-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft die Rasterung ("halftoning") von Halbton- oder Graustufenbildern zur Reproduktion
auf einem Druck- oder Kopiersystem. Insbesondere sind von Interesse
Verfahren zum Erzeugen einer Dithermaske zur Verwendung bei der
Rasterung von Graustufenbildern.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die
Rasterung ist eine Konvertierungstechnik, die es ermöglicht,
Halbtonbilder oder Graustufenbilder auf Druckvorrichtungen mit einer
geringeren Farbtonauflösung
wiederzugeben. Im Falle einer Zwei-Farbton-Vorrichtung wird Halbtoninformation
simuliert, indem die Bedeckung oder, mit anderen Worten, die Menge
der in einem Mehr-Pixel-Gebiet tatsächlich als Bildpunkte wiedergegebenen
Pixel gesteuert wird. Es gibt einen Zielkonflikt zwischen räumlicher
Auflösung
und Farbtonauflösung.
Als Folge des Rasterungsverfahrens werden Bildpunkte in bestimmten
geordneten Mustern gebildet. Dies kann zu sichtbaren Artefakten
oder Strukturen in dem gedruckten Bild führen. Um das Vorkommen dieser
Artefakte zu verringern, ist die Rasterungstechnik so zu gestalten,
daß sie
Muster produziert, die für
das menschliche Auge optimal angenehm sind, wenn auf einem nicht
idealen Drucker gedruckt wird. Rasterungstechniken können in
zwei Hauptkategorien eingeteilt werden: amplitudenmodulierte (AM)
Rasterung und frequenzmodulierte (FM) Rasterung. Bei der AM-Rasterung
werden Halbtonzellen auf einem Gitter mit einer festen räumlichen
Frequenz und festem Winkel angeordnet. Der Farbton wird moduliert durch
Variieren der Größe des Halbtonelements
(Amplitude). Bei der FM-Rasterung ist die Halbtonelementgröße konstant
und kann gleich der Größe eines Pixels
gewählt
werden, aber der mittlere Abstand zwischen den Elementen (Frequenz)
wird variiert, um einen bestimmten Halbton zu erzeugen. Im Unterschied
zur AM-Rasterung gibt es keine festen Frequenzen oder Winkel. Die
FM-Rasterung kann weiter in zwei Unterkategorien aufgeteilt werden:
Dithering und Fehlerdiffusion. FM-Dithering ist durch einen Vergleich
der Graustufenbilder Pixel für
Pixel mit einer Dithermaske, welche Schwellwerte enthält, gekennzeichnet.
Die Schwellwerte in der Dithermaske geben die Reihenfolge wieder,
in der Pixel für
jeden Graustufenlevel eingeschaltet werden. Die Dithermaske hat
eine vorbestimmte Größe und wird schachbrettartig über das
gesamte Bild gelegt, wodurch ein Raster ("screen") definiert wird, so daß der Graustufenlevel
jedes Pixels mit einem entsprechenden Schwellwert der Dithermaske
verglichen werden kann, was es ermöglicht, zu entscheiden, ob
ein Bildpunkt gedruckt werden soll oder nicht. Bei der Rasterung
unter Verwendung einer Fehlerdiffusionstechnik wird der Graustufenlevel
jedes Pixels mit einem entsprechenden Schwellwert der Dithermaske
verglichen, es wird jedoch beim Entscheiden, ob ein Bildpunkt gedruckt
werden soll oder nicht, die sich aus dem Vergleichen benachbarter
Pixel mit ihren entsprechenden Schwellwerten ergebende Information berücksichtigt.
Fehlerdiffusionstechniken sind jedoch dafür bekannt, daß sie Wurmartefakte
bei niedrigen Graustufenlevels erzeugen und hohe Verarbeitungsresourcen
erfordern.
-
Von
allen oben beschriebenen Techniken scheint gegenwärtig das
FM-Dithering die interessanteste Rasterungstechnik darzustellen.
Das FM-Dithering kann jedoch weiter unterteilt werden in stochastisches
und nichtstochastisches Dithering. Bei stochastischem Dithering
sind die Schwellwerte zufällig
innerhalb der Dithermaske positioniert, während bei nichtstochastischem
Dithering die Schwellwerte in der Dithermaske in einer vorbestimmten
Reihenfolge positioniert sind. Ein möglicher Nachteil der Verwendung
nichtstochastischer Dithering-Masken ist es, daß stark strukturierte Bildpunktmuster
produziert werden können,
die stark anfällig
für Positionierungsfehler
sind und somit Streifenbildungseffekte einführen können. Beim stochastischen Dithering
basiert die zufällige
oder pseudozufällige
Positionierung der Schwellwerte in der Dithermaske typischerweise auf
der globalen Minimierung irgendeiner räumlichen oder Frequenz-Energiefunktion.
Beispiele stochastischer Dithermasken umfassen die "Blaues-Rauschen-Masken" ("blue noice masks") wie in
US 5 111 310 (Parker et
al.) beschrieben, die durch das "Leerraum-
und Haufen-Verfahren" ("void and cluster
method") wie in
US 5 535 020 (Ulichney)
beschrieben erzeugten Dithermasken. Ein mit den oben erwähnten Beispielen
verbundenes Problem ist es, daß dieser globale
stochastische Ansatz zur Erzeugung von Dithermatrizen komplex und
zeitaufwendig ist und sehr große
Verarbeitungsresourcen erfordert. Diesem Problem kann zumindest
teilweise begegnet werden durch Einsetzen der sogenannten lokalen
stochastischen Dithering-Technik, die in "Efficient design of large threshold
arrays for accurate tone reproduction", IS&T's 48
th Annual
Conference Proceedings, Seiten 530-535 von P. Lermant vorgeschlagen
wurde, anstelle der in
US 5 111
310 und
US 5 535 020 beschriebenen
globalen stochastischen Ansätze.
-
Wenn
zum Ermöglichen
einer Reproduktion auf einem Drucker Bilder unter Verwendung eines Rasters
gerastert werden, welches Raster auf einer globalen oder lokalen
stochastischen Dithermaske basiert, wird im allgemeinen keine Richtungsabhängigkeit
berücksichtigt
oder, mit anderen Worten, die stochastische Dithermaske wird isotrop
erzeugt. In der Praxis kann jedoch der Drucker zumindest in einem
Druckmodus eine unterschiedliche Druckauflösung in der Ausbreitungsrichtung
des Druckmediums und einer dazu senkrechten Richtung haben. Beispielsweise
kann, falls der Drucker ein sogenannter abtastender Drucker ist,
der Drucker eine unterschiedliche Druckauflösung in der Abtastrichtung
und der Unterabtastrichtung, d.h. gewöhnlich der Ausbreitungsrichtung
des Druckmediums, haben. Die Tatsache, daß stochastische Dithermasken
nicht dafür
entworfen sind, mit einem Unterschied der Auflösungen in beiden Druckrichtungen
zurecht zu kommen, führt
unerwünschten
und bei der Wahrnehmung störenden
schlangenähnlichen
Strukturen in dem gedruckten Bild in der Richtung mit der höheren Druckerauflösung.
-
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es
ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Erzeugen von Dithermasken
unter Verwendung einer stochastischen Technik zur Verfügung zu
stellen. Die Erzeugung der Dithermasken sollte derart sein, daß unerwünschte Strukturen
in gedruckten Bildern, die unter Verwendung dieser Dithermasken
gerastet werden, vermieden oder zumindest begrenzt werden, insbesondere
wenn solche Bilder mit unterschiedlicher Auflösung entlang des Druckmediums, d.h.
der Ausbreitungsrichtung des Druckmediums, und quer zu dem Druckmedium,
d.h. einer Richtung senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung des Druckmediums,
gedruckt werden sollen.
-
Es
ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung
von Dithermasken unter Verwendung einer stochastischen Technik zur
Verfügung
zu stellen, das begrenzte Verarbeitungszeit und Verarbeitungsresourcen
erfordert.
-
Um
diese Ziele zu erfüllen,
wird ein Verfahren zum Erzeugen einer Dithermaske unter Verwendung
einer lokalen stochastischen Technik zur Verwendung für die Rasterung
von Graustufenbildern durch einen Vergleich der Bilder Pixel für Pixel
mit der Dithermaske offenbart, welches Verfahren den in Anspruch
1 definierten Schritt des Erzeugens der Dithermaske aufweist.
-
In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Dithermaske aus einer Anzahl gleich großer Untermatrizen
aufgebaut, wobei jede Untermatrix eine vorbestimmte Rangordnung
innerhalb der Dithermaske hat, so daß die Auswahl jedes zusätzlichen Pixels
bewirkt wird durch Auswählen
einer der verfügbaren
Positionen einer ausgewählten
Untermatrix. Das Auswählen
der Untermatrix wird ausgeführt unter
Berücksichtigung
der Rangordnung der Untermatrizen und des entsprechenden Punktprofils.
-
Die
Auswahl eines zusätzlichen
Pixels innerhalb einer ausgewählten
Untermatrix wird durchgeführt
unter Verwendung einer lokalen stochastischen Technik. Somit basiert
die Auswahl eines zusätzlichen
Pixels unter den verfügbaren
Positionen in der ausgewählten
Untermatrix auf der lokalen Minimierung irgendeiner räumlichen
oder Frequenz-Energiefunktion. Beispielsweise wird für jede verfügbare Position
innerhalb der ausgewählten
Untermatrix die Energie unter Verwendung einer räumlichen Energiefunktion berechnet.
Um mögliche
Unterschiede zwischen dem Punktabstand in einer vorbestimmten Richtung
und einer dazu senkrechten Richtung beim Wiedergeben von Bildern
angemessen zu berücksichtigen,
kann dieses Seitenverhältnis
("aspect ratio") als einer der Parameter
der räumlichen
Energiefunktion verwendet werden. Anschließend wird das Pixel, welches
der verfügbaren
Position mit dem niedrigsten Energiewert entspricht, ausgewählt. In
einer weiteren Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird beim Berechnen von Energiewerten zum Auswählen zwischen
verfügbaren
Positionen innerhalb einer Untermatrix die Wechselwirkung zuvor
ausgewählter
Pixel der ausgewählten
Untermatrix sowie der zu der ausgewählten Untermatrix benachbarten
Untermatrizen berücksichtigt.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 stellt
eine 8 × 8-Hauptmatrix
dar, bei der jedes Element einen Initialisierungswert gleich Null
hat, gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
2 stellt
die 8 × 8-Hauptmatrix
aus 1 dar, die in 16 2 × 2-Untermatrizen unterteilt
ist, wobei jede der Untermatrizen eine ihr zugeordnete Rangordnung
hat.
-
3, 4 und 5 stellen
jede ein Zwischenstadium der Hauptmatrix aus 1 dar, bei
der die Initialisierungswerte von Null allmählich durch ansteigende ganzzahlige
Werte gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ersetzt werden.
-
6 stellt
zwei Punktprofile dar, die für
einen vorbestimmten Graustufenlevel unter Verwendung einer gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung erzeugten Dithermaske produziert wurden. Die
Punktprofile werden produziert unter Verwendung eines Druckers,
der in einem Druckmodus druckt mit einer Druckauflösung von
300 dpi in der Ausbreitungsrichtung des Mediums und einer Druckauflösung von
600 dpi in der dazu senkrechten Richtung. Gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt 6a)
ein Punktprofil dar, das unter Verwendung einer Dithermaske produziert
wurde, die unter Verwendung einer lokalen stochastischen Technik
erzeugt wurde, bei der das Punktabstandsseitenverhältnis gleich
1 gesetzt wurde, während 6b) ein Punktprofil darstellt, das unter
Verwendung einer Dithermaske produziert wurde, die unter Verwendung
einer lokalen stochastischen Technik erzeugt wurde, bei der das
Punktabstandsseitenverhältnis
gleich 2 gesetzt wurde.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Unter
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung im folgenden detailliert
beschrieben. Verschiedene Ausführungsformen
werden offenbart. Es ist jedoch offenkundig, daß ein Fachmann sich verschiedene
andere äquivalente Ausführungsformen
oder andere Wege zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung vorstellen kann, wobei der Umfang der
vorliegenden Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt ist.
-
Zur
Bildreproduktion werden Bilder digital einem Drucker angeboten.
Es gibt eine Vielzahl von Wegen, ein digitales Bild zu erzeugen.
Beispielsweise kann ein digitales Bild durch Abtasten eines Originals
unter Verwendung eines Scanners erzeugt werden. Bilder können auch
von einer Kamera oder einer Videokamera erzeugt werden. Außer von
einem Scanner oder einer Kamera erzeugten digitalen Bildern, die
gewöhnlich
in einem Bitmap-Format oder einem komprimierten Bitmap-Format vorliegen,
können
auch künstlich,
d.h. von einem Computerprogramm erzeugte digitale Bilder oder Dokumente
dem Drucker angeboten werden. Letztere Bilder liegen in einem strukturierten
Format vor, einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf, einem Format einer Seitenbeschreibungssprache (page description
language, PDL) und einem Format einer erweiterbaren Auszeichnungssprache
(extensible markup language, XML). Beispiele für ein PDL-Format sind PDF (Adobe),
PostScript (Adobe) und PCL (Hewlett-Packard). Unbeachtlich des Ursprungs
des digitalen Bildes kann man wählen,
das digitale Bild in einem Speicher zu speichern, so daß es von
dem Drucker einfach abgerufen werden kann. Die jedem Bild zugeordneten Bilddaten
können
von dem Drucker verarbeitet werden, um digitale Farbauszugsbilder
in den Prozeßfarben
des Druckers zu erzeugen. Die Prozeßfarben sind eine begrenzte
Anzahl von Farben von Markierungspartikeln, die auf dem Drucker
verfügbar
sind. Die Prozeßfarben
bestimmen die maximal erreichbare Farbskala des Druckers. Beispiele
von Prozeßfarben
sind Schwarz, Weiß,
Zyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün,
Blau, Rosa ("pink"), Braun und Orange.
Die meisten Drucker, wie beispielsweise Tintenstrahldrucker, elektro(photo)graphische
Drucker und magnetographische Drucker bilden Bildpunkte aus Markierungspartikeln
in den Prozeßfarben.
Mischfarben können
in der Wahrnehmung erhalten werden, da das menschliche Auge die
von dem Drucker in den jeweiligen Prozeßfarben und/oder physikalisch
durch Mischen und/oder Überlagerung
von Bildpunkten von Markierungspartikeln der jeweiligen Prozeßfarben gebildeten
Punktmuster integriert. Diese Drucker sind jedoch nur dazu in der
Lage, eine begrenzte Anzahl von Graustufenlevels je Pixel für jede Prozeßfarbe zu
drucken, was ein Problem für
das Drucken von Graustufen- oder Halbtonbildern darstellt. Die jedem Farbauszugsbild
zugeordneten Bilddaten spezifizieren wenigstens einen Graustufenlevel
oder Farbtonlevel für
die entsprechende Prozeßfarbe
für jedes
Pixel des Graustufenbildes. Der Graustufenlevel wird typischerweise
durch Verwendung eines 8-Bit-Wertes
definiert, was es ermöglicht,
zwischen 256 Graustufenlevels je Prozeßfarbe zu unterscheiden. Obwohl
es Drucker gibt, die in der Lage sind, bis zu 16 Graustufenlevel
je Pixel je Prozeßfarbe
zu drucken, sind die meisten Drucker nur in der Lage, 2 Graustufenlevel
je Pixel je Prozeßfarbe
zu drucken. Somit werden, um die getreue Reproduktion dieser sogenannten
Graustufen- oder
Halbtonbilder zu ermöglichen,
die Bilder gerastert. Im Falle eines mehrfarbigen Bildes kann jedes
Farbauszugsbild unter Verwendung eines anderen Rasters gerastert
werden.
-
Obwohl
das Verfahren der vorliegenden Erfindung in keiner Weise darauf
beschränkt
ist, wird im folgenden, wenn auf die Rasterung Bezug genommen wird,
diese als binäre
Rasterung angesehen, während,
wenn auf einen Drucker Bezug genommen wird, dieser als ein Drucker
angesehen wird, der nur in der Lage ist, lediglich 2 Graustufenlevel
je Pixel pro Prozeßfarbe
zu drucken. Folglich ist die Rasterung eines Farbauszugsbildes die
Konvertierung, für
jedes Pixel, des mehrbittigen (typischerweise 8-Bit) Wertes, der
den Graustufenlevel der entsprechenden Prozeßfarbe identifiziert, in einen
Einzelbitwert, d.h. "0" oder "1". Dieser Einzelbitwert gibt an, ob ein
Bildpunkt der entsprechenden Prozeßfarbe zu drucken ist oder
nicht.
-
In
einer Ausführungsform
der Erfindung, mit Bezug auf 7, wird
eine Dithermaske zur Verwendung zur Rasterung von Graustufenbildern
unter Verwendung einer lokalen stochastischen Technik erzeugt. Die
Erzeugung ist im wesentlichen ein dreistufiger Prozeß und verläuft wie
folgt. Im ersten Schritt, d.h. der Initialisierungsphase (70),
wird zunächst
eine Matrix definiert mit einer Anzahl von Elementen, die ein ganzzahliges
Vielfaches des Maximums der Anzahl von Graustufenlevels des Farbauszugsbildes ist.
Der ganzzahlige Wert ist wenigstens Zwei. Diese Matrix wird als
die Hauptmatrix (71) bezeichnet. Ein Initialisierungswert,
z. B. Null, wird jedem Element der Hauptmatrix zugewiesen (72).
Diese Hauptmatrix wird in eine Mehrzahl gleich großer Untermatrizen unterteilt
(73). Vorzugsweise haben die Untermatrizen wenigstens eine
Anzahl von Elementen, die gleich der maximalen Anzahl von Graustufenlevels des
Farbauszugsbildes ist. Jeder Untermatrix wird ein ganzzahliger Wert
zugewiesen, wobei der ganzzahlige Wert einmalig von 1 bis zu der
Anzahl der Untermatrizen ausgewählt
wird und eine Rangordnung für
die jeweiligen Untermatrizen innerhalb der Hauptmatrix darstellt
(74). Dieses mit einem Rang Versehen der Untermatrizen
kann in strukturierter Weise stattfinden, beispielsweise unter Verwendung
der Bayerschen Prozedur des maximalen Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Untermatrizen. Es wird expli zit verwiesen auf Digital Color halftoning, H.
R. Kang, S. 279-284, IEEE Press, wo die Bayersche Prozedur eingehend
erläutert
wird.
-
Nach
dem Versehen der Untermatrizen mit einem Rang ist in dem zweiten
Schritt, d.h. dem Elementzuweisungsschritt (75), der Initialisierungswert
jedes Elements der Hauptmatrix durch einen einmaligen ganzzahligen
Wert zu ersetzen, der ansteigend jedem Element der Hauptmatrix zugeordnet werden
wird, wodurch somit eine Rangordnung zwischen den Elementen eingeführt wird.
In dem dritten Schritt, d.h. dem Schwellwertzuweisungsschritt (78), wird
diese Rangordnung der Elemente verwendet werden, um jedem Matrixelement
einen Schwellwert zuzuweisen. Beim Zuweisen von ganzzahligen Werten
an jedes der Matrixelemente wird die Rangordnung der Untermatrizen
berücksichtigt.
Somit wird einem der Matrixelemente der Untermatrix 1 der ganzzahlige
Wert 1 zugewiesen, nachfolgend wird einem der Matrixelemente der
Untermatrix 2 der ganzzahlige Wert 2 zugewiesen. Dies wird ansteigend
fortgesetzt, bis jede Untermatrix ein Element mit einem sich von
seinem Initialisierungswert unterscheidenden Wert hat (76).
Diese Elemente sind sogenannte Saatelemente, da sie das erste Element
innerhalb jeder Untermatrix mit einem sich von dem Initialisierungswert
unterscheidenden Wert sind. Die Auswahl eines Saatelements innerhalb
einer bestimmten Untermatrix kann gemäß eines vorbestimmten Musters
oder zufällig
stattfinden. Während
dieser Auswahl (76) wird jede Untermatrix unabhängig von
ihren benachbarten Untermatrizen betrachtet.
-
In
dem Fall, daß mehrere
Dithermasken zum Wiedergeben eines mehrfarbigen Bildes zu erzeugen sind,
ist vorzugsweise die Auswahl von Saatelementen innerhalb der Untermatrizen
einer einer bestimmten Prozeßfarbe
zugeordneten Hauptmatrix korreliert mit der Auswahl von Saatelementen
für die
anderen Prozeßfarben.
Beispielsweise kann im Falle eines CMYK-Druckers die Auswahl von
Saatelementen zum Erzeugen der z. B. der schwarzen Prozeßfarbe zugeordneten
Dithermaske gemäß einem
vorbestimmten Muster stattfinden. Für die Auswahl zusätzlicher
Saatelemente zum Erzeugen der den anderen Prozeßfarben zugeordneten Dithermasken
werden die bereits ausgewählten
Saatelemente einschließlich
denen, die der schwarzen Prozeßfarbe
zugeordnet sind, berücksichtigt,
d.h. die Auswahl zusätzlicher Saatelemente
kann auf der lokalen Minimierung irgendeiner räumlichen oder Frequenz-Energiefunktion
basieren.
-
Als
nächstes
wird in der stochastischen Phase (77) auch jedem der übrigen Elemente
der Hauptmatrix ein ansteigender ganzzahliger Wert zugewiesen. Die übrigen Elemente
sind diejenigen Elemente, die immer noch ihren Initialisierungswert
haben. Die ansteigende ganzzahlige Zuweisung wird unter Berücksichtigung
der Rangordnung der Untermatrizen bewirkt. Dies bedeutet, daß einem
zweiten Element der Untermatrix 1 ein Wert gleich der Anzahl der
Untermatrizen + 1 zugewiesen wird, nachfolgend wird einem zweiten
Element in der Untermatrix 2 ein Wert gleich der Anzahl der Untermatrizen
+ 2 zugewiesen. Dies wird fortgesetzt, bis der Initialisierungswert
jedes der übrigen
Elemente durch einen ganzzahligen Wert im Bereich von der Anzahl
der Untermatrizen + 1 bis der Anzahl der Elemente in der Hauptmatrix
ersetzt ist. Die Zuweisung von ganzzahligen Werten an die übrigen Elemente
verläuft
gemäß einer
stochastischen Technik. Da die Zuweisung immer an ein Element einer
vorbestimmten Untermatrix anstelle von allen möglichen übrigen Elementen der Hauptmatrix erfolgen
muß, wird
die Technik als eine lokale stochastische Technik bezeichnet. Die
Hauptmatrix wird in eine Dithermatrix oder Dithermaske konvertiert,
indem die Elementwerte durch Schwellwerte ersetzt werden (78).
Die Anzahl der Schwellwerte wird in Abhängigkeit von der Anzahl von
Graustufenlevels der Farbauszugsbilder gewählt. Wenn man einen linearen
Konvertierungsansatz wählt,
entspricht jeder Graustufenlevel einem entsprechenden Schwellwert. Da
es mehr Matrixelemente gibt als Schwellwerte, kann eine Anzahl von
Elementen denselben Wert haben. Die Zuweisung der Schwellwerte ist
derart, daß der
niedrigste Schwellwert, entsprechend dem niedrigsten Graustufenlevel
des Farbauszugsbildes, den Matrixelementen mit den niedrigsten ganzzahligen Werten
oder, mit anderen Worten, dem niedrigsten Rang zugewiesen wird.
Somit wird der niedrigste Schwellwert zuerst dem Matrixelement mit
dem ganzzahligen Wert 1 zugewiesen und ebenfalls den Matrixelementen
mit ganzzahligen Werten 2 bis 8, wenn das Verhältnis zwischen der Anzahl der
Elemente der Hauptmatrix und der Anzahl von Graustufenlevels z.
B. 8 ist. Folglich sind in dem bei Verwendung dieser Dithermaske
produzierten, dem niedrigsten Graustufenlevel entsprechenden Punktprofil
8 Pixel wiedergegeben. Der zweitniedrigste Schwellwert wird den
Matrixelementen mit ganzzahligen Werten 9 bis 16 zugewiesen. Folglich
sind in dem bei Verwendung dieser Dithermaske produzierten, dem
zweitniedrigsten Graustufenlevel entsprechenden Punktprofil 16 Pixel
wiedergegeben, welches die dem niedrigsten Graustufenlevel entsprechenden
acht Pixel und acht zusätzliche
sind. Somit wird die Dithermaske gebildet durch Produzieren einer
Folge von Punktprofilen, wobei jedes Punktprofil der Folge einem Graustufenlevel
entspricht, unter Verwendung einer Stapelrandbedingung mit ansteigendem
Graustufenlevel, so daß für jedes
Punktprofil der Folge, verglichen mit dem vorhergehenden Punktprofil,
dieselben Pixel ausgewählt
werden und das Ansteigen in dem oder in jedem Punktprofil durch
Hinzufügen
zusätzlicher
Pixel realisiert wird.
-
Um
einen besseren Einblick zu ermöglichen und
zu Verdeutlichungszwecken wird das Verfahren der Erzeugung einer
Dithermaske unter Verwendung einer lokalen stochastischen Technik
gemäß der vorliegenden
Erfindung nun weiter anhand eines speziellen Beispiels erläutert werden.
Es ist klar, daß dieses
spezielle Beispiel nur eine beispielhafte Ausführungsform ist und nicht verwendet
werden darf, um den Umfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
-
Beispiel
-
Es
sei angenommen, daß eine
Dithermaske erzeugt werden soll zur Verwendung zur Rasterung eines
Graustufenbildes mit nur 4 Graustufenlevels. In der Praxis sind
dies üblicherweise
mindestens 256. Die Hauptmatrix sollte eine Anzahl der Elemente
haben, die ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Graustufenlevel
ist, wobei der ganzzahlige Wert wenigstens zwei ist. Es sei angenommen,
daß 16
als dieser ganzzahlige Wert gewählt
wird und somit eine 8 × 8-Hauptmatrix
mit 64 Matrixelementen definiert wird. Wie in
1 gezeigt,
wird ein Initialisierungswert Null jedem Element der Hauptmatrix
zugewiesen. Die Hauptmatrix ist in 16 gleich große 2 × 2-Untermatrizen unterteilt.
Somit erhält
jeder Untermatrix vier Elemente, was ebenso viele Elemente sind
wie die Anzahl der Graustufenlevel des Farbauszugsbildes. Wie in
2 gezeigt,
sind die Untermatrizen mit einem Rang versehen, indem ein ansteigender
ganzzahliger Wert jeder der Untermatrizen zugewiesen wird, beginnend
mit dem ganzzahligen Wert Eins und endend mit dem ganzzahligen Wert
16. Nachfolgend wird der Initialisierungswert jedes Elements der Hauptmatrix
durch einen einmaligen ganzzahligen Wert ersetzt, der ansteigend
jedem Element der Hauptmatrix zugewiesen werden wird, und somit
wird eine Rangordnung unter den Elementen eingeführt. Beim Zuweisen von Werten
an jedes der Matrixelemente wird die Rangordnung der Untermatrizen
berücksichtigt.
Anfänglich
wird in jeder Untermatrix einem Matrixelement ein Wert zuge wiesen,
d.h. den sogenannten Saatelementen. Somit wird, wie in
3 zu
sehen ist, einem der Matrixelemente der ersten Untermatrix der ganzzahlige
Wert 1 zugewiesen, welches in diesem Beispiel das obere linke Element
der ersten Untermatrix ist. Nachfolgend wird einem der Matrixelemente
der Untermatrix 2 der ganzzahlige Wert 2 zugewiesen, welches in
diesem Beispiel das obere linke Element der Untermatrix 2 ist. Dies
wird ansteigend fortgeführt,
bis jede der 16 Untermatrizen ein Saatelement mit einem Wert im
Bereich von 1 bis 16 hat, wie in
4 zu sehen
ist. Beim Zuweisen von Saatelementen wird jede Untermatrix unabhängig von
ihren benachbarten Untermatrizen betrachtet. Als nächstes wird
in der stochastischen Phase ein ansteigender ganzzahliger Wert auch
jedem der übrigen
Elemente der Hauptmatrix zugeordnet, wobei die übrigen Elemente diejenigen
Elemente sind, die immer noch ihren Initialisierungswert haben, wobei
die Rangordnung der Untermatrizen berücksichtigt wird. Dies bedeutet,
daß einem
zweiten Element in der Untermatrix 1 der Wert 17 zugewiesen wird,
was ein Wert gleich der Anzahl der Untermatrizen + 1 ist. Die Zuweisung
eines ganzzahligen Wertes an dieses Element und auch an die anderen übrigen Elemente
verläuft
gemäß einer
lokalen stochastischen Technik. Insbesondere wird für jedes
der übrigen
Elemente der Untermatrix 1 mit Indizes (u, v) ein Energiewert berechnet,
der repräsentativ
für die Energie
ist, die von benachbarten Elementen (i, j) mit einem sich von ihren
Initialisierungswert unterscheidenden Wert, was in diesem Beispiel
ein Wert ungleich Null ist, dem Element mit den Indizes (u, v) eingeprägt wird.
Die benachbarten Elemente sind in diesem Beispiel die von Null verschiedenen
Elemente der jeweiligen Untermatrix und die von Null verschiedenen
Element der 8 benachbarten Untermatrizen. Wie in
5 zu
sehen ist, sind im Falle der Auswahl eines neuen Elements in der
Untermatrix 1 die acht benachbarten Untermatrizen die Untermatrizen
mit Rangordnung 6, 14, 8, 9, 5, 15, 7, 11. Der Energiewert für jedes
der übrigen
Elemente der Untermatrix 1 wird unter Berechnung der folgenden Gleichung berechnet:
wobei θ der Winkel in der Kartesischen
Ebene ist, AR das Seitenverhältnis beim
Drucken zwischen dem Bildpunktabstand in einer vorbestimmten Richtung und
der dazu senkrechten Richtung ist und σ ein Parameter ist, der gewählt werden
kann in Abhängigkeit davon,
wieviele benachbarte Elemente beim Berechnen des Energiewertes eines
Matrixelements in Betracht gezogen werden sollen. Der Wert 17 wird
nun demjenigen übrigen
Element in der Untermatrix 1, das den niedrigsten Energiewert E(u,
v) hat, zugewiesen. In diesem Beispiel ist dies das untere rechte Element,
wie in
5 zu sehen ist.
-
Nachfolgend
wird einem zweiten Element in der Untermatrix 2 ein Wert gleich
der Anzahl der Untermatrizen + 2 zugewiesen. Dies ist das Element
in der Untermatrix 2 mit dem niedrigsten Energiewert derjenigen
Elemente innerhalb der Untermatrix 2 mit dem Wert Null. Diese Prozedur
wird fortgeführt,
bis der Initialisierungswert jedes der übrigen Elemente durch einen
ganzzahligen Wert im Bereich von der Anzahl der Untermatrizen +
1, also 17, bis zu der Anzahl der Elemente in der Hauptmatrix, also
64, ersetzt ist.
-
Die
Hauptmatrix wird in eine Dithermatrix oder Dithermaske konvertiert,
indem die Elementwerte durch Schwellwerte ersetzt werden. Gemäß diesem
Beispiel wird ein linearer Konvertierungsansatz angewandt, so daß jeder
Graustufenlevel einem entsprechenden Schwellwert entspricht. Die
Zuweisung der Schwellwerte ist derart, daß der niedrigste Schwellwert,
entsprechend einem Graustufenlevel 1 des Farbauszugsbildes, den
Matrixelementen mit ganzzahligen Werten 1 bis 16 zugewiesen wird.
Folglich sind in dem bei Verwendung diese Dithermaske erzeugten
Punktprofil, welches dieselbe Größe wie die
Größe der Hauptmatrix
hat und dem niedrigsten Graustufenlevel entspricht, Sechzehn Pixel
wiedergeben. Der zweitniedrigste Schwellwert wird den Matrixelementen
mit ganzzahligen Werten 17 bis 32 zugewiesen. Folglich sind in dem
bei Verwendung dieser Dithermaske erzeugten Punktprofil, das dem Graustufenlevel
2 entspricht, 32 Pixel wiedergegeben, welches die dem Graustufenlevel
1 entsprechenden Pixel und Sechzehn zusätzliche sind. Durch Produzieren
der den Graustufenlevels Drei und Vier entsprechenden Punktprofile
wird die Dithermaske fertiggestellt.
-
Beim
Erzeugen von Punktprofilen gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem Tintenstrahldrucker in einem monochromen Schwarzmodus
wird der Einfluß einer
veränderten
Steuerung des Seitenverhältnisses
beim Anwenden einer lokalen stochastischen Prozedur veranschaulicht.
Es sei angenommen, daß der
Drucker in einem Druckmodus mit einer Druckauflösung von 300 dpi in der Ausbreitungsrichtung
des Mediums, oder, mit anderen Worten, einem Punktabstand von etwa
84 μm, und
einer Druckauflösung
von 600 dpi in der Abtastrichtung, oder, mit anderen Worten, einem
Punktabstand von etwa 42 μm, ein
das einem vorbestimmten Graustufenlevel entsprechende Punktprofil
druckt. Zunächst
wird das ohne Berücksichtigen
des Punktabstandsunterschiedes beim Erzeugen der Dithermaske, oder,
mit anderen Worten, AR ist gleich 1 gesetzt, produzierte Punktprofil
in diesem Druckmodus gedruckt. Wie in 6a)
zu sehen ist, enthält
das unter Verwendung einer Dithermaske, die mit einer isotropen
lokalen stochastischen Prozedur erzeugt wurde, produzierte Punktprofil
schlangenartige Artefakte in der Abtastrichtung, d.h. der Richtung
mit der höchsten
Druckauflösung.
Nachfolgend wird das unter Berücksichtigung
des Punktabstandsunterschiedes beim Erzeugen der Dithermaske produzierte
Punktprofil, oder, mit anderen Worten, AR ist gleich 2 gesetzt,
in diesem Druckmodus gedruckt. Wie in 6b)
zu sehen ist, enthält
das Punktprofil, welches produziert wird unter Verwendung eine Dithermaske,
die unter Berücksichtigung
der Unterschiede in der Druckauflösung erzeugt wurde, keine visuell
störenden
Artefakte mehr.
-
Obwohl,
wenn es erwünscht
ist, mit einer unterschiedlichen Auflösung in der Ausbreitungsrichtung
des Mediums und einer dazu senkrechten Richtung zu drucken, wie
beispielsweise der Unterabtast- und Abtastrichtung im Falle eines
abtastenden Tintenstrahldruckers, die besten Ergebnisse bei Verwendung
einer lokalen stochastischen Technik erreicht werden, die das Seitenverhältnis zwischen dem
Punktabstand in diesen Richtungen durch Einführen dieses Seitenverhältnisses
beim Bestimmen der Wechselwirkung zwischen Matrixelementen berücksichtigt,
ist es klar, daß das
Seitenverhältnis ebenso
beim Einsetzen einer allgemeinen stochastischen Technik berücksichtigt
werden kann. Im Falle einer "Blaues-Rauschen-Maske" durch Formen des Filters
unter Berücksichtigung
des Seitenverhältnisses.
