DE69737710T2

DE69737710T2 - Mehrstufige Rasterung für Farblaserdrucker

Info

Publication number: DE69737710T2
Application number: DE69737710T
Authority: DE
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2008-01-31
Also published as: US6097502A; DE69737710D1; US6185008B1; EP0859507B1; JP3775457B2; JPH10278348A; EP0859507A2; EP0859507A3; DE69737710T8

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Laserdrucksysteme und insbesondere Verfahren, Vorrichtungen, Systeme und Medien zum Erzeugen von getreuen und visuell ansprechenden Laserdruckergrafiken.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Laserdrucker erzeugt ein Bild auf einem Stück Papier, indem er einen fokussierten Laserstrahl über eine zylindrische lichtempfindliche Walze abtastet, wobei das an den Laserstrahl für jeden Pixel gerichtete Signal die Zeitlänge steuert, in welcher der Laserstrahl an ist. Die Walze konvertiert die auf die Walze auftreffende Laserleistung in elektrostatische Ladungen, und die elektrostatischen Ladungen ziehen an und halten eine gepulverte Tinte oder "Toner" (im Allgemeinen als "Markiermedium" bezeichnet). Wenn ein elektrostatisch geladenes Papier (im Allgemeinen als "Druckfläche" bezeichnet) gegen die Walze gewalzt wird, wird der Toner auf das Papier übertragen, und das Papier wird dann erhitzt, um den Toner auf das Papier aufzuschmelzen. Die Auflösung des Bildes ist durch die Anzahl von Abtastzeilen pro Zoll (lpi, lines per inch) und die Dichte von Pixelwerten entlang jeder Abtastzeile, gemessen in Dots pro Zoll (dpi, dots per inch), bestimmt. Ein typischer hochauflösender Laserdrucker weist 600 Abtastzeilen pro Zoll und 600 Dots pro Zoll entlang jeder Abtastzeile auf.
Ein Graph eines beispielhaften Lasersignals 100 als eine Funktion einer Pixelposition ist in 1A gezeigt, und ein Graph der sich ergebenden Liniendicke 130 und eine vergrößerte Ansicht der durch den Laserdrucker erzeugten Tonerlinie 170 sind in 1B bzw. 1C gezeigt. (Zur Klarheit ist die Tonerlinie 170 ohne Toner in den Abtastzeilen 160 und 180 direkt oberhalb bzw. unterhalb davon gezeigt 170, obwohl allgemein Toner auch in diesen Abtastzeilen 160 und 180 vorliegen wird.) Wie durch Betrachtung der 1A-C bemerkt werden kann, ist die Dicke der Tonerlinie 170 etwa proportional zu dem an den Laser gerichteten Signallevel. Die Dicke der Tonerlinie 170 erreicht eine Breite von einem Pixel, wenn das Level des Lasersignals seinen Wert einer vollen Pixelbreite (full-pixel-width value), PP, aufweist und die Dicke der Linie 170 eine Maximum-Toner-Breite, WM, aufweist (was drei Pixel in dem Beispiel von 1C ist), wenn das Level des Lasersignals seinen Maximumwert, PM, hat.
Während ein monochromatisches Bild nur eine Tonerlinie pro Abtastzeile erfordern wird, wird ein Vollfarb-Bild mehrere gefärbte Tinten pro Abtastzeile erfordern. Am Häufigsten werden gedruckte Vollfarbbilder unter Verwendung von zyanfarbigen, magentafarbigen, gelben und schwarzen Tinten erzeugt, und das Bild wird als das "CMYK"-Bild bezeichnet. Obwohl die vorliegende Erfindung sich auf Vollfarb-Bilddrucken wie auch monochromatisches Bilddrucken bezieht, wird zur Leichtigkeit der Diskussion der vorliegenden Erfindung nur eine Tonerfarbe pro Abtastzeile erläutert, da die Verallgemeinerung auf mehrere Toner pro Abtastzeile einfach ist.
Obwohl Laserdrucker Bilder schnell erzeugen können, sind Nichtlinearitäten in der Beziehung zwischen dem an den Laser gerichteten Level und der Menge von abgesetztem Toner problematisch bei der getreuen Erzeugung von Bildern, insbesondere in Bereichen, wo die Tonerdichte gering ist (Hellbereiche, highlight regions) und Bereichen, wo die Tonerdichte hoch ist (Schattenbereiche, shadow regions). Eine der mit dem Prozess verbundenen Nichtlinearitäten ist das Ergebnis von einer Interpartikel-Anziehung zwischen Tonerpartikeln, was bewirkt, dass sie zusammenklumpen, was Dots von auf dem Papier abgesetztem Toner davon abhält, unterhalb einer Minimumgröße zu sein. Eine andere Ursache von Nichtlinearitäten zwischen dem dem Laser zugeführten Signal und der sich ergebenden Tonerdichte ist ein Ergebnis der Zeit, die erforderlich ist, den Laser aus- und anzuschalten. Wie durch den Graph des Lasersignals als eine Funktion einer Pixelnummer in 1D und dem entsprechenden Graph von auftreffender Laserleistung als eine Funktion eines Abstandes auf der Tonerwalze von 1E gezeigt ist, ist die Zeitlänge, in der das Laserleistungssignal den Maximum-Laserleistungswert aufweist (welcher in 1E auf einen Wert einer Einheit normalisiert ist), in etwa proportional zu dem Lasersignalwert.
Die Laserleistung kann jedoch den Wert der Einheit nicht momentan erreichen, noch kann sie momentan zur Nullleistung zurückkehren. Diese Rampeneffekte wirken sich auf die Proportionalität zwischen dem Lasersignal und der Laserleistung aus. Die Nichtproportionalität ist am Dramatischsten für kleine Lasersignale, wie beispielsweise das Signal bei Pixel Nummer 1, wo die Anstiegs- und Abfallzeiten der Laserleistung von endlicher Länge verhindern, dass die Laserleistung den Einheitswert erreicht.
Ein Graph eines beispielhaften Lasersignals von geringer Leistung 200 ist in 2A gezeigt, und ein Graph der sich ergebenden Liniendicke 230 und eine vergrößerte Ansicht der durch den Laserdrucker erzeugten Tonerlinie 260 sind in 2B bzw. 2C gezeigt. Wie durch Betrachtung der 2A-C bemerkt werden mag, kann das Lasermodul keinen Toner auf dem Papier für Pixel absetzen, die von Laserwerten von Null umgeben sind und Laserwerte aufweisen, die unterhalb eines Abschneidewertes für einen isolierten einzelnen Pixel (isolated-single-Pixel cutoff value), PC1, sind, wie beispielsweise dem zweiten Pixel. Für einen Pixel jedoch, der von Laserwerten von Null umgeben ist und oberhalb des Abschneidewertes für einen isolierten einzelnen Pixel PC1 ist (wie beispielsweise der vierte Pixel), kann das Lasermodul eine tonerbedeckte Fläche 262 erzeugen. In gleicher Weise kann das Lasermodul keinen tonerbedeckten Bereich für ein Paar von Laserwerten erzeugen, die von Laserwerten von Null umgeben sind, und für welche der Durchschnittswert unterhalb eines Abschneidewertes für einen isolierten Doppelpixel (isolated-double-Pixels cutoff value), PC2, ist. Wenn jedoch ein isoliertes Paar von Pixeln, wie beispielsweise der sechste und siebte Pixel, einen Durchschnittswert oberhalb des Abschneidewertes eines isolierten Doppelpixels PC2 aufweisen, wird eine tonerbedeckte Fläche 264 erzeugt.
In gleicher Weise hat der Abschneidewert für isolierte Dreifachpixel PC3 einen Wert unterhalb des Abschneidewertes für isolierte Doppelpixel PC2, und, wenn ein isoliertes Tripel von Pixeln (nicht gezeigt) einen Durchschnittswert oberhalb des Abschneidewertes für isolierte Dreifachpixel PC3 aufweist, wird eine tonerbedeckte Fläche erzeugt, usw..
Die Situation ist tatsächlich etwas komplexer als oben angezeigt, da Nicht-Null-Werte von umgebenden Pixeln die Abschneidewerte beeinflussen. Wenn beispielsweise die einen Pixel umgebenden Laserwerte einen Wert von Eins haben, entspricht der kleinste druckbare Dot einem Wert, der etwas kleiner als PC1 ist. Und wenn die den Dot umgebenden Laserwerte einen Wert von Zwei haben, entspricht der kleinste druckbare Dot einem noch etwas kleineren Wert. In ähnlicher Weise entspricht der kleinste druckbare Dot eines Paars von Pixeln einem Durchschnittswert, der etwas kleiner ist als PC2, wenn die das Paar von Pixeln umgebenden Laserwerte einen Wert von Eins haben.
Eine weitere Nichtlinearität der Bildgebung durch einen Laserdrucker wird bei den größeren Laserwerten gefunden, die abgeschattete Bereiche erzeugen. Ein Graph eines beispielhaften Lasersignals 300 ist in 3A gezeigt, und ein Graph der sich ergebenden Liniendicke 330 und eine vergrößerte Ansicht der durch den Laserdrucker erzeugten Tonerlinie 360 sind in 3B bzw. 3C gezeigt. Für Laserwerte 300, die nahe der Mitte des Bereiches zwischen Null und dem Voll-Pixel-Breite-Wert PP sind (in diesem Falle die ersten bis sechsten Pixel), erzeugt das Lasermodul, wie durch Betrachtung der 3A-C bemerkt werden mag, eine Linie 360, deren Dicke in etwa proportional zu den Laserwerten ist. Für Laserwerte jedoch, welche nahe dem Voll-Pixel-Breite-Wert PP sind (wie beispielsweise die der siebten, achten und neunten Pixel), neigt das Lasermodul dazu, die Pixel übermäßig zu dunkeln.
Die Unterbetonung von Lasersignalen geringer Leistung und die Überbetonung von Lasersignalen hoher Leistung (in Abtastzeilen von gleichförmiger Dunkelheit) wird durch den Graph von 4A dargestellt, welcher einen Laserwert gegen Tonerliniendicke, d.h., Toner-"Dichte" aufträgt. Wie an dem Graph gesehen werden kann, ist die Liniendicke für geringe Werte des Lasersignals Null, wie oben mit Bezug auf 2A-C erläutert, und erreicht die Liniendicke für hohe Werte des Lasersignals die Einheit, bevor das Lasersignal den Wert PP erreicht, wie oben mit Bezug auf 3A-C erläutert wurde.
Ein anderer in 4A gezeigter Nachteil ist die Tatsache, dass die Laserwerte eine endliche Anzahl von diskreten Werten aufweisen und die Liniendicken daher eine endliche Anzahl von diskreten Dicken aufweisen. Diese "Quantisierung" von Liniendicken kann "falsche Konturen" erzeugen, wenn es einen Bereich gibt, über welchen die Farbe langsam wechselt – falsche Konturen treten an Grenzen zwischen einem Bereich mit einem Grauskalenwert eines ersten Levels und einem benachbarten Bereich mit einem Grauskalenwert bei einem benachbarten Level auf.
Diese Nichtlinearitäten und Quantisierungseffekte bewirken, dass getreues Bilddrucken ein schwieriges und komplexes Problem ist.
US-Patent Nr. 4,578,714 offenbart eine Halbton-Bild-Aufzeichnungs-Vorrichtung, worin ein Originalbild auf ein Medium wie beispielsweise Papier aufgezeichnet wird. Durch das Originalbild reflektiertes Licht wird durch einen fotoelektrischen Konverter empfangen, welcher ein konvertiertes elektrisches Signal erzeugt. Ein A/D-Konvertierer konvertiert das elektrische Signal in ein 7-Bit-Signal, welches die Dichte des Originalbildes darstellt. Das 7-Bit-Signal wird dann durch einen Addierer zu einem durch einen Zufallsdatengenerator erzeugten 3-Bit-Dither-Signal addiert, um ein Additionssignal bereitzustellen. Die vier oberen signifikanten Bits des Additionssignals werden aufgeteilt (sliced), um ein Dichtesignal mit Gradierungsstufen bereitzustellen.
Die Europäische Patentveröffentlichung Nr. 0 341 984 offenbart ein Bildverarbeitungsverfahren und -vorrichtung. Die Bildverarbeitungsvorrichtung verwendet eine Konversionstabelle, um 6-Bit-Helligkeitsdaten in 6-Bit-Dichtedaten zu konvertieren. Eine binär kodierende Verarbeitungseinheit konvertiert dann die 6-Bit-Dichtedaten durch ein Fehlerdiffusions-Verfahren in ein 1-Bit-Binär-Signal.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren, Vorrichtung, System und Medien zum Laserdrucken bereitzustellen, welches eine getreue tonale Reproduktion aufweist und visuell ansprechend ist.
Weiterhin ist es insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, Vorrichtung, System und Medien für getreues Laserdrucken in Bereichen mit geringen Tonerdichten bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, Vorrichtung, System und Medien für getreues Laserdrucken in Bereichen mit hohen Tonerdichten bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, Vorrichtung, System und Medien zum Laserdrucken mit glatten Übergängen zwischen Grauskalenwerten bereitzustellen, insbesondere in Bereichen, wo die Bildgrauskalenwerte langsam wechseln.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren und Vorrichtung zur getreuen Ton-Reproduktion eines Bildes auf einer Druckfläche gerichtet, wo Bildwerte an einer Bildwerteskala quantisiert werden, welche mehr als zwei Werte aufweist. Die Bildwerte werden Druckerwerten zugeordnet, d.h., Werten innerhalb eines Bereiches, der durch das Druckermodul verwendet werden kann, welche Druckerwerte an einer Druckerwerteskala quantisiert sind, welche von der Bildwerteskala verschieden ist und mehr als zwei Werte aufweist. Unterschiede zwischen Bildwerten und Druckerwerten, wie an der Bildwerteskala gemessen, werden korrigiert, so dass ein räumlicher Durchschnitt von Bildwerten einen räumlichen Durchschnitt von Druckerwerten annähert, wie an der Bildwerteskala gemessen. Tinte wird an den Pixelorten auf der Druckfläche in Mengen abgesetzt, die in etwa proportional zu den Druckerwerten sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorangehende Erläuterung wird leichter anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung verstanden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Figuren genommen wird, worin:
1A ein beispielhaftes Lasersignal mit einem großen Bereich von Werten als eine Funktion einer Pixelnummer aufträgt; 1B eine Auftragung der Liniendicke gegen Pixelnummer für das beispielhafte Lasersignal von 1A ist; 1C die durch das beispielhafte Lasersignal von 1A erzeugte Tonerlinie zeigt; 1D ein anderes beispielhaftes Lasersignal als eine Funktion der Pixelnummer aufträgt; und 1E die auftreffende Laserleistung als eine Funktion eines Abstandes auf der Tonerwalze aufträgt;
2A ein beispielhaftes Lasersignal, welches eine Anzahl von geringen Werten umfasst, als eine Funktion der Pixelnummer aufträgt; 2B eine Auftragung der Liniendicke gegen Pixelnummer für das beispielhafte Lasersignal von 2A ist; und 2C die durch das beispielhafte Lasersignal von 2A erzeugte Tonerlinie zeigt;
3A ein beispielhaftes Lasersignal aufträgt, welches eine Zahl von hohen Werten als eine Funktion der Pixelnummer aufträgt; 3B eine Auftragung der Liniendicke gegen Pixelnummer für das beispielhafte Lasersignal von 3A ist; und 3C die durch das beispielhafte Lasersignal von 3A erzeugte Tonerlinie zeigt;
4A Tonerdichte gegen Druckerwert für einen typischen einzelne Pixel druckenden Laserdrucker und einen Fontsatz entsprechend der vorliegenden Erfindung anzeigt; und 4B eine Neuzuordnung von Druckerwerten anzeigt, die verwendet wird, um Einschränkungen des dynamischen Bereiches des Laserdruckers zu kompensieren;
5A in Blockdiagrammform ein Computersystem zeigt, das die vorliegende Erfindung beinhaltet; 5B ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens anzeigt; 5C ein Blockdiagramm einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung anzeigt; 5D ein Blockdiagramm der Vorrichtung von 5C mit einem Ditherer anzeigt, der zum Ausführen der Funktion der Halbtoneinheit verwendet wird; und 5E ein Blockdiagramm der Vorrichtung von 5C mit einem Fehlerdiffusor anzeigt, der verwendet wird, um die Funktion der Halbtoneinheit auszuführen;
6A eine Skala anzeigt, die an der linken Seite mit Abtastwerten für einen einzelnen Pixel abgestuft ist und auf der rechten Seite mit Druckerwerten für einen einzelnen Pixel abgestuft ist;
6B eine Skala anzeigt, die auf der linken Seite mit Abtastwerten für eine 3×3-Fontzelle abgestuft ist und auf der rechten Seite mit Druckerwerten für eine 3×3-Fontzelle abgestuft ist; und 6C die Beziehung zwischen einem bestimmten Abtastwert und den zwei nächsten Druckerwerten zeigt;
7A eine beispielhafte rechteckige Dither-Matrix zeigt, 7B eine Pixelebene zeigt, die mit der Dither-Matrix von 7A fliesenartig bedeckt (tiled) ist, und 7C eine Pixelebene zeigt, die mit nicht rechteckigen Dither-Matrizen fliesenartig bedeckt ist;
8A einen ersten bevorzugten Satz von Fonts für eine 3×3-Zelle zeigt; 8B einen zweiten bevorzugten Satz von Fonts für eine 3×3-Zelle zeigt; 8C einen Satz von Fonts für eine 2×2-Zelle zeigt; und 8D einen Satz von Fonts für eine 1×3-Zelle zeigt;
9A einen beispielhaften hellen Bereich zeigt, der durch ein Druckermodul nicht getreu reproduziert werden kann, und 9B die dem Bereich von 9A entsprechenden Fontzellen zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Blockdiagramm des Verfahrens 500 der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist in 5B gezeigt. Das Verfahren 500 beginnt mit einem Farbabgleichschritt 510, welcher additive Farbpixeldaten empfängt, wie beispielsweise die durch einen Abtaster erzeugten, und durch einen Drucker zu benutzende subtraktive Farbpixeldaten erzeugt. Entsprechend Industriestandards sind die additiven Farbdaten in dem RGB (d.h. "Rot/Grün/Blau")-Farbraum und die subtraktiven Farbdaten sind in dem CMYK-(d.h. "Zyan/Magenta/Gelb/Schwarz")-Farbraum. Vorzugsweise ist das Kalibrierungssystem des Farbabgleichschritts 510 entsprechend dem US-Patent Nr. 5,809,213 von Bhattacharjya implementiert, mit dem Titel Automatic Color Calibration of a Color Reproduction System (Automatische Farbkalibrierung eines Farbreproduktionssystems).
Kurz gesagt, wendet dieses Kalibrierungssystem eine nichtlineare Interpolationstechnik auf eine relativ kleine Zahl gemessener von Farbbildpatches erzeugten Abtastwerten an, um eine Farb-Nachschlagetabelle mit einer größeren Anzahl an darin gespeicherten Kalibrationswerten bereitzustellen.
Die durch den Farbabgleichschritt 510 erzeugten CMYK-Daten werden an einen Dot-Gain-Kompensierungsschritt 515 gerichtet, vorzugsweise entsprechend dem Kompensationssystem, das in dem US-Patent Nr. 5,568,572 von Joseph S. Shu mit dem Titel Method and Apparatus for Tonal Correction in Binary Printing Devices by Predistortion of Image Data (Verfahren und Vorrichtung zur tonalen Korrektur bei binär druckenden Geräten durch Vorverzerrung von Bilddaten) beschrieben ist.
Kurz gesagt, filtert dieser Dot-Gain-Kompensierungsprozess die Pixeldaten durch Anwendung einer Filterfunktion, welche die hellen Bereiche und Bereiche im oberen Mitteltonbereich des Bildes aufhellt und die Schattenbereiche und Bereiche eines unteren Mitteltones des Bildes abdunkelt. Die Ausgabe des Dot-Gain-Kompensierungsschritts 515 sind modifizerte CMYK-Daten und in 5B als C'M'Y'K' dargestellt.
Das Verfahren 500 fährt mit einem Zelldefinitionsschritt 520 fort, wo die Länge NL einer Zelle in Pixeln entlang der Abtastrichtung und die Breite NW der Zelle in Pixeln quer zu der Abtastrichtung definiert sind. (Obwohl die vorliegende bevorzugte Ausführungsform rechteckige Zellen verwendet, können Zellen jeglicher Form verwendet werden, welche eine Ebene fliesenartig bedecken.) Die für die Zelle ausgewählten Abmessungen sind eine Funktion der gewünschten Auflösung des Druckerbildes. Wenn R1 × R2 die Auflösung des Druckers ist, dann werden NL × NW Zellen eine Auflösung von R1/NL × R2/NW erzeugen, da die NL×NW-Zelle wirksam ein Pixel des Bildes von reduzierter Auflösung wird. Für einen Laserdrucker beispielsweise, welcher bei 600 lpi abtastet und jede Abtastzeile eine Auflösung von 600 dpi aufweist, erzeugen Zellen, welche Abmessungen von NL = 3 und NW = 2 haben, ein Bild mit 300 lpi und 200 dpi.
Das Verfahren 500 fährt mit einem Fontdefinitionsschritt 523 fort, wo ein Fontsatz für die in dem Zelldefinitionsschritt 520 spezifizierte Zellgröße definiert ist. Wie ausführlich unten beschrieben, besteht der Fontsatz aus einem indexierten Satz von Zellen, wobei jedes Element des Satzes ein "Font" mit einem spezifizierten Muster von Druckerwerten für die Pixel der Zelle ist. Der Fontsatz hat die Eigenschaften, dass: In der Fontzelle mit einem Fontindexwert von Null alle Druckerpixelwerte Null sind; in der Fontzelle mit einem Fontindexwert von Eins alle Druckerpixelwerte Null sind, außer für einen einzelnen Pixel mit einem Abschneidewert eines isolierten einzelnen Pixels; mit jeder Inkrementierung um eine Einheit des Fontindex' ein Druckerpixelwert für ein Pixel in der Zelle um eine Einheit inkrementiert wird, so dass alle Druckerpixelwerte Null sind, außer für Pixel in einer Zeile entlang der Abtastrichtung; und die letzte Fontzelle aus einer Zeile von Pixeln entlang der Abtastrichtung mit einem Druckerpixelwert einer vollen Zellbreite und Pixeln vom Wert Null ansonsten besteht.
Die Daten werden dann an einen Multilevel-Halbtonschritt 525 gerichtet, wo jede Komponente der C'M'Y'K'-Daten einem Bereich von Werten zugeordnet werden, der zur Verwendung durch ein Druckermodul 540 geeignet ist. Wenn jede Komponente der C'M'Y'K'-Daten von einem Abtaster erhalten wird, ist sie typischerweise eine 8-Bit-Zahl, und daher weist jede Komponente einen Ganzzahlwert zwischen 0 und 255 auf. Solche Daten werden als "Abtastwerte" bezeichnet. Typischerweise weist jede Komponente der durch das Druckermodul verwendeten Daten (d.h., "Druckerdaten") einen Ganzzahlwert zwischen einem Wert von 0 und einem Wert von 32 auf, wobei der Wert 32 der Wert einer vollen Pixelbreite PP ist.
Die Beziehung von Abtastdatenwerten zu Druckerdatenwerten für einen Pixel ist durch den Multilevel-Halbtonschritt von 6A gezeigt, wo die Höhe der Skala 605 in 255 gleichen Inkrementen auf der linken Seite 610 abgestuft und in 32 gleichen Inkrementen auf der rechten Seite 615 abgestuft ist, da ein Laserwert von 32 einen Tintenbereich mit der Breite eines einzelnen Pixels erzeugen wird. Erfindungsgemäß werden jedoch die Abtastwerte innerhalb einer Zelle summiert und Fontindexwerten zugeordnet, wie ausführlich unten beschrieben. 6B zeigt die Beziehung von Abtastwerten 611 für eine 3×3-Zelle zu Fontindexwerten 616 für eine 3×3-Zelle. Unter der Annahme, dass die Abtastwerte eines einzelnen Pixels in einen Bereich von 0 bis 255 liegen, gibt es einen Bereich von 2295 = 9 × 255 für eine 3×3-Zelle und, wie ausführlich unten gezeigt, liegen die Fontindexwerte für eine 3×3-Zelle im Bereich von 0 bis 262.
Es sei angemerkt, dass die Abtastwertabstufungen auf der linken Seite 610 der Skala 605 im Allgemeinen nicht an denselben Positionen auftreten, wie die Druckerwertabstufungen entlang der rechten Seite 615 der Skala 605. Ein Druckerwert von (SV/Δ) wird daher, wie in 6C gezeigt, im Allgemeinen zwischen zwei Ganzzahlwerten A und B fallen, wobei Δ = SM/PM, PM der Maximumdruckerwert ist und SM der Maximumabtastwert ist.
Unter der Voraussetzung, dass der Abstand zwischen (SV/Δ) und dem Ganzzahldruckerwert A X ist, und der Abstand zwischen (SV/Δ) und dem Ganzzahldruckerwert B dann (1 – X) ist, muss, um eine getreue Ton-Reproduktion eines Bereiches mit einem Druckerwert von (SV/Δ) bereitzustellen, ein Mittel erreicht werden, um X % der Pixel in dem Bereich mit einem Druckerwert von B und (1 – X) % der Pixel in dem Bereich mit einem Druckerwert von A zu drucken.
Ein Halbtonverfahren, wie beispielsweise Fehlerdiffusion oder Dithering wird verwendet, um sicherzustellen, dass ein durchschnittlicher Druckerwert PV gleich (SV/Δ) ist, d.h., dass der durchschnittliche Druckerwert PV gleich dem entsprechenden Abtastwert SV ist, wie er an der Druckerwerteskala gemessen wird. Dies stellt wirksam Bereiche mit einem räumlich gemittelten Druckerwert gleich einem räumlich gemittelten Abtastwert bereit, da das Auge dazu neigt, Fluktuationen mit Wellenlängen in der Ordnung der Pixel-zu-Pixel-Trennung zu mitteln.
Gemäß dem Fehlerdiffusionsverfahren kann der an einem bestimmten Pixel erzeugte Fehler an eine Gruppe von Nachbarpixeln übergeben werden. Als ein Beispiel sei der Fall angenommen, wo der Fehler an dem (i – 1)-ten Pixel entlang einer Abtastzeile zu dem nächsten Pixel addiert wird, d.h. den i-ten Pixel. In diesem Falle ist der Druckerwert PV(i) an dem aktuellen Pixel (d.h. dem i-ten Pixel) gleich PV(i) = [SV(i)/Δ + E(i – 1) + 1/2],wo E(i – 1) ein an dem vorangehenden Pixel erzeugter Fehlerwert ist, und die eckigen Klammern eine Trunkation zu der nächst kleineren Ganzzahl anzeigen. Der Fehlerausdruck E(i) an dem i-ten Pixel ist definiert als E(i) = SV(i)/Δ + E(i – 1) – [SV(i)/A + E(i – 1) + 1/2].
Beispielsweise sei angenommen, dass PM = 32 und SM = 255, so dass Δ ≅ 7.96875 ist. Wenn der Abtastwert SV eines bestimmten Pixels 20 ist und der Fehler von dem vorangegangenen Pixel 0,452 war, dann wird der Wert ((32 × 20/255) + 0,452 + 0,5) = 3,46180 zu der nächsten Ganzzahl trunkiert, so dass ein Druckerwert PV von 3 bereitgestellt ist, und der Fehler –0,03820 wird zu dem nächsten Pixel addiert. Wenn der Abtastwert SV des nächsten Pixels 37 ist, wird dann, weil der Fehler von dem vorangegangenen Pixel –0,03820 war, der Wert ((32 × 37/255) – 0,03820 + 0,5) = 5,10494 dann zu der nächsten Ganzzahl trunkiert, so dass ein Druckerwert PV von 5 bereitgestellt wird, und der Fehler –0,39506 wird zu dem nächsten Pixel addiert, usw.
Erfindungsgemäß wird der Druckerwert PV an dem (i,j)-Pixel zu dem Abtastwert SV an dem (i,j)-Pixel durch PV(i,j) = [(SV(i,j) + M(modM1(i), modM2(j)))/Δ]in Beziehung gesetzt, wobei M eine M1×M2-Dither-Matrix mit pseudozufällig zwischen Null und ([Δ + 0,5] –1) verteilten Werten ist, und die eckigen Klammern eine Trunkierung zu der nächstkleineren Ganzzahl anzeigen. Die Addition von kleinen Zufallwerten zu dem Abtastwert SV(i,j) vor der Trunkierung dient dazu, einige Druckerwerte PV(i,j) zufällig anzuheben, so dass sie gleich ([SV(i,j)/Δ] +1) sind und den Rest der Argumente bei [SV(i,j)/Δ] in den Proportionen von (1 – X) % bzw. X % zu trunkieren, wie oben erläutert.
7A zeigt eine beispielhafte 5×5-Dithermatrix 700 für den Fall, wo Δ = 255/32 = 7,96875 ist. Wie durch Überprüfung bestimmt werden kann, weist die 5×5- Dithermatrix 700 in etwa eine gleiche Anzahl von Einträgen von jedem Wert zwischen 0 und 7 auf (in diesem bestimmten Fall gibt es drei Einträge von jedem Wert zwischen 0 und 7, ausgenommen dass es vier 4en gibt). Wie durch 7B gezeigt, ist die Addition von M(modM1(i), modM2(j)) zu dem Abtastwert SV(i,j) äquivalent zum fliesenartigen Abdecken des Pixelbildes mit Dithermatrizen 700 und die Auswahl des Eintrags in der Dithermatrix M entspricht dem bestimmten Pixel (i,j). Beispielsweise entspricht für eine 5×5-Dithermatrix der Pixel (46, 74) dem Eintrag (1, 4) in der Dithermatrix M (wo der Eintrag in der oberen linksseitigen Ecke der Matrix als der Eintrag (0, 0) notiert ist), und falls der Pixel (46, 74) einen Wert von 134 hat, ist der sich ergebende Druckerwert PV(i,j) [(134 + 1)/7,96875] = 16.
Obwohl allgemein rechteckige Dithermatritzen verwendet werden, sei es angemerkt, dass die Dithermatrix jegliche Form haben kann, welche die Ebene fliesenartig abdecken kann, wie durch das fliesenartige Abdecken der Ebene mit einer nicht rechteckigen sechselementigen Dithermatrix in 7C gezeigt ist. Es sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung auf die Addition von zufälligen Werten zu den Abtastwerten SV(i,j) gerichtet ist, so dass eine Ganzzahlrundung Druckerwerte PV(i,j) erzeugt, welche, wenn räumlich gemittelt, räumlich gemittelte Abtastwerte SV(i,j) annähern, wie an der Druckerwerteskala gemessen.
Sobald die Abtastwerte SV durch den Multilevel-Halbtonschritt 525 konvertiert wurden, werden Zellen von Druckerwerten PV unter Verwendung eines Fontindexierverfahrens 530 Fontzellen zugeordnet. Wenn beispielsweise bei der Zelldefinitionsstufe 520 definiert wurde, dass die Zellgröße 3 × 3 ist, würde ein Fontsatz von 3×3-Zellen erforderlich sein. Ein beispielhafter 3×3-Fontsatz gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in 8A gezeigt, und es ist wichtig, anzumerken, dass jeder Font durch ein Lasermodul mit Einschränkungen wie beispielsweise einem Abschneidewert für isolierte Einzelpixel PC1 und einem Abschneidewert für isolierte Doppelpixel PC2 druckbar ist, und der Fontsatz so gewählt ist, dass Differenzen von insgesamt abgesetzter Tinte zwischen aufeinander folgenden Fontzellen minimiert ist. Es sei auch angemerkt, dass in all den unten beschriebenen Fontsätzen gilt: In der Fontzelle mit einem Fontindexwert Null sind alle Druckerpixelwerte Null; in der Fontzelle mit einem Fontindexwert Eins sind alle Druckerpixelwerte Null, ausgenommen für einen einzelnen Pixel mit einem Abschneidewert eines isolierten Einzelpixels; während der Fontindexwert von aufeinander folgenden Fontzellen inkrementiert wird, wird ein Druckerpixelwert inkrementiert, so dass alle Druckerpixelwerte Null sind, ausgenommen für eine Gruppe von benachbarten Pixeln in einer Zeile entlang der Abtastrichtung; und die letzte Fontzelle besteht aus einer Zeile von Pixeln entlang der Abtastrichtung mit einem Druckerpixelwert einer vollen Zellbreite (full-cell-width Printer Pixel value) und ansonsten Pixeln vom Wert Null. Für alle Fontzellen (ausgenommen den Fontzellen, die dem Fontindexwert Null entsprechen) haben die Nicht-Null-Pixel einen Wert, der kleiner ist als ein Druckerpixelwert einer vollen Zellbreite und wenigstens ein Pixel hat einen Wert, der größer ist als der Abschneidewert des isolierten Einzelpixels. Grob gesagt, ist die Tonerlinienbreite proportional zu dem Lasersignal, so dass, falls der Druckerwert einer vollen Pixelbreite 32 ist, dann in der vorliegenden Beschreibung für den Druckerwert einer vollen Zellbreite für eine 2×2-Zelle angenommen wird, dass er 64 ist (was zu einer Auflösung von 300 lpi × 300 dpi führt), für den Druckerwert einer vollen Zellbreite für eine 3×3-Zelle angenommen wird, dass er 96 ist (was zu einer Auflösung von 200 lpi × 200 dpi führt), für den Druckerwert einer vollen Zellbreite für eine 4×4-Zelle angenommen wird, dass er 128 ist (was zu einer Auflösung von 150 lpi × 150 dpi führt).
Es wird angenommen, dass der Druckerpixelwert einer vollen Zellbreite für 3×3-Zellen, d.h., der Laserwert, der eine Tonerlinienbreite von 3 Pixeln erzeugen wird, 96 beträgt. Es wird angenommen, dass der Druckerpixelwert einer vollen Zellbreite für 3×3-Zellen, d.h., der Laserwert, der eine Tonerlinienbreite von 3 Pixeln erzeugen wird, 96 beträgt. Wie zuvor wird es angenommen, dass der Abschneidewert für isolierte Einzelpixel PC1 des Lasermoduls 27 beträgt, der Abschneidewert für isolierte Doppelpixel 15 beträgt und die Abtastrichtung des Laserdruckers entlang der vertikalen Richtung ist. Wie in 8A gezeigt, hat die Fontzelle mit einem Fontindexwert x von Null (d.h., die nullte Zelle, bezeichnet als x = 0, was tatsächlich die in 8A gezeigte erste Zelle ist) Einträge von Null in jedem der neun Pixel der Zelle. (Zur Erinnerung, dass der Wert einer vollen Pixelbreite 32 ist, sind alle Einträge in den Fontzellen der 8A-D als Zähler über dem Nennerwert von 32 geschrieben.) Die Fontzelle mit einem Fontindexwert x von 1 (d.h., die erste Zelle) hat Einträge von Null in jedem der Pixel, ausgenommen für einen Wert von 27 in dem Mittelpixel, und da dieser Pixel einen dem Abschneidewert für einen isolierten Einzelpixel PC1 gleichen Wert aufweist, ist er druckbar. Die zweite Fontzelle hat Einträge von Null in jedem der Pixel, ausser für einen Wert von 28 in dem Mittelpixel, die dritte Zelle hat Einträge von Null in jedem der Pixel, ausgenommen für einen Wert von 29 in dem Mittelpixel, usw., bis zu der sechsten Zelle, welche Einträge von Null außer für einen Wert von 32 im Mittelpixel hat, und natürlich ist jede dieser Fontzellen auch druckbar. Für Fontzellen von der siebten Zelle bis zu der achtunddreißigsten Zelle hat der Mittelpixel den Wert einer vollen Pixelbreite von 32, und die Zelle direkt über der Mittelzelle hat zunehmende Werte von 1 bis 32 und, da der Durchschnittswert der zwei benachbarten Nicht-Null-Pixel größer ist als der Abschneidewert für einen isolierten Doppelpixel PC2, sind diese Fontzellen druckbar. Für die siebte Zelle hat der Mittelpixel beispielsweise einen Wert von 32 und der Pixel über der Mittelzelle hat einen Wert von 1, für die achte Zelle hat der Mittelpixel einen Wert von 32 und der Pixel über der Mittelzelle hat einen Wert von 2, usw., bis zu der achtunddreißigsten Zelle, wo der Mittelpixel einen Wert von 32 hat und der Pixel über der Mittelzelle auch einen Wert von 32 hat. Für Fontzellen von der neununddreißigsten Zelle bis zu der siebzigsten Zelle hat der Mittelpixel den Wert einer vollen Pixelbreite von 32, der Pixel über dem Mittelpixel hat den Wert für eine volle Pixelbreite von 32, und die Zelle direkt unter der Mittelzelle hat zunehmende Werte von 1 bis 32. Für Fontzellen von der einundsiebzigsten Zelle bis zu der zweihundertzweiundsechzigsten Zelle sind die Pixel in der Mitte der Mittelspalte, dem oberen Teil der Mittelspalte und dem unteren Teil der Mittelspalte aufeinander folgend um eine Einheit vergrößert. Beispielsweise hat der Mittelpixel für die einundsiebzigste Zelle einen Wert von 33, und der Pixel über dem Mittelpixel hat einen Wert von 32, und der Pixel unter dem Mittelpixel hat einen Wert von 32; für die zweiundsiebzigste Zelle hat der Mittelpixel einen Wert von 33, und der Pixel über dem Mittelpixel hat einen Wert von 33, und der Wert unter dem Mittelpixel hat einen Wert von 32; für die dreiundsiebzigste Zelle hat der Mittelpixel einen Wert von 33, und der Pixel über dem Mittelpixel hat einen Wert von 33, und der Pixel unter dem Mittelpixel hat einen Wert von 33; für die vierundsiebzigste Zelle hat der Mittelpixel einen Wert von 34 und der Pixel über dem Mittelpixel hat einen Wert von 33, und der Pixel unter dem Mittelpixel hat einen Wert von 33; usw., bis zu der zweihundertzweiundsechzigsten Zelle, wo der Mittelpixel den Maximumdruckerwert von 96 hat, und der Pixel über dem Mittelpixel den Maximumdruckerwert von 96 hat, und der Pixel unter dem Mittelpixel den Maximumdruckerwert von 96 hat.
Es sei angemerkt, dass für die Fontzellen von 8A (ausgenommen die nullte Zelle) die Summe der Pixelwerte in einer Zelle, minus 26, gleich dem Kennzeichenwert der Zelle ist, oder mathematisch: x = (Σ Pixelwert) – 26 Zelle
Das heißt, dass die Gesamtdichte von Toner in jeder Zelle um eine Einheit mit jeder aufeinander folgenden Fontzelle wächst. Jede dieser Fontzellen ist druckbar, und (ausgenommen für die Lücke zwischen der gesamten Tonerdichte der nullten und ersten Fontzellen) die Differenz zwischen der Gesamttonerdichte von aufeinander folgenden Fontzellen ist minimiert. Durch Konsolidieren der Druckerwerte in jeder Zelle verbleibt daher nur eine Unstetigkeit zwischen den Druckerwerten und der Gesamttonerdichte, und dies ist die mit Gesamttonerdichten in einer Zelle von 1 bis 26 verbundene Lücke.
Der Vorteil eines Zuordnens von Pixelwerten zu den erfindungsgemäßen Fontzellen wird durch Betrachtung des beispielhaften hellen Bereiches mit Pixelwerten wie in 9A gezeigt, illustriert. Weil die isolierten einzelnen Pixel mit einem Nicht-Null-Wert einen Wert unterhalb des Abschneidewertes für isolierte Einzelpixel PC1 haben und die isolierten Paare von Pixeln mit einem Nicht-Null-Wert Werte unterhalb des Abschneidewertes für isolierte Doppelpixel PC2 haben, usw., ist das Druckermodul nicht in der Lage, einen Toner in diesem Bereich abzusetzen. Wenn jedoch die Druckerwerte in jeder 3×3-Zelle summiert werden und eine Fontzelle mit demselben Wert wie die Summe der Druckerwerte ersetzt wird, werden die in 9B gezeigten druckbaren Zellen von Pixelwerten erzeugt, wo die Pixel Werte von Null haben, außer für die zweiten, fünften und achten Pixel in der mittleren Spalte, die Werte von 30, 31 bzw. 32 aufweisen. Die durch den Font erzeugte Zunahme im dynamischen Bereich ist in 4A dargestellt. In dem Beispiel der 9A und 9B beispielsweise, wo eine 3×3-Zelle verwendet wird, verringert sich der Minimumdruckerwert, welcher eine Nicht- Null-Tonerdichte erzeugt, um einen Faktor von 9 von R1 auf R1'.
Es sei angemerkt, dass es eine Vielzahl von Fonts gibt, die die Eigenschaften aufweisen, dass: In der Fontzelle mit einem Fontindexwert von Null alle Druckerpixelwerte Null sind; in der Fontzelle mit einem Fontindexwert von Eins alle Druckerpixelwerte Null sind, außer für einen einzelnen Pixel mit einem Abschneidewert für einen isolierten Einzelpixel; während der Fontindexwert von aufeinander folgenden Fontzellen inkrementiert wird, ein Druckerpixelwert inkrementiert wird, so dass alle Druckerpixelwerte Null sind, außer für Pixel in einer Zeile entlang der Abtastrichtung; und die letzte Fontzelle besteht aus einer Zeile von Pixeln entlang der Abtastrichtung mit einem Druckerpixelwert für eine volle Zellenbreite, und ansonsten Pixeln vom Wert Null.
Eine beispielhafte Alternative zu dem Fontsatz von 8A ist in 8B gezeigt. Wie zuvor, hat die nullte Zelle (die tatsächlich die in 8B gezeigte erste Zelle ist) Einträge von Null in jedem der neun Pixel der Zelle; die erste Zelle hat Einträge von Null in jedem der Pixel, außer für einen Wert von 27 (der Abschneidewert für einen isolierten Einzelpixel PC1) in dem Mittelpixel; die zweite Zelle hat Einträge von Null in jedem der Pixel, außer für einen Wert von 28 in dem Mittelpixel, usw., bis zu der sechsten Zelle, welche Einträge von Null hat, außer für einen Wert von 32 in dem Mittelpixel. Für Fontzellen von der siebten Zelle bis zu der siebzigsten Zelle hat der Mittelpixel dann den Wert einer vollen Pixelbreite von 32, und die Zellen direkt über und unter der Mittelzelle werden abwechselnd inkrementiert, bis die Zellen direkt über und unter der Mittelzelle einen Wert von 32 erreichen. Beispielsweise hat für die siebte Zelle der Mittelpixel einen Wert von 32, hat der Pixel über ihm einen Wert von 1, und haben alle die anderen Pixel Werte von 0; für die achte Zelle hat der Mittelpixel einen Wert von 32 und die Pixel über und unter ihm haben Werte von 1; für die neunte Zelle hat der Mittelpixel einen Wert von 32, der Pixel über ihm hat einen Wert von 2, der Pixel unter ihm hat einen Wert von 1, und alle die anderen Pixel haben Werte von 0, usw., bis zu der siebzigsten Zelle, wo der Mittelpixel und die Pixel direkt über und unter ihm Werte von 32 haben. Für die Fontzellen von der einundsiebzigsten Zelle bis zu der hundertvierunddreißigsten Zelle wird der Wert des Mittelpixels um eine Einheit inkrementiert, so dass der Mittelpixel für die einundsiebzigste Zelle einen Wert von 33 hat, die Pixel direkt über und unter dem Mittelpixel einen Wert von 32 haben, und alle anderen Pixel in der Zelle einen Wert von Null haben; für die zweiundsiebzigste Zelle hat der Mittelpixel einen Wert von 34, die Pixel direkt über und unter dem Mittelpixel haben Werte von 32, und alle anderen Pixel in der Zelle haben einen Wert von Null; usw., bis zu der hundertvierunddreißigsten Zelle, wo der Mittelpixel einen Wert von 96 (den Maximumpixelwert) hat, die Pixel direkt über und unter dem Mittelpixel Werte von 32 haben, und alle anderen Pixel in der Zelle einen Wert von Null haben. In ähnlicher Weise wird der Wert des Pixels über dem Mittelpixel für die Fontzellen von der einhundertfünfunddreißigsten Zelle bis zu der einhundertachtundneunzigsten Zelle um eine Einheit inkrementiert, so dass der Mittelpixel für die einhundertfünfunddreißigste Zelle einen Wert von 96 hat, der Pixel direkt über dem Mittelpixel einen Wert von 33 hat, der Pixel direkt unter dem Mittelpixel einen Wert von 32 hat, und alle anderen Pixel in der Zelle einen Wert von Null haben; für die einhundertsechsunddreißigste Zelle hat der Mittelpixel einen Wert von 96, der Pixel direkt über dem Mittelpixel hat einen Wert von 34, der Pixel direkt unter dem Mittelpixel hat einen Wert von 32, und alle anderen Pixel in der Zelle haben einen Wert von Null; usw. Schließlich haben für die Fontzellen von der einhundertneunundneunzigsten Zelle bis zu der zweihundertzweiundsechzigsten Zelle der Mittelpixel und die Pixel über dem Mittelpixel Werte von 96, und der Wert des Pixels unter dem Mittelpixel ist um eine Einheit inkrementiert. Für die einhundertneunundneunzigste Zelle haben der Mittelpixel und die Pixel über ihm Werte von 96, und der Pixel direkt unter dem Mittelpixel hat einen Wert von 33, für die zweihundertste Zelle haben der Mittelpixel und der Pixel über ihm Werte von 96, und der Pixel direkt unter dem Mittelpixel hat einen Wert von 34, usw., bis zu der zweihundertzweiundsechzigsten Zelle, wo der Mittelpixel und die Pixel über und unter ihm Werte von 96 haben.
Die 3×3-Fontzellen reduzieren die Auflösung vertikal und horizontal um einen Faktor von drei, so dass ein 600 lpi (Zeilen pro Zoll) × 600 dpi (Dots pro Zoll)-Laserdrucker eine Auflösung von 200 dpi × 200 dpi haben wird, wenn 3×3-Zellen verwendet werden. Im Allgemeinen können Fontzellen der Abmessung NL × NT verwendet werden, wobei NL eine Ganzzahl ist, die die Länge der Zelle entlang der Abtastrichtung des Lasers darstellt, und NT eine Ganzzahl ist, die die Breite quer zu der Abtastrichtung des Lasers darstellt, und das Produkt (NL·NT) größer ist als eine Einheit, und die sich ergebende Auflösung (600/NL) dpi × (600/NT) lpi ist.
Beispielsweise ist ein Fontsatz für 2×2-Zellen in 8C gezeigt. Wie es der Fall für die Fontsätze für 3×3-Zellen der 8A und 8B der Fall war: Die nullte Zelle (x = 0) hat Werte von Null für jeden Pixel; die erste Zelle (x = 1) hat Werte von Null für jeden Pixel, außer für einen einzelnen Pixel mit einem Wert von 27, dem Abschneidewert für einen isolierten Einzelpixel PC1; die zweite Zelle (x = 2) hat Werte von Null für jeden Pixel, außer für einen einzelnen Pixel mit einem Wert von 28, eins größer als der Abschneidewert für einen isolierten Einzelpixel; usw., bis zu der sechsten Zelle (x = 6), welche Werte von Null für jeden Pixel hat, ausgenommen für einen Einzelpixel mit einem Wert von 32, dem Wert für eine volle Pixelbreite. In dem Falle des bestimmten in 8C gezeigten Fonts, ist der Pixel mit einem Nicht-Null-Wert in der ersten bis zu der sechsten Zelle in der oberen rechtsseitigen Ecke, obwohl jeder Pixel in der Zelle ausgewählt werden kann, die Null-Werte aufzuweisen. Und wie es der Fall für die Fonts für die 3×3-Zellen der 8A und 8B der Fall war, gibt es eine Vielzahl von Wegen, 2×2-Zellen zu definieren, so dass der Unterschied in Gesamttonerdichte von aufeinander folgenden Fontzellen minimiert ist und jede Fontzelle druckbar ist. Wie es der Fall für die Fontsätze für die 3×3-Zellen der 8A der Fall war: Die siebte Zelle hat Werte von Null für jeden Pixel außer für einen Pixel mit einem Wert von 1 und einen Pixel mit einem Wert von 32, den Wert einer vollen Pixelbreite PP; die achte Zelle hat Werte von Null für jeden Pixel außer für einen Pixel mit einem Wert von 2 und einem Pixel mit einem Wert von 32; usw., bis zu der achtunddreißigsten Zelle (x = 38), welche Werte von Null für jeden Pixel hat, außer für zwei Pixel mit Werten von 32. In dem Falle des in 8C gezeigten Fonts ist in der siebten Zelle bis zu der achtunddreißigsten Zelle der Pixel mit einem Wert von 32 in der oberen rechtsseitigen Ecke, und der andere Pixel mit einem Nicht-Null-Wert ist in der unteren rechtsseitigen Ecke, obwohl jedes andere Paar von Pixeln in der Zelle ausgewählt werden kann, die Nicht-Null-Werte aufzuweisen. Für die neununddreißigste bis zu der einhundertdritten Zelle werden die zwei rechtsseitigen Pixel abwechselnd inkrementiert, soviel wie (much as) die Pixelwerte werden in der siebzigsten bis zu der zweihundertzweiundsechzigsten Zelle des Fonts der 8A inkrementiert. Beispielsweise hat die neununddreißigste Zelle einen Wert von 33 in der oberen rechtsseitigen Ecke und einen Wert von 32 in der unteren rechtsseitigen Ecke und Werte von Null an der linken Seite; die vierzigste Zelle hat einen Wert von 33 in der oberen rechtsseitigen Ecke und einen Wert von 33 in der unteren rechtsseitigen Ecke, und Werte von Null an der linken Seite; die einundvierzigste Zelle hat einen Wert von 34 in der oberen rechtsseitigen Ecke und einen Wert von 33 in der unteren rechtsseitigen Ecke, und Werte von Null an der linken Seite; usw., bis zu der einhundertdritten Zelle, die Werte von 64 hat, den Wert einer Doppelpixelbreite, in beiden rechtsseitigen Pixeln.
Es sollte verstanden werden, dass die Zelle nicht quadratisch sein muss, wie durch den Fontsatz der 8D beispielhaft dargestellt, wo die Zellen eine Breite von 3 Pixeln und eine Länge von 1 Pixel haben, und wo, wie zuvor, die Abtastrichtung des Laserdruckers senkrecht ist. Wie es der Fall mit den in 8A, 8B und 8C zeigten Fontsätzen war: Die nullte Zelle (x = 0) hat Werte von Null für jeden Pixel; die erste Zelle (x = 1) hat Werte von Null für jeden Pixel, außer für einen einzelnen Pixel mit einem Wert von 27, dem Abschneidewert für einen isolierten Einzelpixel PC1; die zweite Zelle (x = 2) hat Werte von Null für jeden Pixel, ausgenommen für einen einzelnen Pixel mit einem Wert von 28, eins größer als der Abschneidewert für einen isolierten Einzelpixel PC1; usw., bis zu der sechsten Zelle (x = 6) welche Werte von Null für jeden Pixel hat, außer für einen einzelnen Pixel mit einem Wert von 32, dem Wert für eine volle Pixelbreite. In dem Falle des in 8D gezeigten bestimmten Fonts, ist der Pixel mit einem Nicht-Null-Wert in der ersten bis zu der sechsten Zelle in der Mitte, obwohl jede Spalte in der Zelle ausgewählt werden kann, den Nicht-Null-Wert zu haben. Fährt man fort, hat die siebte Zelle einen Wert von 33 in dem Mittelpixel und Werte von Null in den anderen Pixeln, die achte Zelle hat einen Wert von 34 in dem Mittelpixel und Werte von Null in den anderen Pixeln, usw., bis zu der siebzigsten Zelle, welche einen Wert von 96 in dem Mittelpixel und Werte von Null in den anderen Pixeln hat.
Die erfindungsgemäßen Fontzellen sind ausgewählt, die Unterschiede zwischen Zellen von aufeinander folgenden Fontindexwerten in der gesamten Menge an abgesetztem Toner zu minimieren, und vergrößern den dynamischen Bereich des Druckermoduls, wodurch sie die Getreue der Ton-Reproduktion verbessern. Der dynamische Bereich des Systems wird ferner durch eine Abstimmung des dynamischen Bereiches verbessert. Die Abstimmung für den dynamischen Bereich 535 bezieht die Bestimmung der Kurve von Dichte gegen Fontindexwert von 4A mit ein. Die Fontindexwerte werden dann über die in 4B gezeigte lineare Funktion in dem Multilevel-Halbtonschritt 525 neu zugeordnet, wo ein Fontindexwert von x vor der Abstimmung des dynamischen Bereiches einem Wert von x' zugeordnet wird, wobei X' = R1' + (R2' – R1')·x/Nund N der Maximumfontindexwert ist, und jegliche verbleibenden Nichtlinearitäten in dem Dot-Gain-Kompensationsschritt 515, wie oben erläutert, kompensiert werden.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise in dem Kontext eines Computersystems, wie beispielsweise dem IBM PS/2 oder einem Apple Macintosh Computer ausgeübt. Eine typische Umgebung ist in 5A dargestellt und beinhaltet einen durch eine Zentralverarbeitungseinheit 52 gesteuerten Computer 50, wobei die Zentralverarbeitungseinheit ein herkömmlicher Mikroprozessor sein kann. Eine Anzahl anderer zusätzlicher Einheiten, die alle über einen Systembus 58 miteinander verbunden sind, sind bereitgestellt, um spezielle Aufgaben auszuführen. Obwohl ein bestimmtes Computersystem nur einige der in 5A gezeigten Einheiten aufweisen mag oder zusätzliche nicht gezeigte Komponenten aufweisen mag, werden die meisten Computer wenigstens die gezeigten Einheiten beinhalten.
Der Computer 50 beinhaltet ein Random-Access-Memory (RAM) 56 für eine zeitweilige Speicherung von Informationen, ein Read-Only-Memory (ROM) 54 zu der dauerhaften Speicherung der Computerkonfiguration und grundlegender Betriebskommandos, einen Input-Output-(I/O)-Anschluss 70 zum Verbinden peripherer Geräte, wie beispielsweise ein Diskettenlaufwerk 73, Drucker 75 und Scanner 77 an den Bus 58 über Kabel 72, 74 bzw. 76. Ein Benutzerschnittstellenanschluss 66 ist auch zu der Verbindung von Eingabegeräten, wie beispielsweise einer Maus, Lautsprecher und Mikrofone oder Tastatur 80 an den Bus 58 bereitgestellt. Eine visuelle Ausgabe wird durch einen Anzeigeanschluss 68 bereitgestellt, welcher den Bus 58 an ein Anzeigegerät 82, wie beispielsweise einen Videomonitor, verbindet. Der Computer 50 weist resident ein geeignetes Betriebssystem auf und wird durch dieses gesteuert und koordiniert.
Am relevantesten für die vorliegende Erfindung ist der Drucker 75, welcher typischerweise Bild-, Grafik- und/oder Textinformationen von einem in den RAM 56 residenten Anwendungsprogramm (wie beispielsweise einem Texteditor, Grafikprogramm oder Bildprozessor) annimmt. Eine Steuerung des Druckers 75, einschließlich der Zelldefinition 520, Multilevel-Halbtonschritt 525, Font-Indexierung 530 und Abstimmung des dynamischen Bereiches 535 der vorliegenden Erfindung, können durch geeignete in dem Drucker 75 oder dem Computer 50 residente Hardware- oder Softwaremodule ausgeführt werden. Für gewöhnlich als "Treiber" bekannt, verarbeiten diese Module Rohbilddaten, grafische Informationen und/oder Textinformationen von dem Computer 50, welche möglicherweise von dem Scanner 77 herrühren, in eine Form, die geeignet ist, das Druckermodul 540 direkt zu steuern.
Eine den Verfahren von 5B entsprechende Vorrichtung 505 ist in 5C gezeigt. Der Farbabgleicher 511 empfängt Pixeldaten einer additiven Farbe, wie beispielsweise die durch einen Scanner erzeugte, und erzeugt durch einen Drucker zu verwendende Pixeldaten von subtraktiver Farbe. Vorzugsweise ist der Farbabgleicher 511 entsprechend der US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 08/678,884 von Joseph S. Shu, mit dem Titel Method and Apparatus for Automatic Color Correction (Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Farbkorrektur), implementiert, wie oben beschrieben. Die durch den Farbabgleicher 511 erzeugten CMYK-Daten werden an einen Dot-Gain-Kompensator 516 gerichtet, welcher vorzugsweise entsprechend dem Kompensationssystem implementiert ist, das in dem US-Patent Nr. 5,568,572 von Joseph S. Shu, mit dem Titel Method and Apparatus for Tonal Correction in Binary Printing Devices by Predistortion of Image Data, beschrieben ist, wie ebenso oben beschrieben ist. Der Ausgang des Dot-Gain-Kompensators 516 sind modifizierte CMYK-Daten, die in 5C als C'M'Y'K' dargestellt sind. Diese Daten werden dann auf eine Halbtoneinheit 528 gerichtet, welche eine Halbtonoperation durchführt, wobei jede Komponente der C'M'Y'K'-Daten einem Bereich von Werten zugeordnet wird, der für eine Verwendung durch ein Druckermodul 541 geeignet ist, so dass räumlich gemittelte Druckerwerte räumlich gemittelte Abtastwerte annähern, wie oben in Verbindung mit 5B beschrieben. Der durch die Halbtoneinheit 528 erzeugte Halbton kann durch einen Ditherer 526 durchgeführt werden, wie in der in 5D gezeigten bestimmten Ausführungsform 501 der Vorrichtung 505 von 5C, dargestellt ist, oder durch einen Fehlerdiffusor 527, wie in der in 5E gezeigten bestimmten Ausführungsform 502 der Vorrichtung 505 von 5C dargestellt ist. Die durch den Ditherer 526 bzw. Fehlerdiffusor 527 ausgeführten Dither- und Fehlerdiffusions-Operationen sind oben ausführlich unter Bezugnahme auf das in 5B dargestellte Verfahren erläutert.
Die Ausgabe der Halbtoneinheit 528 wird an einen Halbton-Font-Indexer 531 gerichtet, welcher Multipixelzellen von Druckerwerten mit Abmessungen, die durch die Zellabmessungsdefinitionseinheit 521 bestimmt wurden, Halbtonfonts zuordnet, die in dem Fontzellgenerator 522 gespeichert sind. Die Zellabmessungsdefinitionseinheit 521 kann aus Speicherregistern zum Speichern der Zelllänge NL und der Zellbreite NW bestehen, und kann Mittel zum Abfragen eines Endbenutzers nach der gewünschten Auflösung des Druckerbildes und Berechnen der Zelllänge NL und der Zellbreite NW auf der Grundlage der gewünschten Auflösung umfassen. Wie ausführlich oben in Verbindung mit 8A, 8B, 8C und 8D erläutert, haben die in dem Fontzellengenerator 522 gespeicherten oder durch diesen erzeugten Fontzellen die folgenden Eigenschaften: In der Fontzelle mit einem Fontindexwert von Null sind alle Druckerpixelwerte Null; in der Fontzelle mit einem Fontindexwert von Eins sind alle Druckerpixelwerte Null außer einem einzelnen Pixel mit einem Abschneidewert eines isolierten Einzelpixels; während der Fontindexwert aufeinander folgender Fontzellen inkrementiert wird, wird ein Druckerpixelwert inkrementiert, so dass alle Druckerpixelwerte Null sind, außer für eine Gruppe benachbarter Pixel in einer Zeile entlang der Abtastrichtung; die letzte Fontzelle besteht aus einer Zeile von Pixeln entlang der Abtastrichtung mit einem Druckerpixelwert einer vollen Zellbreite, und Pixeln vom Wert Null ansonsten; für alle Fontzellen (ausgenommen die dem Fontindexwert von Null entsprechenden Fontzelle) haben die Nicht-Null-Pixel einen geringeren Wert als ein Druckerpixelwert einer vollen Zellbreite; und wenigstens ein Pixel hat einen Wert, der größer ist, als der Abschneidewert des isolierten Einzelpixels. Dadurch hat die durch den Halbton-Font-Indexer 531 erzeugte Fontzell-Ausgabe einen vergrößerten dynamischen Bereich und glattere Übergänge zwischen Tönen, wodurch, wie ausführlich oben beschrieben, die Getreue der Ton-Reproduktion verbessert ist. Schließlich wird die Ausgabe des Halbton-Font-Indexers 531 an einen Abstimmer für einen dynamischen Bereich 536 gerichtet, wo die Fontindexwerte entsprechend der in 4B gezeigten linearen Funktion auf der Grundlage der Bestimmung der Kurve von Dichte gegen Fontindexwert der 4A neu zugeordnet und durch das Druckermodul 541 gedruckt werden.
Es sollte verstanden werden, dass die Blockeinheiten der 5B, 5C, 5D und 5E unter Verwendung eines programmierten digitalen Allzweckcomputers implementiert werden können, wobei anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise verwendet werden, die ein Netz von miteinander verbundenen herkömmlichen Komponenten und Schaltkreisen verwenden oder eine Multithreaded-Multitasking-Umgebung verwenden. Alternativ kann man die Blockeinheiten der 5C-E als eine Reihe von Spezialcomputern ansehen, von denen jeder seine eigene CPU enthält, um die entsprechenden Verfahren zu implementieren, oder als durch einen Computer verwendbare Medien mit computerlesbarem Programmcode, oder sogar als Hardwareimplementationen der Verfahren darstellen. Ferner kann die oben beschriebene Erfindung als eine Komponente eines herkömmlichen prozessorbetriebenen Bildgebungsgerätes implementiert sein, wie beispielsweise ein Faxgerät, Kopiergerät, oder dergleichen. Zusammengefasst sollte der Fachmann leicht verstehen, dass diese Funktionen definierenden Programme einem Computer in vielen Formen zugeführt werden können, einschließlich aber nicht begrenzt auf: (a) Auf einem nicht beschreibbaren Speichermedium (beispielsweise Nur-Lese-Speichergeräte in einem Computer oder durch eine Computer-I/O-Peripherie lesbare CD-ROM-Disks) permanent gespeicherte Informationen; (b) auf einem beschreibbaren Speichermedium (beispielsweise Floppydisk und Festplatte) änderbar gespeicherte Informationen; oder (c) einem Computer durch Kommunikationsmedien, wie beispielsweise ein Telefonnetz, zugeführte Informationen. Es sollte daher verstanden werden, dass solche Medien, wenn sie solche Informationen tragen, alternative erfindungsgemäße Ausführungsformen darstellen. Ferner sollte es verstanden werden, dass, während der Ausführlichkeitsgrad der in der vorliegenden Beschreibung dargestellten Verfahren und Vorrichtung auf einem Funktionsblocklevel gezeigt wurde, es innerhalb des Bereiches eines Fachmanns ist, die geeigneten bestimmten Schaltkreise zu der Erfüllung dieser Funktionen zu entwickeln.
Die vorangehende Beschreibung der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist nur beispielhaft und andere Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen und Verfahren werden durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt. Nachdem bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben sind, wird es dem Fachmann nun ersichtlich sein, dass andere Ausführungsformen, die deren Konzepte verwenden, verwendet werden können. Es wird daher empfunden, dass diese Ausführungsformen nicht auf die offenbarten Ausführungsformen eingeschränkt werden sollten, sondern vielmehr nur durch den Bereich der angehängten Ansprüche eingeschränkt sein sollten.

Claims

Verfahren zur getreuen Ton-Reproduktion eines Bildes auf einer Druckfläche, umfassend: Erhalten von Bildwerten (SV) für Pixel des Bildes, wobei die Bildwerte (SV) an einer Bildskala (610) mit einem Minimumwert, einem Maximumwert (SM) und gleichen Inkrementen quantisiert sind; Erhalten von entsprechenden Druckerwerten (PV) für die Pixel, wobei die Druckerwerte (PV) an einer Druckerskala (615) mit einem Minimumwert, einem Maximumwert (PM) und gleichen Inkrementen quantisiert sind; Zuordnen des Bild-Minimumwertes zu dem Drucker-Minimumwert und des Bild-Maximumwertes (SM) zu dem Drucker-Maximumwert (PM); Hinzufügen zufälliger Werte zu den Bildwerten (SV); Zuordnen der zufällig eingestellten Bildwerte (SV) zu den Druckerwerten (PV), und wobei, wenn die zugeordneten Druckerwerte (PV) keine Ganzzahlen sind, die zugeordneten Druckerwerte (PV) dann zu der nächsten Ganzzahl trunkiert werden; und Absetzen eines Markiermediums an den Pixeln auf der Druckfläche in Mengen, die annähernd proportional zu den Druckerwerten (PV) sind, wobei, wenn die Minimumwerte null sind, der Druckerwert (PV) an dem Pixel (i,j) unter Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt wird: PV(i,j) = [(SV(i,j) + M(modM1(i), modM2(j)))/(SM ÷ PM)] Gleichung 2,wobei M eine M1×M2-Dither-Matrix mit zufällig zwischen 0 und ([SM ÷ PM + 0,5] – 1) verteilten Werten ist, wobei die rechteckigen Klammern eine Trunkierung zu der nächstkleineren Ganzzahl anzeigen.
Vorrichtung zur getreuen Ton-Reproduktion eines durch ein Druckermodul erzeugten Bildes, wobei das Verfahren gemäß Anspruch 1 verwendet wird, umfassend: Mittel zum Erhalten von Bildwerten (SV) für Pixel des Bildes; und Konversionsmittel zum Zuordnen der Bildwerte (SV) für die Pixel zu Druckerwerten (PV) für die Pixel; wobei das Druckermodul das Markiermedium an den Pixeln auf der Druckfläche aufbringt.