DE69228917T2 - Halbtonrasterung mit Fehlerrückkopplung und bildabhängiger Verbesserung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das digitale Halbtönen, wobei ein bestimmtes Verfahren zum Halbtönen, welches das am besten passende Halbtonraster bestimmt, und ein Fehlerdiffusionsschema miteinander kombiniert werden.
• Bildinformation - schwarzweiß oder farbig - wird gewöhnlich in einem Bitmapformat erzeugt, wobei die Bitmap eine Vielzahl von Graustufenpixeln umfaßt, d. h. von Pixeln, die durch digitale Werte definiert werden, wobei jeder Wert eine Graustufe aus einer Vielzahl von Graustufen wiedergibt. In einem 8-Bit-System sind also 256 Graustufen möglich, wobei jede Stufe ein jeweils dunkleres Grau zwischen Weiß und Schwarz wiedergibt. Bei Farb-Bitmaps mit drei definierenden Farben oder Auszügen mit jeweils 256 Informationsstufen können mehr als 16 Millionen Farben durch eine Grau-Bitmap definiert werden.
• Gewöhnlich können Bitmaps in einem derartigen Graustufenformat nicht durch Standard-Drucker gedruckt werden. Die Standard-Drucker drucken eine begrenzte Anzahl von Graustufen. Ein binärer Drucker druckt entweder einen Punkt oder keinen Punkt, während andere Drucker eine begrenzte Anzahl von mit einem Punkt assoziierten Stufen drucken können - zum Beispiel vier Stufen bei einem quaternären Drucker. Es ist dementsprechend erforderlich, die Graustufen-Bilddaten auf eine begrenzte Anzahl von zu druckenden Stufen zu reduzieren.
• Ein Standard-Verfahren zum Konvertieren von Graustufen-Pixelwerten zu binären Pixelwerten besteht darin, Dithering- oder Halbtonverfahren zu verwenden. Bei derartigen Anordnungen wird in einem bestimmten Bereich, der eine Anzahl von Graustufenpixel umfaßt, jeder Pixelwert der Graustufenpixelmatrix im Bereich mit einem aus einem Satz von Schwellwerten verglichen (die Schwellwerte sind in einer Dithermatrix gespeichert, wobei das durch diese Matrix erzeugte und sich wiederholende Muster als eine Halbtonzelle bezeichnet wird), wie zum Beispiel in US-A- 4,149,194 (Holladay) gelehrt. Der Effekt einer derartigen Anordnung besteht darin, daß in einem grauen Bildbereich einige der Schwellwerte in der Dithermatrix überschritten werden, d. h. daß der Bildwert an dieser bestimmten Position größer ist als der in der Dithermatrix für dieselbe Position gespeicherte Wert, während dies bei den anderen Bildwerten nicht der Fall ist. Im binären Fall können die Pixel oder die Zellenelement, bei denen die Schwellwerte überschritten werden, schwarz gedruckt werden, während die anderen Elemente weiß gelassen werden, was von der tatsächlichen durch die Daten beschriebenen physikalischen Quantität abhängt. Der Effekt dieser Verteilung von Schwarz und Weiß über die Halbtonzelle wird durch das menschliche Auge als Grau wahrgenommen. Das Dithering oder Halbtönen ist jedoch insofern problematisch, daß die Graumenge in einem Originalbild nicht exakt über einen Bereich erhalten werden kann, weil die endliche Anzahl von Elementen in jeder Dithermatrix - und deshalb in der Halbtonzelle - lediglich die Reproduktion einer endlichen Anzahl von Graustufen, d. h. der Anzahl von Elementen in der Zelle plus eins oder weniger erlaubt. Der aus der Differenz zwischen dem Ausgabepixelwert und dem aktuellen Graustufenpixelwert in einer bestimmten Zelle entstehende Fehler wird einfach weggeworfen. Daraus resultiert ein Verlust an Bildinformation. Insbesondere führt das Dithering grobe Quantisierungsartefakte ein, die in Bildbereichen mit geringen Szenenvariationen sichtbar sind. Dieser auch als "Banding" bezeichnete Effekt wird durch die begrenzte Anzahl von verfügbaren Ausgabegraustufen verursacht. Die Banding-Artefakte nehmen allgemein mit einer größeren Zellengröße zu, was einer niedrigeren Anzahl von Stufen entspricht, die durch die Halbtonzelle wiedergegeben werden können.
• Bei dem durch P. Roetling in "Haltftone Method With Edge Enhancement and Moire' Suppression," J. Opt. Soc. Amer. Vol. 66, No. 10, pp. 985-989, October 1976 beschriebenen ARIES-Verfahren (Alias Reduction and Image Enhancement System = System für die Alias-Reduktion und die Bildaufbeserung) zum Wiedergeben von Halbtönen umfaßt die Bildinformation zu Beginn zusätzlich einen Satz von Halbtonrasterwerten für eine Zelle.
• Es bestehen Algorithmen zum Konvertieren von Graubildern zu binären Bildern oder zu Bildern mit einer andren Anzahl von Stufen, wobei versucht wird, die lokale Dichte beizubehalten. Dazu gehört unter anderem die Fehlerdiffusion, die zum Beispiel in "An Adaptive Algorithm for Spatial Greyscale" von Floyd und Steinberg in Proceedings of the SID 17/2, 75-77 (1976) beschrieben wird (im folgenden als "Floyd und Steinberg" angegeben).
• Die Fehlerdiffusion versucht das Grau beizubehalten, indem sie eine pixelweise Umwandlung von Graupixeln zu Binärpixeln oder Pixeln mit einer anderen Anzahl von Stufen versucht. Die Prozedur untersucht dabei jedes Pixel in bezug auf einen Schwellwert, wobei die Differenz zwischen dem Graustufenpixelwert und dem Ausgabewert in Übereinstimmung mit einem Gewichtungsschema zu einer ausgewählten Gruppe oder einem Satz von benachbarten Pixeln weitergegeben wird. Ein mit der Verwendung von Standard-Fehlerdiffusionsalgorithmen für Druckanwendungen verbundenes Problem besteht in der Erzeugung einer großen Anzahl von isolierten schwarzen und/oder weißen Pixeln, die durch viele Typen von Druckern nicht gedruckt werden können. Der durch Billotet-Hoffmann und Bryngdahl in Proceedings of the SID, Vol. 24/3 (1983) auf den Seiten 253-258 gelehrte Algorithmus verwendet eine Dither-Matrix als Schwellwert für die Fehlerdiffusion, um Probleme mit unerwünschten Mustern abzuschwächen, die durch den Fehlerdiffusionsalgorithmus erzeugt werden. Ein Verfahren zum Beseitigen des Problems der Druckbarkeit wird in US-A-4,654,721 (Goertzel) gelehrt, wo ein Verfahren zum Konvertieren eines Kontinuierlichtonbildes zu einem zweistufigen Pixelbild angegeben ist. Der in einer Halbtonzelle erzeugte Gesamtfehler wird auf eine vorbestimmte Anzahl von benachbarten Halbtonzellen verteilt. Auf diese Weise werden druckbare Bilder erzeugt, wobei gleichzeitig der Banding-Effekt reduziert wird, indem zwischen festgelegten Ausgabezellmustem gewechselt wird. Wegen des inhärenten Fehlens von Teilpunkten in diesem Verfahren ist eine Kantenfeststellung und -schärfung enthalten. Siehe auch "Digital Halftoning in the IBM 4250 Printer" von Goertzel et al. (Goertzel), IBM J. Res. Develop., Vol. 31, No. 1, January, 1987. Die US-Patentanmeldungen mit der Seriennummer 07/583,337 (Shiau) und 07/775,201 (Fan) lehren die Verwendung von ähnlichen Verfahren zum Reduzieren eines Kontinuierlichtonbildes auf ein Bild mit vielen Pixelstufen, wobei eine Fehlerdiffusion zwischen benachbarten Halbtonzellen vorgenommen wird. Diese Verfahren bestimmen jedoch nicht den am besten passende Halbtonfleck, wie das im ARIES-Verfahren der Fall ist.
• Bei dem MAE-(Minimum Average Error = Minimaldurchschnittsfehler)-Verfahren der Fehlerdiffusion, das in "Images from Computers" von M. Schroeder, IEEE Spectrum, March 1969, pp. 66-78 beschrieben ist, wird ein anderes Fehlerdiffusionsverfahren eingeführt, das einen Fehler in Abhängigkeit vom Originalbild und vom Ausgabebild bestimmt (und nicht in Abhängigkeit von dem durch einen Fehler der vorhergehenden Pixel modifizierten Originalbild und dem Ausgabebild). Das Ergebnis weist weniger Worming-Artefakte als bei Floyd und Steinberg, aber auch eine weniger genaue Graustufenwiedergabe auf.
• GB-A-2,149,611 gibt ein Verfahren zum Bestimmen des Bildeingabekontrasts an, um eine Rastereingabe dynamisch anzupassen, wobei die Rasteramplitude auf einer punktweisen Basis gesteuert wird. Dabei ist die Amplitude höher, wenn der Eingabekontrast niedrig ist, und niedriger, wenn der Eingabekontrast höherist.
• US-A-5,077,615 (entspricht JP-A-3080767) gibt eine Bildaufzeichnungsvorrichtung an, die eine Fehlerstreuung mit Mehrstufenton-Konvertierungstechniken kombiniert, wobei das Halbtonbild unter Verwendung eines systematischen Dither- Verfahrens und eines Fehlerstreuungsverfahrens reproduziert wird.
• Die vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein System nach Anspruch 5.
• In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Quantisieren von Graustufenpixeln unter Verwendung einer Kombination aus einem Halbtönen und einer Fehlerdiffusion angegeben, wobei zu Beginn eine am besten passende Halbtonzelle bestimmt wird und wobei der Halbtonfehler fortgepflanzt wird, um die Graudichte beizubehalten.
• In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Quantisieren von Pixelwerten in einem Bild mit einer Vielzahl von Pixeln angegeben, wobei jedes Pixel eine optische Dichte des Bildes an einer Position im Bild wiedergibt und einen ursprünglichen optischen Dichtewert aufweist, der aus einem Satz von ursprünglichen optischen Dichtewerten ausgewählt ist, dessen Anzahl von Mitgliedern größer ist als diejenige eines gewünschten Ausgabesatzes von optischen Dichtewerten, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: b1) Schwellwertverarbeiten des optischen Dichtewerts jedes Pixels mit einem ursprünglichem optischen Dichtewert durch wenigstens einen Schwellwert T, um einen optischen Dichtewert zu erhalten, der ein Mitglied des Ausgabesatzes von d optischen Dichtewerten ist, b2) Vergleichen eines ersten Eingabegrauwertes mit dem durchschnittlichen Ausgabegraustufenwert des schwellwertverarbeiteten Bildes für die Zelle und dynamisches Variieren des wenigstens einen Schwellwerts T in Übereinstimmung mit dem Vergleich, so daß der Eingabegraustufenwert und die Ausgabegraustufenwerte ungefähr gleich sind, gekennzeichnet durch einen Schritt b3) zum Bestimmen der Differenz für einen eine Halbtonzelle bildenden Satz von Pixeln im Bild zwischen einem aus dem durchschnittlichen Graueingabewert des Bildes erhaltenen zweiten Eingabegrauwert und dem durchschnittlichen Grauausgabewert des schwellwertverarbeiteten Bildes, und Verteilen eines gewichteten Teils der Differenz auf wenigstens eine nicht verarbeitete Halbtonzelle, wobei der zweite Eingabegrauwert gleich der Summe aus dem durchschnittlichen Graueingabewert und einem gewichteten Teil der Differenz ist, die für eine zuvor verarbeitete Halbtonzelle bestimmt wurde.
• In einer Ausführungsform wird der Grauwert in einem einer Halbtonzelle entsprechenden Teil des Eingabebildes integriert, um einen durchschnittlichen Eingabegrauwert zu erzeugen. Zu jedem Pixel im Originalbild, das zu einer aktuellen Halbtonzelle gehört, wird ein Fehlerwert aus der Verarbeitung von vorhergehenden Pixeln im Bild hinzugefügt, die zu einem vorbestimmten Satz von zuvor verarbeiteten Halbtonzellen gehören, um in Übereinstimmung mit dem Verfahren einen modifizierten Eingabewert für jedes Pixel in der aktuellen Halbtonzelle zu erzeugen. Zu jedem modifizierten Eingabewert wird ein Rasterwert aus einem Satz von gespeicherten Rasterwerten hinzugefügt, um einen gerasterten modifizierten Eingabewert zu erzeugen. Der gerasterte modifizierte Eingabewert wird mit einem Schwellwert verglichen, um einen Ausgabewert zu erzeugen, der zu einem Satz von gewünschten Ausgabewerten gehört. Der Wert der Graustufe des Ausgabebildes in dem einer Halbtonzelle entsprechenden Teil des Ausgabebildes wird integriert, um einen durchschnittlichen Ausgabegrauwert zu erzeugen. Der durchschnittliche Ausgabegrauwert wird mit dem durchschnittlichen modifizierten Eingabegrauwert verglichen, um eine Eingabe/Ausgabe-Differenz zu bestimmen. Die Eingabe/Ausgabe-Differenz steuert den Schwellwert, wobei der Schwellwert gesetzt wird, um die Graudichte zwischen dem Eingabebild und dem Ausgabebild beizubehalten. Auf den Haltönungschritt folgend wird der Fehler zwischen dem durchschnittlichen Grauwert des Originalbildes und dem durchschnittlichen Grauwert des Ausgabebildes berechnet, wobei vorbestimmte Bruchteile desselben an nicht verarbeitete Pixel weitergegeben werden, die zu einem vorbestimmten Satz von nicht verarbeiteten Halbtonzellen gehören.
• Auf diese Weise wird der durchschnittliche modifizierte Eingabegrauwert durch den durchschnittlichen Ausgabegrauwert mit einer Abweichung von nicht mehr als 0,5 einer Stufe über die ganze Halbtonzelle wiedergegeben. Bei einem einfachen Beispiel einer Halbtonzelle von 2 mal 2 können also fünf durchschnittliche Ausgabestufen reproduziert werden: 0; 0,25; 0,5; 0,75 und 1. Die maximale Abweichung beträgt bei dieser Zelle 0,5 · 0,25 (eine halbe Stufe). Dabei ist zu beachten, daß die Standard-Haltbonprozeduren diese maximale Abweichung nicht garantieren, d. h. daß ein durchschnittlicher Eingabegrauwert durch einen durchschnittlichen Ausgabegrauwert von 0,75 wiedergegeben werden kann, was vom Raumdetail der Eingabe abhängt.
• In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann im Gegensatz zu der vorhergehenden Ausführungsform, in welcher der durchschnittliche Grauwert des Originalbildes mit dem durchschnittlichen Grauwert des Ausgabebildes verglichen wurde, um den Fehlerwert zu erzeugen, in einer zweiten Ausführungsform der durchschnittliche Grauwert des modifizierten Bildes mit dem durchschnittlichen Grauwert des Ausgabebildes verglichen werden.
• In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Fehler nicht an einen vorbestimmten Satz von Pixeln, sondern an einen Puffer weitergegeben, der zum Aktualisieren der Berechnung des durchschnittlichen Grauwerts über eine Halbtonzelle für eine vorbestimmte Anzahl von folgenden Halbtonzellen verwendet wird.
• Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verdeutlicht, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
• Es zeigen:
• Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Systems, in dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann,
• Fig. 2 ein Beispiel einer Fehlerverteilungsmatrix für die Fehlerbruchbestimmung und -verteilung,
• Fig. 3 ein Blockdiagramm eines alternativen Systems, in dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, und
• Fig. 4 ein Flußdiagramm der vorliegenden Erfindung.
• Im folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreiben, die vorliegende Erfindung jedoch keineswegs einschränken. Ein Grundsystem für die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. In dem vorliegenden Fall können die Graustufen- Bilddaten aus der Bildeingabe 10 als Bilddaten gekennzeichnet werden, wobei jedes Pixel derselben auf einer Stufe oder optischen Dichte aus einem Satz von 'c' optischen Dichtewerten definiert ist, wobei die Anzahl der Mitglieder des Stufensatzes größer ist als erwünscht. Jedes Pixel wird in der im folgenden beschriebenen Weise verarbeitet, um jedes Pixel durch einen neuen, kleineren Satz von 'd' Stufen neu zu definieren. Dabei sind 'c' und 'd' jeweils ganzzahlige Werte, die die Pixeltiefe wiedergeben. Farbdaten können dabei durch eine Anzahl von unabhängigen Kanälen definiert werden, die unabhängig voneinander gehandhabt werden, wobei die Farbdaten jedoch auch als Vektordaten in einem vorbestimmten Farbraum, z. B. RGB, CIELab usw. wiedergegeben werden können, die dann Vektoroperationen wie einer Schwellwertverarbeitung und einer Fehlerberechnung und -korrektur unterzogen werden können. Ein gewöhnlicher Fall dieses Verfahrens umfaßt die Umwandlung der Daten von einem relativ großen Satz von Graustufenwerten zu einem von zwei legalen oder erlaubten Binärwerten für das Drucken auf einem Binärdrucker. Ein anderer Fall ist die Umwandlung von Daten aus einem relativ großen Satz von Farbdaten, die durch Rot, Grün und Blau oder Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz ausgedrückt werden, zu einen von fünf legalen Binärwerten, wie in EP-A-0 531 170 vom 10.3.93 bzw. US-A-5 317 653 vom 31.5.94 mit dem Titel "Method for Quantization of Gray Level Pixel Data with Application of Under Compensated Error Diffusion" (Eschbach et al.) beschrieben.
• Ein Eingabebild des im folgenden beschriebenen zu verarbeitenden Typs kann durch einen Satz von Grauwerten (Graustufenpixel) wiedergegeben werden, die in einer Matrix aus L Zeilen angeordnet sind, wobei jede Zeile N Grauwerte mit einer Tiefe b umfaßt, wobei jedes Pixel in der Matrix durch I(n,l) angegeben wird. Die Grauwerte werden typischerweise als ganze Zahlen ausgedrückt, wobei zum Beispiel ein Bereich von 0 bis 255 vorgesehen sein kann, obwohl größere oder kleinere Anzahlen von Stufen sowie nicht ganzzahlige Wiedergaben möglich sind. Ein Ausgabebild soll dabei Pixel umfassen, die jeweils Ausgabeelementen entsprechen, die durch einen digitalen Drucker gedruckt oder auf einem Bildschirm angezeigt werden.
• Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Ein Bild I(n,l) wird im Bildpuffer 100 empfangen, der die Information einer Halbtonzelle speichert. Im Addierer 104 wird ein Halbtonraster S(n,l), d. h. ein Satz von im Halbtonspeicher 106 gespeicherten Werten, zu den Pixelwerten von I(n,l) hinzugefügt, um eine periodische Funktion auf denselben durchzuführen. Es kann ein einziges Halbtonraster für das gesamte Bild verwendet werden, es können aber auch mehrere Raster verwendet werden, deren Auswahl von den aktuellen Bilddaten abhängt. Bei der einstellbaren Schwellwerteinrichtung 108 wird ein Schwellwert auf das Bild angewendet, das jetzt als Signal I(n,l) + S(n,l) wiedergegeben werden kann, wobei der Schwellwert von Halbtonzelle zu Halbtonzelle in Übereinstimmung mit dem ARIES-Halbtönungsverfahren angepaßt werden kann, wie weiter unten beschrieben wird.
• Das Halbtönen wurde der Einfachheit halber als das Hinzufügen eines Satzes von ausgewählten Rasterwerten zu den Pixelwerten in einem definierten Bereich des Bildes beschrieben, wobei zu beachten ist, daß das Halbtönungsverfahren in Verbindung mit einer gleichmäßigen Anwendung eines Schwellwertes (mehrerer Schwellwerte) auf die kombinierten Werte auch als ein Satz von variierenden Schwellwerten dargestellt werden kann, die an einzelnen Pixeln entsprechenden Positionen in einem bestimmten Bereich des Bildes definiert werden. Eine Halbtonzelle ist dabei allgemein kleiner als das Gesamtbild und kann in einem vorbestimmten Schema repliziert werden, um einen Bereich des Bildes abzudecken. Ein Verfahren für die effiziente Wiedergabe von Halbtonzellen mit variierenden Winkeln durch eine Dither- Matrix und ein entsprechendes Replikationsschema sind in US-A-4,149,194 (Holladay) angegeben. Die Ausgabe eines Prozesses unter Verwendung einer Dithermatrix ist ein Satz von Pixelwerten, der eine kleinere Anzahl von Mitgliedern aufweist als der Eingabesatz von Werten. Gewöhnlich ist der Satz der Ausgabewerte binär, entweder Schwarz oder Weiß bzw. Punkt oder kein Punkt, wobei die Werte jedoch auch grau sein können, wie in US-A-5196942 (Shiau) vom 23.3.92 beschrieben. Die binäre Ausgabe einer einzigen Halbtonzelle ist ein Satz von Pixeln, die entweder schwarz oder weiß sind und zusammen einen "Punkt" bilden. Einzelne Pixel, schwarz oder weiß, die jeweils durch weiße oder schwarze Pixel umgeben sind, sind jedoch schwierig mit elektrophotographischen Geräten zu drucken. Aus diesem Grund neigen Standard-Dither-Matrizen dazu, mehrere Pixel zu clustern, wobei das Wachstumsmuster in einem zentralen Bereich der Halbtonzelle beginnt und wächst, wenn mehr Elemente der Zelle schwarz sind. Ein derartiges Punktmuster kann durch elektrophotographische Drucker gedruckt werden.
• Die Ausgabe des einstellbaren Schwellwerts 108, das Signal B(n,l), das bei einem binären System ein Satz von binären Pixeln (Schwarz oder Weiß) ist, wird im Ausgabepuffer 110 gespeichert, von wo es zu einem Ausgabegerät geleitet werden kann. Das Signal B(n,l) wird ebenfalls integriert, um in Block 111 einen durchschnittlichen Grauausgabewert über die Halbtonzelle zu erzeugen, wobei der durchschnittliche Grauausgabewert zu einem Vergleicher 112 (STIMMEN DIE GRAUS ÜBEREIN?) geleitet wird, um mit dem durchschnittlichen Graueingabewert des Eingabebildes über die Halbtonzelle verglichen zu werden, der im Integrator 113 erzeugt und durch den Fehler aus vorhergehenden Zellen korrigiert wird, der im Addierer 114 (wie weiter unten erläutert) zu dem durchschnittlichen Grauwert addiert wird. Der Vergleicher 112 stellt den variablen Schwellwert 108 ein, um die Abweichung zwischen I(n,l) und B(n,l) über die Halbtonzelle zu minimieren.
• Der Fehlerberechnungsblock 117 berechnet eine Differenz zwischen dem im Integrator 113 erzeugten durchschnittlichen Graueingabewert und dem im Integrator 111 erzeugten durchschnittlichen Grauausgabewert. Dieser Grauwertfehler wird an einen Fehlerbruchbestimmungsblock 116 geleitet, wo die Bruchfehlerwerte berechnet und an den Fehlertermpuffer 115 gegeben werden, um bei der Verarbeitung von folgenden Halbtonzellen verwendet zu werden. Fig. 2 zeigt eine derartige Bruchfehlerverteilung. Dabei wird für jede in Nachbarschaft zu der aktuellen Halbtonzelle identifizierten unverarbeiteten Halbtonzelle (durch * angegeben) ein Bruchfehlerwert gleich dem Fehler ε, der mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der der Halbtonzellenposition in Nachbarschaft zu der Halbtonzelle, von der ε erhalten wird, entspricht, sowie ein Faktor 1/48 zu einer folgenden Halbtonzelle addiert. Es ist natürlich deutlich, daß jede Halbtonzelle zu der Nachbarschaft von mehreren anderen Halbtonzellen gehört, so daß dementsprechend der zu der Halbtonzelle addierte resultierende Fehlerterm die Summe von mehreren Bruchwerten darstellt. Es können auch andere Gewichtungs- und -Verteilungsschemata für die Bruchwerte wie etwa die durch Flyod und Steinberg, Jarvis, Stucki in EP-A-0531170 vom 10.3.93 (entspricht US-A-5317653 vom 31.5.94) beschriebenen sowie viele andere verwendet werden. Diese Schemata werden in bezug auf eine pixelweise Fehlerverteilung beschrieben, wobei die prinzipielle Fehlerverteilung auf einer punktweisen Basis ähnlich ist.
• Die bisher beschriebene Fehlerdiffusionsfunktionalität der Anordnung von Fig. 1 ist im wesentlichen dem MAE-Verfahren der Fehlerdiffusion von Schroeder ähnlich. Es ist deutlich, daß auch das Fehlerdiffusionsverfahren von Floyd und Steinberg verwendet werden kann, obwohl der Effekt des Begrenzens der Distanz, um die der Fehler von einem -einzelnen Pixel fortgeplanzt wird, vermindert werden kann. Dieses Verfahren ist in Fig. 3 gezeigt, in der gleiche Bezugszeichen identische Elemente angeben, wobei hier der Fehler zwischen der durchschnittlichen modifizierten Eingabegraustufe nach dem Addierer 114 und der durchschnittlichen Ausgabegraustufe von Block 111 berechnet wird. Wie zuvor bemerkt, besteht der wesentliche Unterschied zwischen den zwei Verfahren darin, daß das Fehlerdiffusionsverfahren von Floyd und Steinberg den Fehler in Abhängigkeit von dem durch den Fehler von vorhergehenden Pixeln modifizierten Originalbild und dem Ausgabebild bestimmt, während das MAE-Verfahren den Fehler in Abhängigkeit von dem Originalbild und dem Ausgabebild bestimmt. Es ist ohne Zweifel deutlich, daß der entsprechende für jede Halbtonzelle erzeugte Fehlerterm verwendet werden kann, um den Wert jedes Pixels vor dem Integrationsblock 113 zu aktualisieren.
• Das Addieren eines Fehlers zu einer Halbtonzelle kann auf zweierlei Weise verstanden werden. Der Fehler kann auf die eine Halbtonzelle bildenden Pixel verteilt werden, wobei die Anzahl der für die Zelle bestimmten ON- oder OFF-Pixel verändert wird. Alternativ dazu kann nach dem Bestimmen einer Halbtonzelle oder nach dem Bestimmen der Anzahl der ON- oder OFF-Pixel für die Zelle die Anzahl der ON- oder OFF-Pixel erhöht oder vermindert werden, um den addierten Fehler wiederzugeben. Beide Verfahren sind für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung als gleichwertig zu betrachten.
• Wie zuvor bemerkt wurde, kann an der einstellbaren Schwellwerteinrichtung 108 ein Schwellwert eingestellt werden. Das Einstellen von T kann in Übereinstimmung mit dem oben genannten ARIES-Verfahren der Haltonreproduktion vorgenommen werden, das durch P. Roetling in dem oben genannten Artikel und in US-A-4,051,536 (Roetling) und US-A-4,633,327 (Roetling) beschrieben wird.
• Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm, das die Schritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Quantisieren von Pixelwerten in einem Bild zeigt, das aus einer Vielzahl von Pixeln gebildet wird, wobei jedes Pixel eine optische Dichte des Bildes an einer Position des Bildes wiedergibt und einen ursprünglichen optischen Dichtewert aufweist, der aus einem Satz von c ursprünglichen optischen Dichtewerten gewählt ist, der eine größere Anzahl von Mitgliedern aufweist als ein gewünschter Ausgabesatz von d optischen Dichtewerten, wobei das Verfahren einen Schritt 500) zum Empfangen eines Eingabepixels mit einem Pixelwert I(n,l) im Bild I(x,y); einen Schritt 510) zum Integrieren oder Durchschnittbilden von I(x,y) über eine Halbtonzelle oder einen Punkt, um einen durchschnittlichen Graueingabewert 1DOTIN für den Punkt zu bilden; einen Schritt 520) zum Addieren eines entsprechenden Graufehlerterms EDOT für die Halbtonzelle zu dem durchschnittlichen Graueingabewert IDOTIN; und einen Schritt 530) zum Speichern des modifizierten durchschnittlichen Graueingabewerts IDOTIN + EDOT umfaßt. In Schritt 540 werden für den Halbtonpunkt ein ganzzahliger Teil und ein Bruchteil des modifizierten Graueingabewerts berech net, wobei sich der ganzzahlige Teil auf den Gesamtgrauwert einschließlich des Fehlers über eine Halbtonzelle bezieht und die schwarz zu druckenden Pixeleinheiten (#schwarz Pixel) angibt, während sich der Bruchteil EDOTIN auf die Differenz zwischen dem ganzzahligen Teil und dem modifizierten Graueingabewert IDOTIN + EDOT bezieht. In Schritt 550 wird der Bruchteil EDOTIN des Wertes als ein Maß für den Graufehler verwendet, um die Graufehlerbrüche für folgende Halbtonzellen zu berechnen; in Schritt 560 werden die Graufehlerbrüche auf der Basis einer gewichteten Fehlerverteilung wie der mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen berechnet; und in Schritt 570 wird der Fehlertermpuffer aktualisiert, damit er in folgenden Halbtonzellen als Fehlerwert EDOT für das Addieren in Schritt 520 verwendet werden kann, wobei EooT die Summe der Fehlerbrüche von einem oder mehreren Halbtonpunkten ist.
• In Schritt 580 werden die Halbtonrasterwerte zu den in Schritt 500 empfangenen Eingabepixeln in Übereinstimmung mit der Position des Pixels in der Zelle addiert; und in Schritt 590 werden die resultierenden Werte angeordnet oder derart sortiert, daß Pixel identifiziert werden können, die auf Schwarz gesetzt werden. Dann wird in Schritt 600 eine Anzahl von Pixeln aus der Anordnung von Werten auf der Basis der Information zu dem ganzzahligen Teil des modifizierten Grauwertes von Block 540 auf "Schwarz" gesetzt. Im Ausgabeschritt 610 werden die Pixel zu einem Ausgang gegeben, wobei die ursprüngliche räumliche Anordnung der in Schritt 500 empfangenen Pixel beibehalten wird, wobei die Pixelwerte jedoch quantisiert wurden.
• Die Einstellung von T kann in Übereinstimmung mit dem ARIES-Verfahren der Halbtonreproduktion vorgenommen werden, das durch P. Roetling in dem oben genannten Artikel und in US-A-4,051,536 und US-A-4,633,327 beschrieben wird.
• Dabei ist zu beachten, daß unter dem in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Begriff "Schwellwertverarbeitung" andere Möglichkeiten zum Entscheiden der Distanz zwischen dem Eingabewert der optischen Dichte und dem Ausgabewert der optischen Dichte bestehen. Es ist auch zu beachten, daß die vorliegende Beschreibung auf eine Binärstufen-Quantisierung Bezug nimmt, wobei die beschriebene Erfindung jedoch auch bei Systemen für Ausgabepixel mit mehr als einer Stufe verwendet werden kann, wenn entsprechende Modifikationen vorgenommen werden, um der Anzahl der Pixelstufen Rechnung zu tragen, die in der Ausgabe erzeugt werden können. Zusätzlich kann das System dazu verwendet werden, Farbdaten aus einem großen Satz von möglichen Farbwerten zu einem kleineren Satz von Farbwerten zu konvertieren.
• Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Durch den Fachmann können Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden, wobei der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente definiert ist.

Claims (8)

1. Verfahren zum Quantisieren von Pixelwerten in einem Bild, das aus einer Vielzahl von Pixeln gebildet ist, wobei jedes Pixel eine optische Dichte des Bildes an einer Position im Bild wiedergibt und einen ursprünglichen optischen Dichtewert aufweist, der aus einem Satz von 'c' ursprünglichen optischen Dichtewerten ausgewählt ist, dessen Anzahl von Mitgliedern größer ist als diejenige eines gewünschten Ausgabesatzes von 'd' optischen Dichtewerten (B(n,l)), wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

b1) Schwellwertverarbeiten (108) des optischen Dichtewerts (I(n,l)+S(n,l)) jedes Pixels mit einem ursprünglichem optischen Dichtewert (I(n,l)) durch wenigstens einen Schwellwert T, um einen optischen Dichtewert (B(n,l)) zu erhalten, der ein Mitglied des Ausgabesatzes von 'd' optischen Dichtewerten ist,

b2) Vergleichen (112) eines ersten Eingabegrauwertes mit dem durchschnittlichen Ausgabegraustufenwert des schwellwertverarbeiteten Bildes für die Zelle und dynamisches Variieren (108) des wenigstens einen Schwellwerts T in Übereinstimmung mit dem Vergleich, so daß der Eingabegraustufenwert und der Ausgabegraustufenwert ungefähr gleich sind,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den folgenden Schritt umfaßt:

b3) Bestimmen (117) der Differenz für einen eine Halbtonzelle bildenden Satz von Pixeln im Bild zwischen einem aus dem durchschnittlichen Graueingabewert des Bildes erhaltenen zweiten Eingabegrauwert und dem durchschnittlichen Grauausgabewert des schwellwertverarbeiteten Bildes, und Verteilen (115, 116) eines gewichteten Teils der Differenz auf wenigstens eine nicht verarbeitete Halbtonzelle, wobei der zweite Eingabegrauwert gleich der Summe aus dem durchschnittlichen Graueingabewert und einem gewichteten Teil der Differenz ist, die für eine zuvor verarbeitete Halbtonzelle bestimmt wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei:

(1) der zweite Eingabegrauwert einen durchschnittlichen Eingabegrauwert des Bildes umfaßt und wobei der erste Eingabegrauwert die Summe aus der durchschnittlichen Graueingabestufe und einem gewichteten Teil der Differenz ist, die für eine zuvor verarbeitete Halbtonzelle bestimmt wurde, oder

(2) die Differenz ein Fehlerwert ist, der zweite Eingabegrauwert ein durchschnittlicher Eingabegrauwert ist, der durch die Addition eines gewichteten Fehlerteils aus wenigstens einer zuvor verarbeiteten Halbtonzelle modifiziert wird, wobei der erste Eingabegrauwert der modifizierte durchschnittliche Graueingabewert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin folgende Schritte umfaßt:

a1) für jede Gruppe von zu quantisierenden Pixeln Bestimmen (113) eines durchschnittlichen Graustufeneingabewerts für das Bild über einen Bereich einer die Pixel enthaltenden Halbtonzelle,

a2) Bestimmen (104, 106) einer Rastersumme aus der Addition eines gespeicherten Rasterwertes für die Pixel, der durch die Position der Pixel im Bereich der Halbtonzelle bestimmt wird, und des Pixelwertes, um gerasterte Pixelwerte zu erzeugen, und

a3) Bestimmen (111) eines durchschnittlichen Grauausgabewertes für das Bild über den Bereich der Halbtonzelle aus den schwellwertverarbeiteten Pixelwerten,

wobei die in Schritt b3) erhaltene Differenz ein Fehlerwert ist und wobei Schritt b3) den Schritt b3i) zum Speichern (115) eines gewichteten Fehlerwerts, der eine Funktion des Fehlerwertes ist, für jeden Satz von Halbtonzellen oder Pixeln in einer Fehlerverteilungs-Nachbarschaft und den Schritt b3ii) zum Aktualisieren (116) eines Fehlerpuffers umfaßt, der Fehlerterme speichert, die zu nicht verarbeiteten Halbtonzellen im Bild mit dem gewichteten Fehlerwert addiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei:

(1) der zweite Graueingabewert der durchschnittliche Graueingabewert ist, der gewichtete Fehlerwert ein gewichteter Teil der Fehlerwerts ist und wobei der erste Eingabegrauwert die Summe eines Fehlerterms und eines durchschnittlichen Eingabegrauwertes ist, oder

(2) der zweite Eingabegrauwert der durchschnittliche Eingabegrauwert ist, der durch einen Fehlerterm modifiziert ist, der durch das Quantisieren von Pixeln in wenigstens einer vorhergehenden Halbtonzelle bestimmt wird, und wobei der erste Graueingabewert der modifizierte Wert ist.

5. System zum Quantisieren von Pixelwerten in einem Bild, das aus einer Vielzahl von Pixeln gebildet ist, wobei jedes Pixel eine optische Dichte des Bildes an einer Position im Bild wiedergibt und einen ursprünglichen optischen Dichtewert (I(n,l)) aufweist, der aus einem Satz 'c' von ursprünglichen optischen Dichtewerten ausgewählt ist, dessen Anzahl von Mitgliedern größer ist als diejenige eines gewünschten Ausgabesatzes von 'd' optischen Dichtewerten (B(n,l)), wobei das System umfaßt:

eine Einrichtung (108) zum Schwellwertverarbeiten des optischen Dichtewerts jedes Pixels mit einem ursprünglichem optischen Dichtewert durch wenigstens einen Schwellwert T, um einen optischen Dichtewert zu erhalten, der ein Mitglied des Ausgabesatzes von 'd' optischen Dichtewerten ist,

einer Einrichtung (112) zum Vergleichen eines ersten Eingabegrauwertes mit dem durchschnittlichen Ausgabegraustufenwert für die Zelle und zum dynamischen Variieren des wenigstens einen Schwellwerts T in Übereinstimmung mit dem Ver gleich, so daß der Eingabegraustufenwert und der Ausgabegraustufenwert ungefähr gleich sind,

dadurch gekennzeichnet, daß das System umfaßt:

eine Einrichtung zum Bestimmen (117) der Differenz für einen eine Halbtonzelle bildenden Satz von Pixeln im Bild zwischen einem aus dem durchschnittlichen Graueingabewert des Bildes erhaltenen zweiten Eingabegrauwert und dem durchschnittlichen Grauausgabewert des schwellwertverarbeiteten Bildes, und zum Verteilen eines gewichteten Teils der Differenz auf wenigstens eine nicht verarbeitete Halbtonzelle, wobei der zweite Eingabegrauwert gleich der Summe aus dem durchschnittlichen Graueingabewert und einem gewichteten Teil der Differenz ist, die für eine zuvor verarbeitete Halbtonzelle bestimmt wurde.

6. System nach Anspruch 5, wobei:

(1) der zweite Eingabegrauwert der durchschnittliche Eingabegrauwert des Bildes ist und wobei der erste Eingabegrauwert die Summe aus der durchschnittlichen Graueingabestufe und der bestimmten Differenz ist, oder

(2) der zweite Eingabegrauwert der durchschnittliche Eingabegrauwert des Bildes ist, der durch die Addition eines Fehlerterms aus wenigstens einer zuvor verarbeiteten Halbtonzelle modifiziert wird, und wobei der erste Eingabegrauwert die Summe aus der durchschnittlichen Graueingabestufe und der bestimmten Differenz ist.

7. System nach Anspruch 5, das weiterhin umfaßt:

eine Quelle von Pixeln mit jeweils einem von 'c' ursprünglichen optischen Dichtewerten,

einen Addierer (104) zum Summieren eines gespeicherten Rasterwertes und des Pixelwertes eines zu quantisierenden Pixels, um einen gerasterten Pixelwert zu erzeugen, wobei der Rasterwert aus einem Rasterspeicher erhalten wird und durch die Position des zu quantisierenden Pixels im Bereich einer Halbtonzelle bestimmt wird,

wobei die Schwellwerteinrichtung (108) eine einestellbare Schwellwerteinrichtung (108) zum Schwellwertverarbeiten der gerasterten Pixelwerte ist,

einen Bilddatenausgang (110), der Pixel mit einem optischen Ausgabedichtewert aus 'd' optischen Dichtewerten aus der Anordnung ausgibt,

einen Eingabeintegrator (113), der einen durchschnittlichen Graueingabewert für das Bild über einen das zu bearbeitende Pixel enthaltenden Bereich der Halbtonzelle bestimmt,

einen Ausgabeintegrator (111), der aus der Ausgabe der einstellbaren Schwellwerteinrichtung (108) einen durchschnittlichen Grauwert für die Ausgabebilddaten über einen das Pixel enthaltenden Bereich der Halbtonzelle bestimmt,

wobei die Bestimmungseinrichtung (a) einen Graufehlervergleicher (117) zum Vergleichen des durchschnittlichen Grauausgabewertes des Bildes und des durchschnittlichen Graueingabewertes und zum Erzeugen eines Graufehlers gleich der Differenz zwischen denselben sowie (b) einen Graufehlerspeicher (115) zum Speichern von Graufehlertermen umfaßt, wobei jeder Graufehlerterm ein gewichteter Teil des bestimmten Graufehlers ist, der für jede Halbtonzelle in einer vorbestimmten Nachbarschaft zu derselben anzuwenden ist, und

einen Addierer (114) zum Summieren eines im Graufehlertermspeicher gespeicherten Graufehlerterms, um einen modifizierten Graueingabewert zu erzeugen.

8. System nach Anspruch 7, wobei der Graufehlervergleicher dafür ausgebildet ist, den durchschnittlichen Grauausgabewert des Bildes und den modifizierten durchschnittlichen Graueingabewert miteinander zu vergleichen und einen Graufehlerterm zu erzeugen, der gleich der Differenz zwischen denselben ist.