防故障式颜色变换
阅读说明：本技术 防故障式颜色变换 (Fail-safe color conversion ) 是由 H·西格里茨 于 2019-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于借助计算机减少在喷墨印刷机的多色印刷工艺过程中缺陷印刷喷嘴的影响的方法,计算机制作颜色变换表格,颜色变换表格针对所述喷墨印刷机的每个工艺色包含距该工艺色的颜色距离最小的相应其它工艺色的工艺色组合,颜色变换表格是通过对具有所有工艺色的测试样张进行印刷及测量而制成,借助计算机采用插入法,将颜色变换表格使用于补偿缺陷印刷喷嘴,所述颜色变换表格由计算机优化,避免所述颜色变换表格的控制点之间所不期望的过渡,并且使得所得到的颜色变换表格相应地包含对缺陷印刷喷嘴而言敏感度最小的工艺色组合,计算机将其用于执行多色印刷工艺过程。(The invention relates to method for reducing the influence of defective printing nozzles in a multicolour printing process of an inkjet printer by means of a computer, which computer produces a colour conversion table which contains for each process colour of the inkjet printer a process colour combination of the respective other process colour which has the smallest colour distance from the process colour, the colour conversion table being produced by printing and measuring test coupons having all process colours, the colour conversion table being used by the computer to compensate for defective printing nozzles by means of interpolation, the colour conversion table being optimized by the computer, avoiding undesired transitions between control points of the colour conversion table and the resulting colour conversion table containing the smallest process colour combination in sensitivity to the defective printing nozzle, the computer being used to carry out the multicolour printing process.)
技术领域
本发明涉及一种用于减少喷墨印刷机的多色印刷工艺过程中缺陷印刷喷嘴的影响的方法。
本发明所属的技术领域是数字印刷。
背景技术
对于由现有技术所公开的多种喷墨印刷机，承印材料被引导经过一列或多列印刷喷嘴，这些印刷喷嘴在印刷期间参照机器而言是地点固定的，并且这些印刷喷嘴将数量级为几微微升的墨滴喷射到正在运动的承印材料上。在多色喷墨印刷机中，前后相继布置有多个具有不同颜色的油墨印刷机构。根据所采用的栅格化(Rasterung)，恰当地在时间上控制这些印刷喷嘴，由此使得所印刷的图像出现在承印材料上。在此，在大多数情况下，既可以通过每面积单位墨滴的可变数量、也可以通过阶梯式不同的墨滴尺寸来控制印刷色在图像部位上的强度。
如果这些印刷喷嘴中出现沉积，那么一方面可能会导致所释放的墨滴体积减小，另一方面可能会导致墨滴飞行轨迹方向的改变。譬如，如果要借助一印刷色印刷出均匀的颜色面，则会有如下影响：受干扰的喷嘴下方会出现明亮的线，以及可能情况下旁边还会形成较暗的线。譬如，在借助多种印刷色进行印刷时，在由青色、品红色和黄色油墨所组成的均匀灰面中，在受干扰的青色喷嘴下方在已印刷完成的承印页张上可能会出现较亮的红色线，这个较亮的红色线是由品红色和黄色所提供的相对优势沿着该线而形成。
人类观察者对已印刷的面的颜色印象是在色度测量方面由三个数值得以描述(譬如XYZ或Lab)。这符合三色激励式(trichromatisehen)的标准观察者眼中三种颜色受体(Farbrezeptoren)类型的存在。如果使用多于三种印刷色进行印刷的话，则通常存在用于产生某特定颜色印象的多种可能性。用于将图像数据从独立于仪器的颜色空间变换到依赖于仪器的颜色空间(也就是说譬如从XYZ或Lab变换到CMYK或CMYKOGV)的相应自由度的确定在下文中被称为颜色构造(Farbaufbau)。
譬如，在CMYK印刷中，通过不同强度地使用除了印刷色黑色之外的青色、品红色和黄色所实现的某一可用的自由度，能够用于不同目的。在使用七种不同油墨进行印刷时，已存在用于产生颜色印象的四种自由度。对于此处描述的方法的目的来说，重要的是，通过不同方式借助不同的油墨比例份额(Tintenanteilen)所构造的颜色对所参与的喷墨印刷喷嘴的波动也导致不同的反应。
由沉积物所导致的喷嘴干扰在极端情况下可能会导致完全故障，即：在这个部位上不再有油墨到达承印材料上。但更经常出现的是，墨滴尺寸会或多或少地减小。这种影响通常也具有时间上的波动，以至于譬如功能受限的喷嘴在不停地工作一段时间之后又将沉积物喷出，并且又实现最初的墨滴尺寸和最初的飞行轨迹。
为了减少这些印刷喷嘴中沉积物的问题，于是譬如给规律的维护周期设置对所有印刷喷嘴进行强力操纵。即使某些确定的印刷喷嘴在给定的印刷任务中使用较少或者甚至未被使用，这种强力冲洗在大多数情况下能够避免油墨干透。此外，可在提高的压力下将油墨压过印刷喷嘴来进行维护。通过从外部对印刷喷嘴使用含溶剂的清洁液体，又能使印刷喷嘴开口处的沉积物得以溶解。
与生产相关的印刷喷嘴的示范性散射(Exemplar-Streuungen)可通过针对各压电元件借助已适配的电脉冲形状进行个体化校准来均衡。该方法在一定程度上也可被用于补偿时间上的变化。
然而，上述措施无法改变的是：印刷喷嘴通透性在两个维护周期之间的波动会影响到印刷品质。
在使用多于三种油墨进行印刷时的颜色构造技术领域中，已建立的方法使得油墨消耗特别小，尤其是譬如GCR(灰色成分替代，Gray ComponentReplacement)。这虽然通过利于黑色而减少彩色比例份额的方式降低了印刷成本、有助于干燥并且提高了图像清晰度，但会导致图像印象对黑色油墨的印刷喷嘴中的波动非常敏感。
受限地使用GCR进行颜色构造，如在胶版印刷中常用的那样(譬如50％替代CMY比例份额)，虽然也能减少干扰性影响，但绝不是最佳的，因为它主要针对的是这些印刷色之间的特定比例关系，而不是针对可见干扰。
如果印刷喷嘴的干扰完全无法通过这种方式得以消除，那么通常试图通过其它局部相邻的印刷喷嘴来补偿干扰。除了借助试图提高油墨喷射来消除缺陷的直接相邻印刷喷嘴进行补偿之外，在多色印刷中熟悉的方法是：借助未受干扰的颜色油墨的剩余印刷喷嘴来尽可能好地掩盖干扰。
为此，德国专利申请DE 10 2014 219 965A1公开了一种用于补偿喷墨印刷机中故障印刷喷嘴的方法，包括以下步骤：计算所有基于所使用的工艺色所得出的、分别缺失一个工艺色的减少的颜色配置参量；在执行印刷任务期间探测具有这些工艺色之一的印刷喷嘴的喷嘴故障；根据缺失的工艺色选择适当的颜色配置参量；求得故障印刷喷嘴位置上的额定颜色位置，基于所选择的颜色配置参量求得故障印刷喷嘴部位处相对于额定颜色位置颜色距离最小的替代颜色位置；借助新求得的、故障印刷喷嘴部位处的剩余工艺色的组合来继续印刷任务。但是，该方法的弊端在于，始终必须先采用一种(或多或少费事的)探测方法，然后才能够感测到缺陷印刷喷嘴并然后有目的地进行补偿。
发明内容
由此，本发明的任务在于，提出一种防干扰式
该任务通过一种用于借助计算机减少在喷墨印刷机的多色印刷工艺过程中缺陷印刷喷嘴的影响的方法解决，其中，由计算机制作颜色变换表格(Farbtransformationstabelle)，所述颜色变换表格针对喷墨印刷机的每种工艺色(Prozessfarben)包含距该工艺色的颜色距离最小的相应其它工艺色的替代组合，该颜色变换表格被用于补偿缺陷印刷喷嘴，本方法的特征在于，所述颜色变换表格通过印刷及测量具有所有工艺色的测试样张(Testform)来制成，并且借助计算机采用***法，所述颜色变换表格由计算机这样地优化，以至于避免了颜色变换表格的控制点之间所不期望的过渡，并且所得到的颜色变换表格相应地包含对缺陷印刷喷嘴而言敏感度最小的工艺色组合，并且由计算机将其用于执行所述喷墨印刷机的多色印刷工艺过程。在此，根据本发明的方法的核心在于，不同于现有技术地，不再使用替代颜色或剩余的未故障的工艺色的组合来补偿某工艺色的故障印刷喷嘴，而是所述颜色变换表格从一开始就这样设计，以使得由缺陷印刷喷嘴所导致的特定颜色故障对要产生的印刷图像的影响尽可能很小。也就是说，根据本发明的方法不是反应式的，而是在识别到缺陷印刷喷嘴之前就已经前瞻性地设计了印刷工艺过程所需的颜色变换。在此，所述颜色变换表格通常以ICC颜色配置参量(ICC-Profil)的形式实现，正如现今针对(譬如CMYK与独立于机器的LAB颜色空间之间的)颜色空间转换常用的那样。
本方法有利的和因此优选的改进方案由从属权利要求以及具有附图的说明书得出。
在此，根据本发明的方法的优选的改进方案是，为了通过计算机制作所述颜色变换表格，针对每个替代色组合，使得待替代的工艺色的比例份额等于零。在此，等于零的意思是：假设印刷相应工艺色的那个印刷喷嘴发生故障。这是一种极端情况，因为在这里会认为的是：相应的缺陷印刷喷嘴完全不再印刷进而完全不再借助相应工艺色对要产生的印刷图像作出贡献。但需要考虑：喷墨印刷机的大多数运营者都会直接简单地关断印刷工艺过程中超出特定允差值的那些印刷喷嘴，并然后将其作为完全不再有贡献于印刷图像的故障印刷喷嘴进行补偿。
在此，根据本发明的方法的优选的改进方案是，为了通过计算机制作所述颜色变换表格，针对每个替代色组合，使得待替代的工艺色的比例份额大于零。在这里，大于零的意思是：缺陷印刷喷嘴并非完全故障，而仅仅是以减弱的功率进行印刷(或歪倾地印刷)。在此，这种方法是否有意义则取决于用户相应的补偿策略。原则上来说，仅减弱地印刷或歪斜地印刷的那些缺陷喷嘴与完全故障的印刷喷嘴相比更常见。但是，频繁地关断这些印刷喷嘴的方式，也具有相对性。也就是说，只有当要么不关断这类未完全故障的印刷喷嘴，要么尽管与其所期望表现相比存在较小偏差仍特意一同补偿尚在允差界限以内印刷的印刷喷嘴时，计算出具有大于零的待替代工艺色的比例份额的替代色组合才有意义。
在此，根据本发明的方法的优选的改进方案是，在六色或七色印刷的情况下，使所述颜色变换表格中控制点的数量比四色印刷要减少。在使用多于四种颜色(通常是六种或七种颜色)的印刷工艺过程中，该颜色变换表格也相应变得更为复杂。于是，呈指数形式增加的控制点数量导致用于这种颜色变换表格的存储空间需求大量增加。为了减少这种存储空间需求，于是也减少在这种六色或七色印刷中控制点的数量。这当然必须这样地进行，使得待变换颜色空间尽可能大部分区域也继续由表格所涵盖。
在此，根据本发明的方法的优选的改进方案是，在六色或七色印刷中控制点数量的减少是通过放弃其中工艺色黑色的值不小于其它任一工艺色比例份额的那些控制点、或者通过放弃不允许共同构成一个工艺点中两个最大比例份额的那些互补性工艺色的控制点来实现。这是两种良好的用于减少针对六色或七色印刷的存储空间需求的方法手段。在这两种方法手段中，这些在此被放弃的控制点对于正确进行颜色空间变换(或对于通过CMYK颜色空间中的工艺色来再现所期望的LAB颜色空间)不那么重要。因此，它们首先作为被放弃的对象，由此可减少颜色转换表格的存储空间需求。
在此，根据本发明的方法的优选的改进方案是，作为测试样张，使用具有所有现存工艺色的CMYK测试样张，这种CMYK测试样张具有工艺色比例份额为0％、30％、60％和100％的所有组合，并且在所述CMYK测试样张中取消了其工艺色比例份额总和要高于所允许的面覆盖总和的那些工艺色比例份额组合。
为了制作所述颜色变换表格，必须印刷及测量包含所有工艺色CMYK的测试样张。在此，这种测试样张既包含CMYK全色调面，也包含工艺色比例份额为0、30％和60％的栅格面，以及包含各单个工艺色的相互组合，这些组合是通过叠印所产生。这些测试样张在被印刷之后借助图像传感器测量、数字化并借助计算机分析处理。通过这种测量可制作所述颜色转换表格，这是因为：在测试样张上每次限定地使用工艺色(譬如CMYK)，都对应于一个相应的合成的测得的LAB值。由此能够相应地制作呈ICC颜色配置参量的形式的颜色转换表格。在此，工艺色组合值与所合成的LAB值之间的每种组合值对，都会得出一个控制点对。因为在此涉及到喷墨印刷工艺过程，因而当然也必须考虑到喷墨印刷的专用条件和限制。这些限制之一涉及到不同工艺色(在喷墨情况下则是油墨)的最大叠印。与胶版印刷不同的是，不同油墨的叠印只在特定的所允许的面覆盖总和
在此，根据本发明的方法的优选的改进方案是，将色域以外的控制点借助于计算机通过色域裁切(Gamut-Clipping)或色域映射(Gamut-Mapping)进行单独处理，并且映射到色域以内可实现的控制点上。可能出现的是，在相应的颜色空间变换情况下，在LAB颜色空间中存在借助于工艺色空间(也就是通过喷墨印刷机的工艺色)无法映射的区域。因此，这些位于色域以外的控制点必须被引回到色域以内可实现的控制点。这相应地由计算机借助不同工具(譬如色域裁切或色域映射)执行。
在此，根据本发明的方法的优选的改进方案是，为了减少计算机所需的计算时间和存储空间，首先仅通过拟合计算(Ausgleichsrechnung)来确定出灰度轴的控制点，然后，将所述颜色变换表格从灰度轴开始径向向外填充，其中，将已经存在的相邻控制点以及对缺陷印刷喷嘴的敏感度分别助于评估其他控制点的适用性。这种处理方法是用于相应地减少计算机上为了执行根据本发明的方法所需的计算时间和存储空间的优选方法。在此，首先确定出颜色空间中灰度轴上的点，因为这些点对于颜色空间变换而言是最重要的。重要的是，在所述颜色变换表格从内到外进一步填充时，将那些可能的新的相邻控制点关于其用于颜色变换表格中的适用性方面进行评估，为此，相应地将相邻控制点及其对缺陷印刷喷嘴的敏感度用作评估标准。
附图说明
接下来参考附图基于至少一个优选的实施例进一步描述这样的发明及本发明结构上和/或功能上有利的改进方案。在附图中，相互对应的元件分别以相同的附图标记表示。
附图示出：
图1：页张喷墨印刷机的结构的示例，
图2：由于印刷喷嘴上的沉积物所导致的墨滴体积减小的示例，
图3：由缺失喷嘴所导致的白线的示意性示例，
图4a-4b：Lab颜色空间与工艺颜色空间之间的颜色变换，
图5：根据本发明的方法的示意性进程。
具体实施方式
优选的实施变型的应用领域是喷墨印刷机7。图1中示出了这样的机器7的基础结构的示例，所述机器7包括进料器1直至收料器3，用于将承印基底2供应到承印基底2在该处由印刷头5进行印刷的印刷机构4中。
在此涉及的是由控制计算机6控制的页张喷墨印刷机7。如已经描述的那样，在运行该印刷机7时可能会出现印刷机构4中印刷头5中单个印刷喷嘴发生故障的情况。这在图2a和2b中再一次示意性地示出。图2a示出了喷出常规墨滴9的印刷喷嘴8。相反地，在图2b中，在印刷喷嘴开口10处形成有沉积物，该沉积物导致了喷出的墨滴9a过小。
于是后果就是“白线”19，或在多色印刷的情况下是失真的色值。图3示出了印刷图像18中这样的“白线”19的示例。
现在，在此描述的方法的目标是：通过优化多色喷墨印刷的颜色构造，使印刷成果18对所有颜色通道中印刷喷嘴通透性的波动而言敏感度特别小。低印刷成本或者快速干燥在本方法中尚不是最主要的。
此外，对于本方法而言重要的是，尽管存在特定的边缘条件，但是通过借助***法(譬如在Lab颜色空间11中)所得的控制点格栅(Stützpunkt-Gitter)的所需颜色变换的再现不会导致所存储的控制点之间不均匀的颜色阶调
图5中示意性地示出了根据本发明的方法在其优选实施变型中的进程。作为第一步骤，借助喷墨印刷机7针对所使用数量的印刷色13印刷出适当的测试样张，然后以色度测量法测量相应的工艺色13。这种测试样张的色区在与仪器相关的颜色空间(譬如CMYK或7c)中被定义，并以其所涉及油墨的各颜色比例份额在总体上构成n维工艺空间的点式扫描样(Abtastung)。然后，借助适当的***方法，使得从与仪器相关的颜色空间到与仪器无关的颜色空间(譬如XYZ或Lab)的整体映射能够以非常接近的方式针对工艺空间的所有点来基于这些所测得的点实现***。这种映射的描述接下来被称为工艺过程模型(Prozess-Modell)。在此，对于本方法的目的而言，为此是使用具有适配系数的数学公式组还是使用n维表格，这并不重要。
对于CMYK四色印刷而言，这种测试样张优选根据ISO 12642-2或IT8.7/4标准化。由此，在多于四种印刷色时，可通过颜色通道中油墨比例份额为0％、30％、60％、100％的所有组合构成非常简单且粗略的测试样张。在此可去除掉那些其油墨比例份额总和高于所允许的面覆盖总和的组合(譬如350％)。更准确的测试样张是通过工艺空间相关区域中额外的点使粗略的扫描样更为精细，进而在这些区域中实现更准确的***。
在本方法的第一优选实施形式中，仅考虑所参与的颜色通道的印刷喷嘴8的完全故障(或堵塞)。因为印刷喷嘴8都发生故障参照印刷喷嘴8的整体总数而言是少数事件，因而仅考虑到待印刷图像18的部位处单个颜色通道的故障，并忽略极其罕见的同一部位处的不同颜色通道的两个或多个印刷喷嘴8同时发生故障的情况。
一个颜色通道中的一个印刷喷嘴8故障的意思是：在所涉及的部位处，只有0％印刷，而不是预先给定的油墨比例份额9。为了特定的油墨比例份额9组合(也即为了工艺空间某特定的点)，在应用工艺过程模型时分别产生未修正的Lab点。然后，可先后将每种油墨成分设置为0％，并求得所产生的已修正的Lab点距第一Lab点的颜色距离14。在此，可譬如将DeltaEab的欧几里距离或者根据DeltaE2000公式求得的更准确的距离用作颜色距离14。分别将单种成分的距离14的最大值作为所给出的油墨组合对印刷喷嘴故障而言敏感度的度量。于是，在所有导致特定的Lab点的油墨组合中，那些对印刷喷嘴故障而言敏感度很小的油墨组合特别适用于待求得的颜色构造。
在另一步骤中，为了将与仪器相关的颜色空间(即优选Lab空间11)映射到工艺空间中，于是求取出颜色变换表格16(也被称为ICC表格/颜色配置参量)，针对每个Lab表格控制点(Stützpunkt)，该颜色变换表格16包含有所属的对印刷喷嘴故障15而言敏感度最小的油墨组合。
为了本方法的实用性，重要的是要注意：这种ICC表格16在许多情况下都会导致不可用的印刷成果。对此容易理解的是，譬如具有油墨CMYK和绿色的五色印刷工艺，其中特别是在可实现颜色的下方亮度区域中的Lab点。在考虑到最大允许的面覆盖总和的情况下，针对Lab空间11中特定的表格点可能产生C、M、Y比例份额高的工艺点。但是，针对相邻的表格点，可能更适合地出现M、绿色和K比例份额高的工艺点。在这些表格控制点之间借助***法所实现的颜色表16(或ICC颜色配置参量16)进行应用的情况下，在一个待印刷图像中的两个Lab点之间的过渡，这在印刷成果中可能不会导致图4a所示的所期望的过渡12，而是由于强烈非线性的工艺过程特征而更会倾向于导致如图4b所示的过渡12a。因此必须避免颜色构造从某表格点至下一表格点突然改变，即使由此会偏离于各局部最佳敏感度。
为了能够满足上述要求，在计算机的存储器中产生出对工艺空间进行扫描采样的大量点。电脑可以是印前阶段的计算机，或者也可以是喷墨印刷机7的控制计算机6。在四色工艺(譬如CMYK)中可行的是：以譬如5％的距离使所有0％至100％之间的油墨比例份额组合在计算机6中保持可用，并且与之对应地借助工艺模型求得Lab点的数量，以及关于印刷喷嘴故障敏感度的上述这些值。为此，在该示例中需要CMYK和Lab中的21^4＝194481个点，以及相应数量的敏感度值。适当的编码(譬如对于CMYK而言每通道8bit、对于Lab而言3*10bit以及对于敏感度而言8bit)关于所需的准确性方面是足够的。五色工艺也还需要通过这种方式处理。
在六色和七色工艺的情况下，在计算机6所需的存储空间和计算时间方面有利的是：通过额外的条件来限制这些点的数量。因为印刷色黑色普遍对某颜色在Lab空间中的位置具有最强的影响，因而可譬如针对基准量(Ausgangs-Menge)排除其中黑色值不小于其它任一油墨比例份额的所有工艺点。此外可譬如确认的是：在Lab空间中，相反的彩色印刷色(如青色和红色，或者品红色和绿色)不允许共同构成一个工艺点中两个最大的比例份额。可根据可用资源，不同实用地采取其它排除标准，或者也可在四色或五色工艺中就进行应用。
于是，可根据工艺模型中的L值，对点的基准量进行分类，或者间接借助索引数组，也关于L、a和b并行地进行。由此，针对Lab 11中所给出的表格控制点，可迅速找到基准量的位于周围的所有点。为此，针对值L、a和b，采用对于在基准量中进行5％分级而言足够大的允差。由于基准量的这些点的粗略的分级，因而通常需要借助工艺过程模型针对所找到的点进行补充迭代(Nachiteration)，用以达到颜色再现所期望的准确度；通常小于0.5DeltaE。
对于那些位于可达到的颜色范围以外的(或位于工艺颜色体以外的)Lab点，不会找到任何工艺点。这些点借助已知的色域裁切或者色域映射的方法手段单独处理，并映射到可达到的点上。对于那些位于颜色体边缘处的点(譬如具有100％青色的点)，在所需的准确度以内通常仅留有唯一的被补充迭代的候选对象，并且所求得的敏感度在该处由于缺少替代方案而不再有任何影响。
譬如可将这些油墨通道中最大的差异用作针对在Lab 11中预先给定的控制点格栅中所期望的工艺点邻域的评估标准；小的差异是值得追求的，并且于是也符合所追求的、这些分色中的这些值的小斜率。
借助上述附加条件一次性计算出整个ICC表格16的最佳填充，这关于所需的存储空间和计算时间方面是极为耗费的，因为必须针对所有表格点使补充迭代的候选对象同时保持可用，且必须考虑极端数量的组合可能性。因此，首先仅借助拟合计算方式确定出灰度轴的点；在此，可在所使用的油墨比例份额的对称性方面设置额外的限制。于是，从灰度轴出发，径向向外填充这种如此被补充修改的ICC表格17，其中，那些已经存在的邻值和敏感度分别助于评估候选点的适用性。
与之不同地，在本发明另一实施变型方案中，不再考虑到印刷喷嘴8的完全故障，而是考虑墨滴体积9a的减小。为此，就如减小相应油墨比例份额那样，以近似方式处理墨滴体积9a的减小。由此也可处理印刷喷嘴8的部分故障，或处理印刷喷嘴通透性的差别变化。
附图标记列表
1 进料器
2 当前承印基底/当前承印页张
3 收料器
4 喷墨印刷机构
5 喷墨印刷头
6 计算机
7 喷墨印刷机
8 印刷喷嘴
9 从印刷喷嘴出来的常规墨滴
9a 从被堵塞的印刷喷嘴出来的减小的墨滴
10 印刷喷嘴开口处的沉积物
11 Lab颜色空间
12 Lab颜色空间中两个控制点之间所期望的过渡
12a Lab颜色空间中两个控制点之间失真的过渡
13 测得的工艺色
14 额定色值与缺陷印刷喷嘴的色值之间的颜色距离
15 补偿用的最佳工艺色组合/色调值组合
16 最佳的ICC表格/颜色配置参量
17 补充修改的ICC表格/颜色配置参量
18 当前承印页张上的印刷图像
19 白线
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