DE69728003T2

DE69728003T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Farbraumumwandlung

Info

Publication number: DE69728003T2
Application number: DE69728003T
Authority: DE
Inventors: Jay A. Gondek
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2017-06-20
Also published as: EP0820189A3; DE69728003D1; EP0820189A2; US5982990A; EP0820189B1

Description

Diese Anmeldung ist eine Teilfortführung meiner gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit der Nummer 08/680,084 mit dem Titel Method and Apparatus for Converting Color Space, die am 15.07.96 eingereicht wurde, und der Anmeldung mit der Nummer 08/504,406 mit dem Titel Method For Multi-Variable Digital Data Storage and Interpolation, die am 20. Juli 1995 eingereicht wurde.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umwandeln eines Bildes von einem RGB-(Rot-, Grün-, Blau-)Farbraum (der zum Betrachten auf einem Computermonitor geeignet ist) in einen Sechs-Ebenen-CMYLcLmK-Farbraum (CMYLcLmK = Cyan, Magenta, Gelb, Hellcyan, Hellmagenta und Schwarz), der zum Drucken auf einem Digitalfarbdrucker, z. B. einem Tintenstrahldrucker, geeignet ist.
Stand der Technik
Farbbilder werden in der Regel durch eine Kombination von Primärfarben bei ausgewählten Pegeln oder Intensitäten in einem Computerspeicher dargestellt. Für transmittiertes Licht (z. B. Licht, das von einem Computerbildschirm kommt) ist das sichtbare Spektrum in der Regel zwischen drei additiven Primärfarben Rot, Grün und Blau (RGB) aufgeteilt. Wenn Rot, Grün und Blau miteinander kombiniert werden, ergibt sich Weiß (W), und wenn keine dieser Farben verwen det wird, ergibt sich Schwarz (K) (die Abwesenheit von Licht).
Wenn Farben auf ein Druckmedium aufgebracht werden, werden üblicherweise die subtraktiven Primärfarben Cyan, Magenta und Gelb (CMY) verwendet. Wenn ein Farbstoff, ein Pigment oder ein anderes Farbmittel auf ein Blatt Papier oder ein anderes Medium plaziert wird, dient das Farbmittel dazu, bestimmte Lichtfrequenzen zu absorbieren und andere zu reflektieren oder transmittieren. Wenn ein theoretisches weißes Umgebungslicht von derartigen Farbmitteln reflektiert oder durch diese gefiltert wird, subtrahieren die Farbmittel spezifische Frequenzen von der gewünschten Farbe und reflektieren oder transmittieren die gewünschte Farbe.
Die Addition aller drei. subtraktiven Primärfarben führt zu Schwarz, und wenn keine subtraktiven Farben verwendet werden, wird das gesamte Licht reflektiert oder transmittiert, und die Folge ist Weiß.
Die Beziehung zwischen den RGB- und CMY-Farbschemata kann anhand der folgenden einfachen algebraischen Formeln dargestellt werden:

R + G + B = W C + M + Y = K

R + G = Y C + M = B

R + B = M C + Y = G

G + B = C M + Y = R
Jedes dieser Farbschemata kann als dreidimensionales Koordinatensystem dargestellt werden, wodurch ein Farbraum definiert wird. Ausgewählte Punkte entlang der Achsen, die die vollständige Primärfarbe darstellen, bilden Scheitelpunkte eines Farbwürfels. Theoretisch kann jegliche Farbe durch einen Punkt innerhalb dieses Würfels dargestellt werden. Ein RGB-Farbraum ist in 3 gezeigt, wobei die Punkte R (Rot), G (Grün) und B (Blau) Scheitelpunkte des Farbwürfels bilden. Der Scheitelpunkt dieses Würfels, bei dem R, G und B gleich 0 sind (Punkt 0, 0, 0) , ist K (Schwarz), und der Scheitelpunkt des Würfels, der die Addition aller drei additiven Farben umfaßt, führt zu W (Weiß). In Übereinstimmung mit den obigen Formeln sind die drei anderen Scheitelpunkte C (Cyan), M (Magenta) und Y (Gelb). Farbräume sind nicht auf drei Dimensionen beschränkt. Beispielsweise können subtraktive Farben oft in einem Vierfarben-CMYK-Farbraum dargestellt werden.
Computermonitore, z. B. Kathodenstrahlröhren (CRTs – cathode ray tubes), erzeuger das, was als „nahezu analoge" Farbe bezeichnet werden kann. Jedes Pixel auf einem Computerbildschirm kann durch 256 unterschiedliche Pegel (0 bis 255) jeder Primärfarbe dargestellt werden. Bei 256 unterschiedlichen Pegeln für jede Primärfarbe sind CRTs nahezu analog, da diese Anzahl von Intensitätspegeln weit über die Auflösungsfähigkeit des menschlichen Auges hinausgeht. Bei Punktdruckern, beispielsweise Tintenstrahldruckern, kann jedes Pixel jedoch in der Regel durch lediglich zwei Pegel dargestellt werden: ein oder aus. Um eine Umwandlung von dem nahezu analogen CRT-Bild zu dem digitalen Druckerbild durchzuführen, wird üblicherweise ein Halbtongebungsvorgang verwendet. Halbtongebungsverfahren bewerten den nahezu analogen Intensitätspegel für jede Farbe an jedem Pixel und verwenden entweder einem Zitteralgorithmus bzw. Ditheralgorithmus oder einen Fehlerdiffusionsalgorithmus, um für dieses Pixel zu entscheiden, ob ein Punkt dieser Farbe gedruckt werden soll oder nicht. Eine Halbtongebung kann entweder vor oder nach der Farbumwandlung von dem Monitor-RGB-Farbraum in den Ausgabefarbraum (z. B. CMY oder CMYK) durchgeführt werden.
Wie angegeben wurde, sind Punktdrucker, z. B. Tintenstrahldrucker, digitale Druckvorrichtungen – im Gegensatz zu analogen oder nahezu analogen Vorrichtungen. Falls lediglich ein einziger Punkt jeder Farbe verwendet wird, kann ein CMYK-Drucker bei jeglichem gegebenen Pixel 8 verschiedene Farben erzeugen: C, M, Y, R, G, B, K und W (wobei Weiß die Abwesenheit jeglicher Tintenpunkte bedeutet). Die Digitalität von Punktdruckern schränkt somit die erhaltene Bildqualität stark ein.
Die Qualität von Bildern würde dramatisch erhöht, wenn man Punktdrucker dazu bringen könnte, sich mehr wie analoge Vorrichtungen zu verhalten. Verschiedene Verfahren wurden entwickelt, um die Anzahl von Farbauswahlen für jedes Pixel zu erhöhen. Manche dieser Verfahren umfassen eine Verwendung mehrerer Tröpfchengrößen, eine Verwendung mehrerer kleinerer Punkte derselben Farbe pro Pixel, eine Verwendung von Punkten unterschiedlicher Farbstoffladungen sowie Versuche, die Tröpfchengröße dynamisch zu variieren.
Die vorliegende Erfindung ist anhand eines Tintenstrahldruckers offenbart, der zwei Farbstoffladungen für die Farben Cyan und Magenta, eine vollständige bzw. „hohe" Farbstoffladung und eine verringerte bzw. „niedrige" Farbstoffladung drucken kann. Somit lauten die zur Verfügung stehenden Auswahlen C, M, Y, Lc, Lm und K, wobei Lc wenig Cyan und Lm wenig Magenta aufweist. Gelb wird lediglich in einer vollständigen Farbstoffladung gedruckt, da unterschiedliche Gelbpegel für das menschliche Auge schwieriger zu unterscheiden sind als unterschiedliche Pegel der anderen Primärfarben. Die Bandbreite potentieller Farben, die bei diesem Schema erhalten werden können, ist stark vergrößert und führt zu einer stark verbesserten Bildqualität.
Wenn ein Bild auf einem Computerbildschirm auf einer Ausgabevorrichtung, z. B. einem Farbdrucker, gedruckt wird, muß eine Farbumwandlung von einem RGB-Farbraum zu einem CMY- oder CMYK-Farbraum durchgeführt werden. Es scheint, daß eine einfache algebrasche Manipulation, die die obigen Formeln verwendet, diese Umwandlung liefert. In der Praxis führt eine strikte algebraische Umwandlung jedoch nicht zu einer wahren Farbabbildung dessen, was auf der CRT zu sehen ist, zu dem, was auf der Seite zu sehen ist. Diese Nichtlinearität von einer CRT-Ausgabe zu einer CMY(K)-Ausgabe ist auf viele Faktoren zurückzuführen, z. B. das verwendete Halbtongebungsverfahren, die Beschaffenheit des Mediums, die Tinten oder Farbmittel usw.
Es wurden verschiedene Verfahren entwickelt, um die Treue der auf die Seite gedruckten Farben bezüglich derjenigen, die auf der CRT zu sehen sind, zu erhöhen. Diese Verfahren beruhen in der Regel auf empirisch abgeleiteten Kurven oder Formeln, bei denen man feststellte, daß sie die auf der CRT zu sehende Farbe am besten an diejenige annähern, die auf der jeweiligen verwendeten Druckvorrichtung gedruckt wird. Um eine überlange Berechnungszeit zu vermeiden, beinhalten diese Farbumwandlungsverfahren in der Regel Nachschlagtabellen. Eine große Anzahl von potentiellen Farben pro Pixel sind auf der CRT verfügbar, was durch die Tatsache dargestellt ist, daß jede Primärfarbe 256 potentielle Pegel aufweist. Somit weist die CRT insgesamt 256 × 256 × 256 oder 16.777.216 potentielle Farben pro Pixel auf. Bei dem erwähnten CMYLcLmK-Drucker muß jede dieser Farben in einem Speicher abgebildet werden oder in ihre eigene Kombination jeder der 6 verfügbaren Auswahlen von Punkten umgewandelt werden. Eine einfache Nachschlagtabelle für jede der 16.777.216 Farben würde einen inakzeptablen Umfang an Speicherplatz einnehmen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung liefert einen Druckmechanismus und ein Farbumwandlungsverfahren zum Umwandeln von einem nahezu analogen Farbraum in eine mehrdimensionale Ausgabe. Der Ausgabefarbraum weist zumindest eine Farbe auf, die zumindest zwei Ausgabeoptionen aufweist. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte: (a) Bereitstellen eines Satzes von Steuerpunkten in dem nahezu analogen Farbraum, wobei jeder der Steuerpunkte einen entsprechenden Satz von Parametern in dem Ausgabefarbraum aufweist, wobei die Steuerpunkte Übergänge zwischen den Optionen der zumindest einen Farbe, die zumindest zwei Ausgabeoptionen aufweist, liefern; und (b) Inter polieren ausgewählter Punkte in dem Farbwürfel zwischen den Steuerpunkten, um Parameter der ausgewählten Punkte in dem Ausgabefarbraum zu bestimmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Drucksystems der Erfindung.
2 ist eine schematische Veranschaulichung einer Druckkassettengarage.
3 ist eine Veranschaulichung eines RGB-Farbwürfels.
4 ist ein Flußdiagramm von Informationen zwischen einer Hostvorrichtung und einem Drucker.
5 ist ein Flußdiagramm eines Farbumwandlungsverfahrens der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
1 ist ein schematisches Diagramm eines Drucksystems der Erfindung. Dieses System umfaßt einen Hostcomputer 10, einen Monitor (CRT) 12 und einen Drucker 14. Der Drucker 14 umfaßt eine Druckersteuerung 16 und Druckkassetten 18 und 20. Bei dem offenbarten Ausführungsbeispiel sind die Druckkassetten 18 und 20 sich bewegende Druckkassetten. Mit anderen Worten werden sie über ein Druckband über das Druckmedium (z. B. Papier) hin- und hergetrieben, und das Druckmedium wird durch den Drucker getrieben. Auf diese Weise kann die gesamte Druckregion der Seite adressiert werden, um die Region mit Text oder Graphiken zu füllen.
Die Druckkassette 18 ist eine 300-dpi-Dreikammernkassette (dpi = dot per inch, Punkte pro Zoll), die drei Tintenarten enthält: Cyan (C), Magenta (M) und Gelb (Y). Dies ist eine standardmäßige Art von Druckkassette, die bisher verwendet wurde. Die Druckkassette 20 ist eine modifizierte Version der Kassette 18, die drei Kammern enthalten jedoch Cyan in geringer Menge (Lc), Magenta in geringer Menge (Lm) und Schwarz (K). Die hohen und niedrigen Farbstoffladungen des offenbarten Druckers wurden so gewählt, daß die Tinten mit geringer Farbstoffladung etwa 20 % der Farbstoffladung der Tinten mit hoher Farbstoffladung aufweisen. Die Farbstoffladungen sind so gewählt, daß bei diesen Farben vier theoretisch linear ansteigende Pegel erzielt werden können, wenn die Punkte auf der Seite abgelegt werden. Bei Magenta würden diese Pegel beispielsweise durch die folgenden Kombinationen erzeugt: 0 (keine Punkte), Lm, M und M+Lm. Man könnte denken, daß eine 50%ige Farbstoffladung für die Tinte mit wenig Farbstoff für einen solchen linear ansteigenden Pegel die richtige Wahl wäre, man hat jedoch empirisch festgestellt, daß eine 20%ige Farbstoffladung bessere Ergebnisse erzeugt.
Die Kassette 20 ist mit. einer separaten Kassette 22 ( 2), die nur Schwarz enthält, austauschbar. Wenn die Kassette 20 oder 22 nicht in dem Drucker 16 installiert ist, kann sie in einer „Garagee" 24 (2) gehalten werden, die verhindert, daß der Druckkopf austrocknet. Aktuelle Drucker beinhalten üblicherweise eine schwarze Kassette und eine CMY-Kassette. Das in 1 gezeigte System ist eine Modifizierung dieses elementaren Entwurfs, um eine verbesserte Bildqualität zu liefern. Somit wird ein vorhandener Druckerentwurf modifiziert, um beim Farbdrucken eine dramatisch verbesserte Bildqualität. zu liefern, indem ein Wagen bereitgestellt wird, der entweder eine Schwarzkassette oder eine Farbkassette mit verringerten Farbstoffladungen bei Cyan und Magenta und eine kleinere Schwarzkammer aufnimmt.
4 veranschaulicht den standardmäßigen Informationsfluß von dem Computer 10 zu dem Drucker 14. Ein Bild wird zunächst in dem Speicher des Computers 14 erzeugt oder in denselben eingebracht. Zum Anzeigen auf dem Computermonitor 12 wird dieses Bild in einem additiven RGB-Farbraum dargestellt. Jedes Pixel auf dem Bildschirm kann in jeder Farbe Rot, Grün und Blau bei jeglichem von 256 (0 bis 255) Intensitätspegeln beleuchtet werden. 256 Pegel werden als nahezu analog betrachtet, da diese Anzahl von Pegeln über die Auflösungsfähigkeit des menschlichen Auges hinausgeht. Die drei Farben können in ihren jeweiligen 256 Pegeln kombiniert werden, um an jedem Pixel über 16 Millionen potentielle Farben zu erzeugen. Man braucht 8 Bits, um 256 Pegel darzustellen (2⁸ = 256) . Jede der drei Primärfarben erfordert 8 Bits; deshalb spricht man üblicherweise davon, daß RGB-Farbmonitore eine 24-Bit-Farbe (3 × 8 = 24) erzeugen. Dieses Bild wird mit der räumlichen Auflösung des jeweiligen Monitors dargestellt. Übliche Monitore weisen sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Richtung 75 Pixel pro linearem Zoll (75 dpi) auf.
Bei Schritt 30 wird das 24-Bit-RGB-Farbbild in dem Speicher des Computers 10 gehalten, so daß es auf dem Monitor 12 angezeigt werden kann. Bei Schritt 32 wird das Bild 30 mit der Auflösung des Druckers in ein 24-Bit-RGB-Bild umgewandelt. Typische Tintenstrahldrucker weisen eine Auflösung von 300 Punkten pro Zoll auf. Manche Tintenstrahldrucker weisen jedoch Auflösungen von 600 dpi oder sogar 1.200 dpi auf. Obwohl der Drucker in der Regel in CMY- oder CMYKsubstraktiven Farben druckt, ist es für Bildverarbeitungszwecke trotzdem zweckmäßig, bei Schritt 32 davon auszugehen, daß der Drucker eine RGB-Vorrichtung ist. Der Grund dafür ist der, daß drei Dimensionen ausreichend sind, um den Farbraum einer Vorrichtung zu beschreiben, und wenn der Versuch unternommen wird, die Farbmonitor-RGB-Werte direkt mit CMYK oder CMYLcLmK abzustimmen, entstehen zahlreiche Kombinationen von CMYK oder CMYLcLmK, die eine kolorimetrische Übereinstimmung erzeugen. Jedoch ergeben nicht alle übereinstimmenden Werte dieselbe Bildqualität, da manche Auswahlen mehr visuelles Rauschen enthalten als andere und da manche Auswahlen zu unerwünschten Diskontinuitäten bei den Halbtonübergängen eines Bildes führen können.
Bei Schritt 34 wandelt die vorliegende Erfindung das Drucker-RGB-Farbbild in einen CMYK- oder CMYLcLmK-Farbraum um. Die Wahl zwischen CMYK und CMYLcLmK wird durch einen Algorithmus bestimmt, der unter dem Markennamen „ColorSmart" Imaging (Wz, Hewlett Packard) bekannt ist. Falls das Bild nicht deutlich von einer verbesserten Farbbilderzeugung profitiert, können beispielsweise Computergraphiken, die eine durchgehende Farbflächenausfüllung aufweisen, wie z. B. diejenigen, die von Computerdiagrammanwendungen oder Präsentationspaketen erzeugt werden, oder es kann eine einfachere Umwandlung von RGB zu CMYK verwendet werden. Falls das Bild jedoch Bereiche verschiedener Farbpegel aufweist, wie z. B. bei. eingescannten Gemälden oder Photographien, verwendet das Verfahren die Umwandlung von RGB in CMYLcLmK.
Nachdem der Interpolator bei Schritt 34 abgeschlossen ist, wurde das Bild von einem Dreiebenen-Bild (RGB-Bild) zu einem Sechsebenen-Bild (CMYLcLmK-Bild) umgewandelt. Bei Cyan und Magenta weist der Drucker somit die Option von Punkten mit geringer Farbstoffladung auf. Man nimmt an, daß eventuell lediglich ein einziger Punkt eines jeglichen Typs erzeugt wird, obwohl zusätzliche Anzahlen von Tröpfchen verwendet werden könnten. Somit spricht man davon, daß der Drucker in einem 6-Ebenen-Farbraum druckt und daß jede Ebene pro Farbe ein Bit pro Pixel aufweist.
Somit wird das Bild bei Schritt 36 einer Halbtongebung unterzogen, um das Bild von einer nahezu analogen 6-Ebenen-Farbe in eine digitale 6-Ebenen-Farbe umzuwandeln. Halbtongebung ist in der Technik hinreichend bekannt und verwendet üblicherweise eine „Ditherzelle", die „fliesenartig" über das Bild gelegt wird. Dieselbe Ditherzelle wird über das gesamte Bild verwendet. Jedes Pixel in der Zelle weist einen Schwellintensitätspegelwert auf, der mit dem analogen oder nahezu analogen Bildintensitätspegel für dieses Pixel verglichen wird. Falls der nahezu analoge Bildintensitätspegel höher ist als der Halbtongebungsschwellwert, wird an dieser Stelle ein Punkt gedruckt; mit anderen Worten gibt der digitale Farbraum für dieses Pixel in dieser Farbe eine „1" an. Falls der Bildintensitätspegel geringer ist als der Halbtongebungsschwellwert, wird kein Punkt gedruckt, und der digitale Farbraum weist für diese Farbe an diesem Pixel eine „0" auf. Dieser Vorgang wird für jede Farbe in dem Farbraum wiederholt. Die Schwellwerte in der jeweiligen verwendeten Ditherzelle werden anhand einer Vielzahl von Techniken festgestellt, von denen jede unterschiedliche Ergebnisse liefert. Jede Halbtongebungstechnik weist auch ihre eigenen einzigartigen unerwünschten Artefakte auf. Einer der Gründe dafür, eine digitale 6-Ebenen-Farbe und nicht eine 4-Ebenen-Farbe zu verwenden, besteht darin, manche dieser Artefakte zu vermeiden.
Bei Schritt 38 wird das Bild üblicherweise unter Verwendung eines effizienten Kommunikationsprozesses, beispielsweise mit Escape-Sequenzen wie denjenigen, die in der Druckersteuersprache (PCL – Printer Control Language) der Firma Hewlett Packard identifiziert sind, an den Drucker gesendet. Das bei Schritt 36 erzeugte Bild umfaßt alle Informationen darüber, wie viele Punkte jeder Farbe an jedem Pixel auf der Seite gedruckt werden. Die Druckersteuerung entscheidet, wann diese Punkte gedruckt werden sollten, d. h. in einem einzelnen Durchlauf oder in mehreren Durchläufen. Aufgrund der Wesensart des Tintenstrahldruckens ist es oft vorteilhaft, Punkte in mehr als einem einzelnen Durchlauf abzulegen und einzelne Durchläufe in einer Art Schachbrettmuster oder in einem anderen Muster mit großen Linienabständen zu drucken. Außerdem ist es vorteilhaft, Durchläufe mit diesen Zwischengittermustern überlappen zu lassen, um Artefakte, die zwischen Bändern auftreten können, zu verstecken. Diese Prozeduren zum Bestimmen, in welchem Durch lauf und in welchem Muster die Punkte abgelegt werden, werden als „Druckmodi" bezeichnet. Beispielsweise wird ein nützliches Überlappungs- und Zwischengitterdruckverfahren als „Schindeln" („Shingling") bezeichnet, da es daran erinnert, wie Schindeln auf einem Dach angeordnet sind.
Man wird verstehen, daß, je nach Drucker, verschiedene der in bezug auf 4 erörterten Funktionen in dem Hostcomputer oder in dem Drucker durchgeführt werden können. Beispielsweise könnten bei einem „intelligenten" („smart") Drucker die Schritte 32 bis 38 allesamt in dem Drucker durchgeführt werden. Dagegen könnten bei einem „dummen" („dumb") Drucker (oder, höflicher gesagt, bei einem „aalglatten" („sleek") Drucker) alle Funktionen 30 bis 38 in dem Hostcomputer durchgeführt werden, um Speicherkosten in dem Drucker zu sparen.
Wir konzentrieren uns nun auf den Interpolationsschritt 34, der das druckerbasierte 24-Bit-3-Ebenen-RGB-Bild in das druckerbasierte 6-Ebenen-CMYLcLmK-Bild umwandelt. Die RGBs in einem Bild kann man sich als Zugehörige eines Farbraums vorstellen, der als Farbwürfel in einem dreidimensionalen RGB-Farbraum dargestellt ist, wie bei 3 gezeigt ist. In diesem Raum bilden R, G und B die Achsen des Farbraums, und die Stellen, an denen eine vollständige Rot-, Grün- und Blau-Sättigung vorliegt, sind die Scheitelpunkte R.G.B. des Würfels, wie gezeigt ist.
Wie unter Bezugnahme auf 4 erörtert wird, nimmt man bei Schritt 32 fiktiv an, daß der Drucker zu Zwecken einer Farbabstimmung von dem Monitor zu dem Drucker in RGB-Farben druckt, wobei die Umwandlung in einen subtraktiven Farbraum und eine Halbtongebung später in dem Prozeß stattfinden. Drei Dimensionen sind ausreichend, um den Farbraum des Druckers zu beschreiben. Ferner, falls der Versuch unternommen würde, das Monitor-RGB-Bild direkt mit z. B. CMYK abzustimmen, gäbe es zahlreiche Kombinationen von CMYK, die für gegebene nahezu analoge RGB-Werte eine kolorimetrische Übereinstimmung erzeugen würden. Jedoch erzeugen nicht alle der übereinstimmenden CMYK-Werte dieselbe Druckqualität, da manche Auswahlen ein stärkeres visuelles „Rauschen" enthalten können als andere und da manche zu unerwünschten Artefakten bei dem einer Halbtongebung unterzogenen Bild führen können.
In dem Fall des veranschaulichten Druckers 14, der sechs unterschiedliche Tinten (CMYLcLmK) aufweist, wird das Problem des Auswählens der optimalen Tintenkombinationen für jede Farbe viel schwieriger. Bei dem Drucker 14 werden die Tinten mit wenig Farbstoff mit Tinten mit viel Farbstoff kombiniert, um weniger visuelles Rauschen in den helleren Farben, bei Übergängen zwischen Farben und bei Übergängen von Farben zu Schwarz zu erzeugen. Wenn beispielsweise eine helle Farbe wie z. B. Gelb zu einer dunklen Farbe wie z. B. Grün übergeht, wird weniger visuelles Rauschen erzeugt, indem in den gelberen Regionen zuerst ein Cyan mit geringer Farbstoffladung verwendet wird, und an einer gewissen Stelle, wenn das Bild dunkel genug wird, kann dann zusammen mit Gelb ein Cyan mit vollständiger Farbstoffladung verwendet werden, ohne ein körniges Bild zu erzeugen.
Die Art und Weise, wie die offenbarten sechs Tinten kombiniert werden müssen, um die Bildqualität zu maximieren, ist nicht trivial. Die Entscheidungen müssen teilweise auf empirischen Erfahrungen mit tatsächlichen Ergebnissen bezüglich des Zielmediums beruhen. Das offenbarte Ausführungsbeispiel wendet sich dem Problem zu, mehrere Tinten in einem Drucksystem, das mit mehreren Farbstoffen beladen ist, zu kombinieren, um einen störungsfreien Druckerfarbraum, der ein gutes Verhalten aufweist, zu erreichen.
Da die eigentlichen gedruckten Ergebnisse nicht linear einer exakten algebraischen Umwandlung von RGB zu CMY oder CMYK entsprechen, ist es auf der Grundlage empirischer Ergebnisse möglich, eine Kurve zu erzeugen, die die über einer gegebenen Region gesehene tatsächliche Farbe (C_AUS, M_AUS, Y_AUS, K_AUS) zeigt, die sich aus einem linearen Anstieg der Intensität eines Funktes, der mit einem einzigen Farbstoff beladen ist (C_EIN, M_EIN, Y_EIN, K_EIN), in dieser Region ergibt. Wie erwähnt wurde, ist diese Beziehung nicht linear. Somit ist die zu druckende Menge an C, M und Y durch Linearisierungskurven gegeben:

C_AUS = F₁ (C_EIN)
M_AUS = F₂ (M_EIN)
Y_AUS = F₃ (Y_EIN)
K_AUS = F₄ (C_EIN, M_EIN, Y_EIN)

Eine Erweiterung dieser Vorgehensweise auf ein Drucken mit einer Beladung mit mehreren Farbstoffen besteht darin, „Rampen" von Weiß zu Cyan, Weiß zu Magenta, Weiß zu Gelb und Weiß zu Schwarz mit 6 Farbstoffen zu definieren, so daß es schöne Übergänge gibt, die die hellen Farbstoffe in den helleren Pegeln verwenden, während dunkle Farbstoffe verwendet werden, wenn sich die Rampe zu den dunklen Pegeln oder Schwarz bewegt. Somit ist die zu druckende Menge an C, M, Y, Lc, Lm und K durch Linearisierungskurven gegeben

C_AUS = F₁ (C_EIN)
M_AUS = F₂ (M_EIN)
Y_AUS = F₃ (Y_EIN)
Lc_AUS = F₅ (C_EIN)
Lm_AUS = F₆ (M_EIN)
K_AUS = F₄ (C_EIN, M_EIN, Y_EIN)

Dieses Verfahren weist mehrere Probleme auf. Das elementarste Problem ist die Annahme, daß alle Übergänge in dem Farbraum mit linearen Kombinationen der Tintenwerte in diesen Kurven erreicht werden können. Beispielsweise ist der Übergang von Rot zu Schwarz irgendwie eine lineare Kombination der Tinten, die für die Übergänge von Rot zu Weiß und von Weiß zu Schwarz verwendet werden. Diese Technik führt jedoch zu schlechten Übergängen, insbesondere von kräftigen Farben zu Schwarz. Ferner kann die Summierung von Tinten aus diesem Verfahren Tintenvolumina erzeugen, die für das Medium zu groß sind, und sie kann sogar Tintenvolumina erzeugen, die 100 % übersteigen und die nicht gedruckt werden können.
Während Übergängen von bestimmten Farben zu anderen ist es oft vorzuziehen, für Cyan und Magenta entweder ausschließlich Tinte mit hoher Farbstoffladung oder Tinte mit geringer Farbstoffladung zu verwenden. Wenn in dem Fall des beschriebenen Übergangs von W zu K in einer Region, in der fast keine anderen Punkte vorliegen, beispielsweise in einer Region, die ein sehr leichtes Grau sein soll, Punkte eines Schwarz mit hoher Farbstoffladung verwendet würden, würden sich die Punkte des Schwarz mit hoher Farbstoffladung gänzlich von dem Hintergrund der anderen hellen Bereiche abheben, was zu einem körnigen Erscheinungsbild führen würde. Sogar zusammengesetztes Schwarz, das durch ein Cyan und Magenta mit hoher Farbstoffladung in Kombination mit einem Gelb mit hoher Farbstoffladung erzeugt wird, erzeugt in einer solchen hellen Grauregion eine gewisse Körnigkeit. Wenn jedoch Cyan und Magenta einer geringen Farbstoffladung und Gelb einer hohen Farbstoffladung (da gelb eine helle Farbe ist) verwendet werden, führt dies zu einem gleichmäßigeren und nicht-körnigen grauen Erscheinungsbild. An einem gewissen Punkt ist die Farbe dunkel genug, so daß eine Verwendung von Cyan, Magenta oder Schwarz mit hoher Farbstoffladung keine inakzeptable Körnigkeit erzeugt. Deshalb kann ein Steuerpunkt festgelegt werden, an dem der Algorithmus zu den Punkten mit hoher Farbstoffladung umschwenken kann. Es ist bevorzugt, Punkte mit hoher Farbstoffladung zu verwenden, falls dies geschehen kann, ohne die Bildqualität zu vermindern, da dunklere Farben erzielt werden können. Ferner führt die Verwendung von Punkten mit hoher Farbstoffladung zu weniger Feuchtigkeit auf der Seite und ist kostengünstiger.
Erstellen einer Umwandlungstabelle
Die vorliegende Erfindung liefert Übergänge zwischen Punkten mit geringer Farbstoffladung und Punkten mit hoher Farbstoffladung bei Verwendung von Steuerpunkten. Um RGB-Daten in 6-Ebenen-Daten umzuwandeln, wird ein Satz von Umwandlungstabellen erzeugt. Die Umwandlungstabelle ist eine dreidimensionale Matrix, die durch RGB indexiert ist und Werte für jede der sechs Ausgabeebenen enthält: CMYLcLmK. Das veranschaulichte Ausführungsbeispiel verwendet 9 Schritte (0 bis 8) entlang jeder Achse R, G und B, die 9 Punkten entlang jeder Achse des in 3 gezeigten Farbwürfels entsprechen. Somit erzeugen diese 9 Punkte eine dreidimensionale Matrix mit 729 Einträgen (9 × 9 × 9 = 729) in dem Farbwürfel. In dem Algorithmus werden diese Einträge zuerst auf UNBEKANNT eingestellt und werden anschließend in einem vier Schritte umfassenden Vorgang abgeschlossen.
Dieser vier Schritte umfassende Vorgang wird unter Bezugnahme auf 5 wie folgt beschrieben:
Schritt 1: Spezifizierung von Steuerpunkten
Der erste Schritt (Schritt 50, 5) beim Erstellen dieser Tabelle von 729 Punkten besteht darin, bestimmte Steuerpunkte zu spezifizieren. Steuerpunkte werden geliefert, um Übergänge von Weiß zu Schwarz, von Weiß zu jedem von R, G, B, C, M und Y und von jedem von R, G, B, C, M und Y zu Schwarz zu spezifizieren. Ferner werden Steuerpunkte verwendet, um die Übergänge zwischen Primärfarben und Sekundärfarben zu spezifizieren. Bei dem Übergang von Gelb zu Rot beispielsweise wird zuerst Magenta mit wenig Farbstoff zusammen mit Gelb verwendet, um eine orange Farbe zu erzeugen. Danach werden Magenta mit viel Farbstoff und Gelb verwendet, um den Übergang zu Rot zu vervollständigen. Um die benötigten Steuerpunkte empirisch zu entwickeln, werden, nachdem ein Satz von Steuerpunkten vorgesehen ist, Testdiagramme gedruckt, und zusätzliche Steuerpunkte können nach Bedarf spezifiziert werden, um fließende Farbübergänge und eine maximale Farbpalette und Tintenabdeckung zu gewährleisten. In Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, z. B. Medien- und Farbstofftyp, können diese Steuerpunkte etwas mehr einbezogen werden. Es folgt nun ein Satz von 38 Steuerpunkten, die sich bei einfachem Papier und farbstoffbasierten Tinten als nützlich erwiesen.
Schwarz zu Weiß
Weiß zu Rot zu Schwarz
Weiß zu Grün zu Schwarz
Weiß zu Blau zu Schwarz
Weiß zu Gelb zu Schwarz
Weiß zu Magenta zu Schwarz
Weiß zu Cyan zu Schwarz
Gelb zu Rot
Gelb zu Grün
Magenta zu Blau
Cyan zu Blau
Man beachte, daß es beim Übergang von Weiß zu Schwarz 6 Steuerpunkte gibt (wobei die Scheitelpunkte nicht mitgezählt sind), wobei diese Zahl mehr Steuerpunkte beinhaltet als zwischen jeglichen anderen zwei Scheitelpunkten in dem Farbwürfel vorliegen. Diese große Anzahl von Steuerpunkten wird benötigt, um bei diesem Übergang eine Körnigkeit zu vermeiden, da Weiß die hellste Farbe und Schwarz die dunkelste Farbe ist. Nahe bei Schwarz wird, um den Übergang zu Weiß zu beginnen, zuerst ein hoher Pegel an Schwarz mit etwas Gelb verwendet. In dieser Region, die nahezu ausschließlich schwarz ist, werden, um damit zu beginnen, die Farbe heller werden zu lassen, zunächst etwas helles Cyan, dann etwas helles Magenta hinzugefügt, während der schwarze Farbstoff verringert wird. Bei (4,4,4), das die genaue Mitte des Farbwürfels ist, erfolgt der Übergang zu keiner schwarzen Tinte und zu lediglich Gelb, hellem Cyan und hellem Magenta. Somit werden in der Region, die sich näher an Weiß befindet, die helleren Farben verwendet, um einen hellen Graueffekt zu erzeugen.
Beim Übergang von Weiß zu Rot liegen zwei Steuerpunkte (8,4,4) und (8,2,2) vor. Nahe bei Weiß werden lediglich Gelb und helles Cyan verwendet. Hinter dem Mittenpunkt (8,4,4) kann starkes Magenta in Kombination mit hellem Magenta verwendet werden. In jedem der Übergänge von Weiß zu Grün (4,8,4), Weiß zu Blau (5,5,8), Weiß zu Cyan (5,8,8) und Weiß zu Magenta (8,5,8) ist lediglich ein einziger Steuerpunkt vorgesehen. In jedem dieser Fälle sind nahe an Weiß lediglich Lc, Lm oder Y spezifiziert, und jenseits des Steuerpunktes, näher an der anderen Farbe, können C oder M mit viel Farbstoff verwendet werden. Von Weiß zu Gelb ist kein Steuerpunkt vorgesehen. Gelb ist eine Ausgabeprimär farbe und weist keine Version eines hellen Farbstoffs auf. Punkte eines Gelbs mit vollständiger Farbstoffladung in der Gegenwart von Weiß erzeugen mit weniger Wahrscheinlichkeit ein körniges Erscheinungsbild als die anderen Primärfarben.
Von Rot zu Schwarz liegen drei Steuerpunkte vor. Bei jedem der Übergänge von Grün zu Schwarz, Gelb zu Schwarz, Magenta zu Schwarz und Cyan zu Schwarz liegen zwei Steuerpunkte vor. Von Blau zu Schwarz liegt lediglich ein Steuerpunkt vor. Da Blau eine dunkle Farbe ist, werden bei dem Übergang von Blau zu Schwarz weniger Steuerpunkte benötigt, um eine Körnigkeit zu vermeiden. Da Gelb eine helle Farbe und Rot eine dunklere Farbe ist, liegen zwischen Gelb und Rot zwei Steuerpunkte vor, zwischen Gelb und Grün liegt jedoch lediglich ein einziger Steuerpunkt vor. Jeder der Übergänge von Magenta zu Blau und von Cyan zu Blau weist ebenfalls nur einen einzigen Steuerpunkt auf.
Somit müssen bei Übergängen zwischen dunklen und hellen Farben verschiedene Anzahlen von Steuerpunkten festgelegt werden. Als Faustregel gilt: je größer der Unterschied bezüglich der „Dunkelheit" der zwei Farben, desto mehr Steuerpunkte müssen festgelegt werden. Die Steuerpunkte liefern oft Positionen, an denen sich der Algorithmus zwischen einer Verwendung der eine hohe Farbstoffbeladung und eine geringe Farbstoffbeladung aufweisenden Versionen von Cyan und Magenta wechselt. Steuerpunkte liefern ferner Veränderungen bei der Verwendung von zusammengesetztem Schwarz (C + Y + M) und echtem Schwarz.
Schritt 2: Lineare Interpolation
Nachdem die Steuerpunkte vorgesehen wurden, besteht der zweite Schritt (Schritt 52, 4) des Verfahrens darin, eine lineare Interpolation zu verwenden, um die verbleibenden unbekannten Punkte, die den 729 Einträgen in der RGB-Farbwürfelmatrix entsprechen, zu füllen. Diese Interpolati on muß auf eine Weise erfolgen, die gleichmäßige Übergänge in bezug auf Farbton, Helligkeit und Chroma (drei Standardvariablen beim Auswerten der Farbkorrektheit) ergibt. Um gleichmäßige Übergänge zu gewährleisten, wird ein schrittweise erfolgender Lösungsansatz verwendet, um den Rest der Matrix auszufüllen. Die Interpolation beginnt mit einer Verwendung einer linearen Interpolation, um Ergebnisse für die UNBEKANNTEN Punkte entlang den folgenden Raumübergängen zu berechnen:
Übergang Schwarz/Weiß
Übergänge Schwarz/Farbe
Übergänge Weiß/Farbe
Übergänge Primärfarbe/Sekundärfarbe
Schritt 3: Ebeneninterpolation
Der nächste Interpolationsschritt (Schritt 54, 5) füllt die Umwandlungstabelleneinträge für die Ebenen, die die Außenoberfläche des Farbwürfels darstellen, und für drei Ebenen, die die neutrale Achse schneiden, aus. Die Punkte, die diese Ebenen definieren, lauten wie folgt: Sechs Würfelseiten:

Weiß, Gelb, Rot, Magenta Weiß, Cyan, Grün, Gelb

Weiß, Magenta, Blau, Cyan Schwarz, Grün, Gelb, Rot

Schwarz, Blau, Magenta, Rot Schwarz, Grün, Cyan, Blau
Drei neutrale Ebenen

Schwarz, Rot, Weiß, Cyan
Schwarz, Grün, Weiß, Magenta
Schwarz, Blau, Weiß, Gelb

Für jeden UNBEKANNTEN Punkt in jeder Ebene wird ein gewichtetes Vierfacher-Abstand-Mittel verwendet. Diese abstandsgewichtete Interpolation wird wie folgt berechnet:

Gesamtabstand = Summe der Abstände für alle Punkte (in jeder von vier Richtungen in dieser Ebene)
Normfaktor = Summe von (Gesamtabstand/Abstand[i]) für alle Punkte i
Ergebnis = 0
Für alle Punkte i

Ergebnis = Ergebnis + (Punkt[i]*(Gesamtabstand/Abstand[i]))/Normfaktor

Ein Problem entsteht beim Interpolieren, anhand des oben beschriebenen Verfahrens, bezüglich eines Druckens mit einer Mehr-Farbstoff-Ladung, wie es hierin veranschaulicht ist. Wenn beim Durchführen der Vier-Wege-Interpolation jeglicher Punkt, von dem interpoliert wird, einen nicht Null betragenden Hoher-Farbstoff-Wert enthält, enthalten die Ergebnisse der Interpolation wahrscheinlich einen hohen Farbstoff. Dies würde zur Ausbreitung von Hoher-Farbstoff-Tinte-Werten in den interpolierten Einträgen in dem Farbwürfel führen, was die Körnigkeit für viele Farbwerte nachteiligerweise erhöhen würde. Die Lösung dieses Problems besteht darin, ein „Dunkler-Farbstoff-Filter" zu implementieren. Das folgende Filter hat sich als nützlich erwiesen:

dunkle Farbstoffe = dunkles Cyan, dunkles Magenta und Schwarz
helle Farbstoffe = helles Cyan, helles Magenta und Gelb

a. Die vier benachbarten Punkte werden in gegenüberliegende Paare aufgeteilt
b. Falls ein Paar lediglich helle Farbstoffe enthält und das andere Paar etwas dunklen Farbstoff enthält, wird das Paar, das dunklen Farbstoff enthält, hinausgeworfen, und die verbleibenden Punkte werden zum Berechnen des gewichteten Mittels verwendet.
c. Wenn es jedoch nur einen Punkt gibt, der einen bestimmten dunklen Farbstoff enthält, so wird der Gehalt an dunklem Farbstoff verworfen und durch eine bestimmte Menge an hellem Farbstoff ersetzt. Falls beispielsweise lediglich ein Punkt Schwarz enthält, so wird dieses Schwarz verworfen und durch eine bestimmte Menge eines hellen zusammengesetzten Schwarz ersetzt, das aus hellem Cyan, hellem Magenta und Gelb besteht. Die vier Punkte werden anschließend verwendet, um das gewichtete Mittel zu berechnen.

Schritt 4: 3D-Interpolation
Der letzte Schritt (Schritt 56, 5) besteht darin, den Rest der Farbtabelle durch Verwenden eines 3D-Interpolationsverfahrens auszufüllen. An diesem Punkt in dem Algorithmus wurde der Farbraum schön in Segmente mit Ebenen unterteilt, die vorbildliche Übergänge enthalten. Der Rest der Punkte in der Farbumwandlungstabelle wird unter Verwendung einer 6-Wege-Interpolation berechnet. Die nächsten Nachbarn darüber, darunter, davor, dahinter und zur Rechten und zur Linken werden verwendet, um die in Frage stehenden Punkte zu berechnen. Ähnlich der 4-Wege-Interpolation wird ebenfalls ein Filter benötigt, um sicherzustellen, daß Tinte mit dunklem Farbstoff sich nicht durch den Farbraum ausbreitet. Das Filter, das verwendet wird, ist genau dasselbe wie das bei dem vorherigen Schritt beschriebene, mit der Ausnahme, daß es für drei Paare von Punkten statt zwei gilt. Die Interpolation ist ebenfalls genau dieselbe wie die: bei Schritt 3 beschriebene, mit der Ausnahme, daß höchstens 6 Punkte statt höchstens 4 Punkten verwendet werden.
Vorteile
Die offenbarte Technik liefert ein flexibles Verfahren zum Steuern von Tintenvolumina und Übergängen durch den Farbraum einer Ausgabevorrichtung. Zusätzlich zu der oben beschriebenen spezifischen Anwendung kann diese Technik auch auf ähnliche Probleme beim Erzeugen von Vorrichtungsfarbräumen angewandt werden. Bei dem oben beschriebenen Fall sind die Eingabewerte RGB und die Ausgabewerte CMYLcLmK. Dieser Algorithmus könnte auch verwendet werden, um die Tintenmengen zu spezifizieren, die für andere Eingabefarbräume verwendet werden, z. B. CMY oder einen vorrichtungsunabhängigen Farbraum wie z. B. CIEL*a*b. Im Fall einer CIE-Lab-Farbraumeingabe müßten Tintensteuerpunkte so gewählt werden, daß sie mit dem eingegebenen Lab-Wert am besten übereinstimmen, und diese Tintenwerte würden interpoliert werden, um in dem Druckerraum zwischen Lab-Werten einen fließenden Übergang zu ergeben.
Dieser Lösungsansatz gilt auch für den Fall, bei dem sich die Ausgabetinten der Vorrichtung von denen des veranschaulichten Druckersystems unterscheiden. Beispielsweise werden bei manchen Druckern mehrere Tropfen derselben Größe und derselben Farbstoffladung von Primärfarben verwendet, um die Farbpalette des Druckers an reproduzierbaren Farben zu erweitern. Ein anderer Drucker könnte einen Tintensatz verwenden, der CMYRGB oder eine gewisse Teilkombination dieser Farben umfaßt. Das vorliegende Verfahren würde beim Handhaben der Tintenübergänge von derartigen Fällen gut funktionieren.
Da das vorliegende Verfahren Farbtransformationstabellen liefert, ist die Implementierung des offenbarten Algorithmus außerdem einfach und effizient. Farbtransformationstabellen werden einfach in den Treiber geladen, und der Treiber spricht auf diese Farbtransformationstabellen auf dieselbe Weise an, wie viele Treiber derzeit Farbabbildungsinterpolationsalgorithmen handhaben.

Claims

Ein Farbumwandlungsverfahren zum Umwandeln, von einem Farbwürfel in einem nahezu analogen Farbraum, in einen Mehrdimensionaler-Ausgabefarbraum, wobei der Ausgabefarbraum zumindest eine Farbe aufweist, die zumindest zwei Ausgabeoptionen aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Satzes von Steuerpunkten in dem nahezu analogen Farbraum, wobei jeder der Steuerpunkte einen entsprechenden Satz von Parametern in dem Ausgabefarbraum aufweist, wobei die Steuerpunkte Übergänge zwischen den Optionen der zumindest einen Farbe, die zumindest zwei Ausgabeoptionen aufweist, liefern; Interpolieren ausgewählter Punkte in dem Farbwürfel zwischen den Steuerpunkten, um Parameter der ausgewählten Punkte in dem Ausgabefarbraum zu bestimmen.
Ein Farbumwandlungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Ausgabeoptionen durch Variieren von Farbmittelladungen in Tintenstrahltinten geliefert werden.
Ein Farbumwandlungsverfahren gemäß Anspruch 2, bei dem der Ausgabefarbraum aus den Farben CMYLcLmK besteht, wobei Lc Cyan mit geringer Farbstoffladung ist und Lm Magenta mit geringer Farbstoffladung ist.
Ein Farbumwandlungsverfahren gemäß Anspruch 3, bei dem zumindest ein Abschnitt der Steuerpunkte Übergänge zwischen der Verwendung von Tinten mit hoher Farbstoffladung und Tinten mit geringer Farbstoffladung liefert.
Ein Drucker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drucker das Farbumwandlungsverfahren verwendet.