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Der
in dem
U.S.-Patent 5,578,813 offenbarte
Gegenstand mit dem Titel FREEHAND IMAGE SCANNING DEVICE WHICH COMPENSATES
FOR NON-LINEAR MOVEMENT ist für
unsere hierin beschriebene Erfindung von Interesse, da dieses Patent
ein exemplarisches Umfeld beschreibt, in dem unsere Erfindung praktiziert
werden kann. Aus Gründen
der Kürze
ist das
U.S.-Patent 5,578,813 hiermit hierin
durch Bezugnahme aufgenommen.
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Scanner
sind Vorrichtungen, die ein Bild betrachten und es dann so darstellen,
als ob es eine Anzahl von benachbarten Zeilen aufeinanderfolgender
Pixelpositionen entlang einer Zeile wäre. Der optische Inhalt an
jedem Pixelort ist durch einen Digitalwert (beispielsweise vier
oder fünf
Bits) dargestellt, und die Ausgabe des Scanners ist oft seriell
gestaltet, als aufeinanderfolgende Digitalwerte, die in Sammlungen
abgrenzt oder gruppiert sind, die die abgetasteten Zeilen darstellen.
Ein wichtiger Parameter in diesem Prozess ist die räumliche
Dichte, die in aufeinanderfolgende Digitalwerte in einer Zeile dargestellt
und oft in Bildpunkten pro Zoll oder DPI (DPI = dots per inch) ausgedrückt ist.
Ein ähnlicher
Parameter ist die Entfernung zwischen benachbarten Zeilen, die als
LPI (LPI = lines per inch = Zeilen pro Zoll) bezeichnet werden kann.
Bei den meisten Scannern sind DPI und LPI während einer beliebigen gegebenen
Abtastoperation fest; bei gewissen Scannern kann LPI auf komplizierte
Weise variieren, wenn während
des Abtastens ermöglicht
wird, dass die LPI-Achse von einer Senkrechtheit bezüglich der
DPI-Achse abweicht. Manchmal formatiert eine Firmware, die einem Herstellen
der Grauskalierungsdaten zur Verwendung durch ein anderes System
zugeordnet ist, die abgetasteten Ergebnisse um, so dass sie so erscheinen,
als ob sie mit einer niedrigeren Auflösung als tatsächlich durch
die Hardware durchgeführt
wurde abgetastet worden wären.
Auf jeden Fall gibt das Scanner system in der Regel Pixeldaten aus,
von denen erwartet wird, dass sie sich bereits an ein regelmäßiges Gitter
von Pixelorten anpassen, oder die eingestellt wurden, um sich an
dasselbe anzupassen. Bei einer Vielfalt verschiedener lichtempfindlicher
Sensoren ist dieser Abtastprozess unter günstigen Bedingungen zu einer
sehr guten Leistung in der Lage.
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Lässt man
eine Menge die Leistung beeinflussender Punkte beiseite, die sich
aus der Beschaffenheit des lichtempfindlichen Sensors ergeben, bezieht
sich ein sehr wichtiger Punkt auf die Beschaffenheit des Originalbilds,
das abgetastet wird. Wie weithin bekannt ist, werden viele Bilder,
die ursprünglich
Photographien waren, als Halbtöne
reproduziert. Unter einer Vergrößerung erscheint
die Halbtongebung als eine regelmäßig beabstandete Matrix von
Bildpunkten unterschiedlicher Größen. Auf
eine derartige Untersuchung (beispielsweise mit einem Vergrößerungsglas)
hin zeigt sich, dass dunkle Bildpunkte in Wirklichkeit nicht dunkler
als helle sondern stattdessen größer sind.
Tatsächlich
können
benachbarte dunkle Bildpunkte so groß sein, dass sie zusammenfließen, so
dass ein dazwischenliegender weißer Raum fehlt. Tatsächlich sind
helle Bildpunkte ausreichend klein (sogar bis zum Grad eines Nichtvorhandenseins),
so dass sie viel dazwischenliegenden weißen Raum aufweisen.
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Eine
Halbtongebung wird oft durch das Einführen eines Siebs in den optischen
Weg erzeugt. Die Löcher
in dem Sieb sind Öffnungen,
die die Bildpunkte unterschiedlicher Größe erzeugen. Der Lochabstand
des Siebs (d. h., die Anzahl von Löchern pro Zoll) bestimmt (bei
Fehlen einer anderen Vergrößerung oder
Reduzierung) die Beabstandung für
die Matrix von Bildpunkten bei der Halbtonreproduktion, die das
gedruckte Bild einer Photographie in einer Zeitung oder Zeitschrift
sein kann. Der Lochabstand des Siebs ist in der Regel in beide Richtungen
einheitlich. Das für
Zeitungsphotographien verwendete Sieb kann bis zu 85 Zeilen pro
Zoll oder weniger grob sein, wohingegen das für eine teure Zeitschrift 150
Zeilen pro Zoll oder mehr betragen kann.
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Eine
Halbtongebung löst
manche andernfalls sehr unangenehme Probleme bei der Reproduktion
von Photographien und ist allgegenwärtig. Drucker für einen
Computer imitieren oft den Halbtonprozess, um die Wiedergabetreue,
mit der ein herkömmlicher
Bürokopierer
die Druckerausgabe eines Bilds, das aus Elementen außer den
leicht zu kopierenden durchgezogenen Zeilen oder „Type" (z. B. die 100%
durchgehenden Schriftzeichen einer Schriftart) zusammengesetzt ist,
reproduzieren kann, zu erhöhen.
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Man
betrachte einen Laserdrucker. Er kann eine interne Mikro-Bildpunkt-Auflösung von
600 oder 1200 DPI aufweisen, die verwendet wird, um Gruppen größerer Bildpunkte
unterschiedlicher Größe zu erzeugen. Es
gibt verschiedene bekannte Möglichkeiten,
um Grauskalierungsdaten für
Pixel bei beispielsweise 100 Bildpunkte pro Zoll zu nehmen und aus
den Mikro-Bildpunkten ein Bild größerer Bildpunkte variabler
Größe bei beispielsweise
100 Bildpunkten pro Zoll zu erzeugen. Einer dieser Prozesse ist
als „geordnetes
Dithering" (to dither
= zittern) bekannt und benutzt die "Feinpositionen" (X- und Y-Positionen
modn) eines ankommenden Pixels, um eine
n-mal-n-Matrix unterschiedlicher Schwellenwerte zu adressieren.
Wenn der Grauskalierungswert des ankommenden Pixels bei oder oberhalb
der Schwelle liegt, wird ein entsprechendes Cluster von Mikro-Bildpunkten
erzeugt. Bei Feldern, die wirklich vollständig Weiß und vollständig durchgehend
Schwarz sind, erzeugt dieser Prozess ein wirkliches Fehlen von Mikro-Bildpunkten
bzw. durchgehenden Mikro-Bildpunkten. Für die Graupegel zwischen diesen
Extremen gibt es Cluster von Mikro-Bildpunkten variabler Größe. Es ist
so, als besäße der Drucker
sein eigenes internes Sieb, obwohl in den meisten Fällen das
Siebmittel der Softwaretreiber und nicht der Drucker selbst ist.
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Moiré-Muster
sind das bekannte regelmäßige Muster
von dunklen Bändern
oder Stellen, die überall
in einem Bild verteilt sind, das zwei (oder mehr) zugrunde liegende
Quantisierungsbetriebsweisen enthält, wie z. B., dass es durch
zwei unterschiedliche Siebe unterschiedlichen Lochabstands gesiebt
wurde. Die relative Ausrichtung der zwei Betriebsweisen (Siebe)
beeinflusst die Form des erzeugten Moiré-Musters. Wird ein Bild durch
zwei fehlausgerichtete oder unterschiedliche Siebe betrachtet, ist
das Moiré-Muster auf die regelmäßigen Störung bei
der Bildintensität
angewiesen, um in Erscheinung zu treten. Das heißt, wenn zwei Zellen der Siebe
gut miteinander ausgerichtet sind, „gelangt" das „Licht" für
den entsprechenden Gegenstand „hindurch", als ob es sich
um lediglich ein Sieb handeln würde;
jegliche andere Ausrichtung stört
zunehmend die Bildwiedergabetreue während einer Übermittlung
des Bilds. Der Fall, der uns am meisten interessiert, betrifft das
Betrachten (beispielsweise durch Drucken) eines ungesiebten Originalbilds
durch ein zweites Sieb (in dem Drucker), nachdem es bereits durch
ein erstes Sieb eine Halbtongebung erfahren hat. Wir können auf
das erste Sieb verzichten, wenn wir in Betracht ziehen, dass das,
was auf das zweite Sieb auftrifft, ein Muster von Bildpunkten variabler
Größe ist,
die durch weißen
Raum getrennt sind oder sich auf einem Feld eines solchen befinden.
Wie zuvor können
die Bildpunkte in einer Region so groß sein, dass sie den weißen Raum
verdrängen, oder
die Punkte können
so klein sein, dass die Region vollständig (oder fast) ein weißer Raum
ist.
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Somit
gibt es, falls sich das zweite Sieb vollständig oder vorübergehend
gut in einer bestimmten Region mit den einer Halbtongebung unterzogenen
Bildpunkten des Bilds ausrichtet, in der Region der guten Ausrichtung
keine Artefakte, die die Übermittlung
des Bilds stören;
die Bildpunkte des Bilds erzeugen entsprechende Cluster von gedruckten
Mikro-Bildpunkten.
Es wird nun angenommen, dass das zweite Sieb beträchtlich oder
vollständig
bezüglich
der Bildpunkte des Bilds fehlausgerichtet ist. Wenn das zweite Sieb
dasselbe wie das erste ist, jedoch einfach aus der Maximalausrichtung
heraus bewegt (jedoch nicht gedreht!) ist, würde das gesamte Bild einheitlich
um einen Betrag, der dem Mangel an Ausrichtung entspricht, undeutlich
erscheinen, da die sichtbare Dunkelheit oder wirksame Größe aller
Bildpunkte einheitlich reduziert ist. Wenn das zweite Sieb einen
anderen Lochabstand aufweist oder gedreht ist, gibt es periodisch
auftretende Fälle
guter Ausrichtung, die mit schlechter Ausrichtung durchsetzt sind.
In Regionen schlechter Ausrichtung tritt einer von zwei Fällen auf:
(a) das Bild fängt
an verwaschen zu werden, da aufeinanderfolgende kleinere Bildpunkte
in die Räume
zwischen aufeinanderfolgenden Öffnungen
des zweiten Siebs fallen (regelmäßig nicht
die Schwelle des geordneten Dithers erfüllen); oder (b) das Bild wird
durchgehend, da aufeinanderfolgende größere Bildpunkte aufeinanderfolgende Öffnungen
des zweiten Siebs überbrücken (regelmäßig die
Schwelle des geordneten Dithers überschreiten).
In Fall (a) werden kleine Bildpunkte entfernt (und Bildpunkte mittlerer
Größe kleiner
gemacht) wohingegen in Fall (b) Bildpunkte mittlerer Größe zu größeren Bildpunkten
gemacht werden. Diese Störungen
bei der Bildpunktgröße sind
das sichtbare Moiré-Muster.
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Das
Abtasten und nachfolgende Drucken vorher reproduzierter Bilder verbreitet
sich mehr und mehr. Leider ist dies unter Umständen von zwei unerwünschten
Folgen begleitet.
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Ein
einfaches Abtasten eines einer Halbtongebung unterzogenes Bilds
kann erfassbare Moiré-Muster-Artefakte
in den Daten der Grauskalierungswerte für das abgetastete Ergebnis
bewirken. Sie treten entlang der DPI-Richtung mit einer ersten räumlichen
Frequenz auf, die die Differenz zwischen dem wirksamen Lochabstand
des halbtongebenden Siebs in dieser Richtung und dem DPI des Scanners
ist. Sie treten auch entlang der LPI-Richtung mit einer zweiten
räumlichen
Frequenz auf, die die Differenz zwischen dem effektiven Lochabstand
des halbtongebenden Siebs in dieser Richtung und dem LPI des Scanners
ist. Mit anderen Worten, die Auflösung der Scanner-Hardware fungiert
wie ein Sieb. Denkt man darüber
nach, kann man diese ohne weiteres „scannerinduzierte" Moiré-Muster
nennen.
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Noch
bemerkenswerter als die „scannerinduzierten" Moiré-Muster ist das, was
passiert, wenn das abgetastete Halbtonbild zu einem Drucker gedruckt
wird, der Grauskalierungsdaten durch Erzeugen seiner eigenen Halbtondarstellung
handhabt, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist. Das Ergebnis
entspricht genau einem Betrachten des Originals (also der ungesiebten
Photographie) durch zwei unterschiedliche willkürlich positionierte Siebe.
Eines dieser Siebe war dasjenige, das zur Halbtongebung des Bilds
auf dem Dokument, das abgetastet wurde, verwendet wurde. Das andere
ist der durch den Drucker verwendete Siebprozess. Wenn sie nicht
behandelt werden, sind diese Moiré-Muster-Artefakte manchmal
sehr ausgeprägt,
oft so sehr, dass sie so unansehnlich sind, dass das Ergebnis insgesamt
als abscheulich oder unbenutzbar angesehen wird. Es sei darauf hingewiesen,
dass dieses Problem, das wir als „druckerinduziertes" Moiré-Muster
bezeichnen können,
nicht auf den Scanner zurückzuführen ist.
Der Scanner ist eher in der Position des Boten, dem die Schuld für die schlechten
Nachrichten zugeschoben wird. Schließlich ist der Ort eines „Siebs" in den Daten, die
abgetastet wurden, und das andere „Sieb" befindet sich in dem Drucker, und der
Scanner befindet sich einfach zwischen diesen beiden.
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Das
herkömmliche
Heilmittel für
Moiré-Artefakte
ist eine Nachverarbeitung der abgetasteten Daten. Dies ist rechenintensiv
und trägt
beträchtlich
zu der Komplexität
entweder des Scanners oder der Umgebung, die eine Verwendung der
durch den Scanner produzierten Daten erwartet, bei. Sie kann auch
eine Bildauflösung
reduzieren, als ein Preis der zum Glätten der Moiré-Muster
bezahlt werden muss.
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Man
betrachte einen tragbaren Abtastmechanismus, wie beispielsweise
den in dem hierin im Vorhergehenden aufgenommenen Patent '813 beschriebenen.
(Zur Kenntnisnahme, dieser kann ein CapShare 910 oder CapShare 920
der Hewlett-Packard Company sein, die beide ein HP C6300A, das der
eigentliche Scanner ist, sowie eine Software, die auf einem PC abläuft, umfassen.)
Dieser Scanner verwendet ein kleines (verglichen mit einem Dokument)
Fenster (hinter dem sich ein Array optischer Sensoren befindet),
das in Kontakt mit dem Dokument ist und durch „Schlagen" in einem beliebigen zumindest geringfügig überlappenden
Muster bewegt wird, bis das ganze Dokument (oder der interessierende
Teil) abgedeckt ist. Der Scanner weist einen eingebauten Navigationsmechanismus,
um die Schlagbewegung nachzuverfolgen, eine ausreichende Menge an
Speicher sowie eine beeindruckende Menge an Verarbeitungsleistung
auf. Durch als Gleichrichtung (die DPI- und LPI-Achse senkrecht
halten) und Zusammensetzen (benachbarte Schläge in Zeilen korrekt geordneter
Pixel montieren) bezeichnete Prozesse rekonstruiert er das Originalbild
oder die Originalbilder, das geschlagen wurde oder die geschlagen
wurden und gibt die Rekonstruktion so aus, als ob die Daten durch
beispielsweise einen Flachbettscanner abgetastet worden wären. Die
tatsächliche
Abtastung ist 300 DPI entlang einer Zeile mal nominal 200 LPI, die
dann ausgerichtet und zusammengesetzt wird, um 300 DPI mal 300 LPI zu
ergeben. Dieses Ergebnis wird dann abwärtsabgetastet, um 150 DPI mal
150 LPI von Grauskalierungsdaten zu erzeugen. Da die Schläge in ihrer
Form willkürlich
sein können
(einfach gewunden, zickzackförmig
oder sogar U-förmig),
bewegt sich ein Ende der Zeile von Abtastpixeln oft schneller als
das andere, und ein ursprüngliches
oder internes 200-LPI-Kriterium
zum Abtasten wird durch das Ende, das sich am schnellsten bewegt,
getrieben. Der tragbare Scanner wird oft an Material verwendet,
das Halbtonbilder enthält.
Ungeachtet seiner Bewegung über
das Dokument (ob sie hauptsächlich
geradlinig oder sehr gewunden ist) treten oft kleinere scannerinduzierte
Moiré-Artefakte
aus einem Abtasten eines einer Halbtongebung unterzogenen Materials
her vor, selbst nachdem es gleichgerichtet und wieder zusammengesetzt
worden ist. Es soll nicht behauptet werden, dass die Abtastbewegung
keine Auswirkung auf scannerinduzierte und druckerinduzierte Moiré-Muster
hat; durch Ändern
der sichtbaren relativen Positionen der „Siebe" kann sie definitiv eine Auswirkung
haben. Jedoch ist die Abtastbewegung nicht der eigentliche Grund
für die
Moiré-Muster.
Die gleichen Probleme treten bei Flachbettscannern auf.
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Es
wäre erwünscht, gäbe es einen
wirksamen und wirtschaftlichen Weg, die Auswirkungen von Moiré-Mustern
bei der Abtastung und dem Drucken von einer Halbtongebung unterzogenen
Bildern zu mäßigen. Das
heißt,
einen Weg, um die Auswirkungen scannerinduzierter Moiré-Muster
in den Daten von dem Scanner und druckerinduzierter Moiré-Muster
in dem gedruckten Bild zu mäßigen. Es
wäre besonders
erwünscht,
wenn eine relativ einfache Technik beide Auswirkungen mäßigen könnte.
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Die
JP 9116704 A beschreibt
einen Bildleser, der die Erzeugung von Moiré unterdrückt, während er gleichzeitig die Reduzierung
einer Bildauflösung
mit einer niedrigen Frequenz vermeidet. Der Bildleser umfasst einen
Zeilensensor, der in Längsrichtung
in Schwingung versetzt wird, um eine Unterdrückung einer Erzeugung eines
Moirés
bereitzustellen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und einen
Scanner zum Abtasten von einer Halbtongebung unterzogenen Bildern
mit verbesserter Qualität
bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und einen Scanner
gemäß Anspruch
5 gelöst.
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Sowohl
scannerinduzierte als auch druckerinduzierte Moiré-Muster werden in
einem Scanner, der sein LPI kontinuierlich variiert, in beträchtlichem
Maße unterdrückt. DPI
in der Richtung, die sich von der relativen Bewegung zwischen dem Scanner
und dem Dokument unterscheidet, ist im Allgemeinen eine feste Eigenschaft
des optischen Sensors, in der LPI-Richtung kann die Entfernung zwischen
aufeinanderfolgenden Zeilen jedoch so beeinflusst werden, dass sie
zufallsbedingt zwischen einer Maximalentfernung und einer Minimalentfernung
variiert. Dies verteilt den Moiré-Effekt räumlich und verhindert seine
konzentrierte Anhäufung
in das übliche
erkennbare zweidimensionale Muster.
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1 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm eines exemplarischen Scanners, der
aufgebaut ist, um gemäß den Prinzipien
der Erfindung wirksam zu sein.
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Im
Allgemeinen weist ein Moiré-Muster-Element
in der gedruckten Ausgabe bei einer abgetasteten, einer Halbtongebung
unterzogenen, Eingabe mehrere Pixel in der Breite und mehrere Zeilen
in der Höhe
auf. Symbolisch lässt
sich ein derartiges gedrucktes Moiré-Muster-Element als die folgenden
ausgerichteten Zeilen darstellen:
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Bei
diesem Beispiel stellen die Schrägstriche „Ausgabepixel" (bei einem Laserdrucker,
während
sie Cluster dessen, was wir als Mikro-Bildpunkte bezeichnet haben,
die durch das geordnete Dithern erzeugt werden) dar, bei denen die
nominalen (oder fast nominalen) Werte gemäß dem Bild sind (d. h., sie
scheinen frei von augenfällig
sichtbaren Artefakten). Die Xe stellen derartige Ausgangspixel dar,
die eine augenfällige
Verdunkelung aufweisen, die kein berechtigter Teil des tatsächlichen
Bilds ist, und die Os sind eine augenfällige Aufhellung, die kein
berechtigter Teil des tatsächlichen
Bilds ist. Das Mustern von Xen und Os in Zeilen (1)–(4) ergibt
sich aus den Differenzen bei der räumlichen Frequenz der zwei
Siebe. Seine sichtbare verti kale Ausrichtung ist das, was sich aus
zwei Sieben ergäbe,
die im Allgemeinen zueinander und auch gegenüber der DPI- und LPI-Achse parallel sind, jedoch
gegeneinander versetzt sind. Diese Bedingungen sind selbstverständlich ein
Spezialfall; die Siebe können
eine relative Drehung erfahren, was das andere geometrische Muster
für die Form
der sichtbaren Moiré-Elemente
erzeugt. Nichtsdestotrotz dienen die Zeilen (1)–(4) als eine Basis zur Veranschaulichung
des allgemeinen Effekts der Verbesserungstechnik, die wir beschreiben
möchten.
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Sobald
nun der Ort einer DPI-Zeile entlang der LPI-Richtung erreicht worden
ist, gibt es keine andere Wahl, als diese Zeile mit dem DPI des
Scanners abzutasten. Und wenn das Ergebnis einige scannerinduzierte Moiré-Muster-Elemente
darin entlang der DPI-Richtung aufweist, kann dies nicht verhindert
werden. Jedoch können
wir oft verhindern, dass die nächste
Zeile automatisch das aufweist, was andernfalls der nächste Fall von
Ausgabepixeln für
dieses selbe Moiré-Muster-Element wäre. Durch
ständiges
Variieren des LPI des Scanners kann davon ausgegangen werden, dass
der Ort der nächsten
abgetasteten Zeile in der DPI-Richtung oft auf einen Ort in dem
Dokument fällt,
wo das Halbtonsieb für
das Originalbild das durch den Drucker verwendete Sieb nicht (oder
weniger) beeinträchtigt.
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Soweit
scannerinduzierte Moiré-Muster
betroffen sind, erzeugt diese beabsichtigte Variation bei dem LPI
ein geringfügiges örtliches
Wackeln (wobble) bei jeglichen derartigen Moiré-Elementen. Das Wackeln ist nicht
nur eine räumliche
Verteilung, die selbst bei einem Eins-zu-Eins-Drucken (mit keiner Druckerhalbtongebung)
nicht gleichgerichteter abgetasteter Pixel mit der höchsten Auflösung der
Abtastungshardware hilfreich wäre
(was etwas ist, das manchmal vorgenommen wird), sondern auch das
Wackeln selbst neigt dazu, während
der Halbtonsimulation des Druckers ausgeglichen zu werden. Somit
liegen zwei Vorteile vor: (a) es ist hilfreich in Ausgangssituationen,
in denen scanner induzierte Moiré-Muster sichtbar wären (es
verteilt jedes derselben über
einen größeren Bereich
hinweg, so dass sie weniger augenfällig sind); wobei es (b) eine
Halbtongebung durch den Drucker nicht beeinträchtigt (rammt), wenn eine Druckerhalbtongebung
verwendet wird.
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Was
druckerinduzierte Moiré-Muster
angeht, weist eine beabsichtigte Variation bei dem Scanner-LPI eine
Tendenz auf, Mehrzeilenmusterelemente zu verteilen:
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Dies
verschiebt selbstverständlich
den sichtbaren Ort der ursprünglichen
abgetasteten Dokumentpixel um denselben Betrag in der LPI-Richtung,
und, falls sie in dieser Form an einen Drucker gesendet würden, der ein
konstantes LPI erwartet (der ein herkömmlicher Drucker und von dem
Typ ist, der zur Verwendung eingeplant ist), ein nicht-gleichgerichtetes
gedrucktes Bild würde
die Tendenz aufweisen, kleine maßstabsgerechte Dehnungen und
Komprimierungen in der LPI-Richtung aufzuweisen. Beispielsweise
können
diagonale Zeilen, die nominal wenige Pixel dick sind, eine leicht
wellenförmige
Verdickung und Verdünnung
aufweisen. Dies soll jedoch nicht heißen, dass Pixelinformationen
notwendigerweise deplatziert sind. Bei einer Druckerhalbtongebung
kann davon ausgegangen werden, dass das geordnete Dithern oder ein
anderer Siebmechanismus in dem Drucker benachbarte Scannerpixel
als Teil seiner Erzeugung von druckergesiebten Bildpunkten kombiniert.
Die ursprüngliche
Information ist nach wie vor vorhanden, nur in der LPI-Richtung geringfügig fehlplatziert,
und wobei bei vielen Zeilen die meisten oder alle der Moiré-Artefakte
fehlen. Die durch Kombinieren der benachbarten, jedoch deplatzierten,
Scannerpixel erzeugte Halbtongebung des Druckers erzeugt ein Bild,
das geringfügig
unscharf, jedoch ansonsten präzise
ist.
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In
dem Fall, in dem ein tragbarer Scanner oder anderer Scanner bereits
vorab ein variiertes LPI-Bild vor dem Senden desselben zu dem Drucker
gleichgerichtet hat, ist die Situation bezüglich deplatzierter scannererzeugter
Pixel so wie sie ohnehin stets war, dahingehend dass der Gleichrichtungsprozess
ohnehin niemals konstantes LPI erwartet (wie könnte er, wenn er ein Schlagen
akzeptiert?). Darüber
hinaus kommt eine Gleichrichtung nicht einem Sieben gleich; sie
ist im Wesentlichen eine Bewahrung von Informationen und wirft keine
Information weg. Sie ist sehr erfolgreich darin, scannererzeugte
Pixel zu ihren nominalen eigentlichen Orten zurückzuführen, und zwar ohne Detailverlust,
der in dem nicht-gleichgerichteten Fall der vorherigen Photographie
als ein Unscharfwerden erscheint. Doch ein Bewegen der abgetasteten
Pixel an ihre eigentliche Orte gleicht die Tatsache, dass die tatsächlichen
und eigentlichen abgetasteten Orte unterschiedlich auf das Vorhandensein
des Siebs ansprechen, der die Halbtonbildpunkte, die abgetastet
werden, erzeugt hat, nicht vollständig aus. Der Gleichrichtungsprozess
interpoliert Pixelwerte ohne jegliches Wissen einer zugrundeliegenden
räumlichen
Frequenz der Halbtonbildpunkte. Die Variation in der Pixelintensität, die sich
ergibt, ist nun eine vermischte Quantität, die die räumliche
Frequenz der Halbtongebung durch Nicht-Getrennt-Halten ihrer Intensitätsvariationen
während
der Mittelung, die das Herzstück
des Interpolationsprozesses zur Gleichrichtung ist, stört. Das
heißt,
der Bildinhalt kann die Variationen mit der realen räumlichen
Halbtonfrequenz „überschwemmen". So kann davon ausgegangen
werden, dass die Interpolation das Moiré-Muster in einer unregelmäßigen Art
und Weise basierend auf sowohl der Variation des LPI als auch des örtlichen
Bildinhalts stört.
Dies erzeugt nun die räumliche
Versetzung und Glättung
in ansonsten regelmäßigen Moiré-Muster-Elementen,
und verteilt sie, so dass sie weniger deutlich hervortreten. Es
ist so, als ob die Siebe, die die Halbtonbildpunkte erzeugten, in
Bewegung und auch geringfügig
unscharf wären.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass ein Verändern der Position des ursprünglichen
Bilds um einen Halbtonzyklus eine räumliche Verschiebung eines
vollständigen
Zyklus in dem Moiré-Muster bewirkt. Das
gleiche passiert, wenn das einer Halbtongebung unterzogene Bild
sich nicht wirklich bewegt, sondern der augenscheinliche Ort des
Siebs sich bewegt, was selbstverständlich das ist, was passiert,
wenn das LPI variiert wird. Da das LPI mit den meisten Sieben, die
verwendet werden, um Halbtonbilder zu erzeugen, in Einklang ist,
kann der Effekt eines Variierens des LPI ausgeprägt sein. Es besteht ein Interesse
daran, zu entscheiden, wie viel Variation bei dem LPI erwünscht ist.
(DPI in der anderen abgetasteten Achse ist selbstverständlich fest
und daran lässt
sich auch nichts ändern.
Wenn alles gleich ist, ist höher
besser.)
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Der
wünschenswerteste
Fall wäre,
dass die Variation bei dem LPI auf einer Kenntnis der räumlichen Frequenz
(in Bildpunkten pro Zoll) der abzutastenden Halbtongebung basiert.
Nimmt man an, dass jeder Bildpunkt genau einmal abgetastet wurde
und dass bei jeder Abtastung ein Intensitätswert erzeugt wird, der eine Bildpunktgröße anzeigt,
angenommen, dass die ganze Tinte gleichförmig dunkel ist (trotz der
Bildpunktgröße) und
dass das Papier vollständig
weiß ist.
Im Prinzip weisen diese Daten sämtliche
Informationen auf, die benötigt
werden, um das Bild zu rekonstruieren, einschließlich einer Erzeugung jeglicher
Moiré-Muster,
die sich aus dem Sieb in einem Drucker ergeben, der das abgetastete
Bild druckt. Wird nun das LPI um ±50% der nominalen Mitte-zu-Mitte-Beabstandung
der Halbtonbildpunkte variiert, kann das Moiré-Muster maximal gestört (und
dadurch verteilt) werden. Selbst wenn die Variation weniger als ±50% beträgt, ist
dies jedoch nach wie vor wirksam, obwohl es mehrere Zeilen erforderlich
machen kann, um einen Zyklus einer Störung bei dem Moiré-Muster
zu erzielen.
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Diese
Tatsache macht es möglich,
eine Variation bei der Zeile-zu-Zeile-Abtastentfernung (d. h., entlang
der LPI-Richtung)
auszuwählen,
die die Moiré-Muster
für eine
große
Bandbreite von Halbtonsiebgrößen wirksam
stört.
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Ein
Beispiel ist angezeigt. Angenommen, man muss eine Photographie abtasten,
die als ein 150-DPI-Halbton gedruckt wurde. Um eine maximale Störung des
Moiré-Musters
zu erhalten, empfiehlt es sich, eine 150-LPI-Abtastrate um ±1/300
Zoll zu variieren. Das heißt,
die Zeile-zu-Zeile-Beabstandung
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeilen würde zwischen 1/300 Zoll und
3/300 Zoll = 1/100 Zoll variieren. Diese Variation könnte regelmäßige Beträge von Zeile
zu Zeile sein oder sie könnte
zufällig
sein. Zufällig
ist bevorzugt, da jegliche Regelmäßigkeit bei der Variation ein
Potential aufweist, sich als ein regelmäßig (und damit erkennbar) gestörtes Moiré-Muster
zu manifestieren.
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Würde dieser
Betrag an Abtastvariation stattdessen für ein 100-Zeilen-pro-Zoll-gesiebtes
Halbton verwendet, würde
er noch immer einen erwünschten
Effekt erzielen, auch wenn ein Mehrfaches an Zeilen benötigt würde, um
ihn zu verwirklichen.
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Praktische Überlegungen
bei einem beliebigen bestimmten System können eine Auswahl und Kompromisse
erfordern. Angenommen, das Sieb beträgt 150 DPI und der Bildsensor
kann nicht schnell genug (300 LPI) abtasten, wenn die Geschwindigkeit
nicht reduziert wird. Zum einen ist es in Ordnung ein möglichst
gutes Ergebnis zu erzielen. Selbst wenn die Variation bei dem LPI
50% nicht ganz erreicht, ist sie nach wie vor wirksam. Zweitens
ist es bei dem Fall eines tragbaren Scanners möglich, den Benutzer dahingehend
zu bilden, dass er langsamer über
das gesiebte Material geht. (300 LPI bedeutet 3000 Abtastungen pro
Sekunde, wenn der Sensor sich mit 10 Zoll pro Sekunde über das
Papier bewegt. Wenn 3000 Abtastungen pro Sekunde für die Hardware
zu hoch ist – oder
für die
zugehörige
Arithmetik – so
ist 5 Zoll pro Sekunde nur halb so schnell und kann 300 LPI ermöglichen.)
Noch mehr Überlegungen
ergeben sich, wenn das Halbton-DPI klein ist, beispielsweise 50
DPI. Angenommen, dass der Gleichrichtungsprozess darauf abzielt,
eine 150-DPI-Ausgabe
zu erzeugen und nominal 200 LPI an Rohdaten erwartet. Soll er nun
1/50 Zoll plus die Hälfte
von 1/50 Zoll (3/100 Zoll) als die mögliche Entfernung annehmen,
kann er wesentlich mehr Genauigkeit als zuvor erforderlich machen,
was die Frage aufwirft, ob ein Entwurf eines neuen Teils gerechtfertigt
ist oder nicht (bei einem tragbaren Scanner ist der Gleichrichter
ein sehr großes
IS-Teil). Wie vorher ist eine Teillösung noch immer teilweise wirksam,
so dass die Antwort „nein" lauten kann, auch
wenn darauf hingewiesen wird, dass es im Prinzip keinen Grund gibt,
warum dies nicht getan werden soll noch dass dies von einem Blickwinkel
der Technik oder Leistung aus betrachtet, unpraktisch wäre.
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Aus
dem Vorhergehenden lässt
sich die folgende Heuristik anbieten: Bei einer Scannerhardware,
die darauf abgestimmt ist, bei nominalen 200 LPI wirksam zu sein,
und die einen Gleichrichter umfasst, können Siebe mit 85 bis 150 DPI
eine wirksame Moiré-Muster-Unterdrückung aufweisen,
wenn der Abstand von Zeile zu Zeile (Werte für LPI) zwischen 1/200 Zoll
und 1/150 Zoll (200 LPI bis 150 LPI) variiert, also um 4/600 – 3/600 =
1/600 Zoll.
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Die
1/600 Zoll sind nicht der einzige Wert einer Variation; er ist der
Grenzwert. Es gibt eine Familie von Variationen, in der 1/600 Zoll
die größte ist.
Es ist vernünftig,
davon auszugehen, dass diese Familie fünf bis zehn Mitglieder aufweisen
kann, was die Frage aufwirft, ob ein bestimmter Scanner an Orten,
die mit Auflösungen
weit unter Brüchen
von einem Tausendstel eines Zolls positioniert sind, abtasten kann
oder nicht. Bei mechanischen Systemen kann dies eine ziemliche Herausforderung
darstellen. Der tragbare Scanner verwendet jedoch eine optische
Navigationstechnik, die diese Art von Auflösung zulässt (wirklich!). Inkremen tale
Positionsinformationen werden verwendet, um eine Geschwindigkeit
zu finden, die sich aufgrund der betroffenen Massen nicht sehr schnell ändern kann.
Dies ermöglicht
es, dass Entfernungen präzise
als Zeitintervalle begrenzt werden können, die mit weit mehr als
der erforderlichen Präzision
gemessen und bearbeitet werden können.
So sei darauf hingewiesen, dass, auch wenn das Blockdiagramm, das
im Folgenden untersucht wird, im Sinne einer „zufälligen Delta-Entfernung" zu sehen ist, die
einer nominalen Beabstandung von Zeile zu Zeile hinzugefügt wird,
während
eine derartige Beschreibung konzeptionell genau ist, es bei einer
Implementierung im Umfeld des Patents '813 ein geschwindigkeitsabhängiger variabler
Zeitintervall ist, der wirksam ist, um die Familie von Brüchen von
1/600 eines Zolls zu erzeugen, um die die 200 LPI zufällig variiert
werden.
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Es
wird nun auf 1 Bezug genommen, in der ein
vereinfachtes Blockdiagramm 1 eines allgemeinen Scanners
gezeigt ist, der angepasst ist, um variable LPI aufzunehmen. Der
Scanner weist einen Bildsensor 2 auf, der ein CIS (Contact
Image Sensor = Kontaktbildsensor) der Farbe- oder Grauskalierungsart
sein kann, mit einer Auflösung
von vielleicht 300 DPI. Heutzutage kann ein CIS seine eigene eingebaute
Digitalisierung aufweisen, und ansprechend auf ein ABTAST-Signal 3 erzeugt
ein derartiger CIS digitalisierte Daten für eine gesamte Zeile abgetasteter
Bildpixel, die hier durch Zeile 4 dargestellt sind. Die
Daten gehen in einen ROHDATENSPEICHER 5, auch wenn sie
durch entsprechende Positionsdaten auf Zeile 7 begleitet
sind, die von einem oder mehreren POSITIONSSENSOR(EN) 6 erhalten
werden, ebenfalls ansprechend auf das Auftreten des ABTAST-Signals 3.
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Die
in dem ROHDATENSPEICHER 5 angehäuften Daten werden an einen
GLEICHRICHTER 17 gesendet, aus dem sie auf einer Leitung 18 als
bei diesem Beispiel Pixelwerte für
ein 150-DPI-Bild
austreten.
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Das
ABTAST-Signal 3 geht auch zu einem Δ-LPI-ZUFALLSGENERATOR 9, dessen
Ausgabe eine Pseudozufallszahl ist, die skaliert ist, um Brüche der
Entfernung 1/600-tel Zoll (die im Vorhergehenden erwähnte Änderung
zwischen 200 LPI und 150 LPI) darzustellen. Der Ausgangswert ΔLPI 10 wird
als eine Eingabe in einen Summierer 11 angelegt, dessen
andere Eingabe eine zwischengespeicherte Version des Werts 7 ist,
der die Position der im Vorhergehenden abgetasteten Zeile ist. Ein
VORHERIGE-POSITION-ZWISCHENSPEICHER 8 erfasst den Wert 7 ansprechend
auf das ABTAST-Signal 3 und legt dann den zwischengespeicherten Wert
an den Summierer 11 an. Die Ausgabe 12 des Summierers 11 ist
somit die nächste
Position, an der eine Abtastung vorgenommen werden sollte. Dieser
Positionswert wird in einen NÄCHSTE-POSITION-ZWISCHENSPEICHER 13 zwischengespeichert,
dessen Ausgabe 14 an einen KOMPARATOR/ABTASTSTEUERUNG 15 angelegt
wird. Er/sie empfängt
eine aktualisierte aktuelle Positionsinformation 16 von
dem/den POSITIONSSENSOR(EN) 6. Wenn die aktuelle Position
entlang der LPI-Achse mit dem übereinstimmt,
was in dem NÄCHSTE-POSITION-ZWISCHENSPEICHER 13 eine
weitere Instanz des ABTAST-Signals 3 ist, wird sie ausgegeben,
und der Prozess fährt
fort.
