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Die
Erfindung betrifft den Bereich des digitalen Druckens und insbesondere
ein Verfahren zum Ausgleichen einer Tintentropfenvolumenabweichung in
einem Tintenstrahldruckkopf.
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Ein
Tintenstrahldrucker erzeugt Bilder auf einem Empfangsmaterial, indem
er rasterweise Tintentröpfchen
auf das Empfangsmaterial ausstößt. Die Vorteile
der berührungslosen,
leisen und energiesparenden Verwendung und des kostengünstigen
Betriebs neben der Fähigkeit
des Druckers, Normalpapier zu bedrucken, begründen weitgehend die große Marktakzeptanz
von Tintenstrahldruckern.
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Ein
typischer Tintenstrahldrucker benutzt einen Druckkopf für jede Tintenfarbe,
wobei jeder Druckkopf eine Anordnung von einzelnen Düsen umfasst,
um Tintentropfen auf die Seite auszustoßen. Die Düsen werden typischerweise aktiviert,
um Tintentropfen bei Bedarf unter der Steuerung eines Hostcomputers
zu erzeugen, der Rasterbilddaten verarbeitet und diese über eine
Kabelverbindung an den Drucker sendet. Fachleuten ist bekannt, dass
unerwünschte
Bildartefakte aufgrund kleiner Differenzen zwischen den einzelnen
Düsen in
einem Druckkopf auftreten können.
Diese Differenzen, die häufig durch
kleine Abweichungen in dem Fertigungsprozess verursacht werden,
können
bewirken, dass von einer Düse
ausgestoßene
Tintentropfen einer Flugbahn folgen, die von derjenigen der benachbarten Düsen geringfügig abweicht.
Jede Düse
erzeugt zudem möglicherweise
Tintentropfen, die ein geringfügig
anderes Volumen als benachbarte Tintentropfen haben. Größere Tropfen
erzeugen dunklere Bereiche (mit höherer optischer Dichte) auf
dem gedruckten Bild, kleinere Tintentropfen erzeugen hellere Bereiche
(mit geringerer optischer Dichte). Aufgrund der rasterweisen Abtastung
des Druckkopfes bilden diese dunklen und hellen Bereiche Zeilen
von dunklerer und hellerer Dichte, die oft als „Streifen" bezeichnet werden, und die im Allgemeinen
unerwünscht
sind und zu einer schlechten Druckqualität führen.
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In
der Technik werden viele Verfahren zur Reduzierung von Streifenartefakten
beschrieben, welche durch Differenzen zwischen den Düsen verursacht
werden, und zwar anhand von Verfahren, die als „Interlacing", „Druckmaskierung" oder „Multipass Printing" (Drucken in mehreren
Durchgängen)
bezeichnet werden. Diese Techniken verwenden Verfahren, die das
Papier um einen Betrag weitertransportieren, der kleiner als die
Breite des Druckkopfes ist, so dass aufeinander folgende Durchgänge oder Bahnen
des Druckkopfes einander überlagern.
Dies bewirkt, dass jede Bildrasterzeile mit mehr als einer Düse gedruckt
werden kann, und dass Tropfenvolumen- oder Tropfenflugbahnfehler,
die in einer gegebenen, gedruckten Rasterzeile zu beobachten sind, reduziert
werden, weil die Differenzen zwischen den einzelnen Düsen gemittelt
werden, je mehr Düsen benutzt
werden, um jede Rasterzeile zu drucken. Siehe beispielsweise US-A-4,967,203
und US-A-5,992,962. Andere in der Technik bekannte Verfahren nutzen
das Drucken in mehreren Durchgängen,
um eine Streifenbildung zu mindern, indem betriebsbereite Düsen zum
Ausgleichen von ausgefallenen oder defekten Düsen verwendet werden. Couwenhoven
et al. beschreiben beispielsweise in US-A-6,354,689 und US-A-6,273,542
Verfahren zur Korrektur defekter Düsen, die Fehler in Bezug auf Flugbahn
oder Tropfenvolumen aufweisen, in einem Tintendruckdrucker für mehrere
Durchgänge,
wobei andere Düsen,
die im Wesentlichen entlang derselben Rasterzeile wie die defekte
Düse drucken,
statt der defekten Düse
verwendet werden. Die zuvor genannten Verfahren sehen allerdings
eine Minderung der Streifenartefakte auf Kosten einer längeren Druckzeit
vor, da die effektive Zahl der Düsen
in dem Druckkopf um einen Faktor reduziert wird, der gleich der
Anzahl der Druckdurchgänge
ist. Viele der zuvor beschriebenen Verfahren nach dem Stand der
Technik beruhen zudem darauf, dass die Leistung der einzelnen Tintendüsen praktisch
nicht zueinander in Beziehung steht. Wenn also vier verschiedene
Düsen benutzt
werden, um eine gegebene Rasterzeile zu drucken, reduzieren sich
die Streifenartefakte nur dann, wenn diese vier Düsen unterschiedliche
Tropfenvolumeneigenschaften aufweisen. Wenn alle vier Düsen Tintentropfen
ausstoßen,
die größer als
das Mittel sind, dann wird keine Verbesserung der Streifenbildung
auftreten, aber es wird zu einer deutlichen Verzögerung durch die verlängerte Druckzeit
kommen. Solche Fälle
können
auftreten, wenn sich die Abweichungen der Düsen untereinander über dem Druckkopf
allmählich
verändern.
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Andere
in der Technik bekannte Verfahren versuchen, die Tropfenvolumenabweichung
zu korrigieren, indem sie die elektrischen Signale modifizieren,
die zur Aktivierung der einzelnen Düsen dienen. Beispielsweise
beschreiben Clark et al. in US-A-6,428,134 ein Verfahren zur Konstruktion
von Wellenformen zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopfes,
um eine Tintentropfenvolumenabweichung zu reduzieren. In ähnlicher Weise
beschreiben Wen et al. in US-A-6,312,078 ein Verfahren zur Reduzierung
der Tintentropfenvolumenabweichung durch Modifikation der Treiberspannung,
die zur Aktivierung der Düse
dient.
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Ein
weiteres in der Technik bekanntes Verfahren behandelt Tropfenvolumenabweichungen zwischen
Druckköpfen.
Beispielsweise beschreibt Lund in US-A-6,154,227 ein Verfahren zur
Abstimmung der Anzahl von Mikrotropfen, die in Abhängigkeit
von einem in einem programmierbaren Speicher auf der Druckkopfpatrone
gespeicherten Tropfenvolumenparameter gedruckt werden. Dieses Verfahren reduziert
die Druckdichteabweichung von Druckkopf zu Druckkopf, behandelt
aber nicht die Druckdichteabweichung zwischen Düsen innerhalb eines Druckkopfes.
Bullock et al. beschreiben in US-A-5,812,156 ein Verfahren zur Verwendung
von Tropfenvolumeninformationen, um die Tintenbenutzung in einer
Tintenstrahldruckkopfpatrone zu ermitteln und den Benutzer zu warnen,
wenn der Tintenstand in der Patrone zur Neige geht. Dieses Verfahren
umfasst die Speicherung der Tintentropfenvolumeninformationen in
einem programmierbaren Speicher auf der Patrone, beschreibt jedoch
weder die Kennzeichnung des von einzelnen Düsen erzeugten Tropfenvolumens noch
die Weise, in der Informationen zur Korrektur von Bildartefakten
verwendet werden können.
Sarmast et al. beschreiben in US-A-6,450,608 und in US-A-6,315,383
Verfahren zur Erkennung von Tintenstrahldüsen-Flugbahnfehlern und Tropfenvolumina
mithilfe einer zweidimensionalen Anordnung aus einzelnen Detektoren.
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Der
Tintenstrahldruckmarkt verlangt weiterhin nach einem schnelleren
und preisgünstigeren Drucken
von Bildern, wobei zahlreiche Modifikationen an der grundlegenden
Druckmaschine untersucht worden sind, um dieser Forderung nachzukommen.
Ein Verfahren, um ein Bild schneller zu drucken, besteht darin,
einen Druckkopf mit mehreren Düsen zu
verwenden. Dadurch werden mehr Bildrasterzeilen mit jeder Bewegung
des Druckkopfes gedruckt, wodurch der Durchsatz des Druckers erhöht wird.
Die Anforderungen aus Fertigung und Technik verhindern jedoch die
Schaffung von Druckköpfen
mit einer großen
Zahl von Düsen.
Es wurden daher in einigen Tintenstrahldruckern nach dem Stand der
Technik, die für
hohen Durchsatz ausgelegt sind, mehrere kleinere Druckköpfe zu einem
einzigen „Druckkopfmodul" gruppiert, wodurch
sich die Zahl der Düsen
effektiv erhöht,
jedoch unter Verwendung kleinerer Druckköpfe, die sich einfacher herstellen
lassen. In dieser Anordnung ist es nicht unüblich, dass die zuvor beschriebenen
Bildartefakte, die auf eine Tropfenvolumenabweichung zurückgehen,
verstärkt
werden. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Kombination
mehrerer kleinerer Druckköpfe
zu einem einzelnen größeren Modul
häufig
Differenzen unter den Düsen
verursacht, die sich langsam verändern
und zu deren Behandlung die Verfahren nach dem Stand der Technik
kaum geeignet sind.
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Es
besteht somit Bedarf nach einem Verfahren zur Reduzierung von Bildartefakten,
die auf sich langsam verändernde
Abweichungen zwischen den Düsen
zurückzuführen sind,
während
gleichzeitig eine hohe Bildqualität und kurze Druckzeiten gewahrt bleiben.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Drucken von
Digitalbildern in hoher Qualität
bereitzustellen, welche nicht die zuvor beschriebenen Artefakte
aufweisen, die auf sich langsam verändernde Abweichungen zwischen
den Düsen
zurückzuführen sind.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
anhand eines Verfahrens zum Modifizieren eines Digitalbildes mit
einer Anordnung von Rasterzeilen, von denen jede eine Anordnung
von Bildpixeln aufweist, um ein modifiziertes Digitalbild zu erzeugen,
das sich zum Ausdrucken mittels eines Tintenstrahldruckers eignet,
der mindestens einen Druckkopf mit Düsen umfasst, derart, dass die
Zahl unerwünschter
optischer Dichteabweichungen im Ausdruck reduziert wird, mit den Schritten:
- a) Bestimmen eines optischen Dichteparameters für jede Düse des Druckkopfs,
gekennzeichnet durch die Schritte:
- b) Bestimmen eines Zeilenkorrekturfaktors für eine vorbestimmte Rasterzeile
in Abhängigkeit vom
optischen Dichteparameter für
jede Düse
in dem Druckkopf und der Rasterzeilenzahl, die in der gegebenen
Rasterzeile druckt; und
- c) Modifizieren eines jeden Pixels in der vorbestimmten Rasterzeile
in Abhängigkeit
vom Zeilenkorrekturfaktor, um das modifizierte Digitalbild zu erzeugen.
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Die
vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass sie ein Verfahren zur
Reduzierung unerwünschter
Streifenartefakte in einem Bild bereitstellt, das mit einem Druckkopf
gedruckt wird, der sich langsam verändernde Abweichungen zwischen
den Düsen aufweist.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
sie kurze Druckzeiten ermöglicht,
indem sie die Anzahl der Durchgänge
reduziert, die zur Erzielung einer hohen Druckqualität erforderlich
sind.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
ein qualitativ hochwertiger Druck mit einem bisher inakzeptablen
Druckkopf erzielbar ist. Dadurch wird der Fertigungsertrag an akzeptablen
Druckköpfen
ab Werk erhöht.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Diagramm zur Darstellung eines nach dem Stand der Technik hergestellten
Bildes mit Streifenartefakten;
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2 eine
Kurve zur Darstellung der optischen Dichte, abgetragen über der
Rasterzeilenzahl, entsprechend dem Bild nach dem Stand der Technik aus 1,
und mit Darstellung der optischen Dichte, abgetragen über der
Rasterzeilenzahl, entsprechend dem korrigierten, erfindungsgemäßen Bild
aus 6;
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3 ein
Blockdiagramm zur Darstellung der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahren in
einem Tintenstrahldruckertreiber;
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4 ein
Ablaufdiagramm zur Darstellung der Schritte der Rasterzeilen-Dichteeinstellung
aus 3;
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5 eine
Kurve gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Darstellung des Zeilenkorrekturfaktors, abgetragen über der
Rasterzeilenzahl für
das Bild aus 1;
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6 ein
Diagramm zur Darstellung einer korrigierten Version des Bildes aus 1 gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung;
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7 ein
Diagramm zur Darstellung eines nach dem Stand der Technik hergestellten
Bildes mit Streifenartefakten;
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8 eine
Kurve zur Darstellung der optischen Dichte, abgetragen über der
Rasterzeilenzahl, entsprechend dem Bild nach dem Stand der Technik aus 7,
und mit Darstellung der optischen Dichte, abgetragen über der
Rasterzeilenzahl, entsprechend dem korrigierten, erfindungsgemäßen Bild
aus 10;
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9 eine
Kurve gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Darstellung des Zeilenkorrekturfaktors, abgetragen über der
Rasterzeilenzahl entsprechend dem Bild aus 7; und
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10 ein
Diagramm zur Darstellung einer korrigierten Version des Bildes aus 7 gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung.
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Die
Erfindung ist ein Verfahren zum Ausgleichen von Tropfenvolumenabweichungen
in einem Tintenstrahldrucker. Die vorliegende Erfindung ist besonders
wirksam, wenn sie auf einen Tintenstrahldruckkopf angewandt wird,
in dem das Tropfenvolumen langsam von Düse zu Düse abweicht und es hierfür mehrere
Gründe
gibt.
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Wie
zuvor erwähnt,
können
mehrere kleinere Druckköpfe
zu einem größeren Druckkopfmodul kombiniert
werden, um die Anzahl effektiver Düsen zu vergrößern. Dies
ergibt einen verbesserten Durchsatz, was einen erheblichen Marktvorteil
darstellt. Allerdings kann jeder kleine Druckkopf geringfügig andere
Tropfenvolumeneigenschaften aufweisen, und zwar nicht nur von Druckkopf
zu Druckkopf, sondern auch von Düse
zu Düse.
Auch die Eigenschaften des zum Druckkopf führenden Tintenversorgungssystems
können
einen ungleichen Tintendruck von einem Ende des Druckkopfes zum
anderen bewirken. Diese konstruktiven Eigenschaften können in
Kombination ein langsam abweichendes Tropfenvolumen von Düse zu Düse bewirken.
Da die Abweichung des Tropfenvolumens von einem Ende des Druckkopfes zum
anderen langsam abweicht, hat die Abweichungen der optischen Dichte
in dem Druckbild eine Raumfrequenz, die der Höhe des Druckkopfes ähnlich ist,
welche typischerweise in der Größenordnung von
1 Zoll (2,54 cm) liegt. Bei dieser Frequenz ist eine Streifenbildung
für einen
menschlichen Beobachter sehr störend,
insbesondere wenn der Ausdruck in einem großen Format erfolgt, wie etwa
bei einem Schild oder einem Poster, das aus erheblicher Entfernung
betrachtet wird.
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Es
wird Bezug genommen auf 1, die einen Druckkopf 10 zeigt,
der mit einer Anordnung aus 64 einzelnen Düsen 20 versehen ist,
die von 0 bis 63 von unten nach oben durchnummeriert sind, und worin
das von diesen 64 Düsen
erzeugte Tropfenvolumen langsam von einem Ende des Druckkopfes zum anderen
abweicht. Es sei angenommen, dass die Düsen in Nähe der Unterkante des Druckkopfes 10 Tropfen
erzeugen, die größer als
das mittlere Tropfenvolumen sind, und dass die Düsen in Nähe der Oberkante des Druckkopfes 10 Tropfen
erzeugen, die kleiner als das mittlere Tropfenvolumen sind. Ein Versuch,
ein einheitlich graues Bild zu drucken, führt somit zu einer unerwünschten
Abweichung der optischen Dichte, die in der Figur als ein vertikaler
Gradient über
dem Bild dargestellt ist. In einem Druckbetrieb mit einem Durchgang
wird der Druckkopf 10 horizontal über einer feststehenden Seite
bewegt, und die Seite wird dann vertikal um einen Betrag weiter transportiert,
der gleich der Höhe
des Druckkopfes ist. Jede horizontale Bewegung des Druckkopfes wird
als ein Druckdurchgang bezeichnet, wobei 1 drei aufeinander
folgende Druckdurchgänge (p,
p+1, p+2) des Druckkopfes 10 zeigt. Wie der Fig. zu entnehmen
ist, lässt
sich eine störende
Dichtestufe in Nähe
der Grenze zwischen den Druckdurchgängen beobachten, die nahe der
Bildrasterzeilen 64 und 128 auftreten. Der Begriff „Rasterzeile" bezieht sich eine
Zeile aus Bildpixeln. Dies wird grafisch in 2 gezeigt,
welche eine als Volllinie 30 dargestellte Kurve der optischen
Dichte, abgetragen über
der Rasterzeilenzahl gemäß dem Bild
in 1 darstellt.
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3 zeigt
ein Blockdiagramm einer typischen, in einem Tintenstrahldrucker
implementierten Bildverarbeitungskette. Der Druckertreiber läuft typischerweise
auf einem (nicht gezeigten) Hostcomputer, der digitale Bilddaten
aus einer Digitalbildquelle 60 verarbeitet und diese an
einen Tintenstrahldrucker 100 sendet, und zwar normalerweise über eine
Kabelverbindung.
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Die
Digitalbildquelle 60 kann eine Digitalkamera, ein Scanner,
eine Computerplattendatei oder eine andere Quelle mit digitalem
Bildmaterial sein. Typischerweise wird das Digitalbild in dem Hostcomputer
als ein Satz von Farbebenen dargestellt (häufig rot, grün und blau),
wovon jede Farbebene eine zweidimensionale Anordnung aus Bildpixeln
ist. Jedes Bildpixel wird üblicherweise
als ein ganzzahliger Codewert im Bereich 0-255 dargestellt, wobei
die Größe des Codewerts
die Intensität
der entsprechenden Farbebene an dieser Pixelstelle darstellt. Die
von der Digitalbildquelle 60 gelieferten Bilddaten werden
in 3 als ein Signal i(x,y,c) gezeigt, wobei (x,y)
räumliche
Koordinaten sind, die die horizontale und (bzw.) vertikale Lage
des abgetasteten Pixels darstellen, während c die Farbebene bezeichnet.
Ein Rasterbildprozessor 50 empfängt das Digitalbild i(x,y,c)
und erzeugt ein verarbeitetes Digitalbild p(x,y,c). Der Rasterbildprozessor 50 wendet
mehrere Bildverarbeitungsfunktionen an, wie beispielsweise Schärfen, Farbkorrektur
und Vergrößern/Verkleinern
oder Interpolation. Die Gesamtstruktur des Bildverarbeitungs-Blockdiagramms
aus 3 sowie die soeben erwähnten einzelnen Bildverarbeitungsalgorithmen sind
einschlägigen
Fachleuten bekannt.
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Es
wird weiter Bezug genommen auf 3, in der
das verarbeitete Digitalbild p(x,y,c) von einem Rasterzeilen-Dichteeinsteller 70 entgegengenommen
wird, der ein modifiziertes Digitalbild d(x,y,c) erzeugt. Der Rasterzeilen-Dichteeinsteller 70 nimmt zudem
Düsenparameterdaten
D(n,c) (wobei n für
die Düsenanzahl
und c für
die Farbe steht, welche den Druckkopf bezeichnet, für den die
Daten vorgesehen sind) von einer Düsenparameter-Datenquelle 80 entgegen.
Die Funktion des Rasterzeilen-Dichteeinstellers 70 besteht
darin, das verarbeitete Digitalbild p(x,y,c) mithilfe der Düsenparameterdaten
D(n,c) so zu modifizieren, dass von dem Druckkopf verursachte Zeilendichteabweichungen
ausgeglichen werden. Der Rasterzeilen-Dichteeinsteller 70 und
die Düsenparameter-Datenquelle 80 stellen
die Hauptfunktion der vorliegenden Erfindung dar und werden nachfolgend
detaillierter erläutert.
Nach Korrektur durch den Rasterzeilen-Dichteeinsteller 70 wird
das modifizierte Digitalbild d(x,y,c) von einem Halftone-Prozessor 90 empfangen,
der ein gerastertes Bild h(x,y,c) erzeugt. Der Halftone-Prozessor 90 reduziert
die Zahl der Graustufen je Pixel zur Abstimmung auf die Zahl der Graustufen,
die von dem Tintenstrahldrucker 100 an jedem Pixel reproduzierbar
sind (häufig
2, entsprechend 0 oder 1 Tropfen Tinte). Der Prozess der Rasterung
ist Fachleuten bekannt, wobei der konkrete Halfetone-Algorithmus,
der in dem Halftone-Prozessor 90 verwendet wird, für die Erfindung
nicht wesentlich ist. Es sei darauf hingewiesen, dass viele Tinten strahldrucker
mehr als einen Tropfen Tinte je Pixel (je Farbe) erzeugen können, und
dass die vorliegende Erfindung gleichermaßen für Drucker gilt, die auf das
Drucken einer beliebigen Zahl von Graustufen ausgelegt sind. Wichtig
ist zudem, dass der Rasterzeilen-Dichteeinsteller 70 das
Digitalbild vor dem Halftone-Prozessor 90 modifiziert.
Dies stellt eine erhebliche Veränderung
gegenüber
dem Stand der Technik dar.
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Im
Folgenden werden die Details des Rasterzeilen-Dichteeinstellers 70 und
der Düsenparameter-Datenquelle 80 aus 3 besprochen.
Die Düsenparameter-Datenquelle 80 stellt
Düsenparameterdaten
D(n,c) bereit, wobei n für
die Düsenanzahl und
c für die
Farbebene steht. Der Wert von D(n,c) ist ein normalisierter optischer
Dichteparameter, der die relative optische Dichte bezeichnet, die
von einer Düse
n (für
Farbe c) im Vergleich mit anderen Düsen erzeugt wird. Es sei beispielsweise
angenommen, dass die Düse
3 derartige Tintentropfen erzeugt, die 10% größer als im Mittel sind, woraus
eine optische Dichte einer gedruckten Rasterzeile resultiert, die
um 18% über
dem Mittelwert liegt (beispielsweise hängt die Erhöhung der optischen Dichte als
eine Funktion des Tropfenvolumens von Tinte und Empfangsmedium ab).
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird der optische Dichteparameter für die Düse 3 auf
einen Wert von 1,18 für die
normalisierte optische Dichte gesetzt, der damit die 18%ige Erhöhung der
Dichte bezeichnet, die für eine
Rasterzeile zu erwarten ist, die mit dieser Düse im Vergleich zu anderen
Düsen gedruckt
wird. In diesem Fall wird der normalisierte optische Dichteparameter
für die
Düse als
die optische Dichte berechnet, die von der Düse erzeugt wird, geteilt durch
die von allen Düsen
erzeugte mittlere optische Dichte. Andere Messungen des optischen
Dichteparameters sind innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden
Erfindung ebenfalls geeignet. In einem anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird der optische Dichteparameter für die Düse 3 auf
1,10 gesetzt, was die 10%ige Erhöhung
des dieser Düse
zugeordneten Tropfenvolumens bezeichnet. In diesem Fall ist der
optische Dichteparameter eine Funktion des von der Düse erzeugten
mittleren Tropfenvolumens, geteilt durch das von allen Düsen erzeugte mittlere
Tropfenvolumen. Die Verwendung des Tropfenvolumens als optischer
Dichteparameter hat den Vorteil, dass dieses nicht von dem Empfangsmedium abhängt. Ein
anderes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet die gemessene Punktgröße als optischen
Dichteparameter. In diesem Fall ist der optische Dichteparameter
eine Funktion der von der Düse
erzeugten mittleren Punktgröße, geteilt durch
die von allen Düsen
erzeugte mittlere Punktgröße. Diese
ist ebenfalls medienabhängig,
lässt sich aber
einfacher messen als die optische Dichte der Rasterzeile. Die optischen
Dichteparameter können mithilfe
einer Vielzahl von Techniken ermittelt werden, wie einschlägigen Fachleuten
bekannt ist. Beispielsweise ist ein Scanner mit hoher Auflösung verwendbar,
um die optische Dichte oder Punktgröße zu messen, die von einer
mit jeder Düse
gedruckten Rasterzeile erzeugt wird. Diese Informationen werden
dann von der Düsenparameter-Datenquelle 80 für jede Düse jedes
Druckkopfes in den Drucker bereitgestellt.
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Im
Folgenden werden die Details des Rasterzeilen-Dichteeinstellers 70 aus 3 besprochen. Die
von dem Rasterzeilen-Dichteeinsteller 70 aus 3 durchgeführte Verarbeitung
wird als Ablaufdiagramm in 4 dargestellt.
Wie in 4 gezeigt, werden die von der Düsenparameter-Datenquelle 80 bereitgestellten
Düsenparameterdaten
D(n,c) in Schritt 110 entgegengenommen. Es sei daran erinnert,
dass die für
jede Düse
aufgezeichneten Düsenparameterdaten
das normalisierte Tropfenvolumen, die Punktgröße oder die optische Dichte
einer mit dieser Düse
gedruckten Rasterzeile sein kann. Sofern als eine Funktion der Düsenanzahl
betrachtet, enthalten die Düsenparameterdaten
langsam veränderliche
und schnell veränderliche
Komponenten. Die langsam veränderliche
Komponente entsteht aus Fertigungsfehlern und ist die Ursache der
störenden, niederfrequenten
Streifenbildung, die die vorliegende Erfindung zu korrigieren sucht.
Typischerweise stellen die Hochfrequenzkomponenten Messrauschen oder
sonstige, nicht wiederholbare Eigenschaften dar, die abgezogen werden
sollten. Weil alle Druckköpfe
unterschiedlich sind, können
jedoch Fälle
auftreten, in denen Hochfrequenzkomponenten dauerhaft vorhanden
sind und deren Korrektur ebenfalls erwünscht ist. Aus diesem Grund
kann der Benutzer wählen,
ob Hochfrequenzkomponenten mithilfe eines Entscheidungsschritts 120 zur
polynomischen Anpassung korrigiert werden sollen. Wenn sich der
Benutzer entscheidet, die polynomische Anpassung durchzuführen, werden
die Düsenparameterdaten D(n,c)
als eine Funktion der Düsenanzahl
n mithilfe eines polynomischen Anpassungsschritts 130 angepasst.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Maß der
polynomischen Anpassung 2, das eine quadratische Funktion bereitstellt,
um die Düsenparameterdaten
als eine Funktion der Düsenanzahl
zu schätzen.
Dies sorgt für
eine gute Glättung,
um unerwünschtes
Hochfrequenz-Messrauschen herauszufiltern, während Niederfrequenztendenzen
erfasst werden, die die störende
Streifenbildung verursachen. Bei Aktivierung wird der polynomische
Anpassungsschritt 130 unabhängig an jedem Druckkopf ausgeführt, und
der optische Dichteparameter für jede
Düse wird
durch den Wert der bei der Düsenanzahl
bewerteten polynomischen Anpassung ersetzt. Eine Analyse der Druckköpfe, die
mehrere Düsenspalten
umfassen (typischerweise zwei Spalten, die ungerade und gerade Düsen enthalten)
hat gezeigt, dass die Niederfrequenzabweichung der Düsenparameterdaten
D(n,c) zwischen den Düsenspalten
aufgrund der Besonderheiten des Fertigungsprozesses unterschiedlich
ist. Für
solche Druckköpfe
ist es sehr vorteilhaft, jede Düsenspalte
separat einer polynomischen Anpassung zu unterziehen. In ähnlicher
Weise sollten bei Druckkopfmodulen, die mehrere kleinere, miteinander
kombinierte Druckköpfe
umfassen, polynomische Anpassungen auf jeden Druckkopf einzeln angewandt
werden, da jeder Druckkopf wahrscheinlich unterschiedliche Niederfrequenzabweichungen aufgrund
des Fertigungsprozesses hat. Wenn sich der Benutzer unter Bezug
auf den Entscheidungsschritt 120 entscheidet, die Düsenparameterdaten D(n,c)
nicht mit einer polynomischen Anpassung anzupassen, um die Hochfrequenzkomponenten
herauszufiltern, werden die Düsenparameterdaten D(n,c)
direkt an den nächsten
Schritt übergeben.
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Es
wird weiter Bezug genommen auf 4, worin
der nächste
Schritt in dem Prozess des Rasterzeilen-Dichteeinstellers 70 aus 3 darin
besteht, zu berechnen, welche Düsen
benutzt werden, um eine gegebene Rasterzeile des Bildes in Schritt 150 zu
drucken. Dieser Schritt verlangt die Kenntnis der Druckmodusparameter 140,
die bestimmte Parameter des Tintenstrahldruckers umfassen, etwa
die Druckmasken- und Seitentransportparameter. Wie Fachleuten bekannt,
werden diese Parameter benötigt,
um genau zu berechnen, welche Düse
benutzt wird, um ein gegebenes Pixel in dem Bild zu drucken. Wie
zuvor erwähnt,
wird in einem Tintenstrahldrucker mit mehreren Durchgängen häufig mehr
als eine Düse
benutzt, um eine gegebene Rasterzeile zu drucken. Die Anzahl der
verschiedenen Düsen,
die zum Drucken einer gegebenen Rasterzeile verwendet wird, ist
oft gleich der Anzahl der Druckdurchgänge. Die konkrete Musterabfolge,
welche Düse
welche Pixel in einer gegebenen Rasterzeile druckt, ist für die Erfindung
nicht wesentlich; es ist nur nötig,
den Düsensatz
zu kennen, der verwendet wird, um jede Rasterzeile zu drucken. Da
der Druckkopf eine endliche Düsenanzahl
N aufweist, wiederholt sich der Düsensatz, der zum Drucken jeder
Rasterzeile benutzt wird, typischerweise jeweils nach N Rasterzeilen.
Es sei beispielsweise angenommen, dass ein Druckkopf mit N = 100
Düsen (von
0 bis 99 durchnummeriert) in einem Druckmodus mit zwei Durchgängen druckt.
In einem Druckmodus mit zwei Durchgängen wird das Papier um einen Betrag
transportiert, der gleich der Hälfte
der Druckkopfhöhe
nach jedem Durchgang ist.
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Somit
werden zwei Düsen
benutzt, um jede Rasterzeile zu drucken. Die erste Rasterzeile des
Bildes (Zeile 0) wird mit den Düsen
0 und 50 gedruckt, Zeile 1 wird mit den Düsen 1 und 51 gedruckt usw., und
Zeile 99 wird mit den Düsen
49 und 99 gedruckt. Zeile 100 wird dann erneut mit den Düsen 0 und
50 gedruckt, worauf sich das Muster wiederholt. Es ist somit typischerweise
nicht erforderlich, den Düsensatz
zu berechnen, der für
jede Rasterzeile in dem Bild verwendet wird; nur die ersten N Sätze, die
den ersten N Rasterzeilen entsprechen, müssen berechnet werden, wonach
sich das Muster einfach wiederholt. Es sei darauf hingewiesen, dass
einige Druckmodi möglich
sind, die sich nicht wiederholende Düsenmuster verwenden, um jede
Rasterzeile zu drucken. In diesen Fällen muss der Düsensatz
für jede Rasterzeile
des Bildes berechnet werden.
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Es
wird weiterhin Bezug genommen auf
4, worin
der Satz der Düsen,
die zum Drucken einer gegebenen Rasterzeile herangezogen wurden, an
einen Schritt
160 zur Berechnung eines Zeilenkorrekturfaktors übergeben
wird. Dieser Schritt berechnet einen Zeilenkorrekturfaktor für jede Rasterzeile, der
benutzt wird, um die Bilddaten zum Ausgleichen von Abweichungen
zwischen den Düsen
abzustimmen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der mittlere
optische Dichteparameter für
eine gegebene Rasterzeile nach folgender Formel berechnet:
wobei
- D(n,c)
- = optischer Dichteparameter
für Düse n, Farbe
c
- np(y)
- = die Zahl der Düsen, die
zum Drucken der Rasterzeile y im Durchgang p verwendet wurde
- NP
- = die Anzahl der Druckdurchgänge
- A(y,c)
- = der mittlere optische
Dichteparameter für Rasterzeile
y, Farbe c.
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Somit
ist der mittlere optische Dichteparameter A(y,c) eine Schätzung der
optischen Dichte, des Tropfenvolumens oder der Punktgröße, bezogen
auf die Rasterzeile y und die Farbe c, abhängig davon, welche Messung
für die
Düsenparameterdaten D(n,c)
verwendet wurde. Der Zeilenkorrekturfaktor wird nach folgender Formel
berechnet: f(y,c) = [A(y,c)]–1 wobei
- A(y,c)
- = der mittlere optische
Dichteparameter für Rasterzeile
y, Farbe c
- f(y,c)
- = der Zeilenkorrekturfaktor
für Rasterzeile y,
Farbe c.
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Die
inverse Beziehung zwischen dem Zeilenkorrekturfaktor und dem in
der vorausgehenden Gleichung gezeigten mittleren optischen Dichteparameter
bestimmt, dass Rasterzeilen mit einer größeren als der mittleren optischen
Dichte einen kleineren Zeilenkorrekturfaktor erhalten, und dass
Rasterzeilen mit einer kleineren als der mittleren optischen Dichte einen
größeren Zeilenkorrekturfaktor
erhalten. Wie bereits zuvor in Verbindung mit den Düsenparameterdaten
beschrieben, wird ein optionaler polynomischer Anpassungsschritt 180 von
dem Benutzer über einen
Entscheidungsschritt 170 zur Durchführung der polynomischen Anpassung
aktiviert oder deaktiviert. Sofern aktiviert, berechnet der Schritt 180 eine polynomische
Anpassung des Zeilenkorrekturfaktors, abgetragen über der
Rasterzeilenzahl für
eine Gruppe aus Rasterzeilen, die die aktuelle Rasterzeile umgeben,
und ersetzt den Zeilenkorrekturfaktor f(y,c) durch den Wert der
polynomischen Anpassung. Wenn keine polynomische Anpassung erwünscht ist, werden
die Zeilenkorrekturfaktoren direkt an den nächsten Schritt übergeben.
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Es
wird wieder Bezug genommen auf 4, in der
der Zeilenkorrekturfaktor in Schritt 190 auf die Bilddaten
angewandt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Pixelwerte
in einer gegebenen Rasterzeile des Bildes mit dem entsprechenden
Zeilenkorrekturfaktor gemäß folgender
Formel multipliziert: d(x,y,c) = p(x,y,c)f(y,c)wobei
- f(y,c)
- = der Zeilenkorrekturfaktor
für Rasterzeile y,
Farbe c
- d(x,y,c)
- = das modifizierte
Digitalbildpixel für
Stelle (x,y), Farbe c
- p(x,y,c)
- = das verarbeitete
Digitalbildpixel für
Stelle (x,y), Farbe c
-
5 zeigt
eine Kurve des Zeilenkorrekturfaktors, abgetragen über der
Rasterzeilenzahl für den
Druckkopf 10 aus 1. Es sei
daran erinnert, dass der Druckkopf 10 Düsen an einem Ende des Druckkopfes
aufweist, die Tropfen ausstoßen,
die größer als
das mittlere Volumen sind, und Düsen
an dem gegenüberliegenden
Ende des Druckkopfes, die Tropfen ausstoßen, die kleiner als das mittlere
Volumen sind. Dies bewirkte die niederfrequenten optischen Dichteabweichungen,
die als Volllinie 30 in 2 dargestellt
sind. Die Polarität
des in 5 gezeigten Zeilenkorrekturfaktors ist gegenüber der
optischen Dichte der Volllinie 30 in 2,
wie durch die vorausgehenden Gleichungen bestimmt, umgekehrt. Wenn
der in 5 gezeigte Zeilenkorrekturfaktor auf das Digitalbild
angewandt wird, erscheint die Druckausgabe wie in 6 gezeigt.
Der in 1 beobachtete störende Dichtegradient wurde
erheblich reduziert, und es wird ein glatterer, gleichmäßigerer
Ton erzeugt, wie in 6 dargestellt. Wichtig für das Verständnis des
Wesens der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass sich das
von jeder Düse
erzeugte Tropfenvolumen nicht geändert
hat, aber aufgrund der Pre-Halftone-Korrektur, die auf die Rasterbilddaten
angewandt wurde, sind einige Punkte mehr auf den Rasterzeilen vorhanden,
die mit Düsen
gedruckt wurden, deren Tropfen kleiner als die mittleren Tropfen
sind (z.B. Düse
63), und es sind einige Punkte weniger auf den Rasterzeilen vorhanden,
die mit Düsen
gedruckt wurden (z.B. Düse
0), deren Tropfen größer als
die mittleren Tropfen sind. Dies bewirkt einen Ausgleich der optischen
Dichte der Rasterzeile über
dem Druckkopf, wodurch das glatte, einheitliche Aussehen des Bildes
aus 6 erzeugt wird. 2 zeigt
eine Kurve der optischen Dichte, abgetragen über der Rasterzeilenzahl entsprechend
dem Bild aus 6. Wie hier zu erkennen ist,
ist die Amplitude der Abweichung der optischen Dichte deutlich reduziert.
-
Als
weiteres Beispiel sei angenommen, der Druckkopf 10 wird
verwendet, um in einem Druckmodus mit zwei Durchgängen zu
drucken, wie in 7 gezeigt. In einem Druckmodus
mit zwei Durchgängen
wird das Papier um einen Betrag transportiert, der gleich einer
Hälfte
der Druckkopfhöhe
nach jedem Druckdurchgang ist. Somit werden zwei verschiedene Düsen benutzt,
um jede Rasterzeile in dem Bild zu drucken. Die Frequenz des störenden Dichtegra dienten
hat sich verdoppelt (er hat auf der gleichen Entfernung jetzt 6
Zyklen gegenüber
3) und ist aufgrund des Mittelungseffekts durch Verwendung von zwei
verschiedenen Düsen
je Rasterzeile etwas kleiner geworden, aber der Dichtegradient ist
weiterhin vorhanden und störend. 8 zeigt
eine Volllinie 200 als Kurve der optischen Dichte, abgetragen über der
Rasterzeilenzahl entsprechend dem Bild aus 7. Die Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
erzeugt einen Zeilenkorrekturfaktor, wie in 9 gezeigt,
wobei das korrigierte Bild in 10 gezeigt
wird. 8 zeigt eine Volllinie 210 als Kurve der
optischen Dichte, abgetragen über
der Rasterzeilenzahl entsprechend dem Bild aus 10.
Auch hier ist die optische Dichteabweichung erheblich geringer,
wodurch ein Bild von höherer
Qualität
entsteht.
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Die
Erfindung wurde im Zusammenhang mit einem Tintenstrahldrucker beschrieben.
Allerdings ist dieses Verfahren auch auf andere Drucktechniken anwendbar.
Beispielsweise könnte
die vorliegende Erfindung ebenso auf einen oder mehrere Farbkanäle eines
Farbtintenstrahldruckers mit mehreren Farbmitteln angewandt werden.
