DE1772367B2

DE1772367B2 - Verfahren zur gerasterten Reproduktion von Halbtonbildern

Info

Publication number: DE1772367B2
Application number: DE1772367A
Authority: DE
Inventors: Roman Dipl.-Ing. 2300 Kiel Koll
Original assignee: Dr-Ing Rudolf Hell 2300 Kiel GmbH
Current assignee: Dr-Ing Rudolf Hell 2300 Kiel GmbH
Priority date: 1968-05-04
Filing date: 1968-05-04
Publication date: 1974-03-21
Also published as: NL6906683A; NL160402B; DE1772367C3; DE1772367A1; FR2007849A1; GB1269093A; US3681650A; NL160402C

Description

duktion von Halbtonbildern, welches Rasterpunkte von verschiedener festgestufter Größe, jedoch nur in einer bestimmten Stufenzahl zu erzeugen gestattet, dadurch gekennzeich- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur feinstufig net, daß zur Erzielung derjenigen Dichtewerte, io gerasterten Reproduktion von Halbtonbildern, weldie zwischen zwei den vorgegebenen Rasterpunkt- ches Rasterpunkte von verschiedener festgestufter größen entsprechenden benachbarten Stufen lie- Größe, jedoch nur h. einer bestimmten Stufenzahl gen, Rasterpunkte unterschiedlicher, vorzugsweise zu erzeugen gestattet.

benachbarter Größe entsprechend dem wiederzu- Zum Zweck der Reproduktion von Halbtonbildern gebenden Zwischenwert gemischt aufgezeichnet 15 im Hochdruck oder im Offsetdruck müssen bekanntwerden, wobei der die Punktgröße beeinflussenden lieh die Druckformen gerastert sein, denn es ist bei Einrichtung ein Schwankungssignal überlagert diesen Druckverfahren nicht möglich, die Halbtöne wird. durch entsprechende Dickendosierung der Druck-

2. Verfaliron nach Anspruch 1, dadurch ge- farbe wiederzugeben. Die Dichteabstufungen werden kennzeichnet, daß die Mischung der Rasterpunkte 20 durch unterschiedliche Rasterpunktgrößen erzielt, durch das Schwankungssignal in statistischer Ver- Sofern es sich um mit Hilfe des chemographischen teilung erfolgt. Ätzverfahrens hergestellte Druckformen handelt, er-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch folgt die Aufrasterung auf photomechanischem gekennzeichnet, daß in der die Punktgröße be- Wege, indem man ein Diapositiv oder -negativ der einflussenden Einrichtung die Halbtonbildvorlage 25 Bildvorlage zusammen mit einer Kontaktrasterfolie punktweise lichtelektrisch abgetastet und eine den photographisch kopiert. Die Rasterfelder eines sol-Schwärzungswerten analoge Bildsignalspannung chen Kontaktrasters sind vignettiert, d. h., die Dichte gewonnen und mittels einer Abtastfrequenz quan- der Schwärzung nimmt von einem Größtwert in der tisiert wird, v.obei zu regelmäßigen, von der Ab- Rasterfeldmitte zum Rand des Rasterfeldes hin stetig tastfrequenz festgelegten Zeitpunkten der jewei- 30 ab. Als Kopiermaterial dient dabei ein Film, der lige Spannungswert der analoger. Bildsignalspan- sehr »hart« ist, also eine sehr steile Schwärzungsnung einer von mehreren diskr -ten, den verschie- kennlinie hat. Durch die Vignettierung des Kontaktdenen Rasterpunktgrößen (Dichten) entsprechen- rasters im Zusammenwirken mit der scharfen Empden Spannungsstufen zugeordnet wird, dadurch findlichkeitsschwelle des Films erreicht man, daß gekennzeichnet, daß der analogen Bildsignalspan- 35 die Größe jedes Rasterpunktes von dem lokalen nung das Schwankungssignal vor der Quanti- Schwärzungswert des Halbtonbildes bestimmt wird, sierung überlagert wird. Hochdruckformen können bekanntlich auch mit

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- Hilfe von Graviermaschinen hergestellt werden, wobei kennzeichnet, daß das Schwankungssignal eine die Eindringtiefe des Gravierstichels in Abhängig-Wechselspannung ist, deren Amplitude gleich der 40 keit von dem jeweiligen Helligkeitswert der lichtelekhalben Differenz zwischen zwei aufeinanderfol- irisch abgetasteten Bildvorlage gesteuert wird. Die genden diskreten Spannungsstufen gewählt ist Rasterung wird hierbei durch einen Rasterfrequenz- und deren Frequenz disharmonisch zu der Abtast- strom erzielt, den man dem Steuerstrom des Gravierfrequenz liegt. sticheis überlagert.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- 45 Bei den vorstehend beschriebenen Rasterverfahrer kennzeichnet, daß das Schwankungssignal eine ergibt sich für jede Dichte des Halbtonbildes bei dii Wechselspannung ist, deren Frequenz mindestens Reproduktion eine bestimmte Rasterpunktgröße, die ein Viertel der Abtastfrequenz beträgt. entsprechend dem abgetasteten Dichtewert der Bild-

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, da- vorlage stetig veränderlich ist.

durch gekennzeichnet, daß als Schwankungs- 50 Es besteht neuerdings das Bedürfnis, Halbtonbildei

signal eine dreieckförmige Wechselspannung ver- in gerasteter Form mittels elektronischer Lichtsetz

wendet wird. geräte zu setzen, bei denen die Bildelemente, die der

7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, einzelnen Dichtewerten zugeordnet sind, in quanti dadurch gekennzeichnet, daß als Schwankungs- sierter und binär codierter Form gespeichert vorlie signal eine sägezahnförmige Wechselspannung 55 gen und bei ihrem Auslesen einen Elektronenstrah verwendet wird. steuern, der das zu reproduzierende Bild auf einen

8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 7, Bildschirm aufzeichnet. Zum Zwecke der Aufzeich dadurch gekennzeicnnet, daß die Abstände der nung eines gerasterten Bildes müssen die Bildinhalt! Dichten der diskreten Spannungsstufen gemäß der Rasterpunkte verschiedener Größe beispielsweisi der bekannten physiologischen Empfindlichkeits- 60 j_n einem Ringkernspeicher zugriffbereit vorhandei kurve mit zunehmender Schwärzung größer be- sein.

messen werden, und daß auch die Amplitude des Um die hierfür aufzuwendende Speicherkapazität ii

Schwankungssignals mit zunehmender Schwärzung vertretbaren Grenzen zu halten, muß die Anzahl de

vergrößert wird. verwendeten gespeicherten Bildelemente bzw. die An

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge- S₅ zahl der verschiedenen Rasterpunktgrößen stark be kennzeichnet, daß die Amplitude des Schwan- grenzt werden. Als Minimum für eine noch brauch kungssignals von einer Spannung abhängig ist, bare Wiedergabequalität werden, wie auch aus de die durch nichtlineare Verzerrung einer der Bild- Nachrichtentechnik bekannt, beispielsweise 32 Dichte

stufen als Büdelemente verwendet, und zwar als einzelne Rasterpunkte, deren Größen je einer der 32 Dichtesttifen angepaßt sind.

Eine solche verhältnismäßig grobe Abstufung kann zwar für sehr strukturreiche Bildpartien noch ausreichend sein, bei strukturarmen Bildpartien jedoch, also bei Flächen, in dene.i sich die Dichte nur sehr allmählich ändert, läßt die mit ihr erzielbare Wiedergabequalität erfahrungsgemäß sehr zu wünschen übrig. In diesen Flächen machen sich nämlich die Übergänge von einer Dicbtestufe zu einer anderen in Form von scharf gegeneinander abgesetzten äquidensitiven Zonen oder Inseln in einer das Auge störenden Weise bemerkbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildwiedergabe mit stufenlosen Dichteübergängen zu ermöglichen, ohne daß eine Erhöhung der Anzahl der zu speichernden Rasterpunktgrößen erforderlich ist.

Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß zur Erzielung derjenigen Dichtewerte, die zwischen zwei den vorgegebenen Rasterpunktgrößen entsprechenden benachbarten Stufen liegen, Rasterpunkte unterschiedlicher, vorzugsweise benachbarter Größe entsprechend dem wiederzugebenden Zwischenwert gemischt aufgezeichnet werden, wobei der die Punktgröße beeinflussenden Einrichtung ein Schv.ankunsssignal überlagert wird.

In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, daß die Mischung der Rasterpunkte durch das Schwankungssignal in statistischer Verteilung erfolgt.

In der die Punktgröße beeinflussenden Einrichtung, in der die Halbtonbildvorlage punktweise lichtelektrisch abgetastet und eine den Schwärzungswerten analoge Bildsignalspannung gewonnen und mittels einer Abtastfrequenz quantisiert wird, wobei zu regelmäßigen, von der Abtastfrequenz festgelegten Zeitpunkten der jeweilige Spannungsvvert der analogen Bildsignalspannung einer von mehreren diskreten, den verschiedenen Rasterpunktgrößen (Dichten) entsprechenden Spannungsstufen zugeordnet wird, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der analogen Bildsignalspannung das Schwankungssignal vor der Quantisierung überlagert wird.

Vorzugsweise ist das Schwankungssignal eine Wechselspannung, deren Amplitude gleich der halben Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskreten Spannungsstufen gewählt ist und deren Frequenz disharmonisch zu der Abtastfrequenz liegt oder eine Wechselspannung, deren Frequenz mindestens ein Viertel der Abiastfrequenz beträgt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung können darin bestehen, daß als Schwankungssignal eine dreieckförmige oder eine sägezahnförmige Wechselspannung verwendet wird.

Da das menschliche Auge in hellen Bildpartien viel geringere Kontraste feststellt als in den dunklen Partien, wird, um in den hellen Partien nicht zu wenige und in den dunklen Partien nicht unnötig viele Dichtestufen zu bekommen, keine gleichmäßige Abstufung der diskreten Spannungsstufen vorgenommen, sondern die diskreten Spannungsstufen werden vorzugsweise gemäß d.r physiologischen Empfindlichkeitskurve (Munsell'sche Funktion gleicher physiologischer Empfindur.^differenzen) mit zunehmender Schwärzung größer werdend bemessen, dementsprechend wird auch die Amplitude der Überlagerungsspannung mit zunehmender Schwärzung vergrößert.

Ein analytischer Ausdruck für den Verlauf der Amplitude eines solchen Schwankungssignals kann nicht angegeben werden, da die physiologische Empfindlichkeitskurve eine empirische Funktion ist. Allgemein läßt sich nur sagen, daß die Amplitude der Übergangsspannung einer anderen nichtlinearen Funktion folgt; ihr tatsächlicher Verlauf kann jedoch im konkreten Falle ohne Schwierigkeit ermittelt werden auf Grund der bereits erwähnten Bedingung, daß sie vorzugsweise gleich der Hälfte einer Dichtestufe, in diesem Falle also der jeweils durchlaufenden Dichtestufe, gewählt sein soll.

Um ein nichtlineares Ansteigen des Schwankungssignals zu erzielen, wird gemäß iinem weiteren Erfindungsvorschlag die Amplitude des Schwankungssignals vcn einer Spannung abhängig gemacht, die durch nichtlineare Verzerrung ei^T „r der Bildschvvärzung proportionalen Spannung gewonnen wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert; es zeigt

F i %. 1 a einen aus quantisierten Rasterpunkten aufgebauten Graukeil,

Fig. Ib einen gleichartigen, aber gemäß der Erfindung unter Rasterpunktmischung gebildeten Graukeil,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Überlagerung des Schwankungssignals an dem Beispiel dreier gleichgroßer Dichtestufen,

Fig. 3 die Überlagerung einer Dreieckspannung mit wachsender Amplitude im Falle größer werdender Dichtestufen,

Fig. 4 das Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Dreieckspannung gemäß Fig. 3.

Fig. 5 und 6 Beispiele verschiedener Schwankungssignale.

In Fig. ! a und 1 b ist der mit m bezeichnete Bereich eine mittlere Dichtestufe, der Bereich m — l die nächsthellere und der Bereich /w-f-1 die nächstdunklere.

Wenn man annimmt, laß die jeweilige Rasterpunktgröße derjenigen Dichte entspricht, die bei einem stufenlosen Graukeil in der Bereichsmitte 1 bzw. 2 bzw. 3 auftritt, so ist also in der Fig. la jeder Bereich an seiner rechten Grenze um eine halbe Dichtestufe zu hell und an seiner linken Grenze um eine halbe Dichtoitufe zu dunkel. In den Grenzbereichen 4 und 5 tritt daher gemäß F i g. 1 a ein scharfer Schwärzungsspruiig auf. Dieser Sprung ist in Fig. Ib dadurch beseitigt, daß jede der beiden senkrechten Rasterpunktreihen zu gleichen Anteilen Rasterpunkte der helleren und der dunkleren Siufe enthalten, die außerdem in jeder der beiden Reihen in anderer We>-e verteilt sind. Wie noch näher erläutert werden wird, handelt es sich dabei um eine statistische Verteilung. Das Ergebnis ist ein Dichtewert, der — wie beabsichtigt — dem Mittelwert aus den Werten der beteiligten Dichtestuf':n entspricht.

In entsprechender Weise werden auch die stetigen Übergänge zwischen der Bereichsmitte und den Bereichsgi jmzen erzielt, nämlich, indem der Anteil der eingestreuten Rasterpunkte einer benachbarten Dichtestufe vom Bereichsende zur Bereichsmiue hin möglichst stetig verringert wird.

Bei der Beurteilung der Wirkung der Fig. la und ] b ist zu berücksichtigen, daß es sich um eine stark vergrößerte Darstellung der Rasterpunktc handelt. In

der Praxis enthält bekanntlich der gröbste gebrauch- schließenden Bereich, z. B. tn-1 und m. Nähert sich liehe Raster 400 Rasterpunkte je cm². Schon hierbei die Bildsignalspannung der Bereichsmitte, so nimmt ist der einzelne Rasterpunkt so klein, daß das der Anteil der bei der Abfrage in diesem Bereich menschliche Auge ein Bild mit solcher Rasterung liegenden Augenblickswerte stetig zu.
nicht mehr nach einzelnen Rasterpunkten auflöst. 5 Die vorstehend genannte Größe des Spitze-Spitze-Um diese Verhältnisse nachzubilden, müßte man Hubes der Dreieckspannung stellt einen Optimalwerl diese Figuren aus einigen Metern Entfernung be- dar. Wenn nämlich dieser Hub kleiner ist als die trachten. Dichtestufenspannung, so wird die Rasterpunkt-

Was im Vorstehenden bezüglich der Dichtewerte mischung unvollkommen; ist er dagegen allzuviel ausgeführt wurde, gilt sinngemäß auch für Sättigungs- io größer, so werden schließlich auch Rasterpunkte werte von Buntfarben. eines übernächsten Bereiches beigemischt, und dies

In dem Diagramm der Fig. 2 bedeuten die äußert sich in einer gewissen Grobkörnigkeit des Ordinatenwerte Spannungswerte E der analogen Bild- reproduzierten Bildes.

signalspannung, die den Schwärzungswerten ent- Wie bereits erwähnt, sollen die Abtastfrequenz,

sprechen: hierbei ist E-Q dem Wert »weiß« züge- 15 d.h. die Folgefrequenz der Abtasttakte t_x und die ordnet. Diese analoge Bildsignalspannung wird im Frequenz des Schwankungssignals disharmonisch zuTakte einer Abtastfrequenz quantisiert, in den zu einander liegen. Hierdurch wird eine periodische regelmäßigen von der Abtastfrequenz festgelegten Wiederholung der Rasterpunktverteilung vermieden Zeitpunkten (Abtasttakt) der jeweilige Spannungswert und statt dessen eine mehr statistische Verteilung, wie einer von mehreren diskreten, den verschiedenen 20 bei Verwendung eines Zufallsgenerators, erzielt.
Rasterpunktgrößen (Dichten) entsprechenden Span- An Stelle der gezeichneten Dreieckspannung kann

nungsstufen zugeordnet. Die Abszisse ist in Fig. 2 ebensogut eine Sägezahnspannung überlagert werdie Zeitachse, auf der die Abtasttaktc der Quanti- den. Entscheidend ist nur, daß das benutzte Schwansierung der analogen Bildsignalspannung aufgetragen kungssignal geradlinige Flanken und möglichst keine sind. " 35 waagerechten Kurvenstücke aufweist.

Auf der Ordinate sind mittels der Linien 10, 11, In dem Diagramm gemäß Fig. 3 ist die Ordinate

12 und 13 gleichgroße Spannungsbereiche abgetra- in nach der erwähnten physiologischen Kurve steigen, von denen die Bereichern—1. m und m- I be- gende Spannungsbereiche m — 4... m + 3 eingeteilt, trachtet werden sollen. und der analogen Bildsignalspannung 14 ist ein

Jedem dieser Bereiche ist ein bestimmter einzelner 30 Schwankungssignal 16 überlagert, dessen Amplitude Spannungswert zugeordnet, im vorliegenden Falle ist in Abhängigkeit von der Größe der Bildsignalspandies immer der Mittelwert des Bereiches. Dieser Wert nung wächst. Das Maß dieser Abhängigkeit ist so gewird registriert, sofern Bildsignalspannungen auftre- wählt, daß der Spitze-Spitze-Hub des Schwankungsien, die innerhalb des betreffenden Bereiches liegen. signals stets wenigstens annähernd gleich dem von Der btr^ichsrnittelwert ist in der Zeichnung jeweils 35 der Bildsignalspannung durchlaufenen Spannungsdurch eine waagerechte gestrichelte Linie angedeutet. bereich ist. Überschreitet die Bildsignalspannung

Es sei angenommen, daß eine allmählich und eine Bereichsgrenze, so nimmt der Spitze-Spitze-Hub gleichmäßig dunkler werdende Bildpartie abgetastet entsprechende Zwischenwerte an.
wird. Dies ergibt eine analoge Bildsignalspannung, Eine Schaltungsanordnung, mittels welcher die

die nach einer flach ansteigenden Geraden 14 ver- 40 vorstehend beschriebene Dreieckspannung mit verläuft. Infolge der Quantisierung würden ohne weitere änderlicher Amplitude erzeugt werden kann, ist in Maßnahmen an den Stellen, an denen die Gerade 14 Fig. 4 angegeben.

eine der Bereichsgrenzen, z. B. U und 12, schneidet. An die Klemmen 21 und 22 ist die invertierte (mit

Schwärzungssprünge auftreten, wie sie in F i g. 1 a zunehmender Schwärzung wachsende) BildsignalvcranschauHcht sind. Durch die Überlagerung der 45 spannung E₁₁ erdsymmetrisch angelegt.
Bildsignalspannung mit einem Schwankungssignal. im An der Klemme 23 liegt eine Rechteckspannung,

vorliegenden Falle ein;r Dreieckspannung, wird er- welche an die Basen der beiden Transistoren 24 u.id rcichC daß die resultierende und zu quantisierende 25 geführt ist. Da der Transistor 24 ein npn- und der Spannung, die dem Kurvenzug 15 folgt, bei gewissen Transistor 25 ein pnp-Transistor ist, so wird der Abtasttakten einen Augenblickswert hat, der in dem 50 Transistor 25 gesperrt, wenn der Transistor 24 aufgezu der von der Bildsignalspannung durchlaufenen tastet wird und umgekehrt.

nächsthöheren oder nächstniedrigeren Dichtestufe Sobald der Transistor 24 leitend wird, setzt eine

liegt. Aufladung des Kondensators 26 über diesen Tranin der F i g. 2 sind alle abgefragten Augenblicks- sistor und die Widerstände 27 und 28 ein. Durch gewerte der analogen Bildsignalspannung, die in dem 55 eignete Wahl der Widerstandswerte und des Kapazi-Bereich m liegen, durch kleine Kreise und alle bei tätswertes wird die Zeitkonstante der Aufladung so einem der Abtasttakte im Bereich m4-1 oder m—l bemessen, daß sie groß ist im Vergleich zu der Aufliegenden Augenblickswerte mit Kreuzen bezeichnet. tastdauer; dies bedeutet, daß immer nur der erste,

Unter der — hier erfüllten — Voraussetzung, daß noch annähernd lineare Teil der Ladekurve benutzt der Spitze-Spitze-Hub der Dreieckspannung (dop- 60 wird.

pelte Amplitude) gleich der Dichtestufenspannung ist. Wird der Transistor 24 wieder gesperrt und statt

ersibt sich folgendes: Durchläuft die analoge Bild- dessen der Transistor 25 aufgetastet, so wird der signalspannung gerade die Mitte eines Bereiches (ge- Kondensator 26 über die Widerstände 29 und 30 umstrichelte Linie), so fallen richtigerweise alle abge- geladen. Sofern dies mit derselben Zeitkonstante gefrästen Augenblickswerte in diesen Bereich; über- 65 schieht, tritt am Kondensator 26 eine symmetrische schreitet sie dagegen gerade eine Bereichsgrenze, z. B. Dreieckspannung auf. Diese Dreieckspannung wird 11, so liegen die abgefragten Augenblickswerte je nach Verstärkung mittels des Verstärkers 31 über den zur Hälfte in dem bisher durchlaufenen und dem an- Transformator 32 in die Leitung 33 eingekoppelt, so

daß an der Klemme 34 die mit der Dreieckspannung überlagerte Bildsignalspannung zur Verfügung steht.

Da auch bei einer verschwindend geringen Bildsignalspannung (Weißwert) noch ein nicht allzu kleines Schwankungssignal vorhanden sein soll, sind die Hilfssp^nnungsquellcn 35 und 36 vorgesehen, welche den Kondensator 26 über die Widerstände 37 bzw. 38 aufladen.

Nicht nur die physiologische Err.pfindlichkeitskurve, sondern auch die Kurve, nach der die Amplitude des Schwankungssignals wächst, ist nichtlinear. Daher muß eine Nicht] inearität zwischen der Bildsignalspannung E_a bzw. — E₁₁ und der Amplitude des Schwankungssignals hergestellt werden. Dies geschieht mittels der Diodenstrecken 39 und 40, welche je zu einem der Widerstände 28 und 30 parallel ge-

schaltet sind. Auf Grund des Verlaufes der gekrümmten Diodenkennlinien wird der Einfluß dieses Nebenschlusses bei kleinen Werten der Spannung E_a gering sein, jedoch mit steigender Spannung E_a derart zunehmen, daß schließlich die Widerstände 28 und 3d praktisch kurzgeschlossen sind.

Falls statt einer symmetrischen Dreieckspannung eine Sägezahnspannung erwünscht ist, so müssen die Zeitkonstanten, also die Widerstandswerte der Wider-

ίο stände 27, 28 und 29, 30 sowie auch das Tastverhältnis der die Transistoren 24 und 25 steuernden Rechteckspannung unterschiedlich bemessen werden.

In F i g. 5 sind Dreieckspannungen 41, 42, 43 unc in F i g. 6 Sägezahnspannungen 44, 45, 46 mit ver schieden großen Amplituden dargestellt, wie sie be verschieden hohen Bildsignalspannungen auftreten

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

409512/1

Claims

I 772 367 1 2 Schwärzung proportionalen Spannung gewonnen WlFQ. Patentansprüche:

1. Verfahren zur feinstufig gerasterten Repro- 5