DE69309409T2 - Gruppierte Halbtönung mit Punkt-zu-Punkt-Fehlerdiffusion - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft digitale Halbtonung, die die Prozesse der Halbtonung oder Ditherung und der Fehlerdiffusion auf einer Punkt-zu- Punkt-Basis kombiniert.
• Bildinformation, ob Farbe, Schwarz oder Weiß, wird im allgemeinen in einem Bitmusterformat erzeugt, wo das Bitmuster eine Vielzahl von Graustufenpixels umfaßt, d.h., Pixels, die durch digitale Werte definiert werden, wobei jeder Wert eine Graustufe unter einer Anzahl von Graustufen darstellt. In einem 8-Bit System sind folglich 256 Stufen von Grau vorhanden, wo jede Stufe einen Zuwachs von Grau zwischen Schwarz und Weiß darstellt. Im Fall von Farbbitmustern, wo drei definierende Farben oder Separationen je 256 Stufen von Information darstellen, kann es mehr als 16 Millionen durch ein Graubitmuster definierte Farben geben.
• In der Regel sind Bitmuster in einem solchen Graustufenformat durch normale Drucker nicht druckbar. Normale Drucker drucken in einer begrenzten Anzahl von Stufen entweder einen Punkt oder keinen Punkt im binären Fall oder eine begrenzte Anzahl mit dem Punkt verbundener Stufen, z.B. vier, im quaternären Fall. Folglich ist es erforderlich, die Graustufenbilddaten auf eine begrenzte Zahl von Stufen zu reduzieren, so daß die druckbar sind. Außer der durch Abtasten und computererzeugte Bilder gewonnenen Graustufeninformation erzeugen bestimmte Berarbeitungsverfahren wie z.B. die, die in US-A-5,226,094 betitelt "Method for Image Conversion With Error Diffusion" von R. Eschbach, beschrieben werden, Graustufenpixelwerte, die in einen begrenzten Satz von "legalen" oder Ausgabewerten umgewandelt werden müssen.
• Ein Standardverfahren zur Umwandlung von Graustufenpixelbilddaten in Binärstufenpixelbilddaten ist die Verwendung von Ditherungs- oder Halbtonungsprozessen. Bei solchen Anordnungen wird über einem gegebenen Bereich mit einer Anzahl von Graupixels darin jedes Pixel einer Matrix von Graustufenpixels innerhalb des Bereiches mit einer eines vorgewählten Satzes von Schwellen verglichen (die Halbtonzelle). Die Wirkung einer solchen Anordnung ist, daß für einen Bereich, wo das Bild grau ist, einige der Schwellen innerhalb der Halbtonzelle überschritten werden und andere nicht. Im binären Fall werden die Pixels oder Zellenelemente, für die Schwellen überschritten werden, als Weiß gedruckt, während den übrigen Elementen erlaubt wird, schwarz zu bleiben. Die Effekt der Verteilung von Schwarz und Weiß über der Zelle wird durch das menschliche Auge als Grau integriert. Die Ditherung oder Halbtonung bietet jedoch Probleme insofern, als die Menge an Grau innerhalb eines Originalbildes nicht über einer Fläche aufrechterhalten wird, d.h., der Fehler, der aus der Differenz zwischen dem Schwellenwert und dem tatsächlichen Graustufenwert in jeder einzelnen Zelle entsteht, wird einfach weggeworfen. Dies hat einen Verlust von Bildinformation zur Folge. Das Halbtonen bringt außerdem grobe Quantisierungsartefakte ein, die in den Bildbereichen sichtbar sind, wo die Szene wenig Veränderung aufweist. Dies ist auch als "Streifenbildung" bekannt. Gruppierte Halbtonung, die gewöhnlich für elektrophotographisches Drucken erforderlich ist, erzeugt einen monotonisch wachsenden Halbtonpunkt, der zum Drucken kalibriert werden kann, um die Punktverstärkung zu kompensieren. Gruppierte Halbtöne weisen jedoch einen Kompromiß zwischen Bildschärfe und Quantisierung von Graustufen auf.
• Bei dem ARIES-Verfahren (Alias Reduction and Image Enhancement System) zur Halbtonwiedergabe, beschrieben von P. Roetling in "Halftone Method With Edge Enhancement and Moiré Suppression", J. Opt. Soc. Amer. Band 66, Nr. 10, Seiten 985-989, Oktober 1976, besitzt die Bildinformation anfangs einen Satz von Halbtonsiebwerten für eine der Information hinzugefügte Zelle. Ein gleichmäßiger Schwellenwert wird an die gesiebte Information angelegt, um einen Ausgabewert zu erzeugen. Der mittlere Grauwert über dem Zellenbereich des Eingabebildes wird mit dem mittleren Grauwert über dem Zellenbereich des Ausgabebildes verglichen. Siehe auch US-A-4,051,536 an Roetling und US-A-4,633,327 an Roetling. Auf diese Weise wird der Fehler zwischen dem Original und der Ausgabe über jeder Halbtonzelle minimiert. Das Streifenbildungsartefakt wird jedoch nicht verringert.
• Algorithmen, die Graublider in binäre oder Bilder einer anderen Zahl von Stufen umwandeln, versuchen die bestehende lokale Dichte zu bewahren, und umfassen unter sich die Fehlerdiffusion, wie z.B. in "An Adaptive Algorithm for Spatial Greyscale", von Floyd und Steinberg, Proceedings of the SID 17/2, 75-77 (1976) (nachstehend Floyd und Steinberg), gelehrt. Ein anderes höher entwickeltes Verfahren, das Bildkanten steigert, wären die Fehlerdiffusionsverfahren von US-A- 5,045,952 an Eschbach. Weitere Modifikationen an dem von Floyd und Steinberg gelehrten Fehlerdiffusionsalgorithmus sind vorgeschlagen worden, z.B: eine andere Wichtungsmatrix, wie z.B. in "A Survey of Techniques for the Display of Continuous Tone Pictures on Bilevel Displays" von Jarvis et al., Computer Graphics and Image Processing, Band 5, Seiten 13-40 (1976) und in "MECCA - A Multiple-Error Correction Computation Algorithm for Bilevel Image Hardcopy Reproduction" von Stucki, IBM Res. Rep. RZ1060 (1981) gelehrt. Modifikationen der Fehlerberechnung und Gewichtszuweiung sind z.B. in US-A-4,924,322 oder EP-A-0 333 520 an Kurosawa et al., US-A-4,339,774 oder EP-A-0 031 247 an Temple und US-A-4,955,065 an Ulichney gelehrt worden.
• Die Fehlerdiffusion versucht, Grau zu erhalten, indem die Umwandlung von Graupixels in binäre oder Pixels anderer Stufen auf einer pixelweisen Basis gemacht wird. Die Prozedur überprüft jedes Pixel in bezug auf eine Schwelle, und die Differenz zwischen dem Graustufenpixelwert und dem Ausgabewert wird an eine ausgewählte Gruppe oder einen Satz von Nachbarpixels nach Maßgabe eines Wichtungsschemas weitergeleitet. Ein mit der Verwendung der Standard-Fehlerdiffusionsalgorithmen für Druckanwendungen bemerktes Problem ist die Erzeugung großer Zahlen von isolierten schwarzen und/oder weißen Pixels, die von vielen Druckerarten nicht gedruckt werden können. Der von Billotet-Hoffmann und Bryngdahi, Proceedings of the SID, Band 24/3 (1983), Seiten 253-258, gelehrte Algoritmus zeigt eine Dither-Matrix, die als eine Schwelle für die Fehlerdiffusion verwendet wird, um die Probleme von unerwünschten Mustern, die im allgemeinen durch den Fehlerdiffusionsalgorithmus hervorgebracht werden, zu mildern. Ein Verfahren, um das Druckbarkeitsproblem zu überwinden, wird durch US-A-4,654,721 oder EP-A-0 201 614 an Goertzel gelehrt, wo ein Verfahren gezeigt wird, um ein Halbtonbild in ein Zweistufen-Pixelbild umzuwandeln. Der in einer Halbtonzelle erzeugte Gesamtfehler wird auf eine vorbestimmte Zahl angrenzender Halbtonzellen verteilt. Auf diese Weise werden druckbare Bilder erzeugt, während das Streifenbildungsartefakt vermindert wird, indem zwischen festen Ausgabezellenmustern gewechselt wird. Wegen eines inhärenten Mangels an teilweisen Punkten in diesem Prozeß, der sich als Schärfeverlust zeigt, wurde eine Kantenerkennung und -schärfung eingeschlossen. Siehe auch "Digital Halftoning in the IBM 4250 Printer" von Goertzel et al. (Goertzel), IBM J. Res. Develop., Band 31, Nr. 1, Januar 1987. Außerdem erfordert die zeilenweise Fehlerdiffusion einen Versatz, der genau den Halbtonzellen entspricht. Goertzel verwendet die Fehlerdiffusion von Floyd und Steinberg nicht, stattdessen führt er einen Zufallszahlengenerator ein, um die Fehlerwichtung zu bestimmen. Halbtonpunkte werden als Schriften behandelt, und teilweises Punkten wird nicht verwendet. US- A-5,196,942 an Shiau und US-A-5,226,096 an Fan lehren die Verwendung ähnlicher Verfahren, um ein Halbtonbild auf ein mehrstufiges Pixelbild mit Diffusion des Fehlers zwischen angrenzenden Halbtonzellen zu reduzieren. Fan erwägt die Unterscheidung zwischen teilweisen Punkten und vollen Punkten bei Bestimmen der Fehlerverteilung.
• In dem MAE- (Minimum Average Error) Fehlerdiffusionsverfahren, beschrieben in "Images from Computers", von M. Schroeder, IEEE Spectrum, März 1969, Seiten 66-78, wird ein anderes Fehlerdiffusionsverfahren eingeführt, das den Fehler als eine Funktion des Originalbildes und des Ausgabebildes bestimmt (im Gegensatz zu dem durch den Fehler von vorherigen Pixels und dem Ausgabebild modifizierten Originalbild). Das Ergebnis sind weniger sich einschleichende Artefakte als Floyd und Steinberg, aber eine weniger genaue Grautonwiedergabe.
• US-A-5,055,942 an Levien schlägt ein anderes pixelbasiertes Fehlerdiffusionsschema vor, wo die Punktgröße in einem gesiebten Bild verändert werden kann, indem eine Hysteresekonstante und Rekursionsverfahren, die vom adaptiven Sieben bekannt sind, angewandt werden, um eine Justierung der Bildgrobheit durch Justieren der Hysteresekonstanten zu erlauben.
• Alle hierin zitierten Verweisungen werden hinsichtlich ihrer Lehren eingeschlossen.
• Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Quantisieren von Graustufenpixels unter Verwendung einer Kombination aus Halbtonung und Fehlerdiffusion auf einer Punkt-zu-Punkt-Basis zur Verfügung gestellt.
• Die vorliegende Erfindung stellt folglich ein Verfahren, einen Prozeß und ein System wie in den anliegenden Ansprüchen definiert zur Verfügung.
• Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird ein Verfahren zum Quantisieren von Pixelwerten in einem durch eine Vielzahl von Pixels gebildeten Bild bereitgestellt, wobei jedes Pixel eine optische Dichte des Bildes an einer Stelle innerhalb des Bildes darstellt und einen ursprünglichen optischen Dichtewert aufweist, der durch einen Prozeß aus kombinierter Halbtonung und Zellle-zu-Zelle-Fehlerdiffusion von einem eines Satzes von 'c' ursprünglichen optischen Dichtewerten ausgewählt wird, der eine Anzahl von Elementen besitzt, die größer als ein gewünschter Ausgabesatz von 'd' optischen Dichtewerten ist. Zu Anfang wird jedes Pixel mit einem proportionalen Teil eines Fehlergliedes modifiziert, das für eine vorangehende Halbtonzelle oder von der momentanen Zelle in einer vorangehenden Interaktion bestimmt wird. Ein Satz modifizierter Pixels, der in der Position einer m x n Halbtonzelle entspricht, wird nach Maßgabe eines Standard-Halbtonungsprozesses verarbeitet, um einen Satz von Ausgabepixels bei einer der d optischen Dichtestufen zu erlangen. Die berechnete Ausgabedichte wird verwendet, um beim Drucken des durch eine Halbtonzelle mit derselben Zahl von optischen Dichtestufen dargestellten Punktes eine Suchtabelle mit einem gespeicherten Satz empirischer Dichtewerte zu adressieren. Der von der Suchtabelle zurückgegebene empirische Dichtewert der Zelle wird mit einer Summe der modifizierten Pixelwerte der Zelle verglichen. Die Differenz (die den Unterschied in der Graustufeneingabe und der tatsächlichen Ausgabe darstellt) wird auf einer gewichteten Basis an die Pixels von anschließend verarbeiteten Punkten geleitet.
• Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird ein Bildverarbeitungssystem zur Verwendung beim Quantisieren von Multibit-Bildsignalen bereitgestellt, um ein Bild zum Drucken auf einem Drucker zu erzeugen, wobei das Bild durch eine Vielzahl in Abtastzeilen geordneter Multibit-Bildsignale gebildet wird, wobei jedes Bildsignal eine optische Dichte eines ursprünglichen Bildes an einer bestimmten Stelle darin darstellt und eine ursprüngliche optische Dichte aufweist, die von einer eines Satzes von 'c' ursprünglichen optischen Dichtestufen ausgwählt wird, die eine Anzahl von Elementen besitzt, die größer als ein gewünschter Ausgabesatz von 'd' gewünschten optischen Dichtestufen ist: einen Eingangsbildpuffer, geeignet zum Speichern wenigstens eines Teils eines durch Multibit-Bildsignale definierten abgetasteten Bildes, an den Bildsignale von einer entsprechenden Quelle gerichtet werden; eine vorbestimmte Anzahl von Zeilenpuffern, die funktional mit dem Eingangsbildpuffer verbunden sind und Abtastzeilen von Bildsignalen davon empfangen; eine Mehrzahl von Signaladdierern, die in der Zahl den Zeilenpuffern entsprechen, um die an sie von den Zeilenpuffern gerichteten Bildsignale und an sie von einem Fehlerpuffer gerichtete Fehlergliedsignale zu addieren, um modifizierte Bildsignale zu erzeugen; eine Halbtonungseinrichtung, die funktional mit der Signaladdierereinrichtung verbunden ist und jedes modifizierte Bildsignal in einem m Pixel mal n Pixel Bereich des Bildes in Druckerausgabesignale umwandelt, wobei der Umwandlungsprozeß mit jedem m mal n Bereich des Bildes auf der Basis eines Punktwachstumsmusters variiert; eine Einrichtung, die die Druckerausgabesignale zum Übertragen auf einen Drucker an einen Ausgabepuffer richtet; eine Einrichtung, die auf die Druckerausgabesignale anspricht, zum Bestimmen der Dichte des Bildes über dem m mal n Bereich, wobei die Dichtebestimmungseinrichtung auf die Druckerausgabesignale anspricht; einen Druckerreaktionsspeicher, der eine Suchtabelle von empirischen Druckereaktionen auf Druckerausgabesignale für einen m mal n Bereich speichert; eine Einrichtung, die die Differenz zwischen der gespeicherten empirischen Ausgabedichte und der von der Dichtebestimmungseinrichtung bestimmten Dichte als einen Halbtonungsfehler bestimmt, und eine Einrichtung, die den Halbtonungsfehler auf einer gewichteten Basis an eine Mehrzahl von Bildsignalen, die Halbtonzellen bilden, verteilt, wobei die Verteilungseinrichtung einen Fehlerpuffer umfaßt, der funktional mit der Signaladdierereinrichtung verbunden ist.
• Gemäß noch einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die obige Anordnung modifiziert, um einen iterativen Prozeß bereitzustellen, der umfaßt: eine Einrichtung zum Verteilen des Halbtonungsfehlers auf Bildsignale in der Halbtonzelle, aus der der Fehler erhalten wurde, wobei die Verteilungseinrichtung funktional mit den Signaladdierern verbunden ist, und eine zweite Halbtonungseinrichtung, die funktional mit den Signaladdierern verbunden ist und jedes modifizierte Bildsignal in einem m Pixel mal n Pixel Bereich des Bildes in Druckerausgabesignale umwandelt, wobei sich der Umwandlungsprozeß mit jedem m mal n Bereich des Bildes auf der Basis eines vorbestimmten Punktwachstumsmusters verändert.
• Das beschriebene Verfahren hat die Wirkung, den Fehlerdiffusionsprozeß mit einem gruppierten Halbtonungsprozeß zu synchronisieren, so daß gut geformte druckbare Punkte erzeugt werden. Die beim Halbtonen gefundene Teilpunktierung wird beibehalten. Außerdem können kalibrierte Schwellwerte sowie empirische Messungen der Punktgestaltung verwendet werden, die von Drucker zu Drucker verändert werden können, so daß der tatsächliche Fehler und nicht der theoretische Fehler verteilt wird. Das Verfahren erlaubt außerdem die Implementierung in Pipeline- Hardware, da das Bild seriell verarbeitet wird.
• Die vorliegende Erfindung wird auf dem Wege von Beispielen weiter mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben. Die Abbildung ist ein Blockschaltbild, das ein System zeigt, in dem die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann.
• Nun auf die Zeichnung verweisend, deren Darstellung dem Zweck der Beschreibung einer Ausführung der Erfindung und nicht ihrer Einschränkung dient, wird in der Abbildung ein Grundsystem zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im vorliegenden Fall können Graustufenbilddaten als Bildsignale gekennzeichnet werden, von denen jedes Pixel auf einer einzigen Stufe oder optischen Dichte in einem Satz von 'c' optischen Dichtestufen definiert wird, wobei die Zahl von Elementen in dem Satz von Stufen größer als verlangt ist. Jedes Pixel wird in der unten beschriebenen Weise verarbeitet, um jedes Pixel in Form eines neuen kleineren Satzes von 'd' Stufen zu redefinieren. In diesem Prozeß sind 'c' und 'd' Ganzzahlwerte, die die Pixeltiefe oder eine Anzahl von Signalstufen darstellen, bei denen das Pixel vorkommen kann. Farbdaten können hier durch eine Anzahl unabhängiger Kanäle oder Separationen dargestellt werden, die unabhängig behandelt werden, oder die Farbdaten könnten als Vektordaten in einem vordefinierten Farbraum dargestellt werden, z.B.: RGB, CIELab usw., die Vektoroperationen beim Schwellenvergleich und bei der Fehlerberechnung und -korrektur unterworfen werden. Ein üblicher Fall dieses Verfahrens umfaßt die Umwandlung von Daten von einem relativ großen Satz von Graustufen in eine oder zwei legale oder erlaubte Binärstufen zum Drucken auf einem Binärdrucker. Bei der vorliegenden Erfindung wird angenommen, daß das Eingangssignal normalisierte L*- oder Luminanzwerte sind.
• Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruch "Punkt" auf ein Produkt oder ein Bild, das aus einem Halbtonungsprozeß hervorgeht. Eine "Halbtonzelle", wie hierin verwendet, bezieht sich auf den Satz von Pixels, die gemeinsam den Punkt bilden werden. Ein "Pixel" bezieht sich auf ein mit einer einzelnen Stelle in einem Bild verbundenes Bildsignal mit einer Dichte zwischen Schwarz und Weiß. Ein Punkt besteht aus einer Mehrzahl von Pixels. Während Drucker Pixels drucken (manchmal als "Flecke" bezeichnet), neigen Halbtonungsverfahren dazu, die Pixels zusammen zu einem Punkt zu gruppieren. Punkte aus gruppierten Pixels besitzen bessere Reproduktionseigenschaften als ungruppierte Pixels.
• Ein Eingangsbild der Art, die wie unten beschrieben zu verarbeiten ist, kann durch einen in einer Anordnung von L Abtastzeilen angeordneten Satz von Grausignalen (Graupixels) dargestellt werden, wobei jede Zeile N Graupixels enthält, jedes auf einer Stufe definiert, die sich zwischen einem Minimum und einem Maximum verändert, mit der Tiefe b, wobei ein beliebiges Graupixel in der Matrix durch I(n,l) bezeichnet wird. Jedes Pixel wird folglich durch seine optische Dichte und seine Stelle im Bild definiert. Grauwerte oder -stufen für Graupixels werden typischerweise als Ganzzahlen ausgedrückt, wobei ein Beispiel in den Bereich von 0 bis 255 fällt, obwohl größere oder kleinere Zahlen von Stufen und Nicht-Ganzzahldarstellungen möglich sind. Das Ausgangsbild wird als aus Pixels bestehend angesehen, wobei jedes Pixel einem Druckersignal entspricht, das einen Drucker oder eine Anzeige treiben wird, um einen Fleck zu erzeugen. Ein Scanner 10, dargestellt durch den XEROX 7650 Pro Image Scanner, erzeugt solche Grausignale von einer linearen Anordnung aus photoempfindlichen Elementen, die von einem Dokument darauf reflektiertes Licht erfassen und eine elektrische Reaktion erzeugen, die die Lichtintensität anzeigt. Alternativ kann ein Computer-Arbeitsplatz, der nach Maßgabe eines Graustufenbilderzeugers arbeitet, die gleichen Multibit-Bildsignale erzeugen, die ein Graubild zum Anzeigen auf einem Anzeigeschirm oder zum Leiten an einen Drucker darstellen. Nach Maßgabe geeigneter Taktungsfolgen werden Multibit-Graubildsignale vom Scanner zu einem Bildeingangspuffer 100 geleitet.
• Gemäß Fig 1 werden Multibit-Bildsignale I(n,l) im Bildpuffer 100 empfangen. Die Bildsignale können freigestellt in einem Filter 102 gefiltert werden, um den Maßstab oder die Tonwiedergabekurve des Bildes zu korrigieren. Ein Satz von Abtastzeilen I(n,l&sub1;), I(n,l&sub2;), I(n,l&sub3;) vom Filter 102 wird in Zeilenpuffern A, B und C (bzw. 104, 106 und 108) gespeichert. Natürlich könnten mit vorteilhafter Wirkung mehr Abtastzeilen gepuffert und in dem zu beschreibenden Prozeß verwendet werden. Jeder Zeilenpuffer 104, 106 und 108 ist jeweils mit einem Eingang von Signaladdierern 110, 112 und 114 verbunden. Ein zweiter Eingang der Signaladdierer 110, 112 und 114 ist mit dem Ausgang eines Fehlerregisters 120 verbunden, so daß ein darin für jedes Pixel n in der Halbtonzelle c gespeichertes Fehlergliedsignal ε(n) entsprechend dazuaddiert werden kann, wenn es durch das System verarbeitet wird, um ein modifiziertes Bildsignal zu erzeugen. Bei einer Ausführung der Erfindung wird das Bildsignal beschnitten, so daß es innerhalb eines Bereiches von möglichen Werten zwischen Schwarz und Weiß (0 und 255 für ein 8-Bit System) bleibt und diesen nicht überschreitet. Ausgänge der Signaladdierer 110, 112 und 114, allgemein dargestellt als das modifizierte Bildsignal I(n,l)+ε(C), sind mit einem Akkumulator für modifizierte Bildsignale 122 verbunden, der die modifizierten Bildsignale für jedes Pixel in einem Satz, der der Halbtonzelle C entspricht, akkumuliert oder algebraisch addiert. Die Ausgänge der Signaladdierer 110, 112 und 114 sind auch mit einem Halbtonprozessor 124 verbunden, der aus den modifizierten Bildsignalen I(n,l)+ε(n,l) einen Satz von Druckerausgangssignalen B(n,l) erzeugt, die Elemente eines Satzes von d optischen Dichtewerten sind, und das Bitmuster des auf einem Drucker zu reproduzierenden Bildes erzeugen wird.
• Während Halbtonung zur Einfachheit als die Addition eines Satzes ausgewählter Werte zu Bildsignalen innerhalb eines definierten Bereiches des Bildes in Verbindung mit einem gleichmäßigen Anlegen einer Schwellenstufe an die kombinierten Werte beschrieben werden kann, wird man verstehen, daß der Halbtonungsprozeß auch durch einen Satz von veränderlichen Schwellen dargestellt werden kann, der an Stellen definiert wird, die Pixels über einem gegebenen Bereich des Bildes entsprechen. Eine Halbtonzelle, wie hierin verwendet, ist im allgemeinen kleiner als das Gesamtbild und wird in einem vorbestimmten Schema zur Verarbeitung des Bildes wiederholt, um einen Bereich des Bildes abzudecken. Ein Verfahren für eine effiziente Darstellung von Halbtonzellen mit veränderlichem Winkel durch eine Dither-Matrix und ein entsprechendes Wiederholungsschema wird in US-A-4,149,194 an Holladay dargelegt. Der Ausgang eines Prozesses, der eine Dither-Matrix verwendet, ist ein Satz von Pixelwerten mit einer Anzahl von Elementen kleiner als der eingegebene Satz von Werten. Im allgemeinen ist der Satz von Ausgabewerten binär, entweder Schwarz oder Weiß oder ein Fleck oder kein Fleck, obwohl die Werte Grau sein könnten, wie in US-A-5,196,942 von Shiau beschrieben. Der Binärausgang einer einzelnen Halbtonzelle ist ein Satz von Pixels, die entweder schwarz oder weiß sind und zusammen einen "Punkt" bilden. Einzelne Pixels, schwarz oder weiß, die jeweils von schwarzen oder weißen Pixels umgeben sind, sind mit elektrophotographischen Einrichtungen schwer zu drucken. Aus diesem Grund neigen Standard-Dithermatrizen für elektrophotographische Anwendungen dazu, Pixels zusammenzugruppieren mit einem Wachstumsmuster, das in einem zentralen Bereich der Halbtonzelle beginnt und wächst, wenn mehr Elemente der Zelle schwarz sind. Ein solches Punktmuster ist auf elektrophotographischen Einrichtungen druckbar. Bei der vorliegenden Ausführung wird angenommen, daß die Halbtonzelle einen 19-stufigen Punkt bei 45º in einem 3 x 6 Holladay-Format erzeugt. Ein solcher Punkt ist für einen weiten Bereich von Druckern anwendbar, deren Auflösung von 300 bis 600 spi reicht, und ist außerdem bei Druckern mit hoher Adressierbarkeit nützlich. Während die Verwendung eines solchen Punktes eine Phasenverschiebung zur Folge haben kann, so daß in einer Punktreihe die Betonung auf der linken Hälfte der Zelle und dann für die nächste Punktreihe auf der rechten Hälfte der Zelle sein kann, wird dies wenig Auswirkung auf die Weitergabe von Fehlern haben, da jede Zelle immer eine vollständige Halbtonzelle enthalten wird.
• Der Ausgang des Halbtonprozessors 124 ist der Satz von Bildsignalen B(n,l), der in einem Binärsystem ein Satz von binären oder schwarzen und weißen Pixels ist. Die Abtastzeilen von B(n,l) werden inkremental in den Zeilenpuffern 130, 132 und 134 gespeichert, von denen die Abtastzeilen an einen Ausgangspuffer 140 zum Drucken auf einem Drucker 141 geleitet werden. Die Bildsignale B(n,l) jeder Halbtonzelle werden außerdem einem Zähler 150 zugeleitet, der jedes schwarze (oder weiße) Pixel zählt, das aus dem Halbtonungsprozeß entsteht. Der Zählwert, der in dem beschriebenen Beispiel im Bereich von 0-18 liegt, wird benutzt, eine Adresse aus einer Suchtabelle 152 auszuwählen, in der ein Satz möglicher Druckerpunktdichten gespeichert ist, die aus dem im Halbtonprozessor 124 bestimmten gegebenen Punkt herrühren. Infolge des möglichen hochfrequenten Bildgehaltes und des Teilpunktprozesses kann diese Druckerpunktdichte nicht genau der Dichte der normalen gruppierten Halbtonzellen entsprechen, die zur Kalibrierung verwendet werden, aber die Gesamtkorrektur ist in der richtigen Richtung. Im Fall eines Vielstufen-Pixelausgangs (d> 2) können die Dichten, wie mit dem Akkumulator 122, summiert werden, um die Adressen für eine Suchtabelle zu erlangen.
• Die in der Suchtabelle 152 gespeicherten Dichten, die zweckmäßig in einem ROM-Speicher oder dergleichen gespeichert werden können, können durch eine Densitometerabtastung einer durch den zu verwendenden Drucker gedruckten Seite, durch einen als Densitometer arbeitenden Dokumentenscanner, der eine durch den zu verwendenden Drucker gedruckte Seite abtastet, oder durch eine Dichtevorhersage erlangt werden, die in Kenntnis des physikalischen Druckprozesses des Druckers gemacht wird. Die Tabelle ist mit der Anzahl von Pixels in einem Halbtonpunkt oder für das gegebene Beispiel mit einem Faktor von 18 skaliert.
• Der Fehler E wird im Block Fehler-Berechnen 154 berechnet, der im Grunde eine Kombination aus Vorzeichenwechsler oder Inverter und Addier ist. Im Block Fehler-Berechnen 154 wird die Differenz zwischen der Druckerpunktdichte (d.h., der Dichte der Halbtonzelle) aus der Suchtabelle 152 und den Graubildsignalen über der Punktfläche (die im Akkumulator 122 ermittelte Summe der modifzierten Bildsignale) bestimmt. Dieses Zellenfehlersignal ε(C) wird an die Fehlerteilbestimmung 158 geleitet, wo gebrochene Fehlersignale berechnet und an den Fehlergliedsignalpuffer 120 übergeben werden, um bei der Verarbeitung nachfolgender Halbtonzellen verwendet zu werden.
• Da der Fehler im Gegensatz zu einer pixelweisen Bestimmung auf der Basis von Punkten bestimmt wurde, aber zu Pixels in nachfolgenden Zellen addiert werden wird, wird der in Fehler-Berechnen 154 bestimmte Fehler zu Anfang durch einen Satz von Suchtabellen 162, 164, 168 und 170 geführt, die für ein gegebenes Fehlersignal ein Ausgangssigal erzeugen, das einen Einzelpixelfehler und die Diffusionsgewichtung darstellt. Die in der vorliegenden Erfindung gezeigte Gewichtung ist die normale Floyd-Steinberg-Gewichtung, obwohl es im Umfang der Erfindung liegt, eine andere Gewichtung zu wählen, wie z.B. durch Stucki, Jarvis, US-A-4,924,322 an Kurosawa et al., US-A-4,339,774 an Temple, US-A-4,955,065 an Ulichney, US-Patentanmeldung Seriennummer 07/672,987 von Eschbach oder US-A-5,243,443 an Eschbach und andere gezeigt. Anerkennend, daß das Fehlerglied ε(C), das zu den Pixels jeder einzelnen Zelle addiert werden wird, die Summe aller Fehlerteile von E ist, die als an solche Zellen richtbar bestimmt werden, werden die Register FWD DIAG 180, LOWER 182 und BACK DIAG 184 und die Addierer 186 und 188 verwendet, um die benötigte Kombination von gebrochenen Fehlersignalen zur Speicherung im Fehlerzeilenpuffer 190 zu erzeugen. Wie von der Zelle, die verarbeitet wird, verlangt, wird der Ausgang der Tabelle 170 zu dem Ausgang des Fehlerzeilenpuffers 190 im Addierer 192 addiert, um den geeigneten Fehler ε(C) für die nächste Zelle zu erzeugen. Der Ausgang des Addierers 192 wird im Fehlergliedregister 120 gespeichert, um später zu jedem Pixel in der geeigneten Zelle addiert zu werden. Ein Fehlerwert (gespeichert im Fehlerregister 120) wird zu jedem Pixel in der Zelle addiert.
• In einer Abwandlung des beschriebenen Schemas kann ein iterativer Prozeß verwendet werden, der es erlaubt, den berechneten Fehler ε(C) zu derselben Zelle zu addieren, in der er erlangt wurde. Nach dem Bestimmen der Differenz zwischen dem modifizierten Eingangssignal und dem Ausgangssignal in einem ersten Halbtonungsprozeß kann daher der ermittelte Fehler in einer zweiten Iteration zu dem Bildsignal mit der Wirkung addiert werden, daß der Mittelwert der ausgegebenen Halbtonzelle schrittweise näher an den Mittelwert der eingebenen Zelle bewegt wird. Gemäß dieser Ausführung wird das Zellenfehlersignal ε(C) (entlang der gestrichelten Linie 202) durch einen Multiplizierer 204 geführt, der der Tatsache Rechnung trägt, daß das Zellenfehlersignal ε(C) den Zellenfehler darstellt, der auf einer individuellen Basis zu den Pixels zu addieren ist. Das resultierende Signal wird im Multiplexer 206 gemultiplext, um in den Addierern 110, 112 und 114 zu Bildsignalen in jeder Abtastzeile addiert zu werden. Um eine ungewollte Steigerung von ungewöhnlichen Teilpunktzuständen zu verhindern, kann das Fehlersignal ε(C) auf ±.5 Stufen begrenzt werden. Dies kann außerdem den Prozeß stabiler machen. Folglich ist zu sehen, daß die Funktion Fehler-Berechnen 154 funktional mit den Signaladdierern 110 verbunden ist, um die zur richtigen Fehleraddition erforderlichen dazwischenliegenden Signalaufbereitungsschritte zu ignorieren. Um die Verzögerung zu akkomodieren und eine Pipeline-Verarbeitung der Bildsignale vorzusehen, kann eine zweite Halbtonungsfunktion hinzugefügt werden, die funktional der ersten gleicht.
• Die Erfindung ist natürlich auf Farbe ausdehnbar, wobei die eine Ausführung des Prozesses den Schritten folgt:
• a) Lesen von RGB-Dateien (z.B. Farbmeßwerte, die das Bild in drei Separationen beschreiben) und Umwandeln der Werte in den Lab*-Farbraum (einen Luminanz/Chrominanz-Farbraum);
• b) Addieren des von der vorangehenden Verarbeitung erzeugten Fehlers zu jedem Pixel;
• c) Erzeugen von Cyan-, Magenta-, Gelb- und Schwarz-Separationen (Drukkerfärbemittel), die das Bild darstellen, unter Verwendung einer Farbkorrekturtransformation und eines Unterfarben-Entfernungsalgorithmusses;
• d) Halbtonung der Grauwerte jeder Separation unter Verwendung winkliger Siebhalbtonverfahren wie z.B. von Holladay gelehrt, und Punkt- auf-Punkt-Halbtönen;
• e) Bestimmen des mittleren Lab*-Wertes über dem Halbtonzellenbereich von den Eingangswerten;
• f) Bestimmen der tatsächlichen Flächenbedeckung in jeder der CMYK-Separationen von dem Halbtonausgang;
• g) Bestimmen des ungefähren gedruckten Lab*-Ausgangs durch Tabellensuchen der Flächenbedeckung der Zelle in einer empirisch gewonnenen Tabelle (umwandeln des Bildes in Tonerfärbemittelwerte);
• h) durch Subtrahieren der empirischen Lab*-Werte von dem gewünschten Lab* den Fehler berechnen und den Fehler nach Maßgabe einer Floyd- Steinberg-Verteilungsgewichtung auf die umgebenden unverarbeiteten Zellen verteilen.
• Die Erfindung ist mit Bezug auf eine einzelne Ausführung beschrieben worden. Modifikationen und Änderungen werden für Andere beim Lesen und Verstehen der Beschreibung ersichtlich sein. Es ist beabsichtigt, daß alle solche Modifikationen und Änderungen insoweit eingeschlossen werden, als sie in den Umfang der anliegenden Ansprüche oder Entsprechungen davon fallen.

Claims (1)

1. Bildverarbeitungssystem zur Verwendung beim Quantisieren von Multibit-Bildsignalen zur Verwendung in einer Ausgabeeinrichtung (141), wobei jedes Bildsignal eine optische Dichte eines ursprünglichen Bildes an einer bestimmten Stelle darin darstellt und eine ursprüngliche optische Dichte aufweist, die von einer eines Satzes von 'c' ursprünglichen optischen Dichtestufen ausgwählt wird, die eine Anzahl von Elementen größer als ein gewünschter Ausgabesatz von 'd' gewünschten optischen Dichtestufen besitzt, wobei das Bildverarbeitungssystem umfaßt:

einen Fehlerpuffer (120);

wobei das Bildverarbeitungssystem gekennzeichnet ist durch weiter umfassend:

einen Eingangsbildpuffer (100), geeignet zum Speichern wenigstens eines Teils eines durch Multibit-Bildsignale definierten abgetasteten Bildes, an den Bildsignale von einer entsprechenden Quelle (10) gerichtet werden;

eine Puffereinrichtung (104, 106, 108), die mit dem Eingangsbildpuffer (100) verbunden ist und die Bildsignale davon empfängt;

eine Signaladdierereinrichtung (110, 112, 114), die an sie von der Puffereinrichtung gerichtete Bildsignale und an sie von dem Fehlerpuffer (120) gerichtete Fehlergliedsignale ε(n) addiert, um modifizierte Bildsignale zu erzeugen;

eine Halbtonungseinrichtung (124), die mit der Signaladdierereinrichtung (110, 112, 114) verbunden ist und jedes modifizierte Bildsignal in einem m Pixel mal n Pixel Bereich des Bildes in Ausgangssignale umwandelt, wobei der Umwandlungsprozeß mit jedem m mal n Bereich des Bildes auf der Basis eines vorbestimmten Punktwachstumsmusters variiert;

eine Einrichtung (130), die die Ausgangssignale zum Übertragen an die Ausgabeeinrichtung (141) an einen Ausgangspuffer (140) richtet;

eine Dichtebestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Dichte des Bildes über dem m mal n Bereich;

eine Speichereinrichtung, die eine Suchtabelle (152) von empirischen Reaktionen der Ausgabeeinrichtung auf Ausgabesignale der Einrichtung für einen m mal n Bereich speichert;

eine Differenzeinrichtung (154), die die Differenz zwischen der gespeicherten empirischen Ausgabedichte und der durch die Dichtebestimmungseinrichtung bestimmten Dichte als einen Halbtonungsfehler ε(c) bestimmt, und

eine Verteilungseinrichtung (158, 190, 120), die den Halbtonungsfehler auf einer gewichteten Basis auf eine Mehrzahl von Bildsignalen, die Halbtonzellen bilden, verteilt, wobei die Verteilungseinrichtung den mit der Signaladdierereinrichtung (110, 112, 114) verbundenen Fehlerpuffer (120) umfaßt.

2. Bildverarbeitungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Puffereinrichtung (104. 106, 108) eine vorbestimmte Zahl von Zeilenpuffern umfaßt und die Signaladdierereinrichtung (110, 112, 114) eine Mehrzahl von Signaladdierern umfaßt, die in der Zahl den Zeilenpuffern entspricht.

3. Bildverarbeitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Verteil ungseinrichtung umfaßt:

eine Einrichtung (204, 206), die den Halbtonungsfehler ε(c) auf Bildsignale in der Halbtonzelle verteilt, von der der Fehler gewonnen wurde, wobei die Verteilungseinrichtung (204, 206) mit der Signaladdierereinrichtung (110, 112, 114) verbunden ist, und

eine zweite Halbtonungseinrichtung, die mit der Signaladdierereinrichtung verbunden ist und jedes modifizierte Bildsignal in einem m Pixel mal n Pixel Bereich des Bildes in die Ausgabesignale umwandelt, wobei sich der Umwandlungsprozeß mit jedem m mal n Bereich des Bildes basierend auf einem vorbestimmten Punktwachstumsmuster ändert.

4. Bildverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Verteilungseinrichtung umfaßt:

eine Einrichtung zum Verteilen des Halbtonungsfehlers auf Bildsignale in einem Satz von angrenzenden unbearbeiteten Halbtonzellen, wobei die Verteilungseinrichtung einen Satz von Verzögerungsregistern (180, 182, 184) zum Speichern des Fehlers umfaßt und mit dem Fehlerpuffer (120) verbunden ist.

5. Bildverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Dichtebestimmungseinrichtung eine Addiereinrichtung (122) umfaßt, die die Dichtestufe jedes Bildsignals in dem m mal n Bereich addiert, um die Dichte davon zu bestimmen.

6. Bildverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem 'd' gleich zwei ist und die Dichtebestimmungseinrichtung eine Zählereinrichtung umfaßt, die einen Zählwert für jedes auf der zweiten der zwei Stufen definierte Bildsignal in dem m mal n Bereich inkrementiert.

1. Verfahren zum Quantisieren von Bildsignalen in einem durch eine Vielzahl von Multibit-Bildsignalen gebildeten Bild zur Verwendung in einer Ausgabeeinrichtung, wobei jedes Multibit-Bildsignal die Größe der Dichte des Bildes an einer Stelle darin darstellt und eine ursprüngliche optische Dichtestufe aufweist, die aus einer eines Satzes von 'c' ursprünglichen optischen Dichtestufen ausgewählt wird, die eine Anzahl von Elementen größer als ein gewünschter Ausgabesatz von 'd' gewünschten optischen Dichtestufen, die für die Ausgabeeinrichtung erforderlich sind, besitzt, umfassend:

Empfangen eines Halbtonzellensatzes von Bildsignalen mit ursprünglichen aus dem Satz von 'c' ursprünglichen optischen Dichtestufen ausgewählten optischen Dichtestufen, wobei der Bildsignalsatz einer Halbtonzelle entspricht;

Modifizieren jedes Bildsignals in dem Halbtonzellensatz mit einem einzelnen Fehlergliedsignal, das aus der Verarbeitung wenigstens einer vorangehenden Halbtonzelle gewonnen und von einem Fehlerpufferspeicher erlangt wird;

Bestimmen einer Eingangsdichte eines Bereiches, der der Halbtonzelle entspricht, von den modifizierten Bildsignalen in dem Halbtonzellensatz;

Bestimmen von den modifizierten Bildsignalen eines repräsentativen Satzes von Ausgabeeinrichtungssignalen, wobei sich der Bestimmungsprozeß mit jedem m mal n Bereich des Bildes nach Maßgabe eines vorbestimmten Punktwachstumsmusters ändert;

Bestimmen einer Ausgangsdichte des Bereiches, der der Halbtonzelle entspricht, von Ausgangswerten des der Zelle entsprechenden Bildsignals;

Verwenden der bestimmten Ausgangsdichte als eine Adresse in einer im Speicher gespeicherten Suchtabelle, wobei die Tabelle eine empirische Ausgangsdichte erzeugt, die die Reaktion der Ausgabeeinrichtung auf die Ausgabeeinrichtungssignale angibt;

Bestimmen der Differenz zwischen einer durch die modifizierten Eingangssignale definierten Dichte und der empirischen Ausgangsdichte innerhalb des m mal n Bereiches als Halbtonungsfehler und

Speichern eines Teils des Halbtonfehlers, der zu Bildsignalen in wenigstens einer Halbtonzelle zu addieren ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Speichern eines Teils des Halbtonfehlers umfaßt:

Addieren des Halbtonungsfehlers zu der Halbtonzelle, von der die Halbtonung gewonnen wurde.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und Anspruch 8, bei dem das Speichern eines Teils des Halbtonfehlers umfaßt:

Verteilen des von der Berechnungseinrichtung empfangenen Halbtonungsfehlers auf Bildsignale in einem Satz von benachbarten unverarbeiteten Hal btonzellen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem 'd' gleich zwei ist und die Dichtebestimmung durch Inkrementieren eines Zählwertes für jedes auf der zweiten der zwei Stufen definierte Bildsignal in dem m mal n Bereich durchgeführt wird.

11. Prozeß zum Vorbereiten eines Bildes zum Drucken, wobei der Prozeß ein Verfahren wie in einem der Ansprüche 7 bis 10 beansprucht einschließt.