JP2004229294A - カラー印字装置におけるピクセル素子の状態空間モデル作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に校正できるカラー再生システムのためのモデルを提供する。
【解決手段】カラー印字装置の出力イメージのダイナミックカラーバランス制御に基づいてその装置を校正する制御システムは、事前選択された色を含むターゲットイメージを表す入力信号を、状態空間モデルに従って装置依存の制御信号に変換するフロントエンド変換器と、前記制御信号に反応して出力イメージを出力するカラー印字装置１２と、前記出力イメージから、前記出力イメージの色を表すパラメータを測定するセンサ１４と、を備える。開ループシステムは、前記パラメータを、前記ターゲットイメージからの対応のパラメータと比較し、選択された一式の公称装置カラー値を基準とした出力カラー感度関数を構築する。閉ループシステム制御器は、前記一式の公称装置カラー値における前記感度関数の勾配に基づいて、前記状態空間モデルを構築する。
【選択図】図３

Description

本発明は、カラーマネージメント、およびイメージ／テキスト印刷または表示システムの技術に関する。本発明は、ピクセル素子の状態空間モデルが装置動作をダイナミックに表すことを特徴とする方法および装置に、特に適用可能である。センサでカラー印刷出力を監視して、入力に関連するカラー出力を表す一式の選択された感度関数を構築する。ピクセル素子に関する感度関数の勾配を抽出し、それを用いて離散モデルを作成する。そのようなモデルを使用することによって、カラー印字システムで印刷されるイメージピクセルの集合において、要求される色と印刷される色の間の誤差が、従来のトーン再生曲線モデリング採用時に比べて低減される、制御システムを構成することが可能になる。

本明細書で開示する関数モデルは、装置に依存しないカラースペースを用いることで、一式のターゲットカラーを一貫して管理する。Ｌ＊、ａ＊、およびｂ＊は、モデリングに使用されるＣＩＥ（国際照明委員会）カラー基準である。Ｌ＊は明度を規定し、ａ＊は赤／緑値に相当し、ｂ＊は黄／青の量を表す。これらは、人による色の認識の仕方に合致するものである。ａ＊＝ｂ＊＝０の時、色はニュートラルである。

典型的な印字装置の出力は、時間の経過と共に、様々な要因によってドリフトする（または、所定の最適基準から逸脱する）。それらの要因には、環境条件（温度、相対湿度など）、使用する媒体の種類（たとえば、異なる種類やロットの紙、映写用シートなど）、媒体内のばらつき、初期化時に使用したオリジナルモデルからの変化、一般的な摩耗などが含まれる。印字装置の初期化時と、その後の定期または不定期の間隔とにて、参照基準にできるだけ近似した出力を生成できるよう、装置は校正および特性付けされる。しかし、校正および特性付け工程を徹底的に実施するには、特定の専門技術を必要とするため、長い時間および高いコストがかかる。

一例として挙げると、典型的な４色ＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、およびブラック）プリンタまたはコピー機の校正および特性付けには、少なくとも以下の工程が含まれる：（１）装置に依存しないパラメータスペースをＣＭＹ（シアン−マゼンタ−イエロー）スペースにマッピングするための、３次元ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を生成するステップ；（２）ＧＣＲ（グレー成分置換）／ＵＣＲ（下色除去）手法を実行して、ＣＭＹスペースパラメータを、通常の４色印字装置のカラーを表すＣＭＹＫスペースパラメータに変換するステップ；（３）印字装置の変動性に対処するために、印字装置ＴＲＣ（トーン再生曲線）を構築するステップ（これは通常、製造時、またはプリンタ校正および特性付け工程が関わる時にいつでも実施される）；ならびに（４）上記ステップ１および２で３次元ＬＵＴを用いた結果、および上記ステップ３で１次元ＬＵＴを用いた結果として得られたＣＭＹＫ連続トーン記述を、適切なハーフトーン手法の適用を通じて、イメージに変換するステップ。最初の２つのステップは一般的に、プリンタ特性付け工程として分類される。第３のステップは通常、本発明の目的でもある校正工程であると見なされる。印字装置において上記工程を実施するためのハードウェア／ソフトウェアパッケージは一般的に、「デジタルフロントエンド（ＤＥＦ）」と称される。

イメージ処理において、印字装置出力のばらつきに対処するための決定的なステップは、ＴＲＣ構築である。ＴＲＣは、特定の色に関して記憶された、入力パラメータ値に対する出力パラメータ値のプロットである。ＴＲＣは、入力−出力コントーンスペース、入力−出力密度スペース、または入力−出力バイトスペース、あるいはそれらの組み合わせにおける、印字装置の単調増加関数である。すなわちＴＲＣは、特定装置において、入力パラメータ値を再生する際に使用しなければならない出力パラメータ値を表す（入力および出力パラメータ値が全く同じである場合には、入力および出力値は、同じ座標スペース内に表される）。ＴＲＣ構築ステップにおける誤差は、カラーバランスおよび３次元ＬＵＴにおける誤差の原因となりうる。近年の印刷システムでは、そのような関数モデリングには、複雑な制御および校正ループが含まれることが考えられる。それらのループは、帯電量および現像量を測定することで受光体上のイメージの状態を測定し、帯電および現像システムパラメータを作動させることで現像性を特定のターゲットセットポイントに維持する。一方、他のレベルのループは、受光体ベルト上の現像トナー量を測定することを通じて、各カラー分解のためのＴＲＣを生成するよう設計される。これらの処理ループは、各カラー分解の現像性を、特定のターゲットセットポイントに維持することを可能にする。しかし、転写および媒体にばらつきがあるため、ベルト上の現像量の調節のみでは、媒体上に一貫して均質なカラーを生成することはできないという、具体的な問題が存在する。グレーバランス校正およびプロファイリング用ループを使用すれば、単一および複数の媒体におけるカラー不均質性を低減できると期待される。グレーバランスループは、ニュートラルに近いパッチの分光光度測定結果を使用し、イメージのための補正ＬＵＴとして１次元ＴＲＣを生成する。プロファイリング用ループも分光光度測定結果を使用するが、複雑な４対４または３対４の多次元ＬＵＴを生成するよう設計されている。これらの測色／測光補正ループは、正確なモデルを必要とする。現在、１次元および多次元ＬＵＴの作成において、ノイゲバウアー現象モデルが広く使用されている。代表的なプリンタのデータの示すところによれば、ノイゲバウアーモデルは、予測平均誤差がΔＥ＝４であり、最大誤差がΔＥ＝９である。これらの誤差は多くの場合、ページ上の印刷領域内における非均一性に起因し、そして測定誤差の原因となる。ＴＲＣモデリングを改良してより高い精度を達成することは、モデル内の測定誤差のため困難となっている。

徹底的なプリンタ特性付け／プロファイリングを実施する際には、カラースペース全体にわたって色を測定しなければならず、多数の色テストパッチの使用および繰返しステップを伴うため、高いコストおよび長い時間が費やされる。

本発明は、色に関する幅広い作業フローの実践における上述のようなカラー問題に対して、解決策を提供するために特に有用である。改良されたモデリングは、ユーザが選択可能なカラーおよびスポットカラーの管理、グレーバランスのとれたＬＵＴの構築、ならびにインライン／オフライン分光光度測定を用いたプロファイルの作成に使用することが可能である。本発明によって達成される印刷および製品の向上によって、ユーザはカラー文書を、別の出力装置で印刷／表示出力させる前にスクリーン上で処理できるようになる。それにより、印刷装置が生成する出力カラーがより均質および正確になり、現在の作業フローの生産性が改善される。

本発明は、状態空間数学モデルを使用して、カラー印字装置動作をモデリングおよび制御する。そのモデルは、インク仕様の変更に伴って測定されるカラー出力の変化を表す行列の逆数と、意図した色と測定された色の間の構造由来の誤差（integrated error）とに基づいて構築される。本発明は、オンラインでのグレーバランス維持および制御パラメータ測定において、有利な適用および向上した効率を実現する。

本発明は、ダイナミック変動するカラー再生装置に関して、テストターゲットに反応して生成された出力イメージに基づいてモデル作成する方法を提供する。その方法は、該装置を用いて、事前選択された色を含むテストターゲットからの入力信号に対してイメージを生成するステップを含む。そのターゲットの事前選択カラーに対応する出力イメージを表す出力信号を、センサが測定する。カラー生成動作の状態空間モデルが構築され、そのモデルは、複数の入力信号に対する複数の測定出力信号の変化勾配を表す行列を含む。装置のその後のカラー再生制御は、そのようにして決定された状態空間モデルにしたがって実施される。

本発明のさらに限定された態様によれば、状態空間モデルは、カラー感度関数を用いて勾配を抽出することによって構築される。勾配は、複数の感度関数のヤコビアン行列として形成されることが好ましい。より詳細には、装置制御は、そのヤコビアン行列の逆数を、フォワードパス制御ループ内の選択された入力信号に適用して、対応の出力信号を生成することによって実施される。

状態空間モデルの基本的構造は、線形かつダイナミックであり、あるピクセルにおける入力ＣＭＹ値と印刷カラー値（Ｌ＊，ａ＊，ｂ＊）との関係を含むものである。そのモデルは、全てのピクセルに対して共通の構造を有するが、個別の各ピクセルに関して特有の値を提供する。本発明において、モデルの決定は単一ピクセルに関して説明される。モデルは、各ピクセルの３つの状態を表す。それらの状態とは、たとえばＬ＊値、ａ＊値、およびｂ＊値などのピクセルの三測色値に該当する。状態空間モデルにおいて、入力／出力関係は、感度関数によって捉えられている。

また、本発明のカラー印字装置は、出力イメージのダイナミックカラーバランス制御に基づいてその装置を校正する制御システムを含み、そのシステムは、事前選択された色を含むターゲットイメージを表す入力信号を、状態空間モデルに従って装置依存の制御信号に変換するフロントエンド変換器と、前記制御信号に反応して出力イメージを出力するカラー印字装置と、前記出力イメージから、前記出力イメージの色を表すパラメータを測定するセンサと、前記パラメータを、前記ターゲットイメージからの対応のパラメータと比較し、選択された一式の公称装置カラー値を基準とした出力カラー感度関数を構築する開ループシステムと、前記一式の公称装置カラー値における前記感度関数の勾配に基づいて、前記状態空間モデルを構築する、閉ループシステム制御器と、を有し、以降に生成される出力イメージは、前記閉ループシステム制御器を用いて出力され、ターゲット入力イメージをより正確に表わす。

本発明を使用することの１つの利点は、プリンタのドリフトおよび媒体の不確実性が存在する場合にも向上した精度を提供する、カラー再生システムのためのモデルが得られることである。本発明を含む装置であれば、ある所定値以上の誤差が生じる場合に、簡単に再校正または修理できる。印刷システムにおいて内蔵カラーセンサが使用される場合は、モデル構築工程に操作者や他の人間の手を借りる必要がない。

図面は、内蔵カラーセンサを用いて自動的にダイナミック装置モデルを生成する方法および装置を示す。そのモデルは、フォワードまたはインバースモデルとして利用できる。本発明は、ユーザが装置に対して、ソフトプルーフ用パッケージを通じて簡単に要求を発して、ユーザがプリンタに供給する入力（たとえばグラフィック）に関する美的または表現上の判断を伝達することによって、ダイナミック装置モデルを使用できるという、実用的用途を有する。装置のダイナミックモデルがない場合、ユーザの意図または好みは、モニタで視覚的に生成できたとしても、正確に実現させることはできない。このタイプのモデルは、予想どおりに色を正確に再現しようとする場合に特に有益である。

図１は、ピクセル素子のための従来のシステムモデルを示すブロック図であって、そのピクセルのために、最小数の繰返しを用いて良好なグレーバランスのＴＲＣを構築する安定した制御ループを、上記背景技術で説明した方法を用いて作成する様子を表す。このシステム図に記載されるシステム１０は、インク印字装置１２と、カラーセンサ１４とを有するが、本発明はインク印字装置のみに限定されず、プリンタ、モニタ、または他のイメージング装置などのいずれのイメージ再生／表示システムをも含むことを意図する。本例では、カラーセンサ１４は分光光度計である。分光光度計は、検出した色についてのスペクトル情報を捕捉した後に、設備出力「ｘ」１６を供給する。スペクトル情報は、イメージの印刷カラーを表す信号であり、Ｌ＊ａ＊ｂ＊値、ＸＹＺ値、Ｌｕｖ値などの、要求されるカラー記述に従った値を含むことが好ましい。本説明においてはカラー記述のために、Ｌ＊ａ＊ｂ＊座標スペース値のみを使用する。

公称値（たとえば、Ｃ＝５０％、Ｍ＝５０％、Ｙ＝５０％）において、プリンタの入力−出力特性または「感度関数」は、図２Ａ〜図２Ｄのように示すことができる。測定Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊値は、図３ではベクトルｘとして示す。図２Ａ〜図２Ｃは、ＭおよびＹが一定でＣが変動するときの、Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊値の例を表す。曲線２０，２２，２４は、Ｍ＝１０％およびＹ＝５０％でＣが変動する場合を示し、曲線２６，２８，３０は、公称ＭおよびＹ値＝５０％でＣが変動する場合を示し、曲線３２，３４，３６は、Ｍ＝９０％およびＹ＝５０％でＣが変動する場合を示す。図２Ｄは、Ｃ＝Ｍ＝Ｙ＝０％でＫが変動する場合を示す。ブロック４０，４２，４４として特定された公称点はＣ＝Ｍ＝Ｙ＝５０％に位置する。図２Ｄにおける公称点はブロック４６であって、Ｋ＝５０％およびＣ＝Ｍ＝Ｙ＝０％に位置する。

４色ＣＭＹＫ印刷システムにおけるイメージ経路は、ＧＣＲ／ＵＣＲブラック加工を含む。それにより、ピクセルのＣＭＹ値からＫ成分を除去して、外部から別個のＫ入力を付加することが可能になっている。そのようなシステムに関して図２Ｄは、Ｋ分離システムを、単一入力−単一出力ダイナミック状態空間モデルとして表す。

公称ＣＭＹ値４０，４２，４４にてシステムが線形であると仮定すると、システム１０は、以下の離散式によって近似できる。ｋが繰返し数であるとすると、開ループシステム用の等式は、出力と入力の関係を示すヤコビアン−一階微分を項に用いて以下のように表すことができる。

Ｖは、Ｃ，Ｍ，Ｙ値における公称Ｃ，Ｍ，Ｙ値からの小偏差を含むベクトルを表す。Ｂは、図２Ａ〜図２Ｄに示す検出された感度関数から選択された公称値を基準とした、入力信号に対する出力信号ｘの変化勾配を表すベクトルである。信号χは、開ループシステム１０におけるピクセル素子の状態可変ベクトルを表す。χ₀は、状態可変ベクトルの初期値である。ベクトルＶは、状態ベクトルχを変動させる際に使用される、開ループシステムのアクチュエータである。

システム１０において制御ループが閉ループであって、多変数ゲインｋ５０および積分器５２（図１）を含む場合、閉ループ状態空間モデルは以下のように導出できる。
Ｖ（ｋ）＝Ｖ（ｋ−１）＋ｕ（ｋ） …（２）
積分器への入力は、ｕ（ｋ）＝ＫＥ（ｋ）によって与えられる。

等式（２）において、Ｋはゲイン行列であり、Ｅは、測定Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊値と目標値との間のエラーベクトルである。Ｂ行列が可逆である場合には、開ループシステム用の等式を用いて、以下の閉ループ状態空間モデルを得ることができる。
χ（ｋ＋１）＝Ａχ（ｋ）Ｂｕ（ｋ）；ｕ（ｋ）＝ＫＥ（ｋ） …（３）

上記等式（３）において、Ａ行列はＡ＝ｄｉａｇ［１ １ １］で与えられ、ｕはアクチュエータベクトルである。

このタイプの公式では、等式（３）のアクチュエータベクトルｕは、等式（１）で使用されるアクチュエータベクトルＶとは異なる。等式（２）により、アクチュエータベクトルｕは、アクチュエータベクトルＶに関連付けられる。等式（１）は開ループ状態空間モデルであり、等式（３）は閉ループ状態空間モデルである。

大多数のプリンタ制御の課題において通常そうであるように、複数のピクセル素子の制御が必要な場合は、χおよびｕベクトルは、他のピクセル素子の対応の状態およびアクチュエータ値を用いて拡大(augment)することができる。ゲイン行列もまた拡大される。全てのピクセルの制御に使用される拡大ゲイン行列Ｋは、ブロック対角型になる。

図３を参照すると、１つのピクセル素子の制御に使用される本発明による状態空間モデルの適用が図示される。グレーバランスのとれたアルゴリズムを構築するために、状態空間モデルを用いてゲイン行列Ｋを設計できる。Ｂ行列の逆数６０を含むルックアップテーブルを、図３のフィードバック制御器のフォワードパスに含む。アルゴリズム内におけるＢ行列の使用は、状態空間モデルの直接的な結果である。この手法は、システムの線形化と呼ばれる。逆（Ｂ）ＬＵＴを含む拡大システムのための閉ループシステムモデルは、以下によって与えられる。
χ（ｋ＋１）＝χ（ｋ）＋ＭＥ（ｋ） …（４）

等式（４）は、単一入力−単一出力の形態である。Ｍは、あるピクセル素子のための対角配列された０と１の間のゲインを含み、各Ｌ＊、ａ＊、およびｂ＊値に対して１つのゲインを含む。そのような線形表現を他のピクセル素子と組み合わせると、行列Ｍは上述のとおり拡大される。等式（４）における拡大Ｍ行列は対角型であり、ゲインは０と１の間である。それらのゲインは０と１の間に固定され、以下の伝達関数によって設定される閉ループ性能を示すよう設定されることができる。以下に示す伝達関数は、等式（４）のｚ変換を算出することによって得られる。
χ（ｚ）／Ｒ（ｚ）＝［ｚｌ−（ｌ−ｋ）］^-lＭ …（５）

Ｒ（ｚ）は、目標値のｚ変換を含む。［ｚｌ−（ｌ−ｋ）］は、Ｌ＊、ａ＊、およびｂ＊値を制御するための閉ループシステムの極を含む特性式である。明度の制御は、ａ＊およびｂ＊とは別個に設定してもよく、全ての場合においてＭを０と１の間に設定する。クロマ（すなわちａ＊およびｂ＊）の良好な制御を強調したい場合には、明度は緩和してもよい。それにより、優先事項の選択が可能になる。

このように、本明細書で開示するモデリング方法は、印字装置の全ての個別ピクセル素子のためのカラーモデリングおよび校正に適用でき、さらに、いくつかの複数カラーピクセルを有するマクロピクセルなどの複数素子のための同様のモデリングにも適用できる。

図４に、本発明の実施のための好適なステップを表すフローチャートを示す。まず、ターゲットから、図１に示す公称Ｃ、Ｍ、Ｙ値などのテストイメージを生成する（７０）。その出力をセンサ１４で感知して（７２）、測定Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊値などの出力カラー値を生成する。感度関数を生成して（７４）、感度関数の導関数を項に用いて装置動作を表現する（７６）。その導関数とは、等式３のＢ行列である。図３および等式３に示されるように閉ループシステムモデルが構築された後、感度関数の導関数の逆数を入力信号に適用することを含む制御閉ループシステムを通じて、装置を制御および校正できる（７８）。

本発明のさらに限定された利用法によれば、状態空間モデルを用いる閉ループシステム制御器は、印字システムの入力および出力パラメータの関係を示す感度要素の行列であるヤコビアン行列の逆数を含む。閉ループシステム制御器は、そのヤコビアン行列の逆数を含むルックアップテーブルを有してもよい。

カラー印字装置のための従来のモデルを示す概略ブロック図である。 印字装置のための動作感度関数を示すグラフである。 印字装置のための動作感度関数を示すグラフである。 印字装置のための動作感度関数を示すグラフである。 印字装置のための動作感度関数を示すグラフである。 本発明による、カラー印字装置のための状態空間モデルを示す概略ブロック図である。 本発明のモデルを印字装置において構築および適用するための処理ステップを詳述するフローチャートである。

符号の説明

１０ システム、 １２ 印字装置、 １４ カラーセンサ、 ５２ 積分器。

Claims (3)

1. ダイナミック変動するカラー再生装置のピクセル素子に関して、テストターゲットに反応して生成された出力イメージピクセルに基づいてモデル作成する方法であって、
   複数ピクセルから成る前記テストターゲットに基づく入力信号に対して、前記装置を用いてイメージを生成するステップと、
   ターゲットの事前選択カラーに対応する出力イメージを表す出力信号を、センサで測定するステップと、
   前記入力信号に対する前記測定された出力信号の変化勾配を表す行列を含む、単一ピクセルに関するカラー生成動作の状態空間モデルを構築するステップと、を有するモデル作成方法。
2. 請求項１に記載のモデル作成方法において、前記構築するステップは、カラー感度関数を用いて前記勾配を抽出することを含む、モデル作成方法。
3. カラー印字装置であって、出力イメージのダイナミックカラーバランス制御に基づいてその装置を校正する制御システムを含み、そのシステムは、
   事前選択された色を含むターゲットイメージを表す入力信号を、状態空間モデルに従って装置依存の制御信号に変換するフロントエンド変換器と、
   前記制御信号に反応して出力イメージを出力するカラー印字装置と、
   前記出力イメージから、前記出力イメージの色を表すパラメータを測定するセンサと、
   前記パラメータを、前記ターゲットイメージからの対応のパラメータと比較し、選択された一式の公称装置カラー値を基準とした出力カラー感度関数を構築する開ループシステムと、
   前記一式の公称装置カラー値における前記感度関数の勾配に基づいて、前記状態空間モデルを構築する、閉ループシステム制御器と、を有し、
   以降に生成される出力イメージは、前記閉ループシステム制御器を用いて出力され、ターゲット入力イメージをより正確に表わす、カラー印字装置。

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