着色材料的剩余量的检测步骤；

鉴别利用在所述检测步骤中所检测的剩余量是否能够执行所指示的成像的鉴别步骤；

在所述鉴别步骤确定不能执行成像的情况下发出警告的警告步骤。

8.一种成像设备，其中包括：

用来输入图像数据的输入装置；

用来对所述输入装置输入的图像数据执行γ转换的第一变换装置；

基于所述第一变换装置转换的图像数据通过将所述着色材料淀积到所述打印介质上执行成像的成像设备；

用于将在经所述第一变换步骤中的γ转换之前的图像数据转换为与图像密度成线性关系的图像数据的第二变换步骤；以及

用来计算图像比例的计算装置，该计算是根据：基于所述第二变换装置中所转换的图像数据将所述着色材料淀积到所述打印介质上的像素数；与所述打印介质的尺寸对应的像素数；以及每像素的灰度级数。

9.根据权利要求8的一种设备，其中，所述第二变换装置对采用像素单位中的密度级被规格化的图像数据进行转换。

10.根据权利要求9的一种设备，其中，所述计算装置采用如下方法来计算所述图像比例：将与所述打印介质的尺寸对应的总像素数乘以所述灰度级数得到一个数值，用该数值去除着色材料淀积到所述打印介质上的像素数。

11.根据权利要求8的一种设备，其中还包括根据所述图像比例来计算成像过程中所消耗的着色材料的消耗量的第二计算装置。

12.根据权利要求11的一种设备，其中，所述计算装置通过将在形成固态图像时一个单位区域中的着色材料消耗量、所述图像比例以及记录纸张的大小相乘来计算着色材料的消耗量。

13.根据权利要求11的一种设备，其中还包括：

用来对所述着色材料的消耗量进行累计的累计装置；

用来根据所述累计装置中所累计的累计值和所述着色材料的初始量来检测所述着色材料的剩余量的检测装置；

用来鉴别利用在所述检测装置中所检测的剩余量是否能够执行所指示的成像的鉴别装置；

用来在所述鉴别装置确定不能执行成像的情况下发出警告的警告装置。

14.根据权利要求8所述的设备，还包括根据由所述计算装置计算的图像比例，用于基于经γ转换之后的图像数据而执行成像所消耗的着色材料消耗量的第二计算装置。

15.一种成像系统，提供有一个图像数据提供设备、一个用来对所述图像数据进行包括γ转换的预定处理的图像处理设备以及一个用来根据所述γ转换后的图像数据执行成像的成像设备，其中包括：

用来将在经所述γ转换之前的图像数据转换成与图像密度成线性关系的图像数据的变换装置；

用来计算图像比例的第一计算装置，该计算是根据：基于所述变换装置中所转换的图像数据将所述着色材料淀积到所述打印介质上的像素数；与所述打印介质的尺寸对应的像素数；以及每像素的灰度级数；

用来根据由所述第一计算装置计算出的图像比例来计算所述着色材料的消耗量的第二计算装置。

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