CN1624583A - 一种用于打印机的线圆形网点的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于打印机的线圆形网点的生成方法。传统的网形有线形，圆形，椭圆形，方形等等。这些网形普遍都采用了单一的变化规律，难免会在某些色调上不能满足硬拷贝的需求。本发明所生成的线圆形网点采用了这么一种方案，即在浅调和深调区域采用圆形网点的变化规律，在中间调则是采用线形网点的变化规律，这样一来就避开线形网点和浅深调和圆形网点在中间调存在的问题。采用本发明所述的网形，会使图像层次的过渡更加平滑，也去除了线形或圆形网点存在的纹理，使得打印机的成像质量大大改观。

Description

一种用于打印机的线圆形网点的生成方法

技术领域

本发明涉及图像硬拷贝复制领域，具体涉及一种用于打印机的线圆形网点的生成方法。

背景技术

现代胶印采用的是柯式印刷，即四色套印，也就是将彩色图片分成四色：青(C)，品(M)，黄(Y)，黑(K)四色。对于一种油墨来说，它的颜色和浓度是固定的，即输出结果是2值，即0和1，分别代表了油墨的存在与否，并没有中间的灰度级，这就决定了一幅将要被打印的图像应该是由二进制的图像元素组成的。完成从灰度图到2值图像的操作过程叫做挂网。挂网也叫加网，是指把连续色调的图像分解成网点的过程。加网后的图像，用网点的大小或疏密反映图像实际的层次。对图像进行加网的过程在图像学中称为数字半色调过程。如果网点间距离相等而大小是变化的，称为调幅网；网点大小相同而间距是变化的，称为调频网。上述内容可见文献“RIP挂网中的网形设计及自定义网形模块的实现”(作者杨均正，北京大学硕士学位论文，2001)。

当我们使用放大装置观看印刷出的图像时，细细观察我们先前肉眼能够看到的微小的点粒，我们可以发现单一颜色的点粒的排列规律。点粒的变化规律有以下两种：点粒中心位置规则排列，点粒的大小随局部灰度级的增大而增大，这种图像是由调幅网挂网生成的。其中各种形状的点粒业界称为网点。另外一些图像，其中的点粒更加细小，并且它们的大小相同，只不过灰度层次高的地方点粒密集，层次低的地方点粒稀松，这种图像就是调频网挂网生成的。其中的点粒一般也称为网点，不过它的意义和调频网中的网点不同。在调幅网中网点的形状和大小随灰度层次的增加而改变的规律称为网形。传统的网形有：线性网形，圆形网形，正方形网形，椭圆形网形，还有一些比较特殊的网形，具体可以参看文献“Moirein FourColor Printing，TAGA Proceedings”(Paul A.Delabastita，ScreenTechniques：Moire in Four Color Printing，TAGA Proceedings，1992，1：44-66)和“RIP挂网中的不规则网形设计和调幅调频网研究”(作者：张成，北京大学硕士学位论文，2002)。

在生成有理调幅网时，网点形状的控制是用阈值运算(Thresholding)的技术实现的。首先把照排机像素平面用特定尺寸的正方形划分，这个正方形对应于相应大小的数值矩阵，把需要挂网的图像的像素与阈值矩阵对应的元素比较，如果像素值比矩阵元素值小，就把此处的照排机像素图黑，否则就把此处置成白色。这就是挂网的过程，挂网又称为二值化过程。由此可见，网点形状的产生，主要取决于阈值矩阵内的数据分布。阈值矩阵被按照有理角度正交排列的正方形所铺满，每一正方形是一个网点所对应的区域。因此要得到阈值矩阵的数据分布，就必须确定每一正方形内的数据分布规律。定义网点正方形内的阈值矩阵元素的分布规律，称为网点函数(SpotFunction)。

在定义网点函数的时候，我们通常把网点函数的定义域设在[-1，1]上，值域则设在[0，1]上。通常，网点值用z来表示，网点空间用(x，y)来表示，则，网点函数是：z＝s(x，y)，z，|x|，|y|∈[0，1]

在实现网点函数时，通常用一个n×n的整数矩阵来表示，以下把此矩阵称为网点函数矩阵。在二值化时，对于表示反射率的像素值p，矩阵内所有归一化后小于p的元素对应的照排机像素被涂黑，从而形成对应的反射率。因此，阈值二值化后被涂黑的像素数目和n×n的比值应为p。为了满足这个条件，阈值矩阵应具有下列要求：

a[i，j]∈[0，n×n-1]            条件1

a[i，j]≠a[i′，j′]    if  i≠i′  or  j≠j′  条件2

i，j，i′，j′∈[0，n-1]

为了满足上面的要求，对每一网点函数矩阵元素，先对网点函数在[0，1]值阈内求值，然后把此值乘以(n×n-1)。

同时，形状的保证主要由网点函数的定义来实现，由于网点函数是要以有理角度平铺到阈值矩阵里，所以，其上下边、左右边必须相等。网形变化规律的要求也要通过网点函数的数学定义来实现，如白色区域的变化规律要和黑色区域的变化规律相同等。以上内容可以参看文献Moire inFour Color Printing，TAGA Proceedings(Paul A.Delabastita，ScreenTechniques：Moire in Four Color Printing，TAGA Proceedings，1992，1：44-66)。

传统线性网点的网点形状呈线条状，如图3所示，随着亮度值的增大，其宽度会越变越宽，此处的宽度可以是纵向宽度，也可以是横向宽度。这种网形通常运用于打印机输出，但是它还是存在一些问题，即在深调处和浅调处会出现断线的情况，如图5所示。例如，在激光打印机中，由于墨粉的物理粘附特性，会导致墨点丢失，从而造成“脏点”现象。

通常的圆形网点有两种，一种是纯圆，即网形自始至终(从浅调到深调)都是圆形。另外一种是欧式圆，在浅调处(亮度值小于50％)呈正圆形(Round)的规律变化，在深调处(亮度值大于50％)呈反圆形(InvertedRound)的规律变化。欧式圆形网点是最通用的网点，在本说明书中提到的“圆形网点”都是指“欧式圆形网点”。如图4所示，这种网点在中间调处存在问题，50％亮度处是这个网形变化的分界线，圆形网点在x方向和y方向同时达到50％。圆形网点的变化过程一般是由圆形慢慢扩大，到50％的时候成为方形，此时各个网点的四个角同时搭接，形成棋盘状，这时候就产生了所谓的网点层次阶调跳变，如图6所示，也称为阶调突变，也就是说，视觉上网形的正常连续扩大被网点之间的同时搭接所破坏。在中间色调起主要作用的图像的复制过程中，这种网点对图像的表现起到了破坏作用。同时，对于有高网目数要求，但是打印机的分辨率很低，则圆形网点很容易产生纹理。

从上述现有技术中可以看到，由于线性网点在深调处和浅调处的效果不是很理想，而在中间调就比较好；圆形网点在中间调处的效果不理想，而在深调和浅调处比较好。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提出一种用于打印机的线圆形网点的生成方法，该方法所采用的网形在任何色调上的效果都非常好，从而不存在色调突变和网点断线的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于打印机的线圆形网点的生成方法，包括如下步骤：

(1)生成浅调区域的网形，设该阶段的亮度区域为【0，per₁】，采用普通欧式圆的浅调部分的网形作为该阶段的网形，网点函数如下：

$z=\frac{x^2+y^2}{2}$

其中，z表示网点值，x、y表示网点的空间位置；

(2)生成浅调-中间调区域的网形，设该阶段的亮度区域为【per₁，per】，该阶段的起始亮度per₁，终止亮度per，且亮度随着|y|线性增长，网点函数如下：

                 per₁+|y|×(per-per₁)

(3)生成中间调-深调区域的网形，设该阶段的亮度区域为【per，per₂】，该阶段的起始亮度per，终止亮度为per₂，且亮度随着|x|-r1线性增长，网点函数如下：

$\mathrm{per}+\frac{\left|x\right|-r_1}{1-r_1}({\mathrm{per}}_2-\mathrm{per})$

(4)生成深调区域的网形，即亮度区域是【per₂，1】，采用普通欧式圆深调部分的网形作为该阶段的网形，网点函数如下：

$1-\frac{{\left(\right|x|-1)}^2+{\left(\right|y|-1)}^2}{2}$

上面按照浅调到深调的次序，分段设计了各个阶段的网形及网点函数，其中步骤(1)，(4)中，采用了传统欧式圆网点的网形，步骤(2)设计了圆形向线形过渡的过渡网形，步骤(3)设计了线形向圆形过渡的过渡网形。

进一步来说，为使本发明具有更好的效果，第(2)步和第(3)步所描述的网点形状的变化规律为，从浅调到深调先是圆形，然后是圆形逐步过渡到线形，再后是线形逐步过渡到圆形，最后是反圆形。

更进一步，上述各步骤中变量per₁和per₂的设定值可变，即圆形到线形的过渡点处的亮度值和线形到反圆形的过渡点处的亮度值可变，具体的数值可根据实际的硬拷贝设备(如打印机)的状态而定。

本发明的效果在于：采用本发明所述方法生成的线圆形网点克服了线形网点在深调浅调区域的“断线”问题和圆形网点在中间调区域的“色调突变”问题，在各个色调的表现都比较好，而且渐变图的变化平滑。

附图说明

图1是线形网点的渐变示意图；

图2是圆形网点的渐变示意图；

图3是线形网点的输入亮度和输出亮度的相对比较图；

图4是圆形网点的输入输出的亮度比较图；

图5是线形网点的“断线”问题示意图；

图6是圆形网点的“色调突变”问题示意图；

图7是线圆形网点分别在深调，浅调，和中间调区域的网点图；

图8是线圆形网点的渐变图；

图9是线圆形网点的阈值矩阵；

图10是域值分别为26、92和230时的网点图；

图11是线圆形网点的网形变化趋势图；

图12是本发明所述方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1和图2所示，图1是线形网点的渐变示意图，图2是圆形网点的渐变示意图。

如图11、图12所示，一种用于打印机的线圆形网点的生成方法，包括如下步骤：

(1)生成浅调区域的网形。设该阶段的亮度区域为【0，per₁】，经分析，圆形网点适合浅调，于是采用普通欧式圆的浅调部分的网形作为该阶段的网形，如图11中网形7到网形8和网形9所示。网点函数如下：

$z=\frac{x^2+y^2}{2}$

(2)生成浅调-中间调区域的网形。设该阶段的亮度区域为【per₁，per】，为了避开圆形网点在中间调存在色调突变问题，这个阶段的网形必须由圆形过渡到线形，本实施例中采用如图11中网形9-网形10-网形11-中间网形12所示的变化趋势，该阶段的起始亮度per₁，终止亮度per，且亮度随着|y|线性增长，从而可以得到网点函数：

per₁+|y|×(per-per₁)

(3)生成中间调-深调区域的网形。设该阶段的亮度区域为【per，per₂】，为了避开线形网点在深调存在的断线问题，这个阶段的网形必须由线形过渡到圆形，我们采用如图11中中间网形12-网形13-网形14-网形15所示的变化趋势，该阶段的起始亮度per，终止亮度为per₂，且亮度随着|x|-r1线性增长，从而可以得到网点函数：

$\mathrm{per}+\frac{\left|x\right|-r_1}{1-r_1}({\mathrm{per}}_2-\mathrm{per})$

(4)生成深调区域的网形，即亮度区域是【per₂，1】。这时采用了普通欧式圆深调部分的网形作为该阶段的网形，如图11中网形15到网形16所示。网点函数如下：

$1-\frac{{\left(\right|x|-1)}^2+{\left(\right|y|-1)}^2}{2}$

在本实施例中，为了让“圆线过渡网形”和线圆形过渡网形”的过渡更加平滑，也就是实现无缝过渡，我们在步骤2和步骤3中添加一种纯线形的变化阶段。在这阶段，网形先沿着y轴方向线形变化，再沿x轴方向线形变化(当然也可以先沿x轴方向再沿y轴方向)，如图11中网形11-中间网形12-网形13所示。

同时，为了实现上述的纯线形的网形，图11中中间网形12处的亮度百分比per的值必须由per₁算出，其公式如下：

$\mathrm{per}=2\×\sqrt{\frac{{\mathrm{per}}_1}{\mathrm{\π}}}$

这么一来，就可以达到图11中网形11-中间网形12-网形13的要求，使得两个过渡网形之间实现无缝过渡。

实际上，我们通过per₁，per₂来确定线形圆形过渡和圆形线形过渡的过渡点的。可以根据per₁，per₂算出

$r_1=\frac{\sqrt{2\×{\mathrm{per}}_1}}{2}$ $r_2=\frac{\sqrt{2\×{\mathrm{per}}_2}}{2}$

其中：r₂-为反圆形的起始半径

对于某个正规化后的网点坐标(x，y)：

如果 $\sqrt{x^2+y^2}<r_1,$ 说明处于浅调区域，我们采用上述步骤1的网点函数计算网点值；

否则， $\sqrt{{\left(\right|x|-1)}^2+{\left(\right|y|-1)}^2}<r_2,$ 说明处于深调区域，采用上述步骤2的网点函数计算网点值。

否则，如果|x|＜r₁，则按照步骤3的网点函数计算网点值；

否则，按照步骤4的网点函数计算网点值。

根据上面的分析，我们可以得到完整的网点函数公式如下：

具体来说：

1.设定两个关键亮度，实际使用我们取值为per₁＝10％，＝90％

  通过计算，可得：

1)浅调区域中圆形网点的截止半径即圆形到线形过渡的起始半

  径r₁＝0.22

2)深调区域中反圆形网点的起始半径r₂＝0.22

3)中间调即上述步骤2和步骤3之间的中间色调per＝36％。

通过图12所示的流程图，我们可以编写求取线圆形网点函数的伪代码如下：for(j＝0；j＜n；j++)//循环for(i＝0；i＜n；i++)//循环

{

  //对网点函数矩阵的坐标正规化

$x=\frac{2*i}{n}-1.0$

$y=\frac{2*j}{n}-1.0$

$\mathrm{if}\sqrt{x^2+y^2}<r1$ //这个时候还属于浅调区域，正圆形变化规律；

    {

$\mathrm{threshold}=\frac{x^2+y^2}{2}$

    }

  否则， $\mathrm{if}(\sqrt{{\left(\right|x|-1)}^2+{\left(\right|y|-1)}^2}<r2)$

  {//深调区域，反圆形的变化规律；

$\mathrm{threshold}=1-\frac{{\left(\right|x|-1)}^2+{\left(\right|y|-1)}^2}{2}$

    }

  否则，if(|x|＜d)//浅调-中间调，圆形向线形过渡

    {

$\mathrm{threshold}=\mathrm{per}1+\left|y\right|\&iexcl;(\mathrm{per}-\mathrm{per}1)$

    }

否则//中间调-深调，线形向圆形过渡

    {

$\mathrm{threshold}=\mathrm{per}+\frac{\left|x\right|-r1}{1-r1}\&iexcl;(\mathrm{per}2-\mathrm{per})$

}

threshold＝threshold*(n²+1)；

thre_matrix[j][I]＝threshold；

最后，生成平衡网点，我们选择如下的参数：

网目：150lpi

分辨率(H)：600dpi

分辨率(V)：600dpi

在该实施例中，首先根据分辨率、网目数和网角的有理正切a/b，决定阈值矩阵的宽度u

$u=r\&CenterDot;\frac{\sqrt{a^2+b^2}}{f}$

	a	b	u	网角	网目
						15度	15	56	246	14.995	141.4
45度	38	38	228	45	141.42
						90度	0	125	500	0	150

生成的阈值矩阵如图9所示。下面分别取出几个特征亮度值时的网点图，如图10所示，图中4、5、6部分分别是域值为26、92和230时的网点图：

域值＜26时属于圆形变化规律；

26＜域值＜92时纵向的线形变化规律；

92＜域值＜230时横向的线形变化规律；

域值＞230时属于反圆形变化规律。

线圆形网点生成后的深调，中调，浅调部分的网点图例，以及其渐变图例如图7和图8所示。图7中的1、2、3分别表示深调，浅调和中间调部分的网点。

Claims (3)

1.一种用于打印机的线圆形网点的生成方法，包括以下步骤：

(1)生成浅调区域的网形，设该阶段的亮度区域为【0，per₁】，采用普通欧式圆的浅调部分的网形作为该阶段的网形，网点函数如下：

$z=\frac{x^2+y^2}{2}$

其中，z表示网点值，x、y表示网点的空间位置；

(2)生成浅调-中间调区域的网形，设该阶段的亮度区域为【per₁，per】，该阶段的起始亮度per₁，终止亮度per，且亮度随着|y|线性增长，网点函数如下：

                        per₁+|y|×(per-per₁)

(3)生成中间调-深调区域的网形，设该阶段的亮度区域为【per，per₂】，该阶段的起始亮度per，终止亮度为per₂，且亮度随着|x|-r1线性增长，网点函数如下：

$\mathrm{per}+\frac{\left|x\right|-r_1}{1-r_1}({\mathrm{per}}_2-\mathrm{per})$

(4)生成深调区域的网形，即亮度区域是【per₂，1】，采用普通欧式圆深调部分的网形作为该阶段的网形，网点函数如下：

$1-\frac{{\left(\right|x|-1)}^2+{\left(\right|y|-1)}^2}{2}$

上面按照浅调到深调的次序，分段设计了各个阶段的网形及网点函数，其中步骤(1)，(4)中，采用了传统欧式圆网点的网形，步骤(2)设计了圆形向线形过渡的过渡网形，步骤(3)设计了线形向圆形过渡的过渡网形。

2.如权利要求1所述的一种用于打印机的线圆形网点的生成方法，其特征是：第(2)步和第(3)步所描述的网点形状的变化规律为，从浅调到深调先是圆形，然后是圆形逐步过渡到线形，再后是线形逐步过渡到圆形，最后是反圆形。

3.如权利要求1所述的一种用于打印机的线圆形网点的生成方法，其特征是：上述各步骤中提到的变量per₁和per₂的设定值可变，即圆形到线形的过渡点处的亮度值和线形到反圆形的过渡点处的亮度值可变，具体的数值可根据实际的硬拷贝设备的状态而定。

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