DE69123832T2

DE69123832T2 - Punktgrössesteuerverfahren bei digitaler Halbtonrasterung mit mehrzelliger Schwellenmatrix

Info

Publication number: DE69123832T2
Application number: DE69123832T
Authority: DE
Inventors: Donald E. Stanford California 94305 Knuth; Stephen N. Menlo Park California 94025 Schiller
Original assignee: Adobe Systems Inc
Current assignee: Adobe Inc
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2011-09-28
Also published as: US5305118A; DE69123832D1; DE69133044D1; EP0740458A1; JPH0630250A; EP0499738A3; DE69133044T2; JP3643383B2; EP0499738B1; EP0740458B1; EP0499738A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung einer Schwellwertmatrix, die mehr als eine Halbtonzelle enthält, für die Erzeugung von Halbtonbildern. Eine Schwellwertmatrix, die mehr als eine Halbtonzelle enthält, bewirkt sichtbare Flecken oder Bänder in dem erzeugten Bild, wenn keine Maßnahmen unternommen werden, um die Größe der ähnliche Graugebiete in der Abbildung darstellenden Halbtonflecke anzugleichen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Abbildungen mit kontinuierlichen Tönen lassen sich auf den meisten Druckergeräten nicht gut ausdrucken, so daß die Abbildung überlicherweise als ein Muster von Flecken oder Punkten auf der Grundlage eines Gitters gedruckt werden. Das Gitter besteht aus einer Matrix von Halbtonzellen, die jeweils einen Abschnitt der kontinuierlichen Tönung in dem Originalbild darstellen. Wenn ein Halbtonbild unter Verwendung einer digitalen Aufzeichnungseinrichtung auf diese Weise wiedergegeben wird, besteht eine Halbtonzelle aus einer Vielzahl von Geratepixeln. Ein Teil der Anzeigepixel jeder Halbtonzelle werden schwarz wiedergegeben, um Flecke oder Punkte zu bilden, die relativ größer oder kleiner gemacht werden, um dunklere oder hellere Abschnitte des ursprünglich kontinuierlich getönten Bildes darzustellen. Bei einer dunklen Halbtonzelle werden die meisten ihrer Pixel schwarz wiedergegeben, während bei einer hellen Halbtonzelle die meisten der Pixel weiß wiedergegeben werden. Ein vollständiges Gitter oder Raster der ursprünglichen Abbildung ist aus vielen solcher Halbtonzellen zusammengesetzt, die jeweils eine unabhängige Dichte der angezeigten Pixel und folglich eine unterschiedlich erscheinende Helligkeit aufweisen, wenn sie aus einigem Abstand betrachtet werden.
Ein übliches bekanntes Verfahren zum Auswählen, welche der Punkte in jeder Halbtonzelle schwarz dargestellt werden, arbeitet wie folgt: Bei einer gegebenen Halbtonzelle wird das ursprüngliche Bild an jedem Anzeigepixelort in der Halbtonzelle abgetastet, um einen Grauwert zu erlangen. Dieser Grauwert wird digital als eine Zahl in einem festen Bereich, typischerweise von 0 bis 255, dargestellt. Der Grauwert wird dann mit einem Schwellwert in dem gleichen Bereich verglichen, und das Displaypixel wird weiß dargestellt, wenn der Abbildungsgrauwert größer als der Schwellwert ist; anderenfalls bleibt es schwarz. Die Schwellwerte wiederum werden mit Hilfe einer Schwellwertmatrix zur Verfügung gestellt, welche einen separaten Schwellwert für jedes Pixel in der Halbtonzelle enthält und welche vor der Verarbeitung des Bildes berechnet wird. Dieser Prozeß wird für jede Halbtonzelle der Abbildung ausgeführt.
Dieses Verfahren arbeitet am besten, wenn die gleiche Schwellwertmatrix für sämtliche Halbtonzellen in der Abbildung verwendet werden kann. Ein Vorteil besteht darin, daß nur eine Schwellwertmatrix für die gesamte Abbildung berechnet und gespeichert zu werden braucht. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß ein Graubereich einer vorgegebenen Intensität Flecke von der gleichen Größe und Form erzeugt unabhängig davon, wo er in der Abbildung auftritt. Damit dies jedoch funktioniert, muß der jeder Halbtonzelle in der Abbildung entsprechende Satz von Anzeigepixeln exakt die gleiche Größe und Form haben wie ein irgendeiner anderen Halbtonzelle entsprechender Satz von Anzeigepixeln. Diese Anforderung wird oftmals dadurch erfüllt, daß gefordert wird, daß die Halbtonzellen Parallelogramme sein sollen, deren Ecke sämtlichst exakt auf gemeinsame Koordinaten in dem Anzeigepixelraum fallen. U.S.-Patent US-A-4,185,304 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieses Verfahrens.
Ein Problem bei dem oben genannten Verfahren besteht darin, daß die Anzahl der unterschiedlichen Halbtonraster, die wiedergegeben werden können, durch die Anforderung begrenzt ist, daß die Ecken der Halbtonzellen auf ganzzahlige Koordinaten in dem Anzeigepixelraum fallen müssen. Beispielsweise können die üblicherweise bei Farbdruckern verwendeten, um 15º oder 75º gedrehten Raster nicht genau wiedergegeben werden. Dieser Nachteil ist Gegenstand einer ersten gleichzeitig anhängigen Us-Patentanmeldung mit der Seriennummer 434,924 (US-A-5,235,435), angemeldet am 08. November 1989, von dem gleichen Erfinder und dem Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen (im folgenden als erste gleichzeitig anhängige Anmeldung bezeichnet), in der gezeigt wird, wie eine Schwellwertmatrix, die aus mehreren Halbtonzellen besteht, verwendet werden kann, um die Anzahl der verfügbaren Halbtonraster bis zu dem Punkt zu erhöhen, an dem irgendein beliebiges Raster innerhalb adäquater Toleranzen angenähert werden kann.
Wenn die Schwellwertmatrix mehr als eine ideale Zelle enthält, ist es wünschenswert, daß dieser Umstand für den Benutzer unsichtbar bleibt. Dies bedeutet, daß für einen vorgegebenen Graupegel sämtliche von einer Kopie der Schwellwertmatrix erzeugten Halbtonflecke oder -punkte von gleicher Größe und gleichmäßig beabstandet sein müssen.
Unglücklicherweise müssen die mehreren Halbtonzellen in einer solchen Schwellwertmatrix grundsätzlich von unterschiedlicher Form und Größe sein, wenn jene Halbtonzellen von Displaypixeln dargestellt werden. Dies bedeutet, daß die von den unterschiedlichen Halbtonzellen erzeugten Punkte oder Flecke auch von unterschiedlicher Form und Größe sein können, selbst wenn sie den gleichen Grauwert repräsentieren. In Abhängigkeit vom Grad der Unterschiedlichkeit der Größe und Form der Halbtonflecke können diese Differenzen für das menschliche Auge sichtbar sein oder nicht. Wenn sie sichtbar sind, sieht man eine marmorierte Veränderung in der Graumtensität in Form von sich wiederholenden Flecken oder Bändern an Stellen, an denen das Originalbild nur einen konstanten Grauwert enthält. Solche Muster geben das Originalbild nicht getreu wieder und sind somit unerwünscht.
Die folgenden Bezeichnungen werden zur Klarstellung definiert. Eine ideale Halbtonzelle, oder kurz ideale Zelle, ist eine Halbtonzelle, wie sie oben erörtert wurde: Ein Element des Halbtongitters, das aus einer Fläche besteht, die von einem gedrehten Quadrat oder einem Parallelogramm begrenzt wird. Im Unterschied dazu ist eine digitale Halbtonzelle oder kurz digitale Zelle ein Satz von Pixeln, die zum Annähern einer idealen Halbtonzelle verwendet werden. Somit ist jede digitale Halbtonzelle einer speziellen idealen Halbtonzelle zugeordnet, die sie annähert. Darüber hinaus wird in übereinstimmung mit der oben erwähnten gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 434,924 (US-A-5,235,435) eine Schwellwertmatrix, die aus mehreren Halbtonzellen besteht, als ein überlagerungs-Überdeckungselement (supertile) bezeichnet.
Bei dem bekannten Verfahren zum Erzeugen eines Überlagerungs-Überdeckungselements, wie es in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung offenbart ist, besteht eine digitale Halbtonzelle aus sämtlichen Pixeln in dem Überlagerungs Überdeckungselement, deren geometrisches Zentrum in die zugeordnete ideale Zelle fällt. Dieses Verfahren schafft digitale Halbtonzellen von befriedigender Gleichmäßigkeit für bestimmte Halbtonraster, aber es ergibt sich für andere Raster eine unbefriedigende Variation in der Größe der digitalen Zelle. Diese Variationen treten trotz der Tatsache, daß jede ideale Zelle die gleiche Form hat, deshalb auf, weil ihre Anordnung in Bezug auf das Pixelgitter um Bruchteile von Pixeln variiert. Dadurch fallen in einigen Fällen mehr Pixelzentren in eine ideale Zelle, und in anderen Fällen fallen weniger Pixelzentren in die ideale Zelle. Die sich ergebenden Variationen der Größe der digitalen Halbtonzellen bewirken entsprechende Variationen in der Größe der Halbtonflecke, wenn bestimmte Grauwerte wiedergegeben werden. Dies wird das Problem der uneinheitlichen Zellgrößen genannt, mit dem sich eine zweite gleichzeitig anhängige US- Patentanmeldung Nr. 652,972 (US-A-5,285,291), eingereicht am 08. Februar 1991 von dem gleichen Erfinder und auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen, befaßt.
Eine andere Fehlerart wird bei bestimmten Graupegeln bewirkt, bei denen ein vorgegebener schwarzer oder weißer Halbtonfleck die Begrenzung seiner digitalen Halbtonzelle überquert und Pixel auf benachbarten digitalen Zellen überlappt. Ein einzelner schwarzer oder weißer Halbtonfleck könnte in zwei oder mehr Stücken aufgespalten werden, wobei jedes Stück sich einer separaten digitalen Halbtonzelle aufhält, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Weil eine digitale Halbtonzelle 130A-F in bezug auf die zugehörige ideale Halbtonzelle 120A-F asymmetrisch sein kann, können die unterschiedlichen Stücke eines Halbtonflecks 70A-F in einer idealen Zelle 120A-F ebenfalls asymmetrisch zugewiesene Pixel enthalten. Wenn die digitalen Halbtonzellen 130A-F zusammengefügt werden und ganze Halbtonflecke 70A-F gebildet werden, so können die Stücke, die zum Bilden eines vorgegebenen Halbtonflecks verwendet werden, trotz der korrekten Gesamtzahl der Halbtonfleckpixel innerhalb jeder digitalen Zelle zu klein oder zu groß in bezug auf eine vorgegebene erwartete Größe sein.
Beispielsweise sind jeder der digitalen Zellen 130A-F gemäß Fig. 1 zehn schwarze Pixel (schraffiert gezeigt) zugewiesen; die verbleibenden Pixel sind weiß. Die schwarzen Pixel erzeugen Flecke 70A-F. Der Fleck oder Punkt 70A ist von der korrekten vorgegebenen Größe. Er enthält zehn schwarze Pixel; neun Pixel sind primär innerhalb der digitalen Zelle 130A und eins ist primär in der digitalen Zelle 130B. Jedoch enthält der Fleck 708 nur acht schwarze Pixel, wobei eines von ihnen primär in der digitalen Zelle 130C ist. Der Fleck 70E enthält 12 schwarze Pixel, von welchen neun primär in Zelle 130E sind, zwei primär in der digitalen Zelle 13G8 sind und eins primär in der digitalen Zelle 130F ist. Dieses Problem wird Mehrzell-Fleck(MCD)-Problem genannt. Es ist ei ne prinzipielle Aufgabe dieser Erfindung, das genannte Mehrzell-Fleck-Problem zu korrigieren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren gemäß dem anliegenden Anspruchl zur Verfügung gestellt. Das Verfahren gemäß dieser Erfindung kann unter Verwendung eines beliebigen von verschiedenen Hardwaregeräten ausgeführt werden, welche einen Scanner, einen Computer und eine Art einer Rasteranzeigeeinrichtung umfassen. Ein ursprüngliches Bild wird mechanisch oder elektronisch abgetastet, berechnet, manipuliert oder auf andere Weise zur Reproduktion vorbereitet.
Wenn eine sehr genaue Darstellung eines Halbtonrasters es erfordert, daß eine Schwellwertmatrix verwendet wird, die mehrere digitale Halbtonzellen von geringfügig unterschiedlicher Form enthält, so sichert die beschriebene Technik, daß jede Halbtonzelle in einer Weise gedruckt oder angezeigt wird, die die Anzahl der Pixel ausbalanciert. Dies wird durch eine Kombination der Verwendung kleinerer Pixel und der Forderung ausgeführt, daß ein beliebiger Halbtonfleck, der aus einem Teil dieser Pixel gebildet ist, welche in zwei oder mehreren digitalen Zellen liegen, nicht Pixel von benachbarten digitalen Halbtonzellen gewinnt oder an diese verliert. Dies sichert, daß sämtliche Halbtonflecke, die einen vorgegebenen Graupegel repräsentieren, von möglichst nahezu gleicher Größe sind.
Die erste Technik korrigiert die Schiefseitigkeit, die bewirkt wird, wenn beispielsweise generische Pixel zur einer Seite einer digitalen Zelle hinzugefügt und von der anderen Seite weggenommen werden. Diese Schiefseitigkeit kann generische Pixel veranlassen) ungleichmäßig verteilt zu werden, wenn der Halbtonfleck zwischen digitalen Zellen aufgeteilt ist. Diese Schiefseitigkeit wird reduziert, wenn der Schwerpunkt jeder digitalen Zelle als der Ursprung verwendet wird, relativ zu welchem die generischen Pixelkoordinaten in ideale Zellraumkoordinaten für die stattfindende Fleckfunktion übertragen werden.
Gemäß einer zweiten Technik wird das MCD-Problem reduziert, wenn jede ideale Halbtonzelle in zwei gleiche Teile, einen weißen Teil und einen schwarzen Teil, aufgeteilt wird, wenn die Schwellwertmatrix aufgebaut wird. Diese zweite Technik ist beschränkt auf bestimmte Fleckfunktionen, normalerweise jene, die Anlaß geben fur ein perfektes Schachbrettmuster, das in bezug auf das ursprüngliche Halbtongitter um 450 gedreht ist, wenn ein 50%-Graupegel gefordert ist. Diese zweite Technik ist detaillierter in EP-A-0499738 und in einer Teilanmeldung dieser Anmeldung offenbart.
Die dritte Technik versetzt die Fleckfunktion im Zellraum um den Vektor (1/2, 1/2) relativ zu sämtlichen Halbtonzellen, was das MCD-Problem weiter reduziert. Dabei werden weder schwarze noch weiße Flecke exakt an den vier Eckberei chen einer beliebigen idealen Zelle zentriert. Jedoch können bei bestimmten Graupegeln, wenn die schwarzen und weißen Flecke die Kante der ausgewählten idealen Halbtonzelle zu überqueren beginnen, die Fleckgrößen infolge der unterschiedlichen Beiträge von unterschiedlichen digitalen Zellen variieren. Da jedoch die Flecke bereits eine große Anzahl von generischen Pixeln in sich haben, sind diese Variationen nicht so feststellbar wie zuvor.
Die vierte Technik erschafft eine Datenstruktur, die Informationen in Form einer Liste von Pixeln enthält, die darstellen, wie ein Halbtonfleck bei verschiedenen Graupegeln durch eine digitale Zelle aufgeteilt werden kann. Danach werden die Pixel in einer ausgewählten Zelle in einer Weise geordnet, die den Verlust oder den Gewinn von Pixeln relativ zu einer vorgegebenen Modellzelle modelliert.
Gegenwertig im Markt befindliche Halbtonsysteme gestatten eine begrenzte Anzahl von Fleckfunktionen und sind speziell optimiert, um mit einen festen Satz eingebauter Fleckfunktionen zu arbeiten. Die hier beschriebenen Techniken erzeugen eine qualitativ hochwertige Halbtönung mit einem größeren Bereich von Fleckfunktionen, als dies zuvor möglich war.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung und der anderen Vorteile und Merkmale dieser Erfindung können aus einer Betrachtung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Techniken in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gewonnen werden, wobei in den Zeichnungen:
Fig. 1 ein Anzeigesystem des Standes der Technik veranschaulicht, bei dem Flecke mit einer inkorrekten Anzahl von Pixeln angezeigt werden;
Fig. 2 die Beziehungen einer idealen Zelle zu ihrer zugeordneten digitalen Zelle und die Beziehung eines Zellflecks zu der ihn enthaltenden digitalen Zelle veranschaulicht;
Fig. 3 die Beziehung eines Überlagerungs-Überdeckungselements zu der in ihm enthaltenen Halbtonzellen und zu anderen Überlagerungs-Überdeckungselementen veranschaulicht; und
Fig. 4 ein Schachbrettmuster von digitalen Zellen veranschaulicht, die von zwei Halbtonrastern erzeugt werden.

DETAILIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Die Techniken werden beschrieben anhand ihrer Implementierung als Computerprogramme, die auf einem Digitalcomputer laufen. Jedesmal, wenn die Implementierung einiger Teile der Techniken für einen Fachmann nicht klar sein könnte, ist ein explizierter Computerquellcode in der Programmiersprache C angegeben. Eine Referenz für die Programmiersprache C ist "THE C Programming Language" von Brian W. Kerninghan und Dennis M. Richie, veröffentlicht von Prentice-Hall Inc.. Mathematische Ausdrücke sind in der C-Sprache ähnlich üblichen mathematischen Schreibweisen. Das Symbol "*" wird verwendet, um eine Multiplikation zu bezeichnen. Kommentare werden in dem Quellcode durch "/*" und "*/" begrenzt.
Die Implementierung der Erfindung als Computerprogramm erfordert, daß bestimmte mathematische Funktionen für die Programme als Subroutinen verfügbar sind. Diese Funktionen werden im nächsten Abschnitt definiert.

Bei der Erfindung verwendete mathematische Funktionen

Floor(x)

ist der größte ganze Zahl, die kleiner oder gleich dem Gleitkommawert x ist.

Ceil(x)

ist die kleinste ganze Zahl, die größer oder gleich der Gleitkommazahl x ist.

Sqrt(x)

ist die positive Quadratwurzel von x.

Terminologie

In der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen wird auf Begriffe bezug genommen, die im folgenden definiert werden:
Geräteraum: Ein Gebiet einer zweidimensionalen Ebene, in welcher die Aufzeichnungseinrichtung schwarze Marken auf einem weißen Hintergrund machen kann oder umgekehrt.
Geratepixel: Eie Aufzeichnungseinrichtung kann nur bestimmte diskrete Flächen im Geräteraum markieren. Jede sol che Fläche ist ein Gerätepixel oder generisches Pixel.
Gerätekoordinaten: Ein Koordinatensystem, das zum Beschreiben der Orte der Gerätepixel verwendet wird. Die Gerätepixel einer beliebigen Einrichtung bzw. eines beliebigen Geräts können als in einer rechtwinkligen Matrix angeordnet angenommen werden. Die Pixelkoordinaten (x, y) beziehen sich auf das Pixel in der Zeile y und in der Spalte x. Der Ursprung des Gerätekoordinatensystems ist in Fig. 3 mit OD bezeichnet. Um eine Mehrdeutigkeit zu vermeiden, wird angenommen, daß ein Gerätepixel am Ort (x, y) das Pixel ist, das die Fläche eines Quadrats bedeckt, dessen Ecken gegeben sind durch (x, y), (x+1, y), (x+1, y+1) und (x, y+1), wobei x und y ganze Zahlen sind. Die meisten Markierungseinrichtungen sind nicht derart präzise, aber die oben genannte Konvention ist bei der Darlegung der unten beschriebenen Prozesse hilfreich.
Halbtongitter: Ein Gitter von Quadraten, die größer als die Geratepixel sind und grundsätzlich in bezug auf das Gerätekoordinatensystem gedreht sind. Dieses Gitter steuert die Anordnung der Halbtonflecke oder -punkte. Bei einem analogen System sind die Halbtonflecke Kreise, die exakt in der Mitte der Quadrate in dem Halbtongitter zentriert sind. Die Techniken der unten beschriebenen Erfindung arbeiten auch dann, wenn das Halbtongitter aus Parallelogrammen anstelle von Quadraten zusammengesetzt ist.
Ideale Halbtonzelle: Ein einzelnes Quadrat in dem Halbtongitter.
Idealer Zellraum oder Zellraum: Ein Koordinatensystem, das auf einer ausgewählten idealen Zelle basiert. Ein solches Koordinatensystem hat seinen Ursprung im Zentrum der idealen Zelle und ist darüber hinaus so dimensioniert, daß die Ecken der idealen Zelle die Koordinaten (1, 1), (1, -1), (-1, -1) und (-1, 1) haben. Die Technik der Konvertierung zwischen einem solchen Koordinatensystem und dem Gerätekoordinatensystem ist einem Fachmann klar. (Referenz: "Fundamentals of Computer Graphics" von Foley and Van Darn, Kapitel 7). Man beachte, daß es ein unterschiedliches Zellraumkoordinatensystem für jede verschiedene ideale Zelle gibt.
Digitale Halbtonzelle oder digitale Zelle: Eine Gruppe von generischen Pixeln, die in der Form und Größe eine zugeordnete ideale Zelle approximieren. Da die Seiten einer idealen Zelle im allgemeinen nicht mit den Begrenzungen der Pixel zusammenfallen, kann eine digitale Zelle eine ideale Zelle nur mit der Genauigkeit von einem generischen Pixel approximieren. Ein bestimmte digitale Zelle ist einer idealen Zelle "zugeordnet" oder umgekehrt, sofern die ideale Zelle die von der digitalen Zelle approximierte Zelle ist.
Halbtonfleck: Ein zusammenhängender Satz von schwarzen (oder, bei einem weißen Fleck, weißen) generischen Pixeln, der von dem menschlichen Auge als ein schwarzer (bzw. weißer) Fleck in dem Muster der ein Halbtonbild enthaltenden Flecke wahrgenommen wird. Man beachte, daß diese Definition in bezug auf die menschliche Wahrnehmung vorgenommen wurde. Folglich wird diese Bezeichnung nur zum Beschreiben gewünschter oder tatsächlicher Eigenschaften bestimmter Halbtontechniken verwendet, nicht zum Definieren, wie solche Techniken ausgeführt werden.
Schwarzer (oder weißer) Zellfleck: Der Satz von schwarzen (oder weißen) generischen Pixeln in einer digitalen Zelle, die bei einem gegebenen Graupegel schwarz (oder weiß) geschaltet sind. Es kann auch die Bezeichnung Zellfleck allein verwendet werden, wenn ein schwarzer oder weißer Zellfleck gemeint ist. Man beachte, daß die Bezeichnung Zellfleck im Unterschied zu Halbtonfleck eine rigorosere Definition hat. Aber es kann sein, daß die einen Zellfleck bildenden Pixel nicht die Pixel sind, die das menschliche Auge als ein Halbtonfleck wahrnimmt. Beispielsweise ist der schwarze Zellfleck der digitalen Zelle 130 gemäß Fig. 2 aus separaten Stücken gebildet: 80A, 80B, 80C und 80D. Als weiteres Beispiel hat in Fig. 1 die digitale Zelle 130A einen schwarzen Zellfleck, der neun schwarze generische Pixel in dem Halbtonfleck 70A und ein schwarzes generisches Pixel im Halbtonfleck 70D enthält. Das menschliche Auge sieht diese Gruppe von zwei Pixeln nicht als einen einzelnen Fleck.
Schwarze (oder weiße) Fleckstücke: Die verschiedenen zusammenhängenden Stücke, in welcher ein schwarzer (oder weißer) Zellfleck unterteilt ist. Beispielsweise enthält in Fig. 2 der schwarze Zellfleck der digitalen Zelle 130 drei schwarze generische Pixel im Fleckstück 80A, ein schwarzes generisches Pixel im Zellfleck 80B, drei schwarze generische Pixel im Zellfleck 80C und ein schwarzes generisches Pixel im Zellfleck 80D.
Überlagerungs-Überdeckungselement (Supertile) 140 (Fig. 3): Für ein gegebenes Halbtongitter 220 zeigt die erste gleichzeitig anhängige Anmeldung, wie ein Überlagerungs Überdeckungselement 140 zu konstruieren ist. Das Überlagerungs-Überdeckungselement 140 ist ein Satz von Gerätepixeln 110 mit den folgenden Eigenschaften: (1) Das Überlagerungs- Überdeckungselement 140 kann durch Verschiebung derart repliziert werden, daß jedes generisches Pixel 110 im Geräteraum exakt einmal abgedeckt wird; (2) das Rastergitter (bei dieser Anmeldung das Halbtongitter 220) dem Überlagerungs- Überdeckungselement 140 überlagert wird, teilt es es in eine ganze Anzahl von idealen Halbtonzellen 120 auf. Einige dieser idealen Zellen 120 können von den Begrenzungen des Überlagerungs-Überdeckungselements 140 in Stücke aufgespalten werden; und (3) wenn Überlagerungs-Überdeckungselemente 140 durch mosaikartiges Überdecken nebeneinander angeordnet werden, so werden aufgespaltene Stücke von Halbtonzellen an den Kanten des Überlagerungs-Überdeckungselements wieder zusammengesetzt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
Zum Zwecke dieser Offenbarung, wird ein spezielles Überlagerungs-Überdeckungselement mit den Dimensionen "sx" und "sy" konstruiert, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Dimensionen zeigen an, daß das Überlagerungs-Überdeckungselement aus Pixeln in einem sx-mal-sx-Quadrat, dessen untere linke Ecke mit dem Ursprung 00 in Gerätekoordinaten zusammenfällt, zusammen mit Pixeln in einem sy-mal-sy-Quadrat besteht, dessen obere linke Ecke mit dem Ursprung 00 in den Gerätekoordinaten zusammenfällt. Somit hat ein generisches Pixel mit den Gerätekoordinaten (x, y) in dem sx-mal-sx-Quadrat sowohl ein x als auch ein y größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich sx-1. Ein Pixel in dem sy-mal-sy-Quadrat hat ein x größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich sy-1 und ein y kleiner als 0 und größer als oder gleich -sy.
Überlagerungs-Überdeckungselement-Verschiebungsvektoren 141A und 141B: Wie oben erwähnt, kann das Überlagerungs Überdeckungselement verschoben werden, um den Geräteraum abzudecken. Jede solche Verschiebung des Überlagerungs-Überdeckungselements kann mittels aufeinanderfolgender Verschiebungen unter Verwendung zweier Überlagerungs-Überdeckungselement-Verschiebungsvektoren ausgeführt werden. Die zwei Vektoren haben die Werte (sx, sy) für den Vektor 141A und (-sy, sx) für den Vektor 141B, gemessen in Gerätekoordinaten, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
Äquivalente Zellen: Zwei beliebige ideale Zellen, genannte c1 und c2, werden als äquivalent bezeichnet, wenn eine Zelle exakt von der andren nach einer aufeinanderfolgenden Verschiebung durch die zwei Überlagerungs-Überdeckungselement-Vektoren überlagert werden kann. Ein anderer Weg, dies zu verstehen, besteht darin, ein Überlagerungs-Überdeckungselement zu nehmen und sämtliche idealen Zellen innerhalb dieses Überlagerungs-Überdeckungselements in einzigartiger Weise zu kennzeichnen. Durch mosaikförmiges Auslegen des gesamten Raumes mit diesem Überlagerungs-Überdeckungselement sind die idealen Zellen, die durch dieses mosaikförmige Ausdecken erzeugt werden, exakt äquivalent, wenn sie die gleiche Bezeichnung aufweisen.
Schwellwertmatrix (Fig. 3): Eine Bezeichnung, die üblicherweise beim Halbtonverfahren verwendet wird, um einen Satz generischer oder Gerätepixel 110 zu bezeichnen, die die Ebene mosaikartig überdecken (d.h. die Bedingung Nummer 1 unter der Definition des Überlagerungs-Überdeckungselements 140), wobei jedem generischen Pixel 110 ein "Schwellwert" gegeben wird. Solche Schwellwertmatrizen werden verwendet, um Halbtonbilder auf die folgende Weise zu erzeugen: Zunächst wird die Ebene mit der Schwellwertmatrix mosaikartig überdeckt. Somit wird jedes generische Pixel 110 von einer Kopie der Schwellwertmatrix bedeckt, so daß ihm der Schwellwert des jenigen generischen Pixels zugeordnet werden kann, das es in dieser Kopie der Schwellwertmatrix bedeckt. Als nächstes werden die gewünschten Grauwerte für die generi schen Pixel 110 von dem halbgetönten Bild berechnet und mit dem Schwellwert verglichen. Wenn der Graupegel größer als der Schwellwert ist, so bleibt das generische Pixel 110 weiß; andernfalls wird es schwarz markiert.
Das oben erwähnte Überlagerungs-Überdeckungselement 140 wird berechnet, um den Satz von Pixeln zu definieren, die die Schwellwertmatrix der vorliegenden Erfindung bilden. Da ein Überlagerungs-Überdeckungselement mehrere ideale Zellen umfaßt, so tut dies auch die Schwellwertmatrix.
Fleckfunktion: Bei der aktuellen Implementierung des digitalen Halbtonverfahrens wird eine digitale Zelle ausgewählt, und dann werden sämtliche Pixel, die in dieser digitalen Zelle liegen, in eine Liste aufgenommen. Dann wird eine Fleckfunktion für jedes Pixel in der Liste aufgerufen. Die Zellraumkoordinaten des Pixels werden dieser Fleckfunktion eingegeben und sie gibt einen Wert zurück, der verwen det wird, um das Pixel in Bezug auf die anderen Pixel einzuordnen bzw. einzustufen.
Diese Rangklassifikation bestimmt die Reihenfolge, in welcher Pixel in der idealen Zelle von schwarz zu weiß wechseln, wenn der gewünschte Graupegel sich von einem dunkleren Wert zu einem helleren Wert ändert. Somit wird die Rangklassifikation verwendet, um den Schwellwert in der Schwellwertmatrix (Überlagerungs-Überdeckungselement) zu bestimmen. Auf diese Weise wird die Fleckfunktion verwendet, um die Form des Halbtonflecks bei verschiedenen Graustufen zu steuern. Wenn die Koordinaten eines Pixels der Fleckfunktion zugeführt werden, so werden die Koordinaten in den Zellraum für die gerade bearbeitete ideale Zelle transformiert.
Es wird weiterhin auf Fig. 3 Bezug genommen. Die folgenden Techniken werden angewendet, nachdem die Anzahl von ge nerischen Pixeln 110, die jeder idealen Zelle 120 zugewiesen sind, als gleich bekannt ist, wie es anhand der verschiedenen Techniken der zweiten gleichzeitig anhängigen Anmeldung veranschaulicht ist. Die ersten drei Techniken ändern die Art und Weise, auf welche die Fleckfunktion bei dem Prozeß der Erstellung digitaler Halbtöne aufgerufen wird. Dies wiederum verändert die Werte in der Schwellwertmatrix, wenn diese von den oben dargelegten Techniken erstellt wird. Die vierte Technik führt eine aufwendige Verarbeitung der von der Fleckfunktion zurückgegebenen Werte aus, welche dann verwendet werden, um die Schwellwertmatrix zu erschaffen. Der Ausgang der Erfindung ist eine veränderte Schwellwertmatrix, die auf einem Überlagerungs-Überdeckungselement (Supertile) basiert, und welche dann verwendet werden kann, um Halbtonbilder zu erzeugen, die frei von falschen Graubändern oder -flecken sind.

Das Fleck-Versatz-Korrekturschema

Die erste Technik zum Korrigieren von Mustern, die durch das Mehrzellfleck(MCD)-Problem verursacht sind, befaßt sich mit einer Modifikation der Art und Weise, wie die Fleckfunk tion für jede ideale Zelle 120 aufgerufen wird.
Es wird noch auf Fig. 3 Bezug genommen. Beim Zuweisen von generischen Pixeln 110 zu idealen Zellen 120 werden digitale Zellen 130 erzeugt, die die Form der idealen Zelle 120 nur approximieren. Beispielsweise kann ein Überschuß von generischen Pixeln 110 zur einer Seite der digitalen Zelle hinzugefügt werden, so daß sie schiefseitig in bezug auf die Form der ihr zugeordneten idealen Zelle 120 bleibt. Diese Schiefseitigkeit kann bewirken, daß generische Pixel 110 ungleichmäßig verteilt werden, wenn der Halbtonfleck zwischen den digitalen Zellen 130A-F aufgeteilt wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die folgende Technik, die in bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben wird, reduziert diese Einflüsse. Diese Technik wird in der gleichen Weise für jede digitale Zelle des Überlagerungs-Überdeckungselements verwendet. Somit wird sie nur in bezug auf eine beliebig ausgewählte digitale Zelle des Überlagerungs-Überdeckungselements erläutert. Die folgenden Informationen sind verfügbar: Eine Liste von generischen Pixeln in der digitalen Zelle und die Koordinaten des Zentrums der zugehörigen idealen Halbtonzelle in Geräteraumkoordinaten, bezeichnet als (cx, cy).
Der Schwerpunkt der ausgewählten digitalen Zelle 130 wird aus den ihr aktuell zugewiesenen generischen Pixeln 110 wie unten beschrieben berechnet. Dann wird der Schwerpunkt (gx, gy) von dem geometrischen Zentrum der idealen Zelle (cx, cy) subtrahiert, um einen Versatz- oder Offset-Vektor (fx, fy) zu erzeugen. Dieser Offset-Vektor (fx, fy) wird zu den Koordinaten der generischen Pixeln 110 im Geräteraum hinzuaddiert, bevor die Koordinaten für die Fleckfunktion in Zellraumkoordinaten transformiert werden. Dies kann wie folgt zusammengefaßt werden:
fx = cx - gx;
fy = cy - gy.
Dann ergibt sich für die Koordinaten (x, y) jedes genenschen Pixels:
x = x + fx;
y = y + fy.
Der Schwerpunkt wird berechnet, indem die Gerätekoordinaten (x, y) für jedes generische Pixel 110 in der digitalen Zelle 130 genommen werden, diese Koordinaten in Zellraumkoordinaten (u, v) konvertiert werden und die sich ergebenden u- und v-Koordinatenwerte separat gemittelt werden, um eine gemittelte u-Koordinate und eine gemittelte v-Koordinate zu erhalten. Jedoch kann eine digitale Zelle 130A-F durch ein willkürliches Überlagerungs-Überdeckungselement 140 in Stücke unterteilt sein, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Beispielsweise ist die Zelle 13D8 durch die willkürliche Begrenzung 140B des Überlagerungs-Überdeckungselements 140 in die zwei Stücke DR und DL unterteilt. Wenn dies auftritt, kann die Mittelwertbildung der Koordinaten nicht korrekt ausgeführt werden.
Die folgenden Schritte werden vorgenommen, um dies zu verhindern. Wenn irgendein generisches Pixel in der digitalen Zelle mit den Gerätekoordinaten (x, y) sich in einem Abstand d von dem Zentrum der idealen Halbtonzelle (cx, cy) befindet, wobei d größer als eine vorgegebene Distanz gleich der Länge einer Seite einer idealen Zelle ist, so werden die generischen Pixelkoordinaten (x, y) durch die überlagerungs- Überdeckungselement-Verschiebungsvektoren verschoben, bis
die generischen Pixelkoordinaten (x, y) innerhalb der vorgegebenen Distanz von den Koordinaten (cx, cy) sind. Die verschobenen Koordinaten werden dann in dem Mittelwertbildungsprozeß anstelle der ursprünglichen generischen Pixelkoordinaten verwendet.
Die Sequenz von Überlagerungs-Überdeckungselement-Vektorverschiebungen, die in dem obigen Prozeß verwendet wird, kann direkt berechnet werden. Man beachte, daß die Reihenfolge der Verschiebungen ohne Einfluß und nur die Anzahl der Verwendungen jedes der beiden Überlagerungs-Überdeckungselement-Verschiebungsvektoren von Interesse ist. Mit nl sei die Anzahl bezeichnet, wie oft der Überlagerungs-Überdeckungselement-Verschiebungsvektor 141A mit dem Wert (sx, sy) verwendet wird, und mit n2 die Anzahl, wie oft der Überlage rungs-Überdeckungselement-Verschiebungsvektor 141B mit dem Wert (-sy, sx) verwendet wird. Entweder nl oder n2 können negativ sein, um anzuzeigen, daß der zugehörige Überlagerungs-Überdeckungselement-Verschiebungsvektor negiert wird, wenn er für eine Verschiebung verwendet wird. Das folgende Programmsegment la in der Sprache C berechnet n1 und n2, wobei x und y die Gerätekoordinaten eines generischen Pixels sind, für welches die Verschiebung berechnet wird:
/* Programmsegment 1a */
int x1, x2; /* deklariere die temporären Variablen */
x1 = x - cx + sx/2 - xy/2;
y1 = y - cy + sy/2 + sx/2;
n1 = -Floor((x1=sx - y1*sy)/(sx*sx + sy*sy));
n2 = -Floor((x1*sy + y1*sx)/(sx*sx + sy*sy);
Die tatsächliche Verschiebung von (x, y) wird dann von dem Programmsegment 1b berechnet:
/* Programmsegment 1b */
x = x + n1*sx - n2*sy;
y = y + n1*sy + n2*sx;
Nachdem dies ausgeführt worden ist, werden die x- und y- Koordinaten in Zellraumkoordinaten (u, v) konvertiert und an die Fleckfunktion weitergeleitet.
Bei der obigen Technik werden die an die Fleckfunktion weitergeleiteten Koordinaten um einen Betrag versetzt, der aus den Orten der verschiedenen generischen Pixel in der ausgewählten digitalen Zelle berechnet wird. Solche Offsets können auf andere Weise berechnet werden. Beispielsweise kann ein Zufallszahlgenerator verwendet werden, um solche Offsets zur Verfügung zu stellen. Dies kann nützlich sein, wenn es beabsichtigt ist, ein regelmäßiges Muster einer Schiefseitigkeit bei der Zuweisung generischer Pixel zu digitalen Zellen mit einem zufälligen Muster zu verschleiern.

Das Korrekturschema der aufgeteilten Zelle

Die zweite Technik zum Korrigieren eines Muster, das durch das Mehrzell-Fleck(MCD)-Problem verursacht wird, wird in EP-A-0499738 beschrieben und ist jetzt in einer Teilanmeldung der vorliegenden Anmeldung.

Dritte Technik zum Korrigieren des MCD-Problems

Die dritte Technik zum Korrigieren eines Musters, das durch das MCD-Problem verursacht wird, wird im folgenden beschrieben. Einige Fleckfunktionen haben einen Minimal- oder Maximalwert dort, wo die vier Ecken von idealen Zellen sich treffen, womit ein schwarzer oder weißer Halbtonfleck dort zentriert wird, wo sich vier ideale Halbtonzellen treffen. Wenn ein Halbtonfleck auf diese Weise in vier Stücke anstelle von zwei oder drei Stücken aufgeteilt wird, verschlimmert sich das MCD-Problem.
Ein anderes Problem einer solchen Fleckfunktion besteht darin, daß das Aufteilen eines Halbtonflecks bereits auftritt, wenn der Halbtonfleck sehr klein ist. Damit wird ein Fehler von wenigen Pixeln Größe groß in bezug auf die Gesamtgröße des Halbtonflecks.Erfahrungen zeigen, daß in diesem Fällen die Fehler deutlicher sichtbar werden für das menschliche Auge.
Folglich ist es der Zweck dieser dritten Technik, die von solchen Fleckfunktionen verursachten Probleme zu reduzieren, indem die Ausführung der Fleckfunktion verändert wird.
Wie bereits zuvor werden die Koordinaten der generischen Pixel in einer digitalen Zelle in die Zellraumkoordinaten (x, y) für die zugehörige ideale Zelle konvertiert. Als nächstes wird das folgende C-Programmsegment 3 verwendet, um x und y zu modifizieren, bevor x und y an die Fleckfunktion weitergeleitet werden:
/* Programmsegment 3 */
x = x + 1/2;
y = y + 1.2;
if (x > 1) x = x - 2;
if (y > 1) y + y - 2.
Diese Transformation der x- und y-Koordinaten bewegt das Minimum oder Maximum der Fleckfunktion von dem 4-Ecken-Bereich des idealen Zellrasters weg und in das Innere einer idealen Zelle hinein. Die sich ergebenden Halbtonflecken kreuzen weiterhin die Begrenzungen der idealen Zelle für bestimmte Graupegel, sind aber, wenn sie dies tun, größer, so daß die relativen Fehler nicht deutlich bemerkbar sind. Die Halbtonflecken gemäß Fig. 1 sind auf eine solche Weise versetzt worden.
Im obigen Programmsegment 3 werden die Pixelkoordinaten durch Hinzufügen des Vektors (1/2, 1/2) versetzt. Ein beliebiger solcher Vektor kann vorteilhafterweise verwendet werden, wenn nach dem Hinzufügen des Vektors zu den Koordinaten der Pixel die Koordinaten der Pixel anschließend in den Bereich der Koordinaten zurückgebracht werden, die die ideale Zelle enthält. Wenn die Koordinaten in einer idealen Zelle in den Bereich A bis B sind, dann wird die wiederholte Addition oder Subtraktion des Werts B-A zu jeder Pixelkoordinate verwendet, um die Koordinaten in den Bereich von A-B zurückzubringen. Bei diesem Beispiel des Programmsegments 3 ist A = -1 und B = 1, so daß dann der Wert 2 = 1-(-1) ggfs. subtrahiert wird, um die Pixelkoordinaten x und y in den Bereich von -1 bis +1 zu bringen.

Die vierte Technik zum Korrigieren des MCD-Problems

Die vierte Technik zum Korrigieren von durch das MCD- Problem veranlaßten Mustern wird im Detail in EP-A-0499738 beschrieben und wird an dieser Stelle nicht wiederholt.
Die verschiedenen Techniken der oben beschriebenen Erfindung können zusammen oder separat genutzt werden. Bestimmte Kombinationen dieser Techniken sind bei bestimmten Bereichen von Winkeln und Frequenzen geeigjrieter als andere. Ein Software-Programm kann auf der Grundlage der Bildsetzer auflösung, der Frequenz der geforderten Halbtonraster und der Winkel der geforderten Halbtonraster entscheiden, welche Techniken oder Kombinationen von Techniken auf eine spezielle Aufgabe anzuwenden sind.

Claims

1. Ein Verfahren zum Angleichen der Form und der Größe von Halbtonflecken (halftone dots) in einem Überlagerungs Überdeckungselement (supertile), daß K digitale Zellen, K entsprechende ideale Zellen und eine Vielzahl von mehr als K Pixeln mit Koordinaten im Vorrichtungsraum (device space) enthält, zum Reproduzieren einer Abbildung mit vorgegebenen Graustufen durch Ausführen der Schritte, die umfassen:

a) Erstellen einer Liste von Pixeln in einer digitalen Zelle;

b) Bestimmen der x- und y-Koordinaten der Pixel in der digitalen Zelle im Idealzellraum aus den Pixelkoordinaten im Vorrichtungsraum, wobei der ideale Raum als ein Koordinatensystem basierend auf einer ausgewählten idealen Zelle definiert ist;

c) Bestimmen eines Offset-Vektors aus einer Liste von generischen Pixeln und den Koordinaten der entsprechenden idealen Halbtonzelle in Vorrichtungsraumkoordinaten, wobei der x- und y-Koordinaten aufweisende Offset-Vektor auf die Pixelkoordinaten im Idealzellraum der digitalen Zelle angewendet werden soll;

d) Addieren des Offset-Vektors zu den Koordinaten der Pixel in der Liste;

e) Ordnen der Pixel in der Liste gemäß dem Wert, der aus dem Anwenden einer vorgegebenen mathematischen Funktion auf ihre Kodrdinaten herrührt; und

f) Anzeigen ausgewählter Pixel unter Verwendung der Ordnung um zu bestimmen, welche Pixel angezeigt werden sollen, um die vorgegebene Graustufe der wiederzugebenden Abbildung in geeigneter Weise wiederzugeben.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner das Ordnen die Reihenfolge darstellt, in welcher die Pixel von schwarz zu weiß wechseln, wenn eine vorgegebene Graustufe sich von einem dunkleren Wert zu einem helleren Wert in dem Überlagerungs-Überdeckungselement ändert.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Offset-Vektor die Differenz zwischen dem geometrischen Zentrum der der digitalen Zelle zugeordneten idealen Zelle und dem geometrischen Schwerpunkt der digitalen Zelle ist.

4. Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schwerpunkt berechnet wird, indem die Vorrichtungskoordinatenwerte der Pixel in Idealzellraumkoordinaten konvertiert werden und der Mittelwert der sich ergebenden Koordinatenwerte jeweils separat berechnet wird, um die entsprechenden mittleren Koordinatenwerte zu erhalten.

5. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die x- und y-Koordinaten des Offset-Vektors durch einen Zufallszahlgenerator bestimmt werden.

6. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Offset-Vektor den gleichen Wert für sämtliche digitalen Zellen in dem Überlagerungs-Überdeckungselement hat, und wobei nach dem Addieren des Offset-Vektors zu den Koordinaten der Pixel die Summe so eingestellt wird, daß sie innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, wenn das Endergebnis außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt.

7. Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Offset-Vektor (1/2, 1/2) ist und der vorgegebene Bereich von -1 bis +1 reicht.

8. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überlagerungs-Überdeckungselement ferner Verschiebungsvektoren (translation vectors) enthält, die verwendet werden, um die Vorrichtungskoordinatenwerte der Pixel in der digitalen Zelle, die weiter als eine vorgegebene Distanz von dem Zentrum der der digitalen Zelle zugeordneten idealen Zelle hegen, so zu verschieben, daß die resultierenden verschobenen Pixelkoordinatenwerte zu Pixeln führen, die eine Distanz von dem Zentrum der idealen Zellen haben, die geringer als die vorgegebene Distanz ist.

9. Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schwerpunkt durch Konvertieren der sich ergebenden verschobenen Pixelkoordinatenwerte in Idealzellraumkoordinatenwerte und Mittelwertbildung der sich ergebenden Idealzellraumkoordinatenwerte berechnet wird, um die mittleren Koordinatenwerte zu erhalten.