用于激光照排机中校正图像几何误差的方法及装置.pdf

一种用于激光照排机中校正图像几何误差的方法及装置，该方法涉及光栅倍频锁相环，主要技术是在锁相环的反馈环节中插入两个可实现倍频分数化的可编程分数分频单元PDU－X和PDU－K。实现该方法的装置是一由鉴相器PD、环路滤波器LPE、压控振荡器VCO组成的锁相环，其反馈回路为一模长为M的分频器；在该锁相倍频系统中增加了两个“可编程分数分频单元”(PDU－X和PDU－K)。为与之协调，又增加了周期计数器、行长计数器、后置分频器、以及地址计数器、校正存储器等。

1.  一种用于激光照排机中校正图像几何误差的方法，包括校正行长误差和基线误差，该方法涉及光栅倍频锁相环，其特征是在锁相环的反馈环节中插入两个可实现倍频分数化的可编程分数分频单元PDU-X和PDU-K。

2.  根据权利要求1所说的方法，其特征是所述锁相环经PDU-X和PDU-K分别输出计点行长和位同步的时钟LCP-X及行周期和行同步信号的时钟TCP-K。

3.  根据权利要求1、2所说的方法，其特征是LCP-X及TCP-K的频率高于位同步频率。

4.  根据权利要求1所说的方法，其特征是校正图像几何误差是按图像地址的二维分区。

5.  实现权利要求1的用于激光照排机中校正图像几何误差的方法的装置，涉及光栅倍频锁相环，该锁相环包括一光栅信号GS，及GS经鉴相器PD、环路滤波器LPE、压控振荡器VCO输出为倍频时钟LCP，其反馈回路为一模长M的分频器-1；其特征是经反馈回路M分频器-1与LCP之间跨接分数单元PDU-X和PDU-K后输出分数倍频位同步时钟LCP-X和分数倍频行同步时钟TCP-K；又锁相环中的GS分别接PDU-X和PDU-K，及PDU-X输入累加行长校正值Q，及PDU-K输入累加倾斜校正值S。

6.  根据权利要求5所说的装置，其特征是LCP-X一路经位分频器-1输出位同步BS，其另一路接行长计数器-1；和TCP-K经M分频器-2输出光栅信号GS1经N分频器-1输出行同步LS，同时还输出行起始经行长计数器-1输出行长ES到位分频器-1；和GS一路经N分频器-2输出滚筒同步GT，其另一路分别接PDU-X和PDU-K。

7.  根据权利要求5所说的装置，其特征是GS1经光栅分频器-1输出行同步LS和行起始；和GS经地址计数器-1输出二维地址到校正存储器-1，及校正存储器-1分别接PDU-X和PDU-K。

用于激光照排机中校正图像几何误差的方法及装置
技术领域
本发明涉及光学绘图机、激光照排机等图像输出设备，主要是指一种用于激光照排机中校正图像几何误差的方法及装置。
背景技术
在光学绘图机、激光照排机等图象输出设备中，对图形的几何精度都有极高的要求。这种要求一般都由高精度的机械加工来保证。如滚筒式激光图形设备，往往要求其滚筒(直径在数百毫米)的圆柱度误差不大于0.01mm。另外对丝杠，导轨的精度都有极高的要求。另一方面，当采用多路扫描技术时，螺旋角的影响变的显著，安装时不易调校。尤其是在路数很多，分辨率可调的机器设计中，螺旋角的影响无法用机械的办法消除。
如果采用软件手段，在光栅图形生成时针对设备的结构误差补偿校正之，则校正的精度是按图像点计的，这样在线条的边缘就会产生阶梯，在平网灰度图像中也会出现瑕疵。这在很多情况下都是不允许的。
发明内容
本发明的目的旨在提出一种在扫描设备中内置的光栅图像校正处理器(硬件结构)，主要包括用于激光照排机中校正图像几何误差的方法及装置，以期解决现有技术中的问题。
实现本发明的技术方案是：该方法包括校正行长误差和基线误差，具体涉及光栅倍频锁相环，主要技术是在锁相环的反馈环节中插入两个可实现倍频分数化的可编程分数分频单元PDU-X和PDU-K。
本方法还包括：
所述锁相环经PDU-X和PDU-K分别输出计点行长和位同步的时钟LCP-X及行周期和行同步信号的时钟TCP-K。以及
所述LCP-X及TCP-K的频率高于位同步频率。以及
LCP-X及TCP-K的频率高于位同步频率。
实现本发明方法所需的装置：该装置涉及光栅倍频锁相环，该锁相环包括一光栅信号GS，及GS经鉴相器PD、环路滤波器LPE、压控振荡器VCO输出为倍频时钟LCP，其反馈回路为一模长M的分频器-1；其特征是经反馈回路M分频器-1与LCP之间跨接分数单元PDU-X和PDU-K后输出分数倍频位同步时钟LCP-X和分数倍频行同步时钟TCP-K；又锁相环中的GS分别接PDU-X和PDU-K，及PDU-X输入累加行长校正值Q，及PDU-K输入累加倾斜校正值S。
该装置还包括：
所述LCP-X一路经位分频器-1输出位同步BS，其另一路接行长计数器-1；和TCP-K经M分频器-2输出光栅信号GS1经N分频器-1输出行同步LS，同时还输出行起始经行长计数器-1输出行长ES到位分频器-1；和GS一路经N分频器-2输出滚筒同步GT，其另一路分别接PDU-X和PDU-K。以及
所述GS1经光栅分频器-1输出行同步LS和行起始；和GS经地址计数器-1输出二维地址到校正存储器-1，及校正存储器-1分别接PDU-X和PDU-K。
实现上述装置的一具体电路：该电路中，GS分别接一8位累加器U1和与非门U3A，U1接口CO和接口A0-7分别接U3A和输入累加值Q；U3A输出分别接D触发器U2A、U2B接口CD，U2A、U2B接口Q经或门U4A、U5A输出；LCP分别接U2A、U2B接口CLK和或门U5A；以及常规外围元器件。
本发明的主要优点是：通过在传统的锁相倍频系统中增加两个可编程分数分频单元，而克服了因机械精度而产生的光栅图形的误差，提高了图形的扫描精度。该方法简单，成本低。
附图说明
图1是标准(整数倍频)锁相环方框图。
图2是分数(带小数位)锁相环方框图。
图3是双输出分数锁相环方框图。
图4是滚筒同步，行同步，行长，位同步方框图。
图5是图4的时序关系示意图。
图6是由二维地址计数器生成校正量的完整系统结构方框图。
图7是长度校正，角度校正的时序关系示意图。
图8是长度，角度校正对行长ES和行起始LS的影响示意图。
图9是一具体的分数单元(PDU)电路示意图。
图10是图9时序示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明提出的解决方案是：在传统锁相环的反馈环节中插入两个可实现倍频分数化的可编程分数分频单元PDU-X和PDU-K。参见图3。
本发明的一完整系统结构是：一由鉴相器PD、环路滤波器LPE、压控振荡器VCO组成的锁相环，其反馈回路为一模长为M的分频器；在该锁相倍频系统中增加了两个“可编程分数分频单元”(PDU-X和PDU-K)，为与之协调，又增加了周期计数器、行长计数器、后置分频器、以及地址计数器、校正存储器等。参见图6。
下面对本发明做进一步解释：
本发明旨在提供一种在扫描设备中内置的光栅图像校正处理器(硬件结构)，它能以足够的平滑度校正光栅行的长度，同时保持行长内的点数不变；它也能以足够的平滑度校正行起始基线的角度(用于补偿螺旋角误差及导轨安装误差)。校正量是实时可编程的，也就是说可以按图像的二维网格地址实时地改变校正量，因此称之为“二维非线性校正”。
校正处理的核心思想是将“分数锁相环”的概念引入到光栅倍频时钟系统中来。下面采用逐步引申的方法阐述这个概念。
在激光照排机这类设备中，打印时序电路的时钟信号一般均来自光栅倍频(光栅与滚筒直连)。这种时钟方式被称之为随机时钟方式。倍频电路均采用锁相环。
一个传统的光栅倍频锁相环见图1。在这个环中，输入参考信号为光栅信号GS，输出为倍频时钟LCP，反馈回路为一模长为M的分频器。LCP既可以是打点时钟(位同步)，也可以是打点时钟频率的整倍数(这时通过位同步分频器获得位同步)。根据锁相环原理，不论前向通道为何种结构，在稳定锁相的情况下，输出仅与输入和反馈相关。即
LCP＝M*GS  (M为正整数)                      -----(1)这个锁相环结构同时也确定了按点计数的行长。
举例来说，若光栅分辨率为1600 P/R，分频器模长M＝200，则滚筒的计点周长，也就是行长，为1600*200＝320000点。(这里我们直接定义LCP为位同步信号)注意在这个传统的锁相环倍频结构中滚筒周长与扫描行长是一致的。
如果能在锁相环的反馈通道中插入一个分数单元(简记为PDU-可控的脉冲删除器)，使其分频的模长等价于
M+R/P  (M：正整数；R/P：真分数)则我们就实现了一个分数环(又称带小数倍频锁相环)。参见图2。分数环的倍频输出为
LCP＝(M+R/P)*GS                          ---------(2)
分数环可以大大提高锁相倍频输出的分辨率。但除此之外，在传统的锁相结构中并无多大用处。分数环原理及电路实现参见附录。
真正有意义的引申见图3。这里的锁相环具有两个分数单元：PDU-X，PDU-K；两个输出：LCP，TCP。其中，LCP被定义为产生计点行长和位同步地时钟，而TCP被定义为产生行周期和行同步信号的时钟。由于输出仅与反馈通道有关，所以，
LCP＝(M+Q/P+S/R)*GS               -------(3)
TCP＝(M+S/R)*GS                   -------(4)另外还应说明，此时行长ES可以不等于行周期(一般可以小于行周期)，而行周期可以不与滚筒周期保持同步。
从式(3)，(4)中可以看出两个分数单元存在的重要意义：
在分数单元PDU-X中，若累加输入值
Q＝0则
LCP＝TCP此时与传统的单输出环无异；若
0＜Q＜P则
LCP＞TCP注意到LCP是用于产生行长及行同步，TCP是用于产生行周期及行起始的，而行长按点数计是不变的，LCP＞TCP就意味着在每一行周期内的计点行长虽然不变，但几何行长将缩短(因LCP的频率稍微变高)；这就是对行长的校正。
在分数单元PDU-K中，若输入值
S＝0则
TCP＝M*GS这时将TCP安下式分频，可分离出与滚筒周期相同的行周期(行同步)信号：
LS＝TCP/(M*N)
  ＝(M*GS)/(M*N)
  ＝GS/N                 ---------(5)式中，N：光栅分辨率；若
0＜S＜R则
LS＝TCP/(M*N)
＝[(M+S/R)*GS]/(M*N)
＝[1+S/(M*R)]*GS/N       ---------(6)比较式(5)，(6)，可以看出不为0的S值将使行同步信号LS的频率相对于滚筒同步GT的频率稍微提高，从而LS将不再与滚筒旋转保持同步，而是在相位上逐渐领先。这就是角度校正。角度校正不仅仅是用来补偿扫描螺旋角，也是用来补偿安装误差及导轨变形等机械误差。
滚筒同步GT，行同步LS，行长ES，位同步BS等信号的分离，生成以及时序示意见图4。框图中N分频器的模长即为光栅模数。
二维校正在时序上的对比结果见图7。其中表示信号周期，相位的标注尺寸仅有相对意义，并不代表真实值。
二维校正在光栅图像上的对比结果见图8。图中a为扫描螺旋角。
不论长度校正还是角度校正，都是通过微调LCP，TCP的频率实现的，而LCP和TCP的频率可以远高于位同步的频率。例如可以有
LCP/8＝BS这就意味着校正的精细度可以达到一个点距的1/8，这在工程上是足够平滑的。
上述的校正都是单向的，即长度压缩，基线下斜.但在工程应用上可以通过对滚筒直径的选择使PDU-K的公称取值(预置值)为
Q＝P/2则行长的压缩，扩张既为对称的。扫描螺旋角的存在使得PDU-K中必须有一个预置值
S＞0这也使得双向调整基线斜度成为可能。
如果校正值被置为常数，则校正是二维线性的，如果Q，S的值能够随扫描区域的不同而变化，则校正是二维非线性的。为此设置一个地址计数器，由它产生平面分区的地址访问校正存储器的地址单元，将单元中的校正值作为Q，S送往PDU-X，PDU-K，见图6。
实际工程应用时是将测试图形打印在软片上，然后按地址网格测量其几何误差，计算校正值，最后将计算值存入校正存储器的对应地址单元。
如果再设置一个横移(Y)方向的分数锁相环，将光栅信号倍频获得横移步进时钟，并按横移地址微调倍频系数，则校正可以扩展到三维，即X，Y，K。
非线性校正对激光照排机，光绘机具有重大意义。它使图像的几何精度不再完全依赖于机械结构精度，为复杂的图像几何误差提供了电子补偿手段。
附说明
分数单元PDU的原理及电路：
如果能在锁相环的反馈回路中附加一个电路，参见图2，使得它可以在输入参考频率GS的作用下，按一定的比率删除反馈链中的脉冲，则输出频率将改变。
我们定义这个比率为删除率，记为Q/P，它的含义是“被删除脉冲与输入参考脉冲之比”。
有了删除率这个概念，根据图2的反馈通道，可以写出以下关系式：
[LCP-(Q/P)*GS]/M＝GS
从中导出：
LCP＝(M+Q/P)*GS一般M值很大，为几十到几百。而删除率Q/P的取值范围为0到1之间。因此改变删除率的值可以微调输出频率。我们把实现这个功能的电路称之为分数单元。
分数单元一个可能的电路见图9。它含有一个8位累加器U1，其模长为P；累加器以输入参考频率GS为累加时钟。若输入累加值Q不为0，则累加器U1将周期性地进位溢出，其溢出率即为删除率。进位脉冲经与非门U3A变换为D触发器的清零脉冲CLR迫使U2A，U2B复位。复位结束后U2A，U2B在时钟LCP的作用下重新串行置位，置位输出Q0，Q1经异或门U4A变换成一个LCP时钟宽度的正脉冲QD。QD与LCP相或的结果是在LCP的脉冲链中掩蚀掉(删除)一个脉冲，从而实现了脉冲删除。
删除率取决于累加器的溢出率。而累加器的溢出率取决于累加输入值Q和累加器模长P。若假设累加输入值Q＝40H(10进制64)，累加模长为P＝FFH(10进制256)，溢出率
Q/P＝0.25可知4个参考脉冲GS将导致一个反馈脉冲被删除。此时分数单元的时序仿真结果位图10所示。
增大累加器模长可以使频率微调变得更加平滑。这在角度校正中是尤其需要的。