專利名稱：用于激光照排機(jī)中校正圖像幾何誤差的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)繪圖機(jī)、激光照排機(jī)等圖像輸出設(shè)備，主要是指一種用于激光照排機(jī)中校正圖像幾何誤差的方法及裝置。
背景技術(shù)：
在光學(xué)繪圖機(jī)、激光照排機(jī)等圖象輸出設(shè)備中，對圖形的幾何精度都有極高的要求。這種要求一般都由高精度的機(jī)械加工來保證。如滾筒式激光圖形設(shè)備，往往要求其滾筒(直徑在數(shù)百毫米)的圓柱度誤差不大于0.01mm。另外對絲杠，導(dǎo)軌的精度都有極高的要求。另一方面，當(dāng)采用多路掃描技術(shù)時(shí)，螺旋角的影響變的顯著，安裝時(shí)不易調(diào)校。尤其是在路數(shù)很多，分辨率可調(diào)的機(jī)器設(shè)計(jì)中，螺旋角的影響無法用機(jī)械的辦法消除。
如果采用軟件手段，在光柵圖形生成時(shí)針對設(shè)備的結(jié)構(gòu)誤差補(bǔ)償校正之，則校正的精度是按圖像點(diǎn)計(jì)的，這樣在線條的邊緣就會(huì)產(chǎn)生階梯，在平網(wǎng)灰度圖像中也會(huì)出現(xiàn)瑕疵。這在很多情況下都是不允許的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提出一種在掃描設(shè)備中內(nèi)置的光柵圖像校正處理器(硬件結(jié)構(gòu))，主要包括用于激光照排機(jī)中校正圖像幾何誤差的方法及裝置，以期解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是該方法包括校正行長誤差和基線誤差，具體涉及光柵倍頻鎖相環(huán)，主要技術(shù)是在鎖相環(huán)的反饋環(huán)節(jié)中插入兩個(gè)可實(shí)現(xiàn)倍頻分?jǐn)?shù)化的可編程分?jǐn)?shù)分頻單元PDU-X和PDU-K。
本方法還包括所述鎖相環(huán)經(jīng)PDU-X和PDU-K分別輸出計(jì)點(diǎn)行長和位同步的時(shí)鐘LCP-X及行周期和行同步信號的時(shí)鐘TCP-K。以及所述LCP-X及TCP-K的頻率高于位同步頻率。以及LCP-X及TCP-K的頻率高于位同步頻率。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法所需的裝置該裝置涉及光柵倍頻鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)包括一光柵信號GS，及GS經(jīng)鑒相器PD、環(huán)路濾波器LPE、壓控振蕩器VCO輸出為倍頻時(shí)鐘LCP，其反饋回路為一模長M的分頻器-1；其特征是經(jīng)反饋回路M分頻器-1與LCP之間跨接分?jǐn)?shù)單元PDU-X和PDU-K后輸出分?jǐn)?shù)倍頻位同步時(shí)鐘LCP-X和分?jǐn)?shù)倍頻行同步時(shí)鐘TCP-K；又鎖相環(huán)中的GS分別接PDU-X和PDU-K，及PDU-X輸入累加行長校正值Q，及PDU-K輸入累加傾斜校正值S。
該裝置還包括所述LCP-X一路經(jīng)位分頻器-1輸出位同步BS，其另一路接行長計(jì)數(shù)器-1；和TCP-K經(jīng)M分頻器-2輸出光柵信號GS1經(jīng)N分頻器-1輸出行同步LS，同時(shí)還輸出行起始經(jīng)行長計(jì)數(shù)器-1輸出行長ES到位分頻器-1；和GS一路經(jīng)N分頻器-2輸出滾筒同步GT，其另一路分別接PDU-X和PDU-K。以及所述GS1經(jīng)光柵分頻器-1輸出行同步LS和行起始；和GS經(jīng)地址計(jì)數(shù)器-1輸出二維地址到校正存儲器-1，及校正存儲器-1分別接PDU-X和PDU-K。
實(shí)現(xiàn)上述裝置的一具體電路該電路中，GS分別接一8位累加器U1和與非門U3A，U1接口CO和接口A0-7分別接U3A和輸入累加值Q；U3A輸出分別接D觸發(fā)器U2A、U2B接口CD，U2A、U2B接口Q經(jīng)或門U4A、U5A輸出；LCP分別接U2A、U2B接口CLK和或門U5A；以及常規(guī)外圍元器件。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是通過在傳統(tǒng)的鎖相倍頻系統(tǒng)中增加兩個(gè)可編程分?jǐn)?shù)分頻單元，而克服了因機(jī)械精度而產(chǎn)生的光柵圖形的誤差，提高了圖形的掃描精度。該方法簡單，成本低。


圖1是標(biāo)準(zhǔn)(整數(shù)倍頻)鎖相環(huán)方框圖。
圖2是分?jǐn)?shù)(帶小數(shù)位)鎖相環(huán)方框圖。
圖3是雙輸出分?jǐn)?shù)鎖相環(huán)方框圖。
圖4是滾筒同步，行同步，行長，位同步方框圖。
圖5是圖4的時(shí)序關(guān)系示意圖。
圖6是由二維地址計(jì)數(shù)器生成校正量的完整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。
圖7是長度校正，角度校正的時(shí)序關(guān)系示意圖。
圖8是長度，角度校正對行長ES和行起始LS的影響示意圖。
圖9是一具體的分?jǐn)?shù)單元(PDU)電路示意圖。
圖10是圖9時(shí)序示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明本發(fā)明提出的解決方案是在傳統(tǒng)鎖相環(huán)的反饋環(huán)節(jié)中插入兩個(gè)可實(shí)現(xiàn)倍頻分?jǐn)?shù)化的可編程分?jǐn)?shù)分頻單元PDU-X和PDU-K。參見圖3。
本發(fā)明的一完整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一由鑒相器PD、環(huán)路濾波器LPE、壓控振蕩器VCO組成的鎖相環(huán)，其反饋回路為一模長為M的分頻器；在該鎖相倍頻系統(tǒng)中增加了兩個(gè)“可編程分?jǐn)?shù)分頻單元”(PDU-X和PDU-K)，為與之協(xié)調(diào)，又增加了周期計(jì)數(shù)器、行長計(jì)數(shù)器、后置分頻器、以及地址計(jì)數(shù)器、校正存儲器等。參見圖6。
下面對本發(fā)明做進(jìn)一步解釋本發(fā)明旨在提供一種在掃描設(shè)備中內(nèi)置的光柵圖像校正處理器(硬件結(jié)構(gòu))，它能以足夠的平滑度校正光柵行的長度，同時(shí)保持行長內(nèi)的點(diǎn)數(shù)不變；它也能以足夠的平滑度校正行起始基線的角度(用于補(bǔ)償螺旋角誤差及導(dǎo)軌安裝誤差)。校正量是實(shí)時(shí)可編程的，也就是說可以按圖像的二維網(wǎng)格地址實(shí)時(shí)地改變校正量，因此稱之為“二維非線性校正”。
校正處理的核心思想是將“分?jǐn)?shù)鎖相環(huán)”的概念引入到光柵倍頻時(shí)鐘系統(tǒng)中來。下面采用逐步引申的方法闡述這個(gè)概念。
在激光照排機(jī)這類設(shè)備中，打印時(shí)序電路的時(shí)鐘信號一般均來自光柵倍頻(光柵與滾筒直連)。這種時(shí)鐘方式被稱之為隨機(jī)時(shí)鐘方式。倍頻電路均采用鎖相環(huán)。
一個(gè)傳統(tǒng)的光柵倍頻鎖相環(huán)見圖1。在這個(gè)環(huán)中，輸入?yún)⒖夹盘枮楣鈻判盘朑S，輸出為倍頻時(shí)鐘LCP，反饋回路為一模長為M的分頻器。LCP既可以是打點(diǎn)時(shí)鐘(位同步)，也可以是打點(diǎn)時(shí)鐘頻率的整倍數(shù)(這時(shí)通過位同步分頻器獲得位同步)。根據(jù)鎖相環(huán)原理，不論前向通道為何種結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)定鎖相的情況下，輸出僅與輸入和反饋相關(guān)。即LCP＝M*GS (M為正整數(shù)) -----(1)這個(gè)鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)同時(shí)也確定了按點(diǎn)計(jì)數(shù)的行長。
舉例來說，若光柵分辨率為1600 P/R，分頻器模長M＝200，則滾筒的計(jì)點(diǎn)周長，也就是行長，為1600*200＝320000點(diǎn)。(這里我們直接定義LCP為位同步信號)注意在這個(gè)傳統(tǒng)的鎖相環(huán)倍頻結(jié)構(gòu)中滾筒周長與掃描行長是一致的。
如果能在鎖相環(huán)的反饋通道中插入一個(gè)分?jǐn)?shù)單元(簡記為PDU-可控的脈沖刪除器)，使其分頻的模長等價(jià)于M+R/P (M正整數(shù)；R/P真分?jǐn)?shù))則我們就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)分?jǐn)?shù)環(huán)(又稱帶小數(shù)倍頻鎖相環(huán))。參見圖2。分?jǐn)?shù)環(huán)的倍頻輸出為LCP＝(M+R/P)*GS ---------(2)分?jǐn)?shù)環(huán)可以大大提高鎖相倍頻輸出的分辨率。但除此之外，在傳統(tǒng)的鎖相結(jié)構(gòu)中并無多大用處。分?jǐn)?shù)環(huán)原理及電路實(shí)現(xiàn)參見附錄。
真正有意義的引申見圖3。這里的鎖相環(huán)具有兩個(gè)分?jǐn)?shù)單元PDU-X，PDU-K；兩個(gè)輸出LCP，TCP。其中，LCP被定義為產(chǎn)生計(jì)點(diǎn)行長和位同步的時(shí)鐘，而TCP被定義為產(chǎn)生行周期和行同步信號的時(shí)鐘。由于輸出僅與反饋通道有關(guān)，所以，LCP＝(M+Q/P+S/R)*GS -------(3)TCP＝(M+S/R)*GS -------(4)另外還應(yīng)說明，此時(shí)行長ES可以不等于行周期(一般可以小于行周期)，而行周期可以不與滾筒周期保持同步。
從式(3)，(4)中可以看出兩個(gè)分?jǐn)?shù)單元存在的重要意義在分?jǐn)?shù)單元PDU-X中，若累加輸入值Q＝0則LCP＝TCP此時(shí)與傳統(tǒng)的單輸出環(huán)無異；若0＜Q＜P則LCP＞TCP注意到LCP是用于產(chǎn)生行長及行同步，TCP是用于產(chǎn)生行周期及行起始的，而行長按點(diǎn)數(shù)計(jì)是不變的，LCP＞TCP就意味著在每一行周期內(nèi)的計(jì)點(diǎn)行長雖然不變，但幾何行長將縮短(因LCP的頻率稍微變高)；這就是對行長的校正。
在分?jǐn)?shù)單元PDU-K中，若輸入值S＝0則
TCP＝M*GS這時(shí)將TCP安下式分頻，可分離出與滾筒周期相同的行周期(行同步)信號LS＝TCP/(M*N)＝(M*GS)/(M*N)＝GS/N ---------(5)式中，N光柵分辨率；若0＜S＜R則LS＝TCP/(M*N)＝[(M+S/R)*GS]/(M*N)＝[1+S/(M*R)]*GS/N ---------(6)比較式(5)，(6)，可以看出不為0的S值將使行同步信號LS的頻率相對于滾筒同步GT的頻率稍微提高，從而LS將不再與滾筒旋轉(zhuǎn)保持同步，而是在相位上逐漸領(lǐng)先。這就是角度校正。角度校正不僅僅是用來補(bǔ)償掃描螺旋角，也是用來補(bǔ)償安裝誤差及導(dǎo)軌變形等機(jī)械誤差。
滾筒同步GT，行同步LS，行長ES，位同步BS等信號的分離，生成以及時(shí)序示意見圖4?？驁D中N分頻器的模長即為光柵模數(shù)。
二維校正在時(shí)序上的對比結(jié)果見圖7。其中表示信號周期，相位的標(biāo)注尺寸僅有相對意義，并不代表真實(shí)值。
二維校正在光柵圖像上的對比結(jié)果見圖8。圖中a為掃描螺旋角。
不論長度校正還是角度校正，都是通過微調(diào)LCP，TCP的頻率實(shí)現(xiàn)的，而LCP和TCP的頻率可以遠(yuǎn)高于位同步的頻率。例如可以有LCP/8＝BS這就意味著校正的精細(xì)度可以達(dá)到一個(gè)點(diǎn)距的1/8，這在工程上是足夠平滑的。
上述的校正都是單向的，即長度壓縮，基線下斜.但在工程應(yīng)用上可以通過對滾筒直徑的選擇使PDU-K的公稱取值(預(yù)置值)為Q＝P/2則行長的壓縮，擴(kuò)張既為對稱的。掃描螺旋角的存在使得PDU-K中必須有一個(gè)預(yù)置值S＞0這也使得雙向調(diào)整基線斜度成為可能。
如果校正值被置為常數(shù)，則校正是二維線性的，如果Q，S的值能夠隨掃描區(qū)域的不同而變化，則校正是二維非線性的。為此設(shè)置一個(gè)地址計(jì)數(shù)器，由它產(chǎn)生平面分區(qū)的地址訪問校正存儲器的地址單元，將單元中的校正值作為Q，S送往PDU-X，PDU-K，見圖6。
實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)是將測試圖形打印在軟片上，然后按地址網(wǎng)格測量其幾何誤差，計(jì)算校正值，最后將計(jì)算值存入校正存儲器的對應(yīng)地址單元。
如果再設(shè)置一個(gè)橫移(Y)方向的分?jǐn)?shù)鎖相環(huán)，將光柵信號倍頻獲得橫移步進(jìn)時(shí)鐘，并按橫移地址微調(diào)倍頻系數(shù)，則校正可以擴(kuò)展到三維，即X，Y，K。
非線性校正對激光照排機(jī)，光繪機(jī)具有重大意義。它使圖像的幾何精度不再完全依賴于機(jī)械結(jié)構(gòu)精度，為復(fù)雜的圖像幾何誤差提供了電子補(bǔ)償手段。
附說明分?jǐn)?shù)單元PDU的原理及電路如果能在鎖相環(huán)的反饋回路中附加一個(gè)電路，參見圖2，使得它可以在輸入?yún)⒖碱l率GS的作用下，按一定的比率刪除反饋鏈中的脈沖，則輸出頻率將改變。
我們定義這個(gè)比率為刪除率，記為Q/P，它的含義是“被刪除脈沖與輸入?yún)⒖济}沖之比”。
有了刪除率這個(gè)概念，根據(jù)圖2的反饋通道，可以寫出以下關(guān)系式[LCP-(Q/P)*GS]/M＝GS從中導(dǎo)出LCP＝(M+Q/P)*GS一般M值很大，為幾十到幾百。而刪除率Q/P的取值范圍為0到1之間。因此改變刪除率的值可以微調(diào)輸出頻率。我們把實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的電路稱之為分?jǐn)?shù)單元。
分?jǐn)?shù)單元一個(gè)可能的電路見圖9。它含有一個(gè)8位累加器U1，其模長為P；累加器以輸入?yún)⒖碱l率GS為累加時(shí)鐘。若輸入累加值Q不為0，則累加器U1將周期性地進(jìn)位溢出，其溢出率即為刪除率。進(jìn)位脈沖經(jīng)與非門U3A變換為D觸發(fā)器的清零脈沖CLR迫使U2A，U2B復(fù)位。復(fù)位結(jié)束后U2A，U2B在時(shí)鐘LCP的作用下重新串行置位，置位輸出Q0，Q1經(jīng)異或門U4A變換成一個(gè)LCP時(shí)鐘寬度的正脈沖QD。QD與LCP相或的結(jié)果是在LCP的脈沖鏈中掩蝕掉(刪除)一個(gè)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)了脈沖刪除。
刪除率取決于累加器的溢出率。而累加器的溢出率取決于累加輸入值Q和累加器模長P。若假設(shè)累加輸入值Q＝40H(10進(jìn)制64)，累加模長為P＝FFH(10進(jìn)制256)，溢出率Q/P＝0.25可知4個(gè)參考脈沖GS將導(dǎo)致一個(gè)反饋脈沖被刪除。此時(shí)分?jǐn)?shù)單元的時(shí)序仿真結(jié)果位圖10所示。
增大累加器模長可以使頻率微調(diào)變得更加平滑。這在角度校正中是尤其需要的。
權(quán)利要求
1.一種用于激光照排機(jī)中校正圖像幾何誤差的方法，包括校正行長誤差和基線誤差，該方法涉及光柵倍頻鎖相環(huán)，其特征是在鎖相環(huán)的反饋環(huán)節(jié)中插入兩個(gè)可實(shí)現(xiàn)倍頻分?jǐn)?shù)化的可編程分?jǐn)?shù)分頻單元PDU-X和PDU-K。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征是所述鎖相環(huán)經(jīng)PDU-X和PDU-K分別輸出計(jì)點(diǎn)行長和位同步的時(shí)鐘LCP-X及行周期和行同步信號的時(shí)鐘TCP-K。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所說的方法，其特征是LCP-X及TCP-K的頻率高于位同步頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征是校正圖像幾何誤差是按圖像地址的二維分區(qū)。
5.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的用于激光照排機(jī)中校正圖像幾何誤差的方法的裝置，涉及光柵倍頻鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)包括一光柵信號GS，及GS經(jīng)鑒相器PD、環(huán)路濾波器LPE、壓控振蕩器VCO輸出為倍頻時(shí)鐘LCP，其反饋回路為一模長M的分頻器-1；其特征是經(jīng)反饋回路M分頻器-1與LCP之間跨接分?jǐn)?shù)單元PDU-X和PDU-K后輸出分?jǐn)?shù)倍頻位同步時(shí)鐘LCP-X和分?jǐn)?shù)倍頻行同步時(shí)鐘TCP-K；又鎖相環(huán)中的GS分別接PDU-X和PDU-K，及PDU-X輸入累加行長校正值Q，及PDU-K輸入累加傾斜校正值S。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所說的裝置，其特征是LCP-X一路經(jīng)位分頻器-1輸出位同步BS，其另一路接行長計(jì)數(shù)器-1；和TCP-K經(jīng)M分頻器-2輸出光柵信號GS1經(jīng)N分頻器-1輸出行同步LS，同時(shí)還輸出行起始經(jīng)行長計(jì)數(shù)器-1輸出行長ES到位分頻器-1；和GS一路經(jīng)N分頻器-2輸出滾筒同步GT，其另一路分別接PDU-X和PDU-K。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所說的裝置，其特征是GS1經(jīng)光柵分頻器-1輸出行同步LS和行起始；和GS經(jīng)地址計(jì)數(shù)器-1輸出二維地址到校正存儲器-1，及校正存儲器-1分別接PDU-X和PDU-K。
全文摘要
一種用于激光照排機(jī)中校正圖像幾何誤差的方法及裝置，該方法涉及光柵倍頻鎖相環(huán)，主要技術(shù)是在鎖相環(huán)的反饋環(huán)節(jié)中插入兩個(gè)可實(shí)現(xiàn)倍頻分?jǐn)?shù)化的可編程分?jǐn)?shù)分頻單元PDU－X和PDU－K。實(shí)現(xiàn)該方法的裝置是一由鑒相器PD、環(huán)路濾波器LPE、壓控振蕩器VCO組成的鎖相環(huán)，其反饋回路為一模長為M的分頻器；在該鎖相倍頻系統(tǒng)中增加了兩個(gè)“可編程分?jǐn)?shù)分頻單元”(PDU－X和PDU－K)。為與之協(xié)調(diào)，又增加了周期計(jì)數(shù)器、行長計(jì)數(shù)器、后置分頻器、以及地址計(jì)數(shù)器、校正存儲器等。
文檔編號B41B19/00GK1586888SQ2004100509
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者劉曉東 申請人:深圳市東方宇之光電子科技有限公司