DE69722126T2

DE69722126T2 - Verfahren zur Halbtonrasterungsumsetzung der Grauwertsignale der Bildelemente eines Bildes und Bildwiedergabegerät

Info

Publication number: DE69722126T2
Application number: DE69722126T
Authority: DE
Inventors: Monique Gerardine Miranda Sommer
Original assignee: Oce Technologies BV
Current assignee: Canon Production Printing Netherlands BV
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2017-10-08
Also published as: DE69722126D1; NL1004279C2; JPH10136208A; JP3187352B2; US6026199A; EP0837598B1; EP0837598A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Halbtonverarbeitung von Grauwerten von Pixeln, die durch eine fotoelektrische Abtastung eines Bildes erhalten werden. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Bildwiedergabegerät zur Wiedergabe von Grauwertsignalen eines durch fotoelektrische Abtastung erzeugten Bildes.
Wenn ein Bild fotoelektrisch abgetastet wird, z. B. mit Hilfe eines CCD-Scan- ners, werden Grauwerte erhalten, die Oberflächenbedeckungen verschiedener Bildelemente, d. h., Pixel, eines Bildes entsprechen. Die Anzahl möglicher unterschiedlicher Grauwerte ist in solchen Fällen bestimmt durch die Eigenschaften des CCD-Scanners und die Ausdehnung seines dynamischen Bereichs. Wenn ein von einem CCD-Scanner erzeugter analoger Grauwert zum Beispiel durch einen digitalen 8-Bit-Code repräsentiert wird, so sind 256 mögliche unterschiedliche Grauwerte möglich. Wenn solche Grauwertinformation durch Bildwiedergabegeräte wiedergegeben wird, z. B. durch elektrofotografische Drucker oder Tintenstrahldrucker, muß diese Grauwertinformation in die von einem solchen Gerät wiederzugebenden Bedeckungsgrade umgewandelt werden. Im allgemeinen müssen nur zwei mögliche Bedeckungsgrade wiedergegeben werden, mit Toner im Fall von Elektrofotografie oder mit Tinte im Fall eines Tintenstrahldruckers, und diese beiden möglichen Bedeckungsgrade sind weiß oder schwarz, je nach Anwesenheit oder Abwesenheit von Tonerpulver oder Tinte. Die merhrwertigen Grauwerte müssen dann in höchstens zwei Grauwerte entsprechend weiß oder schwarz umgewandelt werden. Wenn das Verhältnis der Anzahlen weißer und schwarzer Pixel in einem bestimmten Bereich durch den ursprünglichen Grauwert bestimmt wird, kann ein Eindruck des ursprünglichen Grauwertes angenähert werden. Dieses Verfahren zur Wiedergabe von Grauwerten mit Hilfe einer begrenzten Anzahl von Bedeckungsgraden wird Halbtonverarbeitung genannt.
Allgemein können Halbtonverfahren entweder unter dem Begriff Dithern oder dem Begriff Fehlerdiffusion klassifiziert werden. Im Fall von Dithern werden die Pixel in sich aneinander anschließende Gruppen mit festen Abmessungen aufgeteilt, die als Dithermatrizen bekannt sind, wodurch der Grauwerteindruck für jede Gruppe so gut wie möglich approximiert wird. Dithern hat den Nachteil verminderter Wiedergabe von detaillierter Bildinformation, weil die Auflösung durch die Abmessungen der Dithermatrix bestimmt wird.
Fehlerdiffusion hat diesen Nachteil nicht, weil in diesem Fall das Verfahren für jedes Pixel ausgeführt wird. Ein Grauwert für ein Pixel wird durch Schwellenwertbildung auf einen zweiwertigen binären Wert gerundet, wobei dieser Wert eine minimale oder maximale Oberflächenbedeckung repräsentiert und der unter diesen Umständen auftretende Quantisierungsfehler auf Grauwerte einer Anzahl benachbarter Pixel verteilt wird, die noch der Schwellenwertbildung unterzogen werden müssen. Durch Verteilung oder Diffusion des Quantisierungsfehlers auf die unmittelbare Umgebung des Pixels wird letztlich eine Annäherung des ursprünglichen Grauwertes über eine grßere Anzahl von Pixeln erreicht. Kapitel 8 von "Digital Halftoning" von Ulichney, Robert, MIT Press, 1987, beschreibt eine Anzahl von Fehlerdiffusionsverfahren. Eine bekannte Verteilung des Quantisierungsfehlers auf benachbarte Pixel ist als "Floyd-Steinberg" bekannt. In diesem Fall wird der Quantisierungsfehler nach einem festen Verteilungscode auf vier benachbarte Pixel verteilt.
Trotz der Tatsache, daß Fehlerdiffusior eine Pixelverarbeitungsoperation ist, kann jedoch ein scharfer Randübergang in einem Bild infolge der Verteilung des Quantisierungsfehlers auf eine Anzahl von Pixeln verschwommen wiedergegeben werden. Der Stand der Technik beschreibt eine Anzahl von Vorrichtungen, in denen in Fehlerdiffusion am Randübergängen eingesetzt wird.
Zum Beispiel beschreibt das US Patent 4 876 610 ein Bildwiedergabegerät, das mit Fehlerdiffusion arbeitet und bei dem die Verteilung des Quantisierungsfehlers außerhalb von Randübergängen in dem Bild auf 12 benachbarte Pixel in Übereinstimmung mit der Jarvis-Judice Verteilung stattfindet, während sie an Randübergängen in Übereinstimmung mit der Floyd-Steinberg Verteilung auf vier angrenzende Pixel stattfindet. Randübergänge werden bestimmt durch Filtern der Bildsignale mit einem zweidimensionalen Laplace-Filter und nachfolgende Schwellenwertbildung. Obgleich die Beschränkung des des Diffusionsbereiches an Randübergängen eine verbesserte Wiedergabe ergibt, ist Verschwommenheit noch möglich.
Das US Patent 4 878 125 wendet die Verteilung des Quantisierungsfehlers auf 12 Pixel auch im Fall eines Randübergangs an. Dies geschieht in dem Ausmaß, daß die Verteilung des Quantisierungsfehlers in Nicht-Randbereichen gleichför mig mit im wesentlichen identischen Gewichtsfaktorer ausgeführt wird, während sie in Randzonen mit einer hohen Konzentration mit einem beträchtlichen Unterschied in den Gewichtsfaktoren ausgeführt wird. Randübergänge werden entweder durch ein zweidimensionales Laplace-Filter oder durch eine Detektion minimaler und maximaler Grauwerte in einem Block von Pixeln detektiert. Nichfsdestoweniger kann eine Verschwommenheit eines Randes stets lokal auftreten.
Ein weiterer Nachteil der in diesen Patenten beschriebenen Vorrichtungen ist ihr komplexer Charakter. In beiden Fällen werden zwei verschiedene. Sätze von Gewichtskoeffizienten für die Verteilung der Quantisierungsfehler benötigt sowie zusätzlich die erforderlichen Puffer und Schaltungen für die Detektion der Randübergänge. Außerdem setzt die Multiplikation des Quantisierungsfehlers mit verschiedenen Gewichtskoeffizienten auch die nötige Kapazität voraus.
Das US Patent 5 140 432 benutzt sogar eine Anzahl von Sätzen verschiedener Gewichtsverteilungen, die sich voneinander an in der Diffusionslänge, in der Variation der Größe der Gewichtsfaktoren und in der Richtung der Diffusion unterscheiden. Außerdem wird nicht nur das Vorhandensein eines Randübergangs detektiert, sondern auch seine Richtung und Steigung. Diese Bestimmung basiert auf Grauwerten einer großen Anzahl von Pixeln. Ein Gradient wird bestimmt eine für eine Anzahl von Sub-Superpixeln mit einer Größe von 3 × 3 Pixeln. Dann wird ein Profil eines Randübergangs über ein Superpixel bestimmt, das seinerseits 4 × 5 solcher Sub-Superpixel enthält. Ein "Profilvergleicher" wird dazu benutzt, einen bestimmten Satz von Gewichtskoeffizienten auszuwählen. Es wird ein Satz ausgewählt, der zu dem gefundenen Profil paßt. Dies bedeutet, daß die Richtung, in der die Diffusion stattfindet, primär die Richtung des Gradienten des Randübergangs ist. Die Größe des Diffusionsgebietes ist, auch umgekehrt proportional zur Größe dieses Gradienten.
Die Komplexität dieser Vorrichtung ist evident. An der Detektion eines Randübergangs und der Diffusion des Quantisierungsfehlers ist immer noch eine große Anzahl von Pixeln mit zugehörigen Verarbeitungsoperationen beteiligt.
Außer durch ihre Komplexität sind die Vorrichtungen in den obigen Patenten gekennzeichnet durch die Anpassung des Diffusionsgebietes an einem Randübergang an ein weniger großes Gebiet als im Fall von Gebieten ohne Randübergän ge. Eine Vorrichtung, die an Randübergängen überhaupt keine Diffusion ausführt, ist aus der WPT Patentanmeldung 9106174 bekannt. Diese weist jedoch den Nachteil einer schlechteren Wiedergabe des Grauwertes eines Randübergangs auf.
Kapitel 8.3.1 der oben genannten Veröffentlichung "Digital Halftoning" von Ulichney beschreibt eine sehr einfache Ausführungsform der Fehlerdiffusion, bei der der Quantiserungsfehler über nur ein Pixel verteilt wird. In diesem Fall ist es deshalb nicht nötig, einen Quantisierungsfehler mit einem bestimmten Gewichtsfaktor zu multiplizieren. Wie bereits oben ausgeführt wurde, führt dies jedoch zu dem Auftreten von linienartigen Spuren von identischen Pixelwerten in dem halbtonverarbeiteten Bild. Es wird eine Lösung angeboten, der Bildung dieser regelmäßigen Spuren entgegenzuwirken. Diese besteht in einer Zufallsauswahl des Pixels, über das der Quantisierungsfehler diffundiert wird. Wie zuvor beschrieben wurde, ist das Hinzufügen einer Zufallskomponente zu den Gewichtsfaktoren im Fall der Fehlerdiffusion über mehrere Pixel ein geeignetes Verfahren, dem Auftreten regelmäßiger Strukturen in einer solchen Ausführungsform entgegenzuwirken. Ein Nachteil ist jedoch, daß auch ein Zufallsgenerator zur Komplexität beiträgt. Außerdem führt eine Zufallswahl an Randübergängen eines Pixels, über das der Quantisierungsfehler verteilt wird, oder eine Zufallswahl des Teils des Quantisierungsfehlers, der über ein bestimmtes Pixel zu verteilen ist, wiederum zu verschwommen Randübergängen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat dagegen die Aufgabe, ein einfaches Verfahren zur Halbtonverarbeitung auf der Grundlage der Fehlerdiffusion von Grauwerten von Pixeln, die durch fotoelektrische Abtastung eines Bildes erhalten wurden, zu schaffen, bei dem Randübergänge so scharf wie möglich wiedergegeben werden.
Zu diesem Zweck umfaßt das Verfahren für jedes zu verarbeitende Pixel: eine Schwellenwertverarbeitung des Grauwertes des zu verarbeitenden Pixels, Bestimmung des unter diesen Umständen auftretenden Quantisierungsfehlers, Bestimmung einer ersten Grauwertdifferenz von nicht mehr als zwei Pixeln, die in einer ersten Richtung des Bildes angeordnet sind und in der Nähe des zu verarbeitenden Pixels liegen oder dieses enthalten, Bestimmung wenigstens einer zweiten Grauwertdifferenz von nicht mehr als zwei Pixeln, die in wenigstens einer zweiten, von der ersten Richtung verschiedenen Richtung des Bildes ange ordnet sind und in der Nähe des zu verarbeitenden Pixels liegen oder dieses enthalten. Auswählen eines einzelnen Pixels, an dem noch die Schwellenwertbildung auszuführen ist, in der Nähe des zu verarbeitenden Pixels, in Übeteinstimmung mit einer vorbestimmten Auswahlregel, die die Werte der ersten und wenigstens zweiten Grauwertdifferenzen vergleicht und das einzelne Pixel auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses auswählt, und Addieren des gesamten Quantisierungsfehlers zu dem Grauwert des ausgewählten einzelnen Pixels.
Die Grauwerte von Pixeln, die die durch fotoelektrische Abtastung erhalten werden, enthalten stets eine Rauschkomponente, die von der Abtasteinrichtung selbst erzeugt wird. Ein Bild mit einer gleichförmigen Oberflächenbedeckung wird, wenn es mit einer CCD abgetastet wird, ein analoges Ausgangssignäl erzeugen, dem das Rauschen der CCD und der damit verbundenen Elektronik hinzugefügt ist. Eine digitale Version eines solchen Ausgangssignals wird ebenfalls dieses Rauschen aufweisen, wenn die Stärke des analogen Rauschens wenigstens einem Grauwertschritt des digitalen Signals entspricht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun dieses zusätzliche Rauschen sinnvoll ausgenutzt. Die Differenz zwischen zwei Grauwertsignalen, die beide eine Rauschkomponente haben, wird eine praktisch zufällige Variation in der Größe aufweisen, zumindest in Abwesenheit von Randübergängen. Wenn die Auswahl eines Pixels aus einem oder mehreren Pixeln durch die Größe dieser Differenz bestimmt wird, so wird auch diese Auswahl einen praktisch zufälligen Charakter haben. Indem weiterhin eine Differenz in zwei Richtungen bestimmt wird, ist die an Randübergängen erhaltene Auswahl keine Zufallsauswahl; sondern durch die Richtung des Randübergangs kontrolliert und deshalb nicht mehr zufällig. Dies ergibt eine sehr einfache Ausführungsform der Fehlerdiffusion, bei der eine Zufallsauswahl der Diffusion des Quantisierungsfehlers in Oberflächen mit konstanten Grauwerten und eine kontrollierte, nicht zufällige Diffusion auf einem kleinen Bereich an Randübergängen erhalten wird.
Eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung wird erhalten durch Auswahl eines Pixels, das in der ersten Richtung angeordnet ist, in dem Fall, daß eine erste Grauwertdifferenz kleiner ist als die zweite Grauwertdifferenz, und Auswahl eines Pixels, das in der zweiten Richtung angeordnet ist, in dem Fall, daß die erste Grauwertdifferenz größer ist als die zweite Grauwertdifferenz.
In diesem Fall wird der Quantisierungsfehler nicht rechtwinklig, sondern paral lel zu einem Randübergang verteilt. Die Diffusionsrichtung folgt somit dem Rand, und der Rand ist weniger verschwommen.
Wenn die Pixel in Zeilen und Spalten von Pixeln angeordnet sind, wird eine andere vorteilhafte Ausführungform erhalten durch Bestimmung der ersten Grauwertdifferenz des zu verarbeitenden Pixels und eines benachbarten Pixels in derselben Zeile, Bestimmung der zweiten Grauwertdifferenz des zu verarbeitenden Pixels und eines benachbarten Pixels in derselben Spalte, in dem Fall, in dem die erste Grauwertdifferenz kleiner ist al die zweite Grauwertdifferenz, Auswählen des anderen benachbarten Pixels in derselben Zeile und in dem Fall, daß die erste Grauwerdifferenz größer ist als die zweite Grauwertdifferenz, Auswählen des anderen benachbarten Pixels in der selben Spalte.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Bildwiedergabegerät zur Wiedergabe von Bildern auf einem Bildempfangsträger, mit einer Eingabeeinrichtung zum Empfang von Grauwertsignalen von Pixeln, die durch fotoelektrische Abtastung eines Bildes erhalten werden, einer Quantisierungseinrichtung zur Schwellenwertverarbeitung eines ihr zugeführten Grauwertsignals, um ein schwellenwertverarbeitetes Signal eines Pixels zu erhalten, einer Wiedergabeeinrichtung zur Wiedergabe von Pixeln in Übereinstimmung mit schwellenwertverarbeiteten Signalen, die der Wiedergabeeinrichtung zugeführt werden, einer Quantisierungsfehler-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines Quantisierungsfehlersignals entsprechend der Differenz zwischen dem Grauwertsignal und dem entsprechenden schwellenwertverarbeiteten Signal eines Pixels, einer ersten Grauwertdifferenz-Bestimmungseinrichtung zum Erzeugen eines ersten Grauwert-Differenzsignals entsprechend der Differenz zwischen nicht mehr als zwei zugeführten Grauwert signalen von Pixeln, die in einer ersten Richtung in dem Bild angeordnet sind und in der Nähe eines gegebenen Pixels in liegen oder dieses enthalten, wenigstens einer zweiten Grauwertdifferenz-Bestimmungseinrichtung zum Erzeugen wenigstens eines zweiten Grauwert-Differenzsignals entsprechend der. Differenz zwischen nicht mehr als zwei zugeführten Grauwertsignalen von Pixeln, die in wenigstens einer zweiten, von der ersten Richtung verschiedenen Richtung des Bildes angeordnet sind und in der Nähe des gegebenen Pixels liegen oder dieses enthalten, einer Auswahleinrichtung zum Erzeugen eines Auswahlsignals für die Auswahl eines Pixels, das noch der Schwellenwertverarbeitung zu unterziehen ist und das entweder in der ersten oder der wenigstens zweiten Richtung in be zug auf das gegebene Pixel liegt, abhängig von einem Vergleich der ersten und zweiten Grauwert-Differenzsignale, die der Auswahleinrichtung zugeführt werden, und einer Additionseinrichtung zum Addieren des Quaritisierungsfehlersignals zu dem Grauwertsignal des in Übereinstimmung mit dem Auswahlsignal ausgewählten Pixels.
Das Verfahren und das Bildwiedergabegerät werden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:
1 ein Diagramm zur Illustration des Fehlerdiffusionsverfahrens;
2A eine Floyd-Steinberg Quantisierungsfehlerverteilung und 2B eine Jarvis-Judice-Ninke Quantisierungsfehlerverteilung;
3A die Größe des durch fotoelektrische Abtastung erhaltenen analogen Grauwertes G gegen die Abtastposition X eines Bildes und 3B den entsprechenden digitalen Grauwert G_xi gegen die diskrete Abtastposition X_i ;
4A, B und C jeweils eine mögliche Ausführungsform der Verteilung des Quantisierungsfehlers gemäß der Erfindung;
5A, B und C jeweils eine mögliche Ausführungformen zur Bestimmung des Auswahlsignals in Übereinstimmung mit der Erfindung;
6 ein Flußdiagramm eines ersten Verfahrens gemäß der Erfindung;
7 ein Diagramm eines Bildwiedergabegerätes gemäß der Erfindung;
8 ein Diagramm einer anderen Ausführungsform zur Halbtonverarbeitung gemäß 7 in Übereinstimmung mit der Erfindung.
1 ist ein Diagramm eines Fehlerdiffusionsverfahrens. Jeder mehrwertige Grauwert G eines Pixels wird in diesem Fall in einen zweiwertigen schwellenwertverarbeiteten Wert B umgewandelt. In diesem Fall entspricht der Grauwert G dem Grad der Oberflächenbedeckung eines Pixels. Im Falle einer digitalen Wiedergabe, zum Beispiel mit Hilfe von 8 Bit, kann diese und 256 verschiedene Grauwerte umfassen. Der Ausdruck Grauwert wird im folgenden verwendet um anzugeben, daß es möglich ist, mehr als zwei Werte auf diese Weise zu repräsen tieren. Es ist auch daran zu erinnern, daß der Grauwert G sich auch auf den Grad der Oberflächenbedeckung einer Grundfarbe eines Bildes beziehen kann, das in Grund-Farbbilder aufgeteilt ist. Die beiden möglichen Werte eines zweiwertigen schwellenwertverarbeiteten Wertes B können ihrerseits mit einer minimalen und maximalen Oberflächenbedeckung mit Toner bzw. Tinte im Fall eines elektrografischen Druckers bzw. eines Tintenstrahldruckers in Verbindung gebracht werden.
Durch Vergleich mit einem Schwellenwert T wird ein Grauwert G nun. in einem Schwellenwertprozessor 1 in einen von zwei möglichen Werten des schwellenwertverarbeiteten Wertes B umgewandelt. Dieser schwellenwertverarbeitete Wert B wird dann in einem Differenz-Bestimmungsschritt 2 mit dem ursprünglichen Grauwert G verglichen. Die Differenz der Werte wird als Quantisierungsfehler E bezeichnet. Dieser Quantisierungsfehler wird in einem Quantisierungsfehler-Speicher 3 für die nachfolgende Addition zu nachfolgenden Grauwerten anderer benachbarter Pixel gespeichert, die noch schwellenwertverarbeitet werden müssen. Dieser Quantisierungsfehler E wird mit einem bestimmten Gewichtsfaktor. W über Grauwerte verschiedener Pixel verteilt, um den Quantisierungsfehler E zu verteilen. Der so gewichtete Quantisierungsfehler W × E wird in einem Additionsschritt 4 zu einem Grauwert addiert, der noch der Schwellenwertverarbeitung unterzogen werden muß, wonach der so korrigierte Grauwert G + W × E der Schwellenwertverarbeitung 1 unterzogen wird. Im Fall eines Bildes, das in Zeilen und Spalten von Pixeln aufgeteilt ist, ist es somit möglich, die Pixel nacheinander Zeile für Zeile und für jede Spalte von links nach rechts umzuwandeln.
2A ist ein Beispiel einer Verteilung des Quantisierungsfehlers E nach Floyd-Steinberg. Der Quantisierungsfehler E, der sich durch Schwellenwertverarbeitung des Pixels 5 mit Pixel-Koordinaten X_i und Y_j ergibt, wird im Fall der Pixel 6 mit den angegebenen Gewichtsfaktoren multipliziert, für die nachfolgende Addition zu den Grauwerten dieser Pixel. Eine anderes Beispiel für die Verteilung des Quantisierungsfehlers E ist in 2B gezeigt. Dieses ist als Jarvis-Judice-Ninke Verteilung bekannt. Die bereits schwellenwertverarbeiteten Pixel 7 sind in beiden Figuren schraffiert gezeigt.
3A zeigt die Größe an eines analogen Grauwertsignals G, wie es nach fotoelektrischer Abtastung eines Bildes erhalten wird, gegen die Position X auf einem Bild. In der Praxis bewirken die in einem fotoelektrischen Scanner vorhan denen Rauschquellen, etwa elektronische Verstärkerschaltungen in Kombination mit einem CCD-Element, daß darin eine bestimmte Menge an beliebig fluktuierendem Rauschen enthalten ist. Dies gilt selbst dann, wenn das abgetastete Bild selbst einen konstanten Grauwert hat. 3A zeigt auch eine Randzone R, wo die gemessenen Grauwerte systematisch variieren. In 3B ist der digitalisierte Grauwert G_xi gegen die Pixelposition X_i gezeigt. Das Rauschen N_i hat in diesem Fall einen digitalen Charakter und entspricht der Größe eines Schrittes in dem Grauwert G_xi .
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung machen sich nun zweckmäßig dieses natürlich vorhandene, nicht raumkorrelierte Rauschen in den abgetasteten Grauwerten G zunutze. Die Differenz zwischen zwei Grauwerten G zweier benächbarter Pixel wird, eine identische Oberflächenbedeckung dieser Pixel vorausgesetzt, infolge des Rauschens einen bestimmten Wert haben. Diese Differenz wird bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung dazu benutzt, die Auswahl zu bestimmen, auf welche Pixel ein durch Schwellenwertverarbeitung erhaltener Quantisierungsfehler E verteilt wird. In Zonen, die Pixel mit derselben Oberflächenbedeckung oder demselben Grauwert haben, wird deshalb eine zufällige Verteilung des Quantisierungsfehlers erhalten. Im Ergebnis kann, im Unterschied zu den zuvor, genannten Fehlerverteilungen, die Diffusion des Quantisierungsfehlers E auf einen kleinen Bereich von der Größe weniger Pixel begrenzt werden. Die zufällige Auswahl vermeidet regelmäßige Muster, die andernfalls bei der Diffusion über ein so kleines Gebiet auftreten würden. Das kleine Diffusionsgebiet trägt weiterhin zu einer größeren Randschärfe bei, als man bei Verwendung der größeren Diffusionsgebiete erhalten würde. Durch Verteilung des gesamten Quantisierungsfehlers über höchstens ein Pixel, ohne Verwendung von Gewichtsfaktoren, wird außerdem eine besonders einfache Ausführungsform erhalten, ohne Multiplikation mit Gewichtsfaktoren.
4A, 4B und 4C zeigen eine Anzahl von Ausführungformen mit einer Anzahl von möglichen Auswahlen von Pixeln, auf die der Quantisierungsfehler E verteilt werden kann. in 4A wird der Quantisierungsfehler E, der sich aus, der Schwellenwertverarbeitung des Pixels mit den Pixel-Koordinaten X_i , Y_j ergibt, entweder auf die Pixel X_i+1 , Y_j , die in der Richtung 8 rechts davon liegen, oder auf die Pixel X_i , Y_j+1 verteilt, die sich in der Richtung 9 darunter befinden. 4B zeigt ein Beispiel von drei möglichen Pixelpositionen X_i+1 , Y_j ; X_i+1 , Y_j+ ₁ und X_i , Y_j+1 , über die ein Quantisierungsfehler E verteilt werden kann. In diesem Fall kann der Fehler somit in der diagonalen Richtung 10 auf die Pixelposition X_i+1 , Y_j+1 weitergegeben werden, die sich unten rechts befindet. 4C zeigt ein weiteres Beispiel für vier mögliche Pixelpositionen X_i-1 , Y_j+ ₁ ; X_i , Y_j+ ₁ ; X_i+1 , Y_j+1 und X_i+1 , Y_j in vier verschiedenen Richtungen 8, 9, 10 und 11. Wesentlich für diese Ausführungformen ist sowohl, daß der Quantisierungsfehler E als Ganzes verteilt wird, als auch, daß er in nicht mehr als eine von wenigstens zwei verschieden Richtungen verteilt wird. Wie weiter unten deutlich werden wird, hat dies den Zweck, in der Lage zu sein, Pixel an Randübergängen in Übereinstimmung damit auszuwählen, um gute Randschärfe zu erreichen.
5A, 5B und 5C zeigen eine Anzahl anderer möglicher Pixelpositionen, deren Grauwerte G dazu benutzt werden können, die Auswahl einer Pixelposition zu ermöglichen, die für die Diffusion des Quantisierungsfehler E in Übereinstimmung mit 4 zu bestimmen ist. In 5A werden die Pixelwerte G des Pixels X_i-1 , Y_j auf der linken Seite und des Pixels X_i , Y_j-1 oberhalb des für die Schwellenwertverarbeitung vorgesehenen Pixels mit den Pixel-Koordinaten X_i , Y_j benutzt. Wir schauen deshalb in zwei verschiedene Richtungen 8 und 9. Wenn die Differenz zwischen den Grauwerten G der Pixel X_i , Y_j ; X_i , Y_j-1 , die in der Richtung 9 liegen, größer oder kleiner ist als die Differenz zwischen den Grauwerten G der Pixel X_i , Y_j und X_i-1 , Y_j in der Richtung 8, so wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Quantisierungsfehler E in Übereinstimmung mit 4A in der Richtung 9 bzw. in der Richtung 8 verteilt. In Oberflächen mit einem konstanten Grauwert ist die ausgewählte Diffusionsnchtung zufällig. In Zonen mit einer systematischen Änderung des Grauwertes, zum Beispiel an Randübergängen an Linien, wird die Auswahl der Pixel, auf die der Quantisie rungsfehler E verteilt wird, durch die Richtung des Randübergangs bestimmt. Der Zufalls-Charakter ist an einem Randübergang nicht mehr vorhanden. Auf diese Weise wird ein wiedergegebener Randübergang weniger verschwommen. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird das Pixel vorzugsweise in der Richtung ausgewählt, in der die kleinste Differenz der Grauwerte angetroffen wird, das heißt, nicht in der Richtung des Grauwert-Gradienten, sondern genau senkrecht dazu. Es hat sich gezeigt, daß die Randübergänge auf diese Weise am schärfsten. wiedergegeben werden können.
In 5B wird die Differenz der Grauwerte in vier verschiedenen Richtungen 8, 9, 10 und 11 bestimmt. Im Vergleich zu 5A wird die Differenz der Grau werte auch in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen 10 und 11 bestimmt, die diagonal in Bezug auf die Richtungen 8 und 9 liegen. Dies wird erreicht durch eine zusätzliche Bestimmung der Differenz der Grauwerte G zwischen den Pixeln X_i , Y_j und X_i-1 , Y_j-1 in der dritten Richtung 10 und zwischen den Pixeln X_i , Y_j-1 und X_i-1 , Y_j in der vierten Richtung 11. Eine geeignete Auswahl von Pixeln enthält dann nicht nur Pixel in den Richtungen 8 und 9, sondern auch in den beiden diagonalen Richtungen 10 und 11, wie in 5C gezeigt ist. Im Fall der maximalen Differenz der Grauwerte G in der ersten diagonalen Richtung 10 wird ein Pixel in der zweiten diagonalen Richtung 11 rechtwinklig zu der ersten diagonalen Richtung 10 ausgewählt.
5C zeigt eine andere mögliche Auswahl von Pixeln, auf deren Grundlage die Differenz der Grauwerte G bestimmt werden kann. Hier sind die Pixel nicht zusammenhängend. Allgemein wird die Auswahl der Pixel durch Differenzbestimmung von der Größe der Randübergänge abhängen, die in dem Bild selbst scharf wiedergegeben werden sollen.
6 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren auf der Grundlage einer Ausführungsform nach 4A und 5A. In einem Initialisierungsschritt 12 werden der X- oder Spaltenzähler und der Y- oder Zeilenzähler auf Anfangswerte XO und YO gesetzt, entsprechend einer ersten Zeile und einer ersten Spalte eines Bildes, das in Zeilen und Spalten von Pixeln aufgeteilt ist.
In Schritt 13 werden die Grauwerte G(X, Y), G(X-i, Y) und G(X, Y-1) der Pixel an den Positionen (X, Y), (X-1, Y) und (X, Y-1) gelesen. Auf der Grundlage dieser gelesenen Grauwerte wird in einem Differenz-Bestimmungsschritt 14 eine Differenz DX, der Grauwerte in X- oder Zeilenrichtung und eine Differenz DY der Grauwerte in der Y- oder Spaltenrichtung bestimmt. Der Grauwert G(X, Y) des für die Schwellenwertverarbeitung vorgesehenen Pixels (X, Y) wird im SchwellenWertschritt 15 mit einem Schwellenwert T verglichen. Im Fall eines Wertes oberhalb dieses Schwellenwertes T erhält das Pixel (X, Y) einen ersten und im Fall eines Wertes unterhalb dieses Schwellenwertes einen zweiten von zwei möglichen Werten B(X, Y). In einem Quantisierungsfehler-Bestimmungsschritt 16 wird der Quantisierungsfehler E bestimmt als die Differenz zwischen dem quantisierten Wert B(X, Y) und dem entsprechenden Grauwert G(X, Y). In Schritt 17 werden die Werte der zuvor bestimmten Differenzen DX und DY der Grauwerte miteinander verglichen. Wenn die Grauwertdifferenz DX in der X-Richtung größer oder gleich der Differenz DY in der Y-Richtung ist, wird in Schritt 18 der Quantisierungsfehler E(X, Y) zu dem Grauwerte G(X, Y+1) des Pixels (X, Y+1) addiert, das in der Y-Richtung liegt. Im anderen Fall, wenn die Differenz DY des Grauwertes in der Y-Richtung größer ist als die Differenz des Grauwertes in der X-Richtung, wird in Schritt 19 der Quantisierungsfehler E(X, Y) zu dem Grauwert G(X+1, Y) des Pixels (X+1, Y) addiert, das in der X-Richtung liegt. Diese Verfahrensschritte werden nacheinander für steigende Werte des Spaltenzählers X für jeden Wert des Zeilenzählers Y wiederholt. In Schritten 20 und 21 wird geprüft, ob der Spaltenzähler X bzw. der Zeilenzähler Y einen Maximalwert erreicht hat. In Schritten 22 und 23 werden die Zähler stets um 1 erhöht, wobei der Spaltenzähler X in Schritt 24 stets auf den Anfangswert XO zurückgesetzt wird, nachdem er einen Maximalwert erreicht hat.
7 ist ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Bildwiedergabegerätes. In diesem Fall werden die Grauwertsignale G durch fotoelektrische Abtastung eines Originalbogens mit einer Abtasteinrichtung 25 erhalten, die durch eine lineare CCD-Zeile gebildet wird. Die Abtasteinrichtung 20 kann entweder in die Vorrichtung integriert sein, wie im Fall eines digitalen Kopierers, oder entfernt angeordnet, jedoch durch eine geeignete Datenkommunikationsleitung angeschlossen sein, der wie im Fall eines Scanner/Druckersystems. Die analogen Grauwertsignale G werden durch einen Analog/Digital-Wandler 26 in digitale Grauwertsignalwerte G_i umgewandelt. Die digitalen Grauwertsigriale G_i werden dann in einem Seitenspeicher 27 gespeichert. Ein Speicher 27 dieser Art kann als ein Puffer dienen, oder zur Erzeugung von Bildern in der richtigen Reihenfolge zum Drucken derselben. Die im Seitenspeicher 27 gespeicherten Grauwertsigriale G_i werden über eine Bildverarbeitungeinrichtung 28 einer Halbtoneinrichtung 29 zugeführt. Hier werden die Grauwertsignale in G_y , die in der Zwischenzeit von der Bildverarbeitungeinrichtung 28 verarbeitet worden sind, in bivalente Pixelsignale B umgewandelt, die zur Zufuhr zu dem bivalenten Drucker 30 geeignet sind. Der Aufbau der Halbtoneinrichtung 29 ist ebenfalls schematisch in 8 gezeigt. Hier werden die Grauwertsignalwerte G_y einer ersten Zeile von Pixeln nacheinander einerseits einer ersten Speichereinrichtung 31 und andererseits einem ersten Eingang eines ersten Komparators 32 zugeführt. Der Ausgang der ersten Speichereinrichtung 31 ist mit dem zweiten Eingang des ersten Komparators 32 verbunden. Die erste Speichereinrichtung 31 bewirkt eine Verzögerung in der Übertragung der Grauwertsignale, die darin gespeichert sind, so daß die Eingänge des ersten Komparators 32 Grauwertsignale von zwei aufeinanderfol genden Pixeln in einer Zeile erhalten. Am Ausgang des ersten Komparators 32 ist das Differenzsignal DX der Grauwerte der den Eingängen zugeführten Grauwertsignale verfügbar. Hier entspricht die X-Richtung der Zeilenrichtung. Grauwertsignale G_y-1 einer vorherigem Zeile von Pixeln werden über eine zweite Speichereinrichtung 33 einem ersten Eingang eines zweiten Komparators 34 zugeführt. Die Speichereinrichtung 33 bewirkt eine Verzögerung, die mit der von der ersten Speichereinrichtung 31 erzeugten Verzögerung identisch ist. Wenn der Ausgang der ersten Speichereinrichtung 31 auch an einen zweiten Eingang des zweiten Komparators 34 angeschlossen ist, liefert dessen Ausgang ein Differenz Signal DY der Grauwerte von zwei Pixeln, die senkrecht zur Zeilenrichtung übereinander liegen. Die Ausgänge der beiden Komparatoren 32 und 33 sind ihrerseits an die jeweiligen Eingänge an eines dritten Komparators 35 angeschlossen. Ein Auswahlsignal S mit entweder einem ersten oder einem zweiten logischen Wert wird abhängig davon erzeugt, an welchem Eingang des dritten Komparators 35 ein höheres Signal angeboten wird. Dieses Auswahlsignal S wird dann einer Schalteinrichtung 36 zugeführt, um die Auswahl eines Quantisierungsfehlersignals E zu bestimmen. Ein Quantisierungsfehlersignal E dieser Art wird erhalten durch Vergleich der Grauwertsignale G_y , die der Schwellenwerteinrichtung 37 zugeführt werden, mit einem Schwellenwert T. Wenn der Schwellenwert T überschritten wird, wird ein erster Wert eines bivalenten Pixelsignals B_y erzeugt, und ein zweiter Wert desselben wird erzeugt, wenn der Schwellenwert nicht überschritten wird. Das erzeugte Pixelsignal B_y wird dann in einer Sub traktionsschaltung 38 mit einem entsprechenden, ihr ebenfalls zugeführten Grauwertsignal G_y desselben Pixels verglichen. Der Wert der Differenz zwischen diesen beiden Signalen wird der Schalteinrichtung 36 als ein Quantisierungsfehlersignal E_y zugeführt. Je nach Position der Schalteinrichtung 36 wird das Quantisierungsfehlersignal E_y in einem Fall durch die Additionseinrichtung 39 zu einem nachfolgenden Grauwertsignal G_y eines nachfolgenden Pixels addiert, das daran anschließend in derselben Zeile liegt, während es im anderen Fall der Quantisierungsfehler-Speichereinrichtung 34 zugeführt wird, damit es nachherzu einem Grauwertsignal G_y eines Pixels einer nachfolgenden Zeile addiert wird, stets in Übereinstimmung mit dem in 6 beschriebenen Verfahren.
Es ist zu bemerken, daß die benötigten Taktsignale und Synchronisationssignale in dem Diagramm nicht gezeigt sind, da dies dem Fachmann keinerlei Probleme bereitet. Ebenso sollte bemerkt werden, daß die beschriebenen Ausführungformen ein erstes Beispiel einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ge ben. Andere äquivalente Ausführungformen lassen sich natürlich durch den Fachmann verwirklichen.

Claims

Verfahren zur Halbtonverarbeitung von Grauwerten von Pixeln, die durch eine fotoelektrische Abtastung eines Bildes erhalten werden, welches Verfahren für jedeszu verarbeitende Pixel umfaßt: eine Schwellenwertverarbeitung des Grauwertes des zu verarbeitenden Pixels, Bestimmung des unter diesen Umständen auftretenden Quantisierungsfehlers, Bestimmung einer ersten Grauwertdifferenz von nicht mehr als zwei Pixeln, die in einer ersten Richtung des Bildes angeordnet sind und in der Nähe des zu verarbeitenden Pixels liegen oder dieses enthalten, Bestimmung wenigstens einer zweiten Grauwertdifferenz von nicht mehr als zwei Pixeln, die in wenigstens einer zweiten, von der ersten Richtung verschiedenen Richtung des Bildes angeordnet sind und in der Nähe des zu verarbeitenden Pixels liegen oder dieses enthalten, Auswählen eines einzelnen Pixels, an dem noch die Schwellenwertverarbeitung auszuführen ist, in der Nähe des zu verarbeitenden Pixels, in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Auswahlregel, die die Werte der ersten und wenigstens zweiten Grauwertdifferenzen vergleicht und das einzelne Pixel auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses auswählt, und Addieren des gesamten Quantisierungsfehlers zu dem Grauwert des ausgewählten einzelnen Pixels.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Auswahl eines in der ersten Richtung angeordneten Pixels in dem Fall, in dem eine erste Differenz der Grauwerte kleiner ist als die zweite Differenz der Grauwerte, und Auswahl eines in der zweiten Richtung angeordneten Pixels in dem Fall, in dem die erste Differenz der Grauwerte größer ist als die zweite Differenz der Grauwerte.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Pixel in Zeilen und Spalten von Pixeln aufgeteilt sind, gekennzeichnet durch Bestimmen der ersten Differenz der Grauwerte des zu verarbeitenden Pixels und eines anschließenden Pixels in derselben Zeile, Bestimmen der zweiten Differenz der Grauwerte des zu verarbeitenden Pixels und eines anschließenden Pixels in derselben Spalte, wenn die erste Differenz der Grauwerte kleiner ist als die zweite Differenz der Grauwerte, Auswählen des anderen anschließenden Pixels in derselben Zeile und wenn die erste Differenz der Grauwerte größer ist als die zweite Differenz der Grauwerte, Auswählen des anderen anschließenden Pixels in derselben Spalte.
Bildwiedergabegerät zur Wiedergabe von Bildern auf einem Bildempfangsträger, mit einer Eingabeeinrichtung zum Empfang von Grauwertsignalen von Pixeln, die durch fotoelektrische Abtastung eines Bildes erhalten werden, einer Quantisierungseinrichtung zur Schwellenwertverarbeiturig eines ihr zugeführten Grauwertsignals, um ein schwellenwertverarbeitetes Signal eines Pixels zu erhalten, einer Wiedergabeeinrichtung zur Wiedergabe von Pixeln in Übereinstimmung mit schwellenwertverarbeiteten Signalen, die der Wiedergabeeinrichtung zugeführt werden, einer Quantisierungsfehler-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines Quant sierungsfehlersignals entsprechend der Differenz zwischen dem Grauwertsignal und dem entsprechenden schwellenwertverarbeiteten Signal eines Pixels, einer ersten Grauwertdifferenz-Bestimmungseinrichtung zum Erzeugen eines ersten Grauwert-Differenzsignals entsprechend der Differenz zwischen nicht mehr als zwei zugeführten Grauwertsignalen von Pixeln, die in einer ersten Richtung in dem Bild angeordnet sind und in der Nähe eines gegebenen Pixels liegen oder dieses enthalten, wenigstens einer zweiten Grauwertdifferenz-Bestimmungseinrichtung zum Erzeugen wenigstens eines zweiten Grauwert-Differenzsignals entsprechend der Differenz zwischen nicht mehr als zwei zugeführten Grauwertsignalen von Pixeln, die in wenigstens einer zweiten, von der ersten Richtung verschiedenen Richtung des Bildes angeordnet sind und in der Nähe des gegebenen Pixels liegen oder dieses enthalten, einer Auswahleinrichtung zum Erzeugen eines Auswahlsignals für die Auswahl eines Pixels, das noch der Schwellenwertverarbeitung zu unterziehen ist und das entweder in der ersten oder der wenigstens zweiten Richtung in Bezug auf das gegebene Pixel liegt, abhängig von einem Vergleich der ersten und zweiten Grauwert-Differenzsignale, die der Auswahleinrichtung zugeführt werden, und einer Additionseinrichtung zum Addieren des Quantisierungsfehlersignals zu dem Grauwertsignal des in Übereinstimmung mit dem Auswahlsignal ausgewählten Pixels.
Bildwiedergabegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswahlsignal ein Pixel in der ersten Richtung auswählt, wenn das erste im Grauwert-Differenzsignal kleiner ist als das zweite Grauwert-Differenzsignal, und das Auswahlsignal ein Pixel in der zweiten Richtung auswählt, wenn das erste Grauwert-Differenzsignal größer ist als das zweite Grauwert-Differenzsignal.
Bildwiedergabegerät nach Anspruch 5, bei dem die Pixel in Zeilen und Spalten von Pixeln verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Grauwert-Differenzsignal der Differenz zwischen Grauwertsignalen des gegebenen Pixels und eines anschließenden Pixels in derselben Zeile entspricht, das zweite Grauwert-Differenzsignal der Differenz zwischen Grauwertsignalen des gegebenen Pixels und eines anschließenden Pixels in derselben Spalte entspricht, das Auswahlsignal dem anderen anschließenden, in derselben Zeile liegenden Pixel entspricht, wenn das erste Grauwert-Differenzsignal an kleiner ist als das zweite Grauwert-Differenzsignal, und das Auswahlsignal dem anderen anschließenden, in derselben Spalte liegenden Pixel entspricht, wenn das erste Grauwertsignal größer ist als das zweite Grauwertsignal.