DE19519418A1

DE19519418A1 - Drucker zum Empfangen und Drucken von Bildern mit niedriger Auflösung und zum Verarbeiten des Bildsignals mit hoher Auflösung

Info

Publication number: DE19519418A1
Application number: DE1995119418
Authority: DE
Inventors: Keith Aaron Hadley
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1994-06-07
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1995-12-14
Also published as: GB2290190A; GB9511307D0; JPH07329342A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf den Druck von Bil dern mit hoher Druckgeschwindigkeit, wobei ein elektroni sches Bildsignal mittels mehrerer Kompensationsalgorithmen verarbeitet wird.

Bereits bekannt ist die Verarbeitung elektronischer Bild signale über in mehreren Schritten ablaufende Kompensations algorithmen. Beim Thermodruck schließen diese Algorithmen die Kalibrierung der Daten ein sowie die thermische Kompen sation, die Korrektur des Druckkopfes, die Störkompensation, die mehrstufige Halbtonrasterung und sonstige Schritte. Bei 8-Bit-Drucksystemen ist es schwierig, mit der zur Vermeidung von Quantisierungs- und Kontureffekten erforderlichen Auf lösung eine Kompensation bereitzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bildverarbeitung in einem Drucksystem mit niedriger Auflösung über mehrere Kompensati onsschritte bereitzustellen, wobei Quantisierungs- und Kontureffekte vermieden werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bildver arbeitung in einem Drucksystem mit niedriger Auflösung über mehrere Kompensationsschritte bereit zustellen, wobei Quanti sierungs- und Kontureffekte vermieden werden, indem während des Kompensationsverfahrens die Bilddatenauflösung erhöht wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bildver arbeitung in einem Drucksystem mit niedriger Auflösung über mehrere Kompensationsschritte bereitzustellen, wobei Quanti sierungs- und Kontureffekte vermieden werden, indem während des Kompensationsverfahrens die Bilddatenauflösung erhöht wird und indem die Bilddaten nach der Kompensation erneut auf eine Auflösung quantisiert werden, die zur Einhaltung der Druckgeschwindigkeit erforderlich ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzt der erste von mehreren Kompensationsalgorithmen die Bild daten in niedriger Auflösung (beispielsweise 8-Bit-Daten) in eine höhere Auflösung um (beispielsweise 14-Bit oder 16-Bit- Daten). Nach der Kompensation mit der höheren Auflösung werden die Bilddaten in eine niedrigere Auflösung umgesetzt, die zum Einhalten der Druckgeschwindigkeit notwendig ist. Die Umsetzung in die niedrigere Auflösung erfolgt unter Ver wendung einer mehrstufigen Halbton-Rasterungstechnik.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm einer Bildkette zur Ausführung einer Vielzahl von Kompensationsalgorithmen, um erfindungsgemäß ein Bild hoher Qualität unter Ver wendung eines Druckwerks mit niedriger Auflösung zu erzeugen; und

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm einer MÜF-Kompensation zur er findungsgemäßen Ausführung eines Verstärkungs effekts bezüglich der Daten.

Die Beschreibung behandelt insbesondere Elemente, die Be standteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind oder die direkt damit zusammenwirken. Selbstverständlich können nicht spezifische dargestellte oder beschriebene Elemente ver schiedene Formen haben, die dem Fachmann auf diesem Gebiet bereits bekannt sind. Die Erfindung wird in Zusammenhang mit einem Farbübertragungs-Thermodrucker mit Widerstandskopf be schrieben; die Erfindung kann jedoch selbstverständlich mit anderen Arten von Druckwerken verwendet werden.

Fig. 1 ist ein Ablaufdiagramm einer Bildkette zur Ausführung einer Vielzahl von Kompensationsalgorithmen, um ein Bild hoher Qualität unter Verwendung eines Thermodruckwerks mit Farbstoffübertragung zu erzeugen. Die Algorithmen sind er findungsgemäß so implementiert, daß Parameter geändert wer den können, um die Leistungscharakteristik der Bildkette zu optimieren für unterschiedliche Druckgeschwindigkeiten, für unterschiedliche Arten von Druckwerken, für verschiedene Arten von Stromversorgungen der Drucker, für ausgewählte Stufen der Bildqualität, für unterschiedliche Arten von Druckmedien usw.

In der Bildkette der dargestellten Ausführungsform gibt es mehrere unterschiedliche Kompensationsalgorithmen. Fach leuten auf diesem Gebiet sind auch andere als die in der beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Kompensations formen bekannt. Die dargestellten Algorithmen wurden zur Veranschaulichung wiedergegeben, und sie sind nicht als er forderlich und/oder als ausschließlich verwendbar anzusehen. Die dargestellten Kompensationsalgorithmen schließen die Datenkalibrierung sowie die thermische Kompensation, die Druckkopfkorrektur, die Störkompensation und die mehrstufige Halbtonrasterung ein.

Bei der Datenkalibrierung werden an ein Druckwerk gesandte digitale Pegel in skalierte Werte umgesetzt, die den zum Drucken der gewünschten Dichte erforderlichen Energiepegel darstellen. Eine Datenkalibriereinheit 10 empfängt Bild pixeldaten in niedriger Auflösung (beispielsweise 8-Bit- Daten), die den digitalen Pegel jedes einzelnen Pixels dar stellen. Die Datenkalibriereinheit 10 enthält vorzugsweise eine Suchtabelle, die die Pixeldaten in niedriger Auflösung als Index für eine Tabelle mit beispielsweise 256 Elementen verwendet, die aus Werten in hoher Auflösung (beispielsweise 14-Bit oder 16-Bit-Daten) besteht, die die skalierten Ener giepegel darstellen, die zum Druck der gewünschten und den digitalen Pegeln für jedes Pixel entsprechenden Dichten er forderlich sind. Die Verwendung von Werten mit hoher Auf lösung in der Suchtabelle (LUT) der Datenkalibriereinheit stellt sicher, daß es in der Tabelle keine sich wiederholen den Werte gibt, die zu Quantisierungseffekten (auch als Kon tureffekt bezeichnet) beim gedruckten Bild führen können. Für i = 1 bis w kann der Datenkalibrierungsalgorithmus wie folgt ausgedrückt werden:

output_i = LUT[input_i]

wobei i die Pixelzahl und w die Anzahl von Widerstandsheiz elementen auf dem Druckkopf ist.

Für jede Farbfläche (Gelb (Yellow), Magenta, Cyan und Schwarz (Black)) sowie für alle Arten von Empfangsmedien (reflektierend und lichtdurchlässig) sind eindeutige Daten kalibrierungstabellen bereitgestellt. Die Einstellungen von Gamma, Schwarzpegel und Kontrast durch den Endbenutzer können zur Minimierung der Quantisierung in der Datenkali brierungstabelle zusammengefaßt werden. Weiter kann auf die Werte in der Suchtabelle eine Skalierung angewandt werden, um eine eventuell in einer thermischen Kompensationseinheit 12 entsprechend der im folgenden wiedergegebenen Beschrei bung verwendete Modulationsübertragungsfunktions-Kompensa tion (MÜF-Kompensation) zu berücksichtigen.

Die thermische Kompensationseinheit 12 stellt die Energie pegel für die Widerstandsheizelemente so ein, daß die an jedem Widerstandsheizelement im Druckkopf vorhandene Rest wärme berücksichtigt wird. Der Algorithmus besteht bei spielsweise aus einer MÜF-Kompensation.

In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm einer MÜF-Kompensation zur Ausführung eines Verstärkungseffekts bezüglich der Daten dargestellt. Die Eingangsdaten sind die skalierten 14-Bit oder 16-Bit Energiepegelwerte von der Datenkalibrierungs einheit 10. Der Algorithmus führt eine Verstärkungsfunktion aus, wobei benachbarte Pixelwerte und Pixelwerte aus voran gegangenen Zeilen benutzt werden. Ein Wert, der auf dem Unterschied zwischen dem aktuellen Pixel und seinen beiden Nachbarpixeln sowie seinem Wert in der vorangegangenen Zeile beruht, wird zum Energiepegelwert summiert, um verstärkte Kanten zu erzeugen. Ein nicht dargestellter Puffer wird be nötigt, um die von der Datenkalibrierungseinheit 10 empfan genen 14-Bit bzw. 16-Bit-Werte aus der vorangegangenen Zeile aufzunehmen und um die Verstärkung ausführen zu können.

Für diesen Algorithmus sind zwei Parameter erforderlich: die vertikale MÜF-Einstellung und die horizontale MÜF-Einstel lung. Beide Parameter haben Werte zwischen null und eins. Der Ausgangswert wird vorzugsweise bei null festgehalten, um Negativwerte zu vermeiden. Für i = 1 bis w kann der MÜF-Kom pensationsalgorithmus wie folgt ausgedrückt werden:

output_i,j = input_i,j + [(input_i,j input_i,j-1) _* vert] + [(input_i,j - ((input_i-1,j + input_i+1,j)/2)) _* horiz]

wobei j die Zeilenzahl, i die Pixelzahl, w die Anzahl der Widerstandsheizelemente auf dem Druckkopf, vert der verti kale MÜF-Kompensationsfaktor (Seitenlänge) und horiz der horizontale MÜF-Kompensationsfaktor (Seitenbreite) ist.

In Fig. 1 stellt die Kopfkorrektureinheit 14 die Energie pegel für die Widerstandsheizelemente am Druckkopf so ein, daß die unterschiedlichen Wirkungsgrade der einzelnen Ele mente berücksichtigt werden. Die Eingangsdaten sind hierbei die 14-Bit oder 16-Bit-Werte von der thermischen Kompensati onseinheit 12. Eine Suchtabelle 16 für die Kopfkorrektur (Fig. 1) beaufschlagt jedes Pixel mit einem eindeutig zuge ordneten 8-Bit-Verstärkungsfaktor, der für die Position des Pixels auf dem Druckkopf spezifisch ist. Die Suchtabelle 16 wird verwendet, um diese Faktoren aufzunehmen. Für i = 1 bis w wird der Wert des 8-Bit-Verstärkungsfaktors (0 bis 255) wie folgt verwendet, um Verstärkungskorrekturen zwischen 0,5 und 1,5 zu ermöglichen:

output_i = [output_i _* (gain_factor_i + 128)]/256

wobei i die Pixelzahl, w die Anzahl der Pixel auf dem Druck kopf und gain_factor_i eine Suchtabelle mit Verstärkungs faktoren für die Kopfkorrektur ist. Die Daten werden auf 16 Bit rückskaliert (und dort festgehalten), nachdem die Ver stärkungsmultiplikation ausgeführt worden ist.

Eine Störkompensationseinheit 18 stellt die Energiepegel für die Widerstandsheizelemente ein, um Spannungsabfälle auf dem Druckkopf zu berücksichtigen, sowie auch Schwankungen der Leistungsregelung an der Stromversorgung des Druckkopfs. Die in Fig. 1 dargestellte Störkompensationseinheit 18 besteht aus einer Verstärkungskompensation. Die Verstärkungskompen sation korrigiert Schwankungen in der Leistungsregelung bei Spannungsabfällen am Druckkopf und der Stromversorgung. Die Eingangsdaten sind hierbei die 16-Bit-Werte von der Kopf korrektureinheit 14, die Energiepegel darstellen. Der Algo rithmus der Störkompensation besteht in der Beaufschlagung jedes einzelnen Pixels mit einem eindeutig zugeordneten 12-Bit-Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von dessen Impuls zählwert. Entsprechend der Vorgehensweise bei der Kopfkor rektur werden die Verstärkungsfaktoren vom Energiepegel (Impulszählung) aus einer Suchtabelle entnommen.

Die Verstärkungsfaktoren müssen für jede Zeile neuberechnet werden, da die Verstärkungsfaktoren sich nach der statisti schen Natur der Daten richten, die für die betreffende Zeile gedruckt werden. Ein Puffer wird benötigt, um die Eingangs daten während der Berechnung der Verstärkungsfaktoren aufzu nehmen. Der Berechnung der Verstärkungsfaktoren geht die Er stellung eines Histogramms voran.

Beim Empfang jeder einzelnen Zeile aus Bilddaten wird ein Histogramm der Frequenz der Impulszählwerte erzeugt, das auf den vom Kopfkorrekturalgorithmus empfangenen Eingangsdaten beruht. Die Eingangsdaten werden zur Histogrammerzeugung bis auf nur 32 Energiepegel skaliert, so daß das Histogramm als Array mit 32 Elementen aufgebaut sein kann, wobei jedes Array-Element einen 9-Bit-Frequenzwert enthält. Die vom Kopfkorrekturalgorithmus empfangenen Eingangsdaten werden in 16-Bit-Form in einem temporären Puffer gespeichert, um nach der erfolgten Berechnung der Verstärkungsfaktoren der Stör kompensation zur Verfügung zu stehen.

Der globale Verstärkungsfaktor für die Störkompensation wird ermittelt, indem die lokalen Histogramme sämtlicher 32 Ener giepegel so summiert werden, daß zu jedem Energiepegel der Energieladewert gefunden werden kann, und indem der Energie ladewert als Index für eine Wirkungsgradtabelle der Heiz elemente (entsprechend der im folgenden wiedergegebenen Beschreibung) verwendet wird, wobei die Wirkungsgradwerte der Heizelemente akkumuliert werden, um die Verstärkungs werte wie folgt zu ermitteln:

für k = 1 bis j:
gain_j = (1/j) × [Σ_kpulse_effect(pulse_load_k)]

wobei j der Impulszählwert (1 bis 32) und w die Anzahl der Pixel auf dem Druckkopf ist.

Der Wirkungsgrad ist ein Maß der Leistungsregelung der Stromversorgung für den Druckkopf. Sind sämtliche Pixel ein geschaltet, ist der Wirkungsgradwert 1,0. Ist nur ein ein zelnes Pixel aktiviert, wird der Wirkungsgradwert geringer sein als 1,0 und typischerweise 0,96 betragen, wobei dies auf ein Ansteigen der Ausgabespannung der Stromversorgung zurückzuführen ist. Das Ansteigen des Ausgangsspannungs pegels würde effektiv eine kürzere Impulsbreite erfordern; somit ist der Wirkungsgradwert des Impulses geringer als 1,0.

Eine Mehrbit-Rasterungseinheit 20 reduziert die Anzahl der Energiepegel, mit denen die Widerstandsheizelemente beauf schlagt werden, auf den Wert, der für die Anpassung an die Druckgeschwindigkeit erforderlich ist, so daß Quantisie rungseffekte auf dem gedruckten Bild (häufig als "Konturen bildung" bezeichnet) vermieden werden. Eingangsdaten sind hierbei die 28-Bit-Werte vom Störkompensationsalgorithmus.

Der Mehrbit-Halbtonrasterungsalgorithmus besteht darin, daß die Daten auf die jeweils geeignete Stufe skaliert werden, so daß zu den Daten vor einem abschließenden Skaliervorgang 8-Bit-Störungen addiert werden können, um die Daten an die jeweils zutreffende Anzahl von Modulationsstufen anzupassen.

Eine Modulationseinheit 22 setzt die Daten in eine Form um, die mit dem verwendeten Druckkopf kompatibel ist; beispiels weise in einen seriellen Bitstrom bei Druckköpfen mit seri ellem Dateneingang.

Die Erfindung wurde ausführlich mit besonderer Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es können je doch selbstverständlich innerhalb des Schutzumfangs der Er findung Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden.

Claims

1. Bilddrucker mit einem Druckwerk für den Betrieb bei niedriger Ausgabeauflösung und Eingangsmitteln zum Emp fang eines elektronischen Bildsignals in niedriger Ein gangsauflösung, dadurch gekennzeichnet, daß Kompensa tionsmittel (12, 14, 18, 20) vorgesehen sind, um das elektronische Bildsignal über einen Kompensationsalgo rithmus bei hoher Auflösung zu verarbeiten, die größer ist als die Eingangsauflösung und die ausreichend ist, um Quantisierungs- und Kontureffekte zu vermeiden; und daß Mittel (10) vorgesehen sind, um die Auflösung des empfangenen Bildsignals auf die hohe Bildauflösung her aufzusetzen und um das Bildsignal in hoher Auflösung in die Kompensationsmittel einzugeben; und daß Mittel (22) vorgesehen sind, um das verarbeitete Bildsignal nach der Kompensation in die Ausgangsauflösung zu quantisieren und um das Bildsignal in Ausgangsauflösung in das Druck werk einzugeben.

2. Bilddrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsmittel (12, 14, 18, 20) so eingerichtet sind, daß das elektronische Bildsignal über eine Viel zahl von Kompensationsschritten bei hoher Bildauflösung verarbeitet wird.

3. Bilddrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22) zur Quantisierung des verarbeiteten Bildsignals auf die Ausgangsauflösung Mehrbit-Halbton rasterungstechniken einschließen.

4. Bilddrucker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrbit-Halbtonrasterungstechniken die Hinzufügung von Störungen zum verarbeiteten Bildsignal mit anschlie ßender Abtrennung einschließen.

5. Bilddrucker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrbit-Halbtonrasterungstechniken eine Fehlerdiffu sion einschließen.

6. Bilddrucker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrbit-Halbtonrasterungstechniken ein Dithering- Verfahren einschließen.

7. Bilddrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckwerk ein Farbübertragungs-Thermodrucker mit Widerstandsköpfen ist.

8. Bilddrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Heraufsetzen der Auflösung des empfan genen Bildsignals eine Datenkalibrierungseinheit ein schließen, die eingerichtet ist für das Umsetzen von empfangenen Bildsignalpegeln in niedriger Auflösung in skalierte Werte mit hoher Auflösung, die den Energie pegel darstellen, der zum Drucken der gewünschten Dichte erforderlich sind.

9. Bilddrucker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenkalibrierungseinheit eine Suchtabelle enthält, die die empfangenen Bildsignale in niedriger Auflösung als Index für eine Mehrelementtabelle verwendet, die aus Werten in hoher Auflösung besteht, die skalierte Ener giepegel darstellen, die zum Drucken der gewünschten und dem Bildsignal entsprechenden Dichten erforderlich sind.

10. Bilddrucker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für unterschiedliche Farbflächen eindeutig zugeordnete Datenkalibrierungstabellen bereitgestellt sind.

11. Bilddrucker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für unterschiedliche Arten von Empfangsmedien eindeutig zugeordnete Datenkalibrierungs-Suchtabellen bereit gestellt sind.

12. Bilddrucker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Arten von Empfangsmedien reflektierende und lichtdurchlässige Medien einschließen.

13. Bilddrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckwerk ein Farbübertragungs-Thermodrucker mit Widerstandsköpfen mit einer Vielzahl von Widerstands heizelementen ist; und daß die Kompensationsmittel (12) zur Anpassung der Energiepegel an die Widerstandsheiz elemente so eingerichtet sind, daß die Restwärme an jedem einzelnen Widerstandsheizelement am Druckkopf berücksichtigt wird.

14. Bilddrucker nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Kompensationseinheit (12) Modulati onsübertragungsfunktions-Kompensationsmittel ein schließt, um einen Verstärkungseffekt an dem in die Kom pensationsmittel (12) eingegebenen Bildsignal in hoher Auflösung auszuführen.

15. Bilddrucker nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsübertragungsfunktion wie folgt defi niert ist: output_i,j = input_i,j + [(input_i,j - input_i,j-1) _* vert] + [(input_i,j ((input_i-1,j + input_i+1,j)/2)) _* horiz]mit i = 1 bis w, wobei j die Zeilenzahl, i die Pixel zahl, w die Anzahl der Druckelemente auf einem Druck kopf, vert ein vertikaler Modulationsübertragungsfunkti ons-Kompensationsfaktor (Seitenlänge) und horiz ein horizontaler Modulationsübertragungsfunktions-Kompen sationsfaktor (Seitenbreite) ist.

16. Bilddrucker nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckwerk einen Druckkopf mit einer Vielzahl von Elementen mit jeweils unterschiedlichen Wirkungsgraden enthält; und daß die Kompensationsmittel eine Kopf korrektureinheit (14) einschließen, die für die Anpas sung der Energiepegel an die Druckkopfelemente einge richtet ist, um die unterschiedlichen Wirkungsgrade der einzelnen Elemente zu berücksichtigen.

17. Bilddrucker nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfkorrekturmittel (14) eine Suchtabelle (16) einschließen, die für die Beaufschlagung jedes einzelnen Pixels mit einem eindeutig zugeordneten Verstärkungs faktor eingerichtet ist.

18. Bilddrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckwerk ein Farbübertragungs-Thermodrucker mit Widerstandsköpfen mit einer Vielzahl von Widerstands heizelementen ist; und daß die Kompensationsmittel eine Störkompensationseinheit (18) einschließen, die für die Anpassung der Energiepegel an die Widerstandsheizele mente eingerichtet ist, um Spannungsabfälle am Druckkopf zu berücksichtigen.

19. Bilddrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckwerk ein Farbübertragungs-Thermodrucker mit Widerstandsköpfen mit einer Stromversorgung und mit einer Vielzahl von Widerstandsheizelementen ist; und daß die Kompensationsmittel eine Störkompensationseinheit (18) einschließen, die für die Anpassung der Energie pegel an die Widerstandsheizelemente eingerichtet ist, um Schwankungen der Leistungsregelung an der Stromver sorgung zu berücksichtigen.