DE10041624C2

DE10041624C2 - Verfahren und Speichermedium zur Steuerung eines Prozessors zum Erzeugen eines skalierten Zielpixelbilds

Info

Publication number: DE10041624C2
Application number: DE10041624A
Authority: DE
Inventors: Brent M Bradburn
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2003-09-11
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: US20040061904A1; GB0021332D0; US7057774B2; DE10041624A1; JP2001119580A; GB2356310A; GB2356310B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines skalierten, mit einer Halbtonbildung bearbei teten Zielpixelbildes von einem Quellpixelbild-Abschnitt, sowie auf ein Speichermedium zur Steuerung eines Prozessors, um ein skaliertes, mit einer Halbtonbildung bearbeitetes Zielpixelbild von einem Quellpixelbild-Abschnitt zu erzeu gen.

Viele Typen von Druckvorrichtungen verwenden eine begrenzte Vielzahl von Tinten-Farben (oder Toner-Farben) für die Er zeugung von bedruckten Seiten (typischerweise eine Farbe für Monochrom-Vorrichtungen und vier Farben für Farb-Vorrich tungen). Diese Vorrichtungen sind im allgemeinen bezüglich der Ausgabe von jeweiligen Tintenpegeln bistabil. Insbeson dere ist die Ausgabe der Tinte an einem bestimmten vor gegebenen Ort auf einer Seite entweder aktiviert oder deaktiviert. Bei solchen Vorrichtungen werden Zwischentöne unter Verwendung eines Prozesses erzeugt, der als eine Halbtonbildung (Halftoning) bezeichnet wird, wobei eine Tintenausgabe gegen einen Hintergrund, der durch die Farbe des Druckmediums (z. B. Papier) definiert ist, moduliert ist, um einen mittleren Ton zu erzeugen, der durch den Betrachter visuell integriert wird.

Aufgrund historischer Verfahren zum Erreichen der Wirkung einer Halbtonbildung wird der Halbtonprozeß synonym als eine Halbtonrasterung (Halfton-Screening) oder einfach Rasterung bezeichnet.

Der Prozeß einer Halbtonbildung ist als eine potentielle Quelle einer Bildinhaltsverzerrung für Fachleute gut bekannt. Diese Verzerrung zeigt sich typischerweise als 1) ein Verlust der Schärfe, 2) eine Einbringung eines Moire- Effekts und 3) ein übermäßiges Darstellen von Bildrauschen. Diese Effekte entstehen größtenteils aufgrund eines Phäno mens, das als ein Aliasing (Auflösungsbedingter Darstellungsfehler) bekannt ist, was in diesem Zusammenhang als die Fehldarstellung eines Bildinhalts aufgrund eines unzurei chenden Abtastens definiert ist. Dies tritt auf, da eine willkürlich angewendete Halbtonbildung ein eigenes Abtast gitter einbringen kann, was unzureichend sein kann, um eine ordungsgemäße Darstellung des Bildinhalts zu erreichen.

Auf den Prozeß einer Abtastung bezogen, ist das Aliasing- Phänomen in der gängigen Literatur (besonders gemäß einer Abtasttheorie) bekannt und gut dokumentiert. Für die Zwecke eines Verstehens der Erfindung, die nachfolgend beschrieben wird, kann eine unzureichende Abtastung als eine spärliche Abtastung aufgefaßt werden. Spezieller liegt in dem Origi nalbild eine Information vor, die nicht zu dem resultieren den Bild beiträgt, da dieselbe "durch die Ritzen" in dem (spärlichen) Abtastgitter "gleitet". Die Standardlösung für dieses Problem besteht darin, die Abtastauflösung einem (Vorabtast-) Verschmierungsprozeß anzupassen, der die Dar stellung von Bildeinzelheiten "ausstreicht", um sicher zustellen, daß keine Einzelheit räumlich isoliert (in den "Ritzen") verbleibt, derart, daß vermieden werden kann, daß dieselbe einem Abtasten entgeht.

Wie es vorhergehend erklärt wurde, besteht das Standardver fahren zum Vermeiden eines Aliasings darin, die Daten, die abgetastet werden, mit einem Verschmierungsfilter vor zufiltern. Dieser Verschmierungsprozeß wird manchmal als eine Glättigung bezeichnet und kann technisch als eine Tiefpaßfilterung (dieser Name leitet sich von der Natur des Filters ab, bei dem ein Tieffrequenzinhalt unverändert durchgelassen wird, während ein Hochfrequenzinhalt gedämpft wird) bezeichnet werden. Ein Verschmieren eines Bilds weist den Nachteil auf, daß Kanten- und Detail-Inhalte weniger er kennbar werden, was allgemein die Wirksamkeit oder das visuelle Erscheinungsbild des Bilds reduziert.

Die Verwendung eines Scharfzeichnungsfilters (der manchmal als eine Unschärfemaskierung bezeichnet wird) kann die Sichtbarkeit eines Kanten- und Detail-Bildinhalts verbes sern. Ein solcher Filter wirkt durch ein Erhöhen des lokali sierten Kontrasts dort, wo Kanten und Details vorliegen, wo durch die Lokalisation und eine Amplitude eines derartigen Inhalts erhöht wird. Eine Anwendung eines Scharfzeichnungs filters kann verwendet werden, um dem Verlust einer Schärfe entgegen zu wirken, die dem Aliasing zugeordnet sein kann. Ungünstigerweise weist eine Scharfzeichnung eines Bilds den Nachteil auf, daß es die Sichtbarkeit eines Bildrauschens erhöht und die potentielle Moire-Interferenz zwischen einem Hochfrequenzbildinhalt und dem Halbtonmuster verstärkt.

Eine Scharfzeichnung und eine Verschmierung sind entgegenge setzte Typen von Filtern und schließen sich wirksam gegen einander aus. Um auf Dokumenten mit unterschiedlichem Inhalt wirksam zu sein, kann es sein, daß ein Typ oder beide Typen der Filterung basierend auf den Ergebnissen eines Inhalts- Analyse-Algorithmusses dynamisch angewendet werden muß oder müssen. Das Problem bei diesem Typ einer Verarbeitung be steht darin, daß derselbe dazu tendiert, komplex und fehler anfällig zu sein.

Eine weitere Möglichkeit, ein durch eine Halbtonbildung ein gebrachtes Aliasing zu vermeiden, besteht darin, sehr hohe Frequenzen oder eine Verteilt-Punkt-Halbtonbildung zu ver wenden. Beide dieser Typen einer Halbtonbildung verwenden sehr schmale Halbtonpunkte, wobei dieselben auch oft sehr nah zueinander plaziert werden. Diese Verfahren können vermeiden, daß ein Aliasing eingebracht wird, wenn deren wirksames Abtastgitter gut mit demjenigen des Bilds, das einer Halbtonbildung unterzogen wird, ausgerichtet ist. Dies kann tatsächlich die bevorzugte Lösung für manche Typen von Vorrichtungen sein, vorwiegend für Drucker auf der Basis einer INK-JET-Technologie (für die aufgrund von Problemen bezüglich einer Ausrichtung und einer Übersättigung der Tinte tatsächlich eine Verteilt-Punkt-Halbtonbildung erforderlich sein kann). Zum größten Teil aufgrund von Ausgabeinstabilitäten, die sich aus Kosten/Verhalten-Kompromissen ergeben, arbeiten jedoch viele Druckvorrichtungen dennoch mit Halbtönen, die mit tieferen Frequenzen gruppiert werden.

Die US-A-5,647,026 beschreibt ein Verfahren für eine Halb tonumwandlung. Gemäß diesem Verfahren werden skalierte Di ther-Matrixwerte erzeugt, die für die Verwendung von Halb ton-Bilder herangezogen werden. Die erzeugte Dither-Matrix umfaßt eine Mehrzahl von Reihen mit Dither-Werten, und für unterschiedliche Abtastlinien werden unterschiedliche Reihen der Dither-Matrix herangezogen. Die Dither-Matrix enthält für jedes umzuwandelnde Pixel unterschiedliche Werte.

Die DE 196 24 205 A beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen von digitalen Bildern unter Verwendung einer Dither-Matrix. Diese Dither-Matrix enthält 64 Einträge und jeder dieser Einträge ist einem einzelnen Pixel zugeordnet, wobei die Dither-Matrix auf ein Grautonbild angewendet wird, in dem dieselbe wiederholt über das Bild bewegt wird, so daß jedes Pixel einmal mit einem Dither-Matrix Eintrag verglichen wird, also unterschiedlichen Pixeln unterschiedliche Di ther-Matrixwerten zugeordnet werden.

Die EP 0785528 A beschreibt allgemein die Möglichkeit, Halb ton-Bilder zu erzeugen, enthält jedoch hinsichtlich einer Dither-Matrix keine weitergehenden Informationen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen den Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Halb tonbildungsprozeß zu schaffen, welcher die Bildung von Bild artifakten vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch ein Speichermedium nach Anspruch 6 gelöst.

Die Erfindung schafft ein Computerimplementiertes Verfah ren, das auf verschiedene Halbtonbildungsverfahren anwendbar ist, wobei dasselbe eine Bildverzerrung, die durch den Halb tonbildungsprozeß eingebracht wird, minimiert. Das Verfahren umfaßt ein Aufrechterhalten von spezifischen Beziehungen zwischen dem Halbtonmuster und der Phase und Auflösung des Eingangsbilds. Spezifisch ist das Halbtonmuster derart ent worfen, daß es eine Ton-Reproduktion hinsichtlich des Orts der Eingangsbildpixel nicht beeinflußt, wobei jedem Ein gangspixel das gleiche Gewicht gegeben werden sollte, wenn es durch den Halbtonbildungsprozeß gefiltert wird. Dies legt eine 1-Zu-1-Beziehung zwischen jedem Pixel des Eingangsbilds und der entsprechenden Tonausgabe, die durch den Halbton bildungsprozeß erzeugt wird, nahe. Das Verfahren ergibt eine erhöhte Druckqualität, die sich durch eine Vermeidung von bestimmten Moire-Typen, die allgemein einer Halbtonbildung zugeordnet sind, genauso wie durch eine verbesserte Repro duktion von Kanten und Bildeinzelheiten zeigt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt ein skaliertes, durch eine Halbtonbildung bearbeitetes Ziel pixel-Bild von einem Quellpixel-Bildabschnitt, der mehrere Quellpixel aufweist. (1) Anfänglich wird ein skalierter Satz von Matrixwerten erzeugt, um für jeden der Quellpixel verwendet zu werden. (2) Abhängig von einer festgelegten Halbtonbeziehung eines Quellpixels und jedes skalierten Satzes von Matrixwerten wird daraufhin ein skalierter Satz von Zielpixeln erzeugt. Jeder jeweilig erzeugte Zielpi xelwert ist von einer Beziehung eines Werts des jeweiligen Quellpixels und eines entsprechenden Matrixwerts abhängig. Daraufhin wird der Schritt 2 für jedes Quellpixel unter Verwendung des skalierten Satzes von Matrixwerten und unter Anordnung des skalierten Satzes von Matrixwerten wiederholt, um ein vorbestimmtes Halbtonmuster, das ein gewünschtes Wiederholungsmuster aufweist, über die Quellpixel zu er zeugen. Jeder skalierte Satz von Zielpixeln, der dadurch erzeugt wird, zeigt als ein Ergebnis der Verwendung des gleichen skalierten Satzes von Matrixwerten für jedes Quellpixel einen reduzierten Tonfehler.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine 4 × 4-Zittermatrix mit 16 Schwellindizes;

Fig. 1b eine 2 × 2-Quellpixelmatrix, der die 4 × 4- Schwellmatrix von Fig. 1a überlagert ist;

Fig. 2a ein einfaches 2 × 2-Zittermuster, das den Bereich eines einzelnen Quellpixels mit Schwellindizes von 1 bis 4 filtert;

Fig. 2b eine Funktionstabelle, die das numerische Abbilden zwischen Eingangsquellpixelwerten und entsprechen den Ausgangstonwerten gemäß einem Filtern durch das Zittermuster zeigt;

Fig. 2c einen Graph der Ton-Reproduktions-Funktion, die sich aus der Fig. 2b ergibt;

Fig. 2d ein Zittermuster, bei dem zwei Quellpixel durch unterschiedliche Schwellindizes gefiltert werden;

Fig. 2e die Ton-Reproduktion für ein Quellpixel A, die sich aus dem Verwenden der Schwellindizes von Fig. 2d ergibt;

Fig. 2f die Ton-Reproduktion für ein Quellpixel B, die sich aus dem Verwenden der Schwellindizes von Fig. 2d ergibt;

Fig. 2g einen Graph von Ton-Reproduktions-Funktionen, die sich aus den Fig. 2e und 2f ergeben (die ideale Ton-Reproduktions-Funktion ist als ein Bezug eingeführt);

Fig. 3a eine bekannte Schwellmatrix (d. h. ein Zittermus ter), das als ein Diagonal-Halbtonraster (45°-Halb tonraster) bezeichnet wird;

Fig. 3b eine graphische Darstellung von Entwicklungsprio ritäten, die numerisch in Fig. 3a angezeigt sind;

Fig. 3c einen Graph, der Fehlerwerte darstellt, die einer Halbtonbildung unter Verwendung des Zittermusters von Fig. 3a zugeordnet sind;

Fig. 4a ein Zittermuster, bei dem jedes Quellpixel direkt durch eine gesamte Halbtonzelle dargestellt ist;

Fig. 4b eine graphische Darstellung von Entwicklungsprio ritäten, die numerisch in Fig. 4a angezeigt sind;

Fig. 4c einen Graph, der Fehlerwerte darstellt, die einer Halbtonbildung unter Verwendung des Zittermusters von Fig. 4a zugeordnet sind;

Fig. 5a ein Zittermuster einer reduzierten Frequenz;

Fig. 5b eine graphische Darstellung von Entwicklungsprio ritäten, die numerisch in Fig. 5a angezeigt sind;

Fig. 5c ein Graph, der Fehlerwerte darstellt, die einer Halbtonbildung unter Verwendung des Zittermusters von Fig. 5a zugeordnet sind;

Fig. 6a eine Anwendung einer einfachen Verteilung auf das in Fig. 5a gezeigte Zittermuster. Das Muster ist modifiziert, indem die Gesamtanzahl von Schwellin dizes verdoppelt ist und das Fortschreiten von Indexwerten zwischen den Quellpixeln geändert ist, so daß die Quellpixel A und D die ungeraden Werte und die Quellpixel B und C die geraden Werte ent halten;

Fig. 6b eine graphische Darstellung von Entwicklungspriori täten, die numerisch in Fig. 6a angezeigt sind;

Fig. 6c einen Graph, der Fehlerwerte darstellt, die einer Halbtonbildung unter Verwendung des Zittermusters von Fig. 6a zugeordnet sind;

Fig. 7a-7c ein Beispiel einer Ableitung eines Zittermus ters unter Verwendung einer Spot-Funktion; und

Fig. 8a-8i eine Mehrzahl von 1-Zu-1-Rastergeometrien.

Zittermuster und kachelartige Schwellarrays

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung basiert auf einem bekannten Halbtonbildungs-Algorithmus, der ein zweidimensionales Array von Werten, das als eine Schwell matrix bezeichnet wird, auf eine kachelartige Weise über den Bereich des Bilds, das einer Halbtonbildung unterzogen wird, anwendet. Für jeden Ort auf einem Zielbild wird ein Pixel wert ausgegeben, wobei dessen Wert basierend auf einem Ver gleich des Quellbildpixels an diesem Ort mit einem entspre chenden Schwellwert bestimmt wird. Die Erfindung bezieht sich auf die Natur der Daten, die in der Schwellmatrix gespeichert sind und auf die Beziehung dieser Daten zu dem fundamentalen Abtastgitter des Quellbilds.

Für die Zwecke der nachfolgenden Beschreibung stellt ein Zittermuster ein Array von Datenwerten dar, die es ermög lichen, daß die Schwellmatrixwerte abgeleitet werden können. Die unten verwendeten Zittermuster enthalten einen Satz von Werten, die als Schwellindizes bezeichnet werden, die, be ginnend bei dem Wert 1, aufeinanderfolgend sind (obwohl Werte doppelt auftreten können). Die Indizes stellen eine Pixelpriorität dar, die der Struktur des Halbtonmusters entspricht.

Eine Schwellmatrix kann von ihrem entsprechenden Zittermus ter abgeleitet werden, indem die Schwellindizes in dem Zit termuster eingestellt werden, um an den Bereich von Werten angepaßt zu sein, der durch die Quellbildpixel dargestellt wird. Diese Umwandlung kann ferner andere Faktoren in Be tracht ziehen. Beispielsweise kann durch dieselbe eine Ton kompensation angewendet werden, die mögliche Nichtlineari täten der Ausgabevorrichtung korrigiert.

Eine Halbtonzelle ist der kleinste Bereich von Pixeln, der das Primär-Wiederholungs-Muster des Halbtons vollständig darstellt. Dies ist typischerweise die Gruppierung von Pixeln, die als ein einzelner Halbtonpunkt gesehen wird. Um den Halbton über einen größeren Bereich zu definieren, wird die Halbtonzelle auf eine kachelartige Weise wiederholt, um den fraglichen Bereich zu überdecken. Für die Zwecke dieser Beschreibung wird eine Halbtonzelle von einer "Halbton-Über zelle" (Halbton-Supercell) unterschieden. Eine Überzelle ist eine Zusammensetzung von mehreren Halbtonzellen und bringt typischerweise kleine Änderungen bezüglich der Form oder der Ton-Reproduktion von jeder Zelle ein, um einen präziseren Rasterwinkel zu erreichen und/oder eine leichte Tonver teilung einzubringen, die die Erscheinung einer Ton-Kontur bildung (die nachfolgend beschrieben wird) reduzieren kann.

Für weitere Informationen bezüglich Schwellmatrizen und Zittermuster wird auf das Kapitel 2 des Buchs "PostScript Screening" von Peter Fink, (c) 1992, das hiermit unter Bezugnahme aufgenommen wird, verwiesen.

Diese Erfindung ist hinsichtlich eines Digital-Halbtonbil dungs-Algorithmusses beschrieben, der eine kachelartige Schwellmatrix verwendet, um die Werte von binären Pixeln für die Ausgabevorrichtung auszuwählen. Fachleute erkennen je doch, daß die Erfindung auf eine umfangreichere Vielzahl von Mechanismen anwendbar ist, die andere Digital-Halbtonbil dungs-Algorithmen, wie beispielsweise solche, die mehrere Ausgangspegel pro Pixel verwenden, und auch Analog-Halb tonbildungsverfahren umfassen, wie diejenigen, die in einer lang-betriebenen Druckpresse verwendet werden.

Skalierte Halbtonbildung

Es wird hierin nachfolgend eine Annahme gemacht, daß die Auflösung der Zielpixelhalbtonausgabe höher als die Ori ginalauflösung des Quellbilds ist, das einer Halbtonbildung unterzogen wird. Beispielsweise kann ein Quellbild mit einer Auflösung von 300 dpi aufgenommen werden und daraufhin mittels einer Halbtonbildung mit 1200 dpi gedruckt werden. Diese Differenz impliziert ein Element einer Auflösungsum wandlung (die auch als eine Bildskalierung bezeichnet wird).

Es ist ein wichtiges Element dieser Erfindung, daß Halb tonmuster hinsichtlich eines spezifischen Quellbildab tastgitters definiert werden, das durch die Auflösung des Zielbilds definiert ist. Der Begriff Quellpixel wird in dieser Anmeldung verwendet, um den Wert eines empfangenen Bildpixels bei einer vorskalierten Auflösung anzuzeigen.

Die Figuren verwenden ein einfaches Schema, um die Beziehung zwischen einem Zittermuster und dem Quellpixelgitter, auf das es angewendet wird, anzuzeigen. Fig. 1a und 1b zeigen dieses Schema. In Fig. 1a existieren 16 Schwellindizes, die durch Linien getrennt sind, die die Grenzen der Quellpixel bereiche anzeigen. Jedes Quellpixel ist mit einem einzelnen Schwellindex gepaart, was anzeigt, daß dieses Zittermuster entworfen ist, um auf ein unskaliertes Eingangsbild angewen det zu werden. Das Zittermuster in Fig. 1b enthält einen identischen Satz von Schwellindizes. Bei diesem Muster ist jedoch jedes Quellpixel (das als A, B, C und D bezeichnet ist) mit vier Schwellindizes überlagert, die einen Skalier faktor von 2 × 2 und ferner die spezifische Positionsbeziehung zwischen dem Zittermuster und dem Zielpixelgitter anzeigen.

Der folgende Software-Quellcode, der in der Computersprache C geschrieben ist, zeigt ein Verfahren einer Durchführung einer Skalierung und einer Halbtonbildung als einen einzigen Prozeß. Fachleute erkennen jedoch, daß eine Skalierung und eine Halbtonbildung trennbare Operationen sind, wodurch die selben daher als einzelne Schritte einer Fließbandsequenz (Pipelined Sequenz) angewendet werden können.

Verfügbare Ausgangstonpegel

Eine bedeutende Charakteristik von Digital-Halbtonverfahren besteht darin, daß sie in der Lage sind, eine spezifische Maximalanzahl von bestimmten Tonpegeln über einen bestimmten Bereich zu erzeugen. In vielen Fällen kann diese Anzahl durch die Verwendung der folgenden Formel leicht berechnet werden:

Zielpixel.(Unterebenen - 1) + 1

Bei dieser Formel zeigt "Zielpixel" die Anzahl von Ausgangs pixeln an, die einen bestimmten Bereich darstellen, und Unterebenen zeigt die Anzahl von unterschiedlichen Tonwerten an, die jedem Zielpixel zugeordnet werden können (dieser Wert ist für eine binäre Ausgabe 2, wobei jedoch abhängig von den Eigenschaften der Vorrichtung derselbe größer sein kann).

Ton-Reproduktions-Funktionen

Eine nachfolgende Erklärung einer Halbtonbildung wird eine Analyse der Beziehung zwischen Quellpixelwerten und deren Ton-Reproduktion über ein Zittermuster umfassen. Diese Beziehungen können als mathematische Funktionen dargestellt werden, die als Ton-Reproduktions-Funktionen bezeichnet werden. Fig. 2a zeigt ein einfaches Zittermuster, das den Bereich eines einzigen Quellpixels filtert, mit Schwell indizes von 1 bis 4. Fig. 2b stellt eine Funktionstabelle dar, die die numerische Abbildung zwischen Quelleingangspi xelwerten und den entsprechenden Ausgangszieltonwerten gemäß dem Filtern durch das Zittermuster zeigt.

Um die Funktionsbeschreibungen zu vereinfachen, ist der Ein gangsbereich als reelle Zahlen auf die Gesamtanzahl von Schwellindizes für die Zittermatrix, in diesem Fall von 0,0 bis 4,0, abgebildet (praktische Anwendungen bilden das Zittermuster typischerweise auf einen Eingangsbereich von geraden Zahlen von 0 bis 255 ab). Da vier Ausgangszielpixel existieren, um jedes Eingangsquellpixel darzustellen, stellt die Abbildung eine Stufenfunktion dar, die fünf Ausgangspe gel 0 bis 4 aufweist. Fig. 2c stellt einen Graph der Ton-Re produktions-Funktion von Fig. 2b dar und zeigt, daß vier Schritte existieren, die in regelmäßigen Intervallen auf treten, wenn der Eingangswert von 0 auf 4 fortschreitet. Die gerade Diagonal-Linie in dem Graph stellt die ideale Ton-Re produktions-Funktion (für Bezugszwecke) als eine direkte lineare Abbildung ohne eine Quantisierung dar.

Fig. 2d zeigt ein Zittermuster, bei dem zwei Quellpixel durch verschiedene Schwellindizes gefiltert werden. Ein Quellpixel A enthält Indizes 1 bis 4 und ein Quellpixel B enthält Indizes 5 bis 8. Da die zwei Quellpixel mit unter schiedlichen Schwellindizes gefiltert werden, weisen diesel ben unterschiedliche Ton-Reproduktions-Funktionen auf. Diese Funktionen sind durch die Tabellen in den Fig. 2e bzw. 2f dargestellt. Da vier Ausgangszielpixel existieren, um jedes Eingangsquellpixel darzustellen, werden die Ton-Reproduk tions-Funktionen wieder fünf Ausgangspegel aufweisen. Da jedoch das Zittermuster erweitert ist, um insgesamt acht verschiedene Schwellindizes zu verwenden, wird der Eingangs bereich für dieses Muster auf 0,0 bis 8,0 abgebildet.

Fig. 2e zeigt, daß die Ton-Reproduktion für das Quellpixel A bei den Eingangsquellpixelwerten 0,5, 1,5, 2,5 und 3,5 zu nimmt, wenn die Schwellindizes durch den Halbtonbildungs- Algorithmus angewendet werden. Fig. 2f zeigt, daß die Ton- Reproduktion für das Quellpixel B bei den Eingangsquell pixelwerten 4,5, 5,5, 6,5 und 7,5 zunimmt. Fig. 2g stellt einen Graph von beiden Ton-Reproduktions-Funktionen dar (die ideale Ton-Reproduktions-Funktion ist erneut als ein Bezug eingeführt).

Eine Analyse dieses Graphen zeigt eine große Unterschied lichkeit zwischen den Ton-Reproduktions-Funktionen des Zittermusters und derjenigen der Idealen. Das Quellpixel A wird durch eine Funktion wiedergegeben, die wesentlich über der Idealen liegt (was bedeutet, daß zu viel Ton verwendet wird), während das Quellpixel B durch eine Funktion wieder gegeben wird, die wesentlich unter der Idealen liegt (was bedeutet, daß zu wenig Ton verwendet wird).

Die Erneut-Abtast-Wirkung einer Halbtonbildung

Das Problem, das durch die Erfindung überwunden wird, ist durch das in Fig. 3a-3c dargestellte Zittermuster gezeigt. Diese Figuren stellen ein typisches Beispiel eines Dia gonal-Halbtonrasters (45°-Halbtonrasters) (ein oft verwende tes Halbtonmuster) dar. Das Zittermuster ist auf eine her kömmliche Art und Weise derart entworfen, daß die Punkt gruppierung anfänglich über die Quellpixel A und D ent wickelt und die Entwicklung über die Quellpixel B und C fertiggestellt wird. Fig. 3b stellt graphisch die Entwick lungspriorität dar, die numerisch in Fig. 3a angezeigt ist.

Fig. 3c zeigt das Problem, daß einer Halbtonbildung unter Verwendung dieses Zittermusters zugeordnet ist. Der Ton- Reproduktions-Graph für das Muster zeigt zwei verschiedene Funktionen mit dem Potential für einen beträchtlichen Wie dergabefehler an. Die Quellpixel A und D, die durch die an fängliche Entwicklung der Punktgruppierung gefiltert werden (der schwarze Teil des Punkts), weisen eine Ton-Reproduk tions-Funktion auf, die über der Idealen liegt. Die Quell pixel B und C, die durch die Endentwicklung der Punkt gruppierung gefiltert werden (der weiße Teil des Punkts), weisen eine Ton-Reproduktions-Funktion auf, die unter derjenigen der Idealen liegt.

Diese unvollkommenen Tonbeziehungen stellen einen normalen und erwarteten Aspekt dieses bekannten Halbtonbildungsver fahrens dar. Das Verfahren funktioniert, trotz der unvoll kommenen Quellpixel-Reproduktion, da die mittlere Tonaus gabe, über mehrere Quellpixel genommen, dazu tendiert, annä hernd richtig zu sein. Da jedoch zur Reproduktion des rich tigen mittleren Tons mehrere Quellpixel benötigt werden, tastet der Prozeß einer Halbtonbildung die Daten wirksam mit einer Rate erneut ab, die annähernd der Größe einer Halb tonzelle entspricht. Wie es vorhergehend beschrieben wurde, bewirkt dieses erneute Abtasten (Resampling) ein Aliasing und verwandte Artefakte, was die vorliegende Erfindung ver meidet.

Um eine annehmbare Bildreproduktion unter Verwendung des Zittermusters dieses Beispiels zu erreichen, ist es erfor derlich, daß der größte Teil eines Bildinhalts relativ ge ringe Details aufweist, so daß die wirksame Abtastung, die durch den Halbtonbildungsprozeß angewendet wird, ausreichend bleibt, trotz der Tatsache, daß dieselbe geringer als die Ausgangs-Bildabtastrate ist. Wenn dies nicht der Fall ist, werden Aliasing-Artifakte erzeugt.

Rückbezugnehmend auf Fig. 2g, kann der Reproduktionsfehler für jeden gegebenen Eingangspegel bestimmt werden, indem der vertikale Abstand zwischen einer Ton-Reproduktions-Funktion und der Idealen berechnet wird. Bei diesem Beispiel tritt der größte Reproduktionsfehler in der Nähe der Mitte des Eingangsbereichs auf. Die Endpunkte der Funktionen konver gieren andererseits mit der Idealen, wodurch angezeigt wird, daß für diese Quellpixelwerte tatsächlich kein Reproduk tionsfehler existiert. Trotzdem ist es klar, daß das Zitter muster, das in dem Beispiel von Fig. 3 beschrieben ist, eine beträchtliche Fehldarstellung eines hohen Details und eines eine hohe Frequenz aufweisenden Bildinhalts ergeben kann.

Halbtonbildung ohne eine erneute Abtastung (Direkte 1-Zu-1-Rasterung)

Die vorliegende Erfindung kann am besten verstanden werden, indem zuerst ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel ver standen wird. Man kann erkennen, daß eine direkte 1-Zu-1- Abbildung von Ziel-Auflösungs-Halbtonzellen auf Quellpixel ohne ein Einbringen eines neuen Abtastgitters durchgeführt werden kann. Fig. 4a-4c zeigen ein Zittermuster, bei dem je des Quellpixel direkt durch eine gesamte Halbtonzelle dargestellt ist.

Fig. 4c zeigt, daß diese direkte Halbtonzellabbildung das Problem einer erneuten Abtastung, das bezüglich Fig. 3 beschrieben ist, löst. Da jedes Quellpixel direkt durch eine gesamte Halbtonzelle dargestellt wird, stellt die Ton-Re produktions-Funktion eine direkte Abbildung dar, die an die ideale Ton-Reproduktions-Funktion mit der Ausnahme eines Quantisierungsfehlers angepaßt ist, wobei dieselbe nicht mehrere Quellpixel verwendet, um den richtigen mittleren Ton wiederzugeben. Daher wird das Bild durch den Halbtonbil dungsprozeß nicht erneut abgetastet. Da kein erneutes Abtasten auftritt, wird ferner das zugeordnete Aliasing ebenso vermieden.

1-Zu-1-Abtastung mit reduzierter Frequenz

Fig. 4 stellt eine einfache Form einer 1-Zu-1-Rasterung dar. Obwohl eine direkte 1-Zu-1-Halbtonbildung verwendet werden kann, um die Reproduktionsqualität zu erhöhen, ist es oft wünschenswert, eine Halbtonbildung mit niedrigerer Frequenz zu verwenden, um Stabilitätsprobleme, die einem Druckprozeß einer Vorrichtung zugeordnet sind, zu überwinden. Die vor liegende Erfindung schafft eine Einrichtung für eine Halb tonbildung mit einem Zittermuster mit reduzierter Frequenz, während dennoch die 1-Zu-1-Ton-Reproduktions-Eigenschaft, die in Fig. 4 gezeigt ist, erhalten wird.

Um zu erkennen, wie dies erreicht wird, sei die folgende Mo difikation des in Fig. 4 gezeigten Zittermusters betrachtet. Fig. 5a und 5b zeigen, daß das Zittermuster erneut angeordnet werden kann, um ein Muster zu erzeugen, das sich mit einer tieferen Frequenz wiederholt, ohne die Ton-Reproduk tions-Funktionen der Quellpixel zu verändern. In Fig. 5a sind die Werte der Schwellindizes nicht verändert (hinsicht lich den Indizes von Fig. 4), mit der Ausnahme, daß die selben in dem Bereich von jedem Quellpixel erneut angeordnet sind. Das resultierende Zittermuster weist ein Punktgrup pierungswachstum auf, das an den Grenzen zwischen Quell pixeln zentriert ist (eine Charakteristik, die typisch für die vorliegende Erfindung ist).

Da die Schwellindizes, die jeden Quellpixel darstellen, nicht verändert sind (lediglich erneut angeordnet), wird die 1-Zu-1-Abbildung eines Tons bewahrt, wobei die Tonwieder gabefunktionen äquivalent zu der Idealen verbleiben (es wird erneut ein Quantisierungsfehler außer acht gelassen). Wie für den Fall des direkt abgebildeten Zittermusters (und trotz der Tatsache, daß das Halbtonmuster eine reduzierte Frequenz aufweist), wird das Eingangsbild als ein Ergebnis des Halbtonbildungsprozeß daher nicht erneut abgetastet.

Die Fig. 5a-5c stellen den primären Aspekt der vorliegenden Erfindung dar: eine Halbtonbildung, derart, daß der Ort eines Quellpixels keine große Wirkung auf den mittleren Ton seiner Reproduktion aufweist, wobei ferner die Verteilung eines Tons über den Bereich von jedem Quellpixel basierend auf dem Ort dieses Quellpixels variiert, um ein Halbton muster einer reduzierten Frequenz zu erzeugen.

Verteilung eines Quantisierungsfehlers

Bei der Erklärung von Fig. 3 ist jedes Quellpixel durch ei nen Satz von 16 Schwellwerten dargestellt, die 16 binäre Ausgangszielpixel erzeugen. Diese Konfiguration ergibt 17 Ausgangstonpegel pro Quellpixel. Da jedes Quellpixel den gleichen Satz von Schwellwerten verwendet, wird das gesamte Bild, das einer Halbtonbildung unterzogen wird, wirksam in 17 Tonpegel quantisiert. Eine solche Quantisierung tendiert dazu, einen eigenen Satz von Artifakten zu erzeugen, vor allem ein Konturbilden, was das Auftreten von sichtbaren Tonschritten in Bereichen ist, die als eine glatte Abstufung dargestellt werden sollten.

Ein bekanntes Verfahren zum Reduzieren des Auftretens einer Konturbildung besteht darin, an der Ausgabe der quantisier ten Werte einen Zittervorgang durchzuführen. Dies bedeutet die Einbringung einer leichten Veränderung bezüglich einer Ton-Reproduktion von Quellpixel zu Quellpixel, um zusätz liche mittlere Tonpegel zu erzeugen, wenn dieselbe über einen größeren Betrachtungsbereich durchgeführt wird. Wenn eine Zitterbehandlung als eine zweite Modifikation von Halbtonmustern angewendet wird, wird der Prozeß als eine Verteilung (Dispersion) bezeichnet.

Fig. 6a zeigt die Anwendung einer einfachen Verteilung auf das Zittermuster von Fig. 5a. Das Muster ist modifiziert, indem die Gesamtanzahl von Schwellindizes verdoppelt ist und das Fortschreiten von Indexwerten zwischen den Quellpixeln alterniert, so daß die Quellpixel A und D die ungeraden Werte enthalten und die Quellpixel B und C die geraden Werte enthalten. Das Ergebnis dieser Verteilung besteht in einer Zunahme von 17 auf 33 Gesamttonpegel für das Zittermuster. Wie es durch einen Vergleich von Fig. 6b mit Fig. 5b zu erkennen ist, bleibt das primäre Halbtonbildungsmuster im wesentlichen unverändert, wobei das gleiche Diagonalmuster mit einem an den Quellpixelgrenzen zentrierten Punktwachstum beibehalten wird.

Das 1-Zu-1-Zittermuster von Fig. 6a ist identisch zu dem problematischen Zittermuster, das in Fig. 3a gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß dasselbe zwei Positionen nach rechts gedreht ist. Dieser kleine Unterschied begründet die Reproduktionsqualitätsverbesserungen, die sich durch die Verwendung der Erfindung ergeben.

Eine Verteilung kann eine leichte Ton-Reproduktions-Beeinflussung auf Ortsbasis (die graphisch in Fig. 6c dargestellt ist) ergeben, wobei jedoch bei einer gegebenen vernünftigen Anzahl von verfügbaren Ausgangstönen pro Quellpixel diese Beeinflussung dazu tendiert, sehr klein und daher hinsicht lich der Erzeugung von Aliasing-Artefakten unbedeutend zu sein. Daher stellt es einen Aspekt dieser Erfindung dar, daß eine Quellpixel-Reproduktion als ein Ergebnis einer Vertei lung von Ort zu Ort leicht variieren kann.

Systematische Zittermustererzeugung

Bei einer systematischen Zittermustererzeugung wird das Zittermuster unter Verwendung einer "Spot-Funktion" erzeugt. Die Grundlage dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß eine Pixelpriorität auf der Basis des Ergebnisses einer mathematischen Funktion zugewiesen wird, die als Parameter werte X und Y empfängt, die Koordinaten relativ zu einem Ursprung darstellen, der in den Fig. 7a-7c durch einen Kreis dargestellt ist.

Der Prozeß ergibt sich auf die folgende Weise:

1. Berechne Spot-Funktions-Werte für jedes Pixel der Halbtonmatrix (Fig. 8a).
2. Bestimme geordnete Schwellindizes für jedes Pixel der Halbtonmatrix. Dies wird erreicht, indem die niedrig sten Indizes den kleinsten Spot-Funktions-Werten zugeordnet werden. Gleichheiten werden aufgebrochen, indem die Priorität zuerst vorangehenden Zeilen und danach vorangehenden Spalten (Fig. 8b) gegeben wird.
3. Um ein um 45° gedrehtes Raster zu erzeugen, wird die Schwellmatrix reproduziert und derart angepaßt, daß das Muster für das Quellpixel D gleich dem Muster für das Quellpixel A und das Muster für das Quellpixel C gleich dem Muster für das Quellpixel B ist (Fig. 8c).

Weitere Beispiele von 1-Zu-1-Konfigurationen

In Fig. 8a-8i ist der Aufbau einer Vielzahl von exemplari schen Mustern schematisch dargestellt, die durch eine An wendung der Erfindung erzeugt werden können. Die folgende Tabelle zeigt die grundlegenden Beziehungen zwischen einer Abtastfrequenz und verfügbaren 1-Zu-1-Halbtonfrequenzen.

Aus der oberen Beschreibung kann man erkennen, daß die Halb tonbildungswirkung der Erfindung spezifische Beziehungen zwischen einem Halbtonmuster und der Phase und Auflösung des Bildinhalts beibehält. Ferner ist das Halbtonmuster derart entworfen, daß es eine Ton-Reproduktion hinsichtlich des Orts der Eingangsbildquellpixel nicht beeinflußt, wobei jedem Quellpixel bei der Filterung durch den Halbtonbil dungsprozeß ein gleiches Gewicht gegeben wird. Es besteht daher eine 1-Zu-1-Beziehung zwischen jedem Quellpixel des Eingangsbilds und der entsprechenden Tonausgabe, die durch den Halbtonbildungsprozeß erzeugt wird. Die Anwendung der Erfindung ergibt eine verbesserte Druckqualität, vermeidet bestimmte Typen des Moire-Effekts, die allgemein einer Halb tonbildung zugeordnet sind, und liefert eine verbesserte Reproduktion von Kanten und Bilddetails.

Es versteht sich, daß die vorhergehende Beschreibung für die Erfindung lediglich veranschaulichend ist. Verschiedene Al ternativen und Modifikationen können durch Fachleute erdacht werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die Software-Prozeduren für das Erreichen der Erfin dung in Speichervorrichtungen, wie beispielsweise magne tischen Disketten oder CD-ROMs usw., untergebracht werden und auf Bedarfsbasis in einen Prozessor geladen werden. Ferner kann die Erfindung auf einem alleinstehenden Computer oder durch einen Prozessor, der in einen Drucker, wie beispielsweise einen Laser-getriebenen elektrostatischen Drucker, einen Inkjet-Drucker, usw., untergebracht ist, implementiert werden.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen eines skalierten, mit einer Halbtonbildung bearbeiteten Zielpixelbilds von einem Quellpixelbildabschnitt, der eine Mehrzahl von Quell pixeln (A, B, C, D) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) Erzeugen eines skalierten Satzes von Matrixwerten;
b) Erzeugen eines skalierten Satzes von Zielpixeln abhängig von einer festgelegten Halbtonbeziehung eines Quellpixels (A-D) und jedes der Werte des skalierten Satzes von Matrixwerten, wobei jeder jeweilige Zielpixelwert von einer Beziehung eines Werts des Quellpixels (A-D) und eines entsprechen den Matrixwerts abhängig ist; und
c) Wiederholen des Schritts b) für jedes Quellpixel (A-D) unter Verwendung des im Schritt a) erzeugten skalierten Satzes von Matrixwerten, wobei die Ma trixwerte des skalierten Satzes von Matrixwerten angeordnet werden, um ein festgelegtes Halbtonmus ter, das ein gewünschtes Wiederholungsmuster auf weist, über die Quellpixel (A-D) zu erzeugen, wo bei jeder skalierte Satz von Zielpixeln, der da durch erzeugt wird, als ein Ergebnis der Verwen dung des skalierten Satzes von Matrixwerten für jedes Quellpixel (A-D) einen reduzierten Tonfehler zeigt.

2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das festgelegte Halbtonmuster eine Wiederholungsfrequenz aufweist, die geringer als eine Wiederholungsfrequenz der Quellpixel (A-D) ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der skalier te Satz von Matrixwerten mehrere Quellpixel (A-D) auf weist, wobei der skalierte Satz von Matrixwerten ange ordnet ist, um Sätze von Zielmatrixwerten unter an grenzenden Quellpixeln (A-D) zuzuordnen, um eine Ziel pixelanordnung zu erzeugen, die eine Verteilung von Fehlerwerten zeigt.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das erneute Anordnen des skalierten Satzes von Matrix werten gemäß folgenden Schritten durchgeführt wird:
Zuweisen einer Ursprungsposition zu jedem Quellpixel (A-D) gemäß einem gewünschten Halbtonmuster; und
Anordnen des skalierten Satzes von Matrixwerten um die Ursprungsposition, um ein konsistentes und sich wieder holendes Muster des Satzes von Zielpixeln um die Ur sprungsposition zu erzeugen.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem das erneute Anord nen für jeden Satz von Zielpixeln durchgeführt wird, indem Zielpixelwerte gemäß Zielpixelprioritätswerten zugewiesen werden, wobei jeder Prioritätswert durch eine Abstandsbeziehung zu einer jeweiligen Ur sprungsposition bestimmt ist.

6. Speichermedium zur Steuerung eines Prozessors, um ein skaliertes, mit einer Halbtonbildung bearbeitetes Ziel pixelbild von einem Quellpixelbildabschnitt, der meh rere Quellpixel (A-D) aufweist, zu erzeugen, wobei das Speichermedium folgende Merkmale aufweist:

a) eine Einrichtung zur Steuerung des Prozessors, um einen skalierten Satz von Matrixwerten zu erzeu gen;
b) eine Einrichtung zur Steuerung des Prozessors, um, abhängig von einer festgelegten Halbtonbeziehung eines Quellpixels (A-D) und jedes der Werte des skalierten Satzes von Matrixwerten einen skalier ten Satz von Zielpixeln zu erzeugen, wobei jeder jeweilige Zielpixelwert von einer Beziehung eines Werts des Quellpixels (A-D) und eines entsprechen den Matrixwerts abhängt; und
c) eine Einrichtung zur Steuerung des Prozessors, um zu bewirken, daß die Einrichtung b) ihre jeweilige Operation für jedes Quellpixel (A-D) unter Verwen dung des durch die Einrichtung a) erzeugten ska lierten Satzes von Matrixwerten wiederholt und für jedes Quellpixel (A-D) die Matrixwerte des ska lierten Satzes von Matrixwerten anordnet, um ein festgelegtes Halbtonmuster, das ein gewünschtes Wiederholungsmuster aufweist, über die Quellpixel (A-D) zu erzeugen, wobei jeder skalierte Satz von Zielpixeln, der dadurch erzeugt wird, als ein Er gebnis der Verwendung des skalierten Satzes von Matrixwerten für jedes Quellpixel (A-D) einen re duzierten Tonfehler zeigt.

7. Speichermedium gemäß Anspruch 6, bei dem das festgeleg te Halbtonmuster eine Wiederholungsfrequenz aufweist, die geringer als eine Wiederholungsfrequenz der Quell pixel (A-D) ist.

8. Speichermedium gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem der skalierte Satz von Matrixwerten mehrere Quellpixel (A-D) aufweist, wobei der skalierte Satz von Matrixwer ten angeordnet ist, um Sätze von Zielmatrixwerten unter angrenzenden Quellpixeln (A-D) zuzuordnen, um eine Zielpixelanordnung zu erzeugen, die eine Verteilung von Fehlerwerten zeigt.

9. Speichermedium gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Einrichtung c) den Prozessor steuert, um den skalierten Satz von Matrixwerten gemäß folgenden Schritten erneut anzuordnen:
Zuweisen einer Ursprungsposition für jedes Quellpixel (A-D) gemäß einem gewünschten Halbtonmuster; und
Anordnen des skalierten Satzes von Matrixwerten um die Ursprungsposition, um ein konsistentes und sich wieder holendes Muster des Satzes von Zielpixeln um die Ur sprungsposition zu erzeugen.

10. Speichermedium gemäß Anspruch 9, bei dem das erneute Anordnen für jeden Satz von Zielpixeln durchgeführt wird, indem Zielpixelwerte gemäß Zielpixelprioritäts werten zugewiesen werden, wobei jeder Prioritätswert durch eine Abstandsbeziehung zu einer entsprechenden Ursprungsposition bestimmt ist.