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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf die Halbtonrasterung und auf Verfahren und Vorrichtungen,
die die Erzeugung von Pixeln mehrpegliger Pixelintensität in resultierenden
Druckbildern erlauben, und insbesondere auf ein System und ein Verfahren
zur Verringerung von Texturen zwischen verschiedenen Grautönen sowie
zur Begrenzung des Druckfarbenauftrags bei mehrpegligen Halbtonrasterungsvorgängen durch
Vergleichen jedes Pixelwerts mit allen entsprechenden Halbtonschwellenwerten
und durch Verwendung logischer Pegel zur Erzielung des gewünschten
Werts.
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Üblicherweise
als Halbtonrasterung bezeichnete Codierungsverfahren werden zur
Verringerung der Anzahl der Quantisierungsstufen pro Pixel in einem
digitalen Bild verwendet, wobei der Graueffekt des Bildes bei normaler
Leseentfernung vom Auge erhalten bleibt. Halbtonrasterungsverfahren
werden sehr häufig
zum Drucken und Anzeigen digitaler Bilder eingesetzt. Der Einsatz
von Halbtonrasterungsverfahren ist notwendig, weil es sich bei den
betreffenden physikalischen Verfahren um binäre Verfahren handelt oder die
Verfahren aus Kostengründen, auf
Grund von Beschränkungen
hinsichtlich der Speichergeschwindigkeit oder aus Gründen der
Stabilität bei
Prozessschwankungen auf Binärbetrieb
beschränkt
sind. Beispiele für
derartige Verfahren sind in den meisten Druckpressen, Tintenstrahldruckern und
binären
CRT-Bildschirmen sowie in der Laser-Xerographie anzutreffen.
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Bei der digitalen Reproduktion von
Dokumenten werden Bildinformationen, – unabhängig davon, ob diese in Farbe
oder in Schwarz-Weiß vorliegen – in der
Regel in einem Rasterformat erzeugt, wobei das Raster eine Vielzahl
kontinuierlicher Farbton- oder Graustufenpixelumfasst, d. h. Pixel,
die durch digitale Werte definiert werden, wobei jeder Wert eine
Graustufe in einer Anzahl von Graustufen darstellt. Dementsprechend
weist ein 8-Bit-System 256 Graustufen auf, wobei mit jeder Graustufe
der Grauanteil im Kontinuum zwischen Weiß und Schwarz zunimmt. Jeder
Abschnitt umfasst 256 Informationspegel, so dass durch ein Grauraster
insgesamt über
16 Millionen Farben definiert werden können. Normalerweise kann das
Raster eines derartigen Graustufenformats mit keinem Standarddrucker gedruckt
werden. Standarddrucker verfügen über eine
be grenzte Anzahl von Tonstufen, so dass entweder ein Punkt oder
kein Punkt (binäre
Darstellung) gedruckt wird, oder drucken eine begrenzte Anzahl von
Stufen, die mit dem Punkt zusammenhängen (z. B. vier bei quartärer Darstellung).
Infolgedessen kann nur eine begrenzte Anzahl von Tonstufen gedruckt
werden. Abgesehen von den durch Abtastung gewonnenen Graustufeninformationen
lassen sich mit bestimmten Verarbeitungsverfahren, wie z. B. denen,
die in dem Eschbach gewährten
US-Patent Nr. 5,226,094 beschrieben werden, Graustufendaten erzeugen,
die zum Drucken eine Quantisierung erfordern.
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Standardmäßig erfolgt die Quantisierung
von Graustufenpixeln zur Erzeugung bitonaler Pixelwerte mit Hilfe
von Dithering- oder Screening-Verfahren. Bei einem solchen Verfahren
wird in einem bestimmten Bereich, der eine Anzahl von Graustufenpixeln einschließt, jeder
Pixelwert einer Graustufenpixelmatrix innerhalb des Bereichs mit
einem Satz vorgewählter
Schwellenwerte verglichen, so wie von Holladay in der US-Patentschrift Nr.
4,149,194 beschrieben. Dabei werden in einem grauen Bildbereich
einige der Schwellenwerte innerhalb der Rastermatrix überschritten,
d. h. der Bildwert an genau dieser Stelle ist größer als die in der Dithermatrix
für genau
diese Stelle gespeicherten Werte. Ist die Pixelintensität geringer
als der Schwellenwert, erhält
das Pixel einen schwarzen Tonwert, während die übrigen Elemente, in Abhängigkeit
von der tatsächlichen
physikalischen Menge, die von den Daten beschrieben werden, weiß bleiben.
Die Wirkung der Verteilung von Schwarz und Weiß in der Ditherzelle führt dazu, dass
das Auge Schwarz und Weiß zusammen
als Grauton wahrnimmt. Zwischen der Anzahl der von einer Rasterzelle
darstellbaren Graustufen und der Größe oder Frequenz dieser Zelle
muss ein Kompromiss gefunden werden. Zwar ist es wünschenswert, dass
sich mit einer Rasterzelle so viele Graustufen wie möglich darstellen
lassen, doch wird die Zelle bei Erfüllung dieser Anforderung so
weit vergrößert, dass
ihre Wiederholung im Bild auffällt.
Bei geringerer Zellgröße kann
die Zelle zwar auf einer Druckseite häufig wiederholt werden, doch
lässt sich
nur eine relativ geringe Anzahl von Graustufen darstellen.
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Es existieren jedoch Algorithmen,
die Grauwertbilder in Biton- oder mehrpeglige Bilder umwandeln,
ohne dass es zu Musterwiederholungen kommt. Zu diesen Algorithmen
gehört
auch das Fehlerdiffusionsverfahren, das z. B. Floyd und Steinberg 1976
in ihrem Beitrag „An
Adaptive Algorithm for Spatiale Grayscale" in der Zeitschrift „SID Procee dings" 17/2, S. 75–77 beschrieben
haben. Ein etwas ausgereifteres Fehlerdiffusionsverfahren wird in
dem Eschbach gewährten
US-Patent 5,045,952 offenbart. Die Fehlerdiffusion wird häufig durch
einen charakteristischen „Kriechfehler" beeinträchtigt.
Ein Verfahren zur Verringerung des Kriechartefakts bei einem Fehlerdiffusionsvorgang,
das belegt ist, besteht in der Fehlerverteilung entlang einer Flächen füllenden
Kurve, wie z. B. einer Hilbert-, Peano- oder Murray-Kurve. Siehe
hierzu z. B. „Using
Peano Curves for Bilevel Display of Continuous-tone Images", von Witten et al.,
erschienen 1982 in „IEEE
Comp. Graph. and App.",
Bd. 2, Nr. 5, S. 47–52, „Naive
Halftoning" von Cole,
erschienen 1990 in „Proceedings
of CGI '90", Springer-Verlag,
S. 203–222
und „Three
Plus Five Makes Eight: A simplified Approach to Halftoning" von Wyvill et al.,
erschienen 1991 in „Proceedings
of CGI '91 Scientific
Visualization of Physical Phenomena", S. 379–392. Leider erfordern Flächen füllende Kurven
komplexe Verarbeitungsreihenfolgen (vgl. hierzu z. B. „Digital
Halftoning with Space Filling Curves" von L. Velho et al., erschienen 1991
in „Computer
Graphics", Bd. 25,
Nr. 4, S. 81–90),
während
es für den
Betrieb von Druckern und der meisten Bildprozessoren äußerst wünschenswert
wäre, in
Rasterzeilenreihenfolge vorgehen zu können. Die Fehlerdiffusion ist
bei bestimmten Reproduktionsprozessen, wie z. B. der Elektrophotographie
nicht einsetzbar, weil sie in vielen Fällen isolierte Punkte erzeugt,
die nicht reproduzierbar sind. In diesem Fall wird ein Screening
mit Schwellenwerten durchgeführt,
die so gewählt
sind, dass isolierte Punkte zu größeren, druckbaren Punkten zusammengefasst
werden. Bei der Fehlerdiffusion handelt es sich außerdem vom
Prinzip herum einen sequenzielles Verfahren, das für die Parallelverarbeitung
während
des Screenings nicht geeignet ist.
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Es ist offensichtlich, dass es sich
bei der Halbtonrasterung um ein wohlbekanntes Verfahren zur Ausgabe
von Bildern mit kontinuierlichen Graustufen auf Vorrichtungen mit
zwei Farben (z. B. Schwarz-Weiß-Vorrichtungen)
handelt, dem die Idee zu Grunde liegt, einen Grauton durch Drucken
eines Musters aus schwarzen und weißen Punkten zu erzeugen. Es
gibt jedoch Vorrichtungen, die eine Anzahl von Stufen erzeugen können, die
zwar immer noch begrenzt, aber größer als zwei ist. So wurden einige
Bildschirme mit vier oder acht Graustufen und ein Tintenstrahldrucker
hergestellt, der in der Lage ist, mit vier verschiedenen Tintentönen zu drucken. Die
Halbtonrasterung ist allgemein verbreitet und unterstützt Vorrichtungen
mit mehreren Farbstufen, wie das Verfahren, das von Pirsch und Netravali
in einem Aufsatz mit dem Titel „Transmission of Gray Level Images
by Multilevel Dither Techniques" (erschienen 1983
in „Computers & Graphics", Bd. 7, Nr. 1, S. 31–44) beschrieben
wird. Das Verfahren von Pirsch und 1, S. 31–44) beschrieben wird. Das
Verfahren von Pirsch und Netravali erzeugt Grautöne aus Mustern zweier aneinander
grenzender Graustufen; so werden durch Muster aus weißem Papier
und der hellsten Graustufe helle Grautöne erzeugt. Durch die Erzeugung
von Mustern mit weißen
Punkten wird die hellste Graustufe weiter aufgehellt, so dass der
Bereich mit dem gewünschte
Grauton bedeckt wird. Dunklere Farbtöne werden durch Muster der
hellsten Graustufe und der nächst
dunkleren Farbstufe erzeugt. Das Verfahren wird in 1 „Bisheriger Stand
der Technik" veranschaulicht.
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Das mehrpeglige Halbtonrasterungsverfahren,
das der vorliegenden Offenbarung am ähnlichsten ist, wird in dem
Shiau gewährten
US-Patent Nr. 5,196,942 beschrieben. Shiaus Erfindung umfasst die
Berechnung und Verbreitung eines Ditherzellenfehlerterms. Shiau
vergleicht den Intensitätswert
eines Pixels mit einem Halbtonschwellenwert und entscheidet in Abhängigkeit
vom Vergleichsergebnis, ob weitere Vergleiche erforderlich sind
oder die geeignete Graustufe gefunden wurde. Allerdings zeigt Shiau weder,
wie Halbtonschwellenwerte zu wählen
sind, noch wie das Verfahren zur Textur- und/oder Deckungssteuerung eingesetzt
werden kann. Beim Tintenstrahldruck, bei dem manche Graustufen durch Übereinanderdrucken
von zwei Schichten grauer Tinte erzeugt werden, muss jedoch steuerbar
sein, wie viel Tinte einer bestimmten Graustufe erforderlich ist. Zwar
kann durch Übereinanderdrucken
mehrerer Schichten die geeignete Graustufe erzeugt werden, doch
wird dabei auch doppelt so viel Tinte auf das Papier gebracht. Wenn
zu viel Tinte verwendet wird, besteht jedoch die Gefahr, dass die
Tinte verläuft
und das Papier weich und wellig wird.
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Zuvor unternommene Versuche haben
die Halbtonrasterung zwar möglich
gemacht, doch existieren bislang noch keine Verfahren, um während mehrpegliger
Halbtonrasterungsvorgänge
aus mehr als zwei Graustufen gleichzeitig exakte Muster zu bilden.
Es ist deshalb Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen,
mittels dessen eine Musterbildung erreicht werden kann, die zu einer
Verringerung von Texturrändern
führt und
die Steuerung der erzielten Halbtonpegel ermöglicht.
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Um dieses und weitere Ziele zu erreichen und
die oben angeführten
Unzulänglichkeiten
zu überwinden,
wird ein Verfahren der mehrpegligen Halbtonrasterung vorgestellt,
bei dem Muster aus mehr als zwei Graustufen gleichzeitig gebildet
und gesteuert werden können.
Die Erfindung stellt im Vergleich zu Halbtonrasterungsverfahren
die dem bishe rigen Stand der Technik entsprechen und aus mehr als
zwei Graustufen gleichzeitig Muster bilden können, eine Verbesserung dar.
Die Vielseitigkeit des Verfahrens kann dazu genutzt werden, um die
Ränder
von Texturen zu entfernen, die beim Übergang von einem durch zwei
Stufen erzeugten Tonbereich zu einem durch eine Stufe erzeugten
Tonbereich entstehen. Das Verfahren lässt sich auch dazu verwenden,
um zu steuern, in welchem Umfang eine bestimmte Tonstufe eingesetzt
wird. Das Verfahren erweist sich hierdurch beim Überdrucken als hilfreich, da
die hierbei auftretenden negativen Effekte, die bereits oben genannt
wurden (verlaufende Tinte, weiches, gewelltes Papier), deutlich
gemindert werden müssen.
Durch Ausweitung der Halbtonrasterung können die Verwendung vorhandener
Graustufen begrenzt und dadurch der sich aus dem Übereinanderdrucken
mehrerer Tonstufen ergebende Tintenauftrag verringert werden.
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Die vorliegende Erfindung hat ein
Verfahren zur Durchführung
einer Textur- und Deckungssteuerung während mehrpegliger Halbtonrasterungsvorgänge zum
Gegenstand, das folgende Schritte umfasst:
Bestimmen einer
Pixelintensität;
Vergleichen
der Pixelintensität
mit Schwellenwerten in mindestens zwei Schwellenwertmatrizen, wobei die
Schwellenwerte der beiden Matrizen in einem Maße überlappen, dass bestimmte Pixelintensitäten unter
Verwendung von mindestens zwei verschiedenen Graustufen und bestimmte
andere Pixelintensitäten
unter Verwendung von mindestens drei verschiedenen Graustufen erzeugt
werden; und
Auswählen
eines Pixelintensitätspegels
für eine
Ditherzelle gemäß den Ergebnissen
des Vergleichs der Pixelintensität
mit den Schwellenwerten in den mindestens zwei Schwellenwertmatrizen,
wobei der Pixelintensitätspegel
eine Funktion dieser Vergleichsergebnisse ist. Das Verfahren der
Erfindung kann dazu genutzt werden, um die Ränder von Texturen zu entfernen,
die beim Übergang
von einem durch zwei Stufen erzeugten Tonbereich zu einem durch
eine Stufe erzeugten Tonbereich entstehen. Außerdem erlaubt das der vorliegenden
Erfindung zu Grunde liegende Verfahren, den Umfang zu bestimmen,
in dem eine bestimmte Graustufe verwendet wird. Hierdurch kann die
Menge der auf das Papier aufgebrachten Tinte begrenzt werden, wenn
für die
Erzeugung bestimmter Graustufen mehr Tinte erforderlich ist als
für andere
Graustufen.
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- 1. Das Verfahren kann in einer Hardware-Umgebung
oder mit einem Mikroprozessor durchgeführt werden, der für die Durchführung einer
Textur- und Deckungssteuerung während
mehrpegliger Halbtonrasterungsvorgänge programmiert ist, wobei
die Durchführung
folgende Schritte umfasst:
Ermitteln einer Pixelintensität;
Vergleichen
der Pixelintensität
mit Schwellenwerten in mindestens zwei Schwellenwertmatrizen, wobei
die Schwellenwerte der beiden Matrizen in einem Maße überlappen,
dass bestimmte Pixelintensitäten
unter Verwendung von mindestens zwei verschiedenen Graustufen und
bestimmte andere Pixelintensitäten
unter Verwendung von mindestens drei verschiedenen Graustufen erzeugt
werden; und
Auswählen
eines Pixelintensitätspegels
für eine Ditherzelle
gemäß den Ergebnissen
des Vergleichs der Pixelintensität
mit den Schwellenwerten in den mindestens zwei Schwellenwertmatrizen,
wobei der Pixelintensitätspegel
eine Funktion dieser Vergleichsergebnisse ist.
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Die Vorteile der Erfindung liegen:
in der Verringerung der negativen Effekte durch verlaufende Tinte
und aufgeweichtes oder gewelltes Papier, die durch überdruckende
Verfahren verursacht werden, welche auf die Erzeugung nutzbarer
Graustufen abzielen; im exakten Aufbau von aus mehr als zwei Graustufen
bestehenden Mustern bei mehrpegligen Halbtonrasterungsvorgängen, woraus
sich eine Verringerung von Texturrändern sowie die Möglichkeit zur
Steuerung der erzielten Halbtonstufen ergeben; und in einer einfachen
Realisierung der Erfindung durch Software- und Hardware-Technologien.
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Im Folgenden werden beispielhaft
und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen verschiedene
Ausführungsarten
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei zeigt
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1 die
mehrpeglige Halbtonrasterung nach dem bisherigen Stand der Technik;
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2 ein
Diagramm, in dem Schwellenwerte gegen die Lage von Ditherzellen
aufgezeichnet sind;
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3 ein
Diagramm zu herkömmlichen Halbtonrasterungsvorgängen;
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4 ein
Diagramm zu mehrpegligen Halbtonrasterungsvorgängen nach dem bisherigen Stand der
Technik;
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5 ein
Diagramm zu einem dreipegligen Halbtonrasterungsvorgang, bei dem
die Erkenntnisse aus der vorliegenden Offenbarung berücksichtigt werden;
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6 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Grenzen für die Deckungsbegrenzung; und
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7 ein
Blockschaltbild für
eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Hardware-Anordnung,
die im Zusammenhang mit mehrpegligen Halbtonrasterungsvorgängen zum
Einsatz kommt.
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Bei der herkömmlichen Halbtonrasterung wird
das Halbtonmuster durch eine Schwellenwertmatrix definiert. Diese
Ditherzelle genannte Matrix wird so lange repliziert, bis das gesamte
Bild von ihr bedeckt wird, so dass jedem Pixel des Bildes ein Schwellenwert
entspricht. Die Intensität
an jedem Pixel wird mit dem Schwellenwert und der entsprechenden
Stelle in der Matrix verglichen. Wenn die Intensität unter
dem Schwellenwert liegt, erhält
das Pixel einen schwarzen Farbton, liegt die Intensität über dem Schwellenwert
bleibt das Pixel weiß.
Programmiertechnisch ist dieser Vorgang wie folgt darzustellen: wenn (Bild[x][y] < Schwellenwert[x% Zellgröße X][y% Zellgröße Y]) Pixel[x][y]
= schwarz; übrige
Pixel[x][y] = weiß;wobei
das %-Zeichen wie in der Programmiersprache C für den Restoperator steht; Zellgröße X und Zellgröße Y beschreiben
die Abmessungen der Dither-Schwellenwertmatrix.
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Für
eine Menge von Schwellen, die jeweils den gleichen Abstand zueinander
aufweisen, sind die Schwellenwerte (auf einer Skala von 0 bis 1)
gegeben durch: (2*1 + 1)/(2*Zellgröße X*Zellgröße Y)I =
0, 1, 2, ... (Zellgröße X*Zellgröße Y – 1).
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Bei dem mehrpegligen Verfahren nach Pirsch
und Netravali gibt es M mögliche
Graustufen und M – 1
Dither-Schwellenwertmatrizen. Die Schwellenwerte der ersten Matrix
sind gegeben durch: (2*I + 1)/((2*Zellgröße X*Zellgröße Y)*(M – 1))I =
0, 1, 2, ... (Zellgröße X*Zellgröße Y – 1).
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Die zweite Matrix ergibt sich aus
der ersten Matrix durch Addieren von 1/(M – 1), die dritte durch Addieren
von 2/(M – 1)
usw.
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Zur Durchführung einer mehrpegligen Halbtonrasterung
sollte zunächst
die zu verwendende Ditherzelle gewählt werden. Wenn die Pixelintensität im Bereich
zwischen 0 und 1/(M – 1)
liegt, wird die erste Matrix dazu verwendet, um zwischen der dunkelsten und
der nächst
dunkelsten Stufe (L0 und L1) zu entscheiden. Wenn die Pixelintensität im Bereich
zwischen 1/(M – 1)
und 2/(M – 1)
liegt, wird die zweite Matrix dazu verwendet, um den Übergang
zwischen den nächsten
beiden Stufen (L1 und L2) der Halbtonrasterung zu unterwerfen; dieser
Vorgang wird entsprechend fortgesetzt, bis sämtliche Intensitätswerte abgearbeitet
wurden. Zur Unterstützung
der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurden die jeweiligen
Positionen der Dithermatrix gemäß den zugehörigen Schwellenwerten
geordnet und die Werte gegen die Positionen aufgetragen.
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Werden die in 2 aufgetragenen Punkte durch eine Linie
miteinander verbunden, lässt
sich das Diagramm zur Beschreibung des Halbtonrasterungsvorgangs
einsetzen. Typischerweise wird zur Bestimmung eines Halbtonmusters
für eine
bestimmte Intensitätsstufe
eine waagerechte Linie an der jeweiligen Position auf der senkrechten
Achse gezogen. Die Pixel, die auf der waagerechten Linie links vom
Schnittpunkt mit der Diagonalen liegen, werden weiß und die
Pixel rechts vom Schnittpunkt schwarz gedruckt (3). Dies gilt jedoch nur in Bereichen mit
gleichmäßiger Intensität, während diese Zuordnung
in Bereichen mit unterschiedlichen Intensitäten nur näherungsweise gültig ist,
da die Bereiche nur teilweise punktiert sind.
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Bei einer typischen mehrpegligen
Halbtonrasterung sind mehrere Diagonalen vorhanden, durch die das
Diagramm in Bereiche für
jeden der Pegel eingeteilt wird. Eine horizontale Linie in Höhe der gewünschten
Intensität
zeigt, welchen Pixeln welcher Pegel zugewiesen wird. Dies wird in 4 veranschaulicht, in der
eine typische Halbtonrasterung mit vier Tonstufen (Weiß, Hellgrau,
Dunkelgrau und Schwarz) nach dem bisherigen Stand der Technik dargestellt
ist. Die horizontale Linie zeigt an, dass genau diese Intensität durch
ein Muster aus Hell- und Dunkelgrau gebildet werden kann. Die Diagonalen sind
bei der mehrpegligen Halbtonrasterdarstellung so angeordnet, dass
in der Höhe,
in der eine Diagonale endet, die nächste beginnt. Dies bedeutet,
dass eine Horizontale höchstens
durch zwei Bereiche verläuft,
so dass jedes Halbtonmuster höchstens
aus zwei Graustufen besteht. Bei den Pixelintensitäten, an
denen eine Grenze endet und eine zweite beginnt, durchläuft eine
Horizontale nur einen einzigen Bereich. Hier entspricht die gewünschte Intensität der Graustufe,
so dass jedes Pixel mit dieser Graustufe gedruckt und dadurch die
gewünschte
Pixelintensität erzielt
wird. Hieraus können
sich in Bildern Texturumrisse ergeben, die sich von einem Bereich
mit einem aus zwei Graustufen gebildeten Muster bis hin zu einem
Bereich mit einem aus einer einzigen Graustufe gebildeten Muster
erstrecken.
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Die Grenzlinien müssen bei der mehrpegligen Halbtonrasterung
nicht beibehalten werden, wie in der vorliegenden Patentbeschreibung
noch zu erläutern
sein wird. Die Steigungen der Grenzlinien und die von ihnen gebildeten
Abschnitte lassen sich so verändern,
dass drei oder mehr Bereiche von Horizontalen durchlaufen werden
(5). Hierdurch lassen
sich Texturränder
folgendermaßen
verringern: Die Grenzlinien können
so gezogen werden, dass ein Grauton normalerweise durch Kombination
von drei Graustufen erzeugt wird. In Höhe von Intensitätswerten,
an denen eine Grenzlinie endet, besteht das Muster dann nur noch
aus zwei Graustufen. Dabei fällt
jedoch der Texturübergang
zwischen einem aus drei Graustufen bestehenden Muster und einem
aus zwei Graustufen bestehenden Muster weniger auf als der Übergang
zwischen einem aus zwei Graustufen bestehenden Muster und einem
aus nur einer Graustufe bestehenden Muster.
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Die Flexibilität bei der Anordnung der Grenzen
lässt sich
auch zur Steuerung des Tintenauftrags bei der Wiedergabe oder beim
Drucken von Dokumenten nutzen. Als Beispiel sei ein Tintenstrahldrucker
gegeben, der über
drei graue Druckfarben mit den Farbdichten 0,1, 0,2 und 0,4 sowie
Schwarz verfügt.
Durch Überdrucken
von zwei Grautönen,
lassen sich die Farbdichten 0,3, 0,4 und 0,6 erzeugen. Um den Tintenauftrag
beim Überdrucken
zu begrenzen, können
die Grenzen nun so wie in 6 dargestellt angeordnet
werden.
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Der Umfang, in dem eine bestimmte
Tonstufe verwendet wird, verhält
sich proportional zur Breite des entsprechenden Abschnitts im Diagramm.
Wenn die Grenzen daher so angeordnet werden, dass die Bereiche der
durch Überdrucken
erzeugten Tonstufen schmal ausfallen, wird die Verwendung dieser Tonstufen
begrenzt und damit der Tintenauftrag verringert. Eine Änderung
der Steigung der Grenzlinien entspricht der Wahl anderer Schwellenwertpegel.
Bei linearen Grenzen sind die Schwellenwerte der ersten Matrix wie
folgt gegeben: K*(2*I + 1)/((2*Zellgröße X*Zellgröße Y)*(M – 1))I =
0, 1, 2, ... (Zellgröße X*Zellgröße Y – 1);wobei
durch den Parameter K die Steigung bestimmt wird.
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Zur Veränderung der vertikalen Position
der Grenzen wird der Versatz zwischen den jeweiligen Werten der
beiden Schwellenwertmatrizen geändert. Statt
die zweite Matrix durch Addierung von 1/(M – 1) zu den Werten der ersten
Matrix zu bilden, kann auch ein anderer Wert addiert werden. Hierdurch
wird die Lage der den beiden Matrizen entsprechenden Grenzlinien
geändert.
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Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass
sich aus der vorliegenden Betrachtung des Halbtonverfahrens allgemein
sogar noch mehr Möglichkeiten
erschließen
als bisher erörtert.
So ist es nicht erforderlich, dass die Grenzlinien gerade verlaufen
und dass die Grenzumrisse alle die gleiche Form aufweisen. Es muss
lediglich die Bedingung erfüllt
sein, dass sich die Grenzlinien nicht schneiden. Außerdem sollten
durch die Grenzlinienziehung keine Lücken entstehen, in denen an
mehreren vertikalen Positionen keine Grenzlinie geschnitten wird.
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Es ist zu beachten, dass zwischen
der tatsächlich
erzielten Intensität
und der vertikalen Position im Diagramm eventuell kein linearer
Zusammenhang besteht (auch wenn es sich um eine monotone Beziehung
handelt), wenn die Grenzlinien neu angeordnet weiden oder die Graustufen
nicht linear voneinander beabstandet sind. Das heißt, dass
vor der Durchführung
einer Halbtonrasterung zum Ausgleich eine Korrektur der Tonwertwiedergabekurve
(TRC) erfolgen sollte. Dies ist natürlich normalerweise immer erforderlich,
da kein Drucker perfekt ist.
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Weiterhin ist darauf hinzuweisen,
dass dieses Verfahren unabhängig
von der eigentlichen Positionierung des Schwellenwerts innerhalb
der Ditherzelle ist und sich daher mit jeder beliebigen Punktform
durchführen
lässt.
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Zur Realisierung des durch die beiliegenden Abbildungen
veranschaulichten Halbtonrasterungsverfahrens, ist das Verfahren
nach Pirsch und Netravali abzuändern.
Pirsch und Netravali bestimmen zunächst durch Prüfung der
Pixelintensitäten,
welche Dithermatrix zu verwenden ist, und führen anschließend den
Vergleich mit den Schwellenwerten durch. Im allgemeinen Fall ist
dies jedoch nicht möglich,
da eventuell mehrere Schwellenwert-Matrizen für eine gegebene Intensität gelten.
Stattdessen sollte das Pixel mit allen Schwellenwert-Matrizen verglichen
werden, um anschließend
auf Grundlage der Vergleichsergebnisse zu entscheiden, welche die
richtige Tonstufe für
den Druck ist. Werden die Schwellenwert-Matrizen so durchnumeriert,
dass die erste Matrize (die Grenze für den schwarz druckenden Bereich)
den Wert 0 erhält,
dann ergibt sich beim Vergleich eines Pixels mit der z-ten Matrix
folgender Bit-Wert: Wenn (Bild[x][y] < Schwellenwert[z][x%
Zellgröße X][y%
Zellgröße Y]) B[z][x][y]
= 0 übrige
B[z][x][y] = 1
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Wenn B[0][x][y] gleich 0 ist, erhält das Pixel [x][y]
die Tonstufe L0 (Schwarz).
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Wenn B[0][x][y] gleich 1 und B[1][x][y]
gleich 0 ist, erhält
das Pixel die Tonstufe L1.
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Entsprechend gilt: Wenn B[z – 1][x][y]
gleich 1 und B[z][x][y] gleich 0 ist, erhält das Pixel [x][y] die Tonstufe
Lz. Wenn am oberen Ende B[M – 1][x][y] gleich
1 ist, erhält
das Pixel die Tonstufe LM (Weiß).
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Der Vorgang des Vergleichens mit
allen Schwellenwerten und der Auswahl der geeigneten Tonstufe lässt sich
hardwaretechnisch einfach realisieren (vgl. 7). Alternativ kann dieser Vorgang auch
in einem Computer unter Verwendung von Verweistabellen implementiert
werden, die durch Zellposition und Intensität dreifach indexiert sind.
Eine derartige Implementierung lässt
sich am besten mit Mikroprozessoren und unter Nutzung von Software
umsetzen.
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Durch die in 7 dargestellte Hardware-Konfiguration
wird jeder Pixelwert (dargestellt durch BILD[x][y]) mit allen zugehörigen Halbtonschwellenwerten
verglichen, und der geeignete Halbtonpegel wird durch logische Operationen
bestimmt. Der Wert eines Pixels wird durch die Komparatorenspalte
2 mit einem Satz von Schwellenwerten für das Pixel verglichen. Die
Schwellenwerte werden in aufsteigender Reihenfolge zugewiesen (niedrigster Schwellenwert
[0][x][y], höchster
Schwellenwert [M – 1][x][y]).
Wenn der Pixelwert geringer als der niedrigste Schwellenwert [0][x][y]
ist, gilt das Vergleichsergebnis als falsch. Die Inverterschaltung
3 kehrt das Vergleichsergebnis um, so dass sich L0 ergibt. Die Vergleichsergebnisse
mit allen anderen Schwellenwerten werden ebenfalls falsch, so dass
von der Inverterschaltung ein wahres Signal an das jeweilige UND-Gatter
4 ausgegeben wird. Da jedoch der andere Eingangswert falsch ist,
werden auch die resultierenden Werte L1 bis LM falsch.
Wenn der Pixelwert größer ist
als der Schwellenwert [N][x][y], aber kleiner als der Schwellenwert
[N + 1][x][y] für
mehrere N, ergeben sich für
die Schwellenwerte zwischen 0 und N (einschließlich der Schwellenwerte 0
und N) wahre Vergleichsergebnisse. Durch die Inverterschaltung 3 bzw.
durch umgekehrte Eingangswerte für
das UND-Gatter 4 werden falsche Werte für L0 bis LN ausgegeben.
Das Ergebnis aus dem Vergleich mit dem Schwellenwert [N + 1][x][y]
ist falsch, wird umgekehrt und einer UND-Verknüpfung mit dem wahren Signal
aus dem Vergleich mit dem Schwellenwert [N][x][y] unterworfen, so
dass sich für
LN+1 ein wahrer Wert ergibt. Die Werte LN+2 bis LM sind falsch,
da die jeweiligen UND-Gatter falsche Signale aus dem Vergleich mit
dem nächstniedrigeren
Schwellenwert erhalten. Daher ist stets nicht mehr als ein L-Wert gleichzeitig
aktiv, nämlich
der L-Wert, der dem Schwellenwert direkt über dem Pixelwert entspricht. Wird
dieses Verfahren zur Definition von Dithermatrizen und zur Auswahl
geeigneter Schwellenwerte eingesetzt, können die mit der Textur- und
Deckungssteuerung verbundenen Probleme überwunden werden. Die vorliegende
Erfindung verallgemeinert nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren
und ermöglicht
so die Steuerung von zwei, drei oder mehr Graustufen zur Bildung
von Mustern für
einen bestimmten Pegel.