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Verfahren und Vorrichtuni zur elektro-optischen Reproduktion von
gerasterten Halbtonbildern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektro-optischen
Reproduktion von Halbtonbildern mittels elektro-optischen Ubertragungs- und Aufzeichnungsgeräten,
bei dem Flächenelemente mit Bedeckungsflächen gebildet werden, deren Größe den Jeweiligen
Helligkeitsweften einer Tonwertskala und somit den Helliglceitswerten des Originals
entsprechen.
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Zum Vervielfältigen zwei dimensionaler Vorlagen durch Abdrucken einer
mit Farbe versehenen Druckform auf einen Druckträger wird bekanntlich von einer
Halbtonvorlage ausgegangen, d.h., von einer Vorlage, diekontinuierIich verlaufende
unterschiedliche Ton- und Farbwerte besitzt (z.B.
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Fotographie). Diese Halbtonvorlage wird nun einem Reproduktionsverfahren
unterworfen. Mittels einer Reproduktionskamera werden Negative oder Diapositive
unter Verwendung eines Rasters angefertigt. Die Raster sind Glasplatten oder Folien
mit regelmäßig angeordneten Linien, Punkten, Flächen oder unregelmäßgem Korn zur
Zerlegung der Tonwerte der Halbtonvorlagen in einzelne druckfähige Bildelemente.
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Als gebräuchlichster Raster wird der sogenannte Kreuzraster verwendet.
Dieser besteht aus zwei Spiegelglasscheiben, in die auf -Jedem Zentimeter Je nach
gewflnschter Feinheit 20 bis 120 feine parallele Linien eingraviert oder eingeätzt
worden sind, wobei die Räume zwischen den Linien der Linienbreite entsprechen. Die
Linien sind mit schwarzer, )Lichtundurchlässiger Farbe ausgefüllt.
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Die teilen Scheiben sind so 5bereinandergelegt, daß die Linien einander
rechtwinklig kreuzen und dazwischen kleine, sogenante Rasterfenster entstehen. Dabei
wird der Kreuzraster in einen Rahmen eingesetzt, der sich in geringem Abstand vor
der Mattscheibe der Reproduktionskamera befindet. Somit kann das Licht während der
Belichtung nur durch die Rasterfenster hindurchtreten und auf die lichtempfindliche
Schicht fallen. Da2wischen Aufnahmeschfoht und Raster ein geringer Abrand gegeben
ist, werden die Rasterfenster nicht scharf abgebildet, sondern als Punkte mit nach
den Kanten verlaufender Dichte, entsprechend dem-Linienverlauf hinter dem Rasterfenster.
Es ensteht ein sogenannter Rasterpunkt mit einem Halbtonhof. Dieser Rasterpunkt
baut sich von der Mitte her auf und entspricht in'seiner Ausdehnung dem Helligkeitswert
des-Originals. Dieser Rastertonwert wird angegeben als der prozentuale Anteil der
geschwärzten Fläche an der gesamten Fläche, die dem Rasterfenster entspricht.
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Bei einer einfarbigen Reproduktion entsprechen nun helle Flächen geringem
Rastertonwert, dunkle Flächen entsprechen einem hohen Rastertonwert. Das ist so
zuverstehen, daß die einzelnen Rasterpunkte, ausgehend von einem kleinsten möglichen
Rasterpunkt, dem sogenannten spitzesten Punkt sich ausdehnen und bei einem Rastertonwert
von 50 % sich schachbXrettartig berühren und danach berschneiden, bis sie bei einem
Rastertonwert von 90%- sich fast vollständig überlappen, Diese Art der Auflösung
einer Halbtonvorlage in eine Rasteraufnahme ist notwendig, da es bei den gebräuchlichen
Druckverfahren nicht möglich ist, einen Halbton zu erzeugen.
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Sollen nun mehrfarbige Drucke hergeste-llt werden, so muB für Jede
Farbe eine getrennte Rasteraufnahme angefertigt werden.
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Dazu ist es notwendig, daß für die verschiedenen Farben verschiedene
Winkelstellungen der Raster anzuwenden, damit die einzelnen Rasterpunkte der verschiedenen
Farben nicht aufeinanderfallen, vor allen Dingen, damit keine Farbschwankungen und
kein sogenannter Moire-Effekt auftreten. Der Moire-Effekt ist ein störendes regelmäßiges
Muster in Bildern, daß durch Über lagerung mehrerer Raster bei ungünstiger Rasterwinkelung
auftritt. Die Stellung der Rasterlineatur ist also entscheidend wichtig für die
Güte des Druckes. Die Rasterwinkelung kann dabei durch Drehen eines in der Kamera
angebrachten Kreisrasters vorgenommen werden, so daß für Jeden Farbauszug eine bestimmte
Rasterdrehung eingestellt wird. Trotzdem treten durch regelmäßige Überschneidungen
der Rasterlineaturen, besonders in den dunklen Farbtönen, gleichmäßige Musterbildungen
auf. Ebenfalls kann bei geringer Abweichung von den empirischermittelten Rasterwinklungen
ein sehr- auffälliges Muster entstehen, daß die gesamte Bild- und Farbwirkung stak
beeinträchtigt, so daß die Druckerzeugnisse häufig nicht mehr verwendbar sind.
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Es sind schon verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, diese Moire-Bildung
zu vermeiden. Bei bekannten übertragungs- und Aufzeichnungsgeräten, auch Scanner
genannt, wird zur Erzeugung des für den Druckvqrgang nötigen Rasterbildes von einem
Farbdia-Positiv durch punktweise Abtastung und Aufilterung ein Halbtonbild durch
einen Licht schreiber erzeugt. Die deutsche Offenlegungsschrift 2 012 728 betrifft
ein Verfahren zur elekbroptischen Aufzeichnung von gerasterten Halbtonbildern-mittels
eines Scanners, bei dem das Auftreten des Moire-Effektes gröAtenteils vermieden
wird. Dazu werden in einem komplizierten Verfahren dem Original ein oder mehrere
Rasternetze zugeordnet, deren Maschen und- Neigungswinkel so bemessen sind, daß
orthogonai orientierte Parzellen mit kongruenter Netzstruktur entstehen, wobei die
Parzellen durch Teilung in kleinere orthogonal
orientierte -Flächenelemente
zerlegt werden, welche zur Ermittlung der Aufzeichnungsdaten dienen. Die verschiedenen
Rasternetze-sind also in einer ganz bestimmten Weise übereinandergelegt, so daß
die Rasterpunkte der entsprechenden Netze teilweise auch Rasterpunkte der anderen
Netze sind. Dabei beinhalten die Parzellen, die eine ganz bestimmte Struktur aufweisen,
eine Anzahl wen übereinander gelagerten Rasterpunkten.
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Die Übereinanderlagerung verschiedener Rasterpunkte ergibt dann ein
Vieleck, welches auf bekanntem elektro-optischem Wege abgetastet wird. Der Nachteil
dieses Verfahrens besteht in der höchst komplizierten Übereinanderlagerung der verschiedenen
Netze, die zu dem bei geringsten Abweichungen mn den Winkellagen eine Moire-Bildung
nicht vollständig ausschließen, da die Vielecke in den Parzellen ihrerseits streckenweise
eine Lineatur aufweisen können. Zumindest ist dieses Verfahren das erste-biannte
elektro-optische Abtastverfahren, welches die Bildung des MoireEffektes weitgehend
vermeidet.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der
eingangs genannten Gattung zu fassen, bei dem das Auftreten einer gleichmäßigen
Lineatur vollständig vermieden wird und somit der gefürchtete Moire-Effekt nicht
mehr auftreten kann.
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Desweiteren ist es Aufgabe der Erfindung, das Verfahren so auszugestalten,
daß die gesamte, bis Jetzt notwendige Rasterwinklung entfallen kann und desweiteren,
daß die Abtastung des Originals in einem Bruchteil der Zeit vorgenommen werden kann,
die bis Jetzt bei den bekannten Scannern benötigt wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß das Flächenelement,
welches der Rasterfensterfläche eines konventionellen Rasters der Stöße nach entspricht,
in ein Netz von Einzelpunkten zerlegt wird, wobei entsprechend dem Sewelligen Helligkeitswert
des Originalpunktes eine Anzahl von Einzelpunkten über das Flächenelement beliebig
verteilt, gezeichnet bzw. belichtet
wird. Die Größe des Einzelpunktes
kann dabei die Größe eines sogenannten spitzesten Punkts haben, der drucktechnisch
gerade noch zu bewerkstelligen ist. Die Einzelpunkte innerhalb des Flächenelementes
sind nun numeriert und die Anzahl der zu zeichnenden bzw. zu belichtenden Einzelpunkte
innerhalb des Flächenelementes wird nun stochastisch mittels eines Zufallsgenerators
plaziert.
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Der hervorragende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß gewissermaßen das Flächenelement, welches in der STröße einer Rasterfensterfläche
eines konventionellen Raster entspricht, in eine Anzahl von Einzelpunkten aufgesplittert
wird. Dabei ist es ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß ein konventioneller
Raster nicht mehr benötigt wird. Jedoch werden die Größen der Flächenelemente entsprechend
den Größen von konventionellen Rasterfensterflächen beibehalten, da diese Werte
empirisch ermittelt sind und dem Auge das größte. Behaglichkeitsgeffihr vermitteln.
Zum Beispiel beträgt bei einem Kreuzraster der Rasterweite von 60 Linien/cm die
Kantenlänge des lichtdurchlässigen Rasterfensters 0,166 mm. Der kleinste spitzeste
Punkt, der drucktechnisch wiederzugeben ist, beträgt hier 0,017 mm. Dementsprechend
wird also das Flächenelement gemäß vorliegender Erfindung in hundert Einzelpunkte
zerlegt.
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Diese Einzelpunkte werden nun entsprechend dem Jeweiligen Helligkeitswert
beliebig über das Flächenelement verteilt. Es entsteht so eine Verteilung der geschwärzten
Fläche, deren Helligkeitswert genau so bestimmbar ist, wie der Rastertonwert eines
konventionellen Rasterpunktes. Jedoch treten bei be liebiger Verteilung der Einzelpunkte
über das Flächenelement bei der Aneinanderreihung beliebig vieler Fläehenelemente,
was Ja bei der gesamten Abtastung des Originals auftritt, in höchst überraschender
Weise keinerlei Lineaturen mehr auf. Dadurch ist der Moiré-Effekt vollständig ausgeschaltet.
Die Plazierung der Einzelpunkte kann mittels eines Zufallsgenerators geschehen,
der eine stochastische oder zwnindest annähernd stochastische' Verteilung der Einzelpunkte
innerhalb des Flächenelementes
vornimmt. Zweckmäßigerweise wird
der Zufallsgenerator binär codiert, damit sämtliche, stochastisch ermittelten Platznummern
gleich wahrscheinlich sind.
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Ein weiterer Vorteii besteht darin, daß mit dem erfindungsge- -maßen
Verfahren direkt gerasterte Dias erzeugt werden können.
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In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung-werden bei der Herstellung
von farbigen Reproduktionen dE stochastisch ermittelten Platznummern der Einzelpunkte
der ersten Farbe in einen Speicher gespeichert, wobei nun diese Platznummern bei
der Ermittlung der Platznummern der zweiten Falze verbotene Plätze für die zweite
Farbe darstellen und die Platznummern der zweiten Farbe ebenfalls gespeichert werden
und bei der Ermittlung der Platznummern der dritten Farbe die Platznummern der ersten
und zweiten Farbe für die dritte Farbe verbotene Plätze darstellen. Damit wird in
höchstvorteilhafterweise erreicht, daß die einzelnen Einzelpunkte der verschiedenen
Farben nicht übereinander gedruckt werden, sondern Jeweils nebeneinander liegen.
Auch hier kann aufgrund der stochastischen Verteilung niemals ein Moire-Effekt auftreten.
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Die Zuordnung der Anzahl der zu zeichnenden Einzelpunkte zum Jeweiligen
Helligkeitswertes Originals geschieht mittels elektronischer Schwellwertschalter.
So kann z.B. die H2igkeitsskala stufenweise aneinandergereihte Ke7lie;keitswerte
von 0 bis 100% in einem Stufenabstand von Jeweils 5% aufweisen, wobei nun Jeder
Stufe ein Schwellwertschalter zugeordnet ist. Deranaloge Hel1igkeitswertwird also
in ein digitales Signal des Schwellwertschalters umgewandat. Jedem Schwellwertschalter
ist nun eine ganz bestimmte Anzahl von zu zeichnenden'bzw0 belichtenden Einzelpunkten
zugeordnet. Desweiteren sind die Schwellwertschalter programmierbar, so daß die
aufgenommenen Helligkeits- -werte mittels der Schwellwertschalter verändert werden
können, bevor dieHelligkeitsw ertdie entsprechende Anzahl vonrn zeichnenden Einzelpunkten
bestimmen. Dadurch kann der Reproduktion
ein vom ursprünglichen
Helligkeitswert abweichender Hellies-; wert zugeordnet werden, wodurch die Reproduktion
schwächer oder stärker gestaltet ßnd so die Kraft eines Bildes gesteuert werden
kann. Mittels dieser programmierbarer Schwellwertschalter ist es auch möglich, die
Anzahl der zu zeichnenden Einzelpunkte umgekehrt proportional dem Helligkeitswert
zu gestalten. Dadurch kann in vorteilhafter Weise aus einer Halbtonvorlage direkt
ein Positiv angefertigt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet neue Wege der Reproduktionstechnik
zu gehen. Nicht nur-macht es die konventionelle Reproduktionskamera und Auszugsgeräte
überflüssig, sondern es gestattet auch, ein Original mittels bekannter elektromagnetischer
Verfahren auf Band zu speichern und beliebig oft zu reproduzieren.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht aus einem Abtastkopf zur Abtastung des HeIigkeitswertes des Originals, Schwellwertschaltern,
gegebenenfalls einem Speicher zur Speicherung der Platzziffern entsprechend den
Einzelpunkten eines Flächenelementes und einem Schreibkopf. In weiterer Ausgestaltung
kann der Schreibkopf aus einer Anzahl von Lichtleitfasern bestehen, deren Zahl gleich
der Anzahl der Einzelpunkte eines Flächenelementes ist und die zu einem Bündel zusammengefasst
sind, wobei die einen Enden der Fasern über Lichtquellen, z.B. Da-As-Dioden, mit
dem Zufallsgenerator verbunden sind und gegenüber den anderen Enden eine Optik angeordnet
ist zur Zeichnung oder Belichtun des Flächenelementes in natürlicher Größe auf der
Reproduktion.
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Ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Võrrichtung
sind im folgenden beschrieben und anhand der Figuren näher erläutert.
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Dabei zeigt: Figur 1 den Aufbau eines konventionellen Rasterpunktes
vom sogenannten kleinsten spitzesten Punkt bis hin zur vollständigen Überlappung
der Rasterpunkte entsprechend dem Lichteinfall, Figur 2 einen Rastertonwert von
10%, 50% und 90% bei konventionellen Rasterpunkten, Figur 3 drei Flächenelemente
gemäß dem Verfahren vorliegender Erfindung, wobei ein Flächenelement dem einem Rasterpunkt
zugeordnetem Feld entspricht und die Flächenelemente verschiedene Helligkeitswerte
von 10%, 50% und 90% aufweisen.
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Figur 4 ein erfindungsgemäßes Tonwertb ild mit aneinandergerethten
Flächenelementen in wesentlich verkleinerten Maßstab und Figur 5 ein Ausführungsbeispiel
eines Schreibkopfes zum Schreiben der Reproduktion.
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In Figur 1 sind verschiedene Rasterpunkte, hergestellt durch ein konventionelles
Raster, wiedergegeben, wobei der Punkt 1 dem sogenannten kleinsten spitzesten Punkt
entspricht, der bei zunehmender Helligkeit zunimmt, so daß sich dann die einzelnen
Rasterpunkte der nebeneinanderliegenden Rast erfenst erflächen überlappen bis zur
vollständigen Schwärzung. Jeder Rasterpunkt liegt also innerhalb eines Feldes 2
in welchem er von der Mitte heraus anwächst. In Figur 2 sind diese Verhältnisse
noch einmal in verkleinertem Maßstab dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der Punkt
von 0% Rastertonwert über 10% bis ,501 anwächst, hierbei berühren stich die einzelnen
Punkte schachbrettartig und wachsen über 90% bis zur vollen Fläche bei 100%. Es
entsteht also auf jeden Fall ein Liniensystem der einzelnen Punkte.
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Bei der Aneinanderreihung der Vielzahl von Rasterpunkten und bei der
Drehung der Raster entsprechend den verschiedenen Farben entstehen so aufgrund der
gleichmäßigen Lineatur Farbverschiebungen und der Moire-Effekt.
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Im Gegensatz dazu ist in Figur 3 und 4 der Aufbau eines erfindungsgemäßen
'lRasterpunktes", das ist ein sogenanntes Flächenelement, gezeigt.
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Der "Rasterpunkt" besteht aus einem Flächenelement 3, daß in ein Netz
von Einzelpunkten 4 einer kleinsten Einheit zerlegt oder aufesplittert ist. Das
Flächenelement entsteht dabei aus einem beliebig gewählten Rastermaß entsprechend
der Rasterweite eines konventionellen Rasters (bei ehem Kreuzraster) z.B.
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40-48-54-60 Linien/cm. Die Anzahl und Größe der kleinsten Einzelpunkte
richtet sich vorzugsweise nach der materialtechnisch erreichbaren kleinsten Deckungsgröße,
genannt spitzester Punkt, der vom Film und von der Drucktechnik abhängt.
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Von diesem Netz aus Einzelpunkten werden nun je nach den vom Original
bestimmten Helligkeitswert eine unterschiedliche Anzahl von Punkten belichtet oder
gezeichnet. Die Helligkeitswerte werden dabei auf einer Tonwertskala von 0 bis 100%
aufgetragen'.
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Den verschiedenen Helligkeitswerten, werden nun eine verschiedene
Anzahl von Einzelpunkten zugeordnet. Zum Beispiel sind bei einem Helligkeitswert
von 10« gemäß Figur 5 filnf Einzelpunkte geschwärzt, bei einem Rastertonwert von
50% sind 24 Einzelpunkte geschwärzt und bei einem Rastertonwert-von 90% sind 44
Einzelpunkte geschwärzt. Die Plazierung der einzelnen zu schwärzenden Einzelpunkte,
die auch Elementarpunkte genannt werden kdnnensgeschieht nun erfindungsgemäß beliebig
über das Flächenelement und wird z.B. durch einen elektronischen Zufallsgenerator
bestimmt. Bei der Aneinanderreihung der einzelnen Flächenelemente ist dadurch mit
absoluter Sicherheit eine Linienbildung und ein Moire ausgeschlossen. Das Flächenelement
in Figur 3 besteht z.B.
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aus 7x7 Einzelpunkten.
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Der Zufallsgenerator ist vorteilhaft binär codiert, damit sämtliche
Platzziffern gleichwahrscheinlich sind. Die Erzeugung einer stochastischen Folge
der Platzziffern erfo dabei nach einem bekannten mathematischen Modell.
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In Figur 4 ist eine Reihe von Flächenelementen mit verschiedenem Schwärzungsgrad
in verkleinertem Maßstab angegeben, wobei zur besseren Kennzeichnung der verschiedenen
Helligkeitswerte der Flächenelemente diese in Abstand angeordnet sind. Aus der willkilrlichen
Anordnung der Einzelpunkte innerhalb der einzelnen Flächenelemente ist abzulesen,
daß mit Sicherheit keine Lineatur auftreten kann. Nur die einzige Bedingung ist
erfüllt, daß nämlich die Anzahl der geschwärzten Elementarpunkte einem ganz bestimmten
Tonwert entspricht.
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Für die Herstellung von farbigen Reproduktionen, wobei es.
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gleichgültig list, wie die einzelnen Farben separiert werden, ist
das. erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet. Betrachtet man das linke Flächenelement
in Figur 3, so ist ersichtlich, daß neben die fünf Einzelpunkte 4- die weiteren
Farben in Gestalt von Einzelpunkten gesetzt werden können, ohne daß sich die verschiedenen
Einzelpunkte überlagern. Das wird dadurch erreichte daß'bei der Platzierung der
Einzelpunkte der verschiedenen Farben die Jeweils schon belegten Plätze der zuerst
aufgezeichneten Farbe für die zweite Farbe verbotene Plätze darstellen, bei der
Aufzeichnung der dritten Farbe stellen die Plätze der ersten und zweiten Farbe verbotene
Plätze dar.
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Das Flächenelement 9 auf der Reproduktion 10 wird durch eine Optik
8 aus dem Ausgangsbild 5 verkleinert geschrieben. Dieses Bild 5 wird durch Lichtleitfasern
6 übertragen, die zu einem Bilndel zusanimengefasst sind, dessen Grundfläche dem
FlEchenelement ähnlich ist. Die einzelnen Fasern des Lichtleitbündels sind mit Lichtquellen
7 verbunden, die z.B. Gallium-Arsenid-Dioden sind. Die Lichtquellen wiederum sind
mit den AusgSngen eines Zufallsgenerators verbunden. Die Anzahl-der
Lichleitfasern
beträgt genau die Anzahl der Einzelpunkte eines Flächenelementes.
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Die vom Abtastkopf aufgenommenen Helligkeitswerte des Originals werden
z.B. durch einen Multiplier in elektrische Signale umgewandelt, die also in funktionaler
Abhängigkeit von den Helligkeitswerten des Originals stehen. Die notwendige Unterteilung
der Tonstufen kann nun folgendermaßen vorgenommen werden, daß der größte und niederste
Helligkeitswert als Endpunkt entsprechend 0% und 001 geeicht werden durch-Ausmessen
des zu übertragenden Halbtonbildes. Hierbei würde die Differenz (der Kontrast) genau-dem
vorgegebenen Halbtonbild entsprechen. Ebenso kann aber diese Differenz gedehnt oder
geschrumpft werden.
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Jedem Helligkeitswert wird nun eine Anzahl von EinzCpunkten zugeordnet,
so -z.B. in Figur 3 sind demHelligkeitswerton 10% fünf Einzelpunkte bei einer-Gesamtzahl
von 49 Einzelpunkten zugeordnet. Diese Zuordnung kann mit Hilfe von programmierten
Schwellwertschaltern bewerkstelligt werden. Jedem Schweliwertschalter ist eine feste
Zahl von Einzelpunkten zugeordnet.
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Die Staffelung kann nach einer beliebigen Funktion vorgenommen werden,
die vorzugsweise loga*ythmisch ist.
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Die Schwellwerte können unterschiedlich programmiert werden, wodurch
gegenüber dem Ursprungsbild der Tonwert des geschriebenen Bildes verändert wird.
Diese Möglichkeit der Umfangssteuerung ist ein in der Reproduktionstechnik sehr
gewünschter Effekt. Es können also helle Partien verdunkelt oder weiter aufgehellt
werden und umgekehrt, einem Bild kann also verschiedene "Kraft" verliehen werden.
Ebenso kann folglich aus einem -Positiv in der Vorlage ein Negativ geschrieben werden
und umgekehrt.