DE19910367A1 - Farbsteuerung in einer Druckerpresse ohne Markierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Vielzahl von Farbsteuerungen einer Druckerpresse, wobei die Presse wiederholt ein Bild auf ein Substrat druckt. Die Farbsteuerungen steuern jeweils die Menge der Farbe, die zu den entsprechenden Farbtastenzonen auf dem Substrat gebracht wird. Das Verfahren schließt den Schritt des Messens der Farbwerte einer Vielzahl von Flächen eines ausgewählten Bildes, das auf das Substrat gedruckt ist, ein, um ein aufgenommenes Bildfeld zu erhalten. Als nächstes wird das aufgenommene Bildfeld mit einem Sollbildfeld ausgerichtet, das Sollfarbwerte für eine Vielzahl von Flächen umfaßt. Das aufgenommene Bildfeld wird mit dem Sollbildfeld Pixel für Pixel verglichen. Eine Matrixgleichung wird bestimmt, die die Farbsteuerungseinstellungen mit den Änderungen der Farbwerte des gedruckten Bildes auf dem Substrat über Empfindlichkeitsfaktoren für jedes der Vielzahl von Pixeln verbindet. Eine Lösung nach der Methode der kleinsten Quadrate der Matrixgleichung wird erhalten, um die Farbeinstellungen für jede Farbtastenzone zu erhalten. Die Farbeinstellungen werden an die Farbsteuerungen weitergegeben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein System und ein Verfahren zur Steuerung der Farbzufuhr in einer Bahn-Offset-Druckerpresse, um eine gewünschte Farbqualität eines auf einer Bahn gedruckten Bildes zu erzielen und beizubehalten. Ins­ besondere betrifft die Erfindung ein markierungsloses System zum Steuern der Farbzufuhr, das eine Abbildungsvorrichtung wie etwa eine Videokamera verwendet, um Farbwerte für mehrere Bereiche des auf der Bahn gedruckten Bildes zu erhalten.

Eine Bahn-Offset-Druckerpresse enthält eine Farbauftragsanordnung für jeden Farbton der in dem Druckprozeß verwendeten Farbe. Jede Farbauftragsanordnung schließt ei­ nen Farbenvorratsbehälter und eine in Segmente geteilte Klinge ein, die entlang der äußeren Fläche einer Farbrolle angeordnet ist. Die Farbmenge, die auf den Rollenzug der Presse gebracht wird und letztlich auf das Substrat, wie z. B. auf Papier, wird durch Änderung des Abstands zwischen den Klingenkantensegmenten und der äußeren Flä­ che der Farbrolle angepaßt. Die Position eines jeden Klingensegments relativ zu der Farbrolle ist unabhängig durch Bewegung einer Farbsteuervorrichtung, wie z. B. einer Justierschraube oder Farbtaste (Farbschlüssel) anpaßbar, um so die Farbmenge, die zu einem entsprechenden Längsstreifen oder einer Farbtastenzone auf dem Substrat ge­ bracht wird, zu steuern. Der Ausdruck "Farbsteuerungseinrichtung" soll jede Einrichtung einschließen, die die Menge an Farbe steuert, die zu einem entsprechenden Längsstrei­ fen oder Zone des Substrats gebracht wird.

Typischerweise wird die Farbe auch in Querrichtung von einer Längszone zu benach­ barten Zonen infolge von Vibrationsrollen ausgebreitet, welche in einer Querrichtung relativ zum Substrat oszillieren. Die Farbmenge auf der Farbrolle selbst ist ebenso an­ paßbar, indem der Winkel, den sich die Farbrolle pro Takt dreht, geändert wird. Typi­ scherweise erfolgt dies durch Anpassen einer üblichen Gesperranordnung.

Während die Presse läuft, beobachtet der Bediener kontinuierlich das gedruckte Aus­ gangsprodukt, um geeignete Farbtasteneinstellungen vorzunehmen, um eine angemes­ sene Qualitätskontrolle der Farbe des gedruckten Bildes zu erhalten. Wenn z. B. die Farbe in einer Zone zu schwach ist, stellt der Bediener die entsprechende Farbtaste ein, so daß mehr Farbe in diese Zone fließen kann. Wenn die Farbe zu stark ist, wird die entsprechende Farbtaste so eingestellt, daß der Farbfluß abnimmt. Während des Be­ triebs der Druckerpresse können weitere Farbeinstellungen notwendig sein, um sich än­ dernde Pressenbedingungen zu kompensieren, oder persönlichen Vorlieben des Kun­ den Rechnung zu tragen.

Die zuvor beschriebene visuelle Inspektionstechnik, die zusammen mit der Voreinstel­ lung einer Farbtaste und Farbsteuerung verwendet werden, sind ungenau, teuer und zeitverschwendend. Da weiter die erforderten Bildfarbtöne oft Halbtöne der Farbe kom­ biniert mit anderen Farbtönen sind, erfordern solche Techniken auch ein hohes Maß an Sachverstand des Bedieners.

Es sind auch andere Verfahren als die visuelle Inspektion des gedruckten Bildes be­ kannt, um die Farbqualität zu überwachen, wenn die Presse läuft. Farbsteuerung von Farbdruckprozessen kann erhalten werden, indem die optische Dichte eines Solltestbil­ des gemessen wird. Dabei kann die optische Dichte von verschiedenen Punkten des Solltestbildes gemessen werden, indem ein Densitometer oder ein scannendes Densi­ tometer entweder direkt oder indirekt im Bahndruckprozeß verwendet werden. Typi­ scherweise werden optische Dichtemessungen durchgeführt, indem das Solltestbild mit einer Lichtquelle beleuchtet wird und die Intensität des von dem Bild reflektierten Lichtes gemessen wird. Die optische Dichte (D) wird wie folgt definiert:

D = -log₁₀(R) (E1)

wobei:

R die Reflexionsstärke ist, die als Verhältnis von reflektierter Lichtintensität zur Intensität des einfallenden Lichtes definiert wird.

Das Solltestbild, das gemessen wird, ist oft in Form eines Farbstreifens der einzelne Farbflecken umfaßt. Der Farbstreifen erstreckt sich typischerweise in Breite der Bahn. Typischerweise schließen die Flecken volle Flecken und Halbtonflecken für jede der Primärfarbtöne ein, sowie einige volle Überdrucke. Der Farbstreifen wird oft in dem Randstreifenbereich der Bahn gedruckt und kann zum Registrieren als auch zum Zweck der Farbüberwachung verwendet werden. Jeder volle Fleck hat eine Solldichte, die das Farbsteuersystem aufrecht zu erhalten sucht. Das Maß der Farbaufbringung wird erhöht oder erniedrigt, um diese Solldichte zu erreichen. Die Halbtonflecken werden ebenso aufgezeichnet (wobei die Punktverstärkung berechnet wird), um zu bestimmen, ob das Wassergleichgewicht in Ordnung ist.

Die neueren Short-Cutoff-Pressen erfordern, daß die Markierungen annähernd 1,5 mm oder weniger sind. Ein Rand von etwa 0,2 mm ist erforderlich, um einen Farbfleck akku­ rat zu messen, wobei eine Breite von nur 1,1 mm oder weniger bleibt, die verwendet wird, um die Reflexionsstärke oder den Dichtewert zu berechnen. Kleinere Farbstreifen sind anfälliger für Schwankungen, die untrennbar mit dem Druckprozeß verbunden sind, und die Richtigkeit der Reflexionsstärke oder der Dichte, die auf einem schmalen Farbstreifen gemessen werden, ist deswegen fraglich.

Noch wichtiger ist jedoch die Tatsache, daß die Farbstreifen nicht immer die Farben der Arbeit (das gewünschte Bild das gedruckt werden soll) zeigen. Zum Beispiel ist ein gän­ giges praktisches Problem, dem man begegnet, wenn Farbe auf die Presse läuft, als "Inline-Problem" bekannt. Dieses Problem tritt auf, wenn die Farbauftragserfordernisse von zwei in einer Linie liegenden Bildbereiche (das bedeutet, daß zwei Bildbereiche in der gleichen Farbtastenzone liegen) zusammentreffen. Zum Beispiel kann ein Bildbe­ reich aus einem roten Auto bestehen und der andere kann aus einem kaukasischen Gesicht bestehen. Um das "Kirschrot" zu erhalten, daß das Auto benötigt, muß viel Ma­ gentafarbe verwendet werden. Das bringt unvorteilhafterweise mit sich, daß das Gesicht zu rot erscheint. Wenn ein Drucker in diese Situation kommt, versucht er, ein Magenta­ maß zu finden, das die Gesichtstöne und das Rot des Autos ausgleicht.

Zahlreiche Systeme sind entwickelt worden, um die Farbe auf einer Druckerpresse zu steuern, die keine speziellen Solltestbilder erfordern. Es wurden beispielsweise schon in den US-Patenten Nr 4,649,502, 4,660,159, 5,182,721, 5,224,421, 5,357,448 und 5,460,090 Systeme ohne Markierung beschrieben.

Bei Druckerpressen gibt es eine große Schwankungsbreite der Systemverstärkung zwi­ schen einem Druckvorgang und dem nächsten. Die Systemverstärkung betrifft die Men­ ge der Farbänderung infolge einer kleinen Änderung der Farbzufuhrmenge. Steue­ rungssysteme, die akkurat die Systemverstärkung vorhersagen können und die Schwankungsbreite der Systemverstärkung berücksichtigen, werden schneller konver­ gieren als Systeme, die weniger genaue Verstärkungsschätzungen haben.

Es wurden Farbsteuersysteme ohne Markierung gezeigt, die empirische Mittel zur Be­ stimmung der Systemverstärkung beschreiben. Solche Systeme sind z. B. in den US- Patenten Nr. 4,660,159 und 5,182,721 beschrieben. Weil das Ausmaß der Bedeckung der Druckerfarbe in einem Längsstreifen einen großen Effekt auf die Systemverstärkung für diese Farbe hat, muß dies für jeden neuen Auftrag wiederholt werden. Das ist ein zeitaufwendiger Vorgang, der darüber hinaus zusätzlichen Abfall produziert.

Alternativ dazu zeigen andere Systeme die Verwendung eines mathematischen Mo­ dells, um die Systemverstärkung abzuschätzen. Die US-Patente Nr. 4,649,502 und 5,357,448 zeigen z. B. die Verwendung der Neugebauer-Gleichungen, welche die Punktfläche und Reflexionsstärken von den Primärfarben zur Reflexionsstärke einer Halbtonfläche in Beziehung bringt. US-Patente Nr. 4,649,502 und 4,660,159 verwenden die Farbbedeckung zur Bestimmung der Systemverstärkung. US-Patent Nr. 5,224,421 geht davon aus, daß die optischen Dichten der Farben additiv sind.

Es gibt viele Aspekte einer Druckerpresse, die bei den in diesen Patenten beschriebe­ nen Modellen vernachlässigt worden sind. Keine dieser Modelle erlaubt eine Änderung der Leistungsfähigkeit der Farbauftragung in bezug auf die Bedeckung infolge von Rückfluß der Tinte, laterale Ausbreitung der Tinte infolge von oszillierenden Vibratorrol­ len in der Presse und das Verhältnis zwischen Farbfilmdicke und Reflexionsstärke. Der Ausschluß dieser Faktoren aus den Modellen hat einen nachteiligen Effekt auf die Ge­ nauigkeit der Bestimmung der Systemverstärkung und setzt damit die Systemleistung herab.

Systeme ohne Markierungen sind weiter darin beschränkt, daß keine Einrichtungen ge­ zeigt sind, um die Fläche des gedruckten Materials, das gemessen werden soll, genau auszurichten. Das ist insbesondere dann von Interesse, wenn Messungen auf einem sich bewegenden Substrat gemacht werden sollen, wo die Zeitgebung und Einstellung des Meßmechanismus schwierig sind. Aus diesem Grund sind die Meßpunkte, die von existierenden Systemen verwendet werden, zwangsweise größer als optimal und vor­ zugsweise in einem Bereich der Arbeit, wo die Farbe räumlich konstant ist.

Ein weiterer Aspekt, der von keinen der in diesen Patenten gezeigten Farbsteuersyste­ men ohne Markierung in Erwägung gezogen wird, ist der visuelle Einfluß von Flächen neben der Meßfläche auf das Erscheinen einer Farbe in einem Bild.

Die in US-Patenten Nr. 5,182,721, 5,224,421 und 5,357,448 beschriebenen Systeme erfordern das Sammeln von Spektraldaten an mehreren Meßpunkten des gedruckten Materials. Die Verwendung von Spektraldaten bedeutet eine zusätzliche Geldausgabe und limitiert die praktische Anzahl von Meßpunkten, die verfügbar sind. US-Patent Nr. 4,649,502 weist in ähnlicher Weise eine zusätzliche Ausgabe auf, da ein Infrarotkanal benötigt wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zur Farb­ steuerung ohne Markierung bereitzustellen, d. h. ein System und ein Verfahren zur ge­ nauen und effizienten Steuerung der Farbsteuereinrichtungen einer Bahn-Offset- Presse, die kein Drucken von speziellen Steuermarkierungen oder Flecken erfordert. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein genaueres Farbauftragssy­ stemmodell bereitzustellen, das verschiedene Faktoren in Betracht zieht, wie etwa die Effekte des Rollenzuges, die Gesamtverstärkung und das Verhältnis zwischen optischer Dichte und Farbfilmdicke auf dem Papier. Weitere Faktoren, die in dem Farbauftragssy­ stemmodell eingeschlossen werden können, sind Rückfluß von Farbe von der Farbrolle in das Farbreservoir und die Querbewegung der Farbe in benachbarte Farbtastenzo­ nen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung zu ermöglichen, daß sehr kleine Flächen des gedruckten Werks und entsprechende Flächen in dem Sollbild verglichen werden kön­ nen, und zwar mit Hilfe einer technischen Einrichtung zum genauen Ausrichten des auf­ genommenen Bildes und des Sollbildes. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den visuellen Einfluß von Flächen neben der Meßfläche auf die Erscheinung der Farbe im Bild zu berücksichtigen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Farbsteuerung ohne Markierung für eine Vielzahl von Farben (welche mehr als drei sein können) mit nur drei Spektralkanälen pro räumliche Meßfläche auszuführen.

Die moderne Computer-to-plate-Technologie hat die digitale Darstellung eines Bildes ermöglicht, das direkt auf eine Druckplatte über digitale Vordruckdaten transferiert wer­ den soll. Die Verwendung dieser digitalen Vordruckdaten erlaubt auch, daß eine einfa­ chere und akkuratere Plattenbedeckung erhalten werden kann. Die Plattenbedeckung ist das Verhältnis von der mit Farbe bedeckten Fläche auf der Druckplatte zur gesamten Plattenfläche, und stellt ein Maß für die Farbmenge, die erforderlich ist um ein ge­ wünschtes Bild zu drucken, dar.

Die Erfindung betrifft ein System zum Steuern der Farbzufuhr ohne Markierung, die eine Videokamera verwendet, um Farbwerte für eine Vielzahl von Pixeln auf dem Bild auf der Bahn zu erhalten. Die aufgenommenen Farbwerte werden zu den Sollfarbwerten ausge­ richtet und damit verglichen. Eine Matrixgleichung bringt Farbtasteneinstellungen mit Änderungen von Farbwerten für eine Vielzahl von Pixeln in bezug zueinander. Ein Pres­ senmodell sorgt für die Empfindlichkeitsfaktoren, die die Farbtasteneinstellungen mit den Änderungen der Farbwerte für jedes Pixel verbinden. Zumindest eine Lösung nach der Methode der kleinsten Quadrate der Matrixgleichung wird erhalten, um die Farbta­ steneinstellungen für jede Farbtastenzone bereitzustellen. Auf diese Weise ist es mög­ lich, eine Farbanpassung des gesamten Bildes zu erhalten, anstatt von nur einigen aus­ gewählten Testpunkten.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Bahn-Offset-Druckersystems gemäß der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Darstellung einer Farbauftragsanordnung, die eine Farbrolle ein­ schließt, ein Farbreservoir und Farbtasten;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Farbtastensteueralgorithmus, gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm des Farbsteuersystems, gemäß der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 5 zeigt die Offsets eines Bildes, das um das Zentrum eines anderen gedreht ist;

Fig. 6 zeigt die Offsets, wenn ein Bild im Hinblick auf die Vergrößerung zu einem an­ deren geändert werden soll;

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Farbaufbringsystemmodells;

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung, die den Farbfluß von der Farbauftrags­ anordnung auf das Band darstellt; und

Fig. 9 ist ein Graph, der die erscheinende Punktfläche mit der Punktfläche auf dem Plattenzylinder vergleicht.

In Fig. 1 ist ein Bahn-Offset-Druckersystem 10 zum Drucken eines Vielfarbbildes auf ei­ ner Bahn 12 gezeigt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel drucken vier Druckein­ heiten 14, 16, 18 und 20 jeweils eine Farbe des Bildes auf die Bahn 12. Jede Druckein­ heit 14, 16, 18, 20 schließt einen oberen Drucktuchzylinder 22, einen oberen Druck­ plattenzylinder 24, einen unteren Drucktuchzylinder 26 und einen unteren Druckplatten­ zylinder 28 ein, damit beide Seiten der Bahn 12 bedruckt werden können. Im Druckersy­ stem 10 sind die Farben 31, 32, 33 und 34 der jeweiligen Einheiten 14, 16, 18 und 20 typischerweise Schwarz (K), Cyan (C), Magenta (M) und Gelb (Y). Die Anordnung der Druckeinheiten 14, 16, 18 und 20 relativ zueinander wird durch den Drucker bestimmt und kann sich unterscheiden.

Jede Druckeinheit 14, 16, 18 und 20 schließt eine damit verbundene Farbauftragsan­ ordnung 36 ein, die in den Fig. 2 und 8 gezeigt ist. Die Farbauftragsanordnung 36 bringt Farbe auf die Bahn 12, um Bilder zu drucken und schließt ein Farbreservoir 38 ein, das neben einer Farbrolle (Farbkastenrolle) 40 angeordnet ist (auch als Farbball bekannt), die sich quer zum Band erstreckt. Eine Klinge 42 erstreckt sich entlang der Farbrolle 40 und ist in Segmente unterteilt, so daß der Abstand von jedem Segment re­ lativ zur Farbrolle 40 unabhängig eingestellt werden kann. Wie am besten aus Fig. 8 hervorgeht, hat jedes Klingensegment 44 eine Kante 46, die zu der äußeren Fläche 48 der Farbrolle 40 hin und weg bewegt werden kann, indem eine damit verbundene Farb­ steuereinrichtung oder ein Farbschlüssel bzw. Farbtaste eingestellt wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind eine Vielzahl von Farbtasten 50 an zueinander gleich be­ abstandeten Plätzen seitlich entlang der Farbauftragsanordnung 36 angeordnet, um gegen die Klingensegmente 44 an diesen Plätzen zu drücken, um die Größe des Ab­ stands zwischen der Rolle 40 und dem Klingensegment 44 festzusetzen und einzustel­ len, um somit die Dicke des Farbfilms, der auf der äußeren Fläche 48 der Farbrolle 40 entsteht, zu steuern. Die Anzahl der Farbtasten ändert sich für verschiedene Typen von Druckerpressen. Eine gängige Anzahl von Farbtasten für eine 36 Inch breite Bahn ist 24, so daß jede Farbtaste die Farbe für eine Farbtastenzone auf der Bahn steuert, die etwa 1 1/2 Inch breit ist.

Wie in Fig. 8 gezeigt, wird die Farbtaste 50 über einen bidirektionalen Stellmotor 58 an­ getrieben, der die Farbtaste 50 zu der Farbrolle 40 und davon weg bewegt, um das da­ zugehörige Klingensegment nach Wunsch zu positionieren. Eine Rotationssteuereinheit 52 arbeitet über eine Gesperranordnung (nicht gezeigt), um das Maß der Rotation jeder Farbrolle 40 pro Tag in bekannter Weise zu steuern. Das Maß der Rotation (Rotations­ winkel) in Zusammenhang mit den Positionen der Klingensegmente, bestimmen die Farbmenge, die auf einen Duktor 54 gebracht wird. Der Duktor 54 bewegt sich kontinu­ ierlich zurück und vor, vom Kontakt mit der Farbrolle 40 und einer Rolle 56 im Rollenzug 57. Die Farbfilmdicke, die auf den Duktor 54 im Rollenzug gebracht wird, ist proportional zu dem Produkt der Farbtastenöffnung und der Gesperreinstellung.

Farbe wird von der Farbauftragsanordnung 36 über die Farbrolle 40 zu dem Duktor 54 zu der Rolle 56 im Rollenzug 57 gefördert. Die Farbe wird dann von der Rolle 56 zu ver­ schiedenen anderen Rollen 60, 62 im Rollenzug 57 gebracht. Der Rollenzug 57 schließt auch mehrere Vibratorrollen 62 ein. Die Vibratorrollen 62 oszillieren in einer Querrich­ tung in bezug auf die Bahn (wobei die Richtung der Bahnbewegung als Längsrichtung definiert ist), um schließlich Farbe von einer Farbtastenzone zur nächsten auszubreiten. Die Farbe wird dann zu dem Druckplattenzylinder 24 gefördert, dem Drucktuchzylinder 22 und dann zu der Bahn. Fig. 8 zeigt nur den unteren Druckplattenzylinder 24 und den unteren Drucktuchzylinder 22. Es sollte klar sein, daß der Druck typischerweise auf bei­ den Seiten der Bahn 12 erfolgt, und jede Seite eine damit verbundene Farbauftrags­ anordnung 36 und einen Rollenzug 57 für jeden Farbton aufweist.

In den Fig. 3 und 4 ist die allgemeine Operation eines Steueralgorithmus für ein Farbsteuersystem ohne Markierung beschrieben. Das Farbsteuersystem 64 arbeitet zur Bestimmung der Farbtasteneinstellungen, um die Menge an Farbe zu steuern, die zu den Druckeinheiten 14, 16, 18, 20 und zu den entsprechenden Farbtastenzonen auf der Bahn 12 gefördert wird. Das Farbsteuersystem 64 schließt ein Farbaufzeichnungssy­ stem 66 ein, das eine Steuereinheit 70 und eine Bildaufnahmevorrichtung, wie etwa eine Videokamera 68, einschließt. Im Betrieb nimmt in Schritt 72 die Videokamera 68 ein Bild des gedruckten Bildes auf der Bahn über viele Farbtastenzonen auf. Die Steuerung 70 berechnet Bildwerte, die die Farbe anzeigen, wie etwa Reflexionsstärke, optische Dich­ tewerte, CIELUV- oder CIELAB-Werte für jedes Pixel im Blickfeld der Kamera. Ein auf­ genommenes Bildfeld wird hergestellt. Ein Feld, das Sollbildfarbwerte enthält, wird durch eine der nachfolgend beschriebenen Verfahren erhalten und wird in der Steuerung 70 gespeichert.

In Schritt 74 wird das aufgezeichnete Bildfarbfeld zunächst zu dem Sollfarbbildfeld aus­ gerichtet. Die aufgenommenen Bildfarbwerte werden dann mit den Sollbildfarbwerten verglichen, und zwar vorzugsweise Pixel für Pixel, um die gewünschten Änderungen der Farbwerte zu bestimmen. Eine Matrixgleichung, die jedes der Vielzahl von Pixeln um­ faßt, wird entwickelt, die die Farbtasteneinstellungen in bezug zu den gemessenen Än­ derungen der Farbwerte bringt. In Schritt 76 stellt ein Farbaufbringsystemmodell die Empfindlichkeitsfaktoren zur Verfügung, die die Farbtasteneinstellungen mit den Ände­ rungen der Farbwerte verbinden. In Schritt 78 wird eine Lösung nach der Methode der kleinsten Quadrate für die Matrixgleichung erhalten, um einen berechneten Satz an Farbtasteneinstellungen herzustellen. Die Farbtasteneinstellungen werden mit der Farb­ auftragsanordnung in Verbindung gebracht und die Farbtasten werden dann auf der Grundlage der berechneten Farbtasteneinstellungen positioniert.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel schließt insbesondere das Farbaufzeich­ nungssystem 66 eine Farbvideokamera 68 ein, die Rot (R), Grün (G) und Blau (B) Farb­ kanäle aufweist. Die Videokamera 68 wird verwendet, um sequentiell Bilder des ge­ druckten Bildes auf der Bahn aufzuzeichnen. Ein Farbaufzeichnungssystem 66 schließt solch eine Videokamera ein und mißt akkurat die Reflexionsstärke und optische Dichte einer Vielzahl von gedruckten Farbflecken, während die Presse in Betrieb ist und ist in US-Patent Nr. 5,724,259 vom 3. März 1998 beschrieben. Dieses Patent soll hiermit durch das Zitat mit aufgenommen sein. Alternativ dazu kann das System eine äquiva­ lente Abtasteinrichtung verwenden, um die Reflexionsstärke von dem gedruckten Sub­ strat zu messen.

Ein Unterschied zwischen dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung und dem System das in dem zuvor zitierten Patent beschrieben ist, ist die Grö­ ße der Pixel der Kamera. Die meisten Bilder beim Offset-Drucken werden eher mit win­ zigen Halbtonpunkten verschiedener Größe als Flächen voller Farbe gedruckt. Die Punkte sind nahe genug beisammen, so daß bei normalen Betrachtungsbedingungen die Punkte nicht sichtbar sind und die Illusion einer Farbe dadurch entsteht, daß die ver­ schiedenen Punktgrößen zusammen verschwimmen. Die Pixelgröße für die vorliegende Erfindung muß groß genug sein, daß das einzelne Pixel die Halbtonpunkte unscharf macht. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt die Videokamera 68 ein Bild mit 640 × 480 Pixeln her. Mit dieser Anzahl von Pixeln werden Moiré-Muster im großen und ganzen eliminiert, wobei das Blickfeld annähernd 25 × 25 cm beträgt. Eine vernünftige Größe für ein Sichtfeld ist eine volle Seite, die eine etwas große Kameraanordnung er­ fordert. Um ein unverzerrtes Bild einer vollen Seite auf einer Standardvideokamera zu erhalten, ist ein Arbeitsabstand von mindestens 30 cm erforderlich, obwohl goniophoto­ metrische Erwägungen einen Arbeitsabstand, der viel größer als dieser ist, nahelegen.

Alternativ dazu kann ein äquivalentes Bild mit Hilfe eines linearen CCD-Feldes mit Rot-, Grün- und Blaufiltern aufgenommen werden. Das Abscannen wird vorgenommen, wenn sich die Bahn über das lineare CCD-Feld bewegt.

Ein weiterer Unterschied zwischen dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und dem System, das in dem zuvor zitierten Patent gezeigt ist, ist der Farbraum. In dem zuvor zitierten Patent ist der bevorzugte Ausgangsfarbraum vom Status T der optischen Dichte, wobei bei der vorliegenden Erfindung der bevorzugte Farbraum ein Farbraum ist, der visuell gleichmäßig ist. Beispiele für annähernd gleichförmige Farbräume sind CIELAB und CIELUV. Verschiedene Einrichtungen um RGB-Reflexionsstärken in XYZ- Farbräume zu konvertieren und so in CIELAB und CIELUV werden in Seymor, J. "Why Do Color Transforms Work?", SPIE, Ausgabe 3018, Seiten 156-164, 1997, beschrie­ ben.

Für jedes Pixel produziert das Farbaufzeichnungssystem 66 einen Satz RGB-Werte, z. B. einen Satz von drei Zahlen, wobei jede davon zwischen 0 und 255 liegt und das re­ flektierte Licht in entweder dem roten, grünen oder blauen Kanal repräsentiert. Mit je­ dem Pixel ist auch eine Information über die X- und Y-Position verbunden. Das Farbauf­ zeichnungssystem 66 führt eine Anzahl von Korrekturen des aufgezeichneten Satzes an RGB-Werten durch, die die Korrektur der Vignettierung, der ungleichmäßigen Be­ leuchtung, des gestreuten Lichtes, der Nichtlinearität und der Spektralcharakteristiken einschließen kann, wie in dem zuvor zitierten Patent beschrieben ist. Jedoch führt das Farbaufzeichnungssystem 66 gemäß der vorliegenden Erfindung keine Lokalisierung eines Farbstreifens durch und kein Mitteln von Pixeln. In dem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel sind die erhaltenen Farbwerte die Reflexionsstärke, optische Dichte oder CIELAB. Die aufgenommenen Farbwerte werden für jedes Pixel erhalten und ein aufge­ nommenes Bildfeld wird hergestellt.

Sollbildfarbwerte können auf verschiedene Weise erhalten werden. Eine Art und Weise erfordert die Verwendung einer Vordruckversion des Bildes, das auf die Bahn gedruckt werden soll. Dabei werden z. B. die Druckplatten abgescannt, vorzugsweise bevor sie auf die Presse montiert werden. Das Abscannen der Platten liefert Information über das Farbauftragsmaß für jedes Pixel des Bildes für jeden Farbton.

Alternativ dazu können digitale Vordruckdaten verwendet werden, um die nötige Infor­ mation über das Farbauftragsmaß für jedes Pixel zu erhalten. Digitale Vordruckdaten sind von einem System, wie etwa einem digitalen CREO Computer-to-plate-System, er­ hältlich und zwar in konventioneller Form eines Tagged-Image-File-Formats (TIFF), das die Platte in einem 300 DPI-Format darstellt. Durch Berechnung der Punktverstärkung und Anwendung einiger Approximationen für die Kombination der Farben über die Neu­ gebauer-Gleichungen, wie weiter unten beschrieben wird, wird eine Approximation für R, G und B Sollbildfarbwerte für jedes Pixel erhalten.

Ein weiterer Weg, um die Sollbildfarbwerte zu erhalten, ist eine Farbprobe abzutasten. Eine Farbprobe des gewünschten Bildes, das gedruckt werden soll, ist fast immer er­ hältlich und ist vorteilhaft, weil die Probe voraussichtlich näher an das Bild kommt als die Wünsche des Kunden, wahrscheinlich noch näher als die Presse es ermöglichen kann. Unvorteilhafterweise schließt die Probe oft nur kontinuierliche Toninformation ein und nicht Linientechnik oder Text.

Es ist auch möglich, die Sollbildfarbwerte durch direkte Verwendung der Videokamera zu erhalten, um die Daten direkt von dem aufgedruckten Bild zu erhalten, wenn ein Farb-OK gegeben wurde. Ein Farb-OK zeigt an, daß das gedruckte Bild auf der Bahn für akzeptabel gehalten wird. Die Verwendung des Bildes auf der Presse selbst um die Sollbildfarbwerte zu erhalten ist einfacher als das Verwenden von Vordruckdaten, da das Bild auf der Presse direkt Reflexionsstärkewerte bereitstellt und nicht zusätzlich die Kalkulationen, die Punktverstärkung und Neugebauer-Gleichungen mit sich bringen, erfordert. Es ist darüber hinaus unnötig, die Vergrößerung und Rotationstranslationen (wird nachfolgend erklärt) zu korrigieren, da die Sollbildwertdaten mit Hilfe der Videoka­ mera erhalten werden, und zwar unter den gleichen Bedingungen unter denen die auf­ gezeichneten Bilddaten erhalten werden.

Um einen Vergleich zwischen den aufgenommenen Bildfarbwerten und den gespei­ cherten Sollbildfarbwerten zu erhalten, ist es notwendig, daß das aufgenommene Bild korrekt zu dem Sollbild ausgerichtet wird. Zum Beispiel muß, für ein gegebenes Bild, die Farbe der unteren linken Ecke der Autostoßstange mit der Farbe der unteren linken Ecke der Autostoßstange verglichen werden und nicht mit der Farbe eines anderen Teils des Bildes, wie etwa einer Nase eines Gesichtes.

Es gibt drei Arten von Fehlausrichtungen eines Bildes in bezug auf ein anderes, die kor­ rigiert werden müssen: Rotation, Vergrößerung und Translation. Natürlich sollten me­ chanische Schritte unternommen werden, um sicherzustellen, daß die vorgedruckten Bilder und aufgenommenen Bilder so gut wie möglich zusammenpassen. Jedoch wird die Übereinstimmung wahrscheinlich nicht so gut sein, daß die entsprechenden Pixel zueinander ausgerichtet sind. Zum Beispiel ist ein Vergrößerungsunterschied von nur 0,2% oder eine Rotation von nur 0,1 Grad groß genug, um zu bewirken, daß ein ganzes Pixel fehlausgerichtet wird.

Eine Korrektur der Rotation des aufgenommenen Bildes in bezug auf das Sollbild kom­ pensiert eine Kamera, die nicht perfekt unter rechtem Winkel zu dem auf der Bahn ge­ druckten Bild ausgerichtet ist. Eine Korrektur der Vergrößerungsunterschiede zwischen den zwei Bildern kompensiert die Verlängerung oder Kompression des Bildes in die X- und/oder Y-Richtung. Eine Korrektur der translatorischen Fehlausrichtung kompen­ siert die laterale oder longitudinale Position der Kamera, die in bezug auf das gedruckte Bild falsch plaziert ist oder das falsche Timing des Bildsammelsignals.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden das Sollbild und das aufgenommene Bild in eine Anzahl von kleineren Bildern aufgeteilt, wie etwa 9 oder 16 Unterbilder. Eine Kreuzkorrelation wird zwischen den entsprechenden Unterbildern berechnet, um die op­ timale Translation zum Ausrichten der zwei Unterbilder zu bestimmen. Der Prozeß der Kreuzkorrelation wird genauer im US-Patent NR. 5,412, 277 beschrieben. Man beachte, daß die Kreuzkorrelation hier nicht so berechnungsintensiv ist, wie die Kreuzkorrelation, die für Justier(Registrier)zwecke durchgeführt wird. Die Kreuzkorrelation ist nur für einen einzigen Kanal notwendig, da angenommen wird, daß die R-, G- und B-Kanäle der Videokamera ausgerichtet sind. Auch die Bilder für die Kreuzkorrelation können um den Faktor von vielleicht zwei oder vier in jede Richtung dezimiert werden.

Das Ergebnis von jeder Kreuzkorrelation für jedes Unterbildpaar sind zwei Paare von Koordinaten: (x_i, y_i), das Zentrum des Unterbildes i des Sollbildes und: (x_i', y_i'), der ent­ sprechende Punkt in dem aufgenommenen Bild.

Fig. 5 zeigt schematisch die Muster der kalkulierten X- und Y-Offsets eines Bildes, das um das Zentrum eines anderen Bildes gedreht worden ist. Das Unterbild, das am näch­ sten am Zentrum liegt, erfordert einen sehr kleinen X- und Y-Offset, um mit den entspre­ chenden Unterbildern aufeinander zu passen. Die Richtung des Offsets der notwendig ist, daß ein Paar von Unterbildern aufeinanderpaßt, hängt davon ab, in welcher Rich­ tung das Paar der Unterbilder von dem Zentrum der Drehung liegt. Die Offset-Rich­ tungen sind immer im rechten Winkel zu einer Linie, die zu dem Zentrum der Rotation führt.

Fig. 6 zeigt die Muster der Offsets, wenn die Vergrößerung eines Bildes im Vergleich zum anderen geändert werden soll, wobei das Zentrum der Vergrößerung in der unteren rechten Ecke ist. Die Richtungen der Offsets weisen immer direkt von dem Zentrum der Vergrößerung weg und die Größe der Offsets ist proportional zum Abstand des Zen­ trums der Vergrößerung.

Folglich gibt es zwei Sätze von Gleichungen, die verwendet werden, um die Konstanten für die geometrische Transformation zu finden. Ein Satz an Gleichungen für x ist wie folgt:

x₁' = (m_xcosθ)x₁ + (m_ysinθ)y₁ + x_s
x₂' = (m_xcosθ)x₂ + (m_ysinθ)y₂ + x_s
.
.
.
x_n' = (m_xcosθ)x_n + (m_ysinθ)y_n + x_s (E2)

In gleicher Weise ist ein Gleichungssatz für y wie folgt:

y₁' = (-m_xsinθ)x₁ + (m_ycosθ)y₁ + y_s
y₂' = (-m_xsinθ)x₂ + (m_ycosθ)y₂ + y_s
.
.
.
y_n' = (-m_xsinθ)x_n + (m_ycosθ)y_n + y_s (E3)

wobei:
m_x die Größe in x-Richtung ist,
m_y die Größe in y-Richtung ist,
θ der Rotationswinkel ist,
x_s der x-Offset ist und
y_s der y-Offset ist.

Dies kann in Matrixform wie folgt geschrieben werden:

Diese Gleichungen haben eine Lösung nach der Methode der kleinsten Quadrate wie folgt:

Diese Gleichungen stellen Werte für m_xcosθ, m_ysinθ, x_s und y_s bereit. Man beachte, daß es notwendig ist, daß m_x, m_y und θ einzeln bestimmt werden.

Die Positionsinformation für jedes Pixel wird für Vergrößerung, Translation und Rotati­ onseffekte infolge der Position und der Effekte der Kamera, der Position des Bildes auf der Bahn und der Strobezeitzählung korrigiert. Wenn z. B. ein aufgenommener Bildfarb­ wert einem Punkt im gedruckten Bild mit den Koordinaten (x, y) zugeordnet wird, dann würde der Farbwert bewegt werden, daß er mit neuen Koordinaten (m_xx, m_yy) verbun­ den wird, um eine Korrektur der Vergrößerungsfehlausrichtung zu bewirken. In gleicher Weise werden, wenn ein Farbwert einem Punkt in dem Bild mit den Koordinaten (x, y) zugeordnet wird, die neuen Koordinaten dieses Punktes durch (xcosθ + ysinθ, -xsinθ + ycosθ) dargestellt werden, um eine Korrektur der rotationsbedingten Fehlausrichtung zu bewirken, wobei θ die Größe der Rotation darstellt. Schließlich werden, wenn ein Farb­ wert einem Punkt in dem Bild mit den Koordinaten (x, y) zugeordnet wird, die neuen Ko­ ordinaten des Punktes (x + x_s, y + y_s) sein, um eine Korrektur der translatorischen Fehl­ ausrichtung zu bewirken. Wenn man die zuvor genannten Korrekturen zusammenfaßt, werden folgende Gleichungen erhalten und werden dazu benutzt, um die neuen Koordi­ naten (x', y') zu bestimmen, die jedem aufgenommenen Bildfarbwert zugeordnet werden sollen:

x' = (m_xcosθ)x + (m_ysinθ)y + x_s
y' = (-m_xsinθ)x + (m_ycosθ)y + y_s (E8)

Die Pixel, für die es kein Überlappen der beiden Bilder gibt, werden verworfen und die Farbwerte werden wenn notwendig interpoliert, so daß es möglich ist, die Werte auf der Grundlage von Pixel zu Pixel zu vergleichen.

Es ist wahrscheinlich, daß die Rotation und Vergrößerungsparameter sich nicht häufig ändern. So kann es möglich sein, m_x, m_y und θ nur, wenn es notwendig ist, mit dem zu­ vor genannten Prozeß zu kalibrieren.

Wenn die Bildaufnahme an einer sich bewegenden Presse durchgeführt wird, ist es wahrscheinlich, daß die Offset-Parameter x_s und y_s für jedes aufgenommene Bild aktua­ lisiert werden müssen. Techniken, um dies durchzuführen, sind im Stand der Technik wohl bekannt, so wie Kreuzkorrelation (siehe z. B. US-Patent Nr. 5,412,577) und Pha­ senkorrelation (siehe z. B. US-Patent Nr. 5,689,425).

Als nächstes werden die aufgenommenen Bildfarbwerte und die gespeicherten Soll­ bildfarbwerte Pixel für Pixel verglichen. Die Ergebnisse des Pixel für Pixel Vergleichs stellt die gewünschten Änderungen der Farbwerte für all die übrigen Pixel bereit. Dies wird für alle drei Farbkanäle durchgeführt.

Der folgende Abschnitt entwickelt die Gleichungen, die die gewünschten Änderungen der Farbwerte (vorzugsweise CIELAB-Werte) für einen bestimmten Farbkanal der Vi­ deokamera in bezug zu den Änderungen der Farbtasteneinstellungen bringen. Auf die­ se Weise kann eine Empfindlichkeitsmatrix bestimmt werden.

Die folgende Gleichung bringt die gewünschte Änderung des Farbwertes des CIELAB L*-Wertes in bezug zu den Änderungen der Farbtasteneinstellungen für ein einzelnes Pixel:

S_cL*C_Δ + S_mL*M_Δ + S_yL*Y_Δ + S_kL*K_Δ = L*_Δ (E9)

wobei
L*_Δ die gemessene Änderung des CIELAB L*-Wertes ist,
C_Δ, M_Δ, Y_Δ, K_Δ die Änderungen des Farbmaßes von Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz und
S_cL*, S_mL*, S_yL*, S_kL* die Empfindlichkeitsfaktoren des Systems (einschließlich Pressen­ verstärkung, Bedeckung, Farbcharakteristiken, etc.) oder in anderen Worten die Empfindlichkeit des L*-Wertes auf die Änderungen der entsprechenden Farbmaße C, M, Y und K sind.

Der Empfindlichkeitsfaktor S_xy ist somit die Größe der Änderung des CIELAB-Wertes "y" auf die Änderung des Farbmaßes "x" um eine Einheit. Die Empfindlichkeitsfaktoren sind nicht feste Konstante, sondern Werte, die von den Druckerpressenbedingungen ab­ hängen.

Die Empfindlichkeitsfaktoren ändern sich z. B. mit der Farbfilmdicke. Wenn die Farb­ schicht dünn ist, ist die Änderung der L*-Werte pro Einheit der Farbdickenänderung größer, als wenn die Farbschicht dünn ist.

Die Empfindlichkeitsfaktoren hängen auch von der Punktfläche auf der Platte für eine bestimmte Kombination von Pixel und Farbe ab. Wenn z. B. die Platte keine Magenta­ farbe an der Stelle, die dem bestimmten Pixel entspricht, braucht, dann sind die Emp­ findlichkeitsfaktoren für Magenta Null. Die Größe der Empfindlichkeitsfaktoren wird mit Zunahme der Punktfläche auf der Platte steigen.

Ähnliche Formeln können für die Änderung der a* und b*-Werte für ein einzelnes Pixel abgeleitet werden:

S_ca*C_Δ + S_ma*M_Δ + S_ya*Y_Δ + S_ka*K_Δ = a*_Δ
S_cb*C_Δ + S_mb*M_Δ + S_yb*Y_Δ + S_kb*K_Δ = b*_Δ (E10)

Diese drei Gleichungen für L*_Δ, a*_Δ und b*_Δ können zu einer einzigen unter bestimmten Matrixgleichung wie folgt kombiniert werden:

Diese Matrixgleichung kann nicht direkt für die Farbtastenänderungsvektoren gelöst werden, weil es eine unendliche Kombination von Farbtastenänderungsvektoren gibt, die die Gleichung lösen.

Die Addition von Daten von einem anderen Pixel in das System der Gleichungen ergibt sechs Gleichungen mit vier Unbekannten, wie folgt:

Die Zahlen im Index beziehen sich auf die Nummer des Pixels von welchem die Daten erhalten worden sind.

Die Erweiterung auf eine beliebige Anzahl n von Pixeln stellt eine lineare Gleichung von 3n-Gleichungen mit vier Unbekannten wie folgt bereit:
Formel S. 20

Pixel von der Kamera sind im allgemeinen in einem zweidimensionalen Raster ange­ ordnet, so daß die Numerierung der Pixel willkürlich ist: sie können entweder nach Rei­ hen oder Spalten angeordnet werden. Es gibt drei Gleichungen für jedes der n-Pixel in dem Bild. Der Wert von n ist etwa eine Viertelmillion für ein Bild einer Größe von 640 × 480 Pixel. Da es drei Farbmessungen für ein Pixel gibt, ist die Gleichung (E13) ein System mit Dreiviertelmillionen Gleichungen und vier Unbekannten.

Einfachheitshalber soll nun S die 3n mal 4 Matrix der Empfindlichkeitsfaktoren sein, N_Δ der 4-Punktvektor der Farbtastenänderungen sein und Z der 3n-Punktvektor der ge­ wünschten Farbwertänderungen. Dies hat die folgende lineare Gleichung zum Ergebnis:

SN_Δ = Z (E14)

Die zuvor genannte Gleichung ist überbestimmt, weil es mehr Zwangsbedingungen als Variable gibt und es nicht genug Freiheitsgrade gibt, um zu erwarten, daß exakt all die Gleichungen gelöst werden können. Die kleinste Quadratelösung der obigen Gleichung, ein Standardergebnis der linearen Algebra ist:

N_Δ = (S^TS)^-1S^TZ (E15)

wobei S^T die Transponierte von S ist.

Die Elemente von N_Δ stellen einen kalkulierten Satz von Farbtasteneinstellungen dar. Die Farbtasten werden proportional auf der Grundlage der berechneten Farbtastenein­ stellungen in jeder Farbtastenzone eingestellt.

Wenn man den Effekt von fast jedem einzelnen Farbpixel in dem Bild in Betracht zieht, und nicht nur 20 oder noch weniger Testpunkte, berücksichtigt diese Methode zum Teil wie die Farbe eines Pixels durch die Farbe aller benachbarten Pixel beeinflußt wird. Dies wird auch der Effekt des gleichzeitigen Kontrasts oder Farberscheinungsanpassung ge­ nannt.

Um die Empfindlichkeitsfaktoren in der obigen Gleichung zu berechnen, wird eine auf einem Modell basierende Gleichung entwickelt, die eine Farbcharakteristik approximiert (so wie L*, a* und b*) und zwar an einem Punkt der Bahn bei gegebenen verschiedenen Druckerpressenbedingungen einschließlich der Farbtasteneinstellungen. Die auf dem Modell basierende Gleichung wird dann nach den Farbtasteneinstellungen abgeleitet, um die Empfindlichkeitsfaktoren zu erhalten.

Die vollständige auf dem Modell basierende Gleichung wird dadurch erhalten, daß meh­ rere Gleichungen miteinander verbunden werden, die Teile eines Farbauftragssystem­ modells umfassen. Ein solches Farbauftragssystemmodell wird in der US-Patentan­ meldung Serien-Nr. 08/997,228, eingereicht am 23. Dezember 1997 unter dem Titel "Farbtastensteuerung in einer Druckerpresse die laterale Farbausbreitung einschließt, Farbsättigung und Rückflußkompensation". Diese Patentanmeldung soll durch das Zitat hier eingeschlossen werden. Ein Schema des Farbauftragssystemmodells wird in Fig. 7 gezeigt. In dieser Darstellung zeigen Variable, die mit horizontalen Pfeilen verbunden sind, Variable, die sich bei verschiedenen Aufträgen, die durchgeführt werden sollen, ändern. Die Variablen, die mit Pfeilen verbunden sind, die nach oben zeigen, zeigen Pa­ rameter, von denen angenommen wird, daß sie während des Auftrags konstant bleiben und wahrscheinlich auch von Auftrag zu Auftrag. Die relevanten Gleichungen werden nachfolgend wiederholt.

Ein Aspekt des Farbsteuersystems, das in dem Modell eingeschlossen ist, ist das Ver­ hältnis zwischen der aktuellen Farbtastenöffnung und dem angezeigten Farbtastenwert. Wie zuvor beschrieben, werden Signale von der Steuerung zu den entsprechenden Motoren geschickt, die die damit verbundenen Farbtasten bewegen. Das Verhältnis zwi­ schen den aktuellen Farbtastenöffnungen, z. B. gemessen mit einem Abstandsmesser, und dem angezeigten Farbtastenwert, kann über eine lineare Verstärkung und einen Kalibrierungsoffset nachgebildet werden. Das Verhältnis zwischen den Farbtastenöff­ nungen und den gezeigten Farbtastenwerten ist wie folgt:

P = a(N-b) (E16)

wobei:
P die Farbtastenöffnung in Mils ist,
N die angezeigte Farbtasteneinstellung in Prozent ist,
a eine meßbare Konstante ist und
b der angezeigte Wert, wenn die Farbtastenöffnung gerade geschlossen ist.

Ein weiterer Aspekt im Farbauftragssystemmodell ist das Verhältnis zwischen der Farb­ filmdicke auf der Farbrolle und der Farbtastenöffnung. Das Verhältnis zwischen Farb­ filmdicke auf der Farbrolle und der Farbtastenöffnung ist wie folgt:

T_b = z P (E17)

wobei:
T_b die Farbfilmdicke auf der Farbrolle ist,
z eine Konstante, die von der Farbe abhängt, ist und
P die Farbtastenöffnung wie direkt zuvor definiert ist.

Es wird davon ausgegangen, daß das Verhältnis zwischen der Filmfarbdicke auf der Farbrolle und der Filmfarbdicke auf dem Duktor auch linear ist. Die Rotationssteuerein­ heit setzt die Gesperreinstellung, daß sie linear den Winkel, den sich die Farbrolle wäh­ rend jedem Takt dreht, steuert. Der Rotationswinkel über den Klingensegmenten be­ stimmt die Menge an Farbe, die auf den Duktor transferiert wird. Das Verhältnis zwi­ schen dem Rotationswinkel und der Menge an Farbe, die auf den Duktor transferiert wird, wird auch als linear betrachtet. So ist die Farbfilmdicke, die auf den Duktor im Rol­ lenzug gebracht wird, proportional zum Produkt der Farbtastenöffnung und der Gesperr­ einstellung. Dieses Verhältnis kann so dargestellt werden:

T = gT_bR (E18)

wobei:
T die Farbfilmdicke auf dem Duktor ist,
g eine Konstante, die in bezug zur Effizienz des Farbtransfers steht,
T_b die Farbfilmdicke auf der Farbrolle ist und
R die Gesperreinstellung (in relativer Größe von 0 bis 1) ist.

Die laterale Bewegung der Vibratorrollen auf den Farbfluß kann auch in Betracht gezo­ gen werden. Die Auswirkung der Vibratorrollen auf den Farbfluß wird als Modell darge­ stellt, indem eine Farbtastenverteilungsfunktion verwendet wird, die mit den Farbta­ stenöffnungen gefaltet wird. Ein Faltungsmodell ist eines, in dem angenommen wird, daß das Öffnen einer gegebenen Farbtaste zur Folge hat, daß ein fester Prozentsatz an Farbe zu bestimmten von benachbarten Farbtastenzonen transferiert wird. Das Fal­ tungsmodell nimmt weiter an, daß der Prozentsatz der Farbe, die auf einer bestimmten Zone abgeschieden wird, unabhängig von der Größe der Farbtastenöffnung ist und ebenso unabhängig von der Plattenbedeckung und auch unabhängig von der Öffnung von benachbarten Farbtasten.

Eine Form der Farbtastenverteilungsfunktion ist ein Vektor V. Die Elemente des Vektor V können als Fraktion der Farbe interpretiert werden, die auf einer spezifischen Nach­ barfarbtastenzone verteilt ist. Jede Farbtaste hat ihre eigene Farbverteilung, die propor­ tional zur Farbtastenöffnung ist. Für eine Harris M1000B Druckerpresse, z. B. wird 46% der Farbe, die durch eine vorgegebene Farbtaste bereitgestellt wird, direkt in ihre ent­ sprechende Farbtastenzone geleitet, 20% wird zu unmittelbar benachbarten Zonen ge­ leitet und 4% wird zu dem nächsten Satz Nachbarn geleitet usw. So kann z. B. für eine Harns M1000B Druckerpresse der Vektor V wie folgt dargestellt werden:

V = [0,007 0,009 0,016 0,043 0,196 0,460 0,196 0,043 0,016 0,009 0,007]

Natürlich hängen die exakten Werte für eine vorgegebene Presse von dem lateralen Schub der Vibratorrollen und dem Layout des Farbzugs ab.

Eine Vektorgleichung, die die Farbfilmdicke auf dem Duktor in bezug zur Farbfilmdicke auf dem Plattenzylinder bringt, ist wie folgt:

L_i = V.TD (E19)

wobei:
L_i die Farbfilmdicke auf einer Bildfläche der Druckplatte auf dem Plattenzylinder in der i-ten Farbtastenzone ist,
V der Vektor ist, der die Farbtastenverteilungsfunktion repräsentiert und
TD der folgende Vektor ist:

[T_i-5 T_i-4 T_i-3 T_i-2 T_i-1 T_i T_i+1 T_i+2 T_i+3 T_i+4 T_i+5]^T

wobei:
T_i die Farbfilmdicke auf dem Duktor in der i-ten Farbtastenzone ist.

Die obige Gleichung kann in Form einer Matrixmultiplikation beschrieben werden:

L = VM T (E20)

wobei:
L eine 24 mal 1 Element-Matrix ist, wobei die Elemente Werte sind, die die Farbfilmdicke auf der Druckerplatte in jeder der Farbtastenzonen repräsentieren und
T eine 24 mal 1 Element-Matrix ist, die Werte enthält, die die Farb­ filmdicke auf dem Duktoren repräsentieren. (Die Größe wird durch die Tatsache bestimmt, daß es 24 Farbtasten auf der Harris M1000B Druckerpresse gibt.)

Eine 24 mal 24 Element-Matrix VM wird als die Vibrator-Matrix gebildet, wobei VM_ij den Teil der Farbe von der Farbtaste j darstellt, der die Platte in der Farbtastenzone i er­ reicht. Wenn die Farbverteilung über die Farbtasten gleichmäßig ist, dann ist die Matrix VM eine Toeplitz-Matrix, d. h. eine Matrix, in der jede Reihe eine verschobene Version der oberen Reihe ist. Jede Reihe enthält die Elemente des Vektors V.

Alternativ dazu kann die Matrix auch keine Toeplitz-Matrix sein. Ein genaueres Modell der Druckerpresse würde die Tatsache beachten, daß in den Farbtastenzonen mit ge­ ringerer Bedeckung die Farbe mehr Zeit im Farbzug verbringt, und sich daher weiter ausbreitet. Die Reihen der Matrix VM werden sich ändern, um dies zu berücksichtigen. Zudem erfolgt ein ähnlicher Effekt an den Kanten der Bahn, so daß die Ausbreitung an den Kanten größer ist.

Ein weiterer Aspekt des Modells ist das Verhältnis zwischen der Farbe, die an dem Duktor erforderlich ist und die Plattenbedeckung (ohne Berücksichtigung der Effekte der Vibratorrollen). Eine auf einem Modell basierende Gleichung für die Plattenbedeckung lautet wie folgt:

E = 0,54 C_i + 0,46 (E21)

wobei:
E der relative Farbverwendungsfaktor ist und
C_i die Plattenbedeckung für die i-te Farbtastenzone ist (eine dezimale Größe von 0 bis 1).
Die präzisen Konstanten in Gleichung (E21) hängen von dem Layout des Farbzugs ab.

Diese Gleichung zeigt, daß eine Farbzuführung von 46% von der Menge, die für eine volle Bedeckung benötigt wird, bereits für eine minimale Plattenbedeckung gebraucht wird. Diese ist die Bias-Menge, die in Fig. 7 gezeigt ist. Dies widerspricht der herkömmli­ chen Meinung, daß keine Farbe benötigt wird, wenn die Bedeckung minimal ist. Gemäß der herkömmlichen Meinung sollte die Farbtaste nicht geöffnet werden, wenn die Plat­ tenbedeckung nahezu Null ist. Jedoch ist die herkömmliche Meinung nicht richtig, da sie die Tatsache ignoriert, daß die Farbe nicht nur zu der Bahn hin transferiert wird, sondern daß ein Teil der Farbe auch zurück in das Farbreservoir transportiert wird.

Das Verhältnis zwischen der Farbfilmdicke an dem Plattenzylinder und der Farbfilmdicke auf der Bahn kann durch folgende Vektorgleichung dargestellt werden:

wobei:
F_i die Farbfilmdicke auf der Bahn in der i-ten Farbtastenzone ist,
L_i die Farbfilmdicke auf einer Bildfläche der Druckplatte auf dem Plattenzylinder 122 in der i-ten Farbtastenzone ist und
C_i die Plattenbedeckung für die i-te Farbtastenzone ist.

Die Farbfilmdicke auf der Bahn in der i-ten Farbtastenzone kann als folgende Gleichung geschrieben werden:

wobei:
F_i die Farbfilmdicke auf der Bahn an der i-ten Farbtastenzone ist (i ist der Zonenindex von 1 bis 24),
G die Gesamtsystemverstärkung ist (die die Konstanten a, z und g berücksichtigt),
R die Gesperreinstellung ist,
C_i die Plattenbedeckung in der i-ten Farbtastenzone ist,
V der Vektor ist, der die Farbtastenverteilungsfunktion darstellt und
(K_i-b_i) ein Vektor ist, der die Zonentastenöffnung minus ihres Kalibrierungsoffsets in einer Farbtastenzone, die etwa in der i-ten Farbtastenzone liegt, darstellt.

Für eine Harris M1000B Druckerpresse wird folgende Gleichung erhalten:

Glücklicherweise kann G durch empirische Messungen erhalten werden. Um G zu er­ halten, werden Messungen von Bildern auf der Bahn gemacht und zwar bei einem be­ stimmten Vektor von bekannten Farbtasteneinstellungen K. Die Dichtemessungen des Bildes werden gemacht und der Vektor T der Farbfilmdicken auf dem Duktor wird wie nachfolgend beschrieben berechnet.

Eine Gleichung, die die Farbfilmdicke und Farbdichte in bezug zueinander bringt, ist als Tollennaar-Ernst-Gleichung bekannt:

D = D_t (1-e^-mF) (E25)

wobei:
D die Dichte der festen Farbe ist,
D_t die Sättigungsdichte, z. B. die Dichte eines unendlich dicken Farbfilms, ist,
m eine Konstante ist und
F die Farbfilmdicke auf der Bahn ist.

Die Sättigungsdichte D_t hängt am meisten von der Glätte des Substrats ab. Farbe auf unbeschichtetem Papier hat eine weit geringere Sättigungsdichte als Farbe auf be­ schichtetem Papier. Ein weiterer Faktor, der die Sättigungsdichte beeinflußt, ist die spe­ ziell verwendete Farbe. Zum Beispiel hat gelbe Farbe eine niedrigere Sättigungsdichte als schwarze Tinte. Die Konstante m ist der Farbstärkenparameter, der in weitem Maße von der Farbstärke der Farbe abhängt, d. h. von der Menge der Pigmente. Um die Kon­ stanten m und D_t zu bestimmen, kann ein Experiment durchgeführt werden, wobei die Gesperranordnung auf verschiedene Prozente eingestellt wird, d. h. 10%, 20%, 30%, bis 90%, wobei ein Vollbild gedruckt wird und seine optische Dichte gemessen wird.

Eine andere Gleichung bringt die feste Farbdichte für verschiedene Farben in Bezie­ hung mit der Dichte des Überdrucks dieser Farben. Die erscheinende Preucil-Formel des scheinbaren Traps geht davon aus, daß das Beer'sche-Gesetz Anwendung findet (das bedeutet, daß sich die Dichten von zwei Farben addieren), und daß jede Abwei­ chung davon darauf zurückzuführen ist, daß die zweite Farbschicht dünner ist. Es wird davon ausgegangen, daß die Farbe nicht so gut auf Farbe wie auf Papier haftet. Dies wird physikalischer oder scheinbarer Trap genannt.

wobei:
D_OP die Dichte des Überdrucks ist,
D₁ die Dichte der ersten gedruckten Farbe ist und
D₂ die Dichte der zweiten gedruckten Farbe ist.

Normalerweise wird der scheinbare Trap als Druckerpressendiagnostik verwendet. Er wird auf der Druckerpresse gemessen, um bestimmen zu helfen, wo ein Problem sein könnte. Wenn z. B. der scheinbare Trap aus dem normalen Bereich läuft, geht man da­ von aus, daß die Haftung der Farben nicht korrekt ist oder daß ein Farbwasserbalance­ problem vorliegt. Für diese Zwecke wird die Gleichung in umgekehrter Richtung ver­ wendet. Ein typischer Wert für den scheinbaren Trap wird angenommen und die obige Gleichung wird für die Dichte des Überdrucks gelöst, wobei vorausgesetzt wird, daß die Dichten der ersten und zweiten gedruckten Farben bekannt sind.

Es gibt zwei zusätzliche signifikante Quellen für die Abweichung vom Beer'schen- Gesetz, die die Preucil-Formel nicht behandelt. Die erste ist die Oberflächenreflexion. Die Oberflächenreflexion stellt eine obere Grenze an die Dichten, wodurch eine Sätti­ gung bei höheren Dichten bewirkt wird. Dies läßt beide Farbschichten dünner erschei­ nen.

Die zweite Abweichquelle ist die Lichtstreuung in der oberen Schicht der Farbe. Dies er­ höht die Deckkraft der oberen Schicht, so daß die untere Schicht dünner erscheint.

Ein weiterer Effekt, der bei der kompletten Gleichung berücksichtigt werden muß, ist das Einbeziehen der Punktfläche.

Neugebauer entwickelte einen Satz von Gleichungen, um die Reflexionsstärke eines Halbtons, der mit einer Reihe von Farben gedruckt wird, vorherzusagen, basierend auf der Prozentzahl der Flächenbedeckung von jeder der Farben. Das Modell basiert auf dem Konzept der Neugebauer-Primärfarben und auf der Annahme von zufälligem Überlappen.

Die Neugebauer-Primärfarben sind all die möglichen vollen Farbtöne. Es gibt z. B. acht Neugebauer-Primärfarben in einem Dreifarb-CMY-Druckprozeß: Weiß, Cyan, Magenta, Gelb, Blau (Cyan + Magenta), Grün (Cyan + Gelb), Rot (Magenta + Gelb) und Schwarz (Cyan + Magenta + Gelb). Es gibt sechzehn Primärfarben in einem CMYK-Druckprozeß. Die Halbtonreflexionsstärke in einem bestimmten Spektralband R_h für einen Dreifarb­ prozeß kann wie folgt geschrieben werden.

R_h = (1-A_c)(1-A_m)(1-A_y)R_w +
A_c(1-A_m)(1-A_y)R_c + (1-A_c)A_m(1-A_y)R_m +
(1-A_c)(1-A_m)A_yR_y + A_cA_m(1-A_y)R_b +
A_c(1-A_m)A_yR_q + (1-A_c)A_mA_yR_r + A_cA_mA_yR_r (E27)

wobei:
A_c, A_m und A_y die Fraktionsprozente von den jeweiligen Punktflächen der Cyan-, Magenta- und Gelbfarbe sind und
R_w, R_c, R_m, R_y, R_b, R_g, R_r und R_k die Reflexionsstärkewerte der Neugebauer-Primärfarben Weiß, Cyan, Magenta, Gelb, Blau, Grün, Rot und Schwarz im Spektralband von R_h sind.

Die Ausdehnung auf vier oder mehr Farben ist möglich.

Man beachte, daß die Neugebauer-Gleichung davon ausgeht, daß die Reflexionsstär­ ken der Primärfarben bekannt sind und eine konstante Farbfilmdicke angenommen wird.

Zuzügliche Verbesserungen der Neugebauer-Gleichung können erhalten werden indem Korrekturen für die Punktverstärkung oder Tonwertanstieg mit aufgenommen werden.

Wenn man die Punkte auf der Platte mit den Punkten auf der gedruckten Bahn verglei­ chen müßte, würde man sehen, daß die gedruckten Punkte größer sind. Wenn die Farbpunkte von der Platte auf das Drucktuch transferiert werden und von dem Druck­ tuch auf das Papier, werden die Punkte verschmiert. Ein verschmierter Punkt sorgt für mehr Farbe als ein nichtverschmierter Punkt. Diese Punktverschmierung wird physikali­ sche Punktverstärkung genannt.

Es gibt ein zweites Phänomen das bei der Punktverstärkung auftritt und das die opti­ sche Punktverstärkung genannt wird. Dies ist die Zunahme der Farbsättigung, die hauptsächlich auf gestreutes Licht im Papier zurückzuführen ist. In Wirklichkeit ist dies viel mehr ein Tonwertanstieg, da die Punkte nicht größer ausschauen, aber das Papier zwischen den Punkten stärker koloriert erscheint.

Der Effekt der Punktverstärkung ist in Fig. 9 dargestellt, die die augenscheinliche Punkt­ fläche mit der Punktfläche auf der Platte vergleicht. Die vertikale Linie stellt eine Punkt­ fläche von 50% der Platte dar. Ohne Punktverstärkung würde die Farbbedeckung auf dem Papier die gleiche sein und die augenscheinliche Punktfläche würde auch 50% be­ tragen. In diesem Fall würden die Neugebauer-Gleichungen akkurat die Farbe vorher­ sagen. Mit Punktverstärkung jedoch kann die Punktfläche für die gleiche Platte 67 bis 75% betragen, wie durch die obere Kurve gezeigt ist.

Yule und Nielsen haben sich als erste mit diesem Problem beschäftigt. Sie kamen zu der empirischen Lösung, die als "n-Faktor" bekannt wurde. Die augenscheinliche Punkt­ fläche, die in den zuvor genannten Neugebauer-Gleichungen Anwendung findet, wird so berechnet:

A_a = A^1/n (E28)

wobei:
A_a die augenscheinliche Punktfläche ist,
A die tatsächliche Punktfläche auf der Platte ist und
n eine Konstante, die von Rasterweite und Papier abhängt und typischerweise 1,6 bis 2,2 ist.

Schließlich werden die Rot-, Grün- und Blau-Reflexionsstärken, die über die Neugebau­ er-Gleichungen berechnet wurden, in XYZ-Werte konvertiert und zwar gemäß einem der in dem folgenden Zitat beschriebenen Verfahren, Seymor, J., "Warum Farbtransforma­ tionen funktionieren?", SPIE, Ausgabe 3018, Seiten 156-164, 1997. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine 9 × 3 Matrixtransformation verwendet:

Die genauen Zahlen, die in der Transformation verwendet werden, sind beispielhaft. Die optimalen Zahlen hängen von der spektralen Antwort der Kamera ab, der Belichtungs­ quelle, und von dem Spektrum der verwendeten Farben. Dem Fachmann werden ver­ schiedene Dimensionen von einer Transformationsmatrix bekannt sein, sowie die Ver­ wendung einer Interpolation aus einem Look-up table, einem neuronalen Netzwerk und auf einem Modell basierenden Transformationen. Zahlreiche Hinweise auf diese alter­ nativen Annäherungen sind in der zuvor zitierten Veröffentlichung gegeben.

Die zuvor genannten Gleichungen sorgen für ein Modell, um die Farbtasteneinstellun­ gen mit den gemessenen Dichten von verschiedenen Punkten auf einem gedruckten Bild zu bringen. Wie bereits beschrieben, wird die auf dem Modell basierende Gleichung nach den Farbtasteneinstellungen abgeleitet, um die Empfindlichkeitsfaktoren zu erhal­ ten.

Ein einfacheres Ausführungsbeispiel kann erhalten werden, wenn man die Auswirkun­ gen der Ausbreitung der Farbe von einer Farbtastenzone zu benachbarten Farbtasten­ zonen nicht berücksichtigt. In diesem Fall wird jede Farbtastenzone als eigenes System behandelt.

In dem Steueralgorithmus wird jede Farbtastenzone unabhängig behandelt. Mit anderen Worten werden die Pixel von jeder entsprechenden Farbtastenzone herausdividiert, wenn das Kamerablickfeld mehrere Farbtastenzonen einschießt, und der Vergleich zwi­ schen den aufgenommenen und den Sollreflexionsstärkewerten wird für Pixel in einer einzigen Farbtastenzone zu einer Zeit durchgeführt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Steueralgorithmus wird jede Farbtaste sepa­ rat betrachtet, wie unmittelbar zuvor beschrieben, um einen Farbtasteneinstellungsvek­ tor N_Δ zu produzieren. Für die Harris M1000B Druckerpresse würden in diesem Vektor 24 Elemente sein. Bevor die Farbtastenbewegungen ausgesendet werden, wird der Farbtasteneinstellvektor N_Δ mit der inversen Farbverteilungsmatrix VM multipliziert. Alternative Annäherungen zur Korrektur der Farbverteilung werden in US-Patent­ anmeldung Nr. 08/997,228, eingereicht am 23. Dezember 1997, diskutiert und welche durch dieses Zitat hier aufgenommen ist. Diese Implementierung hat den Vorteil, daß sie relativ einfach ist, während sie dennoch die Farbverteilung über die Farbtastenzonen kompensiert.

Eine Situation, wo diese Technik keine optimalen Resultate liefert, ist, wenn keine ex­ akte inverse Faltung möglich ist. In diesen Fällen ist es nicht möglich, die Farbtasten in so einer Weise zu setzen, daß die Farbe (nach der Verteilung) das erwünschte Niveau erreicht.

Dies wird z. B. oft in der Nähe der Kanten zwischen einer hochbedeckten und einer nie­ derbedeckten Seite auftreten. Um ausreichend Farbe für die hochbedeckte Seite bereit­ zustellen, werden die entsprechenden Farbtasten weit geöffnet werden. Die "vergeudete Farbe" von diesen Tasten kann bereits mehr sein, als für die niederbedeckten Seiten benötigt wird, so daß die Farbtaste auf ein negatives Niveau gesetzt werden müßte, um das gewünschte Farbauftragsniveau zu erreichen. Dies ist nicht möglich, so daß die in­ verse Faltung die Ergebnisse irgendwie abtrennen muß. Das Fehlen von optimalen Er­ gebnissen folgt aus der Tatsache, daß die Art und Weise, wie das Abtrennen erfolgt, keine optimalen Farben ergeben kann.

Es kann auch der Fall sein, daß die Farbverbreitung für eine gegebene Druckerpresse nicht exakt invers gefaltet werden kann. Für diesen Fall ist die inverse Faltung eine Ap­ proximation. Im wesentlichen stellt die inverse Faltung einen Kompromiß dar, d. h. daß die Farbtasten so nah wie möglich an die Herstellung der erforderten Farbmaße kom­ men. Wieder können das nicht die Farbtasteneinstellungen sein, die die beste Farbübereinstimmung liefern.

Ein dritter Fall, in dem der inverse Faltungsprozeß keine optimale Farbe bringt, ist, wenn eine approximierte inverse Faltung durchgeführt wird, wahrscheinlich um die Implemen­ tierung zu vereinfachen. Die Nachteile ergeben sich daraus, daß das System nicht exakt die Farbfilmdicken, die erforderlich sind, erreicht.

Ein anderer allgemeiner Fall, in dem inverse Faltung nicht optimal ist, ist, wenn große Farbtastenbewegungen gemacht werden, so daß die Annahme der Linearität nicht so gut zutrifft.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Farbausbreitung in der Empfindlich­ keitsmatrix eingeschlossen, so daß die Auswirkung von benachbarten Farbtasten be­ rücksichtigt wird, wenn optimiert wird. Auf diese Weise werden die Überschreitungsaus­ gleiche, die zu der inversen Faltung gehören, direkt behandelt und auf dem gleichen Ni­ veau wie die anderen Farbüberschreitungsausgleiche.

Um dies zu erhalten, muß die kleinste Quadrategleichung:

N_Δ = (S^TS)^-1S^TZ (E15)

verallgemeinert werden, um die Auswirkung von jeder Taste auf jede der RGB- Auslesungen zu erlauben. Zum Beispiel kann es 24 Farbtasten für jede der vier Farbtö­ ne geben. Diese 96 Tasten stellen 96 Unbekannte dar.

Jede der 96 Tasten liefert einen potentiellen Beitrag zu jeder der drei Farbkomponenten L*, a* und b* bei jedem Pixel. So gibt es für ein gegebenes Pixel 3 Gleichungen bei 96 Unbekannten.

Schließlich gibt es z. B. 480 Zeilen an Kamerainformation mit 640 Pixel pro Zeile, wobei 307200 Pixel resultieren und 921600 Gleichungen mit 96 Unbekannten. Die zuvor be­ schriebenen Techniken könnten in diesem Fall verwendet werden. Dieses Problem ist hauptsächlich eine Übung in Buchhaltung.

Die Erklärung des Steuersystems soweit es beschrieben wurde, gilt für die Fig. 3 und 4 und ist in der Ausdrucksweise von Steuersystemen eine "P"-Schleife. Die Ände­ rung der Farbtasteneinstellungen ist streng proportional zu dem berechneten "Feh­ lersignal". So ein Schema arbeitet gut, vorausgesetzt, daß drei Bedingungen erfüllt sind:

• 1. das Modell ist genau,
• 2. die Zeitkonstante einer Farbänderung ist kurz im Vergleich zur Zykluszeit der Meßeinrichtung/des Steuersystems und
• 3. das Modell ist ausreichend linear (über die Größe der Korrekturschritte), so daß der Steueralgorithmus keine Divergenz durch Überkorrektur verursacht.

Im Fall, daß irgendeine dieser Bedingungen nicht erfüllt wird, soll ein alternatives Steu­ ersystem eine PID-Schleife einschießen oder eine Fuzzy-logic verwenden oder ein neu­ ronales Netzwerk.

Die obige Beschreibung des Steueralgorithmus geht davon aus, daß der Vergleich zwi­ schen den Sollbild-Reflexionsstärkewerten und den Reflexionsstärkewerten des aufge­ nommenen Bildes auf der Grundlage der CIELAB-Werte, die von der Kamera erhalten werden, durchgeführt wird und daß die Methode der kleinsten Quadrate hier durchge­ führt wird. Verbesserungen des Systems können möglich sein, indem das Prozessieren von Bilddaten mit aufgenommen wird. Eine Verbesserung der Genauigkeit kann z. B. er­ halten werden, wenn Bilder von der Kamera in bezug auf Verschlechterungen, die ty­ pisch für Videokameras sind, korrigiert werden, wie in US-Patent Nr. 5,724,259 be­ schrieben ist. Es wird weiter beabsichtigt, daß die Vergleiche im RGB-Raum, im XYZ- Raum, im CIELUV-Raum, im CMC-Raum oder in irgendeinem anderen geeigneten Farb­ raum durchgeführt werden.

Es gibt einen weiteren Effekt des menschlichen Sehsystems, der bei dem Steueralgo­ rithmus in Betracht gezogen werden kann. Dies ist der Effekt, daß benachbarte Farben Einfluß auf die gegenseitige Erscheinung haben.

Es wurde zuvor angenommen, daß die Nichtlinearität des Auftragssystemmodells Di­ vergenzen im Fall einer P-Steuerschleife hervorruft. Dies rührt von der Tatsache, daß das gesamte Steuersystem auf der Linearisierung des Modells bei einem vorliegenden Status des Systems basiert. Diese Linearisierung spiegelt sich in der Empfindlichkeits­ matrix wider. Implizit wird die Annahme gemacht, daß eine gegebene Einheit an Farbta­ stenänderung eine gegebene Einheit an Farbänderung mit sich bringt (multipliziert mit dem passenden Eintrag der Empfindlichkeitsmatrix) und daß zehn gegebene Farbta­ stenänderungseinheiten zehn Einheiten der Farbänderungen ergeben.

Das Hauptproblem ist, daß die Empfindlichkeitsmatrix S von der Farbtasteneinstellung N abhängt. Aus diesem Grund wird die überbestimmte lineare Gleichung X, die relativ einfach zu lösen war, beträchtlich schwieriger:

S(N)N_Δ = Z (E30)

Während die Annahme, daß die Ableitungen der Empfindlichkeitsmatrix angemessen konstant sind, sehr gut für kleine Korrekturen zutrifft, kann sie nicht für größere Korrek­ turen angewandt werden. Es besteht die Möglichkeit, daß das Steuersystem über­ schießt, weil sich der Wert der Ableitung ändert. Dies kann zu einer erhöhten Diver­ genzzeit oder Oszillationen führen.

Eine Lösung des Problems der Instabilität während großer Korrekturen ist, die Verstär­ kung des Steuersystems zu reduzieren. Mit anderen Worten kann das Steuersystem konservativ nur eine Änderung um eine halbe Einheit durchführen, wenn die Berech­ nungen empfehlen, daß die Farbtastenöffnung um eine Einheit erhöht werden soll. Das System wird beim nächsten Durchgang eine weitere kleine Bewegung machen usw. Die Stabilität wird für eine langsamere Konvergenzzeit ausgenutzt.

Alternativ dazu könnte der Prozeß viele kleine Schritte zu machen, simuliert werden. Das Modell kann verwendet werden, um abzuschätzen, wie das Bild ausschauen würde, wenn eine Änderung um eine 1/10-Einheit gemacht werden würde (z. B.). Dieses ge­ schätzte Bild wird mit dem Sollbild verglichen und eine zweite Änderung wird berechnet. Eine weitere Bildabschätzung wird erzeugt, und der Prozeß wird wiederholt. Ein Kriteri­ um die Iteration zu stoppen ist, wenn die Differenz zwischen dem Soll- und dem Schätz­ bild unter einem bestimmten Wert liegt. Die tatsächliche Farbtastenbewegung, die er­ zeugt worden ist, ist dann die Summe aller einzelnen Bewegungen. Dieser Prozeß ist ein rudimentärer Prozeß nichtlinearer Minimierung. Es gibt auch hochentwickeltere Techniken wie etwa die Powell-Methode.

Potentiell schwierige Situationen für das Steuersystem schließen unmögliche Anforde­ rungen ein. Es ist möglich zu versuchen Bilder zu drucken, wenn es nicht möglich ist die Sollfarben über das ganze Bild zu erreichen. So wird es nicht möglich sein die Probe aufzunehmen. Der folgende Abschnitt listet drei allgemeine unmögliche Anforderungen auf und beschreibt Maßnahmen für jede optimale Ergebnisse zu sichern.

Eine Standard-"unmögliche Anforderungs"-Situation tritt auf, wenn zwei in Konflikt zu­ einanderstehende Bilder in einer Linie zueinander auftreten: zum Beispiel ein kirschro­ tes Auto und ein kaukasisches Gesicht. Das Kirschrot des Autos wird durch Gelb und Magentafarbe erzeugt. Unglücklicherweise ist die Magentafarbe, die oft verwendet wird, nicht ein ganz reines Magenta, was es schwierig macht, ein gutes volles Rot auf der Druckerpresse herzustellen. Das Beste, das getan werden kann ist, die Magentafarbe zu erhöhen. Wenn man die Magentafarbe erhöht, wird unglücklicherweise aber auch je­ des Gesicht, das in einer Linie mit dem Auto ist, zu rot. Der Algorithmus, der soweit be­ schrieben wurde, macht automatisch eine Balance zwischen den Rottönen und den Fleischtönen.

Eine weitere "unmögliche Anforderungs"-Situation tritt auf, wenn es einen Satz von Farbtastenzonen mit hoher Bedeckung gibt, die an einen Satz von Farbtastenzonen mit niedriger Bedeckung angrenzt. Die Farbtasten, die der hohen Bedeckungsfläche ent­ sprechen, werden weit geöffnet sein. Dies hat zur Folge, daß eine erhebliche Menge an Farbe sich auf die Flächen mit niedriger Bedeckung ausbreitet. Es kann sein, daß nur von der Farbausbreitung dort bereits mehr Farbe als nötig vorliegt. Demnach würde der Steueralgorithmus versuchen, die Farbtaste der niedrigen Bedeckung auf eine negative Einstellung zu bewegen.

Eine einfache Abtrenntechnik, die nichts anderes tut als negative Werte auf Null zu set­ zen, ist nicht optimal. Die optimale Lösung würde erkennen, daß eine Balance herge­ stellt werden muß zwischen der Ausführung, daß die Fläche mit hoher Bedeckung dun­ kel genug ist, und der Ausführung, daß die Fläche mit niedriger Bedeckung hell genug ist. Das Abtrennen würde in diesem Beispiel die Anforderungen der Flächen mit niedri­ ger Bedeckung ignorieren.

Eine bevorzugte Maßnahme um zu verhindern, daß die Farbtasten außerhalb des Be­ reichs liegen, ist "Vektor-Abtrennung". Wenn eine der Nachbartasten (oder die Taste selbst) sich einer Grenze nähert, wird der gesamte Vektor entfernt, so daß keine der Ta­ sten entfernt wird. Das hat den vorteilhaften Effekt, daß der Übergang allmählich ver­ läuft. Eine Glättung wird den Gesamtdichten auferlegt und zwar in solchem Maße, daß man in der Fläche mit hoher Bedeckung möglichst keine genaue Dichte bekommt. Die­ se Glättung ist visuell weniger zu beanstanden als rapide Änderungen.

Die dritte unmögliche Anforderungssituation ist, wenn die Sollfarbe eine Farbe ist, die nicht mit verfügbaren Farben gedruckt werden kann, wie etwa ein heißes Pink, ein Schwarz, das zu dunkel ist, daß es gedruckt werden kann, oder eine Farbe, so wie Teal oder tiefes Rot. Für den Fall, daß Dunkelschwarz gedruckt wird, ist die am nächsten kommende Lösung (zumindest im Begriff der kleinsten Quadratelösung) so viel Farbe, wie nur auf die Bahn gebracht werden kann, zuzufügen. Diese Lösung hat unvorteil­ hafterweise den Nebeneffekt, daß Schatten nicht unterschieden werden können.

Die bedeckten Flächen zwischen 75% und 90% Bedeckung werden nicht unterscheid­ bar von voller Bedeckung sein. Aus diesem Grund geht in der dunklen Region jedes Detail verloren. Eine bessere Übereinstimmung in bezug auf die Farbwahrnehmung kann möglich sein.

Eine Maßnahme, um eine bessere Übereinstimmung in bezug auf die Farberscheinung zu erhalten, ist, eine andere Metrik zu verwenden, um die approximierte Lösung für SN_Δ = Z durchzuführen. In Gleichung 15 (E15) wird die kleinste Quadratedifferenzmetrik verwendet. Eine besseres Metrik für die Farberscheinungsübereinstimmung ist zu ver­ suchen, den Korrelationskoeffizienten zwischen S, N_Δ und Z zu maximieren:

wobei:
A = M + SN_Δ, die Approximation der Farbmessungen mit einer Änderung von N_Δ der Farbtasten ist, M die laufend gemessenen Farbwerte und S die Empfindlichkeitsmatrix ist,
a_M der Mittelwert für A ist,
σ_A die Standardabweichung von A ist,
T die Sollfarbwerte sind,
t_M der Mittelwert für T ist,
σ_T die Standardabweichung von T ist und
n die Anzahl der Elemente (Farbwerte) von T und A ist.

Die Minimierung der obigen Gleichung kann durchgeführt werden indem Standardalgo­ rithmen, wie etwa Levenberg-Marquardt verwendet werden.

Eine zweite Maßnahme, um eine engere Übereinstimmung der Farberscheinung zu er­ reichen ist, den Prozeß nachzuahmen, der in dem menschlichen Sehsystem auftritt. Nachdem die gemessenen und Sollbilder in den CIELAB- oder einen anderen geeigne­ ten Farbraum übertragen worden sind, wird jedes individuelles Bild (L*, a* und b*) räum­ lich gefiltert und zwar mit einem Filter, der das visuelle System approximiert, wie die Differenz der Gauss-Funktion. Eine geeignete Approximation dafür kann sein, von dem Bild eine feste Konstante mal dem Durchschnitt des Bildes zu subtrahieren.

Die resultierenden Bilder, bei denen visuelle Erscheinungseffekte kompensiert worden sind, können entweder mit Hilfe der Methode der kleinsten Quadrate oder mit Hilfe der Methode der Maximierung des Korrelationskoeffizienten prozessiert werden.

Es soll klar sein, daß die Erfindung nicht auf die bestimmte Konstruktion und Anordnung von Teilen, die hier gezeigt und beschrieben wurden, beschränkt ist, sondern alle modi­ fizierten Formen, die im Umfang der nachfolgenden Ansprüche liegen, umfaßt. Es ist offensichtlich, daß viele Modifikationen und Variationen im Licht der zuvor genannten Lehren möglich sind. Aus diesem Grund sollte klar sein, daß im Umfang der anhängen­ den Ansprüche die Erfindung auch anders als speziell beschrieben, praktiziert werden kann. Alternative Ausführungsbeispiele und Variationen des Verfahrens, die in der vor­ liegenden Beschreibung gelehrt wurden, ergeben sich für den Fachmann von selbst, wenn er die vorherige Beschreibung liest.

Claims (14)

1. Verfahren zum Steuern mehrerer Farbsteuereinrichtungen in einer Druckerpresse, wobei die Presse wiederholt ein Bild auf ein Substrat aufdruckt, die Farbsteuerein­ richtungen jeweils die Farbmenge steuern, die zu einer entsprechenden Farbta­ stenzone auf dem Substrat gefördert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Messen von Farbwerten einer Vielzahl von Pixeln eines ausgewählten Bildes, das auf dem Substrat aufgedruckt ist, um ein aufgenommenes Bildfeld herzustellen,
Ausrichten des aufgenommenen Bildfeldes zu einem Sollbildfeld, das Sollfarb­ werte einer Vielzahl von Pixeln umfaßt,
Vergleichen des aufgenommenen Bildfeldes mit dem Sollbildfeld auf der Basis von Pixel zu Pixel,
Bestimmen einer Matrixgleichung, die die Einstellungen der Farbsteuereinrichtun­ gen mit Änderungen der Farbwerte des Bildes, das auf dem Substrat gedruckt ist, über Empfindlichkeitsfaktoren für jedes der Vielzahl von Pixeln verbindet,
Erhalten von einer Lösung nach der Methode der kleinsten Quadrate der Matrix­ gleichung, um die Farbeinstellungen für jede Farbtastenzone zu bestimmen, und
Mitteilen der Farbeinstellungen an die Farbsteuereinrichtungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Messung der Farbwerte für eine Vielzahl von Pixeln eines ausgewählten Bildes, das auf dem Substrat gedruckt ist, das Verwenden einer Farbvideokamera einschließt, um die Farbwerte aufzuneh­ men.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Farbvideokamera Rot-, Grün- und Blau- Farbkanäle aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Farbvideokamera ein Blickfeld, größer als 25 cm mal 25 cm aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Messens der Farbwerte für eine Vielzahl von Pixeln auf einem ausgewählten Bild, das auf dem Substrat gedruckt ist, die Verwendung eines linearen CCD-Feldes mit einer Vielzahl von Farbfiltern einschließt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Farbwerte einer aus folgender Gruppe sind:
Reflexionsstärke, optische Dichte, CIELUV- und CIELAB-Wert.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Ausrichten des aufgenomme­ nen Bildfeldes zu dem Sollbildfeld eine Kreuzkorrelation des aufgenommenen Bildfeldes mit dem Sollbildfeld einschließt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Ausrichtens des aufgenomme­ nen Bildfeldes zu dem Sollbildfeld einschließt, daß das aufgenommene Bildfeld und das Sollbildfeld in Unterbildbereiche dividiert werden, und die jeweiligen auf­ genommenen Bildfeldunterbildbereiche mit den entsprechenden Sollbildfeldun­ terbildbereichen kreuzkorreliert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bestimmung einer Matrixglei­ chung, die die Einstellungen der Farbsteuereinrichtungen mit Änderungen der Farbwerte verbindet einschließt, daß eine auf einem Modell basierende Gleichung für die Druckerpresse bestimmt wird und daß die Empfindlichkeitsfaktoren für je­ des der Vielzahl von Pixeln über Differenzieren der auf dem Modell basierenden Gleichung bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Farbsteuereinrichtungen die Menge an Farbe, die zu den jeweiligen Zonen einer ersten Rolle gebracht wird, steuern, wo­ bei die Farbe von der ersten Rolle zu einem Rollenzug transferiert wird und dann auf das Substrat um das Bild zu drucken, der Rollenzug einen Plattenzylinder ein­ schließt und eine Vibratorrolle, die sich quer in bezug zur Längsrichtung der Be­ wegung des Substrats hin und zurück bewegt, und wobei das Bestimmen einer auf einem Modell basierenden Gleichung für die Druckerpresse einschließt, daß eine Farbtastenverteilungsfunktion bestimmt wird, die die Menge der Farbe, die von ei­ ner einzelnen Farbsteuereinrichtung geliefert wird, in bezug bringt zu der Vertei­ lung der Farbe auf dem Substrat auf einer Vielzahl von betroffenen Farbtastenzo­ nen infolge der Querbewegung der Vibratorrolle.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bestimmen einer auf einem Modell basie­ renden Gleichung für die Druckerpresse einschließt, daß ein nichtproportionales Plattenbedeckungsverhältnis bestimmt wird, das einen Plattenbedeckungswert in bezug zu der entsprechenden Farbfilmdicke auf den Plattenzylinder, die benötigt wird um eine bestimmte Farbdicke auf dem Substrat zu erhalten, bringt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bestimmen einer auf einem Modell basie­ renden Gleichung für die Druckerpresse einschließt, daß eine Farbsättigungs­ dichtefunktion bestimmt wird, die die optische Dichte der Farbe auf dem Substrat in bezug zu der Farbfilmdicke auf dem Substrat bringt.

13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Farbsteuereinrichtungen die Farbmenge steuern, die zu den entsprechenden Zonen einer ersten Rolle gebracht wird, wobei Farbe von der ersten Rolle zu einem Rollenzug transferiert wird und dann auf das Substrat, um das Bild zu drucken, wobei der Rollenzug einen Plattenzylinder ein­ schließt, und wobei das Bestimmen einer auf einem Modell basierenden Gleichung für die Druckerpresse einschließt, daß ein nichtproportionales Plattenbedeckungs­ verhältnis bestimmt wird, das einen Plattenbedeckungswert in bezug zu der ent­ sprechenden Farbfilmdicke auf den Plattenzylinder bringt, die gebraucht wird, um eine bestimmte Farbfilmdicke auf dem Substrat zu erhalten.

14. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Farbsteuereinrichtungen die Menge an Farbe steuern, die zu den entsprechenden Zonen einer ersten Rolle gebracht wird, wobei die Farbe von der ersten Rolle zu einem Rollenzug transferiert wird und dann zu dem Substrat, um das Bild zu drucken, wobei der Rollenzug einen Plattenzylinder einschließt, und wobei das Bestimmen einer auf einem Modell ba­ sierenden Gleichung für die Druckerpresse einschließt, daß eine Farbsättigungs­ dichtefunktion bestimmt wird, die die optische Dichte der Farbe auf dem Substrat in bezug bringt zu der Farbfilmdicke auf dem Substrat.