CN1332553C - 成像***中与校准无关的缺陷校正方法 - Google Patents

Abstract

一种在使用面积空间光调制器(146)的成像***中对图像数据(100)施加缺陷校正和校准的方法，其中将色调校正LUT(148’)应用于图象数据(100)，在使用缺陷图(122)和所附增益表(124)进行缺陷校正之前，施加校准校正。应用逆色调校正LUT以获得用于面积空间光调制器的经过调节的输入数据值。然后在图像调制部件(140)中将色调校正LUT(148)施加给图像数据。

Description

成像***中与校准无关的缺陷校正方法

技术领域

本发明涉及使用面积空间光调制器(area spatial lightmodulation)进行成像，具体涉及一种用于面积空间光调制器的基本上与装置校准无关的缺陷校正方法。

背景技术

尽管二维面积空间光调制器如透射和反射LCD极有希望用作高分辩率打印机中的图像形成装置，不过使用这些装置具有一些固有缺点。在这些缺点当中，由于制造过程不完美必须采用某种形式的缺陷校正。例如为液晶结构提供取向偏置所需的表面刷光(brushing)，导致高频缺陷的产生。由于例如面积空间光调制器表面上的其他不规则性导致低频缺陷产生。

一种补偿这类缺陷的方法，是同所附增益表一起使用缺陷图。例如Bernardi等人于2003年2月7日申请的共同受让的美国专利申请序列号No.10/360,030、题为A METHOD FOR DETERMINING AN OPTIMUM GAINRESPONSE IN A SPATIAL FREQUENCY RESPONSE CORRECTION FOR APROJECTI ON SYSTEM(在用于投影***的空间频率响应校正中确定最佳增益响应的方法)，披露了一种获得可以应用于打印***的缺陷图和所附增益表的方法。可以使用通过该方法产生的缺陷图/增益表组合，在可接受光强大小范围内有效补偿各LCD或其他面积空间光调制器特有的各类低频和高频缺陷。

现有缺陷校正技术的一个问题，是依赖于适当的装置校准。尤其是在使用面积空间光调制器的打印装置中，需要频繁地重新校准空间光调制器，以便例如与装置性能的改变相适应，或者用于补偿光敏介质响应时批与批之间的差异。不过，缺陷补偿中不希望的改变与校准改变同时发生。因此，尽管不能使缺陷校正完全独立于装置校准，不过使缺陷校正尽可能地独立于校准是有利的，从而校准改变对装置缺陷校正具有微不足道的影响。

某些使从一次校准到下一次校准获得有效缺陷校正复杂化的问题，是由于打印装置硬件的固有限制。例如，空间光调制器尽管其能以10位或更高分辨率成像，不过为了对具有不大于8位的位深度——也称作“位空间”的数据进行成像，空间光调制器可能受到其支持部件的限制。因此，成像数据和查询表(LUT)可能限于8位数值。不过，使用更高位空间如10-位或12位数值，校准算法可能更有效。因为固有的装置局限性，常常需要随后将在更高位空间中计算出的数值转换到空间光调制器支持部件的较低位空间。其结果需要在较高与较低位空间之间定标，在校准之后某些图像轮廓(contouring)和相关效果可能降低成像性能。附加的缺陷校正会进一步降低空间光调制器某些区域上的均匀性，由于对部件缺陷的过度校正会产生显著的图像像差。这类过度校正导致例如所打印的图像中形成条纹。

因此，可以看出需要一种图像处理方法，其使校准对低频和高频缺陷校正的潜在的负面影响最小，并提供高成像均匀度，使缺陷校正基本与校准无关。

发明内容

本发明的目的在于提供基本上与装置校准无关的缺陷校正。考虑到这一目的，本发明提供一种对使用面积空间光调制器的成像***中象素的成像数据施加缺陷校正和校准的方法，其中面积空间光调制器接收具有第一位深度的图像数据值，该方法包括：

(a)为第一色调校正LUT提供图像数据值，获得相应的色调校正数据值，该色调校正数据值具有第一位深度；

(b)将来自于为面积空间光调制器产生的缺陷图的缺陷补偿值，和与缺陷补偿值有关的增益值应用于该色调校正数据值，从而形成具有第一位深度的第一色调和缺陷校正图像数据值；

(c)应用逆色调校正LUT将第一色调和缺陷校正图像数据值转换成具有第二位深度的第二色调和缺陷校正图像数据值，该第二位深度小于第一位深度；并且

(d)将第二色调和缺陷校正图像数据值提供给第二色调校正LUT，获得用于面积空间光调制器的经过调整的输入数据值，该经过调整的输入数据值具有第一位深度。

本发明的特征在于，在施加缺陷校正之前，通过色调校正LUT的一个备份处理图像数据来校准。

本发明的优点在于提供一种施加缺陷校正的方法，该缺陷校正基本上与校准无关。使用本发明的方法，在施加校准补偿之后执行缺陷校正。

本领域技术人员通过结合附图阅读下面的详细说明，显然可以看出本发明的这些和其他目的、特征和优点，在附图中表示和描述了本发明的示例。

附图说明

虽然本发明最终可以推断出特别指出并且清楚主张本发明主要内容的权利要求，不过根据下面结合附图的说明将更好地理解本发明，在附图中：

图1的流程图表示用与校准有关的缺陷校正处理图像数据；

图2的流程图表示图象数据的处理，在与输入图像数据相比具有更高位深度分辨率的色空间中施加缺陷校正；

图3的流程图表示图象数据的处理，其中在施加缺陷校正之前，图像数据首先移动到更高位空间；

图4的流程图表示根据本发明的图象数据处理，其中缺陷校正基本上与校准无关；

图5a的流程图表示根据本发明，用级联的低频和高频缺陷校正对图像数据进行处理；

图5b的流程图表示根据本发明另一实施例，用级联的低频和高频缺陷校正对图像数据进行处理；

图6的流程图表示用于产生校准色调校正LUT的迭代方法。

具体实施方式

本发明具体涉及本发明装置的构成元件部分，或者与本发明装置直接协同操作的元件。应当理解，没有明确表示或描述的元件可以采取本领域技术人员众所周知的多种形式。

参照图1，表示一种为打印设备同时提供缺陷校正和装置校准的成像方法(path)。图像数据100被缺陷校正处理单元120调节，如共同受让、共同未决的如下专利申请中所披露的：William M.Barnick的、题为AMETHOD AND APPARATUS FOR CORRECTING DEFECTS IN A SPATIAL LIGHTMODULATOR BASED PRINTING SYSTEM的美国专利申请序列号09/606,891(2000年6月29日递交)；Rosario等人题为METHOD OF COMBININGACQUIRED DIGITAL DATA TO CONSTRUCT A COMPOSITE IMAGE的美国专利申请序列号No.09/712,641(2000年11月14日递交)；以及Bernardi等人的题为A METHOD FOR DETERMINING AN OPTIMUM GAIN RESPONSE INA SPATIAL FREQUENCY RESPONSE FOR A PROJECTION SYSTEM的美国专利申请序列号No.10/360,030(2003年2月7日递交)。缺陷校正处理单元120包括缺陷图122和相应的增益表124。然后，经过缺陷校正的图象数据101到达色调校正LUT130，在该色调校正LUT130处施加校准处理。如背景技术中所述，校准算法在比原始图像数据更高的位空间中产生色调校正LUT130。然后线性移位/下位寄存器132将所产生的10或12位数据再向下分成8位，以提供缺陷校正和校准校正的图像数据131。图像调制部件140包括具有固定LUT144的ASIC142，其进一步调整经过缺陷校正和校准校正的图像数据131，并将经过调制的图像数据141提供给空间光调制器146用于成像。

图1的成像方法，通过所示的一系列处理步骤调节原始图像数据100，提供在一定程度上缺陷校正且校准补偿的调制图像数据141。不过，图1的程序序列在保持成像装置寿命期间无像差成像方面具有不足，因为缺陷校正处理单元120中提供的缺陷校正高度依赖于校准。重新校准空间光调制器146会对所施加的缺陷校正产生不利影响，导致成像像差。

如图1的成像方法所示，诸如通过固定LUT144将某些点固定同时允许其他数据随时间移位是有用的。不过，图1的整个过程对于相对校准提供适当缺陷校正而言，不令人满意。

参照图2，表示一种同时提供缺陷校正和校准的改进方法，在用于校准的更高位空间中施加缺陷校正。此处，首先通过色调校正LUT130调整图像数据100，提供经过校准校正的图像数据133。色调校正LUT130工作于比输入图像数据100更高的位空间中，从而经过校准校正的图像数据133本身处于更高位空间中。然后缺陷校正处理单元120调节经过校准的图像数据133，在比空间光调制器146更高的更高位空间中产生经过校正的图像数据135。然后线性移位/下位寄存器132将经过校正的图像数据135再分成适合于图像调制部件140的位空间分辨率，其设置成如参照图1所述。

与图1的程序(sequence)相似，图2的图象处理程序也同时对图像数据100提供缺陷校正和校准补偿。不过，与图1的图象处理程序不同的是，缺陷校正处理单元120工作于用于校准的更高位空间中。从而图2的程序产生在某种程度上独立于校准的缺陷校正。不过，试验结果清楚表明，图2中所示方法常常不能令人满意，能在输出图像中产生量化或者轮廓像差。从而简单地在用于校准的位空间中执行缺陷校正，不能产生可以接受的分辨率，甚至可能降低图像质量。

参照图3，表示在更高校准位空间中施加缺陷校正的另一种改进方法。与图1和2的方法不同，图3的程序在ASIC142中具有可重写色调校正LUT148用于校准调节。在图3的方法中，图像数据100首先在线性移位/上位寄存器136中移动到用于校准的更高位空间，产生经过移位的图像数据153。然后经过移位的图像数据153被缺陷校正处理单元120调整，产生经过移位校正的图像数据139。然后线性移位/下位寄存器132将数据分割，以将位空间减少的经过校正的图像数据151提供给图像调制部件140。在图像调制部件140中，使用ASIC142中的色调校正LUT148实施校准，其中通过每一装置校准重写色调校正LUT148。然后所产生的缺陷得到校正和校准的图像数据155输入空间光调制器146。

注意图3的程序在缺陷校正处理之后提供校准。从而，即使在用于校准算法的更高位空间中施加缺陷校正，图3的程序也具有参照图1所描述的某些固有问题，其缺陷校正在很大程度上与校准有关。

因此，可以看出如图1、2和3中所示图像数据处理的程序的不同设计，产生缺陷校正对校准不同程度的独立性。不过，图1-3的程序均没有提供足够程度的缺陷校正独立性，从而随后的重新校准过程不会对缺陷校正造成负面影响。相反，重新校准过程会阻碍缺陷校正，或者导致有害的图像轮廓以及其他与量化有关的成像异常。

现在参照图4，表示本发明与图1-3结构不同的实施例，提供基本上独立于装置校准的缺陷校正。简单概述图4的程序，首先使用色调校正LUT148的一个备份148’处理所输入的图像数据100，其对图像数据100施加校准调节，从而在用于校准处理的更高位空间中将图像数据100转换成色调校正图像数据103。然后缺陷校正处理单元120调节经过色调校正的图像数据103，为每个图像像素提供色调和缺陷校正图像数据107。之后逆色调校正处理LUT841在一般为8位的更低分辨率位空间中将色调和缺陷校正图像数据107转换成ASIC输入数据109，用于输入给图像调节装置140。在图像调制装置140中，在更高校准位空间中通过色调校正LUT148处理，然后提供经过调整的输入数据111，输入给空间光调制器146以形成图像。

再次参照图4中所示的处理过程，特别关注数据转换，在优选实施例中8位图象数据100首先转换成色调校正图像数据103，从而将输入像素的数据值从输入的0-255范围转换成具有更高位值的范围，产生出处于扩展的0-1215范围内的相应数值。可以由原始数值转换得出色调校正图像数据103的值，从而例如0输入数据值相当于1215色调校正图像数据103的值。通过色调校正LUT148的备份148’的这种第一转换，使在校准数值位空间中每个初始的0-255图像数据值映射到相应的0-1215色调校正图像数据103的值。然后，在相同的校准值位空间中施加缺陷校正。注意依照空间光调制器146的每个单独像素的需要实施在缺陷校正处理单元120中施加的缺陷校正。对于大多数像素而言，无需实施缺陷校正。对于需要缺陷校正的像素，缺陷校正值通常提供对于相应色调校正图像数据103数值的偏移。为了校正低频缺陷，在优选实施例使用范围内，偏移值通常在+/-80范围内。为了校正高频缺陷，偏移值通常在+/-30范围内。对所有图像像素而言所产生的缺陷校正图像数据107的平均值特别接近于由色调校正LUT的备份148’提供的所有色调校正图像数据103的平均值。不过，使用这种方案时缺陷校正图像数据107中的单个像素具有某些增加或减少的偏移值作为像素缺陷的补偿。

继续图4的程序，逆色调校正处理LUT841将缺陷校正图像数据107向回映射到ASIC输入数据109的减少的位空间中，同时保持校准。为了产生这种逆映射，从而使成像异常最小，使用逆LUT。可以使用校准成像领域熟知的数据映射技术曲线拟合逆LUT或者通过其他方法计算出逆LUT。然后所产生的ASIC输入数据109提供给ASIC142中的色调校正LUT148，产生用于空间光调制器146的经过调整的输入数据111。从而通过这种处理程序，在空间光调制器146更高位空间中经过调整的输入数据111，保持色调校正图像数据103中，提供的校准结果，令使用空间光调制器146所产生图像中轮廓或其他量化误差的可能性最小。

输入数据处理的例子

为了理解图4的数据处理程序如何提供基本上与装置校准无关的缺陷校正，为这一程序提供几个例子是有益的。

例1：

使用图4程序提供处理的第一个例子，是用上述实施例的0-255及0-1215的范围，考虑色调校正LUT148和色调校正LUT的相同备份148’为线性时该程序的操作。在这种情形中，实际上不对图像数据100施加校准，仅施加缺陷校正。考虑输入图像数据100数值为131的情形。在色调校正LUT的备份148’处，该数值被转换成0-1215范围内的整数值，并经过逆转换。对于这种情形，当色调校正LUT的备份148’为线性时，根据下式计算出所产生的色调校正图像数据103的数值：

1215-(1215/255)*131＝591

在缺陷校正处理单元120处，特定像素具有+20的缺陷校正偏差。产生该像素的色调和缺陷校正图像数据107的数值：

591+20＝611

然后逆色调校正处理LUT841通过反向色调校正LUT148的线性关系，使用下式将色调和缺陷校正图像数据107向下转换回空间光调制器146的0-255范围：

255-(255/1215)*611＝127

因此，在第一例中，假设输入图像数据100的数值为131，则用于该像素的用作ASIC输入数据109的经过校准和色调校正的数值为127。然后对于要打印图像中的每一像素，对于输入图象数据100的值施加同样类型的计算和映射序列。

之后在色调校正LUT148处，使用下式执行最后一次转换获得经过调整的输入数据111：

1215-(1215/255)*127＝610

然后将这种经过调整的数据数据111的数值610提供给空间光调制器146，作为用于成像的数据。

例2：

作为第二个例子，考虑色调校正LUT148和色调校正LUT的相同备份148’为非线性的情形。在这种更复杂但更实际的情形中，色调校正LUT148通过将每个图像数据100的值映射到校准值而调节装置校准。再次考虑输入图像数据值100的为131的情形。在色调校正LUT的备份148’处，该值被转换成0-1215范围内的整数值，并被逆变换。对于这个例子，色调校正LUT的备份148’为非线性的，由LUT映射得到的色调校正图像数据103的值为600。在缺陷校正处理单元120处，该特定像素也具有+20的缺陷校正偏差。从而产生该像素的色调和缺陷经过校正的图像数据107的值：

600+20＝620

然后逆色调校正处理单元LUT841，通过逆映射使数值620与125相关，将色调和缺陷经过校正的图像数据107向下转换到空间光调制器146的0-255范围。因此，在第二例中，给定输入图像数据100的值为131，则对于该像素作为ASIC输入数据109的经过校准和色调校正的值为125。对于被打印图像中每个像素，对于输入图像数据100的值施加相同类型的计算和映射序列。

强调图4中所示程序保持不需要缺陷校正的像素以及需要缺陷校正的像素校准是很重要的。即，在缺陷校正处理单元120没有为像素的色调校正图像数据103的值增加偏移量(即，加零)的情形中，通过色调校正LUT的备份148’，逆色调校正处理LUT841和色调校正LUT148的处理执行转换序列，用于保持已经执行的校准的完整性。结果，对于不需要缺陷校正的任何像素而言，从色调校正LUT的备份148’输出的中间色调校正图像数据103的数值，在映射误差的小容差范围内，基本等于作为空间光调制器146输入提供的经过调节的输入数据111的数值。同样，对于这种无需缺陷校正的数值，在映射误差的小容差范围内，图像数据100的值基本等于ASIC输入数据109的值。

为了通过这种方式保持校准，必须遵从下列的关系规则：

(a)色调校正LUT148和色调校正LUT的备份148’相同；色调校正LUT148由于校准产生的任何改变，均确定无疑地发生在色调校正LUT的备份148’上；和

(b)逆色调校正处理LUT841必须为色调校正LUT148的逆向。

不能坚持这两条规则，会危害校准完整性，导致不希望的量化异常如轮廓。例如，发现用任意两个逆LUT取代逆色调校正处理LUT841和色调校正LUT148，通过简单地使用校准LUT取代色调校正LUT的备份148’来执行校准，然后使用简单的转换，在施加缺陷补偿之后转换数据值，可以获得相同结果。使用这种方案等效于遵从上面的规则(b)，但违背规则(a)，并且具有上面参照图2所述的相同的固有缺陷。

例3：

下例说明如果原则规则(a)和(b)都没有遵从数据值如何发生不希望的移动。例如，在此依然考虑输入图像数据100的值为131的情形。在色调校正LUT的备份148’处，该数据值通过非线性映射被转换成整数值594(也处于0-1215范围内)。从而无需缺陷校正处理单元120进行缺陷校正的像素，产生色调和缺陷得到校正的图像数据107的值594。假设如例1中所示，逆色调校正处理LUT841和色调校正LUT148提供线性转换和其逆转换(遵从上述规则(b)，但违背规则(a))，则引入误差偏移。在逆色调校正处理LUT841处，色调和缺陷经过校正的图像数据107的值594经历第一线性转换，如下所示：

255-(255/1215)*594＝130

已经发生了第一偏移：图像数据100的值131偏移到ASIC输入数据109的值130。然后如下所示色调校正LUT148执行其转换：

1215-(1215/255)*130＝596

这代表第二偏移：通过逆色调校正处理LUT841和色调校正LUT148执行的变换和逆变换，色调和缺陷经过校正的图像数据107的值594偏移到596。

从这个例子可以看出，当规则(a)和(b)均没有遵从时，数据值易于发生不希望的偏移，会损害校准的完整性，有可能导致轮廓或其他成像异常。

图4的处理程序提供下列优点：

(i)向色调校正图像数据103施加缺陷校正，从而在缺陷校正之前已经为图像数据100施加校准；

(ii)在比成像所用更高位空间中施加缺陷校正。

从而通过图4中所示本发明的方法，在校准图像数据内执行缺陷校正。发现使用图4的程序提供对低频和高频假象得到良好校正的均匀输出图像。在迭代校准处理中，图4的程序使每次后续校准操作能改善其前一次操作，能在合理的少量迭代次数内完成对打印设备的校准。

在某些情形中，对于不同类型的缺陷如对于低频和高频缺陷，可以相继施加不同类型的缺陷补偿。每幅图像仅出现一次的空间缺陷可以视作低频缺陷。每幅图像重复出现多次的空间缺陷可以视作高频缺陷。参照图5a，表示图4处理程序的一种变型，用于级联缺陷校正。首先低频缺陷图1221和其附带的低频增益表1241应用于色调校正图像数据103。然后，高频缺陷图122h和其附带的高频增益表124h用于提供色调和缺陷校正的图像数据107’。之后逆色调校正处理LUT841将色调和缺陷校正的图像数据107’向下转换到用于图像调制部件140的位空间，以提供ASIC输入数据109。此后通过色调校正148进行的处理，提供经过调整的输入数据111，其输入空间光调制器146用于形成图像。

参照图5b，表示图5a的另一种级联结构，其中通过低频和高频增益表1241和124h以稍稍不同的程序处理色调校正图像数据103。在图5b的程序中，相同的色调校正图像数据103的值到达低频增益表1241和高频增益表124h，然后到达相应的低频和高频缺陷图1221和122h，将组合的低频和高频缺陷补偿偏移量相加，调整色调和缺陷校正图像数据107’。

用于产生色调校正LUT148的程序

参照图6的流程图，表示在校准时用于产生色调校正LUT148的步骤顺序。在校准开始时，在LUT线性化步骤200中将LUT148线性化，从而开始时LUT148不影响图像数据。在灰度数据步骤210中，产生用于处理和打印的平坦场校准输入数据。在LUT施加步骤220中，通过LUT148处理平坦场校准输入数据。在初次迭代时，这种处理不改变输入数据。在第二和第三次迭代时，LUT148开始以一系列连续提高的近似度影响输入数据。在打印和测量步骤230中，产生校准打印，并测量感光数据。在LUT计算步骤240中，产生色调校正LUT148。在判断步骤250中，校准打印的可接受性决定是否需要下一次迭代。如果需要另一次迭代，则处理循环返回灰度数据步骤210。如果校准可以接受，则在复制步骤300中将LUT148备份为LUT148’。

通过图6的流程图程序重复循环，产生适合校准成像设备的色调校正LUT148。如上面所述共同受让的美国专利申请序列号No.09/606,891，09/712,641和10/360,030中所示计算缺陷图122和增益表124。

当使用反射型和透射型LCD面积空间光调制器时本发明的方法尤为有效。此外，采用其他类型的面积空间光调制器，如数字微镜装置(DMD)，可以实现本发明。虽然表明本发明的方法已经示出了应用于打印设备的效用，不过此相同的方法一般而言可以用于包括显示装置在内的成像装置。

因此，提供一种施加基本上独立于成像装置校准的缺陷校正。

Claims (4)

1、一种对于使用面积空间光调制器的成像***中像素的图像数据值施加缺陷校正和校准的方法，其中该面积空间光调制器接收具有第一位深度的图像数据值，该方法包括：

(a)将图像数据值提供给第一色调校正LUT以获得相应的色调校正数据值，所述色调校正数据值具有所述的第一位深度；

(b)将来自于为面积空间光调制器产生的缺陷图的缺陷补偿值和与所述缺陷补偿值有关的增益值应用于所述色调校正数据值，从而形成具有所述第一位深度的第一色调和缺陷校正图像数据值；

(c)应用逆色调校正LUT，将所述第一色调和缺陷校正图像数据值转换成具有第二位深度的第二色调和缺陷校正图像数据值，所述第二位深度低于所述第一位深度；以及

(d)将所述第二色调和缺陷校正图像数据值提供给第二色调校正LUT，获得用于面积空间光调制器的经过调节的输入数据值，所述经过调节的输入数据值具有所述第一位深度；

(e)其中所述逆色调校正LUT是所述第二色调校正LUT的逆向；

(f)其中所述第二色调校正LUT为所述第一色调校正LUT的备份。

2、根据权利要求1所述的用于对图像数据值施加缺陷校正和校准的方法，其中应用所述缺陷补偿值的步骤包括如下步骤：加上零值，从而所述色调校正数据值等于所述第一色调和缺陷校正图像数据值。

3、根据权利要求1所述的用于对图像数据值施加缺陷校正和校准的方法，其中从包括透射型LCD、反射型LCD和数字微镜装置的组中选择所述面积空间光调制器。

4、根据权利要求1所述的用于对图像数据值施加缺陷校正和校准的方法，其中通过从校准打印获得至少一个感光测量值和通过色调校正算法处理所述至少一个感光测量值，产生所述第一色调校正LUT。

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