CN1926506B - 用于编码图案的按需打印的方法、布置和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种技术，该技术使得能够实现高精度代码符号的再现，它包括具有相对于参考点的给定位置的记号，该技术使用相对低分辨率的打印装置，该打印装置被布置成把标记材料中的点施加到衬底上的分辨率格栅中。分辨率格栅由打印装置的点分辨率限定并且构成为点接收单元的二维阵列。为了使得能够进行再现，打印装置设置有表示代码符号的数据。进一步，基于这些数据，控制打印装置，以使得打印装置通过把代码符号的参考点布置在点接收单元之一内部以及通过把标记材料中的至少一点放置在衬底上来再现代码符号。

Description

用于编码图案的按需打印的方法、布置和设备

对相关申请的相互参考

本申请要求于2004年2月13日申请的瑞典专利申请No.0400322-4和美国临时专利申请No.60/544,238的优先权，在此将该两个申请引入作为参考。

技术领域

本发明一般涉及数字打印机上的编码图案的打印。

背景技术

已知使用编码图案把某种类型的信息嵌入诸如纸张页、写字板或等价物的无源基底中。接着，适当编程的扫描仪、传真机、照相机或数字笔就可以读取、重建和使用本地嵌入到基底中的信息。例如，可以为基底上的人类可读的图形信息补充嵌入的用于扩展基底功能的机器可读信息。这种嵌入信息可以包括用于图形信息、命令、补充文本或图像、超链接、绝对位置等的全部或部分重建的文件数据。

编码图案一般创建在某种形式的机器可读代码符号周围，这些代码符号在基底上规律地隔开。US 5,221,833；US5,477,012；US6,570,104；US6,663,008；US2002/0021284；和US6,330,976中给出了这种编码图案的例子。

在许多情况下，可以例如使用偏置打印在图形工业中大规模地且高精度地产生带有编码图案的基底。然而，有些场合需要相对小规模地创建带有编码图案的基底。这可以使用连接到例如喷墨或激光数字打印机的个人计算机来执行。然而，在数字打印机上对编码基底的这种按需产生一般导致质量差的编码图案，除非数字打印机的分辨率至少与编码图案的携带信息的细节中可允许容差的空间频率大小相同。目前，普通用户或诸如打印商店、打印代理和打印中心等专业用户还不能获得这样高分辨率的打印机。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种解决上述问题的打印技术。

现在，通过分别根据独立权利要求1、12和13的一种方法、一种布置和一种装置，全部或部分地达到根据下列描述变得清楚的这些和其它目的。在从属权利要求中限定了其他实施例。

附图说明

现在参考附图通过举例的方式描述本发明，这些附图示意性地说明当前优选的实施例。

图1为现有技术编码图案的放大图。

图2A为实施根据本发明的再现方法的布置的示意性视图。

图2B为带有信息层和编码层的基底的示意性视图。

图3为根据本发明的再现方法的流程图。

图4A为标称编码图案的分辨率格栅和代码符号区域的放大图。

图4B为图4A在重新缩放、布置参考点和应用分辨率格栅中的点之后的视图。

图4C为对应于图4B的视图，但是用于分辨率为图4B中的两倍的打印机。

图5为说明把信息层调整为重新缩放的编码层的步骤。

图6为图2A所示的打印机中电子电路部分的示意性框图。

具体实施方式

图1说明绝对位置编码图案的一部分，它将用作本发明的示例。本申请人在美国专利No.6,663,008中详细说明了位置编码图案，在此引入该内容作为参考。主要地，图1的编码图案由简单的图形符号构成，它可以呈现四种不同的值，从而能够编码2比特信息。各符号由记号10和空间参考点或标称位置12组成，记号10的中心沿着四个不同方向之一从参考点12移动或偏置一段距离。每个符号的值由移位的方向给出。符号根据标称位置12布置，形成给定格栅间距的规律的光栅或格栅14，如附图标记16所示。参考点和/或格栅可以是虚拟的，即对于任何解码装置都不可见，从而不显式地包含在编码图案中。

在一个示例性实施例中，编码图案的标称格栅间距为300μm，标称偏置距离为50μm，记号半径的范围约为30～60μm。在这样一个实施例中，标称值的允许偏差可以约为±5～10μm，它对应的空间频率约为2,500～5,000dpi。

每个绝对位置通过编码窗中的一组符号，例如包含6×6个相邻符号，的集合值按二维进行编码。进一步，编码是“浮动的”，其意思在于：相邻的位置通过移位了一个格栅间距的编码窗进行编码。换句话说，每个符号在若干位置的编码中做出贡献。

图1的编码图案也可以用来对位置和其它数据编码，或者仅仅对除了位置以外的数据进行编码，如申请人在美国专利公开No.2001/0038349中披露的。

用于打印这种高精度编码图案的布置如图2A所示。该布置包括计算机20和打印机21。打印机21可以通信地连接到计算机20，以便页描述文件22可以从计算机20传送到打印机21。

计算机20访问编码图案的数字表示，该编码图案将被作为机器可读编码层而被施加到例如纸张页的基底上。计算机系统也可以访问图形数据的数字表示，该图形数据将被打印成相同基底上的人类可读信息层。图形数据可以包括文本、绘图、划线、图像等，典型地用于指导或通知编码基底的用户。图2B说明这种编码层25和信息层26的组合，编码层和信息层仅为了说明目的而分开。图2B也包括编码图案27的放大视图。如下文将进一步描述的，计算机20能够产生编码层25以及当信息层26存在时信息层26的页描述代码。下列例子假设页描述代码是基于文本的并且按被广泛采用的PostScript(商标)编程语言编写，但是当然也能想出其它类型的格式和编程语言，例如PCL(打印机控制语言)。

打印机21接收文件22，读取其中的页描述代码并把它转换成适当的打印指令。大多数商用打印机都具有这样的能力。打印机的工作原理可以基于把标记材料应用到衬底从而产生单色或多色打印输出的任何技术，包括但不局限于喷墨、激光、热升华、固体墨、热蜡、热感自动彩色和点阵打印技术。

打印机具有额定的分辨率或者全点分辨率，典型地以“点每英寸(dpi)”给出，这是纯黑白图像打印输出中可以获得的最高分辨率。经常地，打印机支持更低分辨率、次分辨率的选择，例如为了提高打印速度。

打印机的分辨率可以表示成非重叠点单元的二维格栅。在额定分辨率时，每一个这样的点单元都可以由单点填充。在次分辨率时，每一个点单元都可以由多点填充。在概念上，点单元具有矩形形状，由点单元的边分别限定相应的点单元的尺寸。然而，实际上，点不是矩形的。点的大小和形状取决于打印技术。例如，相邻点单元中的点可以例如由于点增益而在一定程度上重叠。一些打印机甚至能够控制填充点单元的单点的大小。

PostScript编程语言提供操作符，它们控制所谓的“当前页”上诸如文本、几何图和采样图像的对象的产生和/或放置。当完成当前页时，可以命令打印机光栅化当前页并打印所得图像。当前页上的位置由施加在当前页上用户坐标系中的xy坐标对限定。默认情况下，用户坐标系的原点在当前页的左下角。因此，原点与分辨率格栅左下点单元的左下角一致。

把对象放置在当前页的插入位置之后，取决于具体实现，插入位置可以自动前进到跟随在相同垂直线(y坐标)或相同水平线(x坐标)上的对象之后的下一个点单元。

已发现，使用PostScript编程语言来描述和命令上述编码图案的打印输出可能导致代码符号中相对大的个体差异，特别是在记号的形状和/或记号相对于参考点的位置方面。

通过设计PostScript代码以便把每个代码符号的参考点从一个点单元的一个角落移位到一个点单元的内部，基本上克服了这个问题，如参考下列示例性实施例将更详细描述的那样。

图3为用于产生体现了本发明原理的页描述代码的方法的流程图。该方法可以通过计算机20的处理器实现。

在步骤301中，从与计算机20相关联的存储器中适当地检索编码层的数字表示。因此存储器可以位于计算机20的内部或外部。编码层的数字表示可以以预先产生的格式提供给计算机20，或者由计算机20按需产生。例如，数字表示可以包括上述符号值或其导出物(derivative)，保持这些符号的相互空间顺序。类似地，步骤301可以包括要被打印的信息层的数字表示的检索。

在步骤302中，检索打印机的当前分辨率值。该分辨率值可以指示打印机的全分辨率或者由计算机用户选择的任意次分辨率。

在步骤303中，检索编码图案的参数值。对于图1中的图案，这些参数包括记号偏移、记号大小和格栅间距。

在步骤304中，计算缩放因子以把格栅间距适应性修改成分辨率格栅。更具体地，缩放因子使格栅间距等于整数个点单元的集合点单元尺寸，与标称格栅间距的偏差最小。缩放因子可以在垂直(y)和水平(x)方向之间不同。已发现这种重新缩放尤其抑制莫尔(moiré)条纹效应，从而提高被打印编码图案中的一致性。

在图4A中，上述编码图案的代码符号区域40覆盖在600dpi打印机的分辨率格栅42上。代码符号区域40被设计为各保持一个代码符号并且以非重叠方式平铺以形成编码图案。因此，区域40的边长等于标称的格栅间距。代码符号区域40和分辨率格栅42在图上可视仅仅是为了说明代码符号区域(尺寸300μm×300μm)和点单元(尺寸42.3μm×42.3μm)之间存在不匹配。该不匹配可以通过标称格栅间距(300μm)乘以0.98778的缩放因子α来修正，得到实际的格栅间距为296μm。

在步骤305中，基于步骤302中检索到的分辨率值计算参考点的移位值。例如，移位值可以表示向上移位点单元尺寸的一半和向右移位点单元尺寸的一半。

图4B说明在命令打印机产生代码符号时移位值的使用。为了说明的目的，参考点46在图上被可视化，尽管它在被打印的基底上并不需要可视。如图4B所示，参考点不是默认地放置在相关点单元的左下角，而是移位到(移位了21.15μm)点单元的实际中心点。然后打印机根据页描述代码的指示在离这样移位后的参考点49.39μm(α×50μm)的偏置距离处产生一个半径为29.63μm(α×30μm)的圆形记号。打印机通过离设定偏置尽可能近地填充一个点单元来形成代码符号，产生一个点单元的实际偏置(42.3μm)。如上文所述，被打印记号的实际外观和大小将取决于打印技术。

图4C与图4B相对应，但是图4C说明1200dpi打印机的分辨率格栅。对于每个代码符号，打印机可以为每个记号填充九个点单元。所得的记号偏置将是两个点单元(42.3μm)。

已经验证，使参考点离开点单元的边缘会导致所得记号的形状和记号中心相对于参考点位置的稳定性明显提高。目前，相信通过使参考点基本上与某点单元中心相一致可以获得最优结果。

现在回到图3，根据图4B-4C中说明的原理，页描述代码在步骤306中产生，以命令打印机在合适的位置产生合适的代码符号。因此，页描述代码基于编码图案的数字表示、检索到的编码图案的参数值、缩放因子和移位值而产生。通过在代码符号区域内移位参考点的位置，移位值可以并入到每个代码符号的定义中，或者作为用户坐标系的整体移位/平移。

页描述代码可以根据本领域技术人员已知的现有技术实现。例如，编码层的页描述代码可以作为一组函数/程序调用产生，每个代码符号使用一个调用。作为替换方案，编码层的页描述可以作为一组字符产生，每个字符表示唯一的一组给定空间布置的代码符号，如申请人在国际专利公开WO 2004/104818中公开的，在这里引入该文献作为参考。存在这种可能性，即，每个这种字符可以与发送到或者预先保存在打印机中的字体定义相关联。更进一步，编码层的页描述代码可以基于图像定义而产生，该图像定义反映编码图案的一个或更多基本数字序列，如申请人在国际专利公开WO 2005/001754中公开的，在这里引入该文献作为参考。

在步骤307中，为信息层产生一个页描述代码。该步骤仍可以根据本领域技术人员公知的现有技术实现。

这样产生的页描述代码可以包括适当地通过上述缩放因子(在步骤305中推导得到)重新缩放信息层的指令。然而，信息层可以源于一个不允许这种重新缩放的文件格式，例如设计成保留文档图形外观的PDF(可移植文档格式)。显然，如果编码和信息层中的一个改变了尺寸而另一个没有改变尺寸，则编码和信息层之间会有不匹配。如果在被打印基底上操作的读取装置使预定函数与由编码层编码的位置组相关联，并且如果这些组在信息层中用图形表示，则该不匹配可能引起问题。

图5说明重新缩放的编码层50和原始的信息层52之间的这种不匹配。在该例子中，信息层限定功能框54，它用来与专用于启动读取设备中的发送函数的位置编码区域56相匹配。显然，即使读取装置位于功能框外部，也可以启动发送函数，反之亦然。

解决这种不匹配的一种方法是平移整个编码层从而重新对齐功能框54和相关区域56，如图5的右边部分所示。在该处理中，功能框54的特征基本上与区域56的相应特征对齐。这样的特征可以是角落点或中心点。如果信息层包含多个功能框，可以计算这种平移从而使所有这种框中的不匹配最小化，也可能考虑各框的大小。在任何情况下，这样的平移应该保持代码符号参考点和分辨率格栅点单元之间的相对位置(由移位值给定)之间的关系。

作为附加的测量，可以通过将代码符号添加到另外的非编码周边50’中(图5中标有交叉影线的部分)，而将编码层扩展为使得与信息层完全匹配。如果编码图案设计成按一维或二维对位置进行编码，则被添加的代码符号可以对与初始包含的位置相邻接的位置进行编码。

在步骤307之后，编码层的页描述代码和信息层的页描述代码可以在最终的页描述文件中结合。

应该注意到，尽管移位值的计算需要知道打印机的分辨率，步骤301-305可以以任意顺序实现。类似地，步骤306和307的顺序可以颠倒。进一步，可以修改这些步骤。例如，重新缩放步骤可以对格栅间距操作，而记号大小和/或记号偏置保持不受影响。在一些实施例中，可以省略重新缩放步骤。进一步，移位值例如可以从定义文件中检索，而不是基于打印机的分辨率计算。实际上，基于打印机的分辨率，所有步骤303-305可以代替例如从定义文件中推导得到用于页描述代码的头数据的步骤。很明显，在没有任何信息层时可以省略步骤307。

上述页描述代码的产生可以在计算机20(图2A)中在计算机程序的控制下执行，该程序可以收录在记录媒质上，保存在计算机存储器中，收录在只读存储器中或承载在电载波信号上。

在另一个实施例中，打印机的工作不需要受页描述文件中的编程指令控制。取而代之的是，打印机具有专用的图案产生模块，它通过软件和/或硬件实现以便产生编码图案。一旦接收到对编码图案打印输出的请求，该模块就可以检索编码图案的数字表示，也可以检索打印机分辨率、编码图案的参数值、以及移位值。该模块也可以实现编码图案的重新缩放。最后，该模块产生基于数字表示的可移植图像。对打印输出的请求可以包括数字表示，例如以上述符号值为形式。作为替换方案，如申请人在美国公开No.2002/0159089中描述的，请求可以只包括指示要在基底上编码的绝对位置的边界的信息，基于该信息，模块能够推导得到相关的数字表示。

为了完整起见，图6说明可以用来打印根据本发明的编码图案的常规数字打印机的一些主要元件。这种数字打印机可以包括主处理器60(例如CPU、微处理器)、工作存储器61(例如RAM)、保存存储器62(例如ROM、PROM、EEPROM、闪存)、光栅图像处理器(RIP)63、打印引擎控制器64以及通过总线结构66互连的通信接口65(例如USB、Firewire、IrDA、蓝牙、以太网、并行端口、调制解调器)。保存存储器62保存用于主处理器60和RIP 63的软件，以及包括任意常驻字体的配置数据。当主处理器60经由通信接口65接收页描述文件时，它操作RIP 63以把页描述代码转化成光栅化的图像，其保存在工作存储器61中。可选地，页描述文件可以被处理成在两个单独的图像中产生编码层和信息层。然后操作打印引擎控制器64从工作存储器61中检索光栅化的图像，并且控制打印引擎67产生光栅化图像的硬拷贝。进一步，打印机可以设置有上述图案产生单元，其作为连接到总线结构66的硬件单元、保存在保存存储器62中的软件单元、或者其结合来实现。

存在许多可能使其与本发明一致的变更。前述描述为了说明和描述目的而呈现。它不是无遗漏的，并且不把本发明限制在所公开的精确形式内。根据上述讲授，各种修改和变更是可能的，或者各种修改和变更可以从本发明的实践中获得。

例如，可以实现本发明的原理以使用分辨率相对低的打印设备来改善高精确度编码图案的按需打印。在US 5,221,833；US 5,245,165；US 5,449,896；US 5,862,255；US 6,000,613；US 6,330,976；US6,622,923；DE 10118304；US 2002/0021284；US 2002/0033820；US2003/0066896；US 2003/0085270；和US 2004/0086181中可以找到这种编码图案的进一步例子。

进一步，可以使用单次或多次传递，并且使用单个或多个点层，把点施加到分辨率格栅中。

更进一步，本发明的解决方案等同地适用于在水平和垂直方向(x和y方向)具有不同分辨率的打印机。

这里所使用的术语“数字打印机”用于指示所有种类的数字再现设备，包括但不局限于绘图仪、台式打印机、办公室打印机、生产用压印机、印刷机和复印机。

通过本发明方法产生的基底可以用于信息管理系统，其中手持式装置通过读取在被打印基底上的编码的偏置位置而在该被打印基底上跟踪其运动，并使所得到的位置相关数据与接收站中的应用程序通信。在该系统中，每个被打印的基底至少具有一个专用的应用程序，它把特定的处理指令与被打印基底上的一个或更多数据输入区域相关联。基底的打印导致分配数据的产生，该分配数据使信息层中的图形与编码层中的位置相关联。由把位置相关数据从手持式装置引导到正确应用程序的系统元件使用该分配数据。也可以由应用程序使用分配数据，以便使接收到的位置相关数据与数据输入区域进行正确的关联。申请人在国际专利公开WO 2004/038651中公开了这样的信息管理系统，在此引入该文献作为参考。

如果本发明并入到这样的信息管理系统中，可在系统中例如作为分配数据的一部分获得打印输出修正数据，以允许应用程序正确地将位置相关数据与数据输入区域相关联。这样的打印输出修正数据可以表示缩放因子和/或编码层的任何平移。然而，如果平移基于常规执行，即根据系统中已知的默认规则执行，则平移数据可以省略。

Claims (16)

1.一种在衬底上再现代码符号的方法，所述代码符号包括相对于所述代码符号的参考点具有给定位置的记号，所述方法包括：

对打印装置提供表示所述代码符号的数据，所述打印装置配置成把标记材料的点施加在衬底上的分辨率格栅中，所述的分辨率格栅由打印装置的点分辨率限定，并包括点接收单元的二维阵列；和

基于所述数据控制打印装置，以便使打印装置通过把所述代码符号的参考点布置在所述点接收单元之一内部以及通过把标记材料的至少一点施加到衬底上来再现所述代码符号。

2.如权利要求1所述的方法，其中参考点布置在点接收单元的几何中心。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述控制打印装置的步骤进一步包括将所述至少一点施加到相对于参考点的所述给定位置处。

4.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述记号从所述参考点平行于所述分辨率格栅的格栅线偏置。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述给定位置定义为所述记号的几何中心相对于参考点的位移。

6.如权利要求1所述的方法，其中点分辨率为打印装置的额定全点分辨率。

7.如权利要求1所述的方法，其中打印装置为数字打印机。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述对打印装置提供表示所述代码符号的数据的步骤进一步包括产生所述数据作为页描述代码，以及所述控制打印装置的步骤进一步包括控制数字打印机把页描述代码转换成可打印的图像。

9.如权利要求1所述的方法，其中打印装置为数字打印机的打印引擎。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述控制打印装置的步骤进一步包括控制打印装置在衬底上再现附加代码符号，所述至少一个附加代码符号的参考点与所述代码符号的参考点之间的间距被控制成与整数个所述点接收单元相匹配。

11.如权利要求1所述的方法，通过该方法得到要在所述衬底上再现的编码层，所述编码层包括多个代码符号，每个代码符号的参考点被布置在所述点接收单元之一内，所述方法进一步包括：

将表示人类可读信息层的其他数据提供给打印装置；和

基于所述数据和所述其他数据，控制打印装置，以便在信息层中与编码层中的相对应的特征之间具有空间匹配的情况下再现编码层和信息层。

12.一种用于在衬底上再现代码符号的装置，所述代码符号包括相对于所述代码符号的参考点具有给定位置的记号，所述装置包括：

用于向打印装置提供表示所述代码符号的数据的装置，所述打印装置配置成把标记材料的点施加在衬底上的分辨率格栅中，所述分辨率格栅由打印装置的点分辨率限定，并包括点接收单元的二维阵列；以及

用于基于所述数据控制打印装置的装置，以便使打印装置通过把所述代码符号的参考点布置在所述点接收单元之一内部以及通过把标记材料的至少一点施加到衬底上来再现所述代码符号。

13.一种用于在衬底上再现一组代码符号的设备，每个代码符号包括相对于所述代码符号的参考点具有给定位置的记号，所述设备包括：

第一输入，用于获得所述一组代码符号的数字表示；

第二输入，用于获得与打印装置的点分辨率相关的数据，所述点分辨率定义点接收单元相对于衬底的二维阵列；和；

指令生成器，它产生打印指令以便基于所述数字表示和分辨率数据来控制打印装置，从而使得打印装置通过把每个代码符号的参考点布置在所述点接收单元之一的内部以及通过把标记材料的至少一点施加到衬底上来再现所述一组代码符号。

14.如权利要求13所述的设备，其中打印装置为数字打印机。

15.如权利要求14所述的设备，其中所述指令生成器产生所述指令作为页描述代码，该页描述代码被打印机转换成可打印图像。

16.如权利要求14所述的设备，该设备包括在所述打印机中。

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