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ERFINDUNGSGEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines
Tintenstrahldruckprozesses. Die Erfindung betrifft insbesondere
eine Gradationskompensation eines mehrstufigen Tintenstrahlprozesses.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Heutzutage
werden viele Drucksachen gedruckt, die eine Reproduktion eines Schwarzweiß- oder
Farbbildes tragen. Ein großer
Teil dieser Drucke wird unter Verwendung von Offsetdruck hergestellt, aber
im Büro-
und Heimbereich werden viele Drucke unter Verwendung relativ kleiner
Druckvorrichtungen angefertigt.
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Mögliche Arten
von Druckern sind in der Regel Laserdrucker, die einen elektrographischen
Prozess verwenden, Thermodrucker und Tintenstrahldrucker.
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Ältere Drucker
waren nur in der Lage, eine Art oder Größe von Punkt aufzuzeichnen,
ein Farbmittelpunkt war entweder abwesend oder anwesend. Diese Arten
verwenden sogenannte binäre
Druckprozesse.
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Jüngste Vorrichtungen
sind in der Lage, für jedes
Farbmittel mehrere Größen oder
Dichten von Punkten zu reproduzieren.
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Aus
US 4,561,025 ist ein Tintenstrahlsystem bekannt,
das zu einer kontinuierlichen variierenden Tropfengröße in der
Lage ist, doch verwenden diese Vorrichtungen üblicherweise einen mehrstufigen
Prozess. Ein Beispiel für
diese Art von Drucker ist ein Tintenstrahldrucker, der in der Lage
ist, Tropfen unterschiedlicher Größen oder eine variable Anzahl
von Tropfen aufeinander auf ein Substrat zu spritzen, was zu unterschiedlichen
Punktgrößen führt. Ein
weiteres Verfahren besteht darin, unterschiedliche Tinten mit der
gleichen Farbe, aber unterschiedlichen Dichten zu verwenden (z.B.
Tinten in hellem und dunklem Magenta oder schwarze und graue Tinten).
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Außerdem wird
eine Kombination aus diesen beiden Verfahren (verschiedene Dichten/verschiedene
Tropfengrößen) verwendet
(
US-Patent 5,975,671 von Spaulding
et al.).
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Druckprozesse
verhalten sich selten linear, das heißt, es gibt keine lineare Beziehung
zwischen dem elektronischen Pegel der aufzubringenden Pixel und
der optischen Dichte des gedruckten Pixels. Um eine gute Darstellung
des zu druckenden Bildes zu erhalten, muss der Druckprozess im Voraus
kalibriert werden.
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Unter
Kalibrierung eines Druckprozesses wird die Berechnung und Anwendung
einer Gradationskompensationskurve für jedes der Farbmittel verstanden,
um die Gradation in einen standardmäßigen und stabilen Zustand
zu bringen. Kalibrierungsverfahren in einem mehrstufigen elektrographischen System,
wie z.B. aus
US 2002/0021321 bekannt, messen
für alle
reproduzierbaren Dichtewerte ausgedruckte Felder aus, was zu einem
großen
zu verarbeitenden Datenvolumen führt.
Solche Verfahren sind kompliziert und mühselig.
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Die
folgenden Überlegungen
hinsichtlich eines mehrstufigen Tintenstrahldruckprozesses können angestellt
werden. Es wird auf 1 Bezug genommen.
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Bei
einem K-stufigen Druckprozess existieren K Basistonstufen. Diese
Basistonstufen können sich
aus dem Drucken mit Punkten von mehreren Größen, aus der Verwendung von
Tinten mit unterschiedlichen Dichten, aber im Wesentlichen dem gleichen
Buntton oder aus einer Kombination aus beiden ergeben. Wir geben
die K verschiedenen Stufen an durch L1, L2, ..., LK.
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Die
resultierenden Basistonstufen sind durch T1, T2, ..., TK angegeben,
d.h., ein Feld von Ton Ti wird ausgebildet, indem Stufe Li bei jedem
Pixel in dem Feld abgelegt wird. Zwischentonstufen werden durch
eine mehrstufige Rasterprozedur erzeugt.
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Unter
dem Gesichtspunkt der Körnigkeit
wird bevorzugt, eine zwischen Ti und Ti + 1 liegende Tonstufe nur
durch eine Mischung von Pixeln mit Stufe Li und Pixeln mit Stufe
Li + 1 auszubilden.
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Der
Druckprozess ist natürlicherweise
in mehrere Bereiche unterteilt:
- – den Bereich,
wo Pixel von Stufe L1 = Weiß mit Pixeln
von Stufe L2 gemischt sind,
- – den
Bereich, wo Pixel von Stufe L2 mit Pixeln von Stufe L3 gemischt
sind,
- – usw.
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Unter
einem Bereich verstehen wir einen Teil der Tonskala, mit einer Mischung
aus einem spezifischen Satz von (zwei) Stufen gedruckt.
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Um
ein spezifisches Beispiel zu nehmen, sei ein Tintenstrahldruckprozess
betrachtet, der zwei Tropfengrößen bieten
kann. In der ersten Hälfte
der Tonskala werden kleine Punkte mit weißen Räumen dazwischen platziert,
bis alle Pixel mit den kleinen Punkten gefüllt sind. In der zweiten Hälfte der
Tonskala werden die kleinen Punkte bei einigen Pixeln durch große Punkte
ersetzt. Bei dem dunkelsten Ton werden alle Pixel mit großen Punkten
gefüllt. 1 zeigt
die Dichte als Funktion der Tonstufe für einen derartigen Prozess.
An der Grenze der beiden Bereiche (d.h. beim Ton T2) sehen wir ein
nicht glattes Verhalten der Gradation, ein Nicken, wie in 1 dargestellt.
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Das
Dichteverhalten zwischen T1 und T2 ist im Wesentlichen linear, wenn
wir den Prozentsatz von mit kleinen Punkten gefüllten Pixeln auf lineare Weise
mit der Tonstufe heraufsetzen. Das Dichteverhalten zwischen T2 und
T3 ist ebenfalls im Wesentlichen linear, obwohl es aufgrund von
Punktüberlappungen
(in 1 durch die gepunktete Linie dargestellt) bei
den dunkleren Tönen
von der Linearität
abweichen kann.
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Das
Nicken bei T2 ist als eine abrupte Änderung oder eine Kontur in
einem langsam variierenden Bildabschnitt zu sehen. Obgleich der
Druckprozess an diesem Punkt kontinuierlich ist, ist seine Gradation nicht
glatt, und unsere Augen sind dafür
empfindlich.
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Bei
dem Kalibrierungsprozess soll der Prozess auf einen standardmäßigen Zustand
gebracht werden, der gekennzeichnet ist durch eine vordefinierte
glatte Gradationskurve. Da der Prozess an sich nicht glatt ist,
besteht die einzige Möglichkeit,
ihn zu einer glatten Gradationskurve zu bringen, darin, eine nicht
glatte Korrektur anzuwenden. Das gegenwärtige Verfahren zielt darauf
ab, die Gradation des Druckprozesses durch eine stückweise
glatte Kurve zu modellieren und den Prozess mit einer stückweisen
glatten Gradationskorrekturkurve zu korrigieren, um sie auf eine
vordefinierte glatte Zielkurve zu bringen.
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Traditionelle
Kalibrierungsverfahren versuchen, die Messdaten mit einer insgesamt
glatten Kurve zu modellieren, um eine insgesamt glatte Gradationskorrekturkurve
herzustellen. Dies führt
niemals zu zufriedenstellenden Ergebnissen, wenn der Druckprozess
selbst nicht glatt ist.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
oben erwähnten
vorteilhaften Effekte werden durch ein Verfahren mit den in Anspruch
1 dargelegten spezifischen Merkmalen realisiert. Spezifische Merkmale
für bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und
den Zeichnungen, die folgen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Gradationskurve für
einen dreistufigen Prozess.
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2 zeigt
ein Modell für
einen sechsstufigen Druckprozess unter Verwendung von zwei Tintendichten
und drei Punktgrößen. T1
= 0, T2 = 0,2, T3 = 0,4, T4 = 0,6, T5 = 0,8, T6 = 1.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wenngleich
die vorliegende Erfindung im Folgenden in Verbindung mit bevorzugten
Ausführungsformen
davon beschrieben wird, versteht sich, dass die Erfindung nicht
auf jene Ausführungsformen beschränkt sein
soll.
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Wie
in dem obigen Beispiel beschrieben, ist es die optische Dichte,
von der erwartet wird, dass sie sich für reine Prozesse mit mehreren
Tröpfchengrößen stückweise
linear verhält.
Deshalb ist die optische Dichte die zum Modellieren des Prozesses verwendete
Größe.
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Bei
einem ersten Schritt werden Daten durch eine Messung von optischen
Dichten gesammelt. Die optische Dichte der verschiedenen Basistonstufen wurde
gemessen. Dazu wird eine kleine Anzahl von K-1 Feldern gedruckt
und ausgemessen:
- Feld 1: Alle Pixel werden mit einem Tröpfchen der kleinsten
Größe gefüllt.
- Feld 2: Alle Pixel werden mit einem Tröpfchen der zweitkleinsten Größe gefüllt.
- Feld...
- Feld K-1: Alle Pixel werden mit der größten Punktgröße gefüllt.
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Auf
diese Weise werden Datenpunkte für den
Prozess erhalten.
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Bevorzugt
werden nur Felder verwendet, die erhalten werden durch Füllen jedes
Pixels in dem Feld mit der gleichen Aufzeichnungsstufe.
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Die
Aufzeichnungsstufen können
verschiedenen Tropfengrößen wie
oben entsprechen, doch kann zum Beispiel auch ein Tropfenzählwert verwendet
werden.
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In
einem zweiten Schritt wird die Dichte des Druckprozesses über die
ganze Tonskala modelliert, indem die Messdatenpunkte durch gerade
Linien verbunden werden. An diesem Punkt ist die Tonstufe Ti entsprechend
Stufe Li gleich (i – 1)/(K – 1). Bei
dem Beispiel von 1 wird T2 auf der Tonskala in
der Mitte zwischen T1 und T3 platziert.
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Die
erhaltene Modellkurve auf der Basis der Datenpunkte enthält das unterschiedliche
Gradationsverhalten oder den Prozess in seinen verschiedenen Bereichen.
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Die
Modellkurve kann durch lineare Interpolation zwischen den erhaltenen
Datenpunkten von den ausgemessenen Feldern erhalten werden. Es können andere
Verfahren verwendet werden.
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Bei
einem dritten Schritt wird eine Gradationskorrekturkurve zum Kalibrieren
des Prozesses erhalten. Nach dem Modellieren können die Dichten je nach der
Definition der Zielgradation (Punktprozentsatz, Luminanz, Helligkeit,
... in eine andere Größe konvertiert
werden. Die in dieser neuen Größe ausgedrückte Gradation
ist nicht länger
eine stückweise lineare,
aber immer noch eine stückweise
glatte Kurve, die möglicherweise
Nickpunkte an den Punkten Ti aufweist.
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Wenn
die stückweise
Modellkurve durch m(x) und die glatte Zielkurve durch t(x) bezeichnet wird,
wird die Gradationskorrektur als g(x) = t(m–1(x)) erhalten.
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Bessere
Kalibrierungsergebnisse hinsichtlich einer glatt variierenden Gradation
werden erhalten durch die Kombination aus einigen wenigen linearen
Kurve auf der Basis der Messung der Basistonstufen statt aus einer
linearen Interpolation auf der Basis von vielen Messungen. In diesem
letzten Fall bewegen sich Messfehler durch zur Gradationskorrektur,
was oftmals zu einer wackeligen Tonkorrekturkurve führt, wodurch
zusätzliche
Streifenbildung eingeführt
wird, anstatt die Streifenbildung zu beseitigen.
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Wenn
das Dichteverhalten zu hart von Linearität im oberen Teil der Tonskala
abweicht, wie durch die gepunktete Linie in 1 skizziert,
wird bevorzugt, eine zusätzliche
Messung in die Daten aufzunehmen. In diesem Fall wird ein Feld mit
einem Ton T2+ gemessen, der sich zwischen T2 und T3 befindet, aber
nahe bei T2 (z.B. 95% Punkte aus L2 und 5% Punkte aus L3). In diesem
Fall passen wir eine Polynomfunktion durch die Messungen T2, T2+
und T3 an und ersetzen die gerade Linie durch dieses Polynom. Wir
können
auch andere Funktionen verwenden, in Abhängigkeit von einigen wenigen
Parametern, anstelle von Polynomen, um z.B. Monotonheit zu garantieren.
Ein Beispiel ist die Funktion
a – (b – x)γ (a,
b, γ sind
die Parameter).
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Ein
anderer Fall, wo ein einfaches lineares Verhalten nicht garantiert
ist, ist ein mehrstufiger Druckprozess, wo die Stufen aus Kombinationen
unterschiedlicher Punktgrößen und
Tintendichten bestehen.
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Ein
Beispiel: Ein Drucker verwendet 2 Cyan-Tinten, helles Cyan (lc)
und dunkles Cyan (dc), die jede in drei Tropfengrößen 1, 2,
3 produziert werden können.
Auf Papier gemesene Dichten sind
lc1: 0,40, lc2: 0,65, lc3:
0,93
dc1: 0,84, dc2: 1,40, dc3: 1,88
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Daraus
wird ein 6-stufiger Cyan-Druckprozess mit Stufen L1 = weißes Papier,
L2 = lc1, L3 = lc2, L4 = lc3, L5 = dc2, L6 = dc3 aufgebaut.
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Versuche
zeigen, dass der Prozess durch stückweise lineare Kurven zwischen
T1 und T2, T2 und T3 und T3 und T4 modelliert werden kann. Die Änderung
von Punkt lc3 zu Punkt dc2 ist komplexer, da an diesem Punkt sowohl
Tintendichte als auch Punktgröße geändert werden.
Eine Messung bei dem Ton T4+ = 96% lc3 und 4% dc2 offenbart, dass die
Dichte tatsächlich
höher als
aus einer linearen Interpolation erwartet ist. Gute Kalibrierungsergebnisse
wurden mit einem Modell mit linearen Stücken zwischen T1 und T2, T2
und T3 und T3 und T4 und ein durch die Messungen T4, T4+, T5 und
T6 gelegtes Polynom dritter Ordnung erhalten. Dieses Modell ist
in 2 angezeigt.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann leicht auf Farbsysteme
ausgeweitet werden.
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Bei
einem Farbaufzeichnungsprozess wird ein Farbbild durch Teilbilder
unterschiedlicher Farbe dargestellt, die in Deckung gedruckt werden.
Eines der populärsten
Systeme ist durch Drucken unter Verwendung eines CMYK-Systems. Bilder
mit Cyan, Magenta, Yellow und schwarzer Tinte werden in Deckung übereinander
gedruckt. Wenn z.B. ein Tintenstrahlsystem verwendet wird, das zum
mehrstufigen Aufzeichnen in der Lage ist, kann eine Kalibrierung jeder
der Farben unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung durchgeführt werden.
Als Alternative brauchen nicht alle Farbe unter Verwendung eines Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung kalibriert zu werden.
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Nachdem
bevorzugte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung ausführlich
beschrieben worden sind, ist es nun für den Fachmann offensichtlich,
dass daran zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können, ohne
von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.