数码彩扩系统的核心技术

tft-lcd · 发表于 2003-6-18 11:40:00

[20] 所谓数码彩扩，指用数码手段，在化学相纸上曝光成像的设备和技术。一般来说，数码彩扩设备由以下几个部分组成：数据采集、数据处理、数码曝光、冲纸。其中，数据采集指通过高精度快速扫描仪将传统底片的图像数字化或直接读取数码图像文件；数据处理一般是一台运行图像处理软件的强大的计算机系统；冲纸设备和传统彩扩设备所采用的冲纸系统没有什么差别。数码彩扩的其核心部分就是数码曝光系统。根据其工作原理，比较成熟的数码曝光系统可以分为两大类，光发射式和光阀门式。光发射式包括激光彩扩技术、荧光管曝光技术(VFPH)和发光二极管曝光技术(LED)；光阀门技术包括微光阀技术(MLVA)和数字光处理技术(DLP).一、激光彩扩技术许多成像技术中都用到过激光，例如激光打印机、医疗成像设备、激光印刷技术等，利用激光和光敏材料成像。但在这些领域用到的一般都是单色激光，只有个别专业的彩色激光打印机用三色激光束，激光彩扩设备就是使用了三色激光和彩色相纸，这样的系统如爱克发 d-lab3 和富士 Fronter 350/370。在这种激光彩扩系统中，蓝色和绿色激光由气体或固体激光发生器产生，红色激光由激光二极管产生，RGB三色激光经光学系统混和为单束激光束，经过一个旋转的多棱镜表面的反射，激光束均匀地在相纸上面扫过，相纸的移动又改变了扫描线位置，综合的结果就是激光束扫描过了相纸成像区域的每一个点。激光束强度的变化，决定了扫描过的点色彩的浓淡。激光束的强度可以由变换器(AOM)控制，也可以直接控制激光管的发光强度。完整的激光曝光模块目前并不能通过商业途径获得，尽管激光器、变换器、反射镜、多棱镜等部件都可以在市场上买到，但把他们组合在一起并不是件简单的事，激光的控制系统和光学系统都必须经过精巧的设计，这需要复杂的技术和丰富的经验。激光彩扩技术有以下几个方面的优点：1、激光可以精确聚焦，这为高分辨率成像提供了条件；2、成像幅度比较宽，目前已经可以做到20英寸(约500mm)；3、每种颜色的光线只需要一个激光光源，这样可以很方便地校准，而使用多色光源(如传统彩扩设备中的灯泡)色温校准还有后面将提到的微光阀系统各个光阀的校准都是非常麻烦的事情。由于激光束以很高的速度从相纸表面扫过，每个点的曝光时间是很短的，大约在200纳秒，这就要求使用专用的相纸。激光彩扩的工作效率是很高的，扩印4x6片幅的相片可以达到每小时2000张，如果进一步提高相纸的灵敏度，扩印幅宽5英寸的相片甚至可以达到每小时10000张。二、微光阀技术微光阀技术最早被应用在单色的打印机上，这种打印机早已停止生产了，因为成本太高。如今，诺日士公司基于这种技术开发出了彩色数码扩印系统，使之成为诺日士 2707/2702数码彩扩系统的技术核心。微光阀的关键部件是一个由含有铅、镧、锆、钛等金属的化合物的陶瓷电极，该电极看上去是透明的，施加电压以后，它能够改变通过它的光线的偏振方向。电极夹在两层偏振镜之间，两层偏振镜的偏光方向并不一致，当电极两端没有电压时，光线经过起偏偏振镜而成为偏振光，因为偏振方向不一致，未经扭转的偏振光不能通过过滤偏振镜，相当于阀门关闭，当电极两端施加一定的电压以后，偏振光的偏振方向被扭转，能够通过过滤镜，相当于阀门打开。大量微光阀排成长条形阵列的曝光头依靠卤素灯提供光源，光线经光导纤维传输到曝光头，其分辨率可以达到400dpi，幅宽可以达到12英寸。卤素灯所发出的光线在进入光导纤维之前首先经过一个旋转的三色滤色镜，使光线交替变换为红、绿、蓝的单色光，并依次使相纸曝光不同的颜色。　　由于通过微光阀以后的光线变得比较弱，因此使用这种工艺曝光的彩扩系统相纸的走纸速度被限制在每秒1英寸，这样其工作效率要稍低一些，扩印4x6的相片的速度大概是每小时1000张。微光阀技术的优势在于分辨率可以达到400dpi，成像锐度比较好，但由于不同点由不同的微光阀控制曝光，因此曝光头的校准是很关键的，做起来也比较麻烦。三、荧光管技术(VFPH) 荧光管技术(VFPH)的基本原理和显示器显示图像是一样的，都是通过电子轰击荧光物质使之发光成像，只不过显示器是荧光屏上的荧光物质直接成像，而VFPH是荧光物质发光使相纸感光成像，当然电子束扫描的过程也不尽相同。其实这种技术在传统彩扩设备中已经使用了，是用在索引照片的打印上。在荧光管工作时，灯丝发射出的电子经电极(栅极)加速后打击在荧光颗粒上使之发光，成像宽度为12英寸的荧光管曝光装置的一条线上包括3584套电极和荧光颗粒，这能够使相纸以大约300dpi的点距曝光，相纸在荧光管表面移动，形成完整的图像。荧光颗粒是选择性地被打击，加上滤镜的过滤，VFPH能根据数码图像的数据向相纸的不同点照射蓝色和绿色光线，使这两种颜色的感光层感光,红色光利用发光二极管(LED)线阵产生，所以VFPH彩扩设备是和LED曝光共同工作的。在VFPH彩扩设备中，色彩的深浅是通过控制荧光颗粒的发光时间控制的，发光时间可以控制在0.5微秒到2毫秒之间，在以300dpi的分辨率打印4x6英寸的照片时，生产能力可以达到每小时1200张到1400张。VFPH的优势在于设备体积小，可以嵌入到彩扩设备的走纸通道中，使用普通彩扩相纸，富士公司甚至曾经开发了一种利用VFPH成像技术，集成拍摄和打印的一体化数码相机，能够以254dpi的分辨率，连续的色彩(24位)打印自己拍摄的数码照片： VFPH还有于一个优势就是技术比较简单，设备价格也便宜，柯尼卡 QD21 数码彩扩设备使用的就是 VFPH 技术，生产能力为每小时1800张(3x5英寸)。国内远潮公司所推出的价格比较低廉的幻影2000II数码彩扩设备所使用的面阵CRT技术也是一种荧光管曝光技术，这家公司甚至提供改装设备使普通彩扩机升级数码彩扩功能。柯尼卡 QD21 远潮幻影2000II VFPH的缺点在于荧光物质易老化，每点之间的发光强度需要精细地校准，这是非常困难的。总体而言，相对于上一节所介绍的激光与微光阀技术，荧光管的扩印效果要差一些，有较多技术局限，发展潜力有限。四、数字光线控制技术(DLP) 数字光线控制技术Digital Light Processing原本是美国德州仪器公司(TI)为数字投影和数码影院开发的一种专利图像技术，是以数字微镜装置 Digital Micromirror Device(DMD)为核心部件来控制光线反射，将图像投射成像到屏幕的一种投影技术。在数码数码彩扩领域，爱克发将其用在Dimax中打印索引照片，真正用它作成像单元的彩扩设备是诺日士的 QSS-2802，属于光阀门式。 DMD芯片是DLP的核心，一个DMD芯片由数量众多的DMD单元组成，没一个单元对应于数字图像的一个像素。DMD单元的结构如上图所示，在数字信号的控制下，微型镜片可以以每秒5000次的频率扭转。下图是相邻的镜片向不同方向扭转的示例：由光源发出的光线，经过透镜照射在DMD芯片上，数字信号控制镜片的扭转决定光线是否照射到相纸上以及照射多长时间，从而控制各个像素的曝光。下图是一组4位灰度像素成像的示意图。照射到DMD芯片的光线的色彩通过滤色镜来改变，一个旋转的滤色镜轮，使光线的色彩在R、G、B间循环变换，DMD镜片的动作与之相配合，控制各色曝光量，随着纸的移动最终形成图像：爱克发用在Dimax上打印索引图的DLP器件是XGA级的，其DMD包括1024x768个微镜片，真正用在彩扩曝光中的DLP是SXGA级的，包括1280x1024个微镜片以上。但在1024行微镜片中真正用到的不过约300行，这300行镜片在相纸上形成一条成像带，最终成像的每个像素实际都经历了300次曝光，各原色曝光的多少由曝光时间的长短和参与曝光的次数综合控制。由于有如此多的曝光次数，DLP曝光的亮度是可以很高的，这就为高速作业提供了可能，以诺日士QSS-2802数码彩扩设备为例，生产能力高达每小时2500张(3x5英寸)，最高可以达到每小时10000张。 DLP技术的成像质量是非常好的，尽管其分辨率只能达到250dpi，但色彩饱和、逼真、锐利，色调连续，清晰度高、画面均匀。由于目前DMD芯片的分辨率只能达到1280点，以250dpi工作时，扩印幅宽限制在了5英寸以下，德州仪表公司已经开发了分辨率为1920x1080DMD的芯片，如果用这种芯片，可以以240dpi的分辨率扩印8英寸宽的图像。数码彩扩技术努力方向彩扩设备的数码化已经是无可置疑的发展潮流，但是数码彩扩技术的发展仍面临许多难题，这包括生产效率、分辨率(直接关系到成像质量)、最大幅宽、可操作性等，分辨率和输出幅宽决定成像质量和产品规格，生产效率取决于每个像素的曝光量，像素的曝光量不但关系到曝光速度，还决定是否需要使用专用的相纸，这关系到运作成本。像素的曝光量激光彩扩技术中每个像素的曝光时间是纳秒级的，其它几种曝光技术中，像素的曝光时间是微秒和毫秒级的。在激光彩扩设备中每个像素曝光的时间是固定的，一般在100纳秒或100纳秒以下，曝光量通过改变激光的强度控制，因为曝光时间短，因此要用专用的高速相纸才能达到理想的效果。其它数码曝光技术每像素的曝光时间在1-10微秒之间，曝光量通过曝光时间和曝光次数控制，它们都可以使用普通的彩色相纸。生产能力像素曝光时间限制了生产能力。激光彩扩技术目前的生产能力可以达到每小时2000张(4x6英寸)，潜力为每小时10000张；由于像素曝光时间最长达到几毫秒，微光阀技术和荧光管技术的生产能力都被限制在每小时1200张(4x6英寸)；DLP技术得益于多次曝光，生产能力达到每小时2260张(4x6英寸)，也有每小时10000张的潜力。输出幅宽设备的设计决定了输出幅宽。激光彩扩技术可以输出幅宽20英寸的图像，微光阀技术、LED技术和荧光管技术保证300或400dpi的精度，可以输出到12英寸，这在一般彩扩业中已经足够了。DLP技术目前只能输出宽度5英寸以下的图像，如果输出精度降低到160dpi，可以输出8英寸宽的图像，但图像质量就很差了。

lottie · 发表于 2003-8-16 03:35:00

很好，就是看得有点头晕

icegoods · 发表于 2003-11-11 20:52:00

有道理

dv · 发表于 2003-11-22 09:46:00

autour · 发表于 2003-11-25 21:16:00

没看懂，后悔了

南山王 · 发表于 2003-11-27 17:01:00

荧光管技术(VFPH)与CRT显示核心技术相似，但是能做到300DPI，实在是不容易。

bluecyber · 发表于 2004-1-23 23:17:00

上当了。

数码彩扩系统的核心技术