-
Verfahren und Anordnung zum Drucken von Grautonbildern Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Drucken von Grautonbildern mittels
eines Druckers mit punktweisem Druck, wobei die den einzelnen Bildpunkten zugeordneten,
gegebenenfalls digitalisierten elektronischen Signale dem Drucker nacheinander zugeführt
werden.
-
Bei Druckern mit punktweisem Druck, z.B. bei elektrostatischen Mosaikdruckern,
ist es nicht möglich, den Schwärzungsgrad eines Punktes zu variieren, ein Punkt
kann also nur schwarz oder weiß sein. Daher werden solche Drucker praktisch nur
dazu verwendet, um Schriftzeichen oder ähnliche Symbole zu drucken oder um graphische
Darstellungen mit eindeutigen Kurvensügen herzustellen.
-
Ein Grautondruck ist z.B. bei Zeitungen bekannt. Die Bilder sind aus
einem festen Raster aufgebaut, wobei der Grauwert eines Punktes durch den Durchuesser
des geschwärzten Punktes
gebildet wird. Dieses Verfahren läßt sich
jedoch ebenfalls nicht auf die oben geschriebenen Drucker für punktweisen Druck
übertragen.
-
Bei Beispiel für einen Fall, wo Grautonbilder dargestellt werden müssen,
bei denen die den Grauwerten der einzelnen Bild punkte entsprechenden elektrischen
Signale nacheinander erzeugt und dem Drucker zugeführt werden, ist die Untersuchung
des zeitlichen Verlaufs von in einzelne Frequenzbereiche aufgeteilten akustischen
Breignissen Sie werden besonders bei der Analyse der menschlichen Sprache benötigt
und Sonogramme genannt. Dabei wird in fortlaufenden kleinen zeitlichen Abschnittender
Energieinhalt der einzelnen Frequenzbereiche festgestell Für eine übersichtliche
Darstellung muß also dieser Energieinhalt sowohl über die Zeit wie auch über die
Frequenz aufgetragen werden, was in einer zweidimensionalen Darstellung dadurch
geschieht, daß der Energieinhalt eines Bereiches in einer entsprechenden Schwärzung
bzw. Helligkeit des dem Bereich entsprechenden Bilffelde@ dargestellt wird.
-
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, mit einem Drucker für punktweisen
Druck bei dem die einzelnen Bildpunkte also nur schwarz oder weiß sein können, Grautonbilder
herzustellen, insbesondere zur Darstellung von mittels Rechnern in Echtzeit erzeugten
Sonogrammen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß diese au einen vorgegebenen
Wert normierten elektrischen
Signale mit auf den gleichen Wert normierten,
für jeden Bildpunkt erneut erzeugten Zufallssignalen verglichen werden und daß ein
Bildpunkt gedruckt wird, wenn das zugeführte Signal größer ist als das Zufallssignal.
Der Grauton eines Bildpunktes wird also dadurch erreicht, daß einem Bildpunkt eine
größere Anzahl Druckerpunkte zugeordnet ist, und von diesen nur der Bruchteil gedruckt
wird, der der verlangten Schwärzung entspricht. Welcher der Punkte im einzelnen
gedruckt wird, ist zufallsabhängig. Es können daher nur Details erkannt werden,
deren Ausdehnung die des einzelnen Drubkerpunktes um ein Vielfaches übersteigt.
Bei der Darstellung eines Sonogramms ist daher der optische Eindruck mit der tatsächlichen
MeE,genauigkeit im Einklang.
-
Bei einer Gleichverteilung der Häufigkeit der Zufallssignale ergibt
sich eine lineare Abhängigkeit der mittleren Schwärzung von den durch die elektrischen
Signale dargestellten Werte.
-
Der Kontrast eines Bildes kann jedoch wesentlich verändert werden,
wenn die Verteilung der Häufigkeit der Zufallssignale im vorgegebenen Wertbereich
ungleich ist, d.h. der Kontrast keen erhöht oder verringert werden. Diese Verteilung
der Häufigkeit wird zweckmäßig einstellbar ausgebildet.
-
Allgemein werden bei Druckern mit punktweisem Druck, besonders bei
elektrostatischen Punktdrucl{ern, die Punkte in einer Zeile nacheinander gedruckt.
Bei manchen Bildern sind die maximalen Schwärzungen in einem gewissen Bildbereich,
z.B. am Bildrand
und somit am Anfang bzw. am Ende einer Druckzeile,
wesentlich geringer als im übrigen Bild und erreichen keineswegs den maximalen Schwärzungswert.
Dies ist bei Sonogrammen allgemein im oberen Fxequer.ztereich der Fall, da hohe
Frequenzen mit geringeren Amplituden auftreten als insbesondere die Grundfrequenzen
Für eine deutlichere Darstellung kann es daher zweckmäßig sein, die vierte der zugeführten
elektrischen Signale vor dem Vergleichen mit den ZufalBsignalen abhängig von der
Lage des zugehörigen Bildpu.nktes in Druckbild zu verändern.
-
Dies kann z.B. durch einen in den Signalweg geschalteten Verstärker
mit veränderbarer Verstarkung geschehen, dessen Verstärkung von einem zeilenabhängigen
Signal aus der Druckersteuerung beeinflußt wird.
-
Eine bevorzugte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, daß die dem Drucker zugeführten Signale an den einen
Eingang eines Vergleiches angeschlossen sind, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang
des Generators für die Zufallssignale verbunden ist, daß der Ausgang des Vergleichers
mit der Druckersteuerung verbunden ist und dieser ein Signal zum Drucken eines Bildpunktes
zuführt, wenn das dem Drucker zugeführte Signal größer ist als das Zufalissignal,
und daß die Druckersteuerung bei Jedem Übergang auf einen anderen zu druckenden
Punkt ein Signal abgibt, das den Generator zur Erzeugung eines neueren Zufallsaignals
veranlaßt und nach Erzeugung des Zufallssignals das diesem zu druckenden Punkt zugeordnete
Signal an den einen Eingang des Vergleiches durchschaltet.
Für die
Erzeugung von Zufallasignalen sind bereits viele verschiedene Möglichkeiten bekannt;
Eine bevorzugte Ausführung für einen solchen Generator enthäl-t einen Funktionsgenerator
zur Erzeugung einer monoton ansteigenden Funktionsspannung, die zu einem zufallsbedingten
Zeitpunkt abgetastet und gespeichert wird und das Zufallssignal darstellt. Durch
Veränderung der Form der Funktionsepannung des Funkbionsgenerators kann die Verteilung
der Häufigkeit der Werte des Zufallssignals eingestellt werden, so daß auf bereits
beschriebene Weise der Kontrast eines Bildes verändert werden kann.Die Erzeugung
des zufallsbedingten Zeitpunktes kann mit einem Rauschspannungsgenerator und einem
zweiten Funktionsgenerator erfolgen der eine nonoton abnehmende Funktionsspannung
erzeugt. Beide Generatoren sind mit den beiden Eingängen eines Vergleichers verbunden,
der ein Signal abgibt, wenn die Rauschspannung erstmals die Funktionsspannung Übersteigt.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erzeugung der Druckpunkte, Fig. 2 ein
Diagramm einiger Spannungsformen in dem Zufallsgenerator.
-
In dem Rechner 7 werden die su druckenden Daten erzeugt und einem
Zwischenspeicher 6 zugeführt. Im Falle eines Sonogramms sind diese Daten die Energieinhalte
aufeinanderfolgender Frequenzbereiche in einem kleinen Zeitabschnitt, und zwar in
digitaler Form.
-
Die Druckersteuerung 3 gibt bei jedem zu druckenden Punkt ein Signal
auf der Leitung 8 ab, das aus dem Zwischenspeicher den Digitalwert des zugehörigen
Bildpunktes abrupt und das außerdem den Zufallsgenerator 1 zur Erzeugung eines Zufallssignals
ansteuert. Das geschieht dadurch, daß dieses Signal einen Zyklusgeber 11 startet
Dieser Zyklusgeber triggert die beiden Funktionsgeneratoren 13 und 15, die in synchronen
Zyklen mit Wiederholfrequenzen von ca. 1 MHz laufen.
-
Der Funktionsgenerator 13 dient zusammen mit einer Rauschspannungsquelle
12 zur Erzeugung voll Zufallszeiten. Dazu ist der Ausgang des Rauschgenerators 12
mit dem einen Eingang eines Vergleichers 14 und der Ausgang des Funktionsgenerators
13 mit dem anderen Eingang des Vergleiches verbunden. Der Vergleicher 14 kann im
einfachsten Fall ein Differenzverstärker sein, der gegebenenfalls zusätzlich Kippeigenschaften
erhält. Als Zufallszeitpunkt wird der Zeitpunkt genommen, an dem die Rauschspannung
nach dem Start die Spannung des Funktionsgenators 13 erstmals überschreitet, wobei
der Vergleicher 14 ein Signal abgibt.
-
Wird während des ersten Zyklus kein derartiges Ereignis gefunden,
a ein itere Zyklen ab SLlltC nach einer vorgegebener Zahl von Zyklen,z.B. 4, noch
kein Ereignis aufgetreten sein, so wird der Vorgang beendet und das Ausgangssignal
des Zufallsgenerators 1 uf einen festen Wert gesetzt, z.B. 0,5, wenn der gesamte
Wertebereich von 0 bis 1 geht.
-
Die Wahrscheinlichkeit, daß schon im ersten Zyklus eine Zufallszeit
erzeugt wird, sollte groß sein und möglichst nicht unter 90% liegen. Außerdem ist
eine Gleichverteilung der Zufallszeiten erwünscht. Bei Verwendung eines Rauschspannungsgenerators
12 mit einem breiten und gleichmäßigen Frequenzspektrum das auf bekannte Weise mittels
einer Diode erzeugt werden kann, werden beide Forderungen dadurch erfüllt, daß die
Ausgangsspannung des Funktionsgenerators 13 in genau festgelegter Weise von einem
vorgegebenen Maximalwert bis zu einem festen Spannungswert zeitlich abnimmt.
-
In Fig. 2b ist ein derartiger Verlauf angedeutet, wo die Ausgangsapannung
des Funktionsgenerators 13 mit U13 bezeichnet ist. Dabei sind etwa 2 Zyklen dargestellt.
Das in Fig. 2a dargestellte Beispiel einer Rauschapannung U12, die von dem Rauschgenerator
12 erzeugt wird, übersteigt die Funktionsspannung U13 erstmals im zweiten Zyklus
zum Zeitpunkt t1. In diesem Augenblick gibt der Vergleicher 14 also ein Signal aK
Die Erzeugung des Zufallssignals selbst mit einem zufallsabhängigen Wert erfolgt
in einem zweiten Schritt. Dazu wird synchron mit den Zyklen des Funktionsgenerators
13 in einem weiteren Funktionagenerator 15 eine zeitabhängige Spannung erzeugt,
die von Null monoton bis zu einem Normierwert UNsteigt, wie in Fig. 2c gezeigt ist.
Die Ausgangsspannung dieses Funktionsgenerators 15 ist mit dem Signaleingang eines
Abtast- und Haltekreises 16 verbunden, dessen Abtasteingang die Signale von Vergleicher
14 erhält. In dem vorliegenden Beispiel wird somit zum
Zeitpunkt
t1 die Momentanspannung U1 des Funktionsgenerators 15 abgetastet und gespeicherte
Da der Ausgang dieses Abtast-und lialtekreises 16 gleichzeitig der Ausgang des gesamten
Zufallsgenerators 1 ist, stellt somit die Spannung U1 das Zufallssignal dar.
-
Dieses Zufallssignal wird nun dem einen Eingang eines Verglcichers
2 zugeführt, dessen anderer Eingang die zu druckende Information erhält, deren analoger
Wert der Schwärzung des betreffenden Bildpunktes entspricht. Dieser analoge Wert
ist auf die gleiche Normierspannung UN normiert worden, die bereits bei der Ausgangsspannung
U15 des Funktionsgenerators 15 galt, d.h. die Normierspannung als analoger Wert
entspricht der maximal möglichen Schwärzung bzw, Helligkeit. Wenn der dem Vergleicher
2 zugeführte analoge Wert nun größer ist als der bei diesem Bildpunkt erzeugte Zufallswert,
gibt der Vergleicher ein Signal an die Druckersteuerung 3 ab, so daß der zuge hörige
Bildpunkt geschwärzt wird.
-
Die WahrAheinlichkeit für die Schwärzung des Bildpunktes hangt von
dem zeitlichen Verlauf der von dem Funktionagenerator 15 erzeugten Spannung ab.
Die Schwärzungskennlinie ist dabei durch die Umkehrfunktion der in Fig. 2c dargestellten
Funktion gegeben, wenn die Zufallszeiten gleich verteilt sind. Wenn das darzustellende
Bild nun einen geringen Kontrast hat, d.h. die Analogwerte der zu druckenden Punkte
bewegen sich nur in einem kleinen Wertbereich, so läßt sich der Kontrast des gedruckten
Bildes wesentlich erhöhen, wenn die Funktion der von dem Funktionsgenerator
15
erzeugten Spannung in diesem Wertbereich weinen entsprechenden Verlauf hat. Da dies
bei den einzelnen zu druckenden Bildern verschieden sein kann, wird der Funktionsgenerator
15 zweckmäßig so ausgebildet, daß die Funktion der erzeugten Spannung über den Eingang
10 eingestellt werden kann.
-
Da der Funktionsgenerator 1 eine gewisse Zeit nach der Uriggfrung
huber die Leitung 8 benötigt, bis das Zufallssignal zur Verfügung steht, darf die
Druckinformation dem Vergleicher 2 erst zugeführt werden, wenn das Zufallssignal
erzeugt ist. Dies kann dadurch geschehen, daß das Signal auf der Leitung 8.die Information
aus dem Zwischenspeicher 6 um einen festen Betrag verzögert oder erst nach Erzeugung
des Zufallssignals abrupt, oder daß der Eingang der Druckersteuerung eine entsprechende
Zeit gesperrt bleibt.
-
Die den Grauton des darzustellenden Bildpunktes abgebenden elektrischen
Signale werden von dem Rechner 7 über den Zwischenspeicher 6 häufig in digitaler
Form geliefert. Bei der beschriebenen Verwendung von analogen Techniken in den übrigen
Teilen muß also der digitale Wert in dem Digital-Analog-Wandler 4 in einen Analogwert
umgewandelt werden. Diese Umwandlung könnte entfallen, wenn das Zufallssignal U1
digital erzeugt wird und der Vergleicher 2 ebenfalls digital aufgebaut ist.
-
Die Erzeugung eines digitalen Zufallssignals könnte grundsätzlich
ebenfalls mit der inTig. 1 dargestellten Anordnung erfolgen. Dabei müßte Jedoch
der Rauschgenerator 12 digitale Zufallssignale
erzeugen, während
die Funktionsgeneratoren 13 und 15 durch Zähler ersetzt werden können, die von Taktquelle
in dem Zyklusgeber 11 angesteuert werden.
-
Bei vielen Bildern ist in einem gewissen Bildbereich, z.B. bei Sonogrammen
im Bereich hoher Frequenzen, die Bildhelligkeit hoch und damit der Kontrast gering.
In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn die elektrischen Signals vor dem Vorgleich
für diesen Bildbereich verstellt werden, Dazu dient ein Signal auf der Leitung 9
aus der Druckersteuerung 3, das mit der Stellung des zu druckenden Bildpunktes auf
der Druckzeile z.B. linear zusammenhängt. Dieses Signal wird in der Einrichtung
5 einstellbar geformt und stellt die Referenzspannung des D/A-Wandlers dar. Falls
der Rechner 7 bzw. der Zwischenspeicher 6 bereits analoge Signals liefern, kann
die Einrichtung 4 ein Verstärker mit einer von der Einrichtung 5 steuerbaren Verstärkung
sein.
-
Patentansprüche: