探测和补偿喷墨印刷机中故障印刷喷嘴的方法及测试图案与流程

本发明涉及一种用于借助计算机探测和补偿喷墨印刷机中故障印刷喷嘴的方法。

本发明属于数字印刷技术领域。

背景技术：

在数字印刷领域存在不同的技术实现手段。最为广泛的手段之一就是所谓的喷墨印刷。相应的喷墨印刷机具有一个或多个印刷头，这些印刷头又具有多个单独的印刷喷嘴，所使用的油墨通过所述印刷喷嘴被施加到所使用的印刷基底上。在此，每个印刷头通常使用确定的印刷颜色的油墨。这种技术中常见的问题是，单个印刷喷嘴可能故障或者仅部分仍具功能性。这譬如可能是由于单个印刷喷嘴堵塞而发生，由此，这些印刷喷嘴只能释放实际设置的油墨的一部分，并且还会在不被期望的方向上释放这部分，或者在极端情况下甚至完全不释放油墨。因为清洁这些堵塞耗费极大，并且除此之外，单个印刷喷嘴的故障也不非得总是由于堵塞产生，必须一方面识别出故障印刷喷嘴、所谓“缺失喷嘴(missing nozzles)”并且另一方面以尽可能小的耗费补偿这些印刷喷嘴，从而尽可能少地影响待实现的印刷品质。

现有技术中又存在用于识别缺失喷嘴的不同手段。最常用的手段必然是印刷所谓喷嘴测试图案(Düsentestmuster)，通过尽可能自动化地分析处理所述喷嘴测试图案，能够对缺失喷嘴进行针对性地识别并且确定出其在印刷头中的位置。

这通常通过内联数字摄像机(Inline-Digitalkamera)进行，内联数字摄像机直接在印刷头后方摄制印刷机器中所印刷的图像作为RGB图像并分析该图像，用以发现错误部位。在此，识别缺失喷嘴主要存在三大难点：

1.通过内联摄像机无法或者只有通过巨大的耗费才能复制出高品质数字印刷中1200dpi及以上的高分辨率。

2.成像的摄像机光学组件与精准的成像几何结构及其尺度之间既存在全局的也存在局部的偏差。

3.(4-7)颜色在真实图像中会上下叠印。

这导致两个问题：

所有这三点都导致了，缺失喷嘴在摄像机RGB图像中以明显降低的对比度被呈现进而可能会沉没在图像噪点和摄像机噪点中。此外，很难实现摄像机像素与印刷喷嘴之间明确的对应关系。

出于这两个原因，如今在现有技术中采用特殊的喷嘴测试图案，其中，在水平行中以周期方式印刷出竖直印刷的等距线。在此，在这个水平行中，仅每第X个(譬如每第十个)印刷喷嘴被用于印刷上述竖直线。譬如，如果此时水平行中每第十个印刷喷嘴(从第一个印刷喷嘴开始，接下来是第十一个，以此类推)印刷，则整个喷嘴测试图案依照逻辑必须包括十个水平行，以探测印刷头所有现有的印刷喷嘴。然后，在每个接下来的水平行中，相应地，下一个印刷喷嘴(在该情况下是第二个、第十二个等)绘制竖直线。由此得到由譬如十个水平行所组成的印刷喷嘴测试图案，在这十个水平行中，印刷头的每个印刷喷嘴印刷至少一个竖直线。然后，通过借助摄像机摄制该印刷喷嘴测试图案并分析处理单个竖直线，能够对故障的或者仅部分故障(或斜歪喷射)的印刷喷嘴针对性地以较低的摄像机分辨率进行识别且确定位置。

然而，弊端在于，印刷喷嘴定位小的偏差(在微米范围内)已经在全色调中可能会导致如下错误：这些错误低于上述方法手段的分析限度。此外，具有微小允差的分析处理(这种分析处理又是必要的，用以检测出上述的微小偏差)导致了正确喷嘴的伪正报告(Falsch-Positiv Meldungen)，这引起了不必要的校正、明显加大了校正过程的难度、并且对印刷图像有负面影响。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于，提出另一种探测并以此补偿缺失喷嘴的可能性，这种可能性能够补充或替代已知的方法手段，并且不具有现有技术中已经公开的弊端。

该任务的解决方案是用于通过计算机探测和补偿喷墨印刷机中故障印刷喷嘴的方法，该方法包括：印刷当前印刷图像；通过图像传感器摄制所印刷的印刷图像并通过计算机数字化所摄制的印刷图像；将整个印刷图像高度上每列所摄制的印刷图像的数字化色值相加并将相加所得的色值除以列像素数目以得到列特性值(Spaltenprofil)；由原始列特性值减去同一印刷图像无差错参考图像预先产生的列特性值从而得到列特性差值(Differenz-Spaltenprofil)；设定针对最大值的阈值，超过该阈值则定义出故障印刷喷嘴；将这个针对最大值的阈值应用于列特性差值，由此在所得到的列特性值中每个极点(Maximum)标记出一个故障喷嘴，并且在接下来的印刷过程中补偿所标记的印刷喷嘴。对于该方法，在整个印刷图像宽度上，产生出数字摄像机重新数字化(redigitalisiert)图像色值的列平均值。在此，整个图像或子图像有效地缩减成每个图像通道存在唯一图像行、即列平均特性值。这促成在缺少相应色值的故障印刷喷嘴位置处在列平均特性值中会形成尖峰(Spike)，这些尖峰明显从剩余图像行中的相邻色值突出。然后，对列平均特性值中的这种色值变化曲线应用中值滤波器(Medianfilter)。由此过滤掉所有尖峰以及其它图像噪点。然后，由原始的列平均特性值减去这些经中值过滤的、无尖峰和噪点的曲线。由此获得的结果特性值仅还包括尖峰和噪点。由此移除了原本的色值，这些原本的色值关于缺失喷嘴方面在列平均特性值中只是不必要的偏移值。接下来设定阈值，超过该阈值则定义出缺失喷嘴。由此过滤掉所有在该阈值以下的值，这些值通常构成正常的图像噪点。该阈值越高，则缺失喷嘴探测越不灵敏。该阈值越低，缺失喷嘴探测越灵敏，然而得到伪正错误并将图像噪音认为是缺失喷嘴的风险也越高。在剩余的列平均特性值中，此时在现存的印刷图像宽度上的每个尖峰标示出缺失喷嘴。借助这种认识，此时可根据由现有技术所公开的补偿方法进行缺失喷嘴的补偿。在此，一种优选的补偿方法是通过仍在运作的相邻印刷喷嘴对缺失喷嘴进行补偿。

本方法有利的进而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，一种优选的改进方案是，仅以一种所使用的过程色(Prozessfarbe)印刷当前的印刷图像，并从已数字化的印刷图像中选择色度方面适于所印刷的过程色的RGB分色或RGB灰度值图像，并且针对每个过程色单独执行该方法。对于将根据本发明的方法用于多色印刷的情况，存在不同的应用手段。在此一种手段是，针对每个过程色单独进行该方法。在此，针对每个所使用的过程色印刷出印刷图像并然后从重新数字化的印刷图像中选择色度方面适于所印刷的过程色的RGB图像分色或整个RGB灰度值图像，并且，然后根据本发明针对刚印刷好的过程色进行探测。然后，针对其它所使用的过程色相应地完全重复根据本发明的方法。

在此，根据本发明的方法的另一种优选的改进方案是，当前的印刷图像指的是每个在印刷过程框架内借助所有所使用的过程色被印刷的并且通过持续的图像监测被检验的印刷图像以及从数字化的印刷图像中选出的RGB灰度值图像，其中，故障印刷喷嘴所涉及的颜色由所涉及的RGB颜色通道的组成成分(Zusammensetzung)得出。第二种手段是，借助所有所使用的过程色印刷当前的印刷图像。在此，依照逻辑必须从重新数字化的印刷图像中选定整个灰度值图像，而不是单个分色。然后，故障印刷喷嘴所涉及的颜色可由所涉及的RGB颜色通道的组成成分得以求取。

在此，根据本发明的方法的优势是，仅校正那些在图像中也实际可见的印刷喷嘴。此外，本方法也更灵敏，因为对比差别(Kontrastabstand)很大。除了完全故障的印刷喷嘴之外，也可识别出仅中断的线，即暂时性故障的喷嘴。在该情况下，虽然列平均特性值的相应区域中的尖峰稍小，但只要它超过了阈值，还是可以被求取。

在此，所提出的任务的一种替换性解决方案在于，一种用于通过计算机探测和补偿喷墨印刷机中故障印刷喷嘴的方法，该方法包括：印刷当前印刷图像；通过图像传感器摄制所印刷的印刷图像，并通过计算机数字化所摄制的印刷图像；将整个印刷图像高度上每列所摄制的印刷图像的数字化色值相加，并将相加所得的色值除以列像素数目以得到列特性值；由原始列特性值减去同一印刷图像无差错参考图像的预先产生的列特性值得到列特性差值；设定针对最大值的阈值，超过该阈值则定义出故障印刷喷嘴；将这个针对最大值的阈值应用于列特性差值，由此在得到的列特性值中每个极点标示出一个故障喷嘴，并且在接下来的印刷过程中补偿所标记的印刷喷嘴。前面公开的根据本发明的方法的弊端在于，首先必须印刷预先定义的、随后被数字化的参考量(Referenz)。为了识别出缺失喷嘴，提出所提出的任务的另一种根据本发明的解决方案。该解决方案同样包括建立整个印刷图像宽度上的列平均特性值，然而，由所产生的列平均特性值不减去首先待求取的、呈中值过滤的列平均特性值变化曲线形式的参考量，而是减去同一印刷图像无差错参考图像的预先产生的列平均特性值。这个流程的优势在于，这在数学方面明显更易于实现，因为这仅是上述二者之间简单的减法，并且包含了额定列平均特性值。关于设定阈值以及补偿所识别的缺失喷嘴方面根据本发明的其它流程相应于根据本发明的第一个方法。

在此，另一种优选的改进方案是，所述同一印刷图像的无差错参考图像是被印刷的、被摄制的且被数字化的并且由用户声明为无差错的印刷图像，或者是由计算机直接从当前印刷任务的预印前级数据建立。在此，所述无差错的参考图像既可以是被印刷的、通过摄像机被摄制的和重新数字化的和由用户声明为无差错的印刷图像，也可以是由计算机直接从当前印刷任务的预印前级数据(Vorstufendaten)建立的纯数字印刷图像。在此，采用数字预印前级图像的巨大优势在于，一方面完全无差错的图像可用作参考，并且另一方面可在印刷开始前就已完成整个计算工作。但也可行的是，直接将在根据本发明的方法后已经进行喷嘴补偿的图像自动地用作无差错参考图像。

在此，另一种优选的改进方案是，由计算机分析所述预印前级图像，以求取到如下图像区域，该图像区域最优地被覆盖以分别待检查的过程色，并且仅针对这个区域建立所述列特性值，并且所述无差错参考图像的预先产生的列特性值的减法仅在所求取的图像区域中发生。因为以逻辑方式缺失喷嘴在确定的过程色中特别是在主要被缺失喷嘴的过程色所覆盖的图像区域中有负面影响并且这种负面影响很少在缺失喷嘴的过程色仅部分或者完全不实现印刷图像的区域中发生，因此有利的是，仅针对相应最优地覆盖以分别待检查的过程色的区域建立出列平均特性值。相应地，也仅在所求取到的、分别最优地覆盖以分别待检查的过程色的图像区域中执行所述无差错参考图像的预先产生的列平均特性值的减法。在此，这些图像区域的求取是通过以计算机支持的方式分析预印前级印刷图像得以实现。

在此，另一种优选的改进方案是，由计算机借助ICC特性值(ICC-Profil)以颜色空间变换(Farbraum-Transformation)的方式将预印前级图像变换成摄像机颜色空间，并且然后将所变换的预印前级图像列特性值用于原始列特性值的减法。因为纯数字预印前级图像以及所印刷的且通过摄像机重新数字化的印刷图像属于不同的颜色空间，因此有利的是，在执行所述减法之前，借助ICC特性值以颜色空间变换的方式将数字预印前级图像变换成摄像机颜色空间。虽然反向地将重新数字化的印刷图像变换成预印前级颜色空间也是可行的，然而因为每次变换都会放大现有的噪点并且纯数字预印前级图像依照逻辑会噪点较少或完全没有噪点，因此优选是将预印前级图像变换成摄像机颜色空间。在此，在同样的颜色空间中执行时，上述两个印刷图像的两个列平均特性值的减法明显更为有效。

在此，另一种优选的改进方案是，使用所变换的预印前级图像这样的分色R或G或B：在该分色R或G或B中，待分析处理的颜色与所选择的分色具有最大对比度。例如，针对青色是红色通道，针对品红色是绿色通道，针对黄色是蓝色通道。当针对分别待分析处理的颜色采用由RGB摄像机重新数字化的印刷图像的与待分析处理的颜色之间具有最大对比度的分色时，则这种分析处理更为有效。对于所有其它颜色，待使用的颜色通道(Farbkanal)通过该颜色与纸白之间的最大灰度值差别进行确定。

在此，另一种优选的改进方案是，一旦超过则定义出故障印刷喷嘴的最大值阈值是固定的阈值，或者相应于乘后的平均值或乘后的标准偏差。在此，所定义的在现有尖峰中定义出缺失喷嘴的阈值既可以是固定的阈值，也可以相应于乘后的平均值或乘后的标准偏差。在此，乘后的(multipliziert)意思是：求取整个列平均特性值行上的平均值并且乘以n(譬如两次或三次)，然后用作阈值。对于标准偏差也是如此。在此，相较于单纯固定的阈值而言优势在于，上述阈值分别根据当前印刷图像所出现的色值进行取向进而具有显著的可适应性。

在此，另一种优选的改进方案是，为了对求取的故障印刷喷嘴进行地点确定，在每次探测方法之前或之后，针对性地停用具有定义间隔的单个印刷喷嘴，并且通过该探测方法求取出故障印刷喷嘴的位置。因为并非始终知道列平均特性值中相应尖峰属于具体哪个故障印刷喷嘴进而无法始终准确地将所识别的缺失喷嘴对应于确定的印刷喷嘴，根据本发明建议如下流程。在针对确定印刷图像的每次探测方法之前或之后(然而仍在补偿之前)，针对性地停用那些相互具有定义间隔的单个印刷喷嘴。然后，借助这些已停用的印刷喷嘴执行根据本发明的探测方法。在此，依照逻辑，这样产生的列平均特性值在受控地停用的印刷喷嘴的相同的定义间隔中必须包含针对这样假设性地(künstlich)产生的缺失喷嘴的尖峰。由此，借助针对性地停用的印刷喷嘴以及列平均特性值中基于固定地定义好的间隔而能够易于对应的尖峰的已知地点信息，能够确定出其它真实缺失喷嘴的准确位置和地点信息。

附图说明

接下来参考附图基于至少一个优选实施例进一步描述本发明及其结构和/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：页张喷墨印刷机的构造示例；

图2：由缺失喷嘴所产生的白线的示意性示例；

图3：具有所配属的印刷图像的列特性值的示例；

图4：根据本发明的用于对缺失喷嘴进行探测的列特性值加工方法；

图5：用于求取出确定的印刷颜色的列特性值的初始图像；

图6：确定的印刷颜色用的初始图像的选定区域的列平均特性值；

图7：根据本发明的方法的示意性流程图。

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示出了这类机器7的基础构造，所述机器7包括进料器1，用于将印刷基底2供应至印刷机构4中，所述印刷基底2在所述印刷机构4中被印刷头5印刷，直至出料器3。在此涉及一种由控制计算机6控制的页张喷墨印刷机7。在该印刷机7运行时，如上所述，所述印刷机构4的印刷头5中单个印刷喷嘴可能会发生故障。然后，结果就是白线9，或者在多色印刷的情况下失真的色值。印刷图像8中这种白线9的示例在图2中示出。

图7中示意性地示出了根据本发明的方法的流程图。按顺序描述的缺失喷嘴探测方法基于缺失喷嘴导致白线9(或失真的色值)的基本知识，并且首先被描述用于单个过程色这种最简单的情况，此后才涉及到多色印刷的常见情况。

在印刷样本8的、譬如是在整个印刷宽度上的全色调梁(Volltonbalken)的摄像机图像中构成在印刷方向上的灰度值的列总和，从而在极端情况下将整个图像或子图像缩减成：每个颜色通道10仅一个图像行。这通常在整个印刷宽度上发生。为此，简单起见，将灰度值总和进行标准化为列像素数目，从而又产生0至255之间的灰度值。这促成了故障印刷喷嘴的位置处形成尖峰，这些尖峰明显突出于其相邻部分。这能够以绿色通道8中的黑色全色调梁为例而最明显地看出，正如图3所示。在此也可看到的是，通过将多个像素相加，大大地降低了摄像机的和印刷的噪点(Rauschen)进而使得缺失喷嘴的信号更明显地凸现。

该方法具有多重优势：

仅校正那些在图像中也实际可见的印刷喷嘴。与现有技术中公开的方法相比，该方法更灵敏，因为对比差别很大。此外，除了完全故障的印刷喷嘴之外，也可很好地探测到中断的线、即暂时失灵的喷嘴和那些额定位置偏差非常小的喷嘴，因为在印刷长度相同的情况下每个印刷喷嘴以非常大范围呈现。

该方法的弊端在于，缺失喷嘴的位置可精确被确定到最多一个像素，这在光学成像中出现差错时也可能大大多于一个像素。因为摄像机的分辨率通常比印刷器的分辨率低了系数2至4，因此必须通过其它方法精准地确定出缺失喷嘴的地点。这可以通过将现有技术中已经公开的、具有以周期方式竖直印刷的等距线所组成的水平行的专门印刷喷嘴测试图案(Druckdüsentestmuster)与本方法相组合得以实现。

然而，根据本发明显著更好的方法是：同样通过根据本发明的方法所产生的、针对准确求取位置所需的地点校准(Orts-Kalibrierung)。为此，在每次搜寻缺失喷嘴之前或之后，借助假设性缺失喷嘴印刷出图案——但这必须在对缺失喷嘴进行补偿之前进行。这通过针对性关断具有定义间隔的单个喷嘴(譬如每第一百个或第一千个印刷喷嘴)实现。然后通过根据本发明的方法求取出假设性缺失喷嘴的位置。由此得到摄像机的像素与印刷喷嘴的像素之间固定且明确的地点对应关系，从而能够对实际的缺失喷嘴进行精准地配置和校正。

在此，根据本发明所实现的缺失喷嘴确定方法包括如下步骤：

-从(R/G/B)选出分色，或者从R+G+B成像出灰度值图像，必要情况下可具有加权；

-将整个结构高度上印刷图像每列中的灰度值相加，并且除以列像素数目用以得到列平均特性值(参见图4，第一图像，曲线10)；

△这里已经可以清楚地看到，缺失喷嘴如何作为尖峰从背景突出。

-对该灰度值变化曲线进行中值滤波，用以滤掉尖峰和噪点(参见图4，第一图像，曲线11)；

-由列平均特性值的原始变化曲线减去所产生的曲线(参见图4，第二图像，图表12)；

-设定出阈值(该阈值是固定的阈值，或者是n*平均值，或者是n*标准偏差)，超过该阈值则表示喷嘴缺失→通过该阈值可控制灵敏度(参见图4，第三图像，图表13)。

在此，所述方法的应用在正式印刷(Fortdruck)期间进行。每个被摄制的图像都以上述方式缩减成一个行，并且数据被持续监控。一旦出现变化，则对该变化进行分析。如果该变化涉及到仅一个像素中振幅变化明显的“尖峰”，则这涉及到故障喷嘴。所涉及的颜色可从所涉及的RGB颜色通道的组成成分得以求取。

然而，因为上述方法仅识别出从预先定义的参考量起在接下来的印刷中产生的缺失喷嘴，因此下面描述根据本发明的另一种优选的方法方式。

已缩减成一个行的当前实际图像被已缩减成一个行的参考图像减去，该参考图像通过此前定义的OK图像得以求取。所述OK图像要么由用户检验并作为OK图像放行，要么基于对缺失喷嘴已校正的图像，这个对缺失喷嘴已校正的图像通过上述对每个单喷嘴进行图案分析处理的方法作为无差错图像而已知。

该方法的另一优势在于，它在数学方面明显更容易执行，因为将这样产生的实际行以及额定行进行简单的减法就可得到结果。

此外，最优的分析处理应在不具有假设性地印刷的结构的情况下或者甚至在不中断印刷过程的情况下识别出缺失喷嘴。这可通过下文描述的根据本发明的另一种优选的方法方式实现。在已缩减成一个行的图像中由于缺失喷嘴所导致的这类峰值的形成首先取决于：已相加的图像列被覆盖以颜色的区域相较于未被覆盖的纸部分是多大。因此，可通过以下方式进一步改善本方法，即：事先通过分析每个颜色的CMYK预印前级图像求取出如下区域：该区域被最优地覆盖以相应印刷颜色，并且仅在该区域的高度上分别将预印刷图像与印刷图像中相应的列总和相加。

一个实例就是图5中示例性示出的从印刷图像8中所选择的、呈青色结构形式的图像部分15，该图像部分15从图5的第一图像获悉，并且在图6的第一图像中再次单独示出。在图6中，将所选择的区域15与由此建立的列平均特性值10'对置。如果此时相应地仅针对该区域成像出列平均特性值10'，则相应的峰值由此(相对于环境噪点而言)大数倍，如附图6中的图像2至4中很好地看到的那样。在此，附图6中的图像2示出了无差错参考图像的列平均特性值14，图像3示出所选择的图像部分15的列平均特性值10'，并且图像4示出所得到的、已进行减法的列平均特性值12'。

根据本发明的方法的另一种优选的设计如下：在相应地拓展成5/6/7或8色的BCMY预印前级图像中，针对每个单独的分色求取且标记出如下像素：在该像素中包含待分析处理的颜色。仅将上述颜色所包含的像素从预印前级图像纳入到针对参考图像的相应列总和中。将相同的像素在摄像机的RGB图像中相加。由此，大大增强了信号动态(Signaldynamik)。

根据本发明的另一种优选的结果改善可通过以下方式实现：将通常在CMYK分色或其它标准颜色空间(譬如eciRGB或Lab)中所呈现的预印前级图像事先借助ICC特性值以颜色空间方式变换成摄像机颜色空间。在此，相反的进程(也即从摄像机图像到eciRGB)也是可行的，然而因为每次变换都会放大现有的噪点，因此上述方法更好一些，因为与摄像机图像不同的是：预印前级图像没有噪点。

优选地，采用如下R或G或B分色：在该分色中，待分析处理的颜色具有最大对比度，也即针对青色是红色通道，针对品红色是绿色通道，针对黄色是蓝色通道。针对其它所有颜色，这个通道是通过该颜色与纸白之间的最大灰度值差别得以确定。替换地，也可采用加权后的灰色颜色空间，由此，虽然信号动态稍有下降，然而将确实巨大的数据量被缩减至三分之一。

eciRGB→ICC_In(eciRGB)→ICC_Out(ProfilCamera)→RGB_Cam

采用预印前级图像的巨大优势在于：一方面，完全无差错的图像可用作参考图像，并且，另一方面，可在印刷开始之前就执行整个计算工作。

附图标记列表

1 进料器

2 印刷基底

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 整体印刷图像

9 白线

10,10' 页张的列平均特性值

11 已进行中值过滤的列平均特性值

12,12' 已进行减法的列平均特性值

13 已进行阈值过滤的列平均特性值

14 所选择的参考图像的列平均特性值

15 所选择的印刷图像