DE69532730T2

DE69532730T2 - Verringerung der Verschiebung von Fehlerdiffusionsmustern durch programmierbare Schwellenstörung

Info

Publication number: DE69532730T2
Application number: DE69532730T
Authority: DE
Inventors: Jeng-Nan Shiau; Leon C. Williams; David J. Metcalfe
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1995-12-01
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2015-12-02
Also published as: DE69523718D1; EP0715451B1; EP0715451A3; JPH08237483A; US5880857A; DE69532730D1; EP1073258A2; BR9505601A; EP1073258A3; DE69523718T2; EP0715451A2; EP1073258B1

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf ein System und Verfahren zum Verringern der Verschiebung von Fehlerdiffusionsmustern bei bestimmten Graustufen gerichtet. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf die Verringerung der Verschiebung von Fehlerdiffusionsmustern in bestimmten Graustufen durch Stören des zum Binärisieren der Bilddaten verwendeten Schwellenwerts gerichtet.
Es gibt viele Verfahren, um Graubilder auf einer Ausgabeeinrichtung wiederzugeben. Ein solches Beispiel ist Fehlerdiffusion. Fehlerdiffusion kann komplexe Bilder wiedergeben, die eine Mischung aus Text und Bild einigermaßen gut enthalten. Die Verwendung von Fehlerdiffusion beseitigt die Notwendigkeit, Bildsegmentierung zu haben, um den Text von dem Bild zu trennen, sodass der Bildaspekt des Dokuments ausgesiebt und der Textaspekt des Dokuments einem Schwellenwertvergleich unterzogen werden kann.
1 veranschaulicht eine typische Fehlerdiffuions-Binärisierungsschaltung. In 1 wird ein modifiziertes Videosignal einem Komparator 1 zugeführt, der das modifizierte Videosignal mit einem Schwellenwert vergleicht. Der Komparator 1 gibt eine logische Eins aus, wenn das modifizierte Videosignal einen Wert hat, der größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist, und gibt eine logische Null aus, wenn das modifizierte Videosignal einen Wert hat, der kleiner als der Schwellenwert ist. Abhängig davon, ob die mit dieser Fehlerdiffusions-Binärisierungsschaltung verbundene Wiedergabeeinrichtung ein weißschreibendes System oder ein schwarzschreibendes System ist, wird der logische Wert des Ausgangs von dem Komparator 1 die Wiedergabeeinrichtung veranlassen, ein Pixel zu erzeugen oder nicht.
Außer dem Erzeugen des Binärwerts für die Wiedergabeeinrichtung erzeugt der Komparator 1 einen Fehlerwert. Der Fehlerwert ist der modifizierte Videosignalwert, wenn das modifizierte Videosignal einen Wert kleiner als der Schwellenwert hat, oder der Fehlerwert ist gleich dem modifizierten Videosignalwert minus dem maximalen Videowert, wenn das modifizierte Videosignal einen Wert hat, der größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist. Der Fehler wird auf nachfolgende Pixel, das nächste Pixel in der gleichen Abtastzeile und Pixel in der nächsten Abtastzeile verteilt. Dieser Fehler wird dann für jedes Pixel akkumuliert, sodass, wenn ein bestimmtes Pixel durch die Fehlerdiffusions-Binärisierungsschaltung zu verarbeiten ist, der akkumulierte Fehlerwert für das bestimmte Pixel dem ankommenden Videosignal, das dem bestimmten Pixel entspricht, hinzugefügt wird, um das modifizierte Videosignal, das dem Komparator 1 zugeführt wird, zu erzeugen.
Ein mit der Verwendung von Fehlerdiffusion beim Wiedergeben eines Bildes auf einem Dokument verbundenes Problem ist das Auftreten von sich periodisch wiederholenden Mustern. Diese Muster treten ganz besonders bei den Graustufen von 85, 128 und 64 auf, wenn ein 8-Bit Datenwort verwendet wird, um die Graustufe der Bilddaten darzustellen. Wenn z. B. die eingegebene Graustufe 128 ist, kann das binärisierte Bild zwischen einem Schachbrettmuster und einem vertikalen Linienmuster wechseln. Abhängig von der Punktgröße des Druckers und der Graustufe, bei der der Punkt abgebildet wurde, kann das vertikale Linienmuster heller erscheinen als das Schachbrettmuster, wodurch ein unerwünschtes Artefakt erzeugt wird.
Die Idee des Ditherns oder Hinzufügens von Schwellenstörungen, um sichtbare Artefakte einer regelmäßigen oder deterministischen Art zunichte zu machen, ist beim Stand der Technik angewandt worden. Zum Beispiel wurde in dem Artikel "Digital Halftonig" von Robert Ulichney vorgeschlagen, Zufallsrauschen, über das ganze Bild, den Elementen der Fehlergewichte oder der Schwelle hinzufügen, um die oben erörterten sichtbaren Artefakte zunichte zu machen. Das Hinzufügen von Rauschen zu allen Teilen eines Bildes neigt jedoch dazu, das Bild zu verschlechtern, und wird auch das in den sehr hellen und Schattenbereichen errichtete Punktmuster zerstören.
Es ist daher wünschenswert, nur die Schwelle in den Bereichen zu stören, wo das Auftreten von periodisch wiederkehrenden Mustern verwirrend ist. Das heißt, es ist wünschenswert, musterverschiebende Artefakte zu beseitigen, indem eines der Muster dazu gebracht wird, viel weniger wahrscheinlich aufzutreten. Andererseits ist es wünschenswert, dieses Artefakt zu maskieren, indem die Übergänge zwischen den Mustern dazu gebracht werden, häufiger vorzukommen, um dadurch die regelmäßigen Muster aufzubrechen.
EP-A-0544511 betrifft ein Verfahren zum Rastern von Bildern mit verbessertem Dynamikbereich und kantenverbesserter Fehlerdiffusion. In diesem Fall werden für Graupixelwerte, wo der Wert des Pixels einen von einer relativ großen Zahl von Eingangspegeln hat, die Pixel durch einen Fehlerdiffusions-Quantisierungsprozess geleitet, um den Wert des Pixels in einen von einer relativ kleinen Zahl von Werten umzuwandeln.
EP-A-0507356 betrifft eine Zweistufen-Bildanzeigesignal-Verarbeitungsvorrichtung. Die Vorrichtung wandelt Stufenabstufungsdichtewerte von aufeinanderfolgenden Pixelelementen in zweistufige Werte zur Anzeige durch eine Zweistufen-Anzeigeeinrichtung um. Für jedes Bildelement wird ein zweistufiger Fehler ermittelt, und ein geeigneter Dichtewert wird unter einem Satz von peripher angrenzenden Bildelementen verteilt, indem ein entsprechender Satz von Verteilungswerten berechnet wird.
Das Dokument PROC. OF THE SID, Vol. 25, Nr. 4, 1984, New York, Seiten 312–329; H. Kotera et al.; "A poster-size color ink-jet printing system" beschreibt ein Tintenstrahl-Drucksystem, das Farbbilder direkt in Postergröße reproduziert. Das System gewinnt 64 Graustufen durch eine Kombination der Punktmatrix- und der Punktgrößen-Modulation. Farbmaskierungskoeffizienten, die nicht-lineare Glieder enthalten, werden mittels des Verfahrens der kleinsten Quadrate optimiert, was es erlaubt, einen Farbkorrekturprozess anzuwenden.
PROC. OF THE SID, Vol. 24, Nr. 3, 1983, Los Angeles, CA, Seiten 253–258; C. Billotet-Hoffamn et al.; "On the error diffusion technique for electronic halftoning" beschreibt elektronische Rasterung unter Verwendung von Fehlerkorrektutverfahren beim Anwenden des matrixorientierten Reproduktionszustands.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Verarbeiten von Bilddaten mit einem mehrstufigen Grausignal (VIDEO) mit einer ersten Anzahl von Graustufen bereitgestellt, das umfasst:
eine Schwellenwerteinrichtung, die einen Schwellenwert ("128") erzeugt;
eine Umwandlungseinrichtung (1), die einen Ausgang mit einer zweiten Anzahl von Graustufen auf der Basis einer Beziehung zwischen dem Schwellenwert und dem mehrstufigen Grausignal erzeugt, wobei die zweite Anzahl von Graustufen kleiner ist als die erste Anzahl von Graustufen, und
eine Störungseinrichtung (3, 5, 7), die die Beziehung zwischen dem Schwellenwert und dem mehrstufigen Grausignal entsprechend einer Graustufe des mehrstufigen Grausignals stört und so den Ausgang von der Umwandlungseinrichtung beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass die Störungseinrichtung die Graustufe des mehrstufigen Grausignals bestimmt und die Beziehung modifiziert, wenn die Graustufe 1/2, 1/4 oder 1/3 beträgt.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verarbeiten von Bilddaten mit einem mehrstufigen Grausignal mit einer ersten Anzahl von Graustufen bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:

a) Erzeugen eines Schwellenwertes;
b) Erzeugen eines Ausgangs mit einer zweiten Anzahl von Graustufen auf der Basis einer Beziehung zwischen dem Schwellenwert und dem mehrstufigen Grausignal, wobei die zweite Anzahl von Graustufen kleiner ist als die erste Anzahl von Graustufen;
c) Stören der Beziehung zwischen dem Schwellenwert und dem mehrstufigen Grausignal entsprechend einer Graustufe des mehrstufigen Grausignals, um so den Ausgang des Schritts b) zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Störens der Beziehung das Bestimmen der Graustufe des mehrstufigen Grausignals und das Stören der Beziehung umfasst, wenn die Graustufe 1/2, 1/4 oder 1/3 beträgt.

Die programmierbare mehrstufige Grausignal-Modifizierungseinrichtung umfass vorzugsweise eine Modifizierungseinrichtung, wobei die vorbestimmten Werte der Modifizierungseinrichtung programmierbar sind. Die vorbestimmten Werte der Modifizierungseinrichtung werden vorzugsweise auf der Basis von Bildverarbeitungsoperationen modifiziert, die vor einem Binärisierungsprozess durchgeführt werden.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus den folgenden Beschreibungen der verschiedenen Ausführungen und chrakteristischen Merkmalen der vorliegenden Erfindung ersichtlich werden.
Das Folgende ist eine Kurzbeschreibung aller Zeichnungen, die zum Beschreiben der vorliegenden Erfindung verwendet und daher nur zu Veranschaulichungszwecken präsentiert werden und den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken sollen. Inhalt der Zeichnungen:
1 zeigt ein Blockschaltbild, das eine im Stand der Technik verwendete Schaffung zum Binärisieren von Bilddaten veranschaulicht.
2 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die den Schwellenwert durch Hinzufügen von Zufallsrauschen zu dem Bildsignal stört.
3 zeigt ein Blockschaltbild, das eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die Zufallsrauschen hinzufügt, um den Schwellenwert zu stören.
4 zeigt ein Blockschaltbild, das eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die den Schwellenwert durch Einführen eines vorbestimmten Musters in das Bildsignal stört.
5 zeigt ein Blockschaltbild, das eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die den Schwellenwert durch Einführen eines vorbestimmten Musters stört.
6 zeigt ein Blockschaltbild, das einen Rauschgenerator veranschaulicht, der in bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
7 zeigt ein Flussdiagramm, das das Stören des Schwellenwertes nach den Vorstellungen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
8 zeigt ein Flussdiagramm, das das Hinzufügen von Zufallsrauschen zu dem Bildsignal veranschaulicht, um den Schwellenwert nach den Vorstellungen der vorliegenden Erfindung zu stören.
9 zeigt ein Flussdiagramm, das das Hinzufügen von Zufallsrauschen zu dem Schwellenwertsignal veranschaulicht, um die Schwellenwert-Beziehung nach den Vorstellungen der vorliegenden Erfindung zu stören.
10 zeigt ein Flussdiagramm, das das Hinzufügen eines Mustersignals zu dem Bildsignal veranschaulicht, um die Schwellenwert-Beziehung nach den Vorstellungen der vorliegenden Erfindung zu stören.
11 zeigt ein Flussdiagramm, das das Hinzufügen eines Mustersignals zu dem Schwellenwert veranschaulicht, um die Schwellenwert-Beziehung nach den Vorstellungen der vorliegenden Erfindung zu stören.
12 zeigt eine Pixeldarstellung, die das Artefakt von sich periodisch wiederholenden Schachbrett- und Vertikallinienmustern in einem bestimmten Graustufen-Bildbereich veranschaulicht.
13 zeigt eine Pixeldarstellung, bei der das Artefakt von 12 beseitigt wird, indem erzwungen wird, dass das Bild bei der bestimmten Graustufe als ein Schachbrettmuster wiedergegeben wird.
14 zeigt eine Pixeldarstellung, die das Beseitigen des Artefakts von 12 veranschaulicht, indem erzwungen wird, dass die bestimmte Graustufe durch ein Vertikallinienmuster dargestellt wird.
15 zeigt eine Pixeldarstellung einer bestimmten Graustufe ohne Schwellen-Permutation.
16 zeigt eine Pixeldarstellung, die die Ergebnisse der Durchführens der Schwellen-Permutation auf dem Bild von 15 veranschaulicht.
17 veranschaulicht eine Graphik, die eine bevorzugte Beziehung zwischen den Rausch amplitudenkoeffizienten und den Graustufenwerten des Videosignals zeigt.
2 veranschaulicht eine Ausführung der vorliegenden Erfindung, die eine Schwellenbeziehung zwischen einem modifizierten Videobildsignal (VIDEO) und einem Schwellensignal ("128") durch Hinzufügen von Zufallsrauschen zu einem fehlerdiffusionsmodifizierten Video- oder Bildsignal in einem Fehlerdiffusions-Binärisierungssystem stört. In 2 erzeugt ein Zufallsrauschgenerator 5 ein Zufallsrauschsignal, das dem fehlerdiffusionsmodfizierten Bildsignal durch einen Addierer 3 hinzugefügt wird. Das von dem Rauschgenerator 5 erzeugte Zufallsrauschen ist eine Funktion der dem Schwellenwert zu unterziehenden Graustufe des Bildes. Das heißt, wenn die dem Schwellenwert zu unterziehende Graustufe entweder 128, 85 oder 64 darstellt, wenn ein 8-Bit Datenwort benutzt wird, um eine Graustufe der Bilddaten darzustellen, wird der Zufailsrauschgenerator 5 einen Zufallsrauschpegel erzeugen, der dem Bild- oder Videosignal hinzugefügt wird.
Das vom Addierer 3 ausgegebene modifizierte Video- oder Bildsignal wird dann durch die Komparatorschaltung 1 binärisiert. Die Komparatorschaltung 1 vergleicht das modfizierte Video- oder Bildsignal mit einem Schwellenwert, der in der bevorzugten Ausführung 128 beträgt. Wenn das modifizierte Video- oder Bildsignal größer oder gleich 128 ist, gibt der Komparator 1 einen logischen Wert 1 aus, der anzeigt, dass das Pixel EIN ist, oder, wenn das modifizierte Video- oder Bildsignal kleiner als 128 ist, gibt die Komparatorschattung 1 einen logischen Wert 0 aus, der anzeigt, dass das Pixel AUS ist.
Dieser Binärisierungsprozess erzeugt einen Fehler, der mittels eines herkömmlichen Fehlerdiffusionsprozesses auf angrenzende Pixel verteilt wird. In der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist der Fehlerdiffusionsprozess einer der in EP-A-0696133, 0696130 und 096129 offenbarten Prozesse. Es wird angemerkt, dass das Videosignal, das in den Addierer 3 eintritt, zu Anfang so modifiziert wird, dass es einen Fehler enthält, der vom vorherigen Binärisierungsprozess auf dieses Pixel verteilt wird.
3 veranschaulicht eine Abwandlung der in 2 gezeigten Ausführung der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführung stört die vorliegende Erfindung eine Schwellenbeziehung zwischen einem fehlerdiffusionsmodifizierten Videobildsignal (VIDEO) und einem Schwellensignal ("128") durch Hinzufügen von Zufallsrauschen zu dem Schwellensignal. In 3 erzeugt ein Zufallsrauschgenerator 5 ein Zufallsrauschsignal, das durch den Addierer 3 zu dem Schwellensignal hinzugefügt wird. Das von dem Rauschgenerator 5 erzeugte Zufallsrauschen ist eine Funkton der dem Schwellenwert zu unterziehenden Graustufe des Bildes. Die in 3 gezeigten übrigen Aspekte oder Funktionen sind die gleichen wie die oben mit Be zug auf 2 beschriebenen.
4 veranschaulicht eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung, die eine Schwellenbeziehung zwischen einem modifizierten Videobildsignal (VIDEO) und einem Schwellensignal ("128") durch Hinzufügen eines vorbestimmten Musters zu einem fehlerdiffusionsmodifizierten Videosignal stört. In der bevorzugten Ausführung ist das in das fehlerdiffusionsmodifizierte Videosignal eingeführte Muster entweder ein Schachbrettmuster, wie in Tabellen 1 und 2 unten gezeigt, oder ein vertikales Linienmuster, wie in Tabellen 3 und 4 unten gezeigt.
In 4 erzeugt ein Mustergenerator 7 eines der oben beschriebenen Muster, das durch den Addierer 3 dem fehlerdiffusionsmodifizierten Videosignal hinzugefügt wird. Das Muster wird in einer Look-Up-Tabelle gespeichert, wobei die genauen Musterwerte durch den Graustufenwert des fehlerdiffusionsmodifizierten Videosignals, ein Pixeltaktsignal und ein Zeilensyncsignal bestimmt werden. Auf diese Weise wird der richtige Musterwert mit dem richtigen Pixel des ankommenden Videosignals in Einklang gebracht. Die in 4 gezeigten übrigen Aspekte oder Funktionen sind die gleichen wie die oben mit Bezug auf 2 beschriebenen.
5 veranschaulicht noch eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung, die eine Schwellenbeziehung zwischen einem modifizierten Videobildsignal (VIDEO) und einem Schwellensignal ("128") durch Hinzufügen eines vorbestimmten Musters zu einem Schwellensignal stört. In der bevorzugten Ausführung ist das in das Schwellensignal eingeführte Muster entweder ein Schachbrettmuster, wie in Tabellen 1 und 2 unten gezeigt, oder ein vertikales Linienmuster, wie in Tabellen 3 und 4 unten gezeigt.
In 5 erzeugt ein Mustergenerator 7 eines der oben beschriebenen Muster, das der Addierer 3 dem Schwellensignal hinzufügt. Das Muster wird in einer Look Up-Tabelle gespeichert, wobei die genauen Musterwerte durch den Graustufenwert des fehlerdiffusionsmodifizierten Videosignals, ein Pixeltaktsignal und ein Zeilensyncsignal bestimmt werden. Auf diese Weise wird der richtige Mustenrwert mit dem richtigen Pixel des ankommenden Videosignals in Einklang gebracht. Die in 5 gezeigten übrigen Aspekte oder Funktionen sind die gleichen wie die oben mit Bezug auf 2 beschriebenen.
6 veranschaulicht einen Zufallsrauschgenerator, wie in der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Zufallsrauschgeneratorschaltung 5 enthält einen Zufallsrauschgenerator 11, der ein Zufallsrauschsignal erzeugt, das einem Muitiplizierer 15 zu geführt wird. In der bevorzugten Ausführung ist die von dem Zufallsrauschgenerator 11 erzeugte Zufallszahl gleichmäßig zwischen plus oder minus 255 mit einer Periode von über 14 Millionen verteilt.
Die Rauschgeneratorschaltung 5 enthält auch eine Rausch-Look-Up-Tabelle 13, die einen Koeffizienten ausgibt, der der Graustufe der von der Look-Up-Tabelle empfangenen Information entspricht. Wenn z. B. in der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung die eingegebene Graustufe auf einer 8-Bit Skala 128 ist, ist der von der Rausch-Look-Up-Tabelle erzeugte Koeffizient 1. Wenn andererseits die Graustufe 85 ist, ist der von der Rausch-Look-Up-Tabelle erzeugte Koeffizient 0. Mit anderen Worten, jede Graustufe hat einen ihr zugewiesenen Koeffizienten. Der Koeffizient kann ein Wert so niedrig wie 1/256 sein.
Die Look-Up-Tabelle 13 programmiert oder schneidert das dem Schwellen- oder Bildsignal hinzugefügte Zufallsrauschen als eine Funktion der Eingangsgraustufe. Die Rausch-Look-Up-Tabelle 13 hält N-Bit Bruchzahlenkoeffizienten (als eine Funktion der Eingangsgraustufe), die mit dem von dem Zufallsrauschgenerator 11 erzeugten Zufallsrauschen (Zahl) multipliziert und später dem Schwellen- oder Bildsignalwert hinzugefügt werden. Jedes Rauschprofil kann in die Look-Up-Tabelle geladen werden, um die Stelle und Größe der Schwellenpermutation selektiv zu verändern, um die Periodizität jedes unannehmbaren Musters zu sprengen.
Ein bevorzugtes Muster oder Beziehung wird in 17 veranschaulicht. In 17 zeigt die Graphik die Beziehung zwischen den Rauschkoeffizienten und den Graustufenwerten. In einer Ausführung beträgt z. B. der Rauschamplitudenkoeffizient bei einem Graustufenwert 128 0.375, und die Rauschamplitudenkoeffizienten bei den Graustufenwerten 64 und 192 sind 0.125. Diese Werte können justiert werden, um die besonderen Eigenschaften der Druckeinrichtung widerzuspiegeln. Außerdem ist das Muster nicht auf ein Muster mit drei Spitzen beschränkt. Das Muster kann jede Anzahl von Spitzen haben.
Der Koeffizient von der Look-Up-Tabelle 13 wird dem Multiplizierer 15 zugeführt, der den Koeffizienten und das von dem Zufallsrauschgenerator 11 erzeugte Rauschsignal multipliziert. Das Produkt dieser Multiplikation ist das tatsächliche Zufallsrauschsignal, das der Addierern 3 in 2 und 3 zugeführt wird.
7 veranschaulicht das allgemeine begriffliche Verfahren, das von der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um die Schwellenbeziehung bei bestimmten Graustufen zu stören. Wie in 7 gezeigt, wird in Schritt S1 festgestellt, ob die dem Schwellenwert zu unterziehende Graustufe des Bildes 1/4, 1/3 oder 1/2 (entsprechend 64, 85 und 128) beträgt. Wenn die Bilddaten gleich einer dieser Graustufen sind, wird die Schwellen/Signal-Beziehung in Schritt S2 gestört. Nachdem die Schwellen/Signal-Beziehung in Schritt S2 gestört wurde, oder wenn die Bilddaten eine Graustufe ungleich 1/4, 1/3 oder 1/2 haben, wird in Schritt S3 festgestellt, ob das Videosignal größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist. Wenn das Videosignal größer als das oder gleich dem Schwellenwert ist, setzt Schritt S4 den Pixelwert auf EIN, und Schritt S5 berechnet den in dem Fehlerdiffusionsprozess zu venrwendenden Fehler. Wenn aber das Videosignal kleiner als der Schwellenwert ist, setzt Schritt S6 den Pixelwert auf AUS, und in Schntt S7 wird der in dem Fehlerdiffusionsprozess zu verwendende Fehler berechnet. Nach Berechnen des Fehlers in Schritt S5 oder S7 verteilt der Prozess in Schritt S8 den Fehler auf nachfolgende Pixeln.
8 veranschaulicht ein bestimmtes Verfahren, das von der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um die Schwellenbeziehung bei bestimmten Graustufen zu stören. Wie in 8 gezeigt, wird in Schritt S1 festgestellt, ob die dem Schwellenwert zu unterziehende Graustufe des Bildes 1/4, 1/3 oder 1/2 beträgt. Wenn die Bilddaten gleich einer dieser Graustufen sind, wird dem Videosignal in Schritt S21 Zufallsrauschen hinzugefügt, um die Schwellen/ Bildsignal-Beziehung zu stören. Nachdem die Schwellen/Signal-Beziehung in Schnitt S21 gestört wurde, oder wenn die Bilddaten eine Graustufe ungleich 1/4, 1/3 oder 1/2 haben, wird in Schritt S3 festgestellt, ob das Videosignal größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist. Die übrigen Schritte sind die gleichen wie oben mit Bezug auf 7 beschrieben.
9 veranschaulicht ein anderes Verfahren, das von der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um die Schwellenbeziehung bei bestimmten Graustufen zu stören. Wie in 9 gezeigt, 8 gezeigt, wird in Schritt S1 festgestellt, ob die dem Schwellenwert zu unterziehende Graustufe des Bildes 1/4, 1/3 oder 1/2 beträgt. Wenn die Bilddaten gleich einer dieser Graustufen sind, wird dem Schwellensignal Schritt S22 Zufallsrauschen hinzugefügt, um die Schwellen/Bildsignal-Beziehung zu stören. Nachdem die Schwellen/Signal-Beziehung in Schritt S22 gestört wurde, oder wenn die Bilddaten eine Graustufe ungleich 1/4, 1/3 oder 1/2 haben, wird in Schritt S3 festgestellt, ob das Videosignal größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist. Die übrigen Schritte sind die gleichen wie oben mit Bezug auf 7 beschrieben.
10 veranschaulicht ein drittes Verfahren, das von der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um die Schwellenbeziehung bei bestimmten Graustufen zu stören. Wie in 10 gezeigt, wird in Schritt S1 festgestellt, ob die dem Schwellenwert zu unterziehende Graustufe des Bildes 1/4, 1/3 oder 1/2 beträgt. Wenn die Bilddaten gleich einer dieser Graustufen sind, wird dem Videosignal in Schritt S23 ein vorbestimmtes Muster hinzugefügt, um die Schwellen/Bildsignal-Beziehung zu stören. Nachdem die Schwellen/Signal-Beziehung in Schritt S23 gestört wurde, oder wenn die Bilddaten eine Graustufe ungleich 1/4, 1/3 oder 1/2 haben, wird in Schritt S3 festgestellt, ob das Videosignal größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist. Die übrigen Schritte sind die gleichen wie oben mit Bezug auf 7 beschrieben.
11 veranschaulicht ein viertes Verfahren, das von der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um die Schwellenbeziehung bei bestimmten Graustufen zu stören. Wie in 11 gezeigt, wird in Schritt S1 festgestellt, ob die dem Schwellenwert zu unterziehende Graustufe des Bildes 1/4, 1/3 oder 12 beträgt. Wenn die Bilddaten gleich einer dieser Graustufen sind, wird dem Schwellensignal in Schritt S24 ein vorbestimmtes Muster hinzugefügt, um die Schwellen/Bildsignal-Beziehung zu stören. Nachdem die Schwellen/Signal-Beziehung in Schritt S243 gestört wurde, oder wenn die Bilddaten eine Graustufe ungleich 1/4, 1/3 oder 1/2 haben, wird in Schritt S3 festgestellt, ob das Videosignal größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist. Die übrigen Schritte sind die gleichen wie oben mit Bezug auf 7 beschrieben.
Es wird angemerkt, dass, obwohl die in 7, 8, 9, 10 und 11 veranschaulichten Verfahren zeigen, dass Schritt S1 eine Entscheidung bezüglich drei Graustufenwerten trifft, kann Schritt S1 von einem Dreiwert-Entscheidungszustand in einen Zustand modfiziert werden, der eine Feststellung dahin gehend trifft, was der tatsächliche Graustufenwert des Bildsignals ist. Mit dieser Modifikation wird die Verzweigung von Schritt S1 direkt zu Schritt S3 beseitigt, und die Schritte S2, S21, S22, S23 und S24 stören die Schwellen/Signal-Beziehung für jedes Pixel mit einem unterschiedlichen Wert. Auf diese Weise wird die Schwellen/Signal-Beziehung über dem ganzen Bild gestört, wobei jede mögliche Graustufe einen ihr zugewiesenen individuellen Störungsmustenrwert, wie in 10 und 11, oder einen individuellen Koeffizientenwert, wie in 8 und 9, besitzt.
In Mitteltonbereichen in einem Bild sind die möglichen periodischen Muster für gleiche Zahlen von schwarzen und weißen Pixeln Schachbrett, Vertikallinien oder Horizontallinien. Herkömmlich ist es den Bildern überlassen, sich, abhängig von den Wichtungskoeffizienten und den Grenzbedingungen der Bildverarbeitungsoperation, in einem dieser Stadien anzusiedeln. Aus einer symmetrischen Sicht, würde jedoch, wenn der Schwellenwert in dem Fehlerdiffusionsprozess in einer bestimmten Weise gestört wird, der Ausgang von dem Schwellenvergleichsprozess imstande sein, in einen bestimmten Binärausgang mit einem bestimmten Zustand einzurasten. Dieses Einrasten würde schließlich die endgültige Erscheinung des Bildes durch Reduzieren der oben erörterten Musterverschiebungsartefakte beeinflussen.
12 veranschaulicht ein Musterverschiebungsartefakt, das bei einer Graustufe, die 1/2 (oder 128) entspricht, auftritt, wenn das Bildsignal durch ein 8-Bit Byte dargestellt wird. Es wird bemerkt, dass in dem 121 entsprechenden Abschnitt das Muster eines aus vertikalen Linien ist, während das Muster im Abschnitt 122 ein Schachbrettmuster ist. Außerdem, wenn das Bild zum Abschnitt 123 voranschreitet, verschiebt sich das Muster wieder in vertikales Linienmuster. Es ist diese Musterverschiebung in dem Mitteltonbereich (ein Bereich mit einem Grauwert von 128 aus 255 möglichen), die das Musterverschiebungsartefakt erzeugt, das die tatsächliche Erscheinung des Bildes verwirrt.
Es wird bemerkt, dass die schattierten Quadrate in 12 schwarze Pixeln in dem wiederzugebenden Bild darstellen und die nicht schattierten Quadrate in 12 weiße Pixeln in dem wiederzugebenden Bild darstellen. Diese Konvention wird auch in 13, 14, 15 und 16 benutzt. Wenn die vorliegende Erfindung in einer Farbvorrichtung verwendet wird, würden die schattierten Quadrate in 12 zu druckende Pixeln für eine bestimmte Farbe (Toner oder Tinte) darstellen, und die nicht schattierten Quadrate in 12 würden nicht zu druckende Pixeln für eine bestimmte Farbe (Toner oder Tinte) darstellen.
13 veranschaulicht den gleichen Mitteltonbereich (1/2 oder 128 Graustufe) wie in 12 gezeigt, aber mittels einer Ausführung der Erfindung ohne das Musterverschiebungsartefakt erzeugt. Das heißt, das in 13 gezeigte Bild wird unter Verwendung einer konstanten Schwelle bei 128 wiedergegeben, die mit einer Amplitude von 20 in einem Schachbrettmuster oder -schema moduliert wird. Das heißt, der zur Verwendung durch eine Binärisierungsschaltung erzeugte tatsächliche Schwellenwert würde durch das in Tabelle 1 gezeigte Muster dargestellt werden.
TABELLE 1
Zum anderen zeigt Tabelle 2 das dem Bildsignal hinzugefügte Wertemuster, um das Schachbrettmuster zu implementieren, wenn das System das Bildsignal modifiziert.
TABELLE 2
14 veranschaulicht den gleichen Mitteltanbereich (1/2 oder 128 Graustufe) wie in 12 gezeigt, aber nach einer Ausführung der Erfindung ohne das Musterverschiebungsartefakt erzeugt. Das heißt, das in 14 gezeigte Bild wird unter Verwendung einer konstanten Schwelle bei 128 wiedergegeben, die mit einer Amplitude von 20 in einem Vertikallinienmuster oder -schema moduliert wird. Das heißt, der zur Verwendung durch eine Binärisierungsschaltung erzeugte tatsächliche Schwellenwert würde durch das in Tabelle 3 unten gezeigte Muster dargestellt werden.
TABELLE 3
Zum anderen zeigt Tabelle 4 das dem Bildsignal hinzugefügte Wertemuster, um das Vertikallinienmuster zu implementieren, wenn das System das Bildsignal modifiziert.
TABELLE 4
Es wird bemerkt, dass in den obigen Tabellen 1 bis 4 eine Reihe eine Schnellsuchrichtiung oder elektronische Abtastrichtung darstellt, während eine Spalte eine Langsam-Suchrichtung oder mechanische Abtastrichtung darstellt.
15 zeigt eine Pixeldarstellung eines anderen Musterverschiebungsartefakts in einem Mitteltonbereich (eine Graustufe entsprechend 128 oder 1/2 für ein 8-Bit Bilddatenbyte). In 15 stellt der Abschnitt 170 einen Bereich dar, wo ein vorherrschendes horizontales Linienmuster gefunden wird. Des Weiteren stellt der Abschnitt 270 ebenfalls einen Bereich mit ei nem vorherrschenden horizontalen Linienmuster dar. Es ist daher zu bemerken, dass sich das Muster von einem horizontalen Linienmuster in Abschnitt 170 zu einem Schachbrettmuster und dann in 270 wieder zu einem horizontalen Linienabschnitt verschiebt, wenn man in einer Schnellsuchrichtung geht. Dieses Musterverschiebungsartefakt wird in 16 im Wesentlichen verringert.
In 16 wird der Mitteltonbereich (128 oder 1/2 Graustufe) durch Stören der Schwellen/ Signal-Beziehung mit dem Einschließen von Zufallsrauschen wiedergegeben. Beim Wiedergeben des Bildes werden die Horizontallinienmuster auf Bereiche eingeschränkt, wo sich Abschnitte 171 und 172 mit Abschnitt 170 überschneiden, oder die Bereiche, die der Überschneidung von Abschnitt 270 mit Abschnitten 271, 272 und 273 entsprechen. Das Hinzufügen von Zufallsrauschen für eine bestimmte Graustufe erlaubt, dass das Bild mit einer wesentlichen Verringerung im Musterverschiebungsartefakt wiedergegeben wird.
Ein zusätzlicher Vorteil des Erlaubens, dass sowohl die Stelle als auch die Intensität der Schwellenbeziehungsstörung programmierbar sind, ist eine Flexibilität, um die richtige Menge an Störungsrauschen an jede Art von vorverarbeitetem Bild vor dem Anwenden der Fehlerdiffusion anzulegen. Vorverarbeitungsoperationen umfassen Tonreproduktionskurven-(TRC) Eingabeabbildung, Verstärkungs- und Offseteinstellung, Punktüberschneidungskompensation usw. Diese Vorverarbeitungsoperationen neigen alle dazu, unannehmbare periodische Muster in eine Eingangsgraustufenstelle anders als die, die herkömmlich erwartet wurde, zu verschieben.
Außerdem kann die Rausch-Look-Up-Tabelle einmalig programmiert und optimiert werden, um Bilder mit guter Qualität entsprechend jeder der oben beschriebenen Situationen wiederzugeben. Das heißt, wenn das Bild mittels einer TRC-Eingabeabbildung und Verstärkungs- und Offseteinstellung vorverarbeitet wird, kann das Musterverschiebungsartefakt bei einer Eingangsgraustufe von etwa 220 zentriert werden. Wissend, dass das Musterverschiebungsartefakt bei einer anderen Eingangsgraustufe zentriert wurde, kann daher die Rausch-Look-Up-Tabelle programmiert werden, um Zufallsrauschen in die Schwellen/Videosignal-Beziehung zu injizieren, wenn das Bildsignal auf einer Graustufe um die neue Musterverschiebungsgraustufe herum liegt. Die Programmierbarkeit der Rausch-Look-Up-Tabelle erlaubt somit, dass die vorliegende Erfindung ohne weiteres an jede Drucksituation adaptierbar ist.
Man wird einsehen, dass verschiedene Modifikationen implementiert werden können. Zum Beispiel ist die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf ein binäres Drucksystem beschrieben worden; jedoch kann dieses Störungssystem auf jede Situa tion angewanat werden, wo ein Mehrbit-Bilddatenbyte in ein Bilddatenbyte mitweniger Bits zu verringern oder umzuwandeln ist. Das Störungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann außerdem leicht auf einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) implementiert werden, um so die Platzierung dieses Prozesses in einem Scanner, elektroninischen Untersystem, Drucker oder Anzeigeeinrichtung zu ermöglichen.
Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung mit Bezug auf einen Videobereich von 0 bis 255 beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung erwägt ledoch, dass der Videobereich jeder geeignete Bereich sein kann, um die Graustufe des gerade verarbeiteten Pixels zu beschreiben. Außerdem ist die vorliegende Erfindung ohne weiteres auf jedes Wiedergabesystem, nicht unbedingt eine binäre Ausgabeeinrichtung, anwendbar. Es wird erwogen, dass die Vorstellungen der vorliegenden Erfindung ohne weiteres auf ein Bildausgabeendgerät mit vier oder mehr Stufen anwendbar sind.
Schließlich ist vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine Monochrom- oder Schwarz/Weiß-Umgebung beschrieben worden. Die Vorstellungen der vorliegenden Erfindung sind jedoch leicht auf eine Farbumgebung anwendbar. Der Störungsprozess der vorliegenden Erfindung kann nämlich auf jeden Farbraumwert, der das Farbpixel darstellt, angewandtwerden.
Zusammengefasst, die vorliegende Erfindung stellt einen Prozess zum Beseitigen von Musterverschiebungsartefakten durch Stören der Schwellen-Bildsignal-Beziehung bereit. Die Störung basiert auf dem Grauwert der Bilddaten und-oder der Pixelstelle der Bilddaten. Des Weiteren ist die Störung programmierbar, was Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an jede Situation erlaubt.

Claims

System zum Verarbeiten von Bilddaten mit einem mehrstufigen Grau-Signal (VIDEO) mit einer ersten Anzahl von Graustufen, das umfasst: eine Schwellenwerteinrichtung, die einen Schwellenwert ("128") erzeugt; eine Umwandlungseinrichtung (1), die einen Ausgang mit einer zweiten Anzahl von Graustufen auf Basis einer Beziehung zwischen dem Schwellenwert und dem mehrstufigen Grau-Signal erzeugt, wobei die zweite Anzahl von Graustufen kleiner ist als die erste Anzahl von Graustufen; und eine Störungseinrichtung (3, 5, 7), die die Beziehung zwischen dem Schwellenwert und dem mehrstufigen Grau-Signal entsprechend einer Graustufe des mehrstufigen Grausignals stört und so den Ausgang von der Umwandlungseinrichtung beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass die Störungseinrichtung die Graustufe des mehrstufigen Grau-Signals bestimmt und die Beziehung modifiziert, wenn die Graustufe 1/2, 1/4 oder 1/3 beträgt.
System nach Anspruch 1, wobei die Störungseinrichtung (3, 7) den Schwellenwert um einen vorgegebenen Wert ändert.
System nach Anspruch 1, wobei die Störungseinrichtung das mehrstufige Grau-Signal um einen vorgegebenen Wert ändert.
System nach Anspruch 2 oder 3, wobei der vorgegebene Wert einer einer Vielzahl von Werten ist, die ein vorgegebenes Muster bilden, das mit einer bestimmten Graustufe verbunden ist, und der vorgegebene Wert, der zu dem Schwellenwert addiert wird, anhand einer Pixel-Position und einer Graustufe des mehrstufigen Grau-Signals bestimmt wird, das von der Komparatoreinrichtung verarbeitet wird.
System nach Anspruch 4, wobei das vorgegebene Muster ein Schachbrettmuster oder ein vertikales Linienmuster ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Störungseinrichtung (3, 5) Rauschstörung zu dem Schwellenwert oder dem mehrstufigen Grau-Signal addiert und/oder der Beziehung für jede Graustufe eine individuelle Störung zuteilt.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das System des Weiteren umfasst: eine Bildeinrichtung, die Bilddaten mit einem mehrstufigen Grau-Signal (VIDEO) erzeugt, und wobei die Umwandlungseinrichtung (1) einen binären Pixel-Wert entsprechend einer Beziehung zwischen einem modifizierten mehrstufigen Grau-Signal von der Störungseinrichtung und einem Schwellenwert ("128") ausgibt, entsprechend der Beziehung einen Fehler erzeugt und den Fehler auf die benachbarten Pixel verteilt.
System nach Anspruch 7, wobei die Störungseinrichtung (3, 7) umfasst: eine Modifizierungseinrichtung (7), die entsprechend der Graustufe des mehrstufigen Grau-Signals einen vorgegebenen Wert erzeugt; und eine Addiereinrichtung (3), die den vorgegebenen Wert und das mehrstufige Grau-Signal addiert, um das modifizierte mehrstufige Grau-Signal zu erzeugen.
Verfahren zum Verarbeiten von Bilddaten mit einem mehrstufigen Grau-Signal mit einer ersten Anzahl von Graustufen, das die folgenden Schritte umfasst: a) Erzeugen eines Schwellenwertes; b) Erzeugen eines Ausgangs mit einer zweiten Anzahl von Graustufen auf Basis einer Beziehung zwischen dem Schwellenwert und dem mehrstufigen Grau-Signal, wobei die zweite Anzahl von Graustufen kleiner ist als die erste Anzahl von Graustufen; und c) Stören der Beziehung zwischen dem Schwellenwert und dem mehrstufigen Grau-Signal entsprechend einer Graustufe des mehrstufigen Grau-Signals, um so den Ausgang in Schritt b) zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Störens der Beziehung das Bestimmen der Graustufe des mehrstufigen Grau-Signals und das Stören der Beziehung umfasst, wenn die Graustufe 1/2, 1/3 oder 1/4 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt c) die Beziehung um einen vorgegebenen Wert ändert und das Verfahren vorzugsweise des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: d) Auswählen eines vorgegebenen Wertes aus einem einer Vielzahl von Werten, die ein vorgegebenes Muster bilden, das mit einer bestimmten Graustufe verbunden ist; und e) Bestimmen des vorgegebenen Wertes anhand einer Pixel-Position und einer Graustufe des mehrstufigen Grau-Signals, das verarbeitet wird.