差分照明的制作方法
相关申请交叉引用
本申请要求2014年10月14日提交的美国专利申请14/514220的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本公开一般涉及墨膜厚度的测量，更具体地，涉及通过比较捕获的印刷基板上的投射光图像来测量墨膜厚度。
背景技术：
适当控制对印刷基材使用的油墨量(即油墨膜厚度)是打印机性能优化最重要的考虑之一。不同的打印机通常沉积不同量的墨水。例如，紫外线(uv)打印机，与水性打印机相比，通过排出相对厚的墨层到印刷介质上来打印图像。为了确定特定打印机的工作状况，打印机制造商通常测量施加到印刷基板上的墨滴的液滴质量(即，每打印面积的墨的重量)。通过液滴质量的计算，制造商可以调整各个方面(例如油墨配方，印刷过程，基板)以优化特定打印机的性能。然而，这种液滴质量测量通常需要切割和称重印刷基板的一部分(例如，切口部分的总重量除以切口部分中的数百万个墨滴)，并且这些切割和称重的过程可能很繁琐。
附图说明
图1a示出了用于公开技术的成像系统的侧视图。
图1b示出了用于公开技术的成像系统的侧视图。
图2示出了打印机内成像系统的装配。
图3是由成像系统使用两组不同的led拍摄的采样快照。
图4示出了与成像系统的校准相关联的测量数据。
图5示出了与成像系统相关联的测量数据。
图6示出了与视场和分辨率相关联的数据的图表。
图7是可以用于实现所公开技术的各种实施例的计算机系统的框图。
概述
所公开技术的至少一个实施例提供了一种基于印刷图像上的差分照明投射来测量墨膜厚度的方法和装置。提供了一种装置，包括相机，第一和第二组发光二极管(led)。该装置可以安装在打印机内以检查打印机的输出(即，测量打印图像的墨膜厚度)。第一组led被定位成与图像捕获轴平行地照射以产生垂直于目标对象(即打印图像)的第一光，使得第一组led从上方均匀地照射目标对象，其中目标对象相对于表面具有高度。第二组led被定位成以一定角度照射目标对象，特意在对象上投射阴影。还提供了一种包括使用每组led分别捕获目标对象的两个相机图像的方法。该方法还包括比较两个捕获的图像以确定和测量目标对象上的投射阴影。在一些实施例中，提供了用于校准装置的方法和装置。在这些实施例中，使用两组led来确定和测量具有已知高度的对象的阴影，然后将该阴影用作计算其他未知对象(如目标对象)的参考。
具体实施例
公开了基于差分照明(“公开技术”)测量墨膜厚度的技术。简而言之，所公开的技术使打印机能够通过使用其搭载的照相机和两组led来测量沉积在基板(即“目标对象”)上的墨水的高度以计算墨膜厚度。在至少一些实施例中，所公开的技术涉及具有固定聚焦透镜的照相机，第一组led和第二组led之间的协调。
根据一些实施例，照相机安装在打印机内，例如被评估以用于其输出的打印机(以及，反过来，性能)。第一组led包括布置在圆环中的多个led，其作为“环形光”工作以提供恒定的光源。第一组led邻近照相机安装，以相对于照相机的图像捕获通道平行照射，并以垂直光源照亮目标对象；也就是说，环形灯从上方均匀地照亮目标对象。第二组led包括彼此排列成一行的多个led(即，一条led)，并被安装成以一定角度照亮目标对象，由此在目标对象上投射阴影。
相机拍摄目标对象的两个快照(即拍摄目标对象)，其中相机保持在相同的位置，但是对于每个快照使用不同的光源(两组led)。然后比较两个快照，以确定和测量由第二组led创建的阴影。阴影的测量允许计算墨膜厚度。在一些实施例中，所公开的技术涉及校准过程，其包括测量已知对象的高度并利用该测量作为参考。
除了其他优点之外，所公开的技术使得打印机能够通过使用图像捕获装置(例如，照相机)来测量各种对象的高度(即，沉积在基板上的油墨)，从而消除了切割和称重一部分基板以确定墨膜厚度的需求。此外，所公开的技术可以仅使用打印机现有的，已搭载装备的相机以及附加的廉价led光源，从而获得比要求，例如添加专用传感器(如超声波，激光等)，的解决方案更划算的用于确定墨膜厚度的解决方案。
注意，尽管上述讨论中在一些实施例使用所公开的技术来测量墨的厚度(以及反过来，其体积)，但是在其他实施例中，所公开的技术可以用于其他应用中。例如，所公开的技术可以用于测量其他对象，例如介质厚度校验。在另一个示例中，通过使用以一定角度(“倾斜的光”)放置的光，所公开的技术可以使操作者能够更容易地看到双馈打印机纸张(adouble-fedprintersheet)(例如，第二纸张在第一纸张之后被拉入打印机)。这是因为，使用角度光，操作员可以看到阴影，而不仅仅是白色介质上的白色介质。在又一示例中，根据所公开的技术的公开内容，操作者通过在一个位置校准图像捕获设备(例如，照相机)，就可以通过测量打印机上多个位置的相同对象来确定打印机压板/工作台是否平行于滑架。
现在将更详细地描述所公开技术的各种示例。以下描述提供了对这些示例的透彻理解和实现描述的具体细节。然而，相关领域的技术人员将理解，本文讨论的技术可以在没有这些细节的许多情况下被实现。同样，相关技术领域的技术人员也将理解，这些技术可以包括本文中未详细描述的许多其它显著特征。此外，一些众所周知的结构或功能可能在下面不能被显示或描述，以避免不必要地模糊相关描述。
以下使用的术语将以其最广泛的合理方式进行解释，即使其与实施例的某些具体示例的详细描述结合使用。的确，相关术语接下来甚至可能被强调；然而，任何旨在以任何限制的方式解释的术语将在本节中公开和明确地定义。
概述-示例性硬件
图1a和1b示出了用于所公开技术的成像系统的不同视图。在一些实施例中，图1中讨论的成像系统(或硬件)被改装成打印机。在一些实施例中，成像系统在制造时被嵌入打印机。可以使用成像系统的示例打印机是efitm的vutekhs100pro。
在如图1a所示的实施例中，成像系统100a可以通过主托架102附接到打印机(未示出)，将成像系统100a固定到打印机托架。成像系统100a包括壳体104，图像捕获装置106(例如，照相机)，透镜108以及相关联的机械部件和接口电子装置(为了简单起见，没有讨论，因为这些与现在讨论的所公开技术没有密切联系)。在一个示例中，图像捕获装置106是千兆以太网5mp彩色cmos相机，其具有带0.060”垫片的16mm透镜以用于增加的放大率。其他图像捕获装置可以包括例如
在一些实施例中，相机组件100a还包括第一组led110，第二组led112和照明电力连接116。根据实施例，第一组led110是一系列led阵列，或以圆形形式(即，led环或“环形灯”)排列。第一组led110中的多个led朝向主托架102的基座安装并且相对于图像捕获装置的图像捕获轴线平行放置。如这里所使用的，术语“图像捕获轴”是指从成像装置的正面延伸到要成像的表面的轴(例如，绘制的假想线)。在一些实施例中，第一组led110与透镜108相邻地安装成与图像捕获轴平行，从而使led能够产生垂直于表面(例如，具有沉积或印刷的墨的基底其上)的光。沉积的油墨可以相对于表面具有高度。注意，在一些实施例中，透镜108可能不是必需的；也就是说，在所公开的技术的一些实现中可以采用不使用透镜的替代成像装置。
在一些实施例中，第二组led112是被布置或对齐在单行结构(即，一条led带)中的一系列led，其被固定到弯曲的支架延伸部114上。弯曲的支架延伸部114使得led条能够相对于图像捕获装置的图像捕获轴定位，例如沿着前边缘。第二组led112的多个led可以通过使用粘合剂(例如，
图1b示出了成像系统100b的侧视图，其包括主支架102，壳体104，图像捕获装置106，透镜108以及相关联的机械部件和接口电子器件。如图1b的侧视图所示，第一组led110朝向基座安装并且邻近透镜108，并且第二组led112沿着弯曲的托架延伸部114布置成单列，以一角度照射到对象上。
图2示出了根据一些实施例的成像系统210在打印机200内的安装。成像系统210可以是图1a和图1b中讨论的成像系统100a，100b。在如图2所示的实施例中，打印机200是包括一系列打印头202，紫外(uv)led针灯(pinlamp)204，紫外弧光固化灯206和打印机支架208的uv打印机。打印机200还可以包括uv打印机的其他常规组件，为了这里讨论的简单起见，没有讨论那些组件。例如，针灯204使得操作者可以调节打印机输出的光泽度。例如，紫外弧光固化灯206使得操作者能够确保固体油墨的固化和附着。注意，所公开的技术也可以用在仅具有固化灯(例如，弧光或led)的系统中。在操作期间，打印机托架208水平地移动(例如，沿着x轴)促使打印头202在介质垂直移动(例如，沿着y轴)时使得油墨能够沉积在打印区域212内的介质上。成像系统210安装在打印区域之后，其中打印头202已经完成对介质的打印。在该安装位置，成像系统210可以拍摄印刷介质并执行墨膜厚度测量，如将在下文图3中详细讨论的那样。
图3示出了使用两组不同led的成像系统拍摄的样本快照。在图3所示的实施例中，考虑其中如图1a和1b所讨论的成像系统的示例场景用于捕获由分离的光源产生的光所产生的两个对应的图像。特别地，相应的图像可以被实施为由打印机沉积到介质或基底上的墨滴层的两个快照。第一快照302是使用第一光源(即，如上图1讨论的第一组led)的诸如照相机的图像捕获装置捕获的图像，其中第一光源在平行于与图像捕获装置相关联的图像捕获轴的位置以发出垂直于墨滴层的光。第二快照304是使用第二光源(即，如上图1讨论的第二组led)由相同的图像捕获装置捕获的图像(其保持在相同的位置)，其中第二光源相对于墨滴层定位成陡倾角。第二个快照展示出的阴影(由液滴投射)是第二光源陡倾角的结果。
利用两个快照302、304，其中每个都具有一个光源，阴影很容易地被探测到且通过简单的阈值计算方法很容易能确定阈值。如这里所使用的，术语“阈值”是指将像素亮度视为背景或对象的点。在一些实施例中，可以通过评估特定图像的下20％部分来计算阈值。在这样的实施例中，特定图像的每列从下向上扫描以找到边缘。每一列都建立转换，并计算最佳拟合线(例如，y＝mx+b)。比较平行光线和倾斜光线的斜率，以帮助验证数据是否有效。然后，计算中点的位置。在一些实施例中，为了消除灰尘和噪声，可以通过将对象首先识别为最大的“斑点”来改善边缘的检测。可以通过使用otsu或其他基于直方图的方法来改善阈值。可以采用其他图像处理技术来改进检测过程。
注意，如图5的实施例所示，两个样本快照302,304示出了由薄对象(即，薄的墨水层)投射的阴影。然而，较高的对象会投下更长的阴影。利用该前提，可以计算墨膜厚度的测量。特别地，通过使用已知的对象，可以校准软件以使像素中的阴影大小或幅度与对象的高度之间具有直接的相关性。
在一些实施例中，通过控制照明并使亮点最小化，可以减小图像捕获装置的光圈以允许更大的景深。改善的景深意味着要测量的表面和基座可以同时对焦，从而产生更清晰的阴影范围。较亮的阴影具有较高的对比度，并且更可靠地被检测。关于视野和分辨率的附加细节将在图6中讨论。
图4示出了与成像系统的校准相关联的测量数据。根据图4的实施例，首先在确定墨膜厚度(和/或墨滴体积)之前进行成像系统的校准。通过使用已知的对象，可以对软件进行校准，以使其在像素中的大小或幅度与对象的高度之间具有直接的相关性。
根据图4的实施例，通过使用可以在校准过程中提供参考的已知高度对象400的四个图像捕获或快照来完成成像系统的校准。首先，使用第一光源的诸如照相机的图像捕获设备在位置a将对象400捕获。对象的阴影由使用第二光源430的相同的相机再次捕获。与“三角形”404相关联的测量与位置a相关联。接着，对象400被移动到场内的另一位置b。然后通过使用第一光源的相机捕获对象400。同样在位置b，但使用第二光源再次捕获。与“三角形”406相关联的测量与位置b相关联。结果是，测量四个图像(来自位置a和b)以找到它们各自的边缘(如上图3所讨论的)。
注意，可以由人或机器配置或可编程软件控制的机械装置导致已知高度的对象400移动或放置在位置a和b处。前款和本说明书其他地方所使用的术语“导致”及其变体是指直接因果关系或间接因果关系。例如，计算机系统可以通过向第二计算机系统发送消息来“导致”动作，即请求或提示第二计算机系统执行动作(例如，由软件控制的机械系统)。任何数量的中介设备可以在此过程中检查和/或中继该消息。在这方面，即使设备可能不知道该动作是否最终得到执行或完成，设备也可以“导致”动作。在另一示例中，计算机系统的人类管理员可以通过输入命令信息，命令、请求或提示计算机系统执行动作(例如，通过与机械装置通信或通过与一个或多个其他与机械机构通信的计算机系统)
参考图4的图示，捕捉到的是具有0.0630″厚度408的对象400的图像。在位置a处，对象400的边缘410(“ae”)的大小或幅度被测量为665.55px(在照相机视场内)。在相同的位置a处，阴影(“as”)的大小或幅度被测量为1032.76px。当对象400移动到位置b时，其边缘414(“be”)的幅度测量为729.88px，其阴影416(“bs”)的幅度则为1102.52px。请注意，“px”表示相机像素，″表示英寸。
利用测量的阴影长度，可以通过使用如下的三角法来计算分别在位置a和b处的第二(有角度的)光源的角度(例如，418和420)：
等式1：
其中位置a具有一个角度a的光源。
等式2：
其中位置b具有角度b的光源。
因此，基于上述计算，角度418为9.735°，角度420为9.596°。使用测量的阴影长度(或幅度)，可以计算两个阴影之间的距离422。此外，使用该计算出的距离422和两个角度418,420(由等式1和2计算)，可以如下计算到光源的距离424：
等式3：c＝a-b＝0.139°
等式4：cs＝bs-as＝1102.52-1032.76＝69.77
等式5：
因此，距离424被计算为4786.74。利用计算出的距离424，可以如下计算光源430的高度426(即，“垂直幅度”)和光源430的位置428(即，“水平幅度”)。
等式6：y＝sina*d＝809.42(即，“垂直幅度”)等式7：x＝cosa*d＝4717.81(即，“水平幅度”)
等式7的结果(即，“x”的值)需要被转换成相机像素。因此，高度426为809.42，位置428为-3685.05。
等式8：x＝as-x＝-3685.05
使用等式1至8的结果作为参考，然后可以计算任何对象400的厚度。也就是说，等式1至8提供了与使用具有已知高度的对象400的成像系统的校准相关联的数值，并且这些值可用于确定高度未知的任何其他对象的厚度。因此，只要捕获两个图像(使用不同的光源)，可以使用下面的等式来计算具有未知高度的对象“o”的厚度。
等式9：
注意，上述等式9的结果按比例缩减为英寸。这是因为y轴值(即，高度)在开始时从0.063英寸缩放到63像素(即，从等式1开始)。关于墨膜厚度的测量的更多细节将在图5被讨论。
图5示出了与成像系统相关联的测量数据。在图5的实施例中，对象500的墨膜厚度，即由打印机沉积在基板上的墨滴层，是根据图4中讨论的校准确定的。图4中讨论的等式9用在图5的讨论中以计算墨膜厚度。
根据实施例，捕获并评估两个图像(每个具有不同的光源)。通过评估使用平行光源(例如，图1a和1b中的的第一组led)捕获的图像来测量对象500(“oe502”)的边缘502。通过评估使用角度光源(例如，图1a和1b中的的第二组led)捕获的图像来测量对象500(“os504”)的阴影504。
参考图5所示的示例测量数据，os504测量结果为952.76像素，oe502测量结果为608.97像素。此外，参考图4讨论的计算可知，高度426为809.42，位置428为-3685.05。将这些值应用于公式9，结果如下：
等式9(a)：
等式9(b)：
h＝60
因此，基于使用不同光源捕获的两个图像上的边缘和阴影的测量，墨膜厚度506或“h506”被确定为60px。
在一些实施例中，可以通过使用墨膜厚度计算的值(即，“h”值)来计算墨滴(沉积在基底上的层中)的平均液滴体积。除了其他好处之外，通过所公开技术的这种技术来计算平均液滴体积可以与全紫外油墨一起工作，因为它们具有可忽略的蒸发组分。
滴液体积可以通过对充分大量的液滴进行平均来计算。例如，打印机可以打印216,000滴/平方英寸(600x360dpi)，将这个数据提升100倍到2160万滴。通过具有未知厚度的液滴的该印刷基板的1平方英寸，具有差分照明的成像系统可以测量厚度为0.0274英寸，计算如下：
1.0000x1.0000x0.0274＝0.0274in3
1in3＝16,387,064,000pl
16,387,064,000x0.0274/21,600,000＝20.78pl
注意，层越厚，结果越准确。例如，在±0.0015英寸时，0.0274英寸的测量误差差不多达到总数的±6％。另一方面，例如在0.06英寸时，0.0274英寸的测量误差接近总数的5％。
图6示出了与视场和分辨率相关联的数据的图形图表600。图6所示的实施例中示出的图标包括具有5mp的示例相机的数据。使用这种相机，在0.75英寸视场下，每个像素大约为7.62μm。
在一些实施例中，成像系统采用5500k的白光。在这种实施例中，光能够提供单色照明，同时为所有颜色提供足够的效果。在其他实施例中，诸如蓝色的附加光使得某些颜色(例如黄色)更容易测量(较高的对比度)。然而，其他颜色(即蓝色)变得不可见。因此，基于所公开的技术，可以基于正在寻找哪个颜色(例如，使用rgb照明，这可以很容易地调整以找到最高的对比度)来调整两个光源的颜色。
计算机系统
图7是计算机系统700的示例性形式的机器的框图，其中可以执行用于触发机器执行前述方法中的任何一种的一组指令。在替代实施例中，机器可以包含或包括网络路由器，网络交换机，网桥，个人数字助理(pda)，蜂窝电话，web设备或能够执行或发送指定的要采取的行动指令的任何机器。
计算机系统700包括一个或多个中央处理器(“处理器”)702，主存储器704和静态存储器706，它们都经由互连件708彼此通信。互连件708是抽象表示任何一个或多个单独的物理总线，点对点连接，或两者通过适当的桥接器，适配器或控制器连接。因此，连接器708可以包括例如系统总线，外围组件互连(pci)总线或pci-express总线，超传输或工业标准架构(isa)总线，小型计算机系统接口(scsi)总线，通用串行总线(usb)，iic(i2c)总线或电气和电子工程师协会(ieee)标准1394总线，也称为“火线”。
在一些实施例中，计算机系统700还包括一个或多个输入和输出设备710。示例输出设备是诸如液晶显示器(lcd)或阴极射线管(crt)的显示单元)。示例性输入设备是字母数字输入设备，诸如键盘，光标控制设备，鼠标等。在一些实施例中，计算机系统700还包括网络接口设备712和磁盘驱动器单元714。
磁盘驱动器单元714包括机器可读介质，其上存储有诸如软件和/或固件的一组可执行指令以执行上述动作(例如，以控制成像系统的操作)。该软件还被显示为在主存储器704内和/或处理器702内完全或至少部分地驻留以对处理器702进行编程并执行动作。软件或固件可以通过网络接口712进一步通过网络发送或接收。例如，这样的软件或固件可以通过计算系统700从远程系统下载来初始提供给计算机系统700(例如，经由网络接口712)。
应当理解，实施例可以用作或支持在某种形式的处理核心(例如计算机的cpu)上执行软件程序或软件模块，或者在机器、计算机上或其内部实施或实现可读介质。机器可读介质包括用于以机器例如计算机可读的形式存储或发送信息的任何机构。例如，机器可读介质包括只读存储器(rom)；随机存取存储器(ram)；磁盘存储介质；光存储介质；闪存设备；电气，光学，声学或其他形式的传播信号，例如载波，红外信号，数字信号等；或适合于存储或发送信息的任何其他类型的媒体。
上述描述和附图是说明性的，而不应被解释为限制性的。描述包含许多具体细节以提供对本公开的透彻理解。然而，在某些情况下，不描述公知的细节以避免模糊描述。此外，可以在不脱离实施例的范围的情况下进行各种修改。因此，除了所附权利要求之外，实施例不受限制。
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