DE2228414C2 - Verfahren und Anordnung zum Drucken von Halbtonbildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum D/ucken von Halbtonbildern mittels eines Druckers mit punktweisem Druck, wobei die dün Bilop'inkten zugeordneten elektrischen Signale mit dazu unkorrelierten Signalwerten verknüpft werden und abhängig vom Verknüpfungsergebnis ein Bildpunkt vollständig ausgefüllt oder gar nicht gedruckt wird, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei Druckern mit punktweisem Druck, zum Beispiel bei elektrostatischen Mosaikdruckern, ist es nicht möglich, den Schwärzungsgrad eines Punktes zu variieren, d. h. ein Punkt kann also nur schwarz oder weiß sein. Eine Anordnung der o. g. Art, die trotz dieses Prinzips den Druck von Halbtonbildern gestattet, ist in der US-PS 36 29 496 beschrieben. Diese bekannte Anordnung bezieht sich auf eine Faksimile-Übertragungsanordnung, bei der das Signal jedes abgetasteten Bildpunktes zu einem Wechselsignal addiert wird, und das Summensignal wird einem Schwellwertschalter mit vorgegebenem Schwellwert zugeführt. Aus dem Ausgangssignal des Schwellwertschalters wird durch Abtastung mit einer Abtas'rate mit bestimmtem Zusammenhang mit dem Wechselsignal ein digitales Signal erzeugt. Darin hängt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines digitalen Signals, das zum Beispiel einem schwarzen Bildpunkt entspricht, von dem Grauwert des abgetasteten Bildbereichs ab. Beim Abtasten eines Bildbereichs mit gleichmäßigem Grauwert ist dabei die mittlere Anzahl von schwarzen Bildpunkten je Bereich abhängig vom Grauwert dieses abgetasteten Bildbereichs. Um zu verhindern, daß bei

einer bestimmten konstanten Phasenlage zwischen dem Abtastsignal und dem Wechselsignal praktisch alle erzeugten digitalen Signale einen schwarzen Bildpunkt oder einen weißen Bildpunkt ergeben, soll bei der bekannten Anordnung diese Phasenbeziehung geändert werden, beispielsweise in einer zufälligen Weise oder durch ein entsprechendes nicht ganzzahliges Verhältnis zwischen der Frequenz des Abtastsignals und des Wechselsignals.

Da bei dieser bekannten Anordnung die Frequenz des ι ο Wechselsignals wesentlich höher ist als die Frequenz des Abtastsignals, wird eine sehr schnell arbeitende Abtastschaltung benötigt, damit innerhalb des Abtastzeitbereichs sich das Wechselsignal nicht wesentlich geändert haben kann. Ferner ist es schwierig, die Frequenzen des Abtastsignals und des Wechselsignals so einzustellen, daß auch bei toleranzbedingten Abweichungen keine Periodizität des digitalen Signals und damit des ausgedruckten Bildes bei Abtastung einer größeren gleichmäßig getönten Bildfläche auftritt.

Die bekannte Anordnung dient dazu, in einer Faksimile-Anordnung ein abgetastetes Bild in digitale Signale zu verwandeln, die auf der Emp/angsseite unverändert ausgedruckt werden sollen. Ein Beispiel für einen Fall, wo Grautonbilder dargestellt werden müssen, bei denen die den Grauwerten der einzelnen Bildpunkte entsprechenden elektrischen Signale nacheinander durch einen Rechner erzeugt und dem Drucker zugeführt werden, ist die Untersuchung des zeitlichen Verlaufs von in einzelne Frequenzbereiche aufgeteilten akustischen Ereignissen. Sie werden besonders bei der Analyse der menschlichen Sprache benötigt und Sonogramme genannt. Dabei wird in fortlaufenden kleinen zeitlichen Abschnitten der Energieinhalt der einzelnen Frequenzbereiche festgestellt. 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 Bildfeldes dargestellt wird. Einem elektrischen Signal sind dann also mehrere Bildpunkte zugeordnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das einfach und zuverlässig arbeitet und mit Sicherheit eine statistische Verteilung der gedruckten Bildpunkte erzeugt und es außerdem leicht ermöglicht, eine Gradationsveränderung des gedruckten Bildes gegenüber dem Bildsignal zu erzeugen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die den Bildpunkten zugeordneten Signale unmittelbar mit auf den Wertebereich der Signale normierten, für jeden Bildpunkt erneut erzeugten Zufallssignalen verglichen werden und ein Bildpunkt gedruckt wird, wenn das den Bildpunkten zugeordnete Signal größer ist als das Zufallssignal, wobei das Zufallssignal durch Abtastung eines für jeden Bildpunkt erneut erzeugten zettvariablen Signals zu zufallsbedingten Zeitpunkten erzeugt wird. Hierbei ist keine besonders schnelle Abtastung notwendig, da ein Fehler ho durch eine zu lange Abtastzeit systematisch ist, d. h. eine gleichmäßige Verschiebung zu helleren bzw. dunkleren Bildbereichen ergibt, die leicht ausgeglichen werden kann.

Bei einer Gleichverteilung der Häufigkeit der b~ Zufallssignale ergibt sich eine lineare Abhängigkeit der mittleren Schwärzung von den durch die elektrischen Signale dargestellten Wt.rten. Der Kontrast eines Bildes kann jedoch wesentlich verändert werden, wenn die Verteilung der Häufigkeit der Zufallssignale im vorgegebenen Wertebereich ungleich ist. Hierfür ist eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Zufallssignale mit einstellbar nichtlinearer Verteilung der Häufigkeit innerhalb des Wertebereichs durch Einstellung des zeitvariablen Signals erzeugt werden.

Allgemein werden bei Druckern mit punktweisem Druck, besonders bei elektrostatischen Punktdruckern, die Punkte in einer Zeile nacheinander gedruckt. Bei manchen Bildern sind die maximalen Schwärzungen in einem gewissen Bildbereich, 2. 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 Frequenzbereich der Fall, da hohe Frequenzen mit geringeren Amplituden auftreten als insbesondere die Grundfrequenzen. Für eine deutlichere Darstellung kann es daher zweckmäßig sein, die Werte der zugeführten elek^-schen Signale vor dem Vergleichen mit den Zufaüssignalen abhängig von der Lage des zugehörigen Bildpunktes in Druckbild zu verändern. Dies geschieht nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig dadurch, daß die Werte der den Bildpunkten zugeordneten elektrischen Signale vor dem Vergleich abhängig von der Lage des zugehörigen Bildpunktes in dem Druckbild verändert werden.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die den Bildpunkten zugeordneten Signale dem einen Eingang eines Vergleichers zugeführt werden, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang eines Zufallsgenerators zur Erzeugung der Zufallssignale und dessen Ausgang mit der Druckersteuerung verbunden ist und daß die Druckersteuerung bei jedem Übergang auf einen anderen zu druckenden Bildpunkt an einem ersten Ausgang ein Steuersignal abgibt, das den Zufallsgenerator zur Erzeugung eines neuen Zufalissignals ansteuert und nach Erzeugung des Zufallssignals das diesem zu druckenden Bildpunkt zugeordnete elektrische Signal an den einen Eingang des Vergleichers durchschaltet.

Ausgestaltungen dieser Anordnung sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erzeugung der Druckpunkte,

Fig. 2 ein Diagramm einiger Spannungsformen in dem Zufallsgenerator.

In dem Rechner 7 werden die zu 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 zugehöriger. Bildpunktes abru'i und das außerdem den Zufallsgenerator 1 zi'r 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. I MHz laufen.

Der Funktionsgenerator 13 dient zusammen mit einem Rauschsignalgenerator 12 zur Erzeugung von

Zufallszeiten. Dazu ist der Ausgang des Rauschsignalgenerators 12 mit dem einen Eingang eines Vergleichers 14 und der Ausgang des Funktionsgenerators 13 mit dem anderen Eingang des Vergleichers verbunden. Der Vergleicher 14 kann im einfachsten Fall ein Differenzverstärker sein, der gegebenenfalls zusätzlich Kippeigenschaften erhält. Als Zufallszeitpunkt wird der Zeitpunkt genommen, an dem eine vom Rauschsignalgenerator 12 erzeugte Rauschspannung nach dem Start eine vom Funktionsgenerator 13 erzeugte Spannung erstmals überschreitet, wobei der Vergleicher 14 ein Signal abgibt.

Wird während des ersten Zyklus kein derartiges Ereignis gefunden, so laufen weitere Zyklen ab. Sollte nach einer vorgegebenen Zahl von Zyklen. /.. B. 4. noch kein Ereignis aufgetreten sein, so wird der Vorgang beendet und das Ausgangssignal des Zufallsgenerators I auf einen festen Wert gesetzt, z. B. 0.5. wenn der gesamte Wertebereich von 0 bis I geht.

Die Wahrscheinlichkeit, dal) schon im ersten /yklus 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 Frequenzspektnim. 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 Ausgangsspannung des Funktionsgenerators 13 mit LI] ι bezeichnet ist. Dabei sind etwa 2 Zyklen dargestellt. Das in Fig. 2a dargestellte Beispiel einer Rauschspannung U]2. die von dem Rauschgenerator 12 erzeugt wird, übersteigt die Funktionsspannung Lh ι erstmals im zweiten Zyklus zum Zeitpunkt f|. In diesem Augenblick gibt der Vcrgleicher 14 also ein Signal ab.

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 Funktionsgenerator 15 eine zeitabhängige Spannung erzeugt, die von Null monoton bis zu einem Normierwert U\ steigt, 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 vom Vergleicher 14 erhält. In dem vorliegenden Beispiel wird somit zum Zeitpunkt fi die Momentanspannung U\ des Funktionsgenerators 15 abgetastet uno gespeichert. Da der Ausgang dieses Abtast- und Haltekreises 16 gleichzeitig der Ausgang des gesamten Zufallsgenerators 1 ist, stellt somit die Spannung U\ das Zufallssignal dar.

Dieses Zufallssignal wird nun dem einen Eingang eines Vergleichers 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 Us normiert worden, die bereits bei der Ausgangsspannung i/15 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 zugehörige Bildptinkt geschwärzt wird.

Die Wahrscheinlichkeit für die Schwärzung des Bildpunktes hängt von dem zeitlichen Verlauf der von dem Funktionsgenerator 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. el. h. die Annlogwerte der zu druckenden Punkte bewegen sich nur in einem kleinen Wertbereich, so läßt

π sich der Kontrast des gedruckten Bildes wesentlich erhöhen, wenn die Funktion der von dem Funktionsgenerator 15 erzeugten Spannung in diesem Wertbereich einen entsprechenden Verlauf hat. Da dies bei den einzelnen zu druckenden Bildern verschieden sein kann.

wird der Funktionsgenerator i5 zweckmäßig so ausgebildet, daß die Funktion der erzeugten Spannung über den Eingang 10 eingestellt werden kann.

Da der Zufallsgenerator 1 eine gewisse Zeit nach der Triggerung über die Leitung 8 benötigt, bis das

>i Zufallssignal zur Verfugung steht, darf die Druckinformation dein Vergleicher 2 erst zugeführt werden, wenn das Zufallssignal erzeugt ist. Dies kann dadurch geschehen, daß das Signal auf der Leitung 8 die Infortftation aus dem Zwischenspeicher 6 um einen festen Betrag verzögert oder erst nach Erzeugung des Zufallssignals abruft, oder daß der Eingang der Druckersteuerur.g eine enlspiechende Zeit gesperrt bleibt.

Die den Grauton des darzustellenden Bildpunktes abgebenden elektrischen Signale werden von dem Rechner 7 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 IA digital erzeugt wird und der Vergleicher 2 ebenfalls digital aufgebaut ist. Die Erzeugung eines digitalen Zufallssignals könnte grundsätzlich ebenfalls mit der in Fig. 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 Taktquellen 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 _b^ring. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn die elektrischen Signale vor dem Vergleich 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 Signale liefern, kann die Einrichtung 4 ein Verstärker mit einer von der Einrichtung 5 steuerbaren Verstärkung sein.

Hieizu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Drucken von Halbtonbildern mittels eines Druckers mit punktweisem Druck, wobei die den Bildpunkten zugeordneten elektrisehen Signale mit dazu unkorrelierten Signalwerten verknüpft werden und abhängig vom Verknüpfungsergebnis ein Bildpunkt vollständig ausgefüllt oder gar nicht gedruckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die den Bildpunkten zugeordneten Signale unmittelbar mit auf den Wertebereich der Signale normierten, für jeden Bildpunkt erneut erzeugten Zufallssignalen verglichen werden und ein Bildpunkt gedruckt wird, wenn das den Bildpunkten zugeordnete Signal größer ist als das Zufallssignal, is wobei das Zufallssignal durch Abtastung eines für jeden Bildpunkt erneut erzeugten zeitvariablen Signals zu zufallsbedingten Zeitpunkten erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, rraß die Zufallssignale mit einstellbar nichtlinearer Verteilung der Häufigkeit innerhalb des Wertebereichs durch Einstellung des Verlaufs des zeitvariablen Signals erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der den Bildpunkten zugeordneten elektrischen Signale vor dem Vergleich abhängig von der Lage des zugehörigen Bildpunktes in dem Druckbild verändert werden.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Bildpunkten zugeordneten Signale dem einen Einp-ng eines Vergleichers (2) zugeführi werden, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang eines Zufallsgenerator (1) zur Erzeugung der Zufallssignale und dessen Ausgang mit der Druckersteuerung (3) verbunden ist, und daß die Druckersteuerung (3) bei jedem Übergang auf einen anderen zu druckenden Bildpunkt an einem ersten Ausgang (8) ein Steuersignal abgibt, das den Zufallsgenerator (1) zur Erzeugung eines neuen Zufallssignals ansteuert und nach Erzeugung des Zufallssignals das diesem zu druckenden Biidpunht zugeordnete elektrische Signal ' an den einen Eingang des Vergleichers (2) durchschaltet.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufallsgenerator (1) einen Funktionsgenerator (15) enthält, der mit jedem von der Druckersteuerung (3) abgegebenen Steuersignal ein von Null bis zum Normalwert monoton ansteigendes Funktionssignal einem Abtast- und Haltekreis (16) zuführt, der an dem Abtasteingang ein Abtastsignal erhält, dessen Zeitpunkt zufallsbedingt ist, und daß der im Abtast- und Haltekreis (16) gespeicherte Wert des Funktionssignals das Zufallssignal angibt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf des vom Funktionsgenerator (15) erzeugten Funktionssignals einstellbar ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch Μ gekennzeichnet, daß der Zufallsgenerator (1) für die Erzeugung des Abtastsignals mit zufallsbedingten Zeitpunkten einen Rauschsignalgenerator (12) und einen zweiten Funktionsgenerator (13) enthält, der synchron mit dem ersten Funktionsgenerator (15) ein zweites, von einem gegebenen Anfangswert monoton abnehmendes Funktionssignal erzeugt, daß ein zweiter Vergleicher (14) an den beiden Vergleichseingängen das Rauschsignal und das zweite Funktionssignal erhält und an seinem Ausgang ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Rauschsignal erstmals nach einem Steuersignal der Druckersteuerung (3) das zweite Funktionssignal überschreitet, und daß das Ausgangssignal des zweiten Vergleichers (14) das Abtastsignal für den Abtast- und Haltekreis (16) ist

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des zweiten Funktionssignals so gewählt ist, daß sich etwa eine Gleichverteilung der Wahrscheinlichkeit des Zeitpunktes eines Ausgangssignals des zweiten Vergleichers (14) ergibt

9. Anordnung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckersteuerung (3) an einem zweiten Ausgang (9) eine dem Abstand des gerade zu druckenden Bildpunktes vom Bildrand entsprechende Spannung erzeugt und daß dieser Ausgang mit dem Steuereingang einer Umformeinrichtung (4) verbunden ist, die die den Biidpunklen zugeordneten elektrischen Signale in dem ersten Vergleicher (2) zugeführte Signale so umformt, daß das Verhältnis der beiden Signale der dem Steuereingang zugeführten Spannung entspricht

10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei die den Bildpunkten zugeordneten Signale digitale Signale sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformeinrichtung (4) ein Digital-Analog-Wandler ist und die vom zweiten Ausgang der Druckersteuerung (3) erzeugte Spannung die Kennlinie des Wandlers bestimmt.