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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kopie eines
Originaldokuments in Übereinstimmung
mit einer einstellbaren Reproduktionscharakteristik, wobei eine
Reproduktionscharakteristik die Abbildung von optischen Dichten
eines Originaldokuments, im Folgenden bezeichnet als: ODin, auf
optische Dichten einer Kopie hiervon beschreibt, im Folgenden bezeichnet
als: ODout, welches Verfahren umfasst:
Bestimmen einer Reproduktionscharakteristik
auf der Grundlage einer Spezifikation durch einen Benutzer,
Erzeugen
erster digitaler Bilddaten entsprechend einem Bild auf einem Originaldokument,
Umwandeln
der ersten digitalen Bilddaten in zweite digitale Bilddaten in Übereinstimmung
mit der zuvor bestimmten Reproduktionscharakteristik und
Herstellen
eines Druckes auf einem Bildträger
auf der Grundlage der zweiten digitalen Bilddaten.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein digitales Kopiergerät mit einer
einstellbaren Reproduktionscharakteristik, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren
eingesetzt wird.
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Allgemein
hat die Reproduktionscharakteristik eines Kopiergerätes eine
dreiteilige Form, nämlich einen
ersten Teil, der niedrige optische Dichten auf dem Original ohne
Unterschied auf Weiß auf
der Kopie abbildet, einen zweiten Teil, der Grautöne mit Unterscheidung
auf optische Dichten zwischen Weiß und Schwarz abbildet, und
einem dritten Teil, der dunkle Grautöne auf dem Original unterschiedslos auf
Schwarz auf der Kopie abbildet, wobei der Ausdruck „Schwarz" die maximale optische
Dichte bezeichnet, die das Drucksystem liefern kann.
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Dokumente
können
sich in der Anzahl der vorhandenen Grautöne beträchtlich unterscheiden, und
es ist häufig
erwünscht,
dass man in der Lage ist, die Reproduktion von Grautönen durch
ein Kopiergerät
für die
Art des Dokuments, das zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt kopiert
werden soll, zu optimieren. Dies kann allgemein dadurch erreicht
werden, dass man eine angepasste Reproduktionscharakteristik verwendet.
In einem analogen Kopiergerät,
das eine Kopie herstellt durch Aufladen eines fotoleitenden Mediums,
bildmäßige Belichtung
mit einer Projektion des zu kopierenden Dokuments und Entwickeln
des verbleibenden Ladungsbildes mit Tonerpulver, ist es mög lich, die
Reproduktionscharakteristik dadurch anzupassen, dass die Lichtmenge
eingestellt wird, die zum Herstellen der Projektion verwendet wird.
Infolgedessen verschiebt sich die Reproduktionscharakteristik, und
bestimmte Grautöne
auf dem Dokument, die bei Normalbelichtung ohne Unterschied reproduziert
werden, z.B. dunkle Töne, werden
nun getrennt sichtbar. Dies geht gewöhnlich auf Kosten der unterscheidbaren
Reproduktion anderer Grautöne,
in diesem Beispiel der helleren.
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Mit
dem Aufkommen des digitalen Kopiergerätes ist es möglich geworden,
Grautöne
als digitale Daten zu behandeln und sie als solche mit wesentlich geringerer
Abhängigkeit
von anderen Grautönen
zu verarbeiten. Die vorliegende Erfindung zielt auf dieses Gebiet
der Technik.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff sind bekannt
geworden durch Paul M. Butterfield, „User-Oriented approach to
control of tone reproduction for electronic reprographic systems", SPIE Band 1670
Color Hard Copy and Graphic Arts (1992), Seiten 512-520. Dieses
Dokument beschreibt, wie eine Reproduktionscharakteristik im Bereich
der optischen Dichte durch einen Benutzer eingestellt werden kann.
Die Reproduktionscharakteristik ist ein Graph, der die Beziehung
zwischen ODin (auf der X-Achse) und ODout (auf der Y-Achse) angibt.
Nach Butterfield kann ein Wert auf der Y-Achse, d.h. ein ODout-Wert
durch einen Benutzer auf fünf annähernd äquidistanten
Punkten auf der X-Achse eingestellt werden. Diese ODout-Werte sind
durch gerade Linien verbunden und bestimmen so die Reproduktionscharakteristik.
Durch Bestimmen von fünf Punkten
kann ein Benutzer eine komplizierte Reproduktionscharakteristik
definieren und somit die Reproduktion eines Dokuments, das eine
große
Anzahl von Grautönen
aufweist, sehr sorgfältig
steuern.
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Das
bekannte Verfahren bietet einem Benutzer sehr große Freiheit
bei der Programmierung der Reproduktionscharakteristik, erfordert
infolgedessen jedoch eine große
Anzahl von Einstelloperationen, deren Effekte nicht immer sofort
vollständig
zu übersehen
ist. Der Benutzer ist gewöhnlich
nur an einer zufriedenstellenden, moderaten oder Nicht-Reproduktion
bestimmter dunkler oder heller Tönungen
interessiert. Dies kann erreicht werden durch Beeinflussung der
Orte der Übergänge zwischen
den oben erwähnten
ersten, zweiten und dritten Teilen der Reproduktionscharakteristik.
Eine weitere Einstel lung der Form des zweiten Teils hat kaum einen
Einfluss auf das Resultat, während
mit dem bekannten Verfahren nur eine indirekte Änderung der Orte der Übergänge möglich ist
und dann auch nur mit geringer Genauigkeit.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen, bei denen einfache
und sofort sichtbare Prozeduren es ermöglichen, eine Kopie mit einer
einstellbaren Reproduktionscharakteristik herzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Schritt der Bestimmung einer Reproduktionscharakteristik
umfasst:
Definieren einer Reproduktionscharakteristik, die
einen ersten Teil, der auf Weiß abbildet,
einen zweiten Teil, der auf Dichtewerte zwischen Weiß und Schwarz
abbildet, und einen dritten Teil aufweist, der auf Schwarz abbildet,
welche Teile an einem ersten bzw. zweiten Schulterpunkt (A, B) ineinander übergehen,
wobei
ein ODin-Wert für
wenigstens einen Schulterpunkt auf der Grundlage einer Spezifikation
durch einen Benutzer ausgewählt
wird.
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Erfindungsgemäß werden
deshalb dem Benutzer für
die Einstellung nur zwei Einstellpunkte, die genannten Schulterpunkte,
angeboten, und sie können
auf der X-Achse (ODin) verschoben werden. Diese beiden Punkte sind,
wenn sie auf der X-Achse verschoben werden, notwendig und hinreichend,
das gewünschte
Resultat einer einstellbaren Gradation zu erreichen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Schritt der Verarbeitung der ersten digitalen Bilddaten
und dadurch der Erzeugung von zweiten digitalen Bilddaten unter Verwendung
einer vorbestimmten Transferfunktion ausgeführt, die eine solche Form hat,
dass ODin-Werte in Übereinstimmung
mit der bestimmten Reproduktionscharakteristik auf ODout-Werte abgebildet
werden, wobei das Verfahren auch die Berechnung einer Transferfunktion
in Übereinstimmung
mit der durch einen Benutzer spezifizierten Reproduktionscharakteristik
einschließt.
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Die
vom Benutzer einzustellenden Werte der beiden Schulterpunkte können als
Absolutwerte spezifiziert werden oder als eine Veränderung
eines automatisch gewählten
Voreinstellwertes. In der letzteren Ausführungsform umfasst der Schritt
der Bestimmung einer Reproduktionscharakteristik auf der Grundlage
der Spezifikation durch einen Benutzer: zuerst die Bestimmung einer
voreingestellten Reproduktionscharakteristik auf der Grundlage der
ersten digitalen Bilddaten und die Bestimmung einer endgültigen Reproduktionscharakteristik
auf der Grundlage einer Änderung
des ODin-Wertes wenigstens eines der Schulterpunkte, wie durch den
Benutzer spezifiziert. Das Vorhandensein einer Voreinstellung kann
die Arbeit des Benutzers erleichtern, weil dann angenommen werden
kann, dass eine Einstellung vorliegt, die bereits optimiert worden
ist und an der dann – üblicherweise
kleine – Änderungen
vorgenommen werden müssen.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das Schwarzweiß-Kopieren
beschränkt,
sondern kann auch sehr gut für
die Änderung
des Kontrastes beim Farbkopieren benutzt werden. Es wäre jedoch
unpraktisch, wenn der Benutzer die einzelnen Farbkanäle für Rot, Grün und Blau
oder Cyan, Magenta und Gelb einstellen müsste, weil dabei die Möglichkeit
bestünde,
dass der Farbton verändert
würde,
was natürlich
nicht beabsichtigt ist. Vielmehr ist es bevorzugt, die in den vom
Scanner erzeugten digitalen Bilddaten enthaltene Luminanz als den
Parameter für die
Einstellung der Reproduktionscharakteristik zu verwenden.
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Die
Luminanz, definiert in dem L-a-b und dem L-C-H Farbkoordinatensystem,
die beide weithin bekannt sind, ist ein Wahrnehmungsparameter, der
den Hell/Dunkel-Charakter eines Bildes definiert und deshalb eine
gute Wahl für
einen Einstellparameter ist. Desweiteren hat er, wie die optische
Dichte beim Schwarzweiß-Kopieren,
einen mehr oder weniger logarithmischen Verlauf, so dass die Reproduktionscharakteristik
in L ebenfalls linear ist. Deshalb gilt die für die optische Dichte (OD)
im Schwarzweiß-Fall angewandte
Theorie ohne wesentliche Unterschiede auch für die Luminanz beim Farbkopieren.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert werden,
in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Gesamtdarstellung eines erfindungsgemäßen Gerätes;
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2 einen
Scanner mit einem automatischen Originaleinzug zum Gebrauch in dem
Gerät;
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3 einen
Drucker zum Gebrauch in dem Gerät;
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4 eine
Reproduktionscharakteristik;
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5 ein
Diagramm der Abbildungscharakterstika von Subsystemen des Gerätes;
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6 ein
Blockdiagramm des Bildverarbeitungsmoduls des Gerätes;
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7A und 7B charakteristische
Histogramme;
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8 zwei
unterschiedliche Reproduktionscharakteristiken;
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9 eine
Darstellung der Bedienungstafel des Gerätes.
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1 zeigt
den allgemeinen Aufbau eines Bildreproduktionsgerätes gemäß der Erfindung.
Dieses Gerät
umfasst einen Scanner 1 zum elektrooptischen Abtasten eines
Dokuments und zur Ausgabe entsprechender digitaler Bilddaten, einen
automatischen Originaleinzug 1A, eine Verarbeitungseinheit 17 für Bilddaten,
die vom Scanner 1 geliefert werden, eine Eingangsstufe
(Front End) 2 für
Bilddaten von einer externen Quelle wie etwa einem Netzwerk und eine
Druckereinheit 3 zum Drucken digitaler Bilddaten auf ein
Trägermaterial.
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Das
Gerät umfasst
auch eine Speichereinrichtung 15 für Bilddaten, die mit der Verarbeitungseinheit 17,
dem Front End 2 und dem Drucker 3 verbunden ist
und als ein Puffer wirkt zwischen den Teilen 1 und 2,
die die Druckdaten erzeugen, und dem Teil 3 des Gerätes, der
die Druckdaten verarbeitet, sowie eine Bedienungseinheit 19 mit
einer Bedienungstafel und einem Anzeigeschirm und Tasten, die an
die Verarbeitungseinheit 17 angeschlossen ist. Schließlich ist
eine zentrale Steuereinheit 18 vorhanden, die mit allen übrigen Elementen
verbunden ist.
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Der
Scanner 1 ist in 2 näher gezeigt.
Er umfasst eine röhrenförmige Lampe 5 und
einen damit zusammenwirkenden Reflektor 6, mit deren Hilfe
ein schmaler Streifen eines auf eine Glasbühne 7 aufgelegten
Dokuments 8 belichtet wird. Der Scanner weist auch eine
Zeile 10 von abbildenden Glasfasern auf (eine „Selfoc"-Linsenzeile), mit
deren Hilfe das von dem Dokument reflektierte Licht auf eine Sensorzeile,
z.B. eine CCD-Zeile 12 projiziert wird. Die Lampe 5,
der Reflektor 6, die Selfoc-Linsenzeile 10 und
die CCD-Zeile 12 sind gemeinsam auf einem Wagen 11 angeordnet,
der beim Abtasten mit Hilfe eines Servomotors 9 mit gleichförmiger Geschwindigkeit
in Richtung des Pfeiles 13 bewegt wird, so dass das Dokument 8 durch
die CCD-Zeile 12 Zeile für Zeile abgetastet wird.
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Die
Position des Wagens 11 wird mit als solche bekannten Mitteln
fortlaufend gemessen und unter anderem für die Rückkopplungsschleife des Servomotors 9 verwendet.
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Auf
diese Weise wird jeder Bildpunkt des Dokuments in ein analoges Signal
umgewandelt, das dem Grauwert dieses Punktes entspricht. Das analoge
Signal wird dann für
jeden Bildpunkt durch einen A/D-Wandler 14 in ein digitales
Signal umgewandelt.
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Der
Scanner 1 ist mit einem automatischen Originaleinzug (ADF) 1A ausgerüstet. Dieser
umfasst einen Träger 301 zur
Aufnahme eines Stapels von zu kopierenden Dokumenten 302,
einen Trennmechanismus 313, 314 zum Abziehen von
Dokumenten eins nach dem anderen vom Boden des Stapels und einen
Transportmechanismus bestehend aus den Transportbahnen 303, 304, 305, 306 und Transportrollenpaaren 309, 310, 311, 312,
zum Transport eines abgezogenen Dokuments zu der Bühne 7.
Das Dokument 8 wird mit einem Förderband 307 über die
Bühne 7 transportiert
und nach der Abtastung durch den Abtastwagen 11 zum Ausgabeträger 308 transportiert.
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Für eine Beschreibung
des Druckers 3 wird nun auf 3 Bezug
genommen. Der Drucker umfasst ein endloses fotoleitendes Band 20,
das mit Hilfe von Antriebs- und Führungswalzen 21, 22 bzw. 23 mit
gleichförmiger
Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 24 transportiert
wird.
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Mit
Hilfe der von der Einrichtung 15 bereitgestellten verarbeiteten
Bilddaten wird eine LED-Zeile 25 so erregt, dass das fotoleitende
Band 20 Zeile für Zeile
bildmäßig belichtet
wird, nachdem es durch eine Coronaeinrichtung 30 elektrostatisch
aufgeladen wurde.
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Das
in Folge der Belichtung auf dem Band 20 entstehende latente
Ladungsbild wird mit Hilfe einer Magnetbürsteneinrichtung 31 mit
Tonerpulver entwickelt, um ein Tonerbild zu bilden, das dann in
einer ersten Übertragungszone
unter Druck mit einem endlosen Zwischenträgerband 32 in Kontakt
gebracht wird, das aus einem elastischen und wärmebeständigem Material wie etwa Silikongummi
hergestellt oder damit beschichtet ist. Unter diesen Bedingungen
wird das Tonerbild durch Adhäsionskräfte vom
Band 20 auf das Band 32 übertragen. Nach dieser Bildübertragung
werden etwa verbliebene Tonerreste mit Hilfe einer Reinigungseinrichtung 33 von
dem fotoleitenden Band 20 entfernt, wonach dieses Band 20 für den erneuten
Gebrauch bereit ist.
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Das
Zwischenträgerband 32 läuft über Antriebs-
und Führungswalzen 34, 35 und
wird auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des
Tonerpulvers erhitzt, z.B. mit Hilfe einer Infrarot-Strahlungsheizung,
die im Inneren der Walze 35 angeordnet ist. Während das
Band 32 mit dem Tonerbild darauf transportiert wird, wird
das Tonerbild in Folge der Erhitzung klebrig.
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In
einer zweiten Übertragungszone
zwischen dem Band 32 und einer Andruckwalze 36 wird
das klebrige Tonerbild unter Druckeinwirkung auf einen Kopiebogen übertragen,
der aus einem der Speicher 37-1, 37-2 oder 37-3 zugeführt wird,
und es wird gleichzeitig darauf fixiert.
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Die
so erhaltene Kopie kann sch1ießlich
auf einem Ausgabeträger 39 abgelegt
werden oder durch ein Ablenkelement 40 (das sich in der
gestrichelt eingezeichneten Position befindet) einer Wendeeinrichtung 41 zugeführt werden.
In dieser Wendeeinrichtung 41 wird der Kopiebogen gewendet,
wonach er wieder der zweiten Übertragungszone
zwischen dem Band 32 und der Andruckwalze 36 zugeführt wird,
damit er in dieser Übertragungszone
auf der anderen Seite mit einem Pulverbild bedruckt wird und dann
auf dem Ausgabeträger 39 abgelegt
wird.
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Dokumente
können
sich in ihrem Charakter beträchtlich
unterscheiden. Zum Beispiel enthalten Textdokumente gewöhnlich schwarze
Schriftzeichen auf einem weißen
Hintergrund und keine oder kaum Grautöne. Während ihrer Abtastung werden
jedoch auch Signale erzeugt, die Grautönen entsprechen, entweder weil
der Scanner gerade einen Übergang zwischen
einem Schriftzeichen und dem Hintergrund gemessen hat oder weil
Schmutzflecken auf dem Dokument sind. Es ist gewöhnlich erwünscht, dass eine Kopie eines
Textdokuments keine Grautöne
enthalten sollte, und deshalb sollten etwaige graue Bildpunkte,
die in den Abtastsignalen vorhanden sind, eliminiert werden. Wenn
jedoch ein Originaldokument eine Fotografie enthält oder aus einer Fotografie
besteht, gibt es neben schwarzen und weißen Punkten auch zahlreiche
graue Punkte. Für
eine gute Wiedergabe auf einer Kopie ist es gerade für solche
Originaldokumente notwendig, dass graue Bereiche in dem Dokument
auch als graue Bereiche auf der Kopie wiedergegeben werden. Die
Anforderungen an das Reproduktionssystem sind somit von der Natur des
Originals abhängig
und können
sich für
unterschiedliche Originaldokumente beträchtlich unterscheiden.
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Das
Reproduktionssystem kann durch eine Reproduktionscharakteristik
beschrieben werden, in der die optische Dichte der Kopie (ODout)
als eine Funktion der optischen Dichte (ODin) des Originaldokuments
angegeben ist.
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4 zeigt
ein Beispiel für
eine Reproduktionscharakteristik dieser Art. Sie besteht aus drei
Teilen, nämlich
einem Teil 51 für
ein ODin zwischen 0 und einem Wert A, einem Teil 52 für ein ODin
zwischen einem Wert A und einem Wert B und einem Teil 53 für ein ODin
größer als
ein Wert B. In dieser Beschreibung steht der Wert „0" für Weiß.
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Im
Teil 51 hat ODout den Wert 0, so dass helle Grautöne des Hintergrunds,
zum Beispiel weil das Originaldokument vergilbtes Papier ist oder
weil Text auf der Rückseite
des Originaldokuments zur Vorderseite durchscheint, auf der Kopie
nichts desto weniger mit einem weißen Hintergrund gedruckt werden. Im
Teil 53 wird die maximale optische Dichte ODmax des Drucksystems
erreicht, so dass alle höheren Werte
von ODin auf diesen Wert ODmax abgebildet werden.
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Der
Teil 52 hat eine lineare Gestalt und beschreibt die Abbildung
von grauen bis schwarzen Tönungen
des Originaldokuments auf Werte von ODout. In dem hier beschriebenen
Gerät ist
die lineare Form des Teils 52 der Charakteristik im OD-Bereich
absichtlich gewählt
worden. Die optische Dichte (OD) ist ein logarithmisches Maß für die Menge
an Licht, die von einem Dokument reflektiert wird, und entspricht
der menschlichen Wahrnehmung, die ebenfalls logarithmisch ist. Aufgrund
der linearen Form der Reproduktionscharakteristik werden identische
Differenzen in wahrgenommenen Grautönen auf dem Originaldokument
auf identische Differenzen in wahrgenommenen Grautönen auf
der Kopie abgebildet.
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Wie
bereits beschrieben wurde, ist das Reproduktionssystem aus verschiedenen
Teilen aufgebaut, nämlich
einem Scanner 1, einer Bildverarbeitungseinheit 17 und
einem Druckgerät 3.
Diese haben alle ihre eigenen Abbildungscharakteristiken. Die Kombination
dieser Abbildungscharakteristiken ergibt die Reproduktionscharakteristik
des Systems. Dies ist in 5 gezeigt, die die Abbildungscharakteristiken
und die Reproduktionscharakteristik des Systems in vier Quadranten
illustriert. Der Ursprung dieser Grafik entspricht dem Wert „0", d.h. „Weiß".
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Quadrant
I enthält
die Reproduktionscharakteristik des Systems. Quadrant II enthält die Abbildungscharakteristik
des Scanners 1 und ergibt einen (8-Bit) Grauwert für jeden
Wert der optischen Dichte ODin des Originaldokuments. Diese Charakteristik
ist scharf gekrümmt,
weil die optische Dichte eine logarithmische Größe ist, während die Grauwertskala linear
ist.
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Quadrant
IV enthält
die Abbildungscharakteristik des Druckgerätes 3 und gibt für jeden
von der Bildverarbeitungseinheit 17 erzeugten Grauwert
eine optische Dichte ODout auf der gedruckten Kopie an.
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Quadrant
III enthält
die Abbildungscharakteristik der Bildverarbeitungseinheit 17 und
gibt für
jeden vom Scanner erzeugten Grauwert einen Grauwert an, der durch
das Druckersystem 3 erzeugt werden sollte. Wie bereits
erwähnt
wurde, wird dieser letztere Grauwert in Wirklichkeit durch ein Muster
aus schwarzen und weißen
Bildpunkten verwirklicht.
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Da
die Abbildungscharakteristiken des Scanners 1 und des Druckersystems 3 durch
die Technologie bestimmt sind und für das einmal konstruierte Gerät festliegen,
sollte die Bildverarbeitungseinheit 17 mit einer solchen
Abbildungscharakteristik versehen sein, dass man eine akzeptable
Reproduktionscharakteristik des Systems erhält. Durch Umprogrammieren der
Bildverarbeitungseinheit 17 kann es auch möglich gemacht
werden, die Reproduktionscharakteristik des Systems zu verändern.
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6 zeigt
ein Blockdiagramm des Bildverarbeitungsmoduls 17 zum Umwandeln
der digitalen Signale vom Scanner in binäre Bilddaten, die für die Ansteuerung
des Druckersystems geeignet sind. Dieses Modul umfasst ein Histogramm-Modul 100 mit
einem Eingang für
Signale vom Scanner 1, ein an das Histogramm-Modul 100 angeschlossenes
Analysemodul 101, ein an das Analysemodul 101 angeschlossenes
Charakteristik-Berechnungsmodul 104, ein OD-Korrekturmodul 102,
das an das Modul 104 und die Bedienungseinheit 19 angeschlossen
ist und auch einen Eingang für
Signale vom Scanner 1 aufweist, und ein Halbtonmodul 103,
das an das OD-Korrekturmodul 102 und die Speichereinrichtung 15 angeschlossen
ist. Die Funktion des Histogramm-Moduls 100 und des Analysemoduls 101 besteht
darin, ein Originaldokument als ein Textdokument bzw. ein fotografisches
Dokument zu charakterisieren. Das OD-Korrekturmodul 102 sorgt
für die Abbildung
von Grauwerten, die vom Scanner erzeugt wurden, auf Grauwerte, die
vom Druckersystem zu erzeugen sind. Diese Abbildung entspricht dem
Quadranten III in 5. Schließlich dient das Halbtonmodul 103 dazu,
die vom OD-Korrekturmodul 102 spezifizierten Grauwerte
in Bildpunktwerte (die, wie bereits beschrieben wurde, „Weiß" oder „Schwarz" sein können) für die Ansteuerung
des Druckersystems 3 umzuwandeln. Die Arbeitsweise dieser
Module wird nachstehend beschrieben.
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Die
Abtastung eines Dokuments auf der Vorlagenbühne erfolgt in zwei Stufen.
In der ersten Stufe, der Vorabtastungsstufe, bewegt sich der Abtastwagen 11 an
dem Dokument 8 entlang und liefert dabei digitalisierte
Signale, die der gemessenen optischen Dichte eines ersten Rasters
von Bildpunkten des Vorlagenbildes entsprechen. Diese Signale werden
dazu verwendet, den Typ des Dokuments zu charakterisieren, so dass
eine angepasste Verarbeitung der Scannerdaten ausgewählt werden
kann. In der zweiten Stufe oder Hauptstufe bewegt sich der Abtastwagen 11 in
entgegengesetzter Richtung an dem Doku ment 8 entlang und
liefert wiederum digitalisierte Signale, die dieses Mal der gemessenen
optischen Dichte eines zweiten Rasters von Bildpunkten des Vorlagenbildes
entsprechen. Die ersten und zweiten Raster können identisch sein, doch kann
das erste Raster auch gröber
sein, so dass weniger Bildpunkte gemessen werden.
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Die
Scannersignale aus der Vorabtastung werden dem Histogramm-Modul 100 zugeführt, das ein
Histogramm der gemessenen Werte erstellt. Bei Vollendung der Vorabtastung
werden die Resultate des Histogramm-Moduls zur Analyse an das Analysemodul 101 übergeben.
Letzteres charakterisiert das abgetastete Bild als ein Textbild
oder ein fotografisches Bild. 7A zeigt
ein typisches Histogramm für
ein Textbild, und 7B zeigt ein typisches Histogramm
für ein
fotografisches Bild. Die optische Dichte OD ist auf der Abszisse
aufgetragen und die Anzahl von Bildpunkten (N) auf der Ordinate.
Ein Textbild enthält
zwei relativ schmale und hohe Peaks entsprechend dem Weiß des Papiers
und dem Schwarz der Schriftzeichen. Grauwerte dazwischen treten nicht
häufig
auf und stammen hauptsächlich
von Bildpunkten, die gerade am Rand eines Schriftzeichens liegen.
Im Gegensatz dazu enthält
das Histogramm eines fotografischen Bildes eine große Anzahl
von grauen Punkten und weniger weiße und schwarze Punkte. Das
Analysemodul bestimmt nun anhand vorprogrammierter Kriterien, ob
das aufgezeichnete Histogramm zum Text-Typ (mit zwei deutlichen Peaks) oder
zum fotografischen Typ (mit einer gleichmäßigeren Verteilung) gehört. Diese
Entscheidung wird an das Charakteristik-Berechnungsmodul 104 übergeben.
Dieses Modul ist so ausgebildet, dass es auf der Grundlage der geforderten
Reproduktionscharakteristik für
das System und der bekannten Abbildungscharakteristiken des Scanners
und der Druckereinheit, der Reihe nach entsprechend den Quadranten
I, II und IV in 5, durch Kombination der Charakteristiken
eine Abbildungscharakteristik für den
Quadranten III berechnen kann. Diese Berechnung ist in 5 grafisch
mit gestrichelten Pfeilen gezeigt. Die berechnete Abbildungscharakteristik wird
dann an das OD-Korrekturmodul 102 übergeben.
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In
dieser beispielhaften Ausführungsform
ist die Klassifizierung des Originaldokuments auf zwei Typen, Text
und Fotografie, beschränkt.
Es ist auch möglich,
auf der Grundlage der Verteilung von Grauwerten im Histogramm eine
größere Anzahl
von Typen zu unterscheiden.
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Im
OD-Korrekturmodul 102 werden die Grauwerte aus den digitalisierten
Scannersignalen aus der Hauptabtastung in andere Grauwerte umgewandelt,
in Übereinstimmung
mit einer Abbildungscharakteristik, die durch das Charakteristik-Berechnungsmodul 104 berechnet
wurde. Zu diesem Zweck ist eine Nachschlagtabelle (LUT) mit den
Werten der Abbildungscharakteristik programmiert. Die Scannerdaten
werden dann mit Hilfe der LUT umgewandelt.
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8 zeigt
ein Beispiel für
die Reproduktionscharakteristik eines Textbildes bzw. eines fotografischen
Bildes. Es ist zu sehen, dass ein Textbild hart ist, d.h. helle
Töne werden
weiß gemacht
und dunklere Töne
schwarz, während
nur eine kleine Anzahl von Mitteltönen als grau wiedergegeben
wird. Dies hat die Wirkung, dass das resultierende gedruckte Bild
in erster Linie Schwarz auf Weiß enthält, wie
es gewöhnlich
bei einem Textbild auch beabsichtigt ist. Ein fotografisches Bild
wird dagegen weicher reproduziert. Die Charakteristik bildet die
meisten Grautöne
auf Grautöne
ab, und nur eine relativ kleine Anzahl von Grautönen an den Enden des Bereichs
wird in Weiß bzw.
Schwarz umgewandelt.
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Wenn
das Analysemodul 101 feststellt, dass das Originaldokument
Text ist, wird die Reproduktionscharateristik für Text in 8 als
die Grundlage für
die Berechnung der Abbildungscharakteristik der Bildverarbeitungseinheit 17 benutzt,
und im Fall eines fotografischen Originals wird die Reproduktionscharakteristik
für ein
fotografisches Bild in 8 gewählt.
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Die
gewählte
Reproduktionscharakteristik dient nun als eine Grundlage für die Herstellung
der Kopie, kann jedoch durch einen Benutzer angepasst werden, wenn
er bestimmte Anforderungen hinsichtlich der Reproduktion bestimmter
optischer Dichten im Originaldokument hat. Zu diesem Zweck kann
der Benutzer mit Hilfe der Tasten und das Anzeigeschirms auf der
Bedienungstafel der Bedienungseinheit 19 die ODin-Werte
A und B, die den linearen Teil der Charakteristik definieren und
vom OD-Korrekturmodul 102 vorgewählt worden sind, verschieben,
wobei die Verschiebung vorzugsweise in Schritten von gleichen OD-Intervallen
erfolgt. Verschiebung des Punktes A in Richtung auf 0 ergibt eine
differenziertere Wiedergabe von hellen Tönungen, und Bewegen des Punktes
B von 0 weg ergibt eine differenziertere Reproduktion dunklerer
Tönungen.
Desweiteren ergibt eine gleiche Verschiebung der bei den Punkte A und
B in der gleichen Richtung eine hellere bzw. dunklere Kopie. Letzteres
ist äquivalent
zu der herkömmlichen
Hell/Dunkel-Einstellung, so dass für diesen Zweck kein zusätzlicher
Knopf auf der Bedienungstafel erforderlich ist.
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Es
hat sich herausgestellt, dass eine gute Bedienung mit einer Einstellbarkeit
der Punkte A und B in Schritten von etwa 0,01 (OD) erreicht wird.
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In
der Praxis hat sich gezeigt, dass Benutzer, insbesondere mit Erfahrung
in der grafischen Industrie, mit Hilfe dieses Bedienungsverfahrens
ohne Schwierigkeiten ausgezeichnete Resultate erzielen.
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Wenn
ein Kopierauftrag eine Anzahl von Originaldokumenten enthält, werden
sie durch den Einzug 1A nacheinander auf die Vorlagenbühne 7 aufgelegt,
und eine Vorabtastung und eine Hauptabtastung werden für jedes
Dokument ausgeführt.
So wird für jedes
Dokument eine Reproduktionscharakteristik ausgewählt. Die eingestellte Verschiebung
der Punkte A und B wird während
des gesamten Kopierauftrags beibehalten und somit jedes Mal an die
ausgewählte
Charakteristik angepasst. Die eingestellte Verschiebung kann durch
den Benutzer zurückgesetzt
werden und kehrt auch auf 0 zurück,
wenn das Gerät
für eine
bestimmte Zeit unbenutzt ist.
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In
einer zweiten Ausführungsform
kann die Einstellung der Reproduktionscharakteristik auch vollständig dem
Benutzer überlassen
werden. In diesem Fall wird die Vorabtastung zur Charakterisierung des
Originaldokuments ausgelassen, und das Histogramm-Modul 100 und
das Analysemodul 101 werden weggelassen. In diesem Fall
muss der Benutzer die optische Dichte OD in den Werten A und B absolut
einstellen. Diese Ausführungsform
erfordert zwar beträchtliche
Erfahrung auf Seiten des Benutzers, führt jedoch zu einem Gewinn
an Verarbeitungsgeschwindigkeit, weil keine Vorabtastung erforderlich ist.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
werden die eingestellten Werte A und B während des gesamten Kopierauftrages
beibehalten. Sie können
durch den Benutzer zurückgesetzt
werden und kehren auch auf 0 zurück,
wenn das Gerät
für eine
bestimmte Zeit nicht in Gebrauch ist.
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Die
Arbeitsweise wird nachstehend im Einzelnen beschrieben werden.
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Die
im OD-Korrekturmodul 102 umgewandelten Grauwertbilddaten
werden dann im Halbtonmodul 103 in binäre Daten umgewandelt, die binäre Werte
der Bildpunkte zur Ansteuerung der Druckereinheit 3 enthalten,
in Übereinstimmung
mit einer als solche bekannten Halbtontechnik. Zum Beispiel kann hierfür die Dithertechnik
oder die Fehlerdiffusionstechnik oder eine Mischform hieraus verwendet werden.
Diese Techniken sind in der Literatur vollständig beschrieben und werden
deshalb nicht näher erläutert, insbesondere
auch weil die verwendete Halbtontechnik für die vorliegende Erfindung
nicht relevant ist.
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Die
Auswirkungen der Halbtonverarbeitung auf die letztlich von der Druckereinheit 3 erzeugte
optische Dichte auf der Kopie sind in der Druckercharakteristik
in 5 (Quadrant IV) enthalten. Aufgrund eines Unterschieds
in der Strategie zur Positionierung von schwarzen Bildpunkten haben
unterschiedliche Halbtonverarbeitungstechniken häufig unterschiedliche Beziehungen
zwischen der Anzahl von gedruckten schwarzen Bildpunkten und der
optischen Dichte auf der Kopie. Diese Unterschiede werden als eine
Systemeigenschaft betrachtet. Der Quadrant III in 5 bezieht
sich somit auf die Signale, die vom OD-Korrekturmodul 102 erzeugt
werden.
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Die
binären
Bilddaten sind nun für
die Verarbeitung durch die Druckereinheit 3 des Gerätes geeignet.
Zur Vorbereitung hierfür
werden sie in der Speichereinrichtung 15 abgelegt, erforderlichenfalls in
komprimierter Form.
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Die
zu der Bedienungseinheit 19 gehörende Bedienungstafel ist in 9 gezeigt
und umfasst einen Anzeigeschirm 60, etwa eine LCD-Anzeige,
eine Anzahl von Tasten, nämlich
eine Starttaste 61, Zifferntasten 62, eine Korrekturtaste 63,
Wähltasten 64A-E, 65A-D
und die Tastengruppe 66. Die Bedienungstafel enthält auch
ein Zifferndisplay 70 zur Anzeige der eingestellten Anzahl
von Drucken, wie bei Kopiergeräten üblich ist.
All diese Elemente sind mit der Bedienungseinheit 19 verbunden,
die als Reaktion auf Betätigung
der Tasten Signale an die Steuereinheit 18 weiterleitet
und auch den Anzeigeschirm 60 so ansteuert, dass er dem
Benutzer Optionen und Nachrichten zeigt.
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Wenn
das Gerät
eingeschaltet wird, zeigt der Anzeigeschirm 60 ein Bild,
das durch eine Anzahl vertikaler Spalten jeweils über einer
der Wähltasten 64A-E
gebildet wird. Jede Spalte bezieht sich auf eine bestimmte Grundfunktion
des Gerätes
und gibt die verschiedenen möglichen
Einstellungen für
diese Grundfunktion an. Zum Beispiel ist die äußerste linke Spalte für die Wahl
zwischen der Kopierfunktion, bei der ein Dokument durch den Scanner
abgetastet und dann reproduziert wird, und der Druckerfunktion vorgesehen,
bei der ein Druck in Übereinstimmung
mit digitalen Bilddaten erstellt wird, die über die Netzwerkverbindung
zugeführt
werden. Die zu irgendeinem Zeitpunkt gewählte Einstellung, in diesem
Fall die Kopierfunktion, wird durch eine Markierung, etwa einem
dunklen Punkt, oder durch Hervorhebung angegeben.
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Durch
Betätigen
einer Wähltaste
kann ein Benutzer eine andere Einstellung wählen, zum Beispiel nach einem
zyklischen Muster. In Folge einer Änderung einer Einstellung kann
sich die Funktion einer oder mehrer der anderen Wähltasten
verändern, weil
die alte Funktion nicht mehr relevant ist und andere Auswahloptionen
erforderlich sein mögen.
In der zugehörigen
Spalte des Anzeigeschirms 60 erscheint dann ein anderer
Text bezüglich
der neuen Funktion.
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Die
Wähltasten 65A-D
bieten die Möglichkeit,
einen anderen Satz von Funktionen (oder Funktionsgruppen) aufzurufen.
Allgemein handelt es sich dabei um Funktionen, die für einen
einfachen Kopier- oder Druckauftrag nicht benötigt werden, die jedoch dem
Benutzer mehr Möglichkeiten
bieten, spezielle Druckresultate zu erhalten. In diesem Beispiel
umfassen diese Funktionen die Verschiebung des Randes auf dem Druck,
das Hinzufügen
von Deckblättern und
die Wiedergabe von mehreren Originalen auf einer Kopie. Die Bedeutung
der Tasten 65A-D ist in einem zugehörigen Feld des Anzeigeschirms 60 direkt unter
jeder Taste angegeben. Wenn eine der Tasten betätigt wird, so wird der entsprechende
Satz von Funktionen aktiviert, und das Layout des Anzeigeschirms 60 wird
an die relevanten Funktionen angepasst. Gleichzeitig wird diese
Auswahl durch Hervorhebung – in
diesem Fall eine leichte Verschiebung – des zu der betätigten Taste
aus der Gruppe 65A-D gehörenden Feldes auf dem Anzeigeschirm 60 angezeigt.
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Die
Spalten über
den Tasten 64A (bereits erwähnt) und 65B (Simplex
oder Duplex, sowohl bezüglich
des Originaldokuments als auch bezüglich des Ko pienbogens), 64C (Heften)
und 64D (Auswahl des Formats und der Orientierung des Druckpapiers) beziehen
sich auf die Endbearbeitung des Auftrags.
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Die
Spalte über
der Taste 64E ist zum Spezifizieren einer Reproduktionscharakteristik
vorgesehen. Diese Spalte enthält
zwei Eingabefelder, eines für
den Wert A in der Reproduktionscharakteristik und eines für den Wert
B darin. Mit Hilfe einer Taste 64E kann das eine oder das
andere Feld und damit die zugehörige
Operation aktiviert werden, und dies wird durch einen dunklen Punkt
angezeigt.
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Wie
oben mit Bezug auf 4 beschrieben wurde, bestimmt
der Wert A den Übergang
von dem weiß-reproduzierenden
Teil zu dem grau-reproduzierenden Teil der Reproduktionscharakteristik.
Verschieben von A zu dem Wert 0 führt zu einer Zunahme des Kontrastes
in den hellen Bereichen der Kopie, während umgekehrt ein Verschieben
von A von dem Wert 0 weg zu einer Verschiebung des Kontrastes in
den hellen Bereichen führt.
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Der
Wert B bestimmt den Übergang
von dem grau-reproduzierenden Teil zu dem schwarz-reproduzierenden
Teil der Reproduktionscharakteristik, und ein Verschieben von B
vom Wert 0 weg führt
deshalb zu einer Zunahme und ein Verschieben von B zu 0 hin zu einer
Abnahme des Kontrastes in den dunklen Bereichen der Kopie.
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Eine
Zahl in den Eingabefeldern für
A und B gibt die Differenz zu dem Wert an, der durch das Charakteristik-Berechnungsmodul 104 vorgewählt wurde,
und zwar in Schritten von 0,01 OD, wobei eine positive Zahl eine
Zunahme des Kontrastes und eine negative Zahl eine Abnahme des Kontrastes
bedeutet.
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Im
Fall der als Beispiel dargestellten Ausführungsform, bei der der Wert
von A und B absolut eingestellt wird, wird dieser absolute Wert
direkt in OD-Einheiten gezeigt. Dies ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
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In
dem aktiven Feld, dem oberen Feld in dem Beispiel nach 9,
kann die Einstellung mit Hilfe der Tasten der Gruppe 66 verändert werden.
Dies wird den Benutzern durch ein hervorgehobenes Sternsymbol verdeutlicht.
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Die
ausgewählte
Einstellung wird an das Verarbeitungsmodul 17 übergeben,
spezieller an das Charakteristik-Berechnungsmodul 104,
das daraufhin eine Abbildungscharakteristik für den Quadranten III in 5 berechnet,
die so angepasst ist, dass die endgültige Reproduktionscharakteristik.
des Gesamtsystems die vom Benutzer eingestellte Form annimmt. Die
Prozedur hierfür
wurde vorstehend beschrieben.
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Die
oben beschriebene Erfindung kann auch für Farbkopierer benutzt werden.
Diese Systeme haben gewöhnlich
drei Farbkanäle,
nämlich
Rot, Grün und
Blau (R-G-B) für
die Abtastung, die Bildverarbeitung und das Drucken. In vielen Fällen wäre es jedoch
bevorzugt, dem Benutzer einen einzigen Parameter für die Optimierung
der Reproduktion von „schwierigen" Originalen anzubieten.
Insbesondere sollten für
das Erstellen einer helleren oder dunkleren Kopie die Farben nicht
verändert
werden, und die getrennte Veränderung
der Reproduktionscharakteristiken für die einzelnen Farbkanäle würde nahezu
immer zu einer Veränderung
der Farbe auf der Kopie führen.
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Es
gibt jedoch andere Farbkoordinatensysteme, z.B. L-a-b und L-C-H,
in denen ein Wahrnehmungsparameter (L) für die Luminanz definiert ist, der
näher dem
Hell-Dunkel-Eindruck eines Bildes entspricht. In diesen Systemen
kann die Luminanz unabhängig
vom Farbton verändert
werden.
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Die
Erfindung nutzt diesen Effekt in solcher Weise, dass dem Benutzer
anstelle der optischen Dichte (OD) beim Schwarzweiß-Kopieren
nun die in den digitalen Bilddaten enthaltene Luminanz zur Veränderung
angeboten wird. Da die Luminanz ebenso wie die OD ein Wahrnehmungsparameter
ist, handelt es sich um einen mehr oder weniger logarithmischen Parameter,
und die Reproduktionscharakteristik hat eine lineare Gestalt. Deshalb
gilt die oben für
den Schwarzweiß-Fall
diskutierte Theorie ohne wesentliche Unterschiede auch für die Luminanz
beim Farbkopieren.
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In
einer am nächsten
liegenden ersten Form werden die R-G-B-Abtastdaten zunächst in
den L-a-b-Raum transformiert, dort mit Hilfe der Reproduktionscharakteristik
konvertiert und dann für
die Ansteuerung des Druckers in den R-G-B-Raum zurücktransformiert.
Bei diesem Vorgang wird nur die Hell/Dunkel-Balance verändert, während der
Farbton unbeeinflusst bleibt. Ein geringfügiger Nachteil dieser Implementierung
besteht darin, dass die Umwand lungen zwischen den verschiedenen
Farbkoordinatensystemen zwar allgemein bekannt sind (und deshalb
hier nicht beschrieben werden), jedoch relativ komplex sind und
nur ausgeführt
werden können, wenn
für die
Umwandlungen ein hinreichend leistungsfähiger Rechner zur Verfügung steht.
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In
einer zweiten Form werden die von dem Benutzer ausgewählten Veränderungen
an der Charakteristik im L-C-H-Raum in eine direkte Operation an
den R-G-B-Abtastdaten übersetzt
(d.h. eine Operation im R-G-B-Raum). Diese Übersetzung ist nicht exakt
(andernfalls wäre
sie ebenso komplex wie die Operation in der oben beschriebenen ersten
Form), ergibt jedoch normalerweise durchaus akzeptable Resultate.
Gemäß dieser
Implementierung wird die Steigung des zweiten, mittleren Teils der
Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der drei Farbkanäle mit dem
gleichen Faktor F verändert.
Dies entspricht einer Änderung
der Steigung der Charakteristik im L-Raum, um einen Faktor f, mit
f3 = F. Somit wird eine Verschiebung des
Schulterpunktes für
helle Bereiche, wie sie vom Benutzer ausgewählt wurde, in eine Änderung
F der Steigung der L-Charakteristik übersetzt, die ihrerseits in
eine Änderung
f der Charakteristiken der Farbkanäle übersetzt wird. Die Änderung der
Steigung der Farbkanal-Charakteristiken hat den Effekt, dass auch
C (Chroma) durch eine Multiplikation mit dem gleichen Faktor f verändert wird.
Der Parameter H (Farbton), der weitaus überwiegend den Farbeindruck
bestimmt, wird jedoch nicht beeinflusst.
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Die
oben beschriebene Operation für
die zweite Form der Kontrastmanipulation beim Farbkopieren beeinflusst
die Position des Schulterpunktes für die hellen Bereiche des Originaldokuments.
In dieser Ausführungsform
wird die Verschiebung des anderen Schulterpunktes, desjenigen für die dunklen Bereiche,
ebenfalls als eine gleiche Verschiebung der Werte der R-, G- und
B-Abtastsignale definiert. Die Verschiebung dieses letzteren Schulterpunktes lässt jedoch
die Farbe nicht völlig
unbeeinflusst und sollte deshalb vorsichtig benutzt werden, mit
ausgewogenen Effekten auf den Farbton (H) und den Kontrast. Eine Änderung
es Farbtons in dunklen Bereichen ist jedoch weniger wahrnehmbar
und kann deshalb immer noch gegenüber komplexeren Verfahren bevorzugt
sein.
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Die
für die
Schwarz-Weiß-Version
der Erfindung beschriebenen Einzelheiten der Implementierung sind
auch für
die Farbversion anwendbar. Diese umfas sen zumindest die automatische
Charakterisierung des Originaldokuments mit Hilfe einer Vorabtastung
oder auf andere Weise und entweder die Verwendung der daraus gewonnenen
Resultate als Ausgangspunkt für
die Einstellung der Reproduktionscharakteristik durch den Benutzer
oder die Definition einer Reproduktionscharakteristik durch den
Benutzer ohne Verwendung der Resultate der automatischen Charakterisierung.
Auch die Präsentation
des Einstellmechanismus auf der Bedienungstafel kann problemlos
für das
Farkopieren benutzt werden, da sie sich auf die Luminanz bezieht,
die ebenfalls ein Maß für „Hell" und „Dunkel" ist.
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Nachdem
einmal eine Reproduktionscharakteristik ausgewählt worden ist, kann sie in
einer Nachschlagtabelle (LUT) programmiert werden, um die Abtastdaten
damit zu verarbeiten. Die Verwendung einer LUT für die Datenverarbeitung ist
eine beim Farbkopieren weithin gebräuchliche Methode und wird deshalb
hier nicht im Einzelnen beschrieben.
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Die
Erfindung ist oben anhand einer beispielhaften Ausführungsform
beschrieben worden. Es versteht sich jedoch für den Fachmann, dass andere Ausführungsformen
im Rahmen der nachstehenden Ansprüche möglich sind. Zum Beispiel ist
außer
den beiden beschriebenen Ausführungsformen,
bei denen die Einstellung der Reproduktionscharakteristik in der
Form einer Änderung
einer automatisch vorgewählten
Charakteristik oder in der Form einer absoluten Eingabe erfolgt,
auch eine andere Ausführungsform
möglich,
bei der ein Benutzer wahlweise eine der beiden Methoden für die Einstellung
benutzen kann. Es ist auch möglich,
dass eine nach der ersten Ausführungsform
eingestellte Reproduktionscharakteristik (spezifiziert als eine Änderung)
durch den Benutzer mit Hilfe der Bedienungseinrichtung „absolut" gemacht wird und
somit für
alle nachfolgenden Originaldokumente eines Satzes gültig bleibt,
selbst wenn das Charakteristik-Berechnungsmodul dazu tendiert, für eines
oder mehrere der Originaldokumente eine andere Einstellung auszuwählen.