DE69132421T2

DE69132421T2 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von digitalen, schrägen halbtonrastern

Info

Publication number: DE69132421T2
Application number: DE69132421T
Authority: DE
Inventors: E. Troxel
Original assignee: ECRM Inc
Current assignee: ECRM Inc
Priority date: 1991-02-25
Filing date: 1991-12-05
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2011-12-06
Also published as: EP0573433A1; WO1992015170A1; DE69132421D1; CA2104294A1; JPH06511359A; US5124803A; EP0573433B1; CA2104294C; EP0573433A4

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Verfahren zum Erzeugen von Halbtonaufnahmen und im spezielleren auf ein Verfahren zum Erzeugen von digitalen, winkeligen bzw. gedrehten Halbtonbildern zum Reduzieren von Moire-Effekten in Mehrfarben-Halbtonaufnahmen.
Die digitale Halbtonbilderzeugung betrifft im allgemeinen einen nicht-kontinuierlichen (oder digitalen) Druckvorgang zum Erzeugen der Illusion von echten Halbtonbildern aus einer Anordnung von binären Bildelementen (Pixeln). In seiner grundlegendsten Form beinhaltet die Erzeugung von Halbtonbildern das optische Abtasten eines Bildoriginals Punkt für Punkt, so daß ein elektrisches Signal, das das reflektierte Licht von dem Original wiedergibt, abgeleitet und dann mit einem feststehenden Grenzwertsignalniveau verglichen wird.
Wenn das Abtastbild geringer ist als der Grenzwert, wird typischerweise ein schwarzes Pixel an einem entsprechenden Punkt auf einem Belichtungsmedium aufgezeichnet. Wenn jedoch das reflektierte Licht von dem abgetasteten Pixel höher ist als der Grenzwert, wird ein weißes Pixel an dem entsprechenden Punkt aufgezeichnet.
Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das Original vollständig abgetastet worden ist. Während ein feststehender Grenzwert einen Großteil der Details des abgetasteten Bilds erhält, werden Variationen im Grau, die vollständig über oder unter einem ausgewählten feststehenden Grenzwert schwanken, ausgelöscht.
Das Grenzwertsignal oder auch Schwellenwertsignal wird häufig als Abtastsignal bezeichnet. Der Begriff "Abtastsignal" ist von der herkömmlichen fotografischen Erzeugung von Halbtonbildern abgeleitet, bei der Graupegel erzielt werden durch Projizieren des Bilds eines Originals auf ein Flächenmaterial aus lithografischem Film mit hohem Kontrast durch ein defokussiertes Raster hindurch. Wie bei einem Raster bei dem fotografischen Verfahren wird das Grenzwertsignal eines digitalen Systems dem echten Halbtonbild-Original in wirksamer Weise überlagert.
Zum digitalen Simulieren des visuellen Effekts, der durch herkömmliche fotografische Halbtontechniken erzielt wird, variieren Systeme des Standes der Technik das Abtastsignalniveau. Durch das Variieren des Abtastsignals, was gelegentlich als räumliches Dithern bezeichnet wird, kommt es zu einer derartigen Umverteilung des feststehenden Quantisierungsfehlers, daß dieser weniger sichtbar wird.
Das Abtastsignal kann in beliebiger Weise oder in geordneter Weise variiert werden. Es gibt viele allgemein bekannte Algorithmen zum Erzeugen von Abtastsignalen. Diese Algorithmen können in zwei Kategorien unterteilt werden: geordnete Dither mit Bildpunkthaufen sowie geordnete Dither mit verstreuten Bildpunkten.
Bei einem "Punkt" handelt es sich für die Zwecke der digitalen Halbtonerzeugung um einen kleinen Bereich in einem Ausgangsmedium, der eine Gruppe von Pixeln enthält. Da das menschliche Auge eine räumliche Integration ausführt, wenn es Objekte aus einer Distanz betrachtet, kann ein Graupegel dadurch simuliert werden, daß ein in einer Vielzahl von Punkten enthaltener Teilsatz von Pixeln in einen Zustand "Ein" gebracht wird (wobei "Ein" ein schwarzes Pixel bezeichnet) und einen Zustand "Aus" gebracht wird (wobei dieser ein weißes Pixel bezeichnet).
Außerdem können unterschiedliche Graupegel dadurch erzielt werden, daß das Verhältnis der "Ein"-Pixel zu den "Aus"- Pixeln variiert wird. Zum Beispiel kann eine Illusion von mittelgrau dadurch erzeugt werden, daß die eine Hälfte der Pixel in einer Bildpunktgruppe in den Zustand "Ein" gebracht wird. Das Ziel von Techniken mit Bildpunktanhäufungen besteht darin, "Ein"-Pixel zusammenzugruppieren, während das Ziel von Techniken mit verstreuten Bildpunkten darin besteht, die "Ein"-Pixel so homogen wie möglich über den gesamten Bildpunkt zu verstreuen.
Für den Fachmann auf dem Gebiet der Halbtonaufnahmen ist es allgemein bekannt, daß Abtastsignale in einem digitalen Speicher als Grenzwertarrays gespeichert werden. Typischerweise repräsentiert jedes Element in dem Grenzwertarray einen Dither-Grenzwert und wird durch ein kartesisches Koordinatensystem an Pixelorten auf das echte Halbtonbild-Original und auf das Ausgangsmedium aufgetragen.
Ein "Bildpunkt" ist im allgemeinen derart definiert, daß er eine Gruppe von Elementen eines Grenzwertarray aufweist, das die Bildsignalinformation enthält, welche der Pixelgruppe entspricht, die in einem bestimmten Punkt auf dem Ausgangsmedium enthalten ist.
Geordnete Dither-Algorithmen erzeugen binäre Halbtonbilder durch Vergleichen des reflektierten Lichts von den Pixeln eines Halbtonbild-Originals mit entsprechenden Grenzwerten, die als Elemente in dem Grenzwertarray gespeichert sind.
Es wäre ein sehr großer Speicher erforderlich, um das Grenzwertarray für ein Bild zu speichern, das ausreichend groß ist, um einem gesamten Bildoriginal überlagert zu werden. Aus diesem Grund ist es nicht unüblich, daß Abtastsignale als periodische Funktionen ausgeführt werden. Wenn das Abtast signal sich wiederholt, braucht nur eine einzige Periode des Grenzwertarray gespeichert zu werden.
Die einzelne Wiederholung des Abtastsignals, das in einem Grenzwertarray gespeichert ist, wird manchmal als "Rasterkachel", "Rasterblock" oder "Rasterquadrat" bezeichnet. Auf diese Weise gespeicherte Grenzwerte werden normalerweise durch ein kartesisches Koordinatensystem, einen Modul für die Dimensionen des sich wiederholenden Array, an Pixelorten auf dem Halbtonbild-Original abgebildet.
Normalerweise muß die Rasterkachel wenigstens so viele Elemente wie der kleinste Bildpunkt bzw. Rasterpunkt aufweisen. Da die Anzahl von Graustufen, die dargestellt werden kann, mit der Größe der sich wiederholenden Fläche zunimmt, verwenden einige Systeme des Standes der Technik größere Kacheln, die eine Vielzahl von Bildpunkten enthalten. Wenn jedoch eine Rasterkachel übermäßig groß gemacht wird, können ungewollte Komponenten mit niedrigerer räumlicher Frequenz eingebracht werden.
Es ist allgemein bekannt, daß Bilder, die als Ergebnis der herkömmlichen fotografischen Halbtonbilderzeugung von monochromatischen Originalen entstehen "besser aussehen", wenn das Rasterbild in einem Winkel von 45º ausgerichtet ist. Dies ergibt sich aus einer mangelnden Symmetrie in dem Frequenzgang des menschlichen Auges.
Es entstehen scharfe Spitzen an der horizontalen und der vertikalen Ausrichtung. Aus diesem Grund ist es bei der digitalen Halbtonbilderzeugung von monochromatischen Bildern allgemein üblich, das Grenzwertarray oder das Rasterbild um 45º von der Horizontalen zu verdrehen.
In Fällen, in denen nur eine Periode des Abtastsignals gespeichert ist, wird die Rotation im allgemeinen durch Drehen einer einzelnen Kachel um 45º erzielt, wobei anschließend der Rotationswinkel berücksichtigt wird, wenn nachfolgende Kacheln an Pixelorten auf dem Ausgangsmedium abgebildet werden. Durch traditionelle Verfahren zum Erzeugen und Kombinieren von Kacheln wird typischerweise eine Strukturierung mit geringer räumlicher Frequenz eingebracht.
Digitale Halbtontechniken werden üblicherweise bei Farbaufnahmen angewandt. Typischerweise wird ein Halbton-Farboriginal optoelektronisch Pixel für Pixel abgetastet, und zwar nahezu in der gleichen Weise wie ein monochromatisches Original. Für jedes Pixel werden drei Primärfarbsiganle gebildet, aus denen Farbauszugsignale Magenta, Cyan, Gelb und Schwarz (Schlüsselfarbe) abgeleitet werden.
Die abgetasteten Farbauszugsignale werden dann einzeln mit Abtastgrenzwerten verglichen, die in entsprechenden Grenzwertarrays gespeichert sind. Wie bei dem monochromatischen Beispiel wird dann, wenn ein Farbauszugsignal größer ist als der entsprechende Grenzwert, ein "Ein"-Pixel für diesen Farbauszug aufgezeichnet, während ansonsten ein "Aus"-Pixel aufgezeichnet wird.
Immer wenn zwei periodische Strukturen mit nahezu der gleichen Periodendauer einander überlagert werden, ergibt sich eine Moire-Struktur. Derartige Strukturen entstehen bei Halbtonfarbaufnahmen aufgrund der Wechselwirkung der Punktanordnungen, die die Einzelfarben aufweisen. Es ist allgemein anerkannt, daß Moire-Strukturen durch wohlüberlegte Auswahl der Punktformen und der Drehwinkel für die Halbtonbilder für jeden Farbauszug minimiert werden können.
Wie vorstehend erwähnt wurde, wird eine Rotation um 45º von det Horizontalen typischerweise für Schwarz ausgewählt. Winkel von 15º und 75º werden im allgemeinen für den Cyan- bzw. den Magenta-Auszug verwendet. Winkel von 0º, 30º und 60º werden für den Gelb-Farbauszug verwendet. Es ist dem Fachmann auf dem Gebiet der Halbtonabbildung bekannt, daß jegliche Ungenauigkeiten in den Abtastwinkeln die erkennbare Moire- Strukturierung wesentlich erhöhen.
Es ist unmöglich, fehlerfreie, exakte Winkel aufweisende Bilder für Winkel von 15º und 75º auf einem einzelnen Rasteraufzeichnungsgerät herzustellen. Dies ist eine Folge davon, daß die Tangenten der beiden Winkel irrational sind. Es ist jedoch allgemein bekannt, daß solche Fehler durch Erzeugen eines Grenzwertarray mit einer beliebig großen Anzahl von Elementen unbedeutend gemacht werden können.
Nichtsdestoweniger hält sich der Enthusiasmus für die Exaktheit durch die gesteigerten Kosten in Grenzen, die in Verbindung mit digitalen Speichern entstehen, die zum Speichern der erforderlichen Grenzwertarrays ausreichend groß sind. Die Grenzwertarraygröße ist auch begrenzt durch die Komplexität der manuellen Zuordnung von Pixeln zu jedem Bildpunkt zusätzlich zu der Kombination der Bildpunkte zur Bildung der erforderlichen Rasterkacheln.
Die GB-A-2 098 022 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen einer Halbtonplatte für die Verwendung in einem Bildreproduktionsgerät, wie zum Beispiel einem Farbscanner. Ein Halbtonpunktbereich wird in Pixel quantisiert, und zwar in Abhängigkeit von einem Abtastwinkel, der dem gewünschten Abtastwinkel angenähert ist, dessen Tangente eine rationale Zahl ist.
Die Pixel werden durch Adreßzahlen einer vorbestimmten Reihenfolge angebracht. Daten für die Halbtonpunktbereichraten sowie Formen der Halbtonpunktstrukturen werden in einem Speicher zur Verwendung beim Steuern von Belichtungslichtstrahlen gespeichert.
Die US-A-4 924 301 zeigt ebenfalls ein Verfahren zum Erzeugen von Halbtonbildern. Ein digitaler Signalprozessor verarbeitet die Halbton-Intensitätswerte, um Speicherkarten herzustellen, die die Erzeugung von Halbtonbildern gestatten. Eine Dither- Matrix wird an dem Halbtonbild angebracht, um jeden Halbtonpunkt des entsprechenden Halbtonbildes an der gewünschten Rasterlinie zu erzeugen.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein automatisiertes Verfahren zum Erzeugen von Bildpunkten anzugeben, so daß Grenzwertarrays, die große Anzahlen von Pixeln enthalten, zur exakteren Annäherung an ideale Farbauszug-Abtastwinkel verwendet werden können.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Zuordnung von Pixeln zu Bildpunkten, um Moire-Strukturen auf ein Minimum zu reduzieren, die sich aufgrund der Wechselwirkung der Punktanordnungen, die jede der Farbkomponenten aufweisen, ergeben.
Ferner besteht ein Ziel der Erfindung in der Angabe eines automatisierten Verfahrens zum Erzeugen von gedrehten Rasterkacheln, um eine Strukturierung mit geringer räumlicher Frequenz auf ein Minimum zu reduzieren.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum automatischen Erzeugen eines digitalen, gedrehten Halbtonbildes in einem Winkel zu einem kartesischen Koordinatensystem, das für das Abtasten und Aufzeichnen verwendet wird. Das Bild bzw. Rasterbild setzt sich zusammen aus einer Vielzahl von sich wiederholenden Rasterkacheln, die zusammenpassen, um "die Ebene mit Kacheln zu belegen".
Dieses Bild weist einen vorbestimmten Abtastrasterabstand "p" und einen vorbestimmten Abtastwinkel "s" auf, und jede Kachel enthält eine vorbestimmte, ganzzahlige Anzahl von "N" Bildpunkten entlang einer Seite der Kachel in Richtung der Messung des Abtastrasterabstands. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind "N" Bildpunkte entlang jeder Seite der Kachel vorhanden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum automatischen Erzeugen eines digitalen Halbtonbildes angegeben, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
Bei einem dargestellten Ausführungsbeispiel kann mittels eines Abbildungsarrays verfolgt werden, welchem Bildpunkt ein jeweiliges Pixel zugewiesen wird, und ein Grenzwertarray verfolgt den jedem Pixel zugewiesenen Grenzdatenwert. Jedes Element in dem Abbildungsarray entspricht in einzigartiger Weise einem Element in dem Grenzwertarray und wird bei einem bestimmten Pixel in der zu erzeugenden Rasterkachel abgebildet.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird jedes in der Rasterkachel enthaltene Pixel einem der Bildpunkte zugewiesen, die die Rasterkachel bilden. Pixel werden Bildpunkten dadurch zugewiesen, daß das Pixel mit der höchsten Priorität (das mathematisch am besten passende Pixel) beispielsweise aus einer Kandidatenliste ausgewählt wird.
Eine nach Prioritäten orientierte Kandidatenliste wird für jeden Bildpunkt unterhalten. Einem Pixel wird anfangs eine Priorität auf der Basis davon zugewiesen, wie gut es für das jeweilige verwendete Bildpunktmodell paßt und wie wenige neue freiliegende Pixelränder sich bei Auswahl dieses Pixels ergeben würden und in den in der Bildung befindlichen Bildpunkt eingeschlossen würden.
Vorzugsweise kann die Kandidatenliste aufgrund von weiteren Kriterien nach Prioritäten geordnet werden, wie zum Beispiel der Nähe eines Kandidatenpixels zu dem zuletzt ausgewählten Pixel. Prioritäten können in absteigender Ordnung zugewiesen werden, wobei Pixeln, die dem zuletzt ausgewählten Pixel am nächsten sind, die höchsten Prioritäten zugewiesen werden.
Die Kandidatenliste kann auch anschließend nach Prioritäten geordnet werden, wobei als ein Kriterium verwendet wird, wie gut der Pixelkandidat bei der Ausfluchtung des in der Bildung befindlichen Bildpunktes mit zuvor gebildeten, benachbarten Bildpunkten unter Berücksichtigung der vorbestimmten Rasterlinien und des Abtastwinkels beiträgt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen wird nach der Zuweisung die betreffende Bildpunktkennung in dem Abbildungsarray an einer Stelle gespeichert, die dem ausgewählten Pixel entspricht. Außerdem wird das ausgewählte Pixel auf der Kandidatenliste als benutzt markiert.
Ferner werden die Pixel vertikal und horizontal neben dem ausgewählten Pixel der Kandidatenliste hinzugefügt, und die Kandidatenliste wird neu nach Prioritäten geordnet, indem die Pixel derart hinzugefügt werden, daß sie vom unteren Ende der Liste her ansteigen. Der Pixelauswählvorgang wird wiederholt, bis jedes in der Rasterkachel enthaltene Pixel einem Bildpunkt zugeordnet ist.
Jedem Pixel, das einem Bildpunkt zugewiesen ist, wird auch eine Ordnungszahl zugewiesen, die einem Abtastsignal-Dithergrenzwertniveau entspricht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel speichert das System eine jeweilige Ordnungszahl an dem Grenzwertarray-Ort, der dem Pixel entspricht, das in der Reihenfolge der Zuweisung der Pixel gerade zugewiesen wird.
Der zugewiesene Dithergrenzwert kann auf der Reihenfolge basieren, in der das Pixel einem bestimmten Bild zugeordnet worden ist; dabei wird jedem nachfolgenden Pixel ein entsprechend höherer Dithergrenzwert zugewiesen.
Das Verfahren führt somit zu einer Halbtonrasterkachel, die durch ein Abbildungsarray und ein Dither-Grenzwertarray repräsentiert wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen; darin zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Ausführen der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer erweiterten Ansicht der Raster- und Pixelstrukturen für ein digitales Bild mit 45º;
Fig. 3 eine erweiterte Ansicht des von einem Kreis umschlossenen Bereichs der Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Einzelpunkt- Rasterkachel bei einem Abtastwinkel gleich einem Arkustangens von 3/11;
Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Gesamtarbeitsverfahrens gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Gesamtarbeitsweise und der Erzeugung der Kandidatenlisten sowie der Auswahl von Pixeln aus diesen;
Fig. 7 eine erweiterte Ansicht von neun rechteckigen Pixeln des Typs, den ein Abbildungsarray repräsentiert;
Fig. 8 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Hinzufügen von Pixeln zu der Kandidatenliste und zum Auswählen von Pixeln von dieser;
Fig. 9a eine Darstellung eines Beispiels eines Abbildungsarrays des mittels der vorliegenden Erfindung erzeugten Typs für eine Rasterkachel, die vier Bildpunkte enthält (acht Punkte zu 50%) und einen Abtastwinkel von ungefähr 45º besitzt;
Fig. 9b eine Darstellung eines Beispiels eines durch die vorliegende Erfindung erzeugten Grenzwertarray, das dem in Fig. 9a gezeigten Abbildungsarray entspricht;
Fig. 10a ein Beispiel eines gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten Abbildungsarray für eine Rasterkachel, die einem Arkustangens von 3/8 angenähert ist, und
Fig. 10b eine Darstellung des gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugten Grenzwertarray für das Abbildungsarray der Fig. 10a.

Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen

Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von digitalen, winkeligen bzw. gedrehten Halbtonbildern. Die digitalen, winkeligen Halbtonbilder werden durch ein System erzeugt, das von einem kartesischen Koordinatensystem Gebrauch macht, so daß die Abtast- und die Aufzeichnungslinien typischerweise nicht mit dem gewünschten Winkel des resultierenden Bildes ausgefluchtet sind.
Das System verwendet somit eine Speichereinrichtung entweder zum Erzeugen des gesamten Bildes vor der Wiedergabe oder zur Schaffung der Möglichkeit, daß die angemessene, "im Fluge" erfolgende Rekonstruktion während der Wiedergabe stattfindet.
Wie vorstehend erwähnt, ist jeder Halbtonbildpunkt in einem digitalen Bild (zum Beispiel ein Punkt 8 in Fig. 4) gebildet aus einer Gruppe einzelner Bildelemente ("Pixel") 99 (Fig. 4), wobei die Anzahl der zum Erzeugen des Bildpunktes verwendeten Pixel sowohl von der Auflösung des Abtast- und Aufzeichnungsmechanismus als auch von der gewünschten Bildpunktauflösung oder Rasterbeabstandung bzw. -teilung abhängig ist.
Wie vorstehend erwähnt, kann ferner die Genauigkeit, mit der der Winkel des Bildes dem gewünschten Winkel angepaßt ist, für die Reduzierung verschiedener Artefakte von Bedeutung sein, und zwar insbesondere der Moire-Struktur, wenn zwei oder mehr winkelige Bilder einander überlappen. Ferner sind die Tangenten der allgemein verwendeten Winkel, wie zum Beispiel 15º und 30º, irrational und können somit unter Verwendung eines digitalen kartesischen Koordinatensystems nur angenähert erzielt werden.
Durch Verwendung einer relativ großen Anzahl von Zeilen und/oder Spalten zur Annäherung an die Tangente des Winkels (wobei die Tangente gleich der Anzahl von Zeilen dividiert durch die Anzahl von Spalten ist, wie zum Beispiel 3/11 für die Kachel in Fig. 4) läßt sich dennoch eine ausreichend genaue Darstellung erzielen.
Unter solchen Umständen wird es jedoch aufgrund der zunehmenden Größe der Kachel schwierig, die erforderliche Information zum exakten Modellieren einer sogenannten "digitalen Halbtonbildkachel" (einer Sammlung von Pixeln) von Hand zu erzeugen, die dann zum "Belegen der Ebene mit Kacheln" verwendet werden kann.
Das Belegen der Ebene mit Kacheln besteht in der Verwendung einer ausgewählten Rasterkachel (der ein bestimmter Winkel und eine bestimmte Grenze zugeordnet sind) sowie in der periodischen Wiederholung derselben entlang beider Achsen des kartesischen Koordinatensystems, so daß die Kacheln derart zusammenpassen, daß sie alle Pixelelemente des Bildes vollständig bedecken.
Die vorliegende Erfindung ist auf die automatische Modellierung einer derartigen Kachel gerichtet, um dadurch erstmals eine komplexe und im wesentlichen artefaktfreie Belegung der Ebene mit Kacheln zu ermöglichen.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 dargestellt ist, führt bei einem typischen Abtast- und Aufzeichnungssystem 10 ein Scanner 12 in der horizontalen Richtung "x" einen Abtastvorgang eines Films oder eines Papierkopie-Originals 13 aus, oder er liefert ein Original von einer computererzeugten Quelle 14 und führt den Wert der resultierenden Pixel in einem kartesischen Koordinatensystem einem Prozessor 15 zu.
Der Scanner kann zum Beispiel eine horizontale Auflösung von 2540 Pixeln pro Inch aufweisen. Der Scanner kann eine Vollfarbenaufnahme schaffen, so daß mittels eines Prozessors 15 in einem Speicher 16 drei (oder mehr) vollständige Farbbilder gespeichert werden können, die das Originaldokument repräsentieren. Der Prozessor kann in dem Speicher 16 auch ein gespeichertes Abtastsignal lesen, d. h. ein Signal, das er zum Verarbeiten der ankommenden Bildelementdaten zur Ausgabe auf der Aufzeichnungseinrichtung 18 als Halbtonbild verwendet.
Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 zu sehen ist, weist ein Teil eines beispielsweise 45º-Rasterbilds 19 eine Vielzahl von Bildpunkten (durch die schraffierten Bereiche schematisch dargestellt) auf, die entlang einer 45º-Achse mit einer gewünschten Rasterteilung auftreten.
Jeder Bildpunkt 20 ist aus einer Vielzahl von Pixeln 22 gebildet, wobei aus Gründen der Einfachheit für jeden Bildpunkt und für jedes Pixel angenommen wird, daß diese eine quadratische Form aufweisen, und wobei jedes Pixel das Wiederholungselement darstellt, welches ein geradliniges Schreib- oder Lesesystem beim Lesen jeweils einer Zeile ablegt oder liest.
Die Schreibrichtung ist somit nicht in Übereinstimmung mit dem Winkel des Rasterbilds, und der Prozessor 15 bewirkt die Erzeugung der korrekten Signale, während eine Pixelzeile geschrieben wird. Das Endergebnis ist jedoch ein Bild, das mit dem korrekten gewünschten "Winkel" geschrieben zu sein scheint.
Gemäß der Erfindung ist eine Rasterkachel 112 (Fig. 4) die grundlegende Rastereinheit, wobei diese einen oder mehrere Bildpunkte 20 beinhalten kann. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind einer Kachel N² Bildpunkte zugeordnet, wobei N Bildpunkte entlang einer Seite der Kachel vorhanden sind. Die Bildpunkte brauchen keine einfache (z. B. quadratische) Gestalt zu haben. Daher weisen alle Kacheln gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine allgemein rhombische Gestalt auf. Es könnten auch andere Formgebungen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung schafft ein automatisiertes Verfahren und eine automatisierte Vorrichtung zum Erzeugen der winkeligen digitalen Halbtonbild-Rasterkacheln. Jede Halbtonbild-Rasterkachel enthält eine vorbestimmte Anzahl von Pixeln, die in einem geradlinigen Koordinatensystem angeordnet sind und zur Erzeugung von Halbtonbildpunkten nach Maßgabe eines vorbestimmten Rasterabstands "p" und eines vorbestimmten Abtastwinkels "s" gruppiert werden.
Die Punkte werden gemäß der Erfindung in sich wiederholenden Halbtonbild-Rasterkacheln gesammelt, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine vorbestimmte, ganzzahlige Anzahl von Bildpunkten (N² bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel) enthalten, wobei die Bildpunkte aus Gründen der Zweckdienlichkeit durch eine ganzzahlige Kennung 1, 2, 3, ... X (= N²) identifiziert sind.
Ein Abbildungsarray wird zum Aufzeichnen der Zuweisung von Pixeln in der Kachel zu den Bildpunkten entwickelt. Fig. 9a zeigt ein Abbildungsarray für das 45º-Rasterbild der Fig. 2, wobei jede Kachel zwei Bildpunkte auf einer Seite aufweist.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 zu sehen ist, enthält das Abbildungsarray 110 des durch die vorliegende Erfindung für die Rasterkachel 8 erzeugten Typs einen Bildpunkt und ist einem 15º-Abtastwinkel angenähert (und zwar unter Verwendung eines Winkels, der gleich dem Arkustangens von 3/11 ist).
Das Abbildungsarray 110 weist bei dem Bezugszeichen 112 dargestellte Elemente Mij auf, die durch Spaltenbenennung i, wie sie bei 114 dargestellt ist, und Zeilenbenennung j, wie sie bei 116 dargestellt ist, adressierbar sind. Elemente innerhalb der Rastkachel sind durch Nullen dargestellt. Der Farbauszug-Abtastwinkel ist dem tan&supmin;¹ (a/b) angenähert, wobei "a" bei 118 dargestellt ist und "b" bei 120 dargestellt ist.
Die die Grenze einer Kachel bestimmenden Parameter sind "a" und "b", wobei in der vorstehend erwähnten Weise der Arkustangens a/b gleich dem Winkel des Rasterbilds ist. Die rhombische Gestalt der dargestellten Kachel weist Seiten mit einer Länge "c" auf, wobei c² - a² + b² ist. Es sind "c²" Pixel in der Kachel vorhanden. Bei zunehmender Anzahl von Pixeln (c²) in einer Kachel nimmt der Fehler bei der Annäherung eines Abtastwinkels an eine rationale Tangente typischerweise ab.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4, bei der a = 3 und b = 11 sind, beträgt der tatsächliche Abtastwinkel 15,26º, und die Kachel enthält 130 Pixel (gleich a² + b²). Bei steigenden Werten von a und b wird es zur besseren Annäherung an den gewünschten Abtastwinkel (zum Beispiel wenn a = 15 und b = 56 sind, so daß sich ein Winkel von 14,99º ergibt und eine Kachel 3361 Pixel enthält), jedoch unpraktikabel, Halbton-Rasterkacheln von Hand zu erzeugen.
Zur Minimierung von Moire-Strukturen ist es jedoch von kritischer Bedeutung, daß sehr enge Annäherungen (was im allgemeinen hohe Werte für "a" und "b" bedeutet) an die gewünschten Farbauszugwinkel realisiert werden. Das automatisierte Verfahren der vorliegenden Erfindung liefert somit ein leistungsfähiges Werkzeug zum Ausbilden von Halbton-Rasterkacheln, bei denen Moire-Strukturen wirksam auf ein Minimum reduziert werden.
Die Werte von "a" und "b" können jedoch nicht im Vakuum festgelegt werden. Wie vorstehend erwähnt wurde, beinhaltet jede Kachel eine Anzahl von Bildpunkten, wobei die Anzahl der Bildpunkte die Rasterbeabstandung bestimmt, d. h. die Anzahl von Halbton-Bildpunkten pro Inch in Richtung der Abtastzeile. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind N Bildpunkte entlang jeder Seite der dargestellten Kachel vorhanden, so daß sich N² Bildpunkte ergeben. Die Rasterteilung läßt sich dann wie folgt berechnen:
R * N / c
wobei R die Auflösung des Abtast- und Aufzeichnungssystems in Pixel pro Inch ist und N und c in der vorstehend genannten Weise definiert sind.
Zum Beispiel ergibt sich für eine Bildauflösung von 2540 Bildelementen pro Inch dann, wenn a = 18, b = 18 und N = 1 (eine 45º-Einzelpunkt-Kachel) sind, eine Rasterteilung von 99,78 Halbton-Bildpunkten pro Inch. Wenn die Werte von "a" und "b" beide auf 19 erhöht werden, ändert sich die Rasterteilung auf 94,53 Halbton-Bildpunkte pro Inch, und wenn der Wert von "a" und "b" auf 17 reduziert wird, ändert sich die Rasterteilung auf 105,65 Halbton-Bildpunkte pro Inch.
Alle diese Berechnungen basieren auf der Annahme, daß N = 1 beträgt. Es sei jedoch angenommen, daß ein Wert von "a" und "b" gleich 17,5 erforderlich ist. Es ist klar, daß es mit einer ganzzahligen Anzahl von Pixeln nicht möglich ist, 17,5 Pixel zum Definieren einer Seite einer Kachel zu schaffen.
Durch Wählen des Werts von "a" und "b" = 35 und der Möglichkeit, daß N = 2 beträgt, kann man jedoch in wirksamer Weise eine Vier-Bildpunktkachel mit einem effektiven Wert von "a" und "b" = 17,5 erzeugen, so daß sich 102,6 Punkte pro Inch ergeben. Durch geeignete Auswahl der Werte von "a", "b" und "N" kann man somit auf diese Weise sowohl dem gewünschten Abtastwinkel als auch der gewünschten Rasterteilung beliebig nahe kommen.
Der Nachteil ist ein Wert von "a", "b" und "N", der wahrscheinlich recht hoch ist und dadurch zu einer im wesentlichen unmöglichen Aufgabe wird, wenn die Erzeugung der Kachel von Hand ausgeführt wird. Wie vorstehend erwähnt, ist die beanspruchte Erfindung dazu ausgebildet, die automatische Erzeugung der Kacheln zu bewerkstelligen, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
Das System erzeugt zuerst eine bevorzugte Grenze für die Kachel. Wie vorstehend erwähnt wurde, handelt es sich bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel bei der Grenze um eine rhombische Gestalt (ein gedrehtes Quadrat aus Bildelementen), wobei die Kacheln wiederholt und zusammengepaßt werden können, ganz ähnlich, wie man sechseckige Kacheln bzw. Fliesen für einen Fußboden zusammensetzen würde.

Definieren der Grenze der Kachel (gedrehtes Quadrat)

Die Grenze der Kachel ist spezifiziert durch die beiden Parameter "a" und "b". Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 zu sehen ist, wird bei dem Bezugszeichen 200 ein Datenfeld mit einer Größe "a + b" mal "a + b" in dem Speicher erzeugt und auf Null initialisiert.
Ein bei dem Bezugszeichen 210 dargestelltes Verfahren, das einer Minimierung des kleinsten quadratischen Fehlers zum Ziehen einer schräg verlaufenden Linie (wobei die Linie in Abhängigkeit von dem Ausgangspunkt eine Neigung von entweder "a/b" oder "b/a" aufweist) auf einer separaten Matrix ent spricht, wird für die Bestimmung verwendet, welche Zellen der Matrix und somit welche der Feldelemente außerhalb des gewünschten gedrehten Quadrats liegen. Als eine Hilfe für ein Verfahren zum "Kacheln der Ebene" werden die vier Außenlinienbereiche der Kachel, d. h. des gedrehten Quadrats mit UL, UR, LL bzw. LR bezeichnet, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.
Zur Sicherstellung, daß die gedrehten Quadrate ineinandergreifen, wird dann die Grenze für den unteren rechten Bereich LR in Beziehung gesetzt zu der Grenze des oberen linken Bereichs UL, so daß konsistente Entscheidungen in dem Fall getroffen werden, daß das bei dem Verfahren verwendete Fehlermaß exakt 0,5 entspricht. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, weist die Kachel c² = a² + b² Pixel auf und sind die seitlichen Grenzen derart in Beziehung zueinander gesetzt, daß ein Kacheln der Ebene ermöglicht ist.
Sobald die Grenze der Kachel bestimmt worden ist, führt das erfindungsgemäße Verfahren bei dem Bezugszeichen 212 eine Zuweisung von Pixelgruppen zu jedem Bildpunkt aus, und zwar in einer geordneten Weise, wie sie nachstehend noch beschrieben wird, sowie auf der Basis eines Maßes der "Güte". Vor der Bestimmung der Zuweisung von Pixeln werden zuerst bei dem Bezugszeichen 214 die idealen Mittelpunkte der Bildpunkte bestimmt.

Definieren der Bildpunkt-Mittelpunkte

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat das bevorzugte Punktmodell 50% helle und dunkle bzw. Schattenpunkte; sobald die Grenze der Kachel festgelegt worden ist, werden die exakten gewünschten Koordinaten für die Mittelpunkte der hellen Punkte und der Schattenpunkte berechnet. (Bei anderen Ausführungsformen werden andere Punktmodelle verwendet.)
Anstatt von N² Bildpunkten ist es hierfür erforderlich, daß 2N² 50%-Punkte (N² helle Punkte plus N² Schattenpunkte) in dem gedrehten Quadrat vorhanden sind. Alle anschließenden Bearbeitungsvorgänge, d. h. das eigentliche Wachsenlassen der Punkte (das Hinzufügen von Pixeln zu einer Punktgruppe) erfolgt, als ob die Ebene mit dem gedrehten Quadrat, d. h. ohne Grenzeffekte, gekachelt wäre.
Dies bedeutet, daß die eigentliche Plazierung des Feldes von Bildpunkt-Mittelpunkten beliebig ist; das heißt die horizontale und die vertikale Position des ersten Bildpunkt-Mittelpunkts, der dann alle nachfolgenden Bildpunkt-Mittelpunkte bestimmt, it beliebig. Die "Güte" der resultierenden Bildpunktgestalt wird jedoch durch diese "beliebige" Auswahl beeinflußt.
Das vorliegende bevorzugte Ausführungsbeispiel verlangt, daß ein gutes Maß eines Plazierungsfehlers, d. h. die Auswahl eines Pixels an dem Mittelpunkt des Bildpunkts, entweder der maximale Fehler zwischen dem tatsächlichen und dem gewünschten Mittelpunktsort entlang der Koordinatenachse oder der Mittelwertfehler (RMS-Fehler) der Bildpunkt-Mittelpunktplazierung ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der erste ideale Bildpunkt-Mittelpunkt in dem oberen linken Bereich der Kachel gewählt, und ein RMS-Fehlerkriterium wird für die Pixelauswahl verwendet.

Bildpukt-Wachstum

Wie unter Bezugnahme auf Fig. 6 zu sehen ist, erfolgt das Wachsenlassen der Bildpunkte durch Auswählen der Pixel der Reihe nach. Zuerst wird bei dem Bezugszeichen 310 ein einzelnes Pixel nahe einem jeden gewünschten Bildpunkt-Mittelpunkt der Kachel ausgewählt. Anschließend werden die bereits ausgewählten Pixel umgebende Pixel der Reihe nach in Abhängigkeit von nachfolgend zu beschreibenden Kriterien ausgewählt.
Diese Reihenfolge-Nummern werden bei dem Bezugszeichen 312 in die vorstehend beschriebene Grenzwertarray-Matrix eingetragen. Eine weitere Matrix mit der gleichen Größe, die Abbildungsarray-Matrix, wird bei dem Bezugszeichen 312 dazu verwendet, die Bildpunkt-Zahl aufzuzeichnen, der das ausgewählte Pixel zugewiesen worden ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem ein Wachsenlassen sowohl von Schattenpunkten als auch von hellen Punkten stattfindet, werden zuerst die hellen Bildpunkt- Mittelpunkte ausgewählt, und die Schattenbildpunkt-Mittelpunkte werden dann (nach Maßgabe eines minimalen RMS-Fehlerkriteriums) an den Schnittpunkten von Linien plaziert, die einander diagonal benachbarte helle Bildpunkte verbinden. Zum Beispiel werden in Fig. 10 die hellen Bildpunkt-Mittelpunkte 218 zuerst ausgewählt, und die Schattenbildpunkt-Mittelpunkte 282 werden danach ausgewählt.
Die 50-%-Bildpunkte werden somit anhand der ausgewählten idealen Orte der Schattenpunkte und der hellen Bildpunkte durch die sequentielle Auswahl von Pixeln und die gleichzeitige Aufzeichnung der Reihenfolge-Zahlen bestimmt, die die Pixel den Bildpunkten zuweisen. Dieser Prozeß setzt sich fort, bis jedes Pixel innerhalb des gedrehten Quadrats, d. h. der Kachel, einem Bildpunkt zugewiesen worden ist.
Zur Überprüfung werden nach Abschluß des Zuweisungsvorgangs die Flächen der 50-%-Bildpunkte (d. h. der hellen Bildpunkte und der Schattenbildpunkte) berechnet. Die Summe dieser Flächen muß gleich c * c (der Gesamtfläche der Kachel) sein, und die Fläche jedes Bildpunkts sollte innerhalb von einem Pixel jedes weiteren Bildpunkts liegen.
Die zwei resultierenden Matrizen (die Array-Matrix und die Abbildungs-Matrix) enthalten ausreichend Information, um eine nachfolgende Skalierung und Integration jeder beliebigen Tonskalakorrektur oder -abstufung zu gestatten. Es ist darauf hinzuweisen, daß nicht jeder Bildpunkt in identischer Weise wie jeder andere Bildpunkt skaliert werden muß.
Wenn zum Beispiel die Bildpunktfläche geringer ist als die Anzahl von Graustufen, die von dem eingegebenen echten Halbtonbild dargestellt werden, ist es wünschenswert, Bildpunkte zusammen in Gruppen von vier oder neun zuzuweisen, wenn die tonskalierten Werte berechnet werden.

Die Kandidatenliste

Während des Vorgangs des "Wachsenlassens" jedes Bildpunkts, aus dem die Kachel gebildet wird, wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kandidatenliste von denjenigen Pixeln, die für die Hinzufügung zu dem Bildpunkt als nächstes zur Auswahl stehen, für jeden wachsen zu lassenden Bildpunkt (oder bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel für jeden wachsen zu lassenden 50-%-Bildpunkt) erzeugt (bei 314) und unterhalten (bei 316). (Es können auch andere Verfahren zum Auswählen von Pixeln verwendet werden, die mit einem ausgewählten prioritätsbildenden Verfahren oder Rangverfahren vereinbar sind, das keine Kandidatenliste verwendet.)
Der Vorgang für das Wachsenlassen jedes Bildpunkts beinhaltet das Auswählen eines Pixels von der Kandidatenliste (bei 318) für diesen Bildpunkt sowie das Hinzufügen desselben zu der Gruppe von Pixeln, die zu dem Bildpunkt gehören. Der Mechanismus zur Bewerkstelligung dieser Auswahl wird nachfolgend beschrieben. Außerdem kann das Hinzufügen von Kandidaten zu sowie das Auswählen von Kandidaten von einer Kandidaten liste von jedem Bildpunkt entweder parallel oder nacheinander durchgeführt werden.
Das heißt, das Wachsenlassen des Bildpunkts kann ohne jeglichen Bezug zu den für benachbarte Punkte ausgeführten Auswahlvorgängen durchgeführt werden, oder man kann Bildpunkte zusammen wachsen lassen, d. h. der Auswählprozeß adressiert zuerst einen Bildpunkt und dann den nächsten Bildpunkt auf einer Pixel für-Pixel-Basis, so daß alle Bildpunkte mit der gleichen Rate (parallel) zum Zweck der Ausfüllung ihrer Konfigurationen wachsen.
Es können auch weitere, unterschiedliche Ausführungen hinsichtlich der Reihenfolge der Auswahl und des Wachsenlassens der Bildpunkte durchgeführt werden. Derzeit hält man das parallele Wachsenlassen für die beste Wahl.
Bei dem vorliegenden dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Pixel der Kandidatenliste für einen Bildpunkt hinzugefügt, ohne daß darauf Bezug genommen wird, ob es auch für die Liste eines anderen Bildpunkts ausgewählt worden ist.
Wenn das von der Kandidatenliste für einen Bildpunkt ausgewählte Pixel bereits als Ergebnis des Wachsenlassens eines benachbarten Bildpunkts gewählt worden ist, dann wird ein anderes Pixel von der Kandidatenliste gewählt, bis entweder eine akzeptable Wahl, d. h. ein nicht zuvor für einen anderen Bildpunkt verwendetes Pixel gefunden wird oder die Kandidatenliste erschöpft ist, wie dies bei dem Bezugszeichen 320 geprüft wird. Wenn eine Auswahl eines Pixels auf einer Kandidatenliste durchgeführt wird, wird der Eintrag in der Kandidatenliste mit der Markierung AUSGEWÄHLT versehen.
Wenn eine akzeptable Auswahl stattgefunden hat, wird der Eintrag in der Kandidatenliste mit dem Vermerk BENUTZT versehen, die Abfolgenummer für die nächste Pixelauswahl wird inkremen tiert, die Bildpunktnummer wird an der Stelle des benutzten Pixels in das Abbildungsmatrixarray eingetragen, und die Abfolgenummer wird an der Stelle des benutzten Pixels in das Grenzwertmatrixarray eingetragen (bei 312).
Zusätzlich dazu werden die nördlich, südlich, östlich und westlich angrenzenden Pixel zu dem ausgewählten und benutzten Pixel zu der Kandidatenliste für den Bildpunkt bei dem Bezugszeichen 316 hinzugefügt, wenn diese noch nicht für einen anderen Bildpunkt verwendet worden sind und sich nicht bereits auf der Kandidatenliste für den Bildpunkt befinden. Zur Reduzierung der Rechenzeit, die für das Bildpunkt-Wachstum erforderlich ist, wird die Kandidatenliste in einer Reihenfolge unterhalten, die anhand von abnehmenden Modellwerten der "Güte" sortiert wird (siehe unten).
Dies erfolgt durch Anhängen jedes neuen Kandidatenpixels am unteren Ende der Liste (bei 510, Fig. 8) und durch anschließendes Hochschieben desselben an seinen korrekten Platz. Es ergibt sich eine Kandidatenliste für jeden Bildpunkt, der Pixel in der Reihenfolge der "Güte" einordnet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein theoretisches rechteckig geformtes Pixel als Modell verwendet wird, ist ein Maß für die "Güte" die Anzahl der freiliegenden Pixelränder, die sich aus dem Einschluß eines bestimmten Pixelkandidaten in einem Bildpunkt ergibt. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 7 zu sehen ist, veranschaulicht eine erweiterte Ansicht eines Pixelplatzes 430 neun rechteckige Pixel 432-448 des durch das Abbildungsarray der Fig. 9a dargestellten Typs.
Wie anhand eines Beispiels dargestellt ist, führt die Auswahl eines ersten Pixels 440 für einen Bildpunkt (der als am nähesten zu dem idealen Bildpunkt-Mittelpunkt ausgewählt ist) zum Einfügen in eine bestimmte Bildpunkt-Pixelgruppe zu vier freiliegenden Pixelrändern 440a - 440d. Die Hinzufügung eines zweiten Pixels, das aus benachbarten Pixelkandidaten 434, 438, 442 oder 446 ausgewählt wird, führt jedoch zu nur drei zusätzlichen freiliegenden Pixelrändern.
Im Hinblick auf den speziellen, soeben gebildeten Bildpunkt genießen die Pixel 434, 438, 442 und 446 somit eine höhere "Güte" oder einen höheren Prioritätsrang als die Pixel 432, 436, 444 und 448, deren Einbeziehung zu vier zusätzlichen freiliegenden Pixelrändern führen würde. Exakt aus diesem Grund werden der nördliche, südliche, östliche und westliche Bildpunkt der Kandidatenliste hinzugefügt, nachdem ein Pixel benutzt ist.
Wenn in dem Beispiel der Fig. 7 das Pixel 440 und das Pixel 434 ausgewählt worden sind, besäßen die Pixel 432, 436, 438, 442 und 446 dann identische Prioritätseinstufungen, da die Einbeziehung eines jeglichen von ihnen zu drei zusätzlichen freiliegenden Pixelrändern führen würde.

Bildpunktmodelle

Es ist nicht ungewöhnlich, daß Pixelkandidaten identische Prioritätseinstufungen aufweisen, wenn diese Einstufungen ausschließlich auf der Anzahl der freiliegenden Ränder basieren, die sich bei Einbeziehung in einen betreffenden Bildpunkt ergeben würden. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung werden somit Kandidatenlisten weiter nach Prioritäten geordnet, und zwar auf der Basis davon, wie gut ein Kandidat in das spezielle, verwendete Bildpunktmodell paßt, um einen Bildpunkt zu erzeugen.
Ein Bildpunktmodell wird durch zwei Parameter definiert. Bei dem ersten Parameter handelt es sich um die zweidimensionale Gestalt, die durch den Satz von Pixeln gebildet ist, der für die Einbeziehung in den Bildpunkt ausgewählt ist. Wie aus den Fig. 9a und 9b zu sehen ist, handelt es sich bei dem in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Bildpunktmodell um eine Kombination aus einem Schattenpunkt und einem hellen Punkt.
Bei dem zweiten Parameter handelt es sich um die dreidimensionale Gestalt, die durch die Auswahl von Dither-Grenzwertniveaus simuliert wird. Zum Beispiel simuliert das Bildpunktmodell des Ausführungsbeispiels der Fig. 9a und 9b eine Kegelgestalt bzw. eine umgekehrte Kegelgestalt (für die hellen Bildpunkte bzw. die Schattenbildpunkte). (Wie vorstehend erwähnt wurde, können bei anderen Ausführungsbeispielen auch solche geometrischen Gestalten wie doppelendige Kegel, Ellipsenkegel und Pyramiden simuliert werden.)
Bildpunktmodelle, die für Halbtonaufnahmen verwendbar sind, können entweder eine mathematische oder eine empirische Basis haben. Mathematische Modelle können einfach oder komplex sein. Am einfachsten wäre wahrscheinlich ein Kegel, der kreisförmige helle Punkte und Schattenpunkte als Schnittpunkt von vier einander benachbarten hellen Bildpunkten erzeugen dürfte.
Alternativ hierzu könnte man einen doppelendigen Kegel verwenden, um dadurch kreisförmige helle Punkte und Schattenpunkte zu erzielen (Fig. 9a und 9b). Man könnte auch Ellipsenkegel, Pyramiden oder ein großes Maß von anderen geometrischen Gestalten oder Zusammensetzungen von geometrischen Gestalten verwenden.
Alternativ hierzu kann man ein Bildpunktmodell empirisch erzeugen, indem Proben gespeichert werden, die von Hand erstellt worden sind, wobei Mittelwerte durch geeignetes Filtern und neue Probennahme berechnet werden. Wie dem auch sei, man kann einen Vorgang ausführen, der einen erzeugten Bildpunktmodellwert für jedes beliebige spezifizierte Pixel liefert.

Aussortieren der Kandidatenliste

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird vorzugsweise ein Pixel von der Kandidatenliste in zwei Stufen nach Maßgabe von drei Maßen der "Güte" ausgewählt. In der ersten Stufe wird der Satz von allen möglichen Pixelauswahlen auf der Kandidatenliste bei 520 und 530 auf einen Teilsatz aussortiert, indem man diejenigen Kandidaten behält, die innerhalb eines ausgewählten Grenzwertbereichs am besten für das Modell passen, während die Anzahl der freiliegenden Ränder in der vorstehend beschriebenen Weise auf ein Minimum reduziert wird, wenn dieser Testkandidat ausgewählt werden sollte. Der Modellwert muß innerhalb eines wählbaren Grenzwerts des maximalen Modellwerts für alle nicht ausgewählten Kandidaten in der Liste liegen.
Wie vorstehend erwähnt wurde, wird das Kriterium der freiliegenden Ränder durch Stellung der Frage bestimmt "wie viele freiliegenden Ränder ergeben sich für dieses Pixel, wenn dieser Kandidat ausgewählt wird". Das allererste ausgewählte Pixel führt zu vier freiliegenden Rändern. Das zweite ausgewählte Pixel muß zu drei freiliegenden Rändern führen, da es ein nördlicher, südlicher, östlicher oder westlicher Nachbar des ersten ausgewählten Pixels sein muß.
Schließlich kommt es zu einem Pixel, das zu nur zwei freiliegenden Rändern führt. Dieses Pixel wird gegenüber anderen Pixeln bevorzugt, die innerhalb der Modelltoleranzgrenze liegen, die jedoch beispielsweise zu drei freiliegenden Rändern führen würden.
Tatsächlich ist es bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung so, daß jedesmal, wenn man auf einen Kandidaten stößt, der zu einer geringeren Anzahl von freiliegenden Rändern führt (wie dies bei 540 festgestellt wird), der "maxi male" Modellwert bei 550 auf seinen Modellwert zurückgesetzt wird, und es werden alle anderen Kandidaten berücksichtigt, deren Modellwert diesem Pixel nahe ist.

Auswählen von der aussortierten Kandidatenliste

Selbst bei einer Nulltoleranz bei dem Modellwert reichen die beiden vorstehend genannten Kriterien nicht unbedingt aus, um die Auswahl auf ein einziges Pixel auf der Liste einzugrenzen. Demgemäß können mehrere zusätzliche Auswählmechanismen (bei 560) zum Ausführen der Auswahl verwendet werden. Leider erzeugt keiner dieser Mechanismen in allen Fällen die besten Resultate; zwei Mechanismen scheinen jedoch für die meisten Fälle zufriedenstellende Resultate zu ergeben.
Wenn N = 1 beträgt (was einem Punkt pro Kachel entspricht, Fig. 4) besteht ein gutes Maß für die Auswahl von Pixeln von der aussortierten Kandidatenliste einfach in der Auswahl desjenigen Pixels, das am nähesten (hinsichtlich der Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt) zu dem zuletzt ausgewählten Pixel angeordnet ist.
Das Auswählen des Pixelkandidaten, der den Mittelwertfehler des resultierenden Schwerpunkts des Bildpunkts auf ein Minimum reduziert, mit Hilfe des idealen gewünschten Schwerpunkts funktioniert gut, wenn N nicht zu groß ist. Wenn N groß ist, kann dies für manche Fälle zu einer gewissen Strukturierung des gedrehten Quadrats führen.
Eine weitere gut funktionierende Fehlermaßnahme besteht darin, zu bestimmen, wie gut der resultierende Bildpunkt mit seinen benachbarten Bildpunkten ausgefluchtet wird. Als ein Beispiel sei angenommen, daß die Punkte in horizontalen Zeilen und vertikalen Spalten angeordnet sein sollen. Die vertikale Komponente des Schwerpunktfehlers wird für alle Bildpunkte in der horizontalen Zeile für den betrachteten Bildpunkt berechnet.
Dann wird eine gefilterte oder gewichtete Summe aus diesen Fehlern berechnet. Die gleiche Berechnung wird dann für die horizontale Komponente der Bildpunkte in der vertikalen Spalte ausgeführt. Die Summe aus den Quadraten dieser beiden Fehlerkomponenten wird dann berechnet, und es wird der zu dem geringsten Fehler führende Kandidat ausgewählt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9a ist ein komplexeres Beispiel dargestellt, in dem a = 8, b = 8 und N = 2 beträgt, wobei ein Abbildungsarray für eine Rasterkachel vier Bildpunkte (bestehend aus acht 50-%igen Schattenbildpunkten und hellen Bildpunkten) enthält und einem Abtastwinkel von 45º angenähert ist.
Die Pixelzuweisung zu einer bestimmten Bildpunktgruppe ist angedeutet, indem jedem Pixel der Kachel eine ganzzahlige Kennung zugewiesen ist, wobei es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um 0 bis 7 handelt, und zwar entsprechend dem 50-%-Bildpunkt, dem das Pixel zugewiesen ist. (Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen die acht 50-%- Bildpunkte vier hellen Bildpunkten und vier Schattenbildpunkten.)
In manchen Fällen, wie zum Beispiel bei 62a und 62b gezeigt ist, ist ein Bildpunkt innerhalb der Kachel geteilt, doch wenn in der vorstehend beschriebenen Weise die Ebene mit Kacheln belegt ist, wird der volle 50-%-Bildpunkt (aus zwei oder mehr Kacheln) gebildet, und die Einschränkung hinsichtlich der Kachelgrenze kann ignoriert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt somit eine derartige Bildpunktteilung, daß die geteilten Bildpunkte zu einem Ganzen gemacht werden, wenn die Rasterkacheln zur Bildung eines vollständigen Halbtonbildes miteinander kombiniert werden ("Kacheln der Ebene").
Zusätzlich zu der Bestimmung, welche in einer Rasterkachel enthaltenen Pixel jeder Bildpunktgruppe zugewiesen werden, beinhaltet das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch eine Zuweisung eines Dither-Grenzwerts zu jedem in der Rasterkachel enthaltenen Pixel. Dither-Grenzwerte werden in dem separaten Grenzwertarray gespeichert.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine effektive Zuordnung von Grenzwerten zu Pixeln auf der Basis der Reihenfolge, in der ein Pixel für die Einbeziehung in einen Bildpunkt ausgewählt wird.
Fig. 9b zeigt ein Grenzwertarray 80, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt wird. Die Bildpunktgrenzen des Grenzwertarray 80 entsprechen den Grenzen, die in dem in Fig. 9a gezeigten Abbildungsarray 60 identifiziert sind. Die Grenzwerte sind bei diesem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die ganzen Zahlen 1 bis 16 angedeutet und werden als Arrayelemente gespeichert.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 10a und 10b ist ein komplexeres Beispiel dargestellt, in dem a = 3, b = 8 und N = 2 betragen. Bei diesem Beispiel werden sechs Kacheln zum Zweck des "Belegens der Ebene mit Kacheln" zusammengepaßt.
Somit schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Halbton-Rasterkacheln, bei dem Moire-Muster sowie Strukturen mit geringer räumlicher Sequenz eliminiert oder wenigstens reduziert werden.

Claims

1. Verfahren zum automatischen Erzeugen eines digitalen Halbtonbildes unter einem ausgewählten Abtastwinkel zu einer Pixelmatrix, wobei die Pixelmatrix in einem kartesischen Koordinatensystem mit Zeilen und Spalten von Pixeln angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

A.) Festlegen des ausgewählten Abtastwinkels durch Auswählen einer ganzen Zahl 'a' und einer ganzen Zahl 'b', so daß der Betrag der Differenz zwischen dem ausgewählten Abtastwinkel und einem gewünschten Abtastwinkel geringer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, bei dem der ausgewählte Abtastwinkel gleich dem Arkustangens des Quotienten der ganzen Zahlen 'a' und 'b' ist;

B.) Aufteilen der Pixelmatrix in eine Vielzahl von sich wiederholenden Kacheln, wobei die Kacheln jeweils durch eine im allgemeinen rhombische Gestalt gekennzeichnet sind und eine untere linke Ecke und eine untere rechte Ecke haben, wobei die ganze Zahl 'a' die Anzahl von Pixelzeilen zwischen der unteren linken Ecke und der unteren rechten Ecke repräsentiert, während die ganze Zahl 'b' die Anzahl von Pixelspalten zwischen der unteren linken Ecke und der unteren rechten Ecke repräsentiert, wobei eine Gerade zwischen der unteren linken Ecke und der unteren rechten Ecke einer Kachel Zeilen der Pixelmatrix unter einem Winkel schneidet, der im wesentlichen gleich dem ausgewählten Abtastwinkel ist, und eine Länge hat, die im wesentlichen gleich der Länge einer Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks ist, das Seiten mit den Längen 'a' und 'b' hat;

C.) Auswählen eines Bildpunktmodells, das eine vorbestimmte zweidimensionale Gestalt; die Bildpunktgrenzen vorgibt, und eine vorbestimmte dreidimensionale Gestalt hat, die Dither- Grenzwerte für die einzelnen Pixel repräsentiert;

D.) Aufteilen jeder Kachel in einen oder mehrere der Bildpunkte, wobei jeder Bildpunkt durch eine zweidimensionale Gestalt, die der zweidimensionalen Gestalt des Punktmodells entspricht, gekennzeichnet ist;

E.) Erzeugen einer Zuweisungsreihenfolge der Pixel innerhalb jedes Bildpunkts, wobei dieser Schritt die folgenden Schritte aufweist:

(i) Auswählen eines ersten Pixels, das einem Mittelpunkt des Bildpunkts entspricht;

(ii). Auswählen eines zweiten Pixels nach einem Kriterium, das zu einer Minimierung der Anzahl von freiliegenden Rändern führt, die zu dem auf diese Weise wachsenden Bildpunkt hinzugefügt werden;

(iii). Fortsetzen des Auswählens von zusätzlichen Pixeln gemäß dem genannten Kriterium, bis jedes Pixel innerhalb jedes Bildpunkts jeweils der Zuweisungsreihenfolge zugewiesen worden ist; und

F.) Zuweisen eines Grenzwerts zu jedem Pixel innerhalb jedes Bildpunkts gemäß der genannten Reihenfolge, in der das Pixel seinem jeweiligen Bildpunkt zugewiesen ist, wobei die Grenzwerte für die Pixel in jedem Bildpunkt die in Schritt (C) genannte dreidimensionale Gestalt bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt (E) die Auswahl des Orts des Mittelpunkts beliebig ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

wobei der Schritt (iii) in Schritt (E) folgendes aufweist:

sequentielles Durchführen des Auswahlschritts für alle Pixel, die einem Bildpunkt zugewiesen sind, vor dem Durchführen des Auswahlschritts für einen nächsten Bildpunkt.

4. Verfahren nach Anspruch 2,

wobei der Schritt (iii) in Schritt (E) folgendes aufweist:

Auswählen eines genannten Pixels für einen genannten Bildpunkt und anschließendes Auswählen eines genannten Pixels für einen anderen Bildpunkt, so daß man sämtliche Bildpunkte parallel mit einer im wesentlichen äquivalenten Rate und Größe wachsen läßt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner das Speichern der Pixelreihenfolge gemäß Schritt (E) in einem Abbildungsarray aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt (E) ferner folgendes aufweist:

- Initialisieren einer Kandidatenliste für jedes Pixel, das für eine Zuweisung zu jedem Bildpunkt verfügbar ist;

- Auswählen eines Pixels aus der Kandidatenliste für den Mittelpunkt eines jeden Bildpunkts;

- Hinzufügen von Pixeln, die an das ausgewählte Mittelpunktpixel für den Bildpunkt angrenzen, zu der Kandidatenliste eines genannten Bildpunkts;

- Auswählen, aus der Kandidatenliste für jeden Bildpunkt, eines am besten passenden Pixels für eine Zuweisung zu jedem ausgewählten Bildpunkt und Zuweisen des ausgewählten Pixels zu dem Bildpunkt;

- Hinzufügen von Pixeln, die horizontal und vertikal an das zuletzt ausgewählte Pixel angrenzen, zu der Kandidatenliste; und

- Wiederholen der Pixelauswahl- und Pixelhinzufügungsschritte, bis sämtliche Pixel innerhalb der Kachel den Bildpunkten zugewiesen sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,

wobei der Speicherungsschritt folgendes aufweist:

Zuweisen einer Bildpunktkennung zu jedem Pixel, das in der Rasterkachel enthalten ist; und

Speichern der Bildpunktkennung in dem Abbildungsarray an einer Stelle, die dem gerade ausgewählten Pixel entspricht.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Schritte (11) und (iii) von Schritt (E) den folgenden Schritt aufweisen:

Auswählen eines Pixels, das dem zuletzt gewählten Pixel am nächsten liegt, wenn zwei oder mehr Pixelkandidaten eine gleiche höchste Priorität haben.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

wobei die Schritte (11) und (iii) von Schritt (E) ferner den folgenden Schritt aufweisen:

Auswählen eines Pixels, das den Mittelwertfehler des resultierenden Bildpunkts in bezug auf ein ideales Bildpunktmodell minimiert, das verwendet wird, wenn zwei oder mehr Pixelkandidaten eine gleiche höchste Priorität haben.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

Auswählen des Pixels, das den Fehler minimiert, der mit den ausgefluchteten benachbarten Punkten zusammenhängt, wenn zwei oder mehr Pixelkandidaten die gleiche höchste Priorität haben.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner den folgenden Schritt aufweist: Vorsehen einer Kachel, die "N" Bildpunkte entlang jeder Seite hat.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner den folgenden Schritt aufweist:

- Empfangen von kartesischen Koordinatendaten von einer Datenquelle, und

- Aufzeichnen der Daten auf einem Aufzeichnungsmedium unter Verwendung einer Abtastzeile, die unter einem Winkel zu dem idealen Abtastwinkel verläuft, und unter Verwendung der Grenzwerte.