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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft allgemein
digitale Drucksysteme und insbesondere ein Verfahren zum Erzeugen
von Graustufenwerten, die von dem Drucksystem verwendet werden sollen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gegenwärtige elektrophotographische
Druckertechnologien machen von einer photoleitfähigen Trommel Gebrauch. In
Abhängigkeit
vom Typ des verwendeten Photoleiters ist die Trommel entweder geladen
oder entladen, um Toner anzuziehen, wobei das Laden oder Entladen
durch Reflektieren von Licht auf die Trommel erfolgt. Die Trommel überträgt dann
den Toner auf das Papier oder eine andere zu bedruckende Oberfläche.
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Um die Trommel zu belichten, kann
ein Lichtmodulator oder eine andere abbildende Vorrichtung verwendet
werden. Typisch weist die abbildende Vorrichtung eine Bildelementanordnung
auf, die so breit wie das Druckbild ist. Diese Bildelemente sind
mit Daten versehen, die für
jedes Bildelement die Belichtung angeben. Die Trommel dreht sich
so, daß während jeder
Zeilen-Periode eine Zeile der Trommel von einer Zeile der Bildelemente
belichtet wird.
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Bis zu einem gewissen Grad kann das
Erzeugen von Graustufenwerten durch Variieren der Belichtung an
Punkten auf der Trommel erfolgen, um die Tonermenge an jedem Punkt
zu steuern. Eine Methode, um die Belichtung zu variieren, besteht
darin, die gleiche Zeile der Trommel wiederholt durch aufeinanderfolgende
Bildelementzeilen zu belichten. Während sich die Trommel dreht,
werden sich überdeckende
Belichtungen auf ihr akkumuliert. Jede Zeile wird so viele Male
wiederholt belichtet, wie für
ein bestimmtes Grauabstufungsvermögen angestrebt wird. Diese
Methode zur Schaffung einer Graustufung wird als "mehrstufi ges" Drucken bezeichnet.
Sie wird hauptsächlich
dadurch eingeschränkt,
daß sie nur
eine begrenzte Anzahl von Graustufen ermöglicht.
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Eine weitere Methode zur Schaffung
einer Graustufung ist der Halbtondruck. Im allgemeinen nutzt der
Halbtondruck vorteilhaft aus, daß das menschliche Auge in der
Lage ist, über
eine Fläche zu
integrieren. Das Bild ist in "Zellen" unterteilt, wobei jede
nicht weiße
Zelle mit einem Punkt zu drucken ist. Für jede Flächeneinheit wird die Punktgröße entsprechend
der Intensität
dieser Einheit eingestellt. Ein besonderes Merkmal des Halbtondrucks
ist die Verwendung eines Linienrasters, derart, daß die Punkte längs diagonaler
Linien gedruckt werden. Diese Rasterung unterstützt das Vermögen des
Auges, diese Punkte zu einem geglätteten Bild zu integrieren.
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Halbton-Konzepte sind beim elektrophotographischen
Drucken verwendet worden, um Bilder höherer Qualität zu liefern.
Wenn das Bild in diagonalen Linien gerastert wird und die Belichtungen
längs dieser
konzentriert werden, ist das Rauschen insbesondere in den unteren
Intensitätspegeln
geringer.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein Aspekt der Erfindung ist ein
Verfahren, wie im Anspruch 1 dargestellt, zum Erzeugen von Graustufenwerten,
die zum Drucken eines Bildes verwendet werden sollen, wobei das
Bild durch Bildelemente repräsentiert
wird, die Bildelement-Eingangswerte haben. Das Bild wird mit einer
Anzahl von Zeilen in einer Richtung und einer Anzahl von Zeilen
in einer im wesentlichen senkrechten Richtung "gerastert". Dieses Rastern erfolgt durch zweimaliges
Teilen des Bildes in Zellen, einmal in horizontaler Richtung und
einmal in vertikaler Richtung. Die horizontalen Zellen enthalten
jeweils die gleiche Anzahl von Bildelementen und haben ein sich
wiederholendes Muster eines Abschnitts aus einer oder mehreren der
Zeilen in einer Richtung. Ähnlich
enthalten die vertikalen Zellen jeweils die gleiche Anzahl von zu druckenden
Bildelementen, wobei sie jedoch ein sich wiederholendes Muster eines
Abschnitts einer oder mehrerer der Zeilen in der im wesentlichen
senkrechten Richtung haben. Für
jede horizontale Zelle wird jedes Bildelement in dieser Zelle gemäß seinem
Abstand von der nächsten
Zeile dieser Zelle klassifiziert. Außerdem wird für jede horizontale
Zelle jeder Bildelement-Eingangsgraustufenwert
auf einen horizontalen Graustufenwert abgebildet, wobei die Abbildung von
der Bildelement-Klassifikation in jener Zelle abhängig ist.
Dieses Verfahren wird für
jede vertikale Zelle wiederholt. Dies führt zu zwei Ausgangswerten für jedes
Element des Bildes, die kombiniert werden, um einen endgültigen Graustufenwert
für jedes
Bildelement zu bestimmen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung
ist ein Belichtungssystem, wie im Anspruch 9 dargestellt, zum Erzeugen
von Graustufenwerten, die zum Drucken eines Bildes verwendet werden
sollen.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht
darin, daß sie
eine bessere Wiedergabe von Grausstufenwerten ermöglicht.
Bei einem elektrophotographischen Drucker werden die Belichtungen
auf die Schnittpunkte der Linien des Linienrasters konzentriert.
Diese Konzentration der Belichtungen erfolgt auf eine kleinere Fläche als
dann, wenn das Linienraster nur eine Gruppe von Linien aufweist.
Dies hat zur Folge, daß die
elektrischen Felder konzentriert sind und Tonerpartikel eindeutiger
anziehen können.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICNUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nun
anhand von Beispielen näher
beschrieben, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen
wird, worin
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1 ein
Rastermuster für
ein herkömmliches
Halbton-Drucken veranschaulicht;
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2 ein
Beispiel für
Tonkurven für
das Rastermuster von 1 ist;
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3 ein
Rastermuster für
ein zweidimensionales Halbton-Drucken gemäß der Erfindung veranschaulicht;
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4 eine
einzelne horizontale Zelle des Musters von 3 zeigt;
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5 den
Abstand zwischen den Linien und die Bildelement-Klassifikationen
für die
horizontalen Zellen von 3 zeigt;
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6 und 7 Tonkurven für das Rastermuster
von 3 veranschaulichen;
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8 und 9 alternative Rastermuster
gemäß der Erfindung
veranschaulichen;
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10 die
Ergebnisse des zweidimensionalen Halbton-Druckens veranschaulicht,
und
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11 ein
Druckersystem veranschaulicht, das einen Prozessor, der gemäß der Erfindung
programmiert ist, und einen Speicher zum Speichern von Tonkurvendaten
aufweist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Das hier beschriebene Verfahren bezieht sich
auf eine Verwendung mit einem elektrophotographischen Drucker, insbesondere
einem Drucker, der eine photoleitfähige Trommel aufweist, die
mit Licht von einem räumlichen
Lichtmodulator belichtet wird. Die Erfindung ist jedoch auch für elektrophotographische
Drucker mit anderen Belichtungsvorrichtungen zweckmäßig. Außerdem braucht
der Drucker nicht elektrophotographisch zu sein, sondern kann jeder Drucker
sein, der aus digitalen Daten Graustufenbilder erzeugt. In allgemeinen
ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Erzeugen von Graustufenwerten
gerichtet, das von dem Drucker benutzt werden kann, um Graustufenbilder
zu drucken.
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1 veranschaulicht
ein "Rastermuster" für einen
herkömmlichen
Linienrasterdruck. Das Bild wird mit Linien abgerastert, längs welcher
die Bildelement-Belichtungen
konzentriert werden sollen. Die Linien sind typisch diagonal in
Bezug auf das Bild, um es dem Auge leichter zu machen, das gedruckte Muster
zu integrieren. Die Linienrasterung wird durch Unterteilen des Bildes
in Zellen der Größe m × n erreicht.
In jeder Zelle sind eine oder mehrere der Linien. Die Zellen sind
in einem sich wiederholenden Muster: Alle Zellen haben die gleiche
Größe, und jede
hat ihre Linie am gleichen Ort. Wenn die Zellen aneinandergelegt
wer den, kommen die Linien nahtlos zusammen, wodurch die Wirkung
eines Linienrasters erzeugt wird. Die Zellen vereinfachen die Berechnung
in der Hinsicht, daß das
Verfahren für
jede Zelle rechnerisch das gleiche ist und nur die Bildelementwerte
verschieden sind.
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In dem Beispiel von 1 besitzt jede Zelle 4 × 4 = 16
Bildelemente, wobei ihr eine Linie zugeordnet ist. Der Neigungswinkel
der Linien ist 45 Grad in Bezug auf die Orientierung des Druckbildes.
Der Zwischenlinienabstand d ist 2√2 . Es sind viele andere Rastermuster
möglich.
Die Zellen könnten
beliebige m × n-Rechtecke sein, und
die Linien könnten
Neigungswinkel besitzen, die von jenem der Diagonale verschieden
sind. Auch könnte
jede Zelle mehr als eine Linie enthalten. Das Hauptmerkmal der Linienrasterung
ist, daß es
ein sich wiederholendes Muster unter den Zellen gibt.
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1 veranschaulicht
außerdem
in einer Zelle eine Klassifikation von Bildelementen auf der Grundlage
des Abstands von der nächstgelegenen Linie.
In diesem Beispiel hat die Zelle drei Klassen, wovon die Klasse 1 die
Bildelemente mit dem geringsten Abstand bezeichnet. In jeder Zelle
sind die Bildelemente derart klassifiziert.
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2 ist
eine Gruppe von Tonkurven für
das Linienrastermuster von 1.
Jede Klasse von Bildelementen besitzt eine zugeordnete Tonkurve.
Die Tonkurven sind mit 1–3
bezeichnet, so daß sie
den Bildelementklassen entsprechen. Jede Tonkurve bildet einen gegebenen
Bildelement-Eingangswert auf einen bestimmten Bildelement-Ausgangswert
ab. In dem Beispiel von 2 sind
die Eingangswerte 8-Bit-Werte, und die Ausgangswerte sind 4-Bit-Werte,
wobei jedoch die Eingangs- und Ausgangswerte beliebige Bitauflösungen haben
könnten.
Für jedes Bildelement
ist die Tonkurve, die für
die Abbildung seines Eingangswertes auf seinen Ausgangswert verwendet
wird, durch die Klassifikation des Bildelements bestimmt. Im allgemeinen
würde für einen
gegebenen Eingangswert ein Bildelement der Klasse 1 einen höheren Ausgangswert
als ein Bildelement der Klasse 2 oder der Klasse 3 haben.
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Die Tonkuven stellen sicher, daß die Belichtungen
im Bereich der Rasterlinien konzentriert werden. Im allgemeinen
könnten
die Tonkurven willkürlich
definiert werden. Es besteht aber die Motivation, in der Umgebung
der Linien eine kontrastreiche Modulation zu erzeugen. Die Tonkurven
von 2 bewirken dies
dadurch, daß für einen
gegebenen Eingangsgraustufenwert die Bildelemente, die sich näher an den
Linien befinden, höhere
Ausgangswerte besitzen.
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Ein besonderes Merkmal der Erfindung
ist die Erkenntnis, daß die
Linienrasterung in mehr als einer Richtung ausgeführt werden
kann. Das Rastermuster von 1 ist
in dem Sinne "eindimensional", als es nur in einer
Richtung Linien aufweist. Wie weiter unten erläutert wird, können Bilder
höherer
Qualität
erzeugt werden, indem ein "zweidimensionales" Rastern angewendet
wird.
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3 veranschaulicht
ein Beispiel für
ein zweidimensionales Rastern gemäß der Erfindung. Im Vergleich
zu dem Rastern von 1 wird
das Bild in zwei Gruppen von Linien gerastert, wobei eine Gruppe
im wesentlichen orthogonal zu der anderen ist. Das Bild wird also
in "Überzellen" unterteilt. Jede Überzelle
enthält
eine ganze Zahl von horizontalen Zellen (H) und eine ganze Zahl
von vertikalen Zellen (V).
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In dem Beispiel von 3 umfaßt jede Überzelle 8 × 8 Bildelemente. Innerhalb
jeder Überzelle gibt
es zwei horizontale Zellen und zwei vertikale Zellen. Jede horizontale
Zelle ist 8 Pixel breit und 4 Pixel hoch, und jede vertikale Zelle
ist 4 Pixel breit und 8 Pixel hoch. Die horizontalen und die vertikalen
Zellen haben die gleiche Größe, sind
jedoch um 90 Gradgedreht.
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4 veranschaulicht
eine einzelne horizontale Zelle des Musters von 3. Jede Zelle enthält zwei Linien von einer der
Liniengruppen. Jede vertikale Zelle hat ein völlig gleiches Muster, das um
90 Grad gedreht ist.
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In weiteren Ausführungsformen brauchen die horizontalen
Zellen und die vertikalen Zellen nicht von gleicher Gestalt zu sein.
Außerdem
könnten
in weiteren Ausführungsformen
die Zellen nur eine zugeordnete Linie oder mehr als zwei Linien
haben. Es ist nicht notwendig, daß die horizontalen Zellen die gleiche
An zahl von Linien wie die vertikalen Zellen haben. Jedoch sollte
jede horizontale Zelle ein sich wiederholendes Muster mit weiteren
horizontalen Zellen haben, und jede vertikale Zelle sollte ein sich wiederholendes
Muster mit weiteren vertikalen Zellen haben.
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5 veranschaulicht
den Linienabstand und die Bildelementklassifikationen für die horizontalen
Zellen von 3. Der Linienabstand
beträgt
8/√5 .
Es gibt vier Klassen von Bildelementen, die sich wie die Klassen
von 1 in Abhängigkeit
vom Abstand eines Bildelements von der nächstgelegenen Linie unterscheiden.
Bei dem Beispiel dieser Beschreibung, bei dem die Zellen von gleicher
Größe sind
und die beiden Gruppen von Linien jeweils gleiche Abstände haben,
würden
die vertikalen Zellen den gleichen Linienabstand besitzen und könnten die
gleichen Klassen wie die horizontalen Zellen haben. Da jedes Bildelement
sowohl einer horizontalen Zelle mit einer Gruppe von Linien als
auch einer vertikalen Zelle mit einer weiteren Gruppe von Linien
angehört,
besitzt jedes Bildelement zwei Klassifikationen.
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Die 6 und 7 veranschaulichen die Tonkurven
für das
zweidimensionale Rastermuster von 3.
Es gibt zwei Gruppen von Tonkurven: 6 ist
eine Gruppe von Tonkurven für
die horizontalen Zellen, und 7 ist
eine Gruppe von Tonkurven für die
vertikalen Zellen. Obwohl die 6 und 7 unterschiedliche Tonkurven
zeigen, die für
horizontale Zellen und vertikale Zellen zu verwenden sind, könnten für beide
Typen von Zellen dieselben Tonkurven verwendet werden. Ähnlich der
Tonkurve von 2 sind die
Bildelement-Eingangswerte 8-Bit-Werte,
und die Ausgangswerte sind 4-Bit-Werte, wobei jedoch eine beliebige
Bitauflösung
für den
Eingangswert oder den Ausgangswert verwendet werden könnte.
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Um das Verfahren der Erfindung auszuführen, wird
das Bild in zwei Dimensionen gerastert, horizontal und vertikal,
und es werden die Tonkurven festgelegt. Dann werden die Bildelement-Eingangswerte
Bildelement für
Bildelement verarbeitet. Jedem Bildelement wird eine Klassifikation
von seiner horizontalen Zelle zugewiesen, die verwendet wird, um den
Bildelement-Eingangswert auf einen ersten Ausgangswert abzubilden.
Dann wird dem Bildelement eine Klassifikation von seiner vertikalen
Zelle zugewiesen, die verwendet wird, um den Bildelement-Eingangswert auf
einen zweiten Ausgangswert abzubilden. Diese beiden Werte werden
kombiniert, um den Ausgangsgraustufenwert für das Bildelement zu erzeugen.
Typisch werden die beiden Werte kombiniert, indem sie multipliziert
werden; sie könnten
jedoch auch auf andere Weise, etwa durch eine Mittelung, kombiniert
werden.
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Angenommen, ein von m-Bit-Werten
der Bildelemente repräsentiertes
Bild wird in horizontale und vertikale Zellen gerastert. Für jedes
Bildelement wird sein m-Bit-Bildelementwert zunächst unter Verwendung der Bildelementklassifikation
bezüglich
der horizontalen Zellen und der Tonkurven für die horizontalen Zellen auf
einen ersten n-Bit-Ausgangswert abgebildet. Aufgrund der Tonkurven
würden
Bildelemente, die in den horizontalen Zellen den Linien näher liegen,
höhere
Ausgangswerte als andere Bildelemente mit dem gleichen Eingangswert
haben. Das Verfahren wird für
die vertikalen Zellen wiederholt. Die zwei n-Bit-Ausgangswerte jedes Bildelements, jeweils
einer aus jeder Gruppe von Tonkurven, werden kombiniert, um einen
Graustufenwert für
dieses Bildelement zu erhalten. Für ein mehrstufiges elektrophotographisches
Drucken wird jeder Punkt auf der Trommel gemäß den Graustufendaten eine
entsprechende Anzahl von Malen belichtet oder nicht belichtet.
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8 veranschaulicht
ein weiteres zweidimensionales Rastermuster gemäß der Erfindung. Wie in 3 wird das Bild in eine
erste Gruppe von Linien in einer Richtung und in eine weitere Gruppe von
Linien in einer im wesentlichen orthogonalen Richtung gerastert.
Jedoch sind anders als bei dem Rastermuster von 3 die Grenzen der Zellen in 8 aneinanderstoßend. Mit
anderen Worten: Die horizontalen Zellen und die vertikalen Zellen
sind dieselben. Trotzdem wird die Klassifikation der Bildelemente
in den Zellen für
die vertikalen Zellen und die horizontalen Zellen unterschiedlich
sein, da die vertikaen Zellen eine andere Gruppe von Linien enthalten als
die horizontalen Zellen.
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9 veranschaulicht
ein drittes Rastermuster. Die beiden 3 und 8 veranschaulichen Rastermuster,
bei denen der Abstand zwischen den Linien der einen Gruppe gleich
dem Abstand zwischen den Linien der anderen Gruppe ist. In 9 haben jedoch die Linien
der horizontalen Zellen eine Frequenz, während die Linien der vertikalen
Zellen eine andere haben. Mit anderen Worten: d1 ist
nicht gleich d2. Jedoch weisen die Zellen
entsprechend den beiden Gruppen von Linien ein sich wiederholendes
Muster auf.
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10 veranschaulicht
die Ergebnisse des zweidimensionalen Rasternes gemäß der Erfindung. Die
zwei diagonalen Linienraster sind als punktierte Linien gezeigt.
Das Rastermuster ist jenem von 8 ähnlich.
Das Bild weist Belichtungen auf, die für einen gegebenen Graustufenwert
im Vergleich zu einem eindimensionalen Rastern auf kleinere Flächen konzentriert
sind.
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11 veranschaulicht
ein Drucksystem 110 mit einem für die Durchführung des
Verfahrens der Erfindung programmierten Prozessor 111.
In 11 wird die Trommel 115 mit
einem räumlichen
Lichtmodulator 117 belichtet, der eine Anordnung von Bildelementen
besitzt. Die Bildelemente des räumlichen Lichtmodulators 117 werden
verwendet, um die Bildelemente auf der Trommel 115 zu belichten.
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Der Prozessor 111 empfängt Graustufenwerte
für die
Bildelemente des zu druckenden Bildes. Der Prozessor 111 ist
so programmiert, daß er
für jedes
Bildelement eine Klassifikation aus der horizontalen Zelle des Bildelements
sowie eine Klassifikation aus der vertikalen Zelle des Bildelements
bestimmt. Die Tonkurven können
als Nachschlage-Tabellen 113 unter Verwendung herkömmlicher
Speichervorrichtungen und -verfahren implementiert werden. Der Prozessor 111 greift
auf die Nachschlage-Tabellen 113 zu, um die Bildelement-Eingangswerte
in Abhängigkeit
von der Klassifikation des Bildelements in Bildelement-Ausgangswerte
zu überführen. Wie
weiter oben beschrieben worden ist, ergeben sich zwei Werte für jedes
Bildelement, die der Prozessor 111 multipliziert oder auf
andere Weise kombiniert, um für jedes
Bildelement einen Cnaustufenwert zu erhalten. Diese Werte könnten direkt
die Belichtungswerte darstellen, oder es könnten andere Verfahren verwendet werden,
um Belichtungswerte zu erhalten. Das auf Texas Instruments Incorporated übertragene
US-Patent Nr. 5 461 411 mit dem Titel "Grayscale Printing Using Spatial Light
Modulators" beschreibt
verschiedene Verfahren zur Belichtung einer Trommel mit einer digitalen
Mikrospiegelvorrichtung vom Typ eines räumlichen Lichtmodulators 117.
Die Belichtungswerte sind in einem Belichtungsdatenspeicher 114 in einem
für die
Ausgabe an den räumlichen
Lichtmodulator 117 geeigneten Format gespeichert. Der räumliche
Lichtmodulator 117 wird von einer Lichtquelle 118 beleuchtet,
und es wird eine geeignete Optik 119 verwendet, um das
Bild des räumlichen
Lichtmodulators auf die Trommel 115 zu übertragen.