DE68908625T2 - Modulation von gerichteten Strahlen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Modulation eines Richtstrahls.
• Viele Bildabtasteinrichtungen sind der Natur nach binär, nämlich jeder Bildpunkt ist entweder Ein oder Aus markiert entsprechend schwarz und weiß. Dies ist für Zeilenarbeit geeignet und kann auch zum Herstellen eines kontinuierlichen Toneffekts benutzt werden, indem ein Bild in einen Halbton vor dem Ausgang konvertiert wird.
• Die Modulation oder Steuerung für diese binären Ausgangsgeräte beruht üblicherweise auf der Annahme, daß die Ausgangsmarkierung in dem Sinne perfekt ist, daß jedes Pixel als Ganzes mit "EIN" oder "AUS" registriert wird. Praktisch erfolgt dies jedoch nicht, insbesondere wenn die Markierung mit einem Laserpunkt erfolgt, der einen Film mit hohem Gamma belichtet. Die Form des Laserpunktes ist kreisförmig mit einem Intensitätsprofil nach Gauss, und dies macht es schwierig, ein quadratisches oder rechtwinkliges Pixel im Ausgangsbild vollständig zu füllen. Diese Probleme werden in "Laser-Scanning Parameters and Latitudes in Laser Xerogography" von Sonnenberg, Angewandte Optik, Bd. 21, Nr. 10, S. 1745 bis 1751, angesprochen. Dieser Aufsatz zeigt, daß es nicht eine ideale Kombination der Laserintensität und Punktgröße gibt und daß man am besten verfährt, wenn man eine Kompromißeinstellung benutzt. Dies stellt für eine Halbtonreproduktion ein besonderes Problem dar. Wenn ein Ausgangspixel nicht genau belichtet werden kann, so gibt es eine Änderung in dem Gesamtbereich des Halbtonpunktes, was zu einer Verschiebung des Graupegels führt, und dies kann wiederum eine Farbverschiebung in dem resultierenden, von den überlagerten Farbauszügen gebildeten Bild erzeugen. Ferner treten diese Änderungen im Punktbereich zyklisch auf, so daß künstliche Moire-Muster generiert werden können.
• US-A-4,491,875 beschreibt eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Dither-Matrix in einem Einzelpixel, in dem das Pixel in Mikro-Pixels unterteilt ist, von denen jedes zu einer bestimmten Stelle in der Dither-Matrix gehört. Der dem Pixel zugehörige Wert wird dann mit jedem Wert in der Dither- Matrix verglichen und die Mikro-Pixel werden demgemäß beleuchtet. Dieses System ist zum Lösen der oben angesprochenen Probleme unbrauchbar, da es die Position der Pixel im Bild nicht berücksichtigt.
• Ein Artikel "Pre-Processing Techniques for Digital Facsimile" in IEEE, Bd. 3, S. 48.5.1-48.5.6 beschreibt verschiedene Verfahren zum Glätten von Bildern, die von Facsimile-Maschinen zur anschließenden Übertragung abgetastet werden. Damit sollen Rauscheffekte verringert werden. Bei einem Verfahren wandert ein Fenster über das Bild und die Pixelfarbe im Zentrum des Bildes (schwarz oder weiß) wird entsprechend der Anzahl der schwarzen Pixel im Fenster bestimmt. Diese Glättungstechnik erfaßt einfach die durchschnittliche Schwärzung im Fenster und entscheidet demgemäß über die schwarze oder weiße Form des Pixels im Zentrum. Auch dies hat wenig Bedeutung für die Erfindung, die sich mit einem Ausgangsscanner und nicht mit einem Eingangsscanner beschäftigt, sowie mit scharfen Änderungen der Form des Ausgangsbildes und eben nicht mit dem Glätten solcher Änderungen.
• Gemaß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Modulieren eines Richtstrahls während der relativen Abtastbewegung zwischen dem Richtstrahl und einem Aufzeichnungs medium vorgesehen, bei dem der Leistungspegel des Richtstrahls zwischen zwei normalen Pegeln entsprechend einem binären Steuersignal moduliert wird, um ein Bild auf das Aufzeichnungsmedium aufzuzeichnen, wobei jedes Bit des Steuersignals jeweils einem Ausgangspixel des Bildes entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Modulation das Muster der Steuersignalbits entsprechend den Bildpixeln in einem Bereich erfaßt wird, der die zu exponierenden Pixel enthält, und daß der Richtstrahl einen speziellen, von den beiden normalen Leistungspegeln unterschiedlichen Leistungspegel annimmt, wenn das erfaßte Muster während des Exponierens dieses Pixels mit einem oder mehreren vorbestimmten Mustern übereinstimmt.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Modulieren eines Richtstrahls während der relativen Abtastbewegung zwischen dem Richtstrahl und einem Aufzeichnungsmedium vorgesehen, die einen Richtstrahlmodulator aufweist, der fähig ist, den Leistungspegel des Richtstrahls zwischen zwei normalen Pegeln gemäß einem binären Steuersignal zu modulieren, so daß das Aufzeichnungsmedium wahlweise exponiert wird, um ein Bild auf das Aufzeichnungsmedium auf zuzeichnen, wobei jedes Bit des Steuersignals jeweils einem Ausgangspixel des Bildes entspricht, und wobei die Vorrichtung eine Exponiersteuerung zum Bestimmen - vor der Modulation - des Muster der Steuersignalbits entsprechend den Bildpixeln in einem Bereich, der das zu exponierende Pixel enthält, und zum Ahsteuern des Modulators, damit der Richtstrahl einen speziellen, von den beiden normalen Pegeln unterschiedlichen Leistungspegel annimmt, wenn das erfaßte Muster während des Exponierens dieses Pixels einem oder mehreren vorbestimmten Mustern entspricht.
• Die Erfindung löst die oben angesprochenen Probleme, indem erstmals die Lage eines zu exponierenden Pixels relativ zu seiner unmittelbaren Nachbarschaft untersucht wird. Dort wo es eine scharfe Bildänderung gibt, wäre bisher ein Pixel in der Ecke dieses Übergangs nicht voll exponiert worden, was zu einem bedeutenden Fehler in dem exponierten Bereich führt. Mit der Erfindung jedoch kann das Muster der Pixel in der Nachbarschaft des Übergangs bestimmt werden, so daß festgestellt werden kann, dar das zu exponierende Pixel in einer Ecke liegt, und der Richtstrahl wird auf einen geeigneten Leistungspegel gebracht, um ein volles Exponieren zu erzielen.
• Allgemein gesagt, wird das Pixel-Muster erfaßt, indem die Steuersignalbits entsprechend den Bildpixeln in einem Bereich, der das zu exponierende Pixel enthält, mit einer Reihe von verschiedenen vorbestimmten Mustern verglichen wird, von denen jedes zu einem speziellen Leistungspegel gehört. Dieser Schritt des Erfassens besteht bequemerweise darin, die Steuersignalbits entsprechend den Bildpixeln in einem Bereich, der das zu exponierende Pixel enthält, mit einem Satz aller möglichen Muster für diesen Pixelbereich zu vergleichen, wobei der Richtstrahl den speziellen Leistungspegel erhält, der zu dem vorbestimmten Muster gehört, mit dem ein erfolgreicher Vergleich durchgeführt wurde. Im letzteren Fall kann eine einfache Tabelle aufgestellt werden, bei der eine Adresse jedem möglichen Bildpixel-Muster entspricht und die eine entsprechende Richtstrahlintensität digital kodiert enthält. In der Praxis kann die gleiche Strahlintensität zu mehr als einem Muster gehören.
• Typischerweise hat die Steuerung zum Exponieren einen Speicher zum Speichern der Steuersignalbits entsprechend den Bildpixeln in einem Bereich, der die zu exponierenden Pixel enthält, wobei der Speicher an einen Speicher angeschlossen ist, der eine Nachschlagetabelle definiert, die vom Inhalt des Speichers adressiert wird, wobei jede Adresse des Speichers einen Richtstrahl-Intensitätswert zum Steuern des Modulators besitzt.
• Das Steuersignal kann ein Schriftbild oder ein graphisches Bild (kontinuierliche Tönung) definieren, das im letzteren Fall ein Halbton-Punktmuster darstellt.
• Der Richtstrahl ist typischerweise ein Laserstrahl und der Modulator kann ein akustisch-optischer oder elektrisch-optischer Modulator sein. Alternativ kann die Laserquelle selbst (nämlich eine Laserdiode) direkt moduliert werden.
• Typischerweise ist der Bereich der Bildpixel, der für den Erfassungsschritt benutzt wird, ein Bereich mit 3 x 3 Pixel, von denen das zu exponierende Pixel im Zentrum liegt.
• Ein Beispiel für ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der Erfindung wird jetzt erläutert und steht im Gegensatz zu einem bekannten Verfahren, wobei die Zeichnung zeigt:
• Fig. 1 einen Ausschnitt eines idealisierten Halbton- Punktes entsprechend einem bestimmten Steuersignal;
• Fig. 2 ein Beispiel für den Ausgang aus einer bekannten Vorrichtung für das vorgenannte Steuersignal;
• Fig. 3 einen Ausschnitt des idealisierten Halbton- Punktes gemäß Fig. 1 für das erfindungsgemäße Verfahren und
• Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Eine typische Facsimile-Maschine tastet ein Originalbild mit Halbton-Punkten und/oder -Zeilen ab, die mit einem bekannten Verfahren hergestellt wurden und überträgt das Resultat auf eine ähnliche Ausgangsmaschine. Typischerweise nimmt eine solche Maschine etwa acht bis zehn Proben im Bereich eines Halbton-Punktes. Aus diesem Grunde gibt es für gewöhnlich kein einfaches Verhältnis zwischen dem Probenbereich und den Halbton-Punkten. Dies ist einer der Gründe, warum Moire zu einem Problem werden kann.
• Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Halbton-Punktes, der von einer Reihe quadratischer Ausgangspixel definiert ist. Idealerweise belichtet ein Laserstrahl ein Aufzeichnungsmedium derart, daß jedes Ausgangsbildpixel entweder total exponiert oder nicht exponiert wird, entsprechend einem binären Kontrollsignal CS. Fig. 1 zeigt eine idealisierte 90º Ecke, in der die Ausgangspixel gestrichelt und die exponierten Pixel schraffiert sind. Dieses Beispiel bedingt ein im wesentlichen isoliertes Ausgangspixel 1.
• Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Belichtung auf einem Aufzeichnungsmedium bei einem Signal CS, wobei der Laserstrahl einen von zwei Leistungspegeln annehmen kann. Vergleicht man die Figuren 1 und 2, so sieht man, daß in der Praxis gerade Kanten ziemlich genau reproduziert werden, nicht jedoch Ecken, beispielsweise die 90º Ecke in Fig. 1. Eine gestufte Ecke "A" gewinnt und verliert gewisse Flächenbereiche und diese heben sich in etwa (wenn auch nicht genau) gegenseitig auf. Eine mit "B" bezeichnete Ecke gewinnt jedoch etwas Fläche, verliert aber viel mehr. Es ist diese Art von Ecken, bei denen die schlimmsten Fehler auftreten, wenn auch die Art von Ecken "A" häufiger sind und den größeren Gesamteffekt haben.
• In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der exponierende Laserstrahl so gesteuert werden, daß er einen von einer größeren Anzahl von Leistungspegeln annimmt. Die unten beschriebene Vorrichtung bestimmt den Leistungspegel des Laserstrahls, indem eine 3 x 3 Nachbarschaft von Ausgangsbildpixeln betrachtet wird, die um das zu exponierende Pixel zentriert ist. Ist somit im Falle der Fig. 2 das zu exponierende Pixel das Pixel 1, so betrachtet die Vorrichtung einen Bereich 2 von 9 Pixel, der um das Pixel 1 zentriert ist. Die Bits des binären Steuersignals CS entsprechend diesem Bereich 2 haben die Form
• 001
• 010
• 011
• Dieses Muster der Steuersignalbits zeigt an, daß es sich um eine bestimmte Form einer 90º Ecke mit einem nahezu isolierten Pixel handelt und demzufolge wird der Laserstrahl so gesteuert, daß das Ausgangsbildpixel 1 mit einem speziellen höheren Leistungspegel exponiert wird. Dies hat zur Folge, daß der Bereich des Aufzeichnungsmediums, der dem Ausgangsbildpixel 1 entspricht, mit einem höheren als dem normalen Leistungspegel exponiert wird, so daß ein größerer Pixelbereich aufgezeichnet wird als im konventionellen Fall (Fig. 2), wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.
• Ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 4 dargestellt. Die Vorrichtung hat einen Speicher 3 mit den Dimensionen 3 x N mit N = die gesamte Anzahl von Ausgangspixel in einer einzigen Abtastzeile des Laserstrahls am Aufzeichnungsmedium. Das binäre Steuersignal CS wird auf den Speicher 3 geführt, der ein FIFO-Speicher ist und der jeden Wert des Steuersignals für die letzten drei Zeilen des Bildes speichert. Dieses Signal CS wird in bekannter Weise, beispielsweise von einer Facsimile-Maschine erzeugt.
• Die Vorrichtung hat ferner einen Speicher 4, der eine Nachschlagetabelle LUT bildet und der in diesem Beispiel mit Nachbarschaften von 3 x 3 Ausgangspixeln 512 Adressen hat, die jeder möglichen Variation der Steuersignalbits in einem 3 x 3 Bereich entsprechen. Für jede Version des 3 x 3 Bereichs enthält die Tabelle 4 ein Modulatorsteuersignal im Bereich 0 bis 255. Beispielsweise enthält in dem vorgenannten Fall die zum Bereich 2 gehörende Adresse ein Modulatorsteuersignal, das anzeigt, daß eine höhere Leistungsstufe erforderlich ist. In einem Bereich wie dem Bereich 5 (in dem jedes Ausgangspixel einem Steuersignal mit einem Wert 1 entspricht), wird die Tabelle 4 ein Modulatorsteuersignal speichern, mit dem das Aufzeichnungsmedium mit einem unterschiedlichen kleineren oder normalen Leistungspegel exponiert wird.
• Das digitale Ausgangssignal aus der Tabelle 4 wird einem Digital/Analog-Wandler 10 (DAC) zugeführt, dessen Ausgangssignal zum Treiber 11 gelangt und dann zu einem Laserstrahl- Modulator 6, beispielsweise einem akustisch-optischen Modulator, der einen Laserstrahl 7 eines Lasers 8 über eine Linse 12 erhält.
• Wenn das Modulatorsteuersignal aus der Tabelle 4 einen Wert "0" hat, dann tritt der Laserstrahl 7 ungebeugt durch den Modulator 6 und fällt nicht auf das Aufzeichnungsmedium 9.
• Wenn das Modulatorsteuersignal einen Wert entsprechend einem Leistungspegel zum Exponieren hat, dann wird der Laserstrahl 7 teilweise oder vollständig auf das Aufzeichnungsmedium 9 über eine Linse 13 gelenkt, während der verbleibende Strahlanteil am Aufzeichnungsmedium 9 vorbeigeleitet wird. Wenn das Modulatorsteuersignal einen Wert entsprechend dem höchsten Leistungspegel hat, dann wird der volle Strahl 7 auf das Aufzeichnungsmedium 9 geleitet.
• Zwischen dem Laserstrahl-Ausgang des Modulators 6 und dem Aufzeichnungsmedium 9 erfolgt eine relative Abtastbewegung, indem beispielsweise das Aufzeichnungsmedium 9 auf einem rotierenden Zylinder befestigt wird und der Modulator 6 auf einer Spindel parallel zum Zylinder geführt wird.

Claims (11)

1. Verfahren zum Modulieren eines Richtstrahls (7) während der relativen Abtastbewegung zwischen dem Strahl und einem Aufzeichnungsmedium (9), bei dem der Leistungspegel des Strahls zwischen zwei normalen Pegeln entsprechend einem binären Steuersignal (CS) moduliert wird, um ein Bild auf das Aufzeichnungsmedium aufzuzeichnen, wobei jedes Bit des Steuersignals (CS) jeweils einem Ausgangspixel des Bildes entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Modulation das Muster der Steuersignalbits entsprechend den Bildpixeln in einem Bereich erfaßt wird, der das zu exponierende Pixel enthält, und daß der Richtstrahl einen speziellen, von den beiden normalen Pegeln unterschiedlichen Leistungspegel während des Exponierens dieses Pixels annimmt, wenn das erfaßte Muster mit einem oder mehreren vorbestimmten Mustern übereinstimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Muster erfaßt wird, indem die Steuersignalbits entsprechend den Bildpixeln in einem Bereich, der das zu exponierende Pixel enthält, mit einer Anzahl unterschiedlicher, vorbestimmter Muster verglichen wird, von denen jedes jeweils zu einem speziellen Leistungspegel gehört.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Muster erfaßt wird, indem die Steuersignalbits entsprechend den Bildpixeln in einem Bereich, der das zu exponierende Pixel enthält, mit einem Satz aller möglichen Muster für diesen Pixelbereich verglichen wird, wobei der Richtstrahl den speziellen Leistungspegel erhält, der zu dem vorbestimmten Muster gehört, mit dem ein erfolgreicher Vergleich durchgeführt wurde.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei mindestens einige der vorbestimmten Muster zu dem gleichen speziellen Leistungspegel gehören.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Richtstrahl ein Laserstrahl ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bereich der Bildpixel für das Erfassen des Musters ein Bereich mit 3 x 3 Pixel ist, in dem zu exponierende Pixel im Zentrum ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der spezielle Ausgangspegel höher als die beiden normalen Pegel ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines der vorbestimmten Muster Ecken in einem Bereich bildet.

9. Vorrichtung zum Modulieren eines Richtstrahls (7) während der relativen Abtastbewegung zwischen dem Strahl und einem Aufzeichnungsmedium (9), mit einem Strahlmodulator (6), der fähig ist, den Leistungspegel des Strahls zwischen zwei normalen Pegeln entsprechend einem binären Steuersignal (CS) zu modulieren, so daß das Aufzeichnungsmedium wahlweise exponiert wird, um ein Bild auf das Aufzeichnungsmedium aufzuzeichnen, wobei jedes Bit des Steuersignals jeweils einem Ausgangspixel des Bildes entspricht, und mit einer Exponiersteuerung (3,4) zum Bestimmen - vor der Modulation - des Musters von Steuersignalbits entsprechend den Bildpixeln in einem Bereich, der das zu exponierende Pixel enthält, und zum Steuern des Modulators (6), um den Richtstrahl zu modulieren, daß er beim Exponieren dieses Pixels einen speziellen, von den beiden normalen Pegeln unterschiedlichen Leistungspegel annimmt, wenn das erfaßte Muster einem oder mehreren vorbestimmten Mustern entspricht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Exponiersteuerung einen Speicher (3) zum Speichern der Steuersignalbits entsprechend den Bildpixeln in einem Bereich aufweist, der die zu exponierenden Pixel enthält, wobei der Speicher an einen Speicher (4) angeschlossen ist, der eine Nachschlagetabelle definiert, die vom Inhalt des Speichers (3) adressiert wird, wobei jede Adresse der Tabelle einen Strahlintensitätswert zum Steuern des Modulators (6) enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Strahlmodulator ein akustisch-optischer oder elektrischoptischer Modulator ist.