用于借助辐射将图像雕刻进辐射敏感层中、尤其用于激光雕刻的方法

摘要

本发明涉及一种用于借助辐射将图像雕刻进辐射敏感层中、尤其用于激光雕刻的方法，其中，如此逐点辐射所述层，使得对于像点(P

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于借助辐射将图像雕刻进辐射敏感层中、尤其用于 激光雕刻的方法。

背景技术

借助辐射、尤其借助激光辐射将图像、尤其护照照片、签名、提高防 伪安全性的图形图样等等雕刻进辐射敏感层中广泛用于证件卡和证件纸、 例如信用卡、银行卡、现金支付卡、身份证、驾驶执照和护照的制造。为 了激光雕刻或者激光标记，证件卡或护照的待标记的页等等设有适合于激 光雕刻的层、例如通过特殊添加材料敏感化的薄膜或者对于所使用的辐射 敏感的漆层，使得能够通过辐射敏感层的辐射产生层的以下称作黑化 的视觉上和/或触觉上的变化。

为了将图像、例如肖像照片、或任何形式的字样或者浮雕雕刻进层中， 借助激光射束逐点扫描层，其中，如此调节到达每一个像点上的辐射能量 或者辐射量，使得实现与像点的所期望的灰度级相应的黑化。为了尤其将 具有高质量的肖像照片雕刻进辐射敏感层中，需要能够如此准确调节用于 每一个像点的辐射能量，使得能够实现64、128、256或更多的灰度级。

在由EP 0 975 148 B1已知的激光雕刻方法中能够通过以下方式雕刻质 量上高品质的图像，例如首先仅仅以期望黑化程度的90％来雕刻图像。每 一个单个像点的在此实际产生的黑化程度(即相应的灰度级)由测量装置 记录。借助加性作用的第二次雕刻通过，雕刻所测量的黑化程度与100％期 望黑化程度的差，使得以好的准确度实现目标黑化程度、即对于每一个点 所需要的灰度级。因此，通过以下方式实现灰度级、即黑化程度的好的可 复现性：测量在第一雕刻步骤中出现的偏差并且通过第二雕刻步骤来均衡 所述偏差。

尽管借助已知的方法能够以非常高的质量雕刻图像，但是视为不利的 是，已知的方法需要每个图像多次、至少两次完全的雕刻通过。因此，对 于每个图像所需要的时间是对于能够在一次唯一的通过中雕刻的图像所需 要的时间的至少两倍。因此，降低激光雕刻机的生产量、即在使用已知的 方法的情况下每小时所雕刻的文件的数量。因此，对于以预给定的期望生 产量的生产而言需要更多的机器，这造成更高的成本。

为了在量化图像时不完全丢失原始的灰色调印象，已经已知例如根据 误差扩散方法(Error-Diffusions-Verfahren)工作的算法。对此的示例是 Floyd-Steinberg算法，其中，将每一个像素的在量化时出现的误差(原始值 与所量化的值之间的差)按照固定的样式(Schema)分布到位于周围的像 素上。在此，将每一个像素或像点的误差按比例分布到同一行的下一个待 量化的像点上以及下一行的三个直接相邻的像素上。在此，其余的相邻像 素、即上一行的像素和紧接在前量化的像素保持不考虑。因此，已经量化 的像素不变，而仍待加工的像素或像点相应于分别出现的量化误差地受影 响。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种方法，借助所述方法能够在一次唯 一的雕刻通过中雕刻质量上高品质的图像。

所述任务通过根据权利要求1所述的方法解决。在从属权利要求中描 述本发明的有利构型和扩展方案。

因此，根据本发明设置，在像点的雕刻期间或者紧接在像点的雕刻之 后、优选甚至在雕刻栅中的下一个像点之前，借助测量装置测量刚刚雕刻 的像点的所实现的黑化程度并且计算与其期望黑化程度的差。然后，将所 测量的差计算进栅中的还没有雕刻的相邻像点的目标黑化程度中并且然后 在图像的激光雕刻进行期间使用所述已变化的目标黑化程度。

如果出现实际灰度级(实际黑化)与期望灰度级(期望黑化)的偏差， 则通过以下方式补偿所述偏差，根据差在其灰度级方面增大或者减小还没 有雕刻的相邻像点，以便因此与整个图像相比维持在当前雕刻的像点的周 围环境中的亮度印象。

因此，通过直接的周围环境中的校正、即通过相邻的还没有雕刻的像 点的变化来均衡当前雕刻的像点的灰度级(黑化)的可能的偏差。

在本发明的一个符合目的的构型中设置，将所求取的和预先确定的黑 化之间的差ΔS_i,k分布到待雕刻的下一行或列的三个相邻的像点P_i+1,k-1； P_i+1,k；P_i+1,k+1上。由此实现，仅仅当相对低的计算能力可供使用时，才可以 对于相邻的像点或像素考虑在雕刻时出现的误差。

然而，优选地，当相应高的计算能力可供使用时，在扫描方向上的待 雕刻的下一像点中考虑所实现的和预先确定的黑化之间的差的份额，以便 不使图像的雕刻延迟。

在本发明的另一种技术构型中设置，对于每一个像点P_i,k求取所求取的 和预先确定的黑化之间的差ΔS_i,k，将所求取的和预先确定的黑化之间的差 ΔS_i,k与预给定的相对阈值或绝对阈值进行比较，并且仅仅当所求取的和预 先确定的黑化之间的差大于所述相对阈值或绝对阈值时才将所述差分布到 至少两个仍待辐射的相邻的像点上。

由此，在适当选择用于允许的误差的阈值时能够实现，借助所期望的 灰度值分布在降低的计算耗费时得到清晰的图像，所述误差为绝对误差(以 灰度级说明)或者为相对误差(以百分比说明)。

附图说明

以下示例性地根据附图进一步阐述本发明。附图示出：

图1：用于实施根据本发明的方法的激光雕刻设备的示意性框图；

图2：用于阐述根据本发明的方法的像素阵列或者像点阵列中的一部 分。

具体实施方式

如在图1中示出的那样，激光雕刻设备或激光标记设备具有激光系统 10、密封装置11和射束偏转装置12。由所述激光系统10产生的激光射束 13经过例如可以是声光切换挡板(akusto-optische Schaltblende)的密封装 置11到达射束偏转装置12，所述射束偏转装置如此使激光射束13在X和 Y方向上偏转，使得写射束13’逐点扫描图像平面B。

控制装置14通过以下方式控制密封装置11和射束偏转装置12：到达 辐射敏感层的每一个像点P_i,k上的辐射能量如此大，使得在像点中实现与分 配给所述像点的灰度级相应的黑化。

替代与激光系统10分离的、控制辐射面积上的激光功率的密封装置 11，也可以使用激光系统10的激光射束射出窗来调节射束功率。例如，如 果使用连续泵浦的激光器、尤其钕钇铝石榴石激光器 (Neodym-YAG-Laser)，以便产生与辐射敏感层相应的激光脉冲的辐射， 则能够对于每一个单个辐射过程单独改变射出窗的透射程度，从而调节每 一个激光脉冲的脉冲高度。在此，能够对于每一个脉冲如此准确地调节射 出窗的透射程度，使得能够产生直至256个灰度级或更多。替代所描述的 用于调节激光功率的装置，也可以使用以下每一种其他的调节装置：其适 合于根据由控制装置14预给定的灰度级值或黑化值来改变写射束13’的射 束功率。

为了求取借助相应的辐射过程实现的黑化，设置脉冲高度传感器 所述脉冲高度传感器通过弱的分光镜16等等接收脉 冲能量的一小部分并且所述脉冲高度传感器对于每一个激光脉冲向控制装 置14提供一个相应的输出信号。根据所使用的光敏材料和所使用的激光系 统，所检测的脉冲高度与由此所实现的黑化存在固定关系。所述关系能够 通过适合的校准过程求取并且为各个辐射过程的控制所需。

为了将图像、例如证件持有者的肖像照片、签名、其他字样、图形图 样等等雕刻进对于激光雕刻适合的辐射敏感层中，如此控制所述密封装置 11，使得对于每一个像点所允许通过的辐射能量在该像点中引起确定的黑 化，所述黑化产生对于相应的像点预先确定的灰度级。通过逐行或逐列地 扫描整个图像面积，将所期望的图像逐点雕刻进相应的层中，从而得到灰 色调图像。

现在，如果在辐射功率或辐射强度中出现波动，则在像点中没有实现 预先确定的黑化，而是根据辐射强度是否比所期望的更大或更小实现更大 或更小的黑化。

为了不仅识别到而且均衡这种雕刻误差，对于每一个像点P_i,k求取所实 现的黑化并且与预先确定的黑化进行比较。符合目的地，由借助脉冲高度 传感器15检测的射束强度或者脉冲高度确定所述黑化。

从由脉冲高度传感器测量的射束强度与期望射束强度的偏差可以推导 出调节信号，所述调节信号用于以通常的方式调节系统波动。

为了整体改善图像质量，替代调节地或者优选除由所检测的射束强度 的调节以外求取相应像点P_i,k的相应实现的黑化S_ist(P_i,k)。为了得到灰度级 误差，从预先确定的黑化的值减去所实现的黑化的值。现在，能够简单给 下一个或紧接着的多个待雕刻的像点P_i,k+1加上所述误差值。如果给同一行 的多个随后的像点加上所述误差值，则这可以借助减小的加权实现。这已 经由申请人试验。但是在此示出，在图像中出现噪声，由此图像的整体印 象变差。此外，所述方法对水平的、即设置在行方向上的边缘对比度和垂 直的、即设置在列方向上的边缘对比度具有不同的作用。水平边缘的对比 度保持不变，而垂直边缘的对比度模糊。

因此，根据本发明设置，将误差不仅分布到同一行(或列)的一个或 多个随后待雕刻的像点上，而且分布到当前雕刻的像点P_i,k的周围环境中的 相邻的行(或列)的两个或更多个还没有雕刻的像点上。因此，相同处理 所有取向的边缘，并且更好地成像细节。

如果在雕刻在图2中示意性示出的、待雕刻的图像的像点矩阵的像点 P_i,k时出现差ΔS_i,k＝S_soll(P_i,k)-S_ist(P_i,k)，则可以将所述差或者所述误差分布到 相邻的还没有雕刻的像点上。如果假设逐行地雕刻图像，则已经完整雕刻 了行i-2和i-1，而在行i中在雕刻像点P_i,k之前已经完成了直至并包括P_i,k-1的所有像素。然后，可以将误差分布到仍待雕刻的像点上、例如像点P_i,k+1， P_i+1,k-1，P_i+1,k，P_i+1,k+1(像点组I)上。在最简单的情形中，对此将误差除以 误差应当分布到的像素的数量。因此，对于相邻像点的灰度级或者黑化得 到值S＝1/4ΔS_i,k+S_soll(P_i,k+1)。然后，在雕刻下一个像素时将所述值视为期望 值，以便必要时再次检测相应的误差差异。

由于应当实现的高的雕刻速度，也可以考虑将所求取的误差仅仅分布 到随后的行、即行i+1的以上所描述的三个像素(像点组II)上。

现在，如果将误差分布到随后的行的像点上，则也能够实现，将误差 分布到行i+1的三个直接相邻的像点上以及行i+2的像点P_i+2,k(像点组III) 上。

符合目的地，待分布的误差不是仅仅简单地除以像点的数量而是如此 加权，使得在行方向上和列方向上直接相邻的像素、即像点P_i,k+1和P_i+1,k比对角线上相邻的像素P_i+1,k-1和P_i+1,k+1得到更大份额的误差。

因此，根据本发明检测在雕刻像点时出现的误差并且所述误差不仅用 于调节辐射功率或辐射强度而且分布到至少两个相邻的像点上。在此，误 差的分布可以是均匀的或者依照预给定的样式。在此，所述样式对于所有 像点是均匀的。但是也可以考虑，根据待实现的灰度级使用不同的图式。 例如可以考虑，在暗的图像区域中将误差简单均匀地分布到相应的相邻像 点上，而在亮的图像区域中使用以下图式：所述图式不仅尽可能准确再现 亮度印象，而且保持图像的对比度。

因为在借助辐射、尤其借助激光辐射雕刻图像时不一定出现误差，所 述误差发生所实现的灰度值与所期望的灰度值的可察觉的偏差，所以符合 目的地仅仅当所述误差超过确定的绝对值或相对值时才设置误差的分布。 为此，将所求取的和预先确定的黑化之间的差ΔS_i,k与绝对阈值或相对阈值 进行比较，所述绝对阈值或相对阈值相应于黑化与期望值的允许偏差，以 便以下仅仅当所述差大于所述阈值时才将所求取的差分布到相邻的像点 上，否则根据相邻像点的原始的灰度级值来雕刻下一个像点以及相邻的像 点。

因此，根据本发明提供用于雕刻进图像的方法，所述方法能够实现在 仅仅一次雕刻每一个像点的单个雕刻过程中制造质量上高品质的图像。