CN1509887A - 用景物内容的空间平移对象素缺陷进行补偿 - Google Patents

Abstract

在成像装置(10)中用来补偿空间光调制器(30)象素点缺陷的一种改进的方法。在第一位置上形成一个图像并且朝一个表面(36)投射。然后跨一个位移距离平移空间光调制器(30)到达第二位置，该位移距离是空间光调制器(30)上象素(72)之间距离的整数倍数n。在空间光调制器(30)上形成偏移了一个偏移距离的第二图像，并且朝面(36)投射。还可以按象素(72)之间增加的附加位移距离选择提供抖动。

Description

用景物内容的空间平移对象素缺陷进行补偿

技术领域

本发明一般涉及到在感光介质上形成二维图像的数字打印机装置，具体涉及到在空间光调制器中补偿局部象素异常的装置和方法。

背景技术

最初是为了在显示设备中形成图像而越来越多地在数字打印机等设备中采用了空间光调制器。在打印装置中，空间光调制器在成本和性能上提供了比以往的数字成像更加优越的技术，适用于线打印系统例如是美国专利US5,521,748中所述的打印机，同样适用于面打印系统例如是美国专利US5,652,661中所述的系统。

采用Texas Instruments，Dallas，Texas出产的数字微型反射镜器件(DMD)或是采用液晶显示器件(LCD)的二维空间光调制器可以用来调制用于成像的入射光束。基本上可以将空间光调制器视为一个二维光阀元件的阵列，每个元件对应着一个图像象素。各个阵列元件可以单独寻址并且用数字控制来调制光，从一个光源发射入射光(或是遮挡入射光的传输)，其典型方式是影响光的偏振状态。

目前使用的空间光调制器有两种基本类型。早先开发的第一类是透射式空间光调制器，顾名思义，它在操作中是通过个别阵列元件来选择透射一个光束。后来的第二类是反射式空间光调制器。顾名思义，反射式空间光调制器在操作中是通过个别阵列元件来选择反射一个光束。与本申请有关的适当的一例LCD反射式空间光调制器是采用集成CMOS底板，适合小轨迹并能改善均匀特性。

采用数字微型反射镜器件(DMD)的打印装置包括美国专利US5,461,411中所述的器件。在美国专利US5,652,661；5,701,185；和5,745,156中描述了更加便于采用LCD技术的照相打印机。

常规的LCD空间光调制器是为诸如美国专利US5,325,137中所述的用于图像显示的数字投影系统开发并采用的，以及按美国专利US5,808,800中所述的适合安装在头盔内或是由眼镜来支撑的小型化图像显示装置。典型的LCD投影仪和显示器设计都要使用一个以上空间光调制器，例如是按美国专利US5,743,610中所述每一种原色使用一个。

值得注意的是，投影仪和显示器用途的成像要求(以美国专利US5,325,137；5,808,800；和5,743,610为例)明显不同于光学处理装置对打印的成像要求。投影仪按照对重要打印特征设置的附加加重例如是对比度和分辨率为屏幕选择提供最大光通量。投影仪和显示设备的光学系统是按照人类肉眼的响应来设计的，人在观看显示器时对图像的人为加工和失常以及对图像的不均匀比较敏感，因为显示图像是连续刷新并从远距离观看的。然而，在观看来自高分辨率打印系统的打印输出时，由于光学响应的不规则并且更容易观看且更容易对打印输出产生反感，肉眼会对人为加工和失常以及不均匀比较“宽容”。因此，为了为打印提供均匀的曝光能量，光学系统会明显复杂化。进一步的重要性按分辨率要求有所不同。适合肉眼观看的投影和显示系统一般是按照72dpi以下的分辨率来选择的。另一方面，照片印刷设备必须实现很高的分辨率，在某些系统中，为缩微照片用途设计的专用设备预期可提供8,000dpi。因此，尽管在从投影到成像设备的范围内可以使用LCD空间光调制器并能显示出高分辨率印刷品，对支持光学器件的要求极为苛刻。

显示和打印设备之间的另一关键区别涉及到象素元件的均匀响应。空间光调制器的制作方法存在缺点；使得有些象素点不能正常工作。例如，无论是否接收到控制逻辑信号，个别象素可能会“突出”或不突出。或是个别象素可能会维持在空闲的半途状态既不全开也不全关，无论是否对其施加控制逻辑信号。特别是在运动图像的显示设备中，观众不容易看出个别象素异常。然而，在打印设备中却容易看出同类的象素状态，并且会影响打印的品质，例如是造成“盐和胡椒面”效果。

除了以上象素缺陷，尘埃，清洁残留物，及其他表面不规则会给空间光调制器带来不均匀的象素对象素响应，例如是波纹和“水锈”效果。这些效果要比突出象素带来的效果更加轻微。然而，如果反复发生这种成像失常现象，就会产生不满意的结果，并且会降低打印的预期品质。

在打印设备中，为了改善空间光调制器相对较低的填充因数并提高视觉分辨率而采用了抖动方法。同属本申请人的EP专利申请第01202784.3号披露了对此采用的各种抖动方案。抖动技术是在一个图案中按成像倍数乘以同一空间光调制器来初步曝光，然后在每次后续曝光中按预定距离移动空间光调制器的相对位置，每次移动的距离要小于或等于一个象素到象素距离。这样的抖动能使各个象素从初步曝光起填充其周围的面积。最好是按照每次移动来改变提供给空间光调制器的图像数据，能够有效地提高分辨率。

有人提出用抖动方法来补偿象素点缺陷。然而，实践证明抖动不能对所有类型的象素缺陷提供满意的结果。由于与有缺陷象素毗邻的象素在原始曝光时容易重叠象素之间的空间，抖动对象素粘连有一定的调整作用。如果象素缺陷本身仅仅造成细微色调偏移，抖动是有用的。然而，如果有缺陷象素具有固定的开关状态，抖动会使成像缺陷变得更加明显，在许多情况下带来不满意的结果。因此，抖动在有些情况下实际会使有缺陷象素的破坏作用更严重，导致无法打印。

空间光调制器比较昂贵。与同类器件一样，完美的性能需要高成本。低成本意味着在空间光调制器矩阵中容许有一定数量的坏象素点，这是一种经济的折衷。能够容许低空间光调制器质量对成像设备的设计者来说显然是有益的，并且能在光学系统中某些合适的点上补偿调制器的点缺陷。

发明内容

因而需要有一种成像方法，比常规方法更加有效地补偿空间光调制器中的象素点缺陷。

按照本发明的一方面提供了一种在成像面上形成图像的成像装置，对具有象素到象素距离的一个面空间光调制器进行调制。用来补偿调制器象素点响应缺陷的这种改进的方法包括以下步骤：

(a)用空间光调制器在一个图像形成面内的第一位置上形成第一图像，并且朝成像面投射第一图像；

(b)跨一个位移距离平移空间光调制器到达图像形成面内的第二位置，该位移距离是象素到象素距离的n倍数，其中的n是大于或等于2的整数；

(c)在第二位置上用空间光调制器形成第二图像，并且朝成像面投射第二图像；以及

其中的第二图像与第一图像完全相同，相当于按位移距离平移象素，使得第二图像相对于成像面与第一图像重叠。

按照另一方面，本发明提供了一种在成像面上形成图像的成像装置，根据象素到象素距离对具有一定分辨率的一个面空间光调制器进行调制，用来补偿调制器象素点响应缺陷的这种改进的方法包括以下步骤：

(a)用空间光调制器在一个图像形成面内的第一位置上形成第一图像，并且朝成像面投射第一图像；

(b)跨一个位移距离平移空间光调制器到达图像形成面内的第二位置，该位移距离大于象素到象素距离的二倍；

(c)在第二位置上用空间光调制器形成第二图像，并且朝成像面投射第二图像；以及

其中的第二图像与第一图像不同，从而相对于成像面提高图像分辨率。

本发明的特征是在空间光调制器上采用不同的象素源位置，在成像面上形成重叠或相邻的象素。

本发明的优点在于降低了对空间光调制器制作质量的要求，从而降低成像装置的成本。

本发明进一步的优点是可以在平移空间光调制器之后执行抖动，减少有缺陷象素对成像面的不利影响，并同时具备抖动的优点，从而提高象素填充因数并改善图像分辨率。

本领域的技术人员参照用来解释本发明实施例的附图阅读过以下的说明之后就能理解本发明的上述及其他目的，特征和优点。

附图说明

尽管权利要求书对说明书作出了具体的限定并清楚地要求了本发明主题，还是需要结合附图通过以下的说明来理解本发明，在附图中：

图1a和1b的示意图表示适合采用本发明的方法的成像装置的不同实施例的部件。

图2的平面图表示空间光调制器画面部分的基本象素布局；

图3表示为了提高有效分辨率和改善象素填充因数而惯用的抖动顺序；

图4a表示没有象素缺陷时常规抖动所产生的一例图像；

图4b表示有两个象素缺陷时常规抖动所产生的一例图像；

图5a和5b用成像光学器件的透视图表示按照本发明的图像平移；

图5c表示对应着图5a和5b的侧视图；以及

图6表示采用本发明方法的象素成像平面图，图中有两个象素缺陷。

具体实施方式

说明书具体涉及到构成本发明装置的组成部分或是与其配合的元件。应该可以理解，没有具体表示或描述的元件可以采用本领域技术人员公知的各种形式。

参见图1a，图中简要表示了按照彩色打印机配置的一例现有技术成像装置10的基本结构。必须要说明的是，为了本发明的目的，若是提供必要的支持部件，成像装置10可以是打印机，投影仪或其他图像形成设备。为了便于说明，在图1a中仅仅给出现有技术结构的成像装置10的基本部件总体结构就足够了。调制各种颜色使用的部件相同，必要时在图1a中用附带的颜色标志符表示：r表示Red，g表示Green，而b表示Blue。对于打印机，由滚筒34输送到面3所示的图像平面上的一个感光介质32具有对应着调制的R，G，B色光的青色，红色和黄色。对于红色光调制路径，光源20r提供红光。均衡光学器件22r执行的基本功能是聚光并为调制提供均匀的光。偏振分光器24r将未调制光引向一个空间光调制器30r。用空间光调制器30r调制来自光源20r并通过偏振分光器24r的均衡光，并在一个二向色X-立方体26处与来自绿光路径(20g，22g，24g，30g)和蓝光路径(20b，22b，24b，30b)中相应成分的调制光组合。然后用一个透镜38引导调制色图像在表面36上打印或是投影显示。例如绿色通道所示，各个空间光调制器30相对于成像光学器件被定位在成像面P上。

必须要说明的是，图1a的结构代表采用本发明方法的成像装置10有限数量的可能实施例。例如，可以用在两到三个光路径之间共享或复用的单个空间光调制器30构筑成简化系统，例如图1b所示。按照这种配置，正如成像技术中公知的方式，光源20利用电动机18驱动的滤光轮28依次提供红、绿、蓝色照明光束。用来每次引导一种颜色光束的其他方法例如是包括采用独立的LED。均衡光学器件22使照明光束均质化，并向一个偏振装置例如是偏振分束器24提供一个均匀场。然后将为了调制而适当偏振的光提供给一个空间光调制器30，用对应着所提供的照明光束颜色的图像数据调制照明光束。对于这种方法，图像数据的顺序对应着照明光束中颜色的顺序。然后用透镜38引导调制的彩色图像用于打印或是在面36上投影显示。空间光调制器30相对于透镜38和其他成像光学器件被定位在成像面P上。

采用成像领域中公知的技术可以对图1a和1b的配置可以作出各种各样的修改。例如可以用一或多个透射LCD替代图中表示为空间光调制器30，30r，30g和30b的反射LCD。

参见图2，图中表示由空间光调制器30提供的一种理想图像象素阵列130的结构。象素阵列130包括按二维矩阵布置的单独象素72，如图所示具有等间距的行和列。图2中象素阵列130的理想画面是假定没有有缺陷的象素72。在这种理想情况下没有必要采用本发明的方法，然而，由于制作缺陷，预期有少量百分比的象素72会粘连，脱节，或是不能在状态之间正常切换，或者是不能响应图像逻辑控制信号。象素到象素距离D是固有空间光调制器分辨率的一个因数，它是从一个象素72的中心到相邻象素72的中心测得的距离。

参见图3，图中表示目前用来补偿象素72的低填充因数并且被推荐作为补偿有缺陷象素72的一种方法的常规抖动图形。空间光调制器30(图1a和1b)或是调制光的光学路径中的一些其他部件的抖动运动有效地使象素72从原始成像位置78a移动到第二成像位置78b，然后到第三成像位置78c，再到第四位置78d。如果空间光调制器30具有完善的象素72，这种重复图形就能有效地改善象素填充因数，以便缩小象素之间的空间，并提高装置的分辨率，如图4a中的抖动象素阵列130所示。然而，如果象素存在某种类型的缺陷，使用抖动图形实际上有可能使图像恶化。

参见图4b，图中表示象素阵列130的抖动会增强有缺陷象素72x的作用。按照最坏的可能性，有缺陷象素72x会完全粘连或完全脱节。如果由此造成一个亮点，采用常规的抖动着重亮度。同样，暗点也会扩大。参见图3，这种负面作用随着成像位置78a，78b，78c，78d以及抖动过程中出现的各方位的任何附加位置的数量而增大。因此，如果空间光调制器30有有缺陷的象素72x，常规的抖动例如是采用图3的图形是有害的。另外，如果两个有缺陷的象素72x相邻或是仅相隔一两个其他象素72，采用常规的抖动会导致图像有更加严重的恶化。其他抖动方法例如是采用对角线图形能限制表面36上受有缺陷象素72x影响的面积，这样能减少有缺陷象素72x的危害，但是作用有限。

按照上文及参照图3所述的现有技术抖动方法的特征在于按照象素到象素距离小幅度移动空间光调制器30，若有一或多个象素点有缺陷，就会产生不好的结果。与常规的抖动不同，本发明的方法是按照象素到象素距离的整倍数平移图像，有效地“解决问题”，单个有缺陷象素72x可以多次曝光，但是每次曝光时相对于成像面36占据不同位置，影响最终图像的不同位置。参见图5a和5b，图中用透视图表示了本发明方法的工作方式。在图5a中，驱动器40位于空间光调制器30的边缘。由空间光调制器30调制的光被系统光学器件(参见图1a和1b，但在图3中为简化而省略了)引向表面36在上面形成一个图像50。空间光调制器30提供构成图像50的导通象素72a和关断象素72b的图形。然而，在这一第一位置上曝光时，有缺陷的象素72x在成像有缺陷的象素74处提供不良的结果，空间光调制器30对准在位置A。

参见图5b，图中表示图像如何发生平移，并且可用来解释平移与抖动的区别。驱动器40在一个有利方向上将空间光调制器30平移一个距离nD，它是象素到象素距离的整数倍(n)。这样，有缺陷象素72x在表面36上相对于图像50的相对位置也会偏移。然后将空间光调制器上形成的图像平移(n)个象素，使不同的导通和关断象素72a和72b对图像上相应的象素位置成像。这样就能减少有缺陷象素72x对图像50的危害。与使用有缺陷象素72x在各个曝光位置会加重对图像影响的常规抖动方式不同，本发明提供了一种方法，能够减少有缺陷象素72x在各个曝光位置上的影响。按照图5a和5b所示的象素平移顺序，特别需要强调的是(1)用同一图像数据在空间光调制器30的各个位置形成空间光调制器30上的图像，(2)图像本身按象素到象素距离的整倍数平移。这种平移方式与常规的抖动不同，(1)后者在空间光调制器30的各个位置上使用不同的图像数据来提高分辨率和防止图像模糊；并且(2)相对象素位置按象素到象素距离的分数平移。

应该注意到，图5a和5b所示的空间光调制器30仅仅是为了说明象素72a，72b位置在空间光调制器30上的相对位置和象素72a’，72b’在图像50上的位置，为了简化没有表示中间光学部件。对于透射LCD的空间光调制器30光源(图1a和1b中的光源20，20r，20g或20b)会引导光通过空间光调制器30形成图像50。反之，对于反射LCD或DMD的空间光调制器30，光源会反射来自空间光调制器30表面的光，显示的象素是对面的图像50，从图5a和5b的后面看不到。

为了进一步优化，本发明按以下组合来提供进一步改进：

(1)图像平移或是图像按nD也就是按象素到象素距离(D)的整数倍(n)的平移运动；连同

(2)抖动或是图像象素72按一定分数增量fD重新定位，也就是按象素到象素距离(D)的分数(f)，连同修改一或多个象素72的图像数据。

例如可以采用一个3.5×3.5抖动图形，首先在一个方向上将空间光调制器30平移三个整象素，然后在同一方向上抖动0.5象素，相应地改变图像数据。随着这种运动在这一位置上提供的图像能具有抖动的益处并能减少成像缺陷。在第二垂直方向上再移动3.5象素，然后随着成像在其它方向上移动，得到的结果具有抖动中提高分辨率和改善象素填充因数的双重益处，象素平移的益处还有能明显减少有缺陷象素72x的负面影响。还能明显减少抖动使象素完全粘连或完全脱节的负面影响。

将图4b的例子与图6相比较就能清楚地看出本发明方法的相对益处。两个例子都是在空间光调制器30上有两个有缺陷象素72x。图4b中产生的象素矩阵130显示出常规抖动技术的缺点。而图6的象素矩阵130表示平移和抖动组合时的情况。与图4b中所示能够明显识别出各个有缺陷象素72x位置的图像不同，图6中所示图像只有一个不明显的有缺陷象素72x位置。

必须注意到本发明的平移技术如图6所示会稍微缩小图像面积I。围绕图像面积I的边界面积52需要遮挡，例如是采用成像光学系统中的窗口。不能用的实际边界面积52取决于平移距离，通常是沿着图像面积I各边沿有几个象素。

在用于全色成像时，可以共用一个空间光调制器30依次按第一波长的光成像，再按第二波长的光成像，还可能有第三波长和其它波长，与上文参照图1a和1b所述一样。例如是在典型的全色打印设备中，为红、绿、蓝色平面提供单独曝光。在这种情况下，对各色平面按不同距离平移空间光调制器30是有益的。例如，在为红色平面成像时，在一个平移方向上按六个象素移动空间光调制器30。在为绿色平面成像时，在一个平移方向上按四个象素移动空间光调制器30。在为蓝色平面成像时，在一个平移方向上按三个象素移动空间光调制器30。采用这种图形就能减少有缺陷象素72x，使成像缺陷在不同色平面上分布不同。还可以采用抖动来辅助平移步骤提高分辨率和改善填充因数。

尽管最佳实施例采用的是LCD，采用其它类型面空间光调制器的装置例如是DMD也可以采用相同方法。空间光调制器30能在成像平面内任何适当方向上偏移。驱动器40可以是任意一种驱动器，例如是压电或电磁驱动器，并且按照机械领域的常识通常要与提供反作用力的某种部件配合。

这就是发明为成像装置提供的一种补偿象素缺陷的方法。

Claims (7)

1.在成像面上形成图像的一种成像装置中，对具有象素到象素距离的一个面空间光调制器进行调制，用来补偿调制器象素点响应缺陷的一种改进的方法包括以下步骤：

(a)用空间光调制器在一个图像形成面内的第一位置上形成第一图像，并且朝所述成像面投射第一图像；

(b)跨一个位移距离平移空间光调制器到达所述图像形成面内的第二位置，该位移距离是所述象素到象素距离的n倍数，其中n是大于或等于2的整数；

(c)在所述第二位置上用空间光调制器形成第二图像，并且朝所述成像面投射所述第二图像；以及

其中所述第二图像与所述第一图像完全相同，相当于按所述位移距离平移象素，使得所述第二图像相对于成像面与所述第一图像重叠。

2.按照权利要求1用来补偿调制器象素点响应缺陷的方法，其特征在于形成第一图像的步骤包括调制一个LCD空间光调制器的步骤。

3.按照权利要求1用来补偿调制器象素点响应缺陷的方法，其特征在于形成第一图像的步骤包括调制一个DMD空间光调制器的步骤。

4.按照权利要求1用来补偿调制器象素点响应缺陷的方法，其特征在于跨一个位移距离平移空间光调制器的步骤包括驱动一个压电驱动器的步骤。

5.按照权利要求1用来补偿调制器象素点响应缺陷的方法，其特征在于跨一个位移距离平移空间光调制器的步骤包括驱动一个电磁驱动器的步骤。

6.按照权利要求1用来补偿调制器象素点响应缺陷的方法，其特征是对第一色，第二色和附加色重复在所述第一位置上形成所述第一图像的步骤，将空间光调制器平移到所述第二位置的步骤，以及在所述第二位置上形成所述第二图像的步骤。

7.按照权利要求6用来补偿调制器象素点响应缺陷的方法，其特征在于对所述第一色的所述整数n不等于对所述第二色的所述整数n，也就是对所述第一色的所述位移距离不同于对所述第二色的所述位移距离。

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