CN101001756A - 图像再生和录制系统与组件及其定位、处理和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像再生和录制的新方法，它是一种不需机械引导装置的操作方法，有广泛的应用领域，对大多数工业、办公室、家庭、装璜、娱乐和艺术等方面的用户来说，非常灵活、容易和方便，可替代现有基于精密机械组件的、复杂昂贵的传统图像再生方法。在产生图像的过程中，头可以在任意表面作上任意移动(手动、机器人或机载操作)，定位系统确定头在每个时刻的位置，计算机根据位置坐标，在储存在磁盘上的图像数据文件中搜索距这个位置最近的像素，并从图像文件获得这个像素的颜色数据，再控制头在这个位置喷涂相应的颜色，或读取这个位置的颜色，再储存到图像文件中对应的像素上。基于这个方法的图像再生和图像录制系统包括下列组件：头载体、喷头/录入器、或喷头阵列/录入器阵列、以及计算机。在基于波动的定位方法或基于相对运动的定位方法中，还包括下列组件：操作单元和通信单元，或者操作模块和运动探测器。

Description

图像再生和录制系统与组件及其定位、处理和控制方法

相关PCT申请

该申请请求标题为“图像再生和录制系统与组件及其定位、处理和控制方法”的美国专利申请(申请号为No.60/402,233)的优先权，其优先日期为2002年8月12日。

技术领域

该发明叙述一种操作灵活(手动、机器人或机载)且不需机械引导装置的图像再生和录制方法及其与之相配套的组件，定位、处理和控制方法。其目的是为图像再生和录制系统建立一种灵活且通融的操作(也就是说，不需要轨道引导)，来代替当前有众多用户的传统图像再生和录制系统。基于机械引导装置的传统打印系统，不但复杂，昂贵，而且不灵活，特别对于大面积应用是这样。由于这项发明在操作上的灵活性，再生和录制的图像尺寸可以大如建筑物的墙壁、高尔夫球场或悬崖，也可以小到任意尺寸(只要这样做还有意义)，它可应用于很多场合，如建筑物墙壁、悬崖绝壁、高尔夫球场、篮球场、足球/橄榄球场，广告牌、海报，肖像和绘画等方面的图像及图案，工业设计图、工业装璜、装璜艺术(如在陶瓷上沉积图案)，住宅油画涂漆与墙壁装修，考古图像或图案的提取以及博物馆图像图案备份，雕刻等等。它既可以应用于任何平坦表面，也可以应用于任何曲面上。该发明既包括系统及组件的构造和设计，如运动探测器、操作单元、通信单元、头载体、操作单元、喷头/喷头阵列和录头/录头阵列，该发明还包括图像再生及录制系统的概念、思路、理论、及定位、处理、和控制的方法，以及硬件信号处理和软件数据处理。

背景技术

图像再生和录制的传统方法，如电子商店出售的印刷打印器件和扫描器件所使用的方法，以及美国专利5968271，5273059，5203923，4839666，5707689，6369906，5642948，5272543^[1-8]等所描述的方法，都是基于用轨道引导的定位系统，其头(喷头或录头)是用电机驱动并且通过精密机械定位组件将头限制在一个轨道上。因此，其尺寸和服务范围都有局限性，并且对大多数应用没有灵活性，如广告牌上或墙壁上的图像，大尺寸或者曲面上的图像等等。并且，传统的方法是基于机械组件的方法，复杂且昂贵。因此，该发明的动机是为了建立灵活的手动操作，机器人操作或机载操作的系统，来实现图像再生和录制。由于其操作上的灵活性，需要再生和录制的图像可以任意大，并且它既可以应用于任何的平坦表面和曲面。系统的件包括，如运动探测器、操作单元、通信单元、头载体、操作单元、喷头/喷头阵列，和录头/录头阵列。

发明内容

该项发明的核心思想是提出了一种实现的图像再生和录制的新方法，有一个可以在任意表面作上任意移动(手动、机器人或机载操作)的头载体，以及与之相应的组件和定位、处理及控制方法。因此，基于这种方法的系统对大多数来自于工业、办公室和家庭、装璜、娱乐和艺术等方面的用户来说是非常灵活、容易和方便，可替代现有基于精密机械组件的、复杂昂贵的传统图像再生方法。

该项发明的更进一步的目标是提供系统构造和组件，来进行头(喷头或录头)定位，数据处理和头控制。

这项发明的第一个方面提供了在任意表面上再生图像的方法，它是基于储存在计算机中的图像数据，并通过在表面上任意地移动操作组件(手动、机器人或机载操作)来实现的，这里，这操作组件也就是‘头载体’。基于这种方法的系统有取决于定位方法的不同版本。用于图像再生的定位方法可划分为两类：基于波动性的方法和基于相对运动的方法。应用两种方法的系统包含这些组件：头载体、喷头/喷头阵列、操作单元(OU)、以及一台用于处理和控制的计算机。除了这些组件，基于波动的方法还包含了通信单元(CU)，而基于相对运动的方法包含了两个相对运动探测器(MD)。

在基于相对运动的方法中，以下为了叙述方便，操作单元(OU)也被称为操作模块(OM)，是为了不与基于波动性的方法中的OU相混淆。系统操作步骤包括：OM执行来自计算机命令：从MD中读取头的运动信息，并且按时间顺序来组织这些信息。然后OM通过多重路径(并行地)向计算机发送这些时间序列。计算机处理这些信息来为确定定位器的位置，并进而确定头阵列中每个头的坐标。OM执行计算机命令来控制头阵列中头的行为(喷涂或读取)。对于录制系统，OM提取在传感器阵列中每一个图像像素点的图像信息，按时间顺序组织这些信息，并且发送给计算机。而且，作为一种选择，任何计算机鼠标技术都可被用作MD。

在基于波(动性)的方法中，系统操作步骤包括：操作单元(OU)产生并发送信号电流给发射CU。发射CU发射、接收CU接收射频、电磁波、光波或者超声波信号，他们都是相差信息或时差信息的载体。然后接收CU把这些信息反馈给OU。OU把这些信息进行处理，并转换成相差或时差数据，再把数据传送给计算机。另一种选择是应用多普勒效应来检测接收CU的速度，然后计算机通过对速度进行积分来计算移动距离。

通过使用本发明的定位方法，计算机来处理这些数据，并将处理的数据转换成喷头/喷头阵列的位置坐标。根据位置坐标，计算机在储存于计算机磁盘上的图像数据文件中搜索距这个位置最近的像素，并获得这个像素的颜色数据，再把这个数据传送给OU或OM。然后OU或OM向头发送命令和动力来执行任务(喷涂或录入)。计算机然后记录图像再生或录制的历史。如果图像已经在图像表面产生(喷涂或录入)，其对应的像素将会被计算机标记，并显示在计算机屏幕上，以后如果头再移动回到相同的位置，不会再次产生图像。

CU(在基于波动的系统中)或MD(在基于相对运动的系统中)也被称为头的定位器，简称定位器，通常有两个。第二个CU或MD与第一个CU或MD一起，用来确定喷头阵列的方向，以便确定在喷头/录入器阵列中确定每个头的位置。

该项发明的第二个方面提供了从任意表面上录制图像的方法。基于这个方法的系统，在表面上通过任意地移动手动操作或机器人操作或机载操作的组件，将图像的数字数据从所有图像表面传送给计算机，并贮藏和再生。系统中的所有组件和步骤与图像再生系统的相同，但是须用图像录入器/录入器阵列来代替喷头/喷头阵列。当被触发时钟触发时，图像表面的坐标信息和颜色数据值在触发时刻被送回计算机。计算机及时地处理这些信息和数据或把它们储存到一个文件中，留待后续处理用。计算机将坐标信息转换为坐标值，在触发时刻的坐标值可能不是正好在预先规定的像素格子中的像素上，因此计算机通过使用内插方法，根据获得的坐标值和颜色数据来计算在预先规定的像素格子中的所有像素的颜色值。

这项发明的第三个方面提供组件：运动探测器(又叫头定位器)和操作模块，用于基于相对运动的系统中，以确定头阵列的位置和方向。

这项发明的第四个方面提供组件：通信单元，用于基于波的系统中，来接受和发射信号，以确定发射通信单元和接受通信单元之间的距离，安装在头载体上的通信单元也称作头定位器。

这项发明的第五个方面提供组件：操作单元，用于处理来自通信单元的信号，来接受和发射信号，并把信号转换成距离相关的数据，操作单元把这些数据传送给计算机和传送颜色数据、喷头动作指令、和动力给头。

这项发明的第六个方面提供组件：头载体或手握的象刷子一类的实体，用于提供灵活的手动操作和机器人操作，使头在画面上有固定的高度。

这项发明的第七个方面，计算机软件确定头或头阵列中的头的位置，这要根据来自操作单元或操作模块的信息，然后把动作指令及与这个位置相应的像素的颜色数据送回操作单元或操作模块。

这项发明的的最后方面，对应于每个结构、具体装置、组件和步骤，提供了用于包括硬件信号处理和软件数据处理在内的定位、处理和控制，图像再生和录制的理论、概念、思想、和方法。

附图说明

为更好地了解这项发明，可以参照下列各图，并阅读下面关于这项发明的详细说明，其中：

图1是基于该项发明的、用于图像再生和录制系统的某一首选装置的构造图。CU(通信单元)位于四个角上，颜料罐位于头载体上或者置于与头制造在一起的颜料盒中。

图2是基于该项发明的另一个首选系统的装置及构造图：(a)地上的颜料罐；(b)在角上的3个CU；(c)在四边中间位置的4个CU；(d)在底角上的2个CU。

图3是这项发明中具有单个头的头载体的某一个首选的装置示意图。

图4是这项发明中具有头阵列的头载体的某一个首选装置示意图。

图5是承载着具有喷头阵列的喷墨盒的头载体的某一个首选体装置示意图。

图6是发射CU的首选的装置示意图：(a)射频(RF)发射天线；(b)单光发射器；(c)四光发射器；(d)超声波发射器。

图7是接收CU的首选的具体装置示意图：(a)RF接收天线，(b)单光探测器，(c)双光探测器，(d)四光探测器，(e)角落单光探测器，(f)角处有弯曲的感光层的单光探测器，(g)超声波探测器。

图8是相对运动探测器(MD)的一个首选的装置示意图。

图9是这项发明中某一个基于RF的首选系统的控制与处理示意框图。

图10是这项发明中另一个基于RF的首选系统的控制与处理的示意框图。

图11是基于RF的系统的相位处理示意框图。

图12是这项发明中某一个首选的基于调制的系统的控制与处理的示意框图，有4组波长/频率。

图13是这项发明中另一个首选的基于调制的系统的控制与处理的示意框图，有2组波长/频率。

图14是这项发明中另一个首选的基于调制的系统的控制与处理的示意框图，有4组波长/频率。

图15是这项发明中另一个首选的基于调制的系统的控制与处理的示意框图，有2组波长/频率。

图16是这项发明中使用超声波方式的某一个首选的基于时间的系统的控制与处理的示意框图。

图17是这项发明中使用超声波方的另一种首选的基于时间的系统的控制与处理的示意框图。

图18是相位差(双曲线)及相位和(椭圆)的等高线的示意框图。

图19是单个头的定位数据处理和控制流程框图。

图20是头阵列的定位数据处理和控制的流程框图。

图21是数字相位探测器(DPD)中的电流-相位的折叠关系和在2D相位空间的折叠区域的示意图。

图22是基于相对运动方法的数据相关处理.示意图-相关概念及简单运动。

图23是基于相对运动方法的数据相关处理.示意图-复杂运动。

具体实施方式的描述

<术语字典>

为了阅读方便，有必要为一些概念的定义建立一个术语表，如下列出：

(1)在“灵活操作”中：“手动操作”是指人的手工操作；“机器人操作”(如‘像蜘蛛人的’)和“机载操作”指的是当操作需要人力所不及的动力或操作环境不适宜人类操作时，用动力组件来帮助的操作，它不需要用精密机械引导装置(如：在传统的打印机或扫描仪中引导打印头或扫描头的导轨)定位。

(2)术语“图像产生”指的是在或从任何平面上再生(打印、绘画及涂漆、喷涂和沉积)或者录制(扫描和绘画作品录入)图像或者图案；

(3)词组“图像再生或图像录制”中的“图像”一词有双重意义：(a)已经存在的，产生于人类艺术或者自然艺术的、预先确定的并将被再生的图案或某种沉积物，或者预先确定的并将被录制的图案或者沉积物：(b)储存在计算机中的、用扫描仪录制或者用数码相机、数字摄像机等拍摄的图像；

(4)术语“头”在该发明中既可指用于图像再生的喷头，也可指用于图像录制的录入头。有时“头”也指用于安装头的部件；

(5)术语“喷头”是指喷墨、颜料喷头或者用于物质沉积的其他设备。“喷(spray)”或“喷涂(spraying)”表示物质沉积的任何行为；

(6)“录入器(reader)”在该发明中指的是从预先确定的图案或者沉积物中得到图像信息的任何设备，比如图像扫描仪或者相机中的图像传感器。“读/录(read)”或者“读/录入(reading)”指录入器的任何行为；

(7)阵列中的“元素”，在定位方法描述和要求权利中，一般指一维阵列的元素。然而，在图像再生或录制系统中，它指的是头阵列中的一个头；

(8)在“图像再生或图像录制系统”的权利要求中，装在头载体上的操作单元或操作模块也被称为头定位器；

(9)在定位方法的要求权利中的“定位器”是个一般术语，没必要仅仅用于“图像再生和录制系统”中；

(10)“光”或者“光子”指的是来自T-射线与X-射线的任何可见或不可见的、连续或者不连续的电磁辐射线；

(11)“电磁波(EMW)”指的是从530KHZ至1THZ的所有电磁辐射。

(12)“波”指的是所有的电磁波或超声波；

(13)“信息载体”指的是加载信息的射频(RF)波或者超声波；而“载波”指的是加载射频的光波或毫米微波(也就是射频调制)；

(14)“在空间”或者在“在图像空间”指的是在二维平坦表面或二维曲面上，或者在我们的实际三维空间中；众所周知，一维(1D)是条线，二维(2D)是平面，而三维(3D)是我们的实际空间；

(15)术语“计算机”指的是系统或者实时控制中的可编程设备(也就是广义化的计算机)；

(16)“相位检测器”指的是混频器或者数字相位检测器；

(17)“操作杆”指的是控制头载体移动的动力装置，它既可以是手持组件也可以是动力组件。

<系统构造>

[段1 ]从这里开始描述系统构造，系统操作及组件，以及定位、处理和控制方法，并且在细节上参考相应的图。

[段2 ]图1用来说明该发明中基于波动的方法的某一个首选的图像再生和录制装置的构造。通过使用这个方法，可根据储存在计算机900中的图像数据，在一个表面上的图像区域10内再生图像；或者通过任意推拉头载体100(或任何像刷子一样的手柄)的操作杆102，把图像区域10表面上的图像记录到计算机900中。表面可以是任何形式的表面，如曲面，球面或平坦表面。头载体可以是带有“操作杆”102的手动操作组件，或针对大型应用时，用动力组件来辅助的组件，或当操作环境不适合人类时，也可以是机器人或者机载操作。

[段3]设置在四个角上的四个通信单元(CU)201～204，作为发射器/接收器应用于图像再生，并被标记为A1，A2，B1和B2。设置在头支撑300上的CU(详见图3～7)也分别地作为接收器/发射器。信息载体可以是射频(RF)，也可以是RF加载于(调制)T射线至X射线的光波，或是超声波。若RF直接(即非调制)用作信息载体，因为近场相差的非线性特性，CU必须设置在角上或边缘上并且适当远离图像区域10的边界。

[段4]为了方便，我们在这里首先描述这种情况：CU201～204作为发射器，头支撑300上的一个CU(头定位器)作为接收器。操作单元(OU)400产生信号并通过电缆51、52、61、62把信号传送给CU201～204。电缆51和52是从一个源分离出来的，分路器50到A1 201和A2 202的距离相同，因此它们有相同的时间延迟。对电缆61和62也一样适用，分路器60到B1 203和B2 204的距离也相同。用CU201～204来发射。接收器接收带相位和时间信息的波，并通过电缆20把信息反馈给OU400。操作单元400的硬件处理信息并把信息转换成相差或时差，然后通过电缆40把这些数据传送给计算机900。根据这项发明中的定位理论和公式，计算机把这些相位数据转换为头支撑300上的头定位器(详见图3，4，5)的位置坐标。根据头的位置坐标，计算机900在图像数据文件中搜索距这个位置最近的像素，提取该像素的颜色数据，再通过电缆40把这些数据传送给OU400。然后OU400通过电缆30向头支撑300上的喷头发送动作命令和动力。计算机900屏幕上，在对应于图像区域10中已经被再生的每一个像素处，会被计算机900标记。如果头支撑300上的头以后再移回到同一位置，该位置的图像不会被再次再生。

[段5]对于图像录制，图像录入头或者录入头阵列被安装在头支撑300上。其定位步骤和上述的图像再生的定位步骤一样。由触发时钟触发，坐标信息和颜色数据在触发时刻从图像区域10获得，并通过OU 400反馈给计算机900。计算机900立即处理这些数据或把这些数据储存到文件中以待后续处理。计算机900可以把携带坐标信息的信号转换成坐标。触发时刻的坐标可能不是恰好处于预先规定的像素格子中的像素上。因此，计算机900应用内插方法，根据得到的坐标和颜色数值，来计算预先规定的像素格子上所有像素的颜色标值。

[段6]发射器和接收器可以置换。CU201～204，A1，A2，B1，B2也可被用作接收器(作为接收CU)，头支撑300上的CU也可被用作发射器(作为发射CU)。下面的章节会对其进行详细叙述。

[段7]上述步骤也都适用于下面将要描述的所有首选或可选的系统构造。

[段8]图2示意的是依据该发明的另外一个首选的二维应用的系统构造。颜料罐对大型图像是必要的，它被放置在头载体100上(详见图3，4，5)。然而对于特大的图像，颜料罐140，142和144被放置在地上或者一个支撑平台上。如图2(a)所示，颜料通过管道130，132和134输送到头支撑300上的喷头中。图2(b)示意了仅在三个角上使用三个CU的一种选择，CU A1 201和CU B1 203合并到了一起。图2(c)示意的是在边界中间使用四个CU201～204的一种选择，其定位理论和公式是最简单的。对基于时间的定位方法，其装置由图2(d)所示；在此仅使用了底角上的两个CU：A1 201和CU：A2202。

[段9]对于三维应用，图1和图2所描述的所有情况都需在z-轴的任何位置(只要不是距图像表面太近)再安装另外一个或两个CU。z-轴是垂直于二维框架平面(图像表面)的轴，z-轴也可以是三维框架的一条边。对上述的所有情况，CU可以完全地或者部分地设置在框架的边界中间或者角上，颜料罐可以在头载体100上，也可以在地上。

[段10]用于在操作单元400和头300之间传送与相位无关的信号、颜色数据和操作命令的电缆可以用无线通信来代替。

[段11]对于基于相对运动的系统，由于采用了光学图像方法和鼠标技术的方法，不使用CU(201～204)和OU400以及它们之间的电缆。在头支撑300上与头定位器装载在一起的MD和OM取代了CU和OU，并且可以在图像表面上任意地移动。OM(在图中没有显示)通过一条多路经电缆与计算机900直接相连。计算机900定时地给OM发送命令。OM执行命令从MD读取定位器的运动信息，并且按时间顺序来组织这些信息。然后OM通过电缆经多重路径把这些时间序列信息并行地发送给计算机900。计算机为定位器定位处理这些信息并且确定头阵列中头的坐标。OM执行计算机的命令来控制头阵列中头的行为(喷雾或读入)。一个首选的MD包括一个二维相机图像传感器阵列(M×N像素)、两个镜头和一个激光器。对于录制系统，OM读取传感器阵列中每一个像素的图像信息，并且按时间顺序来组织这些信息，然后把它们传送给计算机900，计算机把这些图像信息储存在磁盘上。同样地，任何计算机鼠标技术都可以运用在MD上。

<组件构造和操作>

头载体

[段12]图3是这项发明中某一个首选的、单头头载体的实体装置示意图。头载体100的组成部分包括：一个框架110(头载体的主体，可以是任意形状)，一个前轮112，两个后轮114，“操作杆”102，头臂106和头支撑300。轮子(112，114)能使头载体100在图像区域10上任意移动，并确保头382(喷头或像录入头)与图像区域10保持一个固定的高度301。“操作杆”102通过一个关节104和头载体100连接到一起，并且操作杆102可以绕着关节104任意旋转。为了灵活应用于不同的环境，头臂106和头载体100连接在一起，并且可以绕轴105手动旋转。CU381和头382装载在头支撑300上。在臂的一端，头臂106支撑着头支撑300。对于小幅图像应用，颜料就存放在内置喷头或颜料盒的容器中。而对于大幅图像应用，三个(或者四个，如果为色彩质量需要一个额外的黑色罐)颜料罐120(青色)、122(洋红色)、124(黄色)被安装在头载体100上，并随着头载体一起移动。颜料通过颜料输送管道130、132和134从颜料罐(120、122、124)输送到头中。而对于巨幅图像应用，颜料通过颜料输送管道130、132和134从置地颜料罐140、142、144(图2(a))输送到头中。

[段13]图4用于说明这项发明中某一个首选的、带有头阵列的头载体的实体装置。与图3中的头载体的不同之处在于头支撑300和头盒385(代替单个头)。头装载盒385上装有许多的头，从而行成了一个头阵列386(喷头或者录入头)。图像分辨率(IR)是由头阵列中的头密度决定的，而阵列中头的数量和阵列的长度L1(391)决定了头的密度。两个CU(383，384)(也就是两个头定位器)安装在头支撑300上。支撑的延伸303用来支撑CU384，从而扩大两个定位器383和384之间的距离L2(392)。运用这个延伸的目的是为了增加头阵列386中每个头的定位精度。延伸303可加在头支撑300两侧的任何一侧，视方便而定。头支撑300可绕轴302手动旋转360度，从而可以应用于不同的环境下。

[段14]图5用于说明这项发明中另外一个首选的头载体的实体装置，该头载体在制造时就带一个有喷头阵列的喷墨盒。与图4中的头载体的唯一区别在于使用了带有喷头阵列390的颜色喷墨盒389。

通讯单元

[段15]图6所示为发射CU(也就是发射器)的首选的结构，包括：(a)射频(RF)天线610；(b)单光源630(激光器或LED)；(c)四光源640；(d)超声发射机620。

[段16]射频天线610在基于RF的系统中当作发射器来使用。最低级别的RF或单级RF的波长与图像区域10的尺度应该是相近的。这里给一个例子：100米、30米、3米、10分米和1厘米的尺寸分别对应于RF频率3MHZ、10MHZ、100MHZ、3GHZ和30GHZ。如果使用电流相位除去折叠的技术(去折叠技术)，单级RF的频率可以更高些。

[段17]图像区域越大，使用的频率越低。因此RF可以加载到(也就是调制)一些极高的频率上，如某些毫米级微波波段，在国家频率分配管理局，这一频率波段还没被占用，频率的使用无须执照(在空气中最高峰吸收的频率段)，以避免被公用通讯和军事频率干扰。下面将叙述的基于光的方法及步骤，都可以应用于这里所述的情况，但除载波的发生器、载波的发射器和接收器之外。

[段18]在基于光的系统中，通过调幅或者调频把RF加载到光波上。发射器632发射光波，称为单光源发射器。对于二维应用，通过使用一个柱面镜，而不是球面镜，把光均匀地分散在角636(可以使用90度和150度之间的任何角度，110度最佳)对应的区域中。镜头和光的方向的设计应使得光在垂直于纸平面的方向上有最小的发散。如果系统的发射器装载在像平面的角上，应使用单光源发射机630。多光源发射器640由几个单发射器630组成，应用多光源发射器的系统，发射器安装在头支撑300上。超声波发射器应用于基于时间的系统中。对于三维的应用，镜头是球形的并且使用六光源的发射器。

[段19]图7所示为接收CU(接收器)首选的实体化：(a)RF天线710，(b)单光探测器720，(c)双光探测器730，(d)四光探测器740，(e)角光探测器750，(f)带曲面感光底层的角单光探测器760，(g)超声波探测器770。根据电磁理论的相对性，以上对RF发射机描述的也同样适用于RF接收机710。加载到极高频率(毫米级微波)上的RF用外差或者零差技术解调。

[段20]对于接收机在头支撑300上的系统，应使用双光探测器730(三维应用，使用三光探测器)，或者四光探测器740(三维的应用六光探测器)。它们由单光探测器720组成。后者由光传感器(光传感物质)728，波长选择光滤波器726和锥镜724组成。锥镜724把各个方向来的光反射到光滤波器726和光传感器728。电流信号由传感器产生并且被发送到操作单元400。在传感器中装有前级放大器。

[段21]对于接收器在图像平面上并在角上的系统，应用单个角光探测器750，或者使用带有曲面感光底层的角光探测器760。从不同方向射来的光752被镜头754聚焦到光传感物质728上，以此来增加灵敏度，如图7(e)，(f)所示。在传感器前面，也有一个波长选择光滤波器。

[段22]在系统中，如果使用超声发射机620，相应要使用超声接收机770。

运动探测器和操作模块

[段23]基于相对运动的系统，头包括一个运动探测器(MD)，一个操作模块(OM)，一个喷头/录入器。MD的首选的组件是光学图像运动探测器(340)，如图8所示。MD和喷头350或者/和一个录入头(图中没有显示)装载在一起。喷头350中的容器359是墨水或者颜料的缓冲器，从而为喷头阵列352中的喷头提供墨水或者颜料。光学图像运动探测器340的组成部分包括：激光器341，镜头342、344和相机像素传感器阵列346。激光器341安装在镜头342的一个焦点上，因此光被转换成平行光束并被投射到在图像区域10上头定位器的轨迹所通过的表面。通过镜头344，目标(微纹理)的光学图像343(任何图样，平面上分布的粗糙度)显现在相机像素传感器阵列346的表面345。光学系统的成像图348显示在右侧。物体与镜头中心344的距离超过了镜头344两倍焦距，物体的图像345在一到两倍的焦距之间。小型的OM(图中没有显示)和喷头/录入器以及OM装载在一起。OM执行计算机的命令来读取来自于MD的运动信息，并且按时间顺序组织这些信息。然后OM通过多路经把这些按时间顺序排列的数据并行地传送给计算机。计算机完成处理后，OM也执行计算机的命令来控制头的行为。

[段24]对于录制系统，结构是相同的；录入器阵列取代了喷头阵列。

<系统操作>

[段25]图9所示为这项发明中一个基于射频的系统控制和处理的过程。RF直接作为信号载体。左边的虚线框401，右边的虚线框和上边的虚线框分别展现了操作单元(OU)400，计算机900和头300的功能。在系统工作前噪声探测器411搜索低噪声射频信道。根据信道的选择412，频率ω(高频)和Δω(低频)就被确定(通过使用这两个频率，可以产生四个RF信道ω₁，ω₂，ω₃，ω₄)。振荡器413和414产生这两个频率，并且被放大器415和416放大。高频被分路器417分频成三个。其中的两个被送到混频器419和420，另外的一个送到倍频器422然后送到开关423(选项)。低频也被分路器418分成三个部分。其中的一个被直接送到混频器420，另外的一个经过倍频器421之后送到混频器419。第三个送到与相位处理器430相连的开关423。两个混频器分别产生了输入的两个频率的和与差。经过滤波器424，四个频率(ω₁，ω₂，ω₃，ω₄)被分离并且被送到前面描述过的发射天线211～214，它们在A1，A2，B1，B2处。四个RF信道都会被放大器425放大。接收器311接收四个发射器(411-414)产生的信号。经过带通放大器426后，放大的四个信号被分路器427分成四个通道。每一个带通滤波器428允许四个频率中的一个通过。当开关向下闭合时，相位处理器430将A1和A2或者B1和B2之间的相差进行解码。或者当开关向上闭合时，相位处理器译码A1和A2的相和，以及B1和B2之间的相和。关于相位处理器的更详细的信息将会在后面随图11叙述。相位校准既可以由计算机900的软件完成，或者在信号传送到计算机900之前由相位校准器431来完成。这一信号处理的步骤同样适用于在图4或图5中所示的第二个定位器上的接收器。计算机900接收到两组关于两个头定位器(也就是说天线接收器(432，433)和(444，445)的位置的相位信息。

[段26]计算机900根据这项发明中的定位理论和公式，来处理数据，并转换两个定位器的坐标。根据两个定位器的坐标，计算机900使用内插方法来计算头阵列(386，见图4)中每个头的坐标。根据每个头的坐标，计算机900搜索图像数据中最接近这个位置的像素，并且得到这个像素的颜色数据，然后把这些数据传送给控制单元429。然后控制单元429通过颜色电缆306和动力电缆307，给头308发送行为命令和动力。

[段27]图10所示为这项发明中另一个基于RF的系统的控制和处理过程。不同之处在于发射机和接收器与图9中的系统中发射机和接收器互换。四个射频信道经组合器434组合之后送往发射天线321。四个接收天线接收到了信号并把这些信号分别传给四个带通滤波器435，每一个带通滤波器仅允许信号中的某一个频率通过。然后信道经放大器436放大之后传送给相位处理器430。

[段28]图11所示为在基于射频的系统中，相位处理的一个过程，前两个频率传送给混频器4301，从而产生另外两个频率-输入频率的和与差。带通滤波器4303滤除和频率。这样差频率的信号就携带了A1和A2的相位差。然后数字相位检测器(DPD)或者混频器4305通过与来自423的信号进行零差来解码相差。然后计算机接收相差4315(A2-A1)。对另外两个频率也是同样的过程。输出的相差4314(B1-B2)被送往计算机。

[段29]图11(b)所示为在基于射频的系统中，相位处理的另外一个过程。最大和最小的频率被送往混频器4307，这样也产生和与差两个频率。但是带通滤波器4309滤除的是差频率而不是和频率。这样和频率的信号携带了A1和A2的相位和。然后数字相位检测器(DPD)或者混频器4311通过与来自423的信号进行零差来译码相和。然后计算机接收相和4317(A2-A1)。对另外两个频率也是同样的过程。输出的相和4316(B2-B1)被送往计算机。

[段30]图12所示为发明中一个基于调制的系统控制和处理的过程。在这个系统中，RF被用来调制载波。RF波的载波是光波或毫米级微波。对于毫米级微波载波，位于在空气中峰吸收率的频率段(比如说60～70GHZ，120～130GHZ或者170～180GHZ)是首选的频率，但不限于此，只要在国家频率分配管理局，这一频率波段还没被占用，频率的使用无须执照，以避免被公用通讯和军事频率干扰。这里用激光作为载波来说明。激光驱动器437给四个激光器(231～234)提供电流以产生四个波长或频率(Ω₁，Ω₂，Ω₃，Ω₄)的激光。激光器的光被同一RF信号(单级频率ω，或多重RF频率)调制。RF信号由RF振荡器413产生并且经放大器415放大。射频分路器438把射频信号分成四路，并分别送往每一个激光器(231～234)，以此来调制光强或者光频。带有四个光探测器的接收器331把光强转换为射频电流(连续的或者非连续的均可，这里使用非连续的作为例子)。每个光探测器有不同的光滤波器(726见图7)，仅允许四个频率Ω₁，Ω₂，Ω₃，Ω₄中的一个通过。然后电流经四个带通滤波器439滤波，仅允许射频频率ω通过。经放大器440放大后，前两个信号和后两个信号的相差，就是433以及432，分别被DPD 441和442，并被送往计算机900。如果在441和442处使用混频器，在信号被送往计算机900之前，需要使用滤波器443，如果使用相差就滤除高频，若使用相和就滤除低频。

[段31]若使用毫米级微波作为载波，除了载波的发生器，发射器和接收器外，上面及下面描述的基于光波系统的控制和处理过程也同样适用。

[段32]如果信息在送往计算机900之前使用混频器(上面或下面提到的情况)，混频器的输出不直接是相差或者相和，而是它们的正弦函数。因此对于这种情况，计算机软件把这些信息转换成相差或者相和。

[段33]图13所示为另外一个基于光的系统控制和处理过程，但只使用两个波长。A1和A2处的发射机243和244发射相同的波长(或者频率Ω₁)的光，B1和B2处的发射机241，242发射另一相同频率Ω₂的光。两个接收器341中的一个滤除掉第二个光频率，并且检测第一个光频率Ω₁(来自于A1和A2)携带的信号，然后把两个检测到的射频信号送往带通滤波器448。经放大器450放大之后两个信号被混频器452内部零差化。经低通滤波器458滤波后，混频器452的输出为相差的正弦函数，然后被送往计算机900。另外一个接收器342滤除第一个频率并把监测到的两个射频信号(来自于B1和B2，并被频率Ω₂载波)送往射频带通滤波器449。虚线框部分(446，454，455，456，457)是当使用相和时才用到。

[段34]图14所示为使用四个波长的另外一个基于光的系统控制和处理过程。与图12所描述的系统的不同之处在于，发射机和接收器被互换了。四光源发射器341安装在头支撑300上。使用四个角接收器241～244。

[段35]图15是另外一个基于光的系统控制和处理过程的方块示意图。这个系统的所有过程都和图14所示的系统的过程一样，但只使用两个频率或波长。

[段36]图9～15所描述的为一个基于相位测量的系统，称为基于相位的系统。系统也可以基于时差的测量，称为基于时差的系统。对基于时差的系统，其载波通常是超声波，只要我们以后有足够快的时钟，或者应用于巨幅图像时，也可以使用任何形式的电磁波(光波，RF或者毫米级微波)。图16和图17描述的是基于超声波方法的系统。时钟475周期性地送给脉冲产生器476命令(脉冲触发)，于是脉冲产生器476产生具有超声频率的脉冲调制电流。电流经放大器477放大后送往发射器371。超声波脉冲由发射器371发射，并由接收器271和272接收。同时，触发器478的触发信号经功率放大器477后，来触发时间计数器480和481，当超声波被送出后，开始时间计数。当接收器271和272接收到脉冲后，信号立即(电磁波的速度远大于音速)被放大器482放大，然后被送往触发器484和485来停止计数。然后时间计数器480和481把时差传送给计算机900。如图4所示，超声频率滤波器483用来区分在头支撑扩展部分上另一发射机(图4中的384和图5中的388)所发射的脉冲，因为两个发射机由不同的超声频率驱动。

[段37]图17所示为使用另一基于时差系统的控制和处理过程，它为基于超声的方法。和图16所描述的系统的不同在于，发射器和接收器被互换了。明确地说就是位于头支撑300上的是接收CU381而不是发射CU。两个超声波脉冲发生器488和489用来产生两个不同频率的驱动电流。因此，发射机281和282产生两个不同频率的超声脉冲。来自于接收机381的混频信号，经放大器498放大之后，被分路器495分成两路。每一个滤波器496或者947滤除另外一个频率并且发送脉冲给触发器484和485来停止时间计数。

[段38]也可以用多普勒效应来探测相对运动。仅使用底角上(如图2(d)中的A1和A2)的两个发射CU(发射机)和两个接收CU(位于头支撑上的接收器)作为两个定位器。图17中的发射机281和282发射连续的超声波或者电磁波，其频率适当远离，而不是产生被脉冲调制的超声波和电磁波。图17中的接收器381被多普勒频率探测器代替。当接收器381在两个波场中移动时，携带了两个合成速度以及两个方向信息的多普勒频率就可以被检测到。其中的一个方向是从一个发射机A1(281)到接收器381；另外一个方向是从另一个发射器A2到接收器381。因此当接收器381移动时，两个方向的角度会实时地改变。多普勒频率被送往计算机900。计算机900把两个多普勒频率转换成合成速度，并且对合成速度积分来计算接收器(即定位器)的两个合成位移。然后通过合成位移来确定定位器的相对位置。

[段39]另外一个应用于图像再生和图像录制系统中的定位方法是使用鼠标技术方法来确定定位器的相对位置。

<计算机处理>

[段40]引言—计算机处理程序可分成两类：使用相差或者相和。在图像区域10中，定位器的坐标对相位有两种依赖关系。对于上述基于调制的系统，坐标与相位的依赖关系是线性的；而对于上述的基于直接射频的系统来说，由于近场的相位非线性和边界区域的失真，依赖关系是非线性的。对于使用相差，并且相位依赖关系为线性的情况，相差的等高线为一双曲线，如图18(a)所示。然而对于使用相和，并且相位依赖关系为线性的情况来说，相差的等高线为一椭圆，如图18(b)所示。对四个CU(A1，A2，B1，B2)，所有双曲线和椭圆都有相同的焦点，这是不论CU是放置在角上，还是在四边中间，结论具有一般性。这项发明为下列情况提供了通用的方法，参考和公式：线性或非线性，相差或相和。这项发明也为边界和非线性失真提供了通用的校准方法。计算机的处理都基于这些理论和公式。

[段41]校准和初始化(1)-正如前面所提到的，图3中的通信单元381，图4中的通信单元383和384，图5中的通信单元387和388，也被称为头定位器。通常在图像再生和图像录制系统中有两个定位器。第一个和第二个定位器一起，被用来确定头阵列的位置及方向，因此头阵列中每个头的位置可以通过内插方法来确定。为了方便地理解这项发明的计算机处理程序，在此我们首先考虑这一情况：使用相差(而不是相和)以及线性(而不是非线性)相位依赖关系，并仅一个定位器。图19是带图解的方块图。程序首先初始化，包括校准，和对图像像素状态的标识符初始化。首先核对是否校准-911。如果未校准，把定位器放置在图像区域10的中心(0，0)，然后从接收器读取代表相差(PD)(A1和A2之间，或B1和B2之间)的电压(或者电流)--912。这时候PD通常不为零。(0，0)处的零PD校准可以由硬件调节(移相)或者计算机处理来完成。图9所示为移相器431的一个例子。通过调节移相器，(0，0)处的PD可以减小到零。如果使用计算机处理，这两个非零PD被储存起来-913，为以后处理之用。下一步，将定位器移到画面角上，再读出PD-914。当定位器从中心移动到角上时，步骤915计算PD的变化量和两个距离差(DD)。每个距离差DD定义为两个距离之差，第一个距离之差定义为r_A1-r_A2，也就是自头定位器到一对CU(比如说A1和A2)之间的距离之差，第二个距离被定义为r_B1-r_B2，也就是从头定位器到另外一对CU(比如说B1和B2)之间的距离之差。然后校准系数由DD相对PD变化量的比率决定-916，也就是DD与PD变化量的比例系数，在操作过程中，用于将PD转化成DD。初始化的最后一步是通过p(i)＝0(i表示第i个像素)来设置所有的状态的标识--917。计算机也计算图像区域10和储存在计算机中的源图像之间的尺度变换。根据图像区域10的尺寸，计算机将依照尺度变换在计算机屏幕上产生一个框架，并且操作员可以在屏幕上移动框架，直到他最想要再生的部分。框架外的任何像素状态在最初都被设置为1。然而如果像素处于框架内，则在最初，像素状态会被设置为0，在图像10上，那些与已被再生的图像相应的像素，状态标识符p(i)会从0改变为1。如果一个像素的状态标记为1，当在头任意移动中回到同一处时，这个像素的图像也不会被再生。然而对同一像素多次读取和覆盖，不会有影响。

[段42]校准和初始化(1)-如果已经校准过了，就会跳过校准的部分(左边的虚线框内的)，并且等待提取相位信息的命令(一个触发)-920，相位信息来自于相位处理器，如图9中的430。使用在(0，0)处的相差PD和校正系数，就可以确定上述的两个距离差DD-921。

[段43]计算机处理的通用步骤(1)-步骤922和以下的部分，是适用于下列情况的通用步骤：线性或者非线性相位依赖关系，使用相差或者相和，或者使用时差。步骤922是为了求得方程式的根(这方程式包含了距离差DD)，并输出定位器的位置坐标(x，y)。本段开头部分所列出的不同情况，对应于不同的方程式。步骤923从储存的图像数据924中得到距头最近的像素的图像信息。然后检查这个像素的状态标识符-925。如果这个像素已经被喷涂了(P(i)＝1)，就检查下一个像素。如果所有的像素都被喷涂了(所有的，P(i)＝1)，工作就结束了，然后停止-926。如果至少有一个像素的状态标识符P(i)＝0，就判断这个像素距离头[位置在(x，y)]有多远-927。如果这个距离小于或者等于设置标准(首选的为1/20)～1/5个像素)，步骤928就会从图像文件924中得到这个像素的颜色数据，然后发送命令给喷头-929。同时步骤928把这个像素的状态标识符设为1。如果距离大于这个设置标准，就会检查状态标识符为0的下一个像素。当头任意地移动时，如果没有满足这个条件的像素，系统就会等待下一个触发脉冲时的新机会，以便遇上能够喷涂的像素-930。

[段44]计算机处理的通用步骤(2)-如果没有满足上述条件的像素，如右边的虚线框内所示，提供了可选择的步骤(932，933，934)，以便提高效率。使用两个快速响应的驱动器来微调头的位置。在这个时候，步骤933就在图像源中搜索距离头最近的像素。计算机预测头阵列的位移，并计及头运动的速度和惯性，以及激励驱动头的响应时间，然后发送命令使头移动到适当的位置-934。

[段45]头阵列中单个头的定位-对于使用两个定位器的情况，上面描述的校准首先应用于两个定位器中的每一个-图20中的935和936。在得到两个定位器的两组校准系数之后，图像源中的图像像素的状态标识符被初始化为0-937。这时计算机从两个定位器得到相位信息-938，然后通过使用校准系数，来计算两个定位器的两组DD(距离差)-939。使用与上描述一个定位器(单个头)情况同样的方法，可以得到两个定位器的位置坐标(x⁽¹⁾，y⁽¹⁾和(x⁽²⁾，y⁽²⁾-940，并且检查像素的状态标识符-941，942，943。若所有的像素都已经被喷涂/录入，就停止-944。否则，程序就使用内插方法来得到头阵列中每个头的位置坐标-946：x(j)＝x⁽¹⁾+D_x×(j-1)，y(j)＝y⁽¹⁾+D_y×(j-1)，D_x＝(x⁽²⁾-x⁽¹⁾/N，D_y＝(y⁽²⁾-y⁽¹⁾)/N。这里N是头阵列中头的总数，j (＝1，2，...，N)代表每一个头。步骤947在阵列中检查每个头---每个头和每个像素之间的距离是否小于设置标准？如果小于，计算机就会得到这个像素的颜色数据并设其状态标识符为1-948，然后发送命令给头，令其喷涂或者录入-949。如果没有这样的像素或者只有少数几个这样的像素时，就使用虚线框内的备选项步骤951来提高效率。在这种情况下，使用三个快速响应的驱动器来微调头阵列的位置和方向，以此来使阵列中的每个头都对准相应的像素。阵列的一端(定位器383(图4)或者387(图5)的那一端)安装了两个电动机来控制阵列的位置，阵列的另一端安装了第三个电动机(定位器384(图4)或者388(图5)的那一端)来控制阵列的方向。第三个电动机可以驱动头阵列绕着第一个头处的轴旋转。与图19中的步骤933相似，在这时刻，计算机在图像源中搜索距离定位器1或者第一个头(定位器1或者第一个头有一定的联系，但不必完全相同)位置(x⁽¹⁾，y⁽¹⁾)最近的像素。计算机预测头阵列的位移以使第一个头对准这个像素，并计及头运动的速度和惯性，以及激励驱动头的响应时间，然后移动阵列使第一个喷头对准这个像素。同时，计算机预测阵列旋转的角度，并计及旋转的趋势和惯性，从而使阵列中的每个头对准相应的像素。然后驱动器按预测的角度旋转阵列，计算机同时命令头喷涂。

[段46]通过求方程式的根来反演定位器的位置—对于基于调制的方法，相位与接收器和发射器之间的距离(r)有一个线性依赖关系。对于给定的两组探测的相位差(Δ_A＝A2相位-A1相位，以及Δ_B＝B2相位-B1相位)，或者相和(∑_A以及∑_B)，定位器的位置坐标(x，y)是方程式 ${(x\cos {\mathrm{\&theta;}}_1+y\sin {\mathrm{\&theta;}}_1)}^2/a_1^2-{(-x\sin {\mathrm{\&theta;}}_1+y\cos {\mathrm{\&theta;}}_1)}^2/b_1^2=1$ 和 $-{(x\cos {\mathrm{\&theta;}}_2+y\sin {\mathrm{\&theta;}}_2)}^2/b_2^2+{(-x\sin {\mathrm{\&theta;}}_2+y\cos {\mathrm{\&theta;}}_2)}^2/a_2^2=1$ 的根，其中 $b_i=\sqrt{c_i^2-a_i^2}.$ 当A1，A2，B1，B2在角上时，θ₁．是直线A1-A2与水平线的右向之间的角度，θ₂＝90-θ₁。然而，当A1，A2，B1，B2在边界中间位置时，θ₁＝0，θ₂＝0。对于使用相差的方法，c₁＝D_A2-A1(A1，和A2的距离，以后都为此意)，c₂＝D_B2-B1，a₁=c₁-k_AΔ_A，a₂＝c₂-k_BΔ_B。对于使用相和的方法，c₁＝0.5D_A2-A1，c₂＝0.5D_B2-B1，a₁＝0.5k_A∑_A，a₂＝0.5k_B∑_B。对于使用相差的方法，b_i是纯实数，并且相差的等高线为一双曲线，通过检查两个相差的符号，可以从四组根中选出正确的根(x，y)。在此给一例子：考虑A1-A2垂直于B1-B2，如图2(b)和(c)中所示，相位信息(Δ_A＜0和Δ_B＜0)与根(x＞0，y＞0)相对应；(Δ_A＜0和Δ_B＞0)←→(x＞0，y＜0)；(Δ_A＞0和Δ_B＜0)←→(x＜0，y＜0)；以及(Δ_A＞0和Δ_B＞0)←→(x＜0，y＜0)。然而对于使用相和的方法，b_i是一个纯虚数，相和等高线为一个椭圆，并且不能由相位信息，来从四组根中区分出正确的根(x，y)。在这种情况下，计算机软件为四个四分之一区域设胃区域ID(标识符)(左下＝1，右下＝2，左上＝3，右上＝4)。当定位器开始移动时，操作员通过键盘输入定位器区域标识符ID。一旦定位器越过区域边界，计算机就会改变区域ID。因此，根据区域ID和移动的趋势可以区分出确的根(x，y)。

[段47]通过表面拟合来反演定位器的位置—上面的基于调制的方法中，具有相位与距离之间具有线性依赖关系。但是，对于直接射频系统，无线电频率(RF)直接作为信号载体(也就是没有使用调制)。由于是在近场中，相位与接收器和发射器之间的距离(r)的依赖关系是非线性的：(r)=kr-tan^-1[(k²r²-1)/(kr)]，其中k是射频波的传播常数。通过搜寻I(x，y)＝[(r_A2)-(r_A1)-Δ_A]²+[(r_B2)-(r_B1)-Δ_B]²或者I(x，y)＝[(r_A2)+(r_A1)-∑_A]²+[(r_B2)+(r_B1)-∑_B]²的最小值，来确定定位器的坐标。这里(Δ_A和Δ_B)或者(∑_A和Σ_B)分别是检测到的相差或者相和。最小化的第一步，以由线性相位依赖关系(r较大时的)所确定的线性方程的根作为起始点，最小化以后的步骤，开始于定位器前一时刻所处位置。电磁场的边界条件会给上面的公式中的相位依赖关系引入一个误差，这个误差是由环境决定的，并且是不可预测的。如果误差很明显，就要校准。校准的方法是将图像网格化。定位器移动到网格上的每一个节点上，然后计算机纪录这些相差和网格的坐标。然后计算机通过使用数值方法(比如有限元方法)，运用表面函数来拟合对应相差的坐标。通过使用这些表面函数，当定位器在图像区域10中任意移动时，计算机都可以根据相差来确定定位器的坐标。

[段48]相位电流处理(1)--不论是使用数字相位探测器(DPD)，还是混频器，安装在操作单元上的移相器调节到零相位时，输出电流都为零，DPD输出一个在(-2π，2π)区间正比于相位的线性电流。然而当相位每增加或者减少2π时，曲线就在这个范围内折叠了，如图21下面所示。混频器输出的电流正比于相位的正弦函数。因此单调区间是(-π/2，π/2)。在这个单调区间之外，相位每增加或者减少π时，都有另外的单调区间。如果噪声足够的低，两种情况下仅仅使用中间的区域。因此，使用DPD时，射频调制或者射频载波的波长应该是图像区域10的最大尺寸，使用混频器时，波长应是图像区域10的最大尺寸的四倍。因此，使用DPD相对于使用混频器来说，在同样的噪声水平下，信噪比(SNR)要好上四倍，也就是，分辨率是使用混频器时的四倍。最小值(或者最佳分辨率)是由噪声水平决定的。

[段49]相位电流处理(2)--如果噪声不能降低，但要得到较高的分辨率，相位电流去折叠需特别处理，对于使用DPD的情况，如图21上部所示，相位空间被划分为(2M-1)²个区域，作为例子M＝3。这可以提高分辨率M倍。每一个区域都分配了一个标志符(ID)代码(ij)(i，j＝1，2，..，2M-1)，(i＝1，2，...)表示B1和B2之间，相差折叠区域的代码，(j＝1，2，...)则表示A1和A2之间，相差折叠区域的代码。如果定位器越过了边界并进入了一个新的区域，计算机软件就会改变标志符ID号。因此，当定位器在中心区域开始移动之前，计算机初始化中心区域的ID，也就是说，如图21所示的设置ID＝33。然后定位器移动到操作员要开始工作的位置，计算机跟随着定位器，并且实时地改变ID号。比如说，定位器经过一个路径移动到区域51，计算机就跟随着定位器，最后将ID从开始的33改变为51。我们须要区分相位电流和检测相位电流。检测相位电流是DPD的输出(图21中底部的实线)。不像相位检测电流，相位电流是经过去折叠处理后的电流，并且正比于相位(图21底部的虚线)，而且相位是上述计算机处理要用到的相差。对于非中心的区域，相位电流相对检测相位电流应该跳越一个值。如图21所示，对于区域34和35，对应于A2-A1相差的相位电流应该分别地从检测相位电流(955和956)跳到959和960。或者换句话说，在区域34和35，可以从相位电流得到去折叠的相位，而相位电流可以从检测相位电流分别增加2π和4π得到。若使用一个非常大的M，这个方法也可以运用在后面将要描述的基于相对运动的系统中。

[段50]相位电流处理(3)-对于使用混频器的情况来说，和使用PDP的步骤差不多，除了区域尺寸(都为π×π，而不是使用PDP时的2π×2π，2π×4π，4π×2π和4π×4π)以及检测相位电流对相位是正弦依赖关系(而不是线性依赖关系)。因此，通过反演检测相位电流中的正弦函数，来确定检测相位Δ_d。相位再由Δ_d得到，比如说，中心区域右边第一个区域和第二个区域，相位分别为π-Δ_d和2π+Δ_d。

[段5]基于时差方法的计算机处理—对于基于时差的方法(也就是说基于时间测量的方)，计算机从OU400接收到两个时差t_A1和t_A2，分别为脉冲从A1和A2处的CU传播到头载体上的CU所用的时间，如图2(d)所示。然后计算机求出方程式(x-x_A1)²+(y-y_A1)²＝(t_A1v)²和(x-x_A2)²+(y-y_A2)²＝(t_A2v)²的根(x，y)。这里v为脉冲传播的速率。如果坐标系的原点定义在底部边界的中间，这时y_A1＝0，y_A2＝0，并且处于图像区域10的中垂线上，x＝0，然后就可以排除掉两组根中y为负值的那组根。保留y为正的那个根，如果t_A1＜t_A2，x就为负值，若t_A1＞t_A2，x就为正值。

[段52]基于光学图像运动检测方法的计算机处理—对于基于相对运动的方法，头包括一个运动探测器(MD)和一个操作模块(OM)。MD的首选的组件是光学图像运动探测器(340)，如图8所示。相机传感阵列346把光强转换成电信号，然后送往计算机内存进行数字处理。当初始设定了相对运动的参考点之后，定位器从图像区域10中心开始移动。此刻，拍摄一张照片964，即图22(a)的中框，图22的中框所示图片964的位置由其左下角965表示，到下一时刻，图片移到966。图像采集频率应该足够的高，这样在两个相邻的图片之间，定位器仅移动了几个像素，即使是以最快的速度移动。特别地，如果头是从静止开始，图片位置变化在一个像素之内。通过当前触发时刻和前一个触发时刻的两幅图像的相关(众所周知的两幅图像之傅立叶卷积，或误差函数)，计算机可以确定当前触发时刻定位器的相对位置。其中一个例子是假定当前图像在位置967，误差函数定义为两幅图像的共有区域像素上的光强的均方差(或者误差的绝对值)，然后由误差函数的最小值确定相对位置，具体做法如下：设想前一幅图片964在965处，现在图片968在此967处，因此，图像相关越小，假定的图片就越靠近真实图片966，位置967(图22(a))的图像相关比位置969(图22(b))图像相关大。

[段53]头加速运动—当头开始运动，或停后重新开始运动，计算机将确定图片971相对前一图片972的位置如图22(c)，但是，计算机不知道沿何方向运动，计算机计算在五个假定点的相关值，然后用曲面去回归这五个相关值，再找出曲面最大点(或最小点如果曲面是负值)，它应该就是最靠近真实位置971的点。在五个假定点中，有一个点叫作曲面回归中心972，在当前时刻，他就是前一图片位置，其他四个假定点在距回归中心最近的四个角落(图22(c)空心圆圈)。以后，对于五点回归，用“框架”来代表回归中心附近四个点所构成的框架，对于下面的六点回归，“框架”则代表来代表回归中心附近五个点所构成的框架。如果幸运，最大点就在框架里(图22(c))。如果最大点在框架里，但离边界太近，为了提高精度，需要在曲面低的一边，再多加一个点973。第一次求最大总是用五点回归，如果需要，用六点回归进行第二次求最大。

[段54]头的简单运动—如果头在运动，计算机储存头位置的历史数据，用这些数据可以确定头的运动趋势(速度及加速度)。所以，在下一个时刻的图片，可预测在974处(用外推法)，如图22(d)所示，虽然实际图片在975处。计算机找到与可预测点974最近的像素，并用这个像素作为新的回归中心，再重复上一节所述的过程(图22(c))。如果预测足够精确(即非复杂运动)，这时刻实际位置(最大点)就应在框架里，因此，上节所述过程的后一部分可以用到这里(图22(c))。否则，计算机应完成下述步骤。

[段55]头的复杂速运动—可用外推法的运动叫作简单运动，否则叫作复杂运动，复杂运动的预测不够有效，因此，如图23所示，此刻图片的实际位置(也许在A或B)回归中心977的框架外，回归中心977距离预测点976最近，这意味着在回归中心977的框架中没有最大点，所以，重新设置回归中心：计算机比较四角处的相关，找出最低的相关值，Vc(即图23(a)中的点980)，再找出两个邻角的相关值，即对点979是V₁，对点981是V₂。计算机再定义两个变量：R₁＝min{|V₁-V_c|/V_c，|V₂-V_c|/V_c}和R₂＝|V₁-V₂|/V_c，并设置两个阈值CR₁(如0.5)和CR₂(如0.2)，需要优化。这里min{}是指取最小。如果R₁＞RC₁，R₂＞RC₂和V₁＜V₂，那么用点983(在图23(a)中)作为下一个回归中心；如果R₁＞RC₁，R₂＞RC₂和V₁＞V₂，用点985(图23(b))作为下一个回归中心；如果R₁＞RC₁，R₂≤RC₂，用点987(图23(d))作为下一个回归中心；如果R₁≤RC₁和V₁＜V₂，用点988(图23(c))作为下一个回归中心；如果R₁≤RC₁ and V₁＞V₂，用点989(图23(c))作为下一个回归中心。这次不需四点，在新回归中心附近需加两个或三个点(空心圆圈)，从六点(而不是五点)进行曲面回归，这六点包括回归中心，原来的(旧)点和新加的(新)点.如果用原来的点[980和979对情形(a)，980和981对情形(b)，977，980，979对情形(c)，980，979或981对情形(d)]，点984在情形(a)中或点986在情形(b)中是不必要的。

如果在新框架中，找到了最大点，头在此刻的实际位置就被确定，否则，计算机应重复这些步骤，直到的位置被确定。

[段56]多普勒效应方法—波的多普勒效应可以用来定位。这里我们以超声波作为例子。对于基于超声波多普勒效应的系统，图17中的信号发生器488和489产生两个彼此距离适当远的频率震荡电流，图17中的发射机281和282发射连续的超声波。一个多普勒频率探测器代替了接收机381。当接收机381在两个超声波区域移动时，就可以监测到多普勒频率。计算机把两个超声波频率转换成面向超声波源的速度(v₁和v₂)。然后可以分别通过积分 $\mathrm{\&Delta;}{r}_1={{\&Integral;}_0^{\mathrm{\&Delta;T}}v}_1\mathrm{dt}$ 和 $\mathrm{\&Delta;}{r}_2={\&Integral;}_0^{\mathrm{\&Delta;T}}{v}_2\mathrm{dt}$ 得到头距离两个源的位移。ΔT为两个相邻触发的时间间隔。如果在上一个触发时刻，头相对于两个源的位置分别为 和

，则头的位移就为 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&RightArrow;}{r}=\mathrm{\&Delta;}{r}_1\frac{\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&RightArrow;}{r}}_{10}}{r_{10}}+\mathrm{\&Delta;}{r}_2\frac{\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&RightArrow;}{r}}_{20}}{r_{20}}$ 。并且在当前触发时刻头相对于两个源的位置分别为 ${\stackrel{\&RightArrow;}{r}}_1={\stackrel{\&RightArrow;}{r}}_{10}+\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&RightArrow;}{r}$ 以及 ${\stackrel{\&RightArrow;}{r}}_2={\stackrel{\&RightArrow;}{r}}_{20}+\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&RightArrow;}{r}$ 。这时计算机可以求得方程式(x-x_A1)²+(y-y_A1)²＝r₁ ²和(x-x_A2)²+(y-y_A2)²＝r₂ ²的根(x，y)。接下来的步骤就等同于基于时差的系统处理步骤。

[段57]发生跳动—在基于相对运动的方法中，如果头载体在图像表面上移动时，由于某种原因突然发生跳动，就应该把头放回到距离这个位置最近的预先设定的参考点处，即图像区域10的中心。

[paragraph58]录制系统—对于录制系统，其组件和步骤是同样的，只是喷头阵列要换成录头阵列。

Claims (31)

1. (重要启示：对于熟悉这个领域人来说，试图对本发明中的构造，结构，实体，装置，操作步骤和数据处理方法，作各种不同的变化，修正，更改，装饰和扩展，是非常简单而明了的，但仍然属本发明的精髓和范畴。虽然在描述本发明的过程中，用到了特定首选的构造，结构，实体和装置，但是应该了解，就像已宣称的，本发明不应只限于此特类定的构造，结构，实体和装置)。

   1、图像产生系统用于产生图像，具有广泛的应用，例如，图像和图案可以从任何的平面或曲面上再生和录制，比如可以在建筑墙壁或山崖、高尔夫球场、篮球场、足球及橄榄球场、广告牌、海报、肖像画以及油画、工业应用、设计蓝图、装饰艺术品、家庭涂漆或者墙壁装修、考古图像及图案提取以及博物馆图像及图案备份等。其特征在于：它是一种灵活操作(手动操作，机器人操作，或机载操作)，它是基于一种不需机械引导装置的定位系统，该系统所用组件及方法包含：

   (A)头载体，它具有任意构造，结构，大小和形状，它能对头阵列施行容易、方便、灵活的操作，使得头阵列能在图像表面上自由移动，并保持固定的高度；

   (B)头阵列(单个头是其特例)，它放置在头载体上，用于产生图像；

   (C)定位系统，通过使用任何指定的定位方法，用它来检测头的位置；其中定位方法可以是本发明在下面将要权利要求的方法中的任何一种，或者当前广泛使用的等价方法中的任何一种，如基于轮测技术，惯性技术以及计算机鼠标技术等的方法，无论使用哪一种方法，都没有背离这项发明的精髓和范畴；

   (D)可编程装置，也就是一台广义化的计算机，简称为“计算机”，用于定位、操作和控制；

   (E)计算机处理方法及系统操作，用于头定位、系统操作和实时控制；

   (F)可控制长度的电缆，用来传送相位相关的信号；

   (G)电线，或电缆，或无线电，用来传送相位无关的信号，图像信息和控制命令。
2. 2、基于波的定位方法及相应的实体，被用来对目标进行二维或者三维定位，其特征在于：

   (A)通信单元，在定位操作中用于发射信号和接收信号，其中的信号是一种预先确定的波，放置在像平面(2D)上的(而不是头支撑上的)通信单元被置于预先确定的位置；

   (B)操作单元，用于提供动力，产生信号，处理信号，传送位置信息和发送控制命令；

   (C)对于单头，有一个通信单元置于头支撑上，被用作定位器来使用，计算机从波的信息中，得到它的坐标或者位置，来实现定位；

   (D)对于头阵列中的多头，有两个位置定位器(即两个通信单元)，被用作定位器来使用，计算机从波的信息中，得到两个定位器的坐标或者位置，然后用内差法来实现多头定位；

   (E)基于波的定位理论和公式，在其中建立了定位信息和定位器坐标之间的联系；

   (F)为基于波的方法而制定的系统操作步骤，包括计算机编程，实时控制信号处理以及定位器定位。
3. 3、基于相对运动的定位方法及相应的实体，被用来对目标进行二维或者三维定位，其特征在于：

   (A)运动探测器，和头阵列一起安装在头支撑上，用于获得定位器相对运动的信息；

   (B)操作模块，用于在组件之间传送定位信息以及发送控制命令，并提供动力的；

   (C)在头支撑上有一个运动探测器，被用作定位器来使用；

   (D)对于头阵列中的多头，有两个运动探测器，被用作定位器来使用，计算机从相对运动信息中来得到两个运动探测器的坐标或位置，然后用内差法来实现多头定位；

   (E)基于相对运动的定位理论和公式，在其中建立了定位信息和定位器坐标之间的联系；

   (F)为基于相对运动的方法而制定的系统操作步骤，包括计算机编程，实时控制，信号处理以及定位器定位。
4. 4、根据权利要求1所述的图像再生系统的系统操作，其特征在于：

   (A)通过任意移动手动操作，或机器人操作，或机载操作的组件，也就是头载体，根据储存在计算机中的图像数据，在图像区域再生图像；

   (B)操作单元/操作模块通过使用预先确定的定位方法，来执行定位操作，以得到定位数据；

   (C)计算机处理通过操作单元/操作模块并来自于定位器的定位数据，并转换成定位器的位置，然后使用内插方法，来确定头阵列中每个头的坐标；

   (D)根据每个头的坐标，计算机在储存的图像数据文件中，搜索与这个头最接近的像素，并得到这个像素的颜色数据和标识符，并把数据发送给操作单元/操作模块；

   (E)操作单元/操作模块给头发送命令和动力，来执行操作，也就是喷涂或者录入；

   (F)计算机然后纪录图像再生过程，即改变这个像素的标识符，这样，如果喷头以后再移回这个位置，这个像素就不会被再生。
5. 5、根据权利要求1所述的图像录制系统的系统操作，除包括权利要求4中所述的共同特征，以及录入器或录入器阵列取代喷头或喷头阵列外，还有如下例外特征：

   (A)当头在图像区域中任意地移动时(手动操作，或机器人操作，或机载操作)，从图像区域中获得图像的数码数据；

   (B)触发器发送一个触发，在触发时刻，坐标信息和颜色数据从图像表面提取，并反馈给计算机；

   (C)计算机立即处理定位信息，或者储存成文件，留待以后处理；

   (D)计算机把定位信息转换成坐标；

   (E)如果在触发时刻，头所在的位置不是恰好在预先设定的像素格子上，根据得到的坐标和颜色数据，计算机使用内插方法，计算在预先设定的像素格子中所有像素的颜色标值；

   (F)图像录入系统是独立的，但也可以把图像录入系统和在权利要求4中的图像再生系统结合在一起。
6. 6、根据权利要求1所述的头载体，其特征在于：

   (A)头载体的主体，它可以是预先确定的构造、结构和形状的，其中互为等价的头载体主体，包括本发明中提到的那些，也包括像刷子样的手柄，以及类似的；

   (B)要使用一个“操作杆”，以提供灵活的手动操作，当然是在不使用机器人操作或机载操作情况下才这样做，使之具有多种情况下的灵活性；

   (C)还要使用一个头臂，可以灵活地手驱旋转，使之具有多种情况下的灵活性；

   (D)头支撑，，为头阵列、控制或者处理组件提供支撑，并提供灵活的手驱旋转，使之具有多种情况下的灵活性；

   (E)至少有两个轮子，由手动，或机器人，或机载驱动，使得头载体可以在图像表面自由的移动，并且保证头在图像表面有一个固定的高度；

   (F)用来存放沉积物质的容器，对于小幅图像应用，装载在头载体上，对于大幅图像，则放置在地上；

   (G)对于单个头的定位，使用一个定位器，要用一个或一组频率；

   (H)对于头阵列中每个头的定位，使用两个定位器，还要用第二个或第二组频率；

   (I)为了提高效率，如果需要，使用装载在头支撑上的电动机用来微调头阵列的位置和方向。
7. 7、根据权利要求2所述的基于波动的方法，有一种选择就是基于相位的方法，其特征在于：它基于对一组射频波的相位信息进行检测，波的个数取决于是两维应用还是三维应用，有二到六个；其中，可以直接用射频波来携带定位信息，也可以将射频波加载到载波上来传送定位信息；“射频加载到载波上”是指载波被射频波单级或多级地连续或非连续地调幅或调频。
8. 8、根据权利要求2所述的基于波动的方法，有一种选择就是基于时差的方法，其特征在于：它基于对脉冲到达时间差进行检测；其中，脉冲可以是超声波脉冲或者是电磁波脉冲。
9. 9、根据权利要求3所述的基于相对运动的方法，有一种选择就是用光学图像探测器作为运动探测器，其特征在于：

   (A)有一个光源，为探测器提供照明，以让探测器能看见微纹理，也就是头定位器轨迹表面上的任何图案，即粗糙或纹理；

   (B)第一个镜头把光转换成平行光束，以照射到头定位器的轨迹表面上；

   (C)第二个镜头把微纹理的光学图像成像到传感器阵列的表面上；

   (D)有一个两维的图像传感器阵列，在头运动期间，摄取头定位器轨迹上微纹理的图片，并且通过操作单元把这些图片传送给计算机，计算机运用图像相关方法进行数据处理和头定位；

   其中，读头和喷头可以同运动探测器制作在一起，但不是必须的，喷头可以包含装墨水或者颜料的缓冲器，以便为喷头提供墨水或颜料。
10. 10、根据权利要求3所述的基于相对运动的方法，有一种选择就是用超声波多普勒频率探测器作为运动探测器，其特征在于：头定位器上的多普勒频率探测器，接收由两个超声波发射机发射的两个不同频超声波的多普勒频率；

    其中，多普勒频率携带了两个速度分量的信息  这两个速度分量分别朝向发射机的方向，它们由接收机在两个波场移动时检测到，并且把这些信息发送给计算机来确定定位器的合成位移和相对位置；

    其中，读头和喷头可以同运动探测器制作在一起，但不是必须的，喷头可以包含装墨水或者颜料的缓冲器，以便为喷头提供墨水或颜料。
11. 11、根据权利要求2所述的通信单元，其中有一类通信单元的特征在于：被用作波发射器来发送定位信号，功能上互为等价的波发射器包括(1)射频天线(1MHz-50GHz)；(2)短微波天线被射频调制；(3)超声波发射器；(4)单光发射器；(5)四光发射器(2D)；(6)六光发射器(3D)。
12. 12、根据权利要求2所述的通信单元，其中有一类通信单元的特征在于：被用作波探测器来接收定位信号，功能上互为等价的波探测器包括(1)射频天线(1MHz-50GHz)；(2)短微波天线，被射频调制；(3)超声波接收器；(4)单光探测器；(5)四光探测器(2D)；(6)六光探测器(3D)；(7)二光探测器(2D)；(8)三光探测器(2D)；(9)角光探测器；

    其中，信号在检测时用外差或零差。
13. 13、根据权利要求2所述的操作单元，当利用基于相位的方法进行头定位时，其特征在于：

    (A)射频信号产生及发送组件，用于产生并且发送需要的射频信号，包括射频振荡器，射频放大器，分路器，倍频器，和频及差频混频器，狭带滤波器，频道选择器；

    (B)载波产生和发送组件，用于产生并且发送需要的载波，其中包括一个射频调制器；

    (C)信号接收和处理组件，用于接收而且处理所有的信号，包括放大器，狭带滤波器，一端口内部零差混频器，两端口相位检测器(混频器或数字相位检测器)，低通滤波器；

    (D)控制组件，用于图像数据和控制指令交换。
14. 14、根据权利要求2所述的操作单元，当利用基于时差的方法进行头定位时，其特征在于：

    (A)超声信号产生和发送组件，包括脉冲时钟，计时时钟，超声波脉冲产生器，放大器；

    (B)信号接收和处理组件，包括放大器，狭带滤波器，触发器，计时时钟和计时器；

    (C)控制组件，用于图像数据和控制指令交换。
15. 15、根据权利要求7所述的基于相位的方法，其中一种选择的特征在于：直接使用射频波，并有下列控制和处理步骤：

    (A)噪音探测器搜索噪音最低的那些射频信道；

    (B)两射频振荡器转向噪音最低的信道，产生射频(ω和Δω)而且被放大；

    (C)通过分路器，倍频器，混频器，滤波器，从这两个射频产生四个射频；

    (D)四个射频被发送到四个发射天线；

    (E)接收器接收来自发射器的信号；

    (F)在通过带通放大器之后，信号被分路器分离；

    (G)每个带通滤波器只允许一个频率通过；

    (H)相位处理器对相差或相和进行解码；

    (I)通过计算机软件，或在信号进入计算机前，通过相位校正器，相位得以校准；

    (J)相同的步骤被用在第二个定位器的接收器；

    (K)计算机接收到二组与头定位器的位置有关的相位信息；

    (L)计算机处理相位数据，也就是将相位数据转换成每个定位器的位置坐标；

    (M)根据定位器的坐标，计算机使用内插法，计算头阵列中每一个头的坐标；

    (N)根据每个头的位置，计算机在图像数据文件中寻找距离这个头最近的像素，并获得这个像素的颜色数据，再把这个数据发送给控制单元；

    (O)控制单元为头发送行动命令和动力；

    (P)喷涂或录入。
16. 16、根据权利要求7所述的基于相位的的方法，其中一种选择的特征与在权利要求15所述的特征相同，但有下列例外：

    (A)发射器与接收器对调；

    (B)四个射频信道在送到发射天线之前被合并在一起；

    (C)接收天线射接收信号并把信号送到四个带通滤波器，只让每一信号其中一个带通滤波器；

    (D)四个信号放大之后，被送到相位处理器；
17. 17、根据权利要求7所述的将射频加载到载波上的方法，其中一种选择的特征在于：通过调制，将射频加载到载波上，并有下列控制和处理步骤：

    (A)射频ω由射频振荡器产生并被放大；

    (B)载波驱动器提供电流给载波源以便发射四个波长的辐射，其频率是Ω₁，Ω₂，Ω₃，Ω₄；

    (C)分路器把射频分成四路，并把射频送到每个载波上，以对载波进行频率或者幅度调制；

    (D)接收器接收到辐射并把能量转换成射频电流；

    (E)每一个探测器有不同的光学滤波器，每个滤波器只允许Ω₁，Ω₂，Ω₃，Ω₄中的一种波长的波通过；

    (F)被探测到的射频电流被传送到射频带通滤波器，射频为ω；

    (G)信号的相差或相和得以复原(如果用两个数字相位检测器)并被发传给计算机；

    (H)如果利用相差，滤波器可过滤掉高频，或者利用相和，过滤掉低频(如果用混频器)；

    (I)权利要求15中步骤(K)到(P)被用于计算机处理和控制的那一部分，在这里也要用到。
18. 18、根据权利要求7所述的将射频加载到载波上的方法，其中一种选择的特征与在权利要求17所述的特征相同，但有下列例外：

    (A)四发射器发射两个波长，而不是四个波长；

    (B)两个接收器中的每一个先分别过滤掉两个光频中的每一个，两个射频信号被两个接收器探测到并送到带通滤波器；

    (C)在两对信号中的每一对中，被放大之后，在相位检测器中进行内部零差；

    (D)相位检测器输出经低通滤波器后，被送到计算机，它应是相差的正玄函数。
19. 19、根据权利要求7所述的将射频加载到载波上的方法，其中另外两种选择的特征与在权利要求17和18所述的特征相同，但有下列例外：

    (A)发射器与接收器对调；

    (B)四光发射器安装在头支撑上；

    (C)在四角处，用四角光探测器。
20. 20、根据权利要求8所述的基于时差的方法，其中一种控制和处理的特征在于(以超声波脉冲为例，但不限于超声波脉冲)：

    (A)时钟脉冲发送周期命令，来产生超声脉冲调制电流，

    (B)调制电流被送到超声波脉冲发射器；

    (C)在超声波被发射的同时，发出一个信号来启动计时器；

    (D)超声脉冲被接收器接收到后，信号被放大并且被发送到触发器，用来停止计时；

    (E)计时器把时差发送给计算机；

    (F)使用超声波滤波器区分来自2个发射器或2个定位器的2个脉冲。
21. 21、根据权利要求8所述的基于时差的方法，其中一种控制和处理的特征与在权利要求20所述的特征相同，但有下列例外：

    (A)发射器与接收器对调；

    (B)两个(而不是一个)不同频超声波被两个发射器发射；

    (C)混合信号放大后被分路器分成两路；

    (D)两个滤波器中的每一个滤掉另一个频率，脉冲被发送到触发器，用来停止计时；
22. 22、根据权利要求15所述的相位处理器的控制和处理方法，其特征在于：

    (A)两个频率(前两个或后两个)被送到处理器的两对输入端中任意一对上，这将产生另外两个频率：输入频率的和或差；

    (B)二个带通滤波器过滤掉和频，同时允许差频通过，然后用零差方法，用数字相位检测器或混频器使相差(或其sin())信息得以解码；

    (C)或者，二个带通滤波器过滤掉差频，同时允许和频通过，然后用零差方法，用数字相位检测器或混频器使相和(或其sin())信息得以解码。
23. 23、根据权利要求7所述的基于相位的方法，其计算机信号处理和每个定位器的定位，包含下列方法和步骤：

    (A)系统校正，并初始化图像状态，确定校正系数，并找出变换的尺度或比例；

    (B)使用在(0，0)处的相差及校正系数，确定两组距离差。
24. 24、根据权利要求1所述的系统，无论是基于相位还是基于时差，无论是基于相和还是基于相差，无论是基于线性和还是非线性相位依赖，其计算机处理，系统操作和实时控制，包括下列共同的运作和步骤：

    (A)通过求根方程及曲面插值，确定两个定位器的位置；

    (B)根据储存的图像数据，找出最靠近头阵列中对应的那些头的像素，并检查其状态标识符；

    (C)如果某像素已经被喷涂，也就是说其状态标识符为1，则检查下一个像素；

    (D)如果所有的像素已经被喷涂，也就是说所有像素的状态标识符为1，任务已完成，停止工作；

    (E)如果至少有一个像素的状态标识符为0，就判断距对应的头(x，y)有多远；

    (F)如果距离少于或等于设置标准，从图像文件中获取的这个像素的颜色数据，然后发送喷涂或读取的指令，同时将这个像素的状态标识符变更为1；

    (G)如果距离比设置标准大，就检查下一个状态标识符为0的像素；

    (H)如果没有满足设置标准的像素，那么程序会在头任意移动的同时，等待下一个触发，以便有遇见下一个可喷涂像素的机会；

    (I)(选项)两个快速响应的驱动器开始动行，来微调头阵列的位置及方向，以便在没有可喷涂像素时，提高工作效率；

    其中，对于相位线性依赖关系并使用了相差的情况下，相差的等高线是一类双曲线，在相位线性依赖关系并使用了相和的情况下，相和的轮廓曲线是一类椭圆曲线。
25. 25、根据权利要求1所述的系统，对于有两个定位器的情况，无论是基于何种方法，其计算机处理，系统操作和实时控制，包括下列共同的运作和步骤：

    (A)权利要求24中的方法和步骤可以用于两个定位器的每一个；

    (B)用从两个定位器来的相位信息，确定两个定位器的位置坐标；

    (C)通过使用内插法确定头阵列中每个头的坐标；

    (D)根据头与像素距离小于设置标准与否做如下判断：

    如果距离比设置标准小，就从图像文件中获取的这个像素的颜色数据，然后发送喷涂或读取的指令，同时将这个像素的状态标识符变更为1；

    如果没有满足设置标准的像素，那么程序会在头任意移动的同时，等待下一个触发，以便有遇见下一个可喷涂像素的机会；

    如果没有，(选项)三个快速响应的驱动器开始动行，来微调头阵列的位置及方向，并计及运动趋势及惯性，以便在没有可喷涂像素或可喷涂像素过少时，提高工作效率。
26. 26、根据权利要求7所述的基于相位的方法，其相位电流处理和相位去折叠的方法包含下列步骤：

    (A)移相器应这样调校，使得当输入的相位差为0时，数字相位探测器或等效的混频器输出为0；

    (B)为了得到较高分辨率，相位电流的去折叠须特别处理，这就是，对定位器位置状态赋予区域标志符；

    (C)头在中心区域开始移动之前，计算机将定位器位置状态初始化为中心区域标志符；

    (D)若定位器越过了区域界线，计算机就即时地改变标志符，相位电流应从探测相位电流跳跃一个数值；

    (E)如果使用混频器，探测相位可从探测相位电流的反正弦函数得到；其中，相位电流折叠次数很大时，就相当于基于相对运动的方法。
27. 27、根据权利要求8所述的基于时差的方法，其计算处理包含下列步骤：

    (A)计算机从操作单元接收两个时间差，t_A1和t_A2；

    (B)计算机求解距离方程，从而得到两对根(x，y)；

    (C)排除增根。
28. 28、根据权利要求9所述的使用光学图象探测器的方法，其计算机处理包含下列方法和步骤：

    (A)初始设定相对运动的参考点；

    (B)此后每一个触发时刻，拍摄图像以便作图像相关；

    (C)图像采集频率应该足够的高，这样在两个相邻的图片之间，定位器仅移动了几个像素，即使是以最快的速度移动，特别地，如果头是从静止开始，图片位置变化在一个像素之内；

    (D)图像相关定义为(但不限于此)两幅图像的共有区域像素上的光强的均方差(或者差的绝对值)；

    (E)为加速运动和简单运动的定位器定位方法；

    (F)为复杂运动的定位器定位方法；

    其中，如果头载体在图像表面上移动时，由于某种原因突然发生跳动，就应该把头放回到图像区域中心位置，以变重新初始设定相对运动的参考点。
29. 29、根据权利要求28(E)所述的为加速运动和简单运动的定位器之定位，其方法和步骤包含：

    (A)为当前时刻定义回归中心；

    (B)在每一触发时刻，第一次求最大用五点回归，它是当前时刻的实际位置；

    (C)如果需要或当用五点回归得到的最大在框架之外，用六点回归进行第二次求最大；

    其中，对于五点回归，用“框架”来代表回归中心附近四个点所构成的框架，对于下面的六点回归，“框架”则代表来代表回归中心附近五个点所构成的框架。
30. 30、根据权利要求28(F)所述的为复杂运动的定位器之定位，其方法和步骤包含：

    (A)第一次求最大用五点回归，第二次及以后各次求最大用六点回归；

    (B)当实际位置在框架外时，计算机应重新设置回归中心；

    (C)如果旧点恰好在框架某一角或者非常靠近某一角，为了节约处理时间，计算机就尽量用旧点。
31. 31、根据权利要求10所述的多普勒效应的方法，其计算机信号处理及定位方法包含下列步骤：

    (A)当接收器在两个波场中运动时，多普勒频率被监测到；

    (B)计算机把两个超声波频率转换成面向超声波源的速度及位移；

    (C)在当前触发时刻，头的相对超声波源的总位移及头的位置被确定；

    (D)头的坐标(方程的一对根)就被确定。

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