CN1428041A - 利用任意网格宽度和网格角度的网格的多级扫描 - Google Patents

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Abstract

讲述一种利用具有任意网格宽度和任意网格角度的网格(6)而对半色调图像进行数字式多级扫描的方法，其中，通过读出阈值和将所读出的阈值与半色调图像的色调值相比较来进行扫描。为此采用一些阈值矩阵，其中的阈值代表给定的网格(3)的一个或多个网目点，用该给定的网格(3)近似所希望的网格宽度和所希望的网格角度。在读出所述的阈值期间求出所希望网格(6)和给定的网格(3)的坐标之间的误差，一旦所述的误差超出给定的极限值，则通过修正阈值矩阵的读出地址来补偿所述的误差。也可以采用印刷值矩阵来代替阈值矩阵，在该印刷矩阵中存储了对于一个色调值适用的要印刷的印刷值分布。

Description

利用任意网格宽度和网格角度的网格的多级扫描
本发明涉及电子翻印技术的领域，并涉及一种用于利用任意网格宽度和网格角度的网格制作扫描图像的方法。
在大多数印刷方法中仅能印刷少数的印刷值分级。许多印刷方法甚至仅能再现两个印刷值，即要么将颜色置放到印刷材料上，要么不置放颜色。另外的印刷方法仅能再现少数粗略分级的印刷值，譬如只有16个印刷值。因此为了模拟印刷结果的、眼睛感觉为连续的精细分级的色调值标尺，毗邻地印刷网格状布置的网目点。通过变化网目点的大小在光学上形成较亮或较暗的色调。网目点的相互间距称为网格宽度，而网目点网格对x轴的角度称为网格角度。对于具有青、品红、黄和黑(CMYK)印刷颜色的多色印刷，为了使波纹图形最小化通常用相同网格宽度和0，15，45和75度网格角度的四种网格来工作。离此极小的偏离已经引起波纹，并因此引起劣质的或无法使用的图像翻印。
在制作复印稿样时，即在曝光颜色分离薄膜时、或在直接曝光印刷板时、或甚至在分辨率足够大的黑白或彩色印刷机中都采用扫描，以便能够印刷具有变化着的大小的网目点。按现有技术用数字式工作的曝光器来生成扫描的复印稿样。这些曝光器使用一种光源，以便曝光光敏的面，譬如薄膜或印刷板。这种光源可以在x和y方向逐步地相对于复印稿样行驶，并有针对性地接通和关断。在此产生小的面积单元，也称为″器件像素(Device Pixel)″，按光源的控制不同，这些面积单元可以单独地曝光或不曝光。在这些数字式曝光器中网目点由许多器件像素构成。在连接在前面的计算单元，也称为RIP(网格图像处理机)中，通过存储器中的一个位图示每一个器件像素。这些位的总体称为位图，并且是器件像素的数字式投影。
在过去公开了可以划分为3组的一系列用于数字式扫描的方法，所谓的无理的扫描法(以下称为IS、IS法或IS技术)、所谓的有理的扫描法(以下称为RT、RT法RTS技术)、和调频扫描法。所述的命名从在无理的扫描法中采用具有无理正切的网格角度，而在有理性扫描法中采用具有有理正切的网格角度的这种事实中得到说明。譬如在德国专利文献DE-28 27 596 C2中说明了一种无理的扫描法，而在德国专利文献DE-28 27 596中和在欧洲专利文献EP-0 539 397 B1中说明了有理的扫描法。
对于这两种扫描法的共同之处在于，在RIP的存储器中存在着网目点的也称为″阈值山脉″或″阈值矩阵″的数字式投影。在此也采用″阈值存储器″的概念。此投影由一组数值，所谓的阈值组成。为了生成数字式复印稿样，也称为扫描过程或扫描，对于每一个器件像素按依赖于扫描法的规则从阈值山脉中选出一个阈值，并与一个分配给器件像素的，通常通过扫描稿样获得的或从存储器中读出的色调信号相比较，并根据该比较设置或不设置位图中的有关的位，并因此也涂黑或不涂黑曝光器的所属的器件像素。确定分配给一个器件像素的阈值的过程也称为阈值访问。
在IS法中阈值存储器由在角度0度下存放的一个单个网目点的数字式投影组成。在扫描时必须对每个阈值访问实施每个器件像素的复杂的计算过程。在此必须既考虑网格宽度，也考虑网格角度，以下也仅称为网格。
在RT法中阈值存储器由一个或多个网目点的数字式投影组成。在存储器中存放阈值时已经考虑网格宽度和网格角度，并在存储器中如此组织阈值，使得相邻器件像素的阈值在阈值存储器中也是相邻的。因此在阈值访问时的计算过程基本上减少为一个地址连续转换。
两个方法在涉及用于生成网格的方法过程方面具有完全不同的技术实现。另一方面两个方法具有不同的技术优缺点，因而在实践中一会儿优选这一种方法，和一会儿优选另一种方法。由于在IS法中在阈值存储器中仅存放了一个单个的网目点，因此存在着小得多的存储位置需求。此外，用于选择阈值的计算过程允许确切地实现所有的网格，尤其也允许对于彩色印刷重要的15和75度的无理的角度。与此相反地，RT法只能以可通过有理的正切描述的值近似所要求的网格角度，其中，阈值存储器的位置需求大约与准确度成平方地增长。RT法的优点在于，既在硬件方面，也在软件方面可以用较小的工作量和更好的效率实现扫描过程，其中，在一种实践中在软件方面IS法获得特别坏的结果。尤其当要用统一的面积覆盖率扫描大的面积时，这也适用。在这里对于RT法可以预先生成一个符合面积覆盖率的，然后仅还须复制的比特样式。与此相反地，对于IS法原则上应对于每个要扫描的器件像素分开地计算所属的阈值访问。此外，在RT法中应不必添加噪声。在IS法中通常添加噪声，以便覆盖在这种方法中产生的干扰图形。在实践中这导至具有在印刷技术上起不利作用的撕裂棱边的网目点。除此之外，在具有不变面积覆盖率的大面积中，所述的噪声表现为翻印图像的光学上的不安定感。
在专利文献US5,315,407中说明了IS法的一种改进，用这种改进应减少通过相邻网目点的稍微不同的形式所产生的不安定感。为此如下来修改用于阈值矩阵定址的坐标，使得每个网目点的中心点移到各自最近的器件像素上。网目点因此获得均匀的形式。可是这种方法也具有IS法根本性的缺点，即对于每个要扫描的器件像素要进行阈值访问地址的复杂计算。
在德国公布文献DE197 22 697 A1中说明了一种互相结合IS法和RT法的优点的扫描。为此采用一个由阈值代表给定RT网格的一个或多个网目点的阈值矩阵，用该RT网格近似所希望IS网格的网格宽度和网格角度。在读出阈值期间求出所希望IS网格和给定RT网格的坐标之间的误差，并一旦所述的误差超出给定的极限值，则通过修正阈值矩阵的读出地址来补偿所述的误差。以此方式产生所希望的IS网格，而不必像在通常的IS法中那样进行阈值矩阵地址的复杂而费时的计算。另可选择地可以采用所存储的比特样式来代替阈值矩阵，通过将需要翻印的色调值与阈值矩阵进行比较已获得这些比特样式。
对于生成仅具有两个印刷值的扫描翻印，也就是对于印刷材料上的每个器件像素只能接受或不接受颜色的情况，在那里讲述了在德国公布文献DE197 22 697 A1中所阐述的联合IS/RT法。另一方面，适合于多级印刷法的，即适合于在印刷材料上可以再现微小数目粗略分级的印刷值的印刷法的RT扫描法是公知的。在欧洲专利文献EP 0598 104中说明了这种方法。每个网目点最多由4×4个器件像素组成，而每个器件像素可以接受8个不同的印刷值。随着要模拟的细级色调值标尺上的增长的值，首先提高一个器件像素中的印刷值，直至达到最小的色调级时为止。于是将网目点放大一些其它的器件像素，以便模拟色调值标尺的更暗的级。仅对于零度的角度描述所述的网格。
本发明基于的任务是说明一种扫描方法，用该扫描方法如下来改善和扩充在德国公布文献DE197 22 697 A1中说明的联合IS/RT法，使得它适合于生成一种多级扫描。本发明如下来达到这一点，即将联合IS/RT法的地址计算应用到多个阈值矩阵上，将所读出的阈值与图像信号的色调值进行比较，并从比较结果中求出对于有关的器件像素应该印刷可供支配的印刷值中的哪些。
以下借助附图1至7详细说明现有技术和本发明。所展示的：
图1为与器件像素的片段叠加的有理的网格，
图2为应通过有理网格近似的无理网格的附加叠加，
图3为按附图2剖视图中的在有理和无理网格之间的绝对值和方向的误差，
图4为用于修正误差的程序段，
图5为本发明的一个实施形式的方框图，
图6为本发明的一个修改的实施形式的方框图，
图7为印刷值在印刷值矩阵中的分布的实例。
为了更好理解本发明首先再次说明来自德国公布文献DE197 22697 A1中的联合IS/RT法的地址计算。附图1展示了器件像素(2)的片段(1)，该器件像素(2)与由用rp0...rp8表示的3×3网目点或网目点单元组成的有理网格(3)叠加。附加画入了笛卡儿坐标系的坐标轴x和y。网目点单元rp0...rp8像″瓷砖″那样无缺口地在x和y方向重复，并因此覆盖整个要扫描的面。网目点单元rp0...rp8具有网格宽度rwist，而有理的网格(3)具有通过整数ibist和iaist之比规定其正切的角度，即网格角度的正切是一个有理数。
附图2展示了应通过有理网格(3)近似的无理的网格(6)。所述的无理的网格(6)具有稍微偏离的网格宽度rwsoll，和也具有通过整数ibsoll和iasoll之比规定其正切的，稍微偏离的无理的网格角度。
以下用来自附图1和2的参数详述地址计算。譬如像附图2中所展示的那样应该用参数
网格宽度rwsoll＝8.485282器件像素
网格角度αsoll＝15度                             (1)生成无理的网格(6)。假设，通过具有rp×rp个网目点近似这个网格。通过以下的参数描述有理的网格：
rp＝3
iaist＝25
ibist＝7                                           (2)
通过几何计算推导出以下的参变量(sqrt＝平方根，atan＝正切反函数)：网格宽度rwist＝sqrt(iaist2+ibist2)/rp＝8.653836器件像素
网格角度αist＝atan(iaist/ibist)       ＝15.642246度
        iasoll＝rp×rwsoll×cos(αsoll)＝24.588461
        ibsoll＝rp×rwsoll×sin(αsoll)＝6.588457
                                             (3)
从参变量中iaist、ibist、iasoll、ibsoll中计算所述误差的绝对值和方向，按照在角度αist之下的rwist×rp个器件像素得出该误差为：
cerr＝sqrt(da2+db2)＝0.582009器件像素
αerr＝atan(db/da)＝-135度
                                         (4)
式中适用：
da＝iasoll-iaist
db＝ibsoll-ibist
                                         (5)
附图3展示了在附图2的放大的剖视图(7)中的按绝对值和方向的误差(8)。从中确定每个器件像素在扫描时沿x和y轴的误差。
dxa＝cerr×cos(αerr-αist)/(rwist×rp)＝-0.019539
dxb＝cerr×sin(αerr-αist)/(rwist×rp)＝-0.010991
dya＝cerr×cos(αerr-αist+90)/(rwist×rp)＝0.010991
dxb＝cerr×sin(αerr-αist+90)/(rwist×rp)＝-0.019539
                                         (6)
应如下来理解值dxa和dxb，即利用以其在x方向偏离坐标原点的每个器件像素，理论和实际之间的误差在x方向增长dxa器件像素，而在y方向增长dxb器件像素。
对于在面积中的任意位置x，y上的所述的器件像素，从参变量dxa、dxb、dya、和dyb中得出在翻印所要求的网格中的误差为：
x方向上的误差：erra＝y×dya+x×dxa
y方向上的误差：errb＝y×dyb+x×dxb
                                          (7)
按公布文献DE197 22 697 A1的联合IS/RT法在扫描期间不断修正这个误差。这以一种简单的形式用附图4中的程序段来阐述。通常逐行实施扫描过程，即首先对于y＝0和x＝0...n，然后对于y＝1和x＝0...n等等扫描全部器件像素。因而在程序行60...490和110...320中可找到x和y的环路结构。在程序行120中用环路计数器x和y以及尚需说明的计数器xaoffset和xboffset进行阈值访问。将如此求出的阈值在程序行140...150中与图像信号的一个外部色调值进行比较，并根据此比较涂黑或不涂黑所述的器件像素x，y。在程序行180...190中在计数器xaerr和xberr中累加每个x回路执行中的误差。在行340...350中对于每个y环路执行是类似地实现的。如果在xaerr和xberr中累加的误差按绝对值大于1个像素，则在程序行200...310中修正所述的误差。如果譬如xaerr小于-1，则从xaoffset中减去1。我们假设，以前xaoffset曾等于0)，则在所有其它的x环路执行时，在程序行120中的阈值访问时不再访问x的阈值，而是访问x-1的阈值。由此进行了本来的修正。在其它的连续的x环路执行中以-2，-3，等等考虑xaoffset，而在阈值访问时将xaoffset考虑作为修正。在行370...480中对于每个y环路执行进行类似的实现。在程序行70...100中在每个x环路执行之前，用已经在y环路中给定的误差值和修正值初始化它们的计数器。类似于此地，在第一次y环路执行之前将相同的计数器件初始化为0。对于阈值矩阵地址的计算法的进一步细化请参阅公布文献DE197 22 697A1。
附图5展示了本发明的一种实施形式的方框图。将要处理的器件像素的x，y坐标输送给地址计算(9)，用该地址计算(9)按上述的联合IS/RT法计算阈值矩阵地址，即通过不断的地址误差修正来从给定的有理的网格中生成无理的网格。将所计算的阈值矩阵地址输送给多个阈值矩阵(10)，其中，阈值矩阵的数目等于供支配印刷值的数目。在附图5的实例中假设了16个阈值矩阵，即在每个器件像素中印刷过程可以再现16个不同的印刷值。将从所述阈值矩阵(10)中读出的阈值T0...T15与要扫描图像信号的对于所述器件像素有效的色调值一起施加到各自一个比较器(11)上，该比较器(11)判定，各自的阈值是否小于或大于图像信号的色调值。在检测器(12)中分析处理这些16个二进制的判定，以便对于所述的器件像素选出可能的16个印刷值中的一个。
用阈值在阈值矩阵(10)中的合适的分布可以达到，所读出的阈值T0...T15在任何情况下单调地增长。于是，所有的阈值Tx小于图像信号的色调值的比较器(11)譬如提供二进制判定1，而其余的比较器提供二进制判定0。在所述的情况下由检测器(12)求取所述的比较器，直到所述的阈值Tx正好还小于图像信号的色调值时为止，并将此比较器(11)的号码作为印刷值输出。
附图6展示了本发明的一个修改的实施形式的方框图。将要处理的器件像素的x，y坐标输送给地址计算(9)，用该地址计算(9)按上述的联合IS/RT法计算阈值矩阵地址。但是将所计算的地址输送给多个印刷值矩阵(13)，其中，印刷值矩阵的数目等于要用扫描来模拟的色调级的数目。在附图6的实施例中假设了256个印刷值矩阵(13)，即应借助256个不同色调级的扫描再现印刷过程。在印刷值矩阵(13)中的每一个中存储了16个供支配印刷值的一种分布，用该分布模拟了各自的色调级，其中，人眼综合了经越多个相邻器件像素的印刷值的分布。将从印刷值矩阵(13)中读出的印刷值输送给选择器(14)，由图像信号的色调值如下来控制该选择器(14)，使得所述的印刷值矩阵(13)被接通到输出端，该印刷值矩阵(13)的所模拟的色调级相当于所述的色调值。附图7展示了在模拟色调级127的印刷值矩阵(13)中的印刷值分布的实例。
为了减少由于绘制过程或印刷机的不足而在所生成网格中可能产生的干扰残余结构，本发明的方法还可以扩充一个用于生成地址噪声的单元。在按附图5和附图6的两个所述的实施形式中这种扩充是可能的。为此安排了一个随机发生器(15)，该随机发生器(15)在-zmax和+zmax之间的通常小的数范围中生成随机数z。
按地址噪声的第一方法，将所述的随机数累加到阈值矩阵(10)或印刷值矩阵(13)的所计算地址的x和y分量上。合理地仅分别在x或y方向上的某个数目的k个地址步距之后加上所述的随机数。为了防止随机值累加，即为了保证地址分量的随机偏差不超出-zmax和+zmax之间的范围，在加一个新的随机数z_neu之前分别再减去以前加的z_alt是有理的。因此在x或y方向上的每次k个地址步距之后如下地通过随机数修改所计算的地址分量x_ber和y_ber：
x_neu＝x_ber+zx_neu-zx_alt
y_neu＝y_ber+zy_neu-zy_alt
                                        (8)
按联合IS/RT法的地址计算的准确分析表明：分别在x或y方向上的固定数目的地址步距之后进行有理网格和无理网格之间的地址误差的修正(请参阅公布文献DE197 22 697 A1)。
这可用于地址噪声的、考虑了IS/RT法的地址计算特点的第二方法。如果规则地在x方向上的sx_ber个地址步距之后，并在y方向上的sy_ber个地址步距之后应譬如对有理网格和无理网格之间的地址误差进行修正，则通过随机数变化这些值。此时，又通过减去以前加的随机数防止了所述随机数累加。于是在新随机变化的数目sx_neu或sy_neu的地址步距之后进行有理网格和无理网格之间的修正。
sx_neu＝sx_ber+zx_neu-zx_alt
sy_neu＝sy_ber+zy_neu-zy_alt
                                     (9)
与地址噪声的所述第一方法的差别在于，不将随机数直接加到地址分量上，而是随机地变化x，y平面中的地点，在这些地点上进行有理网格和无理网格之间的地址误差的修正。

Claims (6)

1.用于通过读出所存储的阈值和与一个半色调图像的色调值进行比较，而利用第一网格(6)的任意所希望的网格宽度(rwsoll)和任意所希望的网格角度(αsoll)来数字式地扫描所述半色调图像的方法，其中，
-给所述第一网格(6)分配具有x，y地址的第一坐标系，
-所述的阈值是具有给定网格宽度(rwist)和给定网格角度(αist)的第二给定的网格(3)的阈值，给该给定的网格(3)分配具有x，y地址的第二坐标系，
-在读出所述的阈值期间求出所述第一和第二坐标系的x，y地址之间的误差，和
-一旦所述的误差超出一个给定的极限值，则通过用于读出所述阈值的第二坐标系的x，y地址的修正来补偿所述的误差，其特征在于，
-在多个阈值矩阵(10)中存储第二给定的网格(3)的所述阈值，
-把从每个阈值矩阵(10)中读出的阈值和所述半色调图像的色调值进行比较，和
-从所述的比较结果中求出多级印刷方法的一个印刷值。
2.用于通过读出所存储的印刷值而利用第一网格(6)的任意所希望的网格宽度(rwsoll)和任意所希望的网格角度(αsoll)来数字式地扫描半色调图像的方法，其中，
-给所述第一网格(6)分配具有x，y地址的第一坐标系，
-所述的印刷值代表具有给定网格宽度(rwist)和给定网格角度(αist)的第二给定的网格(3)的一个或多个网目点，给该第二给定的网格(3)分配具有x，y地址的第二坐标系，
-在读出所述的印刷值期间求出所述第一和第二坐标系的x，y地址之间的误差，和
-一旦所述的误差超出一个给定的极限值，则通过用于读出所述印刷值的第二坐标系的x，y地址的修正来补偿所述的误差，其特征在于，
-在多个印刷值矩阵(13)中存储所述第二给定的网格(3)的所述印刷值，
-对于所述半色调图像的每个可能的色调值设立一个所分配的印刷值矩阵(13)，
-所述存储的印刷值是一种多级印刷方法的所述的印刷值，和
-对于所述半色调图像的一个色调值选出所分配的印刷值矩阵(13)，并读出一个印刷值。
3.按权利要求1或2的方法，其特征在于，通过随机数修改所述第二坐标系的被修正的x，y地址。
4.按权利要求3的方法，其特征在于，把所述的随机数和所述的x，y地址相加。
5.按权利要求3的方法，其特征在于，通过随机数变化所述第二坐标系中的、在其上修正所述的x，y地址的位置。
6.按权利要求3至5之一的方法，其特征在于，在应用一个新的随机数之前取消以前的随机数的影响。
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