CN1310760C - 适用于以不同墨滴尺寸进行打印的打印资料产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种适用于以不同墨滴尺寸打印的打印资料产生方法，其适用于以复数喷墨头输出不同尺寸大小墨滴的打印装置，主要先根据喷墨头数目、以及各喷墨头可输出的墨滴数目求出所有组合方式，各种组合方式所呈现的颜色饱和度建构成一半色调阀值表(Halftoning thresholdtable)；当待打印的影像资料输入后，影像资料各像素根据该半色阀值表对应出其中一种适当的组合方式，该种组合方式即为一半色调编码值，其中，该编码值可分解成数个群组的位元(bits)，每一群组直接对应于单一喷墨头所负责的墨滴数目，藉由此种直接驱动各喷墨头进行打列的方式，可简化打印资料处理的过程，提升打印效率。

Description

适用于以不同墨滴尺寸进行打印的打印资料产生方法

技术领域

本发明涉及打印机，尤指一种适用于以不同墨滴尺寸进行打印的打印资料产生方法。

背景技术

喷墨打印(Drop-on-Demand Ink Jet Printing)是利用喷墨头在纸张上往复运动，并且在欲喷上墨滴的位置驱动喷墨头的喷孔喷至该处而完成打印工作。现今的喷墨打印为了呈现出相片品质(Photographicquality)，必须使打印结果具有丰富的色阶变化；亦即，某一个打印色彩(例如C、M、Y)，在纸张上的任一像素位置(Pixel location)，必须可以产生由浅至深的不同层次变化(例如由不喷、浅至最深分出8种变化)，如此一来，通过C、M、Y这些主要颜色(Primary color)的组合，便可以构出丰富的色彩及色阶变化，而达到相片品质的要求。

这种由浅至深产生的层次变化，可以通过多墨滴打印(Multi-dropprinting)来达到，即在同一个位置喷上复数滴墨滴，以达到色彩上多层次打印(Multi-level printing)的效果。但由于多墨滴打印需通过多行程(Multi-pass)打印的技巧来达到，因此在打印时，喷墨头必须进行重复的往复运动，依序在所有像素位置上累积喷上所需的滴数。如此一来其整体打印速度(Throughput)便受到限制，造成了相片品质的打印通常需耗时许久的结果。

为了达到所谓的相片品质(photo image quality)，使打印出来的结果具有更连续的色调，最重要的关键便是使得每一个像素位置上的颜色量达到最多，而它的必要条件是喷墨的墨滴必须更小。早期的喷墨墨滴尺寸较大，约有80至100pl.(picoliter，兆分之一公升)，若以打印解析度为300dpi为例，单一滴墨滴即约占满一个像素的大小，因此可以产生的颜色变化就比较少，由惠普(Hewlett Packard)所提出的相片解析度增强技术(PhotoREt，photo resolution enhancement technology)即提供了一种解决的方案，随着制作技术的发展，目前推出的彩色喷墨头(三色，CMY)，其输出墨滴仅具10pl左右，在任一个像素位置上，一个颜色最多可喷至8滴墨滴。对于此种喷墨头，若在一个像素位置上以单一颜色的0，1，3或8滴墨滴，则可以得到由白色而越来越深的4种不同色阶。若再加上混色的结果，便能直接产生超过250种可打印的颜色，大幅提高色阶的数目和色彩的丰富程度。

而至于喷墨打印机的打印原理如下述：欲打印一影像时，先对输入的影像资料(Image data)作一半色调(Halftoning process)的处理，亦即将输入的影像资料转变为喷墨墨滴打点的资讯。举例来说，早期墨滴尺寸较大时，对于单一像素位置仅有喷单滴墨水或不喷墨水的选择，因此，若输入的影像资料其色阶是以8bit表示为0至255的连续值，则其半色调处理方法系取色阶的中间值(即127)，作为半色调临界值(Halftoningthreshold)，超过此值的像素喷上一滴墨水，而小于或等于此值的像素便不打点。经过这个半色调的过程，原先8bit表示的像素便可以1bit(0/1，不喷/喷)来表示，此为最基本的半色调处理方式。

随着前面所述相片品质打印技术的发展，每一个像素位置上需喷上零到数个墨滴，以增加色阶的变化。对于此种多墨滴(Multi-drop)的打印，每一像素位置不但需提供喷与不喷的资讯，还必须考虑颜色的深浅资讯。若是采相同墨滴尺寸的多墨滴打印方式，颜色深浅便是通过墨滴的数目来实现。显而易见的，当打印必须考虑更多的条件时(打印与否、颜色深浅)，上述以1bit表示的半色调处理方法即无法满足。

若以2bit表示由0至3的四种准位值(level)，这四个准位值就可以用来表示该像素位置上应该喷上的颜色深浅。而对应于此的半色调方法则可以将前述0-255连续色阶等分为四段，亦即其半色调临界值即为63，127，191。而分别位居{0，63}、{64，127}、{128，191}、{192，255}的输入影像资料，会对应至0-3的四个准位值，也就是以2bits表示的00、01、10、11。这种超过1bit表示的半色调处理又称为多位元或多层次半色调(Multi-level or Multi-bit halftoning process)程序。

经过半色调的处理，在有了各个像素位置对应的准位值(level)后，进一步即决定该以多少的墨滴数目来表现出各个准位值(level)的要求。以前面提到的4个准位值为例，符合各准位值所需的墨水滴数可由以下的步骤找出：首先决定单一像素上每一种颜色的墨水最高的容许滴数，超过此滴数可能是颜色深浅(density)已无法进一步辨别，或是已超过纸张的容许范围，开始发生墨滴范围(dot area)超出该像素位置，以前述彩色喷墨头为例来说是以8滴为上限。接着，将可能用来打印的滴数(此处为0至8滴)喷到纸张上，并且分别测量其颜色饱和度(density)。因目标是分为4色阶(level)，因此以饱和度的0％、33％、66％、100％对应所需的滴数，得到{0，1，3，8}滴的结果，如图4所示，纵轴(y轴)代表颜色饱和度，而横轴(x轴)表示墨水滴数，这些对应的滴数值将被用来在打印时达成各个level色阶的要求。换句话说，前面所述的分别位居{0，63}、{64，127}、{128，191}、{192，255}的输入影像资料，将分别以{0，1，3，8}的滴数来达成。

前述技术是以喷墨头所提供的墨滴尺寸均等量为例说明，若是打印机可提供不同大小的墨滴，则可藉由大小墨滴的适当组合，以较少的总滴数完成打印工作。举例而言，在美国核准专利公告第5,917,510号一案中，系利用压电(Piezo)原理的Drop-on-Demand喷墨头，依据半色调结果的不同level的像素，控制喷墨头喷出对应尺寸不同的墨滴，以达到打印不同level墨点的目的，该专利的半色调处理方法，即为一般的误差扩散法(Error diffusion)，此篇专利需要具有控制墨滴尺寸能力的喷墨头，其成本及控制上的需求较高，且在喷墨头的选择上亦有限制。再者，经半色调处理所得的level值欲控制喷墨头输出适量的墨滴数目时，其必须经过一解析步骤，将level值解读出是由那些个喷墨头必须输出，再判读出必须输出多少墨滴，此种两阶段的解析方式令资料处理速度即无法提升。

发明内容

有鉴于现有技术中多墨滴打印方式其速度无法提升的缺点，本发明的主要目的是提供一种以不同墨滴尺寸进行打印的打印资料产生方法，适用于具复数喷墨头以输出不同墨滴尺寸的打印装置，可将影像资料的色阶值转换并编码为适当资料格式，以该编码资料可个别控制各个喷墨头，藉此提升打印效率。

本发明提供的适用于以不同墨滴尺寸进行打印的打印资料产生方法，包括下列步骤：

建立一半色调阀值表，依据P种墨滴尺寸及可提供N种墨滴数目的所有组合方式，求出每一组合方式所能呈现的颜色饱和度，根据组合方式与对应的饱度关系建立一半色调阀值表；其中，前述P及N系不等于零的正整数；

以前述阀值表产生一多阶层半色调编码资料，用来驱动喷墨头输出对应墨滴尺寸的墨滴数目，以打印出影像资料。

上述组合方式系具有(N+1)^P种。

根据本发明的上述方法，所输出的半色调编码资料，系利用组合P种墨滴尺寸以及N种墨滴数目的编码而得到。

根据本发明的上述方法，所述P种墨滴尺寸系藉由P个喷墨头所输出。

根据本发明的上述方法，所述P种墨滴尺寸系藉由单一个喷墨头所输出。

根据本发明的上述方法，所述半色调编码资料系可拆解为P个群组，各群组系以X个位元资料表示N种墨滴数目，其中2^X＝N。

根据本发明的上述方法，所述半色调编码资料系可拆解为P个群组，各群组对应输出至各喷墨头，其中各群组以X个位元资料表示该喷墨头所需喷出的墨滴数目，其中2^X＝N。

藉此方法，输入的影像资料可以通过半色调处理的程序而以不同体积量的墨滴加以有效率地打印，达到高色阶品质呈现，且大幅提升打印速度。

附图说明

图1为本发明墨滴组合与颜色饱和度的曲线图。

图2为本发明墨滴组合与颜色饱和度的另一曲线图。

图3为本发明的资料打印产生方法的动作方块图。

图4为一现有技术中墨滴组合与颜色饱和度的曲线图。

具体实施方式

本发明提出一种打印资料的产生方法，主要适用于可产生不同墨滴尺寸进行打印的打印装置，该打印装置可以是藉由单一喷墨头输出数种不同尺寸的墨滴，或是由复数个对应不同墨滴尺寸的喷墨头所组成，惟在以下详细说明中，本发明是以具复数喷墨头的复合式打印装置为例。当一待打印影像资料欲输出至打印机时，因该影像资料各像素原是以连续色阶值表示，故须加以转换为打印机可判读的资料格式，以驱动喷墨头进行打印动作，本发明包含两大主要技术手段，一为半色调阀值表(Halftoningthreshold table)的建立，另一则是根据该阀值表将色阶值转换为一半色调编码资料后直接输出至各喷墨头。以下系详加说明：

(一)半色调阀值表的建立

复合式喷墨打印机为一具有复数个喷墨头的喷墨打印机，假设此打印机具有P个可提供同一颜色且墨滴尺寸不同的喷墨头数目(故亦可视为具有P种墨滴尺寸)，且打印行程最多为N趟，即Npass打印(每一喷墨头最多仅能在同一像素位置中打上N滴)，则在单一像素上最多可能产生的喷墨组合便有(N+1)^P种之多，前述P及N两参数均为大于零且为正值的整数。举例来说，若打印机具有P＝2个喷墨头，分别提供两种不同墨滴尺寸但相同颜色的墨滴，且最多以N＝2pass打印，则单一像素位置上可能的打印组合便有(2+1)²＝9种，其组合为：

Drop#of P1/P2＝{0/0，0/1，0/2，1/0，1/1，1/2，2/0，2/1，2/2}。

假设两喷墨头P1及P2可打印的墨滴尺寸分别为10pl.(pico-liter)以及30pl.，则以上9种组合可以组成如下表。

第一喷墨头P1(10pl.)的墨滴数	第一喷墨头P2(30pl.)的墨滴数	墨滴总数(pl.)	饱和度(density，％)	色阶值(0～255)
					0	0	0	0	0
0	1	30	37.5	96
					0	2	60	75	192
1	0	10	12.5	32
					1	1	40	50	128
1	2	70	87.5	224
					2	0	20	25	64
2	1	50	62.5	160
					2	2	80	100	255

由上表可知，前述共计九种不同程度的饱和度组合，且仅需2次的打印行程(2pass)就可以组合出9种不同的墨滴总量。当这些墨滴组合方式被喷到纸张上后，所产生的墨点颜色饱和度(density)亦将有所不同，通过量测其饱和度，可以找出饱和度与这九种组合方式的关系曲线。

如图1所示，表示在(N+1)^P种组合方式下(X轴所示)，可呈现出不同颜色饱和度(Y轴所示)的关系曲线，其中最高饱和度的喷墨头与滴数组合便是此复合式喷墨头打印机可以表现的最深颜色，而不喷上任何墨点的组合即代表最小的饱和度。若将最高的饱和度制订为100％，最小则制订为0％，以8bit(色阶值0-255)的输入影像资料为例，则色阶值255便对应至100％density，而色阶值0对应至0％。依据图1上各组合方式所对应的饱和度(density)值，依照比例(在Y轴上标注出了这些比例的位置)对应至0至255的区间，便可得到各个半色调准位的临界值。经由这个过程所得到的结果的组合，即被用来当作半色调阀值表(Halftoning threshold table)的内容，供作为半色调转换的依据。

由图1中可以发现，在众多喷墨头与滴数的组合方式中，其中可能有数种组合于打印时产生的墨点饱和度很相近或相同，例如图中的组合5与组合6。换句话说，此复合式喷墨头打印机可利用数种不同大小的墨滴与滴数的组合，产生相近的饱和度。因此，在建立半色调阀值表(Halftoningthreshold table)时，若其中某些组合所造成的饱和度差异小于某个预设值，便无须将这些相近的饱和度视为不同的准位，仅需取一个代表值。

(二)半色调编码

根据前述的半色调阀值表，可以将输入的影像资料的连续色阶作多阶层(multi-level)的半色调分类，而分类后所得的阶层值可藉由一连串的位元资料来表示半色调后的结果，亦即编码结果。

对于复合式喷墨头打印机来说，打印动作是由具有不同墨滴尺寸的喷墨头配合多行程(multi-pass)、多墨滴打印(multi-drop)的方式来完成，因此半色调后的编码数位资料，即输出至各个喷墨头的驱动模组来完成喷墨的动作。现有技术中的多阶层(multi-level)半色调处理，是将可分出的阶层数以数个bit表示，换句话说，即是一个编码的过程，举例而言，若经由半色调阀值表后可等分成8个阶层，则半色调结果便可以3个bits来表示以区分由level 0至level 7的各个阶层，分别为000、001、010、011、100、101、110、111。

而依据前面所述，本发明所提出的半色调方法，其一连串的数位输出资料是交由复数个具不同墨滴尺寸的喷墨头来打印，而该数位资料，即是用来指示各个喷墨头所需喷上的墨滴数，若以总共可产生的阶层数目直接作为数位资料的编码，则打印机端在接收到该串数位资料后，还需通过一辨识解析的过程，由阶层值对应出在每一像素位置上的打印是通过那些个喷墨头以及必须喷上多少墨滴来达到，如此一来将导致打印效率下降。

为避免半色调的输出资料在输出至后段的驱动模组时，驱动模组必须更进一步对应找出适当的喷墨头、墨滴数所造成的效率降低，本发明提出一种编码方法，可更直接地驱动喷墨头输出所须的墨滴数目，以提高资料处理效率，简化控制系统，以下系其详细说明。

首先必须强调的一点是该编码方法并不是根据半色调处理的饱和度阶数值(density level)依序进行数位编码，具体而言，假设共有level0-level 7八种阶数，则其编码输出并不是以对应的000-111加以表示。

相反的，本发明的编码方式将同时包含有喷墨头资讯及打印墨滴数目资讯。首先针对各喷墨头，利用其可以提供的墨滴数来依序编码，当然，这个可以提供的墨滴数最大值不可超过打印的行程(pass)数目N。

就每一喷墨头而言，必需使用足够表示该喷墨头提供所有可能墨滴数组合的bit数加以表示，举例来说，若N＝3，且该喷墨头在3pass的打印中可以提供0、1、2、3滴的墨滴至一像素位置，则欲编码该喷墨头的墨滴数，至少必须以2bit的资料来表示此4种滴数组合。

接着，再将所有喷墨头的multi-bit编码结果组合成一最后的半色调输出值，并将此值送至打印机端作为打印的资料。

因此，若共有2喷墨头打印3pass的复合式喷墨头打印机(P＝2，N＝3)，且各喷墨头皆提供0、1、2、3滴的墨滴数目，则总共必须以a₁a₂a₃a₄这4bit来作为此系统表示半色调结果的输出，其中a₁a₂代表第一喷墨头必须输出的墨滴数目，而a₃a₄即表示第二喷墨头必须输出的墨滴数目。

请参阅图2所示，以下系利用一完整的实施例对本发明进行详细解释。

假设一复合式喷墨头打印机具有2个喷墨头，打印3pass，各喷墨头可在此3pass中喷出0、1、2、3滴墨滴，共计可组合出(3+1)²＝16种墨滴浓度。因每一喷墨头有4种墨滴数level(level 0-level 3)，各个level是以2bit来编码。所以2个喷墨头所有可能提供的打印墨点组合共有2bit+2bit＝4bit的表示。

图2中，X轴上的编码数字即为组合此2喷墨头的编码而成。例如二进位(binary)资料：0110(6)，即代表第一喷墨头喷出level 1(binary：01)的墨滴数(1滴)；而第二喷墨头则喷出level 2(binary：10)的墨滴数(2滴)。

当这16种打印组合方式均打印后，量测各种组合所产生的墨点饱和度，可得到如图2中的曲线。由图上可以得知，在density 0％到100％的中，共可以区分出12个区间，分别利用图上的资料点作为区间的节点。

这些代表不同颜色饱和程度的节点，将依据比例分配，而将输入的影像资料(连续色阶值)作半色调的区间动作(例如0至255)。

在完成半色调处理后，其编码输出的资料仍是按照原先图2中的X轴编码，而非由density低至高的循序编码。

请参阅图3所示，经由以上的做法，当一输入影像资料经由本发明的半色调阀值表(Halftoning threshold table)作半色调处理后，经由喷墨头与墨滴数的编码输出，所输出的编码资料即可依据喷墨头数目加以拆解成数组，分别送至各对应的喷墨头打印资料处理模组，进而送至各喷墨头的喷墨驱动模组，以完成打印资料的动作。

综上所述，本发明所提出的方法，是先针对各喷墨头及其墨滴数编码，待得到打印的饱和度(density)后，由各资料点构成一半色调阀值表(Halftoning threshold table)，而半色调编码过程中，被分至某一区间的输入像素资料点，即以其所对应的编码值来作为输出的资料。如此一来，这输出的资料便可以直接分解成数个群组的bits，且每一群组直接对应于一喷墨头(原先编码就是各个喷墨头个别编码的组合)。故半色调的multi-bit输出，可以直接传送至各个喷墨头的驱动模组，令各喷墨头依照其接收到的半色调数值，经由多行程(multi-pass)、mutli-drop的打印方式，喷上对应的墨滴数目，如此一来，可以简化打印资料处理的过程，并且有效率的驱动各个喷墨头。

Claims (7)

1、一种适用于以不同墨滴尺寸进行打印的打印资料产生方法，包括下列步骤：

建立一半色调阀值表，依据P种墨滴尺寸及可提供N种墨滴数目的所有组合方式，求出每一组合方式所能呈现的颜色饱和度，根据组合方式与对应的饱和度关系建立一半色调阀值表；其中，前述P及N为不等于零的正整数；

以前述阀值表产生一多阶层半色调编码资料，用来驱动喷墨头输出对应墨滴尺寸的墨滴数目，以打印出影像资料。

2、如权利要求1所述的适用于以不同墨滴尺寸进行打印的打印资料产生方法，其特征在于：其组合方式系具有(N+1)^P种。

3、如权利要求1所述的适用于以不同墨滴尺寸进行打印的打印资料产生方法，其特征在于：所输出的半色调编码资料，系利用组合P种墨滴尺寸以及N种墨滴数目的编码而得到。

4、如权利要求1所述的适用于以不同墨滴尺寸进行打印的打印资料产生方法，其特征在于：所述P种墨滴尺寸系藉由P个喷墨头所输出。

5、如权利要求1所述的适用于以不同墨滴尺寸进行打印的打印资料产生方法，其特征在于：所述P种墨滴尺寸系藉由单一个喷墨头所输出。

6、如权利要求1所述的适用于以不同墨滴尺寸进行打印的打印资料产生方法，其特征在于：所述半色调编码资料系可拆解为P个群组，各群组系以X个位元资料表示N种墨滴数目，其中2^X＝N。

7、如权利要求4所述的适用于以不同墨滴尺寸进行打印的打印资料产生方法，其特征在于：所述半色调编码资料系可拆解为P个群组，各群组对应输出至各喷墨头，其中各群组以X个位元资料表示该喷墨头所需喷出的墨滴数目，其中2^X＝N。

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