DE69608214T2

DE69608214T2 - Verfahren und Bildwiedergabevorrichtung zur Wiedergabe von Grauwerten

Info

Publication number: DE69608214T2
Application number: DE69608214T
Authority: DE
Inventors: Petrus Antonius Maria Cornelissen; Abraham Moolenaar
Original assignee: Oce Technologies BV
Current assignee: Canon Production Printing Netherlands BV
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: DE69608214D1; JP3089216B2; NL1001788C2; JPH09186867A; EP0777377A1; US5818971A; EP0777377B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergabe von Grauwerten auf einem Aufzeichnungsmedium, durch zuweisen von Pixelwerten zu Pixeln eines Bildes, das in Gruppen zusammenhängender Pixel aufgeteilt ist, wobei ein Pixel einer Zone mit einer geforderten Größe und einem zu einem Pixelwert gehörenden Bedeckungsgrad entspricht, welches Verfahren pro Grauwert für eine Gruppe von Pixeln die folgenden Schritte aufweist: auswählen eines Gruppenwertes aus einem Satz möglicher Gruppenwerte, bestimmen eines Quantisierungsfehlers, der die Differenz zwischen dem ausgewählten Gruppenwert und dem Grauwert ist, aufteilen wenigstens eines Teils des Qauntisierungsfehlers auf Grauwerte für benachbarte Gruppen von Pixeln und zuweisen von Pixelwerten zu den Pixeln der Gruppe von Pixeln auf der Grundlage des Gruppenwertes.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Bildwiedergabevorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.
Ein Verfahren dieser Art zur Wiedergabe von Grauwerten mit Hilfe diskreter Pixel mit einer begrenzten Anzahl möglicher Bedeckungsgrade ist unter dem Namen Fehlerdiffusion bekannt. Dieses Verfahren wird unter anderem zum Beispiel in "Digital Halftoning" von Ulichney, Robert, MIT Press, 1987, Kapitel 8 beschrieben. Darin wird ein Grauwert eines Pixels, bei dem z. B. 265 mögliche Grauwerte durch ein digitales 8-Bit-Wort repräsentiert werden können, in einen Pixelwert umgewandelt, der einem reproduzierbaren Bedeckungsgrad entspricht. In einem auf Elektrofotografie basierenden Drucker oder einem Tintenstrahldrucker sind im Allgemeinen nur zwei reproduzierbare Bedeckungsgrade möglich: schwarz oder weiß. Dies beruht auf der Anwesenheit oder Abwesenheit einer festen Zufuhrmenge von Tonerpulver oder Tinte. In einem solchen Fall gibt es für ein zu reproduzierendes Pixel nur zwei mögliche Pixelwerte. Der Quantisierungsfehler, der bei Übergang von 256 Grauwerten auf 2 Grauwerte gemacht wird, wird gemäß einer speziellen Aufteilung auf Grauwerte einer Anzahl benachbarter Pixel aufgeteilt. Verschiedene mögliche Aufteilungen werden beschrieben in Ulichney, z. B. in der Abteilung Floyd und Steinberg. In dem so die Grauwerte von umgebenden Pixeln für einen früheren Quantisierungsfehler korrigiert werden, wird schließlich durch Mittellung über eine Anzahl von Pixeln der korrekte Grauwerteindruck erhalten.
Es ist zu bemerken, daß ein Verfahren zur Wiedergabe von Grautönungen mit Hilfe von nur zwei Bedeckungsgraden als "Halbtonbildung" bezeichnet wird. Gemittelt über eine Anzahl von Pixeln wird ein spezifischer Grauwerteindruck durch ein spezifisches Verhältnis lokalisierter schwarzer und weißer Pixel erhalten.
Wenn die einzelnen Pixel in Gruppen zusammenhängender Pixel angeordnet sind, z. B. in Blöcken von 2 · 2 oder 1 · 4 Pixeln, so können diese Pixel als eine Gruppe aktiviert werden. Ein Gruppenwert kann dann die Anzahl identischer Pixel in einer Gruppe wiedergeben. Bei dem Beispiel einer Gruppe aus 4 Pixeln je Gruppe kann der Gruppenwert angeben, ob es 0, 1, 2, 3 oder 4 schwarze Pixel gibt. Dies entspricht einem mittleren Bedeckungsgrad für die Gruppe von 0, 25, 50, 75 oder 100%. Ungeachtet der Tatsache, daß mehr als zwei Bedeckungsgrade für eine Gruppe verfügbar sind, gibt es stets einen Quantisierungsfehler bei der Wiedergabe eines Grauwertes, der aus 8 Bits oder 256 Pegeln besteht, durch eine Gruppe von Pixeln, die nur fünf unterschiedliche Bedeckungsgrade hat.
In speziellen Ausführungsformen können die Pixel einer Gruppe nicht einmal gesondert adressiert werden, in dem Sinne, daß ein einzelnes Pixel in einer Gruppe aktiviert wird. Die Aktivierung ist dann darauf beschränkt, daß die Anzahl von Pixeln angegeben wird, die durch einen spezifischen Pixelwert wiedergegeben werden. Pixel dieser Art werden auch als Sub-Pixel bezeichnet.
Die europäische Patentanmeldung EP A 0 201 674 von G. Goertzel beschreibt ein Verfahren der eingangs genannten Art. Dabei werden Grauwerte wiedergegeben, durch Wiedergabe von Gruppen von Pixeln, die vorbestimmte Muster von Pixelwerten haben. Da nur eine begrenzte Anzahl von Mustern und somit nur eine begrenzte Anzahl von Bedeckungsgraden möglich ist, tritt hier ebenfalls ein Quantisierungsfehler auf. Dieser wird durch Fehlerdiffusion auf benachbarte Gruppen verteilt.
Eine Konsequenz eines Verfahrens wie der Fehlerdiffusion ist das Auftreten von losen, isolierten Pixeln. Dies wiederum bedeutetet, daß die Wiedergabe der Pixel auf dem Aufzeichnungsmedium hohen Anforderungen genügen muß. Die Pixel müssen nämlich stabil sein und reproduzierbar wiedergegeben können, damit man den geforderten Grauwerteindruck erhält. Häufig wird jedoch die höchst mögliche Auflösung verlangt und damit minimale Pixelabmessungen. In Kombination mit der Fehlerdiffusion kann dies zu Problemen hinsichtlich der Reproduzierbarkeit von Pixeln führen.
Trotz der Anordnung der Pixel in Gruppen besteht bei der obigen Anmeldung auch die Möglichkeit, daß ein loses, isoliertes Pixel innerhalb einer Gruppe auftritt.
Dieses Problem isolierter Pixel im Fall der Fehlerdiffusion wird in der europäischen Patentanmeldung EP 0 581 561 von R. Eschbach behandelt. Die dort beschriebene Lösung beruht darauf, daß eine minimale Anzahl zusammenhängender Pixel mit identischen Pixelwerten lokalisiert wird. Ein durch Fehlerdiffusion ausgewählter vorläufiger Pixelwert für ein Pixel wird mit Pixelwerten vorangehender Pixel verglichen. Wenn dieser ausgewählte vorläufige Pixelwert mit dem vorherigen Pixelwert identisch ist oder wenn eine minimale Anzahl zusammenhängender Pixel mit ein und demselben Pixelwert gedruckt wird, so wird der vorläufige Pixelwert als ein endgültiger Pixelwert angesehen. Andernfalls wird ein anderer, entgegengesetzter Pixelwert als der endgültige Pixelwert genommen.
Die genannte minimale Anzahl wird bestimmt durch die minimale Größe eines Haufens (Clusters) von Pixeln für die Wiedergabe.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß Auflösung geopfert wird. In Folge der Clusterbildung werden Details nunmehr weniger zufriedenstellend wiedergegeben. Die höhere Auflösung war gerade der Vorteil eines Verfahrens wie der Fehlerdiffusion gegenüber anderen Halbtonverfahren wie etwa Dithern.
Andere Verfahren zur Fehlerdiffusion werden in den Dokumenten US-A-5 363 210 und US-A-5 339 171 beschrieben. Dort werden unterschiedliche Diffusionsregeln für Randbereiche und für den Rest des Bildes ausgewählt.
Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, diesen Nachteil zu vermeiden, und zu diesem Zweck ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Gruppe von Pixeln Pixelwerte entweder in Übereinstimmung mit einer ersten Instruktion oder in Übereinstimmung mit einer davon verschiedenen zweiten Instruktion zugewiesen werden, wobei sich die zweite Instruktion von der ersten dadurch unterscheidet, daß zwei oder mehr zusammenhängenden Pixeln der Gruppe von Pixeln ausschließlich untereinander identische Pixelwerte zugewiesen werden, und daß eine dieser Instruktionen anhand eines vorgegebenen Auswahlkriteriums ausgewählt wird, das auf Grauwerten für benachbarte Pixelgruppen oder Pixelwerten benachbarter Pixel basiert.
In dem Pixel nur dann zu Cluster zusammengefaßt werden, wenn dies in Übereinstimmung mit einem geeigneten Auswahlkriterium erforderlich ist, kann der nachteilige Effekt der verminderten Auflösung auf Zonen beschränkt bleiben, in denen die Bildung von Pixelcluster Vorteile bietet. Die normale hohe Auflösung kann beibehalten werden, wo die Clusterbildung unnötig ist.
Ein vorteilhaftes Verfahren wird erhalten durch unterscheiden von Pixeln, die Teil von Randzonen in dem Bild sind, in Übereinstimmung mit dem Auswahlkriterium, zuweisen von Pixelwerten anhand der ersten Instruktion zu den Pixeln, die einer Randzone entsprechen, und zuweisen von Pixelwerten anhand der zweiten Instruktion zu den übrigen Pixeln.
Dies beruht auf dem Prinzip, daß beliebige Clusterbildungen von Pixeln an den Rändern nicht erwünscht ist, weil genau dort eine hohe Auflösung verlangt wird. Überraschend hat sich gezeigt, daß die Tatsache, daß die Möglichkeit loser Pixel nun an den Rändern zugelassen wird, keinen störenden Effekt hat. Dies liegt daran, daß isolierte Pixel in Randzonen weniger häufig aufzutreten scheinen als in Nicht-Randzonen. In Randzonen, von denen gesagt werden kann, daß ein schneller Übergang der optischen Dichte stattfindet, gibt es bereits eine gewisse Clusterbildung in Richtung auf den Rand, um diesen schnellen Übergang zu bewirken. Auch ein Randbetonungsverfahren wird häufig zu einem bestimmten Ausmaß von randorientierter Clusterbildung an den Rändern beitragen. Im Vergleich zu einer beliebigen Clusterbildung handelt es sich dabei um eine Clusterbildung mit dem Ziel, zur Schärfe eines Randes beizutragen. Das gelegentliche ungenaue Drucken eines isolierten Pixels in einer Randzone wird deshalb nicht so schnell auftreten.
Ein vorteilhaftes Verfahren, bei dem wenigstens eine Anzahl möglicher Gruppenwerte jeweils zwei oder mehr zusammenhängenden Pixeln mit untereinander identischen Bedeckungsgraden in der Gruppe entsprechen, wird erhalten durch Aufteilung des Satzes von Gruppenwerten in einen ersten Teilsatz von Gruppen werten und einen zweiten Teilsatz von Gruppenwerten, wobei der erste Teilsatz den vollständigen Satz umfassen kann und der zweite Teilsatz nur Gruppenwerte enthält, die zwei oder mehr zusammenhängenden Pixeln mit untereinander identischen Pixelwerten in der Gruppe der Pixel entsprechen, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfaßt: auswählen eines Gruppenwertes aus dem ersten Satz von Gruppenwerten in Übereinstimmung mit der ersten Instruktion und auswählen eines Gruppenwertes aus dem zweiten Satz von Gruppenwerten in Übereinstimmung mit der zweiten Instruktion.
Da in dem zweiten Satz Gruppenwerte ausgeschlossen sind, die nicht zu Pixelclustern führen, ist es einfach, eine vorhandene Gruppenfüllung zu benutzen. Es ist praktisch nicht notwendig, das Verfahren zu ändern, mit dem die Pixel letztlich lokalisiert werden. Eine geforderte Clusterbildung dieser Art wird durch Aktivierung mit spezifischen Gruppenwerten erreicht.
Eine erste Ausführungsform mit Zuweisung von Pixelwerten in einer Gruppe von Pixeln in Übereinstimmung mit einer punktzentrierten Dithammatrix, wobei die verschiedenen Gruppenwerte den verschiedenen Dithermatrixpegeln entsprechen, wird erhalten durch Auswahl aus allen Gruppenwerten in Übereinstimmung mit der ersten Instruktion und Auswahl eines ersten und eines zweiten Gruppenwertes entsprechend dem minimalen bzw. maximalen Dithermatrixpegel in Übereinstimmung mit der zweiten Instruktion.
Eine andere Ausführungsform wird erhalten durch zuweisen von Pixelwerten anhand einer Dithermatrix mit verteilten Punkten gemäß der ersten Instruktion und zuweisen von Pixelwerten anhand einer punktzentrierten Dithermatrix gemäß der zweiten Instruktion. Im letzteren Fall hat ein Punkt eine minimale Größe von zwei Pixeln.
In einer Dithermatrix entspricht jedes Pixel einer spezifischen Grauwertschwelle. Die Anzahl gesetzter Pixel ist davon abhängig, wie viele Grauwertschwellen in der Dithermatrix von dem Gruppenwert für die Wiedergabe überschritten werden. Eine punktzentrierte Dithermatrix enthält einen Kern, von dem aus die einzelnen Pixel zusammenhängend angeordnet sind. Dies kontrastiert mit verteilten Dithermatritzen, bei denen die Pixel eher über die Dithermatrix verteilt angeordnet sind. Durch Aktivierung mit genau zwei Gruppenwerten z. B. denen für weiß und schwarz, wird entweder kein einzelner Pegel überschritten, oder es werden sämtliche Pegel überschritten. Dann wird entweder kein einzelnes Pixel wiedergegeben oder es werden genau die Pixel wiedergegeben, die denselben Pixelwert haben.
Eine zweite Ausführungsform mit Zuweisung von Pixelwerten zu einer Gruppe von nicht einzeln adressierbaren Pixeln, wobei die Gruppenwerte einer Anzahl von wiederzugebenden Pixeln in der Gruppe entsprechen, ist gekennzeichnet durch Auswahl aus sämtlichen Gruppenwerten gemäß dem ersten Verfahren und Auswahl aus einem ersten bzw. zweiten Gruppenwert entsprechend der minimalen und maximalen Anzahl wiederzugebender Pixel in der Gruppe gemäß dem zweiten Verfahren.
Diese Pixel, die nicht einzeln adressiert werden können, werden auch Sub-Pixel genannt. Diese werden durch eine Anzahl von wiederzugebenden Pixeln aktiviert. In der Praxis sind sie aus Gründen der Reproduzierbarkeit häufig auch zusammenhängend angeordnet. Die Größe eines Clusters aus Sub-Pixeln wird somit durch spezifizieren mit einer Anzahl bestimmt. Im Fall einer Auswahl aus zwei Gruppenwerten, z. B. nur weiß und schwarz, werden dann entweder alle Sub-Pixel wiedergegeben, die den selben Pixelwert haben, oder nur all diejenigen Sub-Pixel, die nicht denselben Pixelwert haben.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:
Fig. 1 ein bekanntes Verfahren zur Fehlerdiffusion;
Fig. 2 eine bekannte Floyd-Steinberg-Quantisierungsfehleraufteilung:
Fig. 3 die Beziehung zwischen Grauwerten, Gruppenwerten und Sub-Pixeln in dem Verfahren;
Fig. 4 die Orte von Sub-Pixeln in einem Pixel;
Fig. 5 ein erstes Beispiel der Anordnung von Sub-Pixeln in einem Bild gemäß der Erfindung;
Fig. 6 eine Randzone des in Fig. 5 gezeigten Bildes;
Fig. 7 die Auswahl eines Gruppenwertes gemäß der Erfindung;
Fig. 8 ein erstes Beispiel einer Randzonenerkennung;
Fig. 9 ein zweites Beispiel einer Randzonenerkennung;
Fig. 10 ein zweites Beispiel der Anordnung von Pixeln in einer Dithermatrix in einem Bild gemäß der Erfindung;
Fig. 11 die Anordnung von Pixeln in einer Dithermatrix;
Fig. 12 die Beziehung zwischen Grauwerten, Gruppenwerten und Pixeln in einer Dithermatrix; und
Fig. 13 eine Bildverarbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt in Diagrammform ein bekanntes Verfahren zur Umwandlung von mehrwertigen Grauwerten I(i j) in binäre Pixelwerte B(i, j) nach dem Prinzip der Fehlerdiffusion. Der Ausdruck "Grauwert I(i, j)" soll hier angeben, daß dadurch mehr als zwei Werte repräsentiert werden können. Z. B. 256 mögliche Werte im Fall einer digitalen 8-Bit-Darstellung. Grauwert kann sich in diesem Kontext auch auf die Intensität einer Grundfarbe, rot, grün oder blau, in einem in diese Farben aufgeteilten Farbbild beziehen. Die Grauwerte sind weiterhin pixelweise spezifiziert, wobei i die Spalte und j die Zeile eines in Spalten und Zeilen aufgeteilten Bildes angibt. Die Grauwerte I(i, j,) werden nacheinander verarbeitet, zu welchem Zweck sie in Schritt 1 der Reihe nach zeilenweise von links nach rechts gelesen werden. Der gerade verarbeitete Grauwert I(i, j) wird in Schritt 2 modifiziert, indem ein Quantisierungsfehler e(i, j) addiert wird, der aus vorherigen Verarbeitungsoperationen stammt. Der modifizierte Grauwert I(i, j) + e(i, j) wird dann in Schritt 3 gespeichert und dazu benutzt, in Schritt 4 einen entsprechenden Pixelwert B(i, j) auszuwählen. Diese Auswahl ist äquivalent zum Vergleich des modifizierten Grauwertes mit einem Schwellenwert und Auswahl eines spezifischen Pixelwertes in Abhängigkeit davon, ob der Schwellenwert überschritten wird. Im Fall eines binären Pixelwertes ist dies Äquivalent zur Auswahl eines minimalen oder maximalen Bedeckungsgrades. Im Fall einer 8-Bit-Darstellung des Pixel wertes ist er deshalb 0 oder 255. Schritt S bestimmt die Differenz zwischen dem modifizierten Grauwert I(i, j) + e(i, j) und dem Pixelwert B(i, j). Diese Differenz wird als guantisierungsfehler e bezeichnet. Dieser Fehler e wird in Schritt 6 in Fraktionen e(i, j) aufgeteilt und in Schritt 7 gespeichert. In den nachfolgenden Verarbeitungsschritten werden diese Fraktionen dann in Schritt 2 wieder zu Grauwerten von vorbestimmten benachbarten Pixeln addiert, die noch verarbeitet werden müssen. Ein gemachter Quantisierungsfehler wird so in den nachfolgenden Verarbeitungsschritten kompensiert, so daß der mittlere Grauwerteindruck über eine größere Anzahl von Pixeln dem geforderten Grauwert entspricht.
Fig. 2 zeigt eine mögliche Aufteilung des Quantisierungsfehlers e nach Floyd- Steinberg. Der von dem gerade verarbeiteten Pixel 8 in Spalte i und Zeile j herrührende Quantisierungsfehler e wird gemäß den in den Pixeln 10 gezeigten Fraktionen auf diese Pixel aufgeteilt. Die Pixel 9, die bereits verarbeitet wurden, sind schraffiert gezeigt. Diese Aufteilung verschiebt sich zusammen mit dem nächsten zu verarbeitenden Pixel in Zeile j und Spalte i + 1 und dann auch in der Zeile von links nach rechts und dann zeilenweise von oben nach unten.
Fig. 4 zeigt eine mögliche Aufteilung eines Pixels 14 in Sub-Pixel. Sub-Pixel können z. B. dadurch von Pixeln unterschieden werden, daß sie nicht getrennt adressierbar sind. Dies ist der Fall, wenn Sub-Pixel nur dadurch aktiviert werden können, daß für eine Pixelposition (i, j) die Anzahl der an dieser Position anzuordnenden Sub-Pixel angegeben wird. Z. B. kann es vorkommen, daß ein Pixel nicht mit zwei Pixelwerten aktiviert wird, sondern mit einer Anzahl von Gruppenwerten, wobei ein Gruppenwert der Anzahl der wiederzugebenden Sub-Pixel entspricht. Z. B. sind in Fig. 4 in Pixel 14 vier mögliche Gruppenwerte angegeben: 0, 65, 130 und 225 im Fall einer 8-Bit-Darstelleung eines Gruppenwertes. Natürlich genügt es in diesem Fall auch, beispielsweise eine 3-Bit-Darstellung mit 0, 1, 2, 3 und 4 für die Anzahl der wiederzugebenden Sub-Pixel zu benutzen. In diesem Beispiel entsprechen die jeweiligen Gruppenwerte 0, 65, 130 und 255 den Pixelwerten der Sub-Pixel, wie durch die Pixel 15, 16, 17, 18 bzw. 19 angegeben wird. Im Fall von Sub-Pixeln wird häufig der Grenzwert für die zuverlässige Reproduzierbarkeit benutzt. Ein isoliertes Sub-Pixel kann dann häufig nicht mehr reproduzierbar angeordnet werden. Deshalb werden Gruppen von zusammenhängenden Sub-Pixeln identischen Pixelwerten zugewiesen, z. B. auf die in Fig. 4 gezeigt Weise.
Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen den möglichen Grauwerten I(i, j) + e(i, j) in Tabelle 11, den möglichen Gruppenwerten B(i, j) in Tabelle 12 und den entsprechenden möglichen Anzahlen von Sub-Pixeln in Tabelle 13. Im Gegensatz zu dem in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Verfahren bezeichnet B(i, j) nunmehr einen Gruppenwert und nicht mehr einen Pixelwert. Die Anordnung dieser Sub-Pixel erfolgt auf die in Fig. 4 beschriebene Weise.
Gemäß der Erfindung wird die Auswahl in Schritt 4 in Fig. 1 so implementiert, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Dabei wird zunächst in Schritt 26 bestimmt, ob der zugeführte Grauwert I(i, j) + e(i, j) zu einem Pixel gehört, das Teil einer Randzone ist. Wenn dies der Fall ist, wählt Schritt 28 einen Gruppenwert B(i, j) aus fünf möglichen Gruppenwerten (0, 65, 130, 195 und 255) aus, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn der Grauwert jedoch zu einem Pixel gehört, das nicht Teil einer Ranzone ist, wählt Schritt 27 einen Gruppenwert B(i, j) aus höchstens zwei möglichen Gruppenwerten 0 und 255 aus. Da dies die minimalen und maximalen Gruppenwerte sind, wird entweder kein einzelnes Sub-Pixel gesetzt oder aber genau die Sub-Pixel, die denselben Pixelwert haben. Der Effekt dieser Maßnahme ist eine Clusterbildung von Sub-Pixeln in Nicht-Randzonen. Dies verhindert das Setzen von nicht reproduzierbaren losen Sub-Pixeln infolge der Bildung isolierter Sub-Pixel durch die Fehlerdiffusion. Andererseits sind lose Sub-Pixel in Randzonen zulässig. Dies ergibt den Vorteil, daß die Randschärfe beibehalten wird. Dies beruht auf dem Prinzip, daß die Gefahr von losen, isolierten Pixeln in Randzonen kleiner ist als in Nicht-Randzonen. Der Grund hierfür ist, daß es an Rändern üblicherweise bereits eine Clusterbildung in Richtung auf den Rand gibt, um den geforderten Intensitätsübergang zu bewirken.
Fig. 6 ist ein Beispiel dafür, wie eine Aufteilung von Pixeln durch eine Randzone aussehen kann. Die schraffierten Pixel 24 gehören nicht zu einer Randzone, während die nicht schraffierten Pixel 25 Teil einer Randzone Bilden. Die Art und
Weise, wie diese Aufteilung gemacht werden kann, wird weiter unten erörtert. Auf der Grundlage dieser Aufteilung von Pixeln in Randzonen, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, des in Fig. 7 gezeigten Auswahlschrittes und der Zuweisung von Pixelwerten zu Sub-Pixeln, wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird die endgültige Wiedergabe erhalten, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist. In den Nicht-Randzonen oben links und unten rechts treten nur ganze Pixel auf: entweder ein leeres Pixel 21 ohne reproduzierte einzelne Sub-Pixel oder ein vollständig schwarzes Pixel 20 mit ei ner maximalen Anzahl von reproduzierten Sub-Pixeln, die denselben Pixelwert haben. Im Gegensatz dazu können bei den Pixeln in der Randzone getrennte Sub-Pixel unterschieden werden: z. B. Pixel 22 mit einem reproduzierten Sub-Pixel oder Pixel 23 mit zwei reproduzierten Sub-Pixeln. In diesem Beispiel ist klar, daß solche getrennten Sub-Pixel in der Randzone nicht isoliert sind. Die Reproduzierbarkeit solch loser Sub-Pixel, die sich an ganze Pixel anschließen, ist üblicherweise besser, als wenn sie isoliert wären. Ein vorteilhaftes Implementierungsverfahren könnte erhalten werden durch Unterscheidung der Seite einer Randzone, auf der sich die reproduzierten ganzen Pixel befinden, und dann durch setzen der einzelnen Sub-Pixel angrenzend dazu. Wahlweise könnten die getrennten Sub-Pixel auch in den Zonen wiedergegeben werden, wo die meisten Sub-Pixel sind.
Fig. 8 ist ein Diagramm eines ersten Beispiels, das zeigt, wie das Vorhandensein einer Randzone ermittelt werden könnte. Das in einer Größe von 5 · 5 Pixeln gezeigte Fenster wird über das eingegebene Bild mit Grauwerten oder über das ausgegebene Bild mit Pixelwerten geschoben, wobei für jede Position für das zentrale Pixel 29 bestimmt wird, ob sie Teil einer Randzone ist. Zu diesem Zweck werden die minimalen und maximalen Pixelwerte der leeren, nicht schraffierten Pixel 28 bestimmt. Wenn die Differenz einen spezifischen Wert übersteigt, so wird dies als ein Randübergang bezeichnet.
Fig. 9 zeigt in Diagrammform ein zweites Beispiel dafür, wie das Vorhandensein einer Randzone bestimmt werden kann. Dieses Verfahren beruht auf dem Filtern des Pixelbildes mit einem Digitalfilter. Dies geschieht durch eine Matrixmultiplikation der gezeigten Matrix 30 mit den Pixel- oder Grauwerten der Pixelpositionen 31 und Wiederholen dieser Prozedur für jede Pixelposition i, j. Diese Verarbeitung führt zu einem Ausgabebild, bei dem vertikale Ränder stark hervorgehoben sind. Nach geeigneter Schwellenwertbildung können nur diese Ränder übrig bleiben. Eine ähnliche Filterung kann für die übrigen Ränder ausgeführt werden. Z. B. durch Verwendung eines Filters 32 für diagonale Ränder.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf Fehlerdiffusion mit Sub-Pixeln beschränkt. Es können alle Verfahren mit Fehlerdiffusion in Betracht gezogen werden, bei denen eine Clusterbildung von Pixeln oder Sub-Pixeln erreicht werden kann. Die Erfindung kann auch mit Vorteil in einem Verfahren angewandt werden, in dem Dithermatritzen vollständig oder teilweise gemäß einem Fehler diffusionsverfahren aktiviert werden.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel einer Dithermatrix 34 mit einer Größe, die gleich einer Gruppe von 3 · 3 Pixeln ist. Es muß hier in Erinnerung gerufen werden, daß ein Gruppenwert B(i, j) wieder - wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform mit einer Gruppe von Sub-Pixeln - nun solch eine Gruppe von Pixeln als Ganzes aktiviert und nicht jedes Pixel einzeln. Die Gruppe von Pixeln wird demgemäß mit einem Spalten- und Zeilenwert adressiert. Statt mit einem Pixel, das in Sub- Pixel unterteilt ist, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, haben wir es nun mit einer Art Superpixel zu tun, das in eine Anzahl von Pixeln aufgeteilt ist.
Nur diejenigen Pixel, deren zugehöriger Dithermatrixpegel kleiner als der Gruppenwert B(i, j) ist, werden mit einem gegebenen Gruppenwert B(i, j) gesetzt. Verschiedene Dithermatrixpegel sind ebenfalls in der Dithermatrix 34 für einen Bereich von Ausgabewerten von 0 bis 255 gezeigt. Die Pixelwerte sind der Reihe nach von 35 bis 44 mit zunehmender Größe der Gruppenwerte B(i, j) gezeigt. Die Zuweisung von Pixelwerten zu den Pixeln erfolgt in Gruppen, um die Wiedergabe von isolierten Pixeln zu vermeiden. Eine Dithermatrix, mit der dies erreicht wird, wird auch als Matrix des punktzentrierten Typs beschrieben.
Fig. 12 zeigt in Tabellenform die Beziehung zwischen den Grauwerten I(i, j) (45) den möglichen Gruppenwerten B(i, j) (46) und der Anzahl von wiederzugebenden Pixeln (47), wie sie im Fall der in Fig. 11 beschriebenen Dithermatrix anwendbar ist. Wie bei der oben beschriebenen Sub-Pixel-Wiedergabe kann das Verfahren, nach dem ein Gruppenwert B(i, j) ausgewählt wird, variieren. Z. B. ist dies möglich durch Vergleich eines Grauwertes mit einem Schwellenwert oder mit Hilfe einer Nachschlagtabelle. Der Gruppenwert B(i, j) kann auch mit Hilfe eines 8-Bit-Digitalwortes ausgedrückt werden, das die in Tabelle 46 gezeigten Werte hat, oder z. B. mit Hilfe eines 4-Bit-Digitalwortes, das die in Tabelle 47 gezeigten Pixelanzahlen tat. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch die Möglichkeit, in Übereinstimmung mit dem punktzentrierten Typ aus einer Anzahl möglicher Pixelwerte auszuwählen.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Auswahlschritt 4 in Fig. 1 in ähnlicher Weise wie in Fig. 7 ausgeführt. In dieser zweiten Ausführungsform wählt Schritt 27 aus drei möglichen Ausgabewerten B(i, j) aus, die aus einem minimalen, einem mittleren und einem maximalen Dithermatrixpegel folgen, nämlich 0, 100 und 255. Die führt zu zu Clustern zusammengefaßten Pixeln, wie sie in Fig. 11 mit 35, 39 und 44 bezeichnet sind. Schritt 8 wählt wieder aus all den möglichen Gruppenwerten B(i, j,) aus, wie sie in Tabelle 46 in Fig. 12 aufgezählt sind.
Ein Beispiel eines Ausgabebildes mit einer Randzone wie in Fig. 6 gezeigt, in dem Pixelwerte nach Maßgabe der oben beschriebenen Dithermatrix und des zugehörigen Auswahlmechanismus an Pixel vergeben werden ist in Fig. 10 gezeigt.
Die Zone 33 in den Nicht-Randzonen wird entweder aus allen 9 Pixeln in schwarz oder aus allen 9 Pixeln in weiß aufgebaut. In der Randzone sind alle möglichen Pixelwerte zugelassen. Nur zwei Pixel haben den Pixelwert für schwarz in, z. B., Spalte i - 2 und Zeile j + 2. In diesem Beispiel ist zu sehen, daß diese beiden Pixel nicht isoliert aufzutreten brauchen, da in einer Randzone eine Clusterbildung von anderen Pixeln in Richtung auf den Rand stattfindet. Die Gefahr, daß solch ein kleiner Cluster aus Pixeln isoliert auftritt, ist in einer Randzone minimal. Selbst wenn solch ein kleiner Cluster aus Pixeln isoliert in einer Randzone angeordnet ist, gibt es noch genügend größere Cluster von Pixeln in der unmittelbaren Nachbarschaft. Deshalb hat es keine nennenswerten Konsequenzen, falls ein kleiner Cluster nicht in hinreichend stabiler Weise wiedergegeben wird.
Die beiden oben beschriebenen Implementierungsmethoden gemäß der Erfindung können auf verschiedene Weisen ausgeführt werden. Z. B. als ein Algorithmus in einem allgemeinen Computer zur Erzeugung von Pixelsignalen für eine Wiedergabeeinrichtung. Alternativ als Hardware in der Form der benötigten elektronischen Schaltkreise, z. B. Vergleicher, Summenglieder, Nachschlagtabellen und dergleichen. Diese Schaltungen können in unterschiedlichen Ausmaßen in eine einzige Komponente integriert werden, z. B. in Form eines speziell entworfenen ICs oder Logikzellenarrays.
Fig. 13 ist ein Diagramm, das einen möglichen Aufbau einer Bildwiedergabevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. Grauwertsignale I(i, j) werden vorübergehend in einem Eingabepuffer 46 gespeichert. Im Fall eines 5 · 5 - Pixel-Fensters für die Erkennung von Randzonen umfaßt der Eingabepuffer 46 fünf Bildzeilen.
Ein Summenglied 47 modifiziert ein Eingangssignal I(i, j) mit einem Fehlersignal I(i, j), das aus einem Quantisierungsfehler-Speicher 48 stammt. Das so modifizierte Grauwertsignal I(i, j) + e(i, j) wird dann über einen Puffer 50 einer Auswahleinrichtung 51 zugeführt. Die Auswahleinrichtung 51 wählt dann auf der Grundlage des ihr zugeführten modifizierten Grauwertsignals ein Gruppensignal B(i, j) aus, das entweder von einer Generiereinrichtung 52 oder von einer Generiereinrichtung 53 erzeugt wird. Die Generiereinrichtung 52 erzeugt mehrere Gruppensignale B(i, j) in Übereinstimmung mit Fig. 1 oder Fig. 12. Die Generiereinrichtung 53 erzeugt jedoch einen begrenzten Satz von Gruppensignalen B(i, j) in Übereinstimmung mit dem beschriebenen Implementierungsverfahren, so daß eine minimale Anzahl zusammenhängender Pixel einen identischen Pixelwert erhält. Gemäße der ersten Implementierungsmethode die Gruppenwerte 0 und 255 und gemäß der zweiten Implementierungsmethode die Gruppenwerte 0, 125 und 255. Die Auswahl dieser Generiereinrichtung wird wiederum durch das Ausgangssignal (R, R) der Randzonen Erkennungseinrichtung 49 bestimmt. R bedeutet in diesem Fall, daß das aktuelle Pixel zu einer Randzone gehört, und R, daß dies nicht der Fall ist. Das Ausgangssignal R oder R steuert die Auswahl der Generiereinrichtung 52 oder 53 mit Hilfe einer Schalteinrichtung 54.
Die ausgewählten Gruppensignale B(i, j) werden einem Ausgabepuffer 55 zugeführt und dort gespeichert. Auf der Basis eines Gruppensignals B(i, j) werden durch eine Sub-Pixel-Setzeinrichtung 60 die Pixelwerte der wiederzugebenden Sub-Pixel gewählt. Diese Sub-Pixelwertsignale werden dann einer digitalen Reproduktionseinrichtung 61 wie etwa einem elektrografischen Drucker mit einem Laser oder einer LED-Bilderzeugungseinheit oder einem Tintenstrahldrucker zugeführt.
Im Fall eines integrierten Reproduktionssystems wie etwa eines digitalen Kopiergerätes stammen die Grauwertsignale I(i, j) aus einem Scanner. Die Unterscheidung zwischen der Reproduktionseinrichtung und der Bildverarbeitungseinrichtung ist somit weniger streng. Die Reproduktionseinrichtung kann z. B. einen Teil der Bildverarbeitung ausführen, etwa die Zuweisung von Pixelwerten zu den Sub-Pixeln auf der Grundlage des zugeführten Gruppensignals.
Es ist auch zu bemerken, daß die Reproduktionseinrichtung 61 auch ein Monitorbildschirm sein kann.

Claims

1. Verfahren zur Wiedergabe von Grauwerten auf einem Aufzeichnungsmedium, durch Zuweisung von Pixelwerten zu Pixeln eines Bildes, das in Gruppen zusammenhängender Pixel aufgeteilt ist,

bei dem ein Pixel einer Zone mit einer geforderten Größe und einem zu einem Pixelwert gehörenden Bedeckungsgrad entspricht, welches Verfahren je Grauwert für eine Gruppe von Pixeln die folgenden Schritte aufweist:

Auswählen eines Gruppenwertes aus einem Satz möglicher Gruppenwerte,

Bestimmen eines Quantisierungsfehlers, der die Differenz zwischen dem ausgewählten Gruppenwert und dem Grauwert ist,

Aufteilen wenigstens eines Teils des Quantisierungsfehlers auf Grauwerte für benachbarte Gruppen von Pixeln und

Zuweisen von Pixelwerten zu den Pixeln der Gruppe von Pixeln auf der Grundlage des Gruppenwertes,

gekennzeichnet durch

zuweisen von Pixelwerten zu Pixeln aus der Gruppe von Pixeln entweder in Übereinstimmung mit einer ersten Instruktion oder in Übereinstimmung mit einer davon verschiedenen zweiten Instruktion, wobei die zweite Instruktion sich von der ersten dadurch unterscheidet, daß nur untereinander identische Pixelwerte zu zwei oder mehr zusammenhängenden Pixeln aus der Gruppe von Pixeln zugewiesen werden, und auswählen einer dieser Instruktionen auf der Grundlage eines vorgegebenen Auswahlkriteriums auf der Basis von Grauwerten für benachbarte Pixelgruppen oder von Pixelwerten benachbarter Pixel.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Übereinstimmung mit dem Auswahlkriterium Pixel unterschieden werden, die Teil von Randzonen in dem Bild sind, und daß den Pixeln, die einer Randzone entspre chen, Pixelwerte in Übereinstimmung mit der ersten Instruktion zugewiesen werden und den anderen Pixeln Pixelwerte in Übereinstimmung mit der zweiten Instruktion zugewiesen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem wenigstens eine Anzahl möglicher Gruppenwerte jeweils zwei oder mehr zusammenhängenden Pixeln mit untereinander identischen Bedeckungsgraden in der Gruppe entspricht, gekennzeichnet durch aufteilen des Satzes der Gruppenwerte in einen ersten Teilsatz von Gruppenwerten und einen zweiten Teilsatz von Gruppenwerten, wobei der erste Teilsatz den vollständigen Satz umfassen kann und der zweite Satz nur Gruppenwerte enthält, die zwei oder mehr zusammenhängende Pixel mit untereinander identischen Pixelwerten in der Gruppe von Pixeln entspricht, welches Verfahren weiterhin aufweist:

die Auswahl eines Gruppenwertes aus dem ersten Satz von Gruppenwerten in Übereinstimmung mit der ersten Instruktion und

die Auswahl eines Gruppenwertes aus dem zweiten Satz von Gruppenwerten in Übereinstimmung mit der zweiten Instruktion.

4. Verfahren nach Anspruch 3, mit Zuweisung von Pixelwerten in einer Gruppe von Pixeln in Übereinstimmung mit einer punktzentrierten Dithermatrix, wobei die einzelnen Gruppenwerte den verschiedenen Dithermatrixpegeln entsprechen,

gekennzeichnet durch

auswählen aus sämtlichen Gruppenwerten in Übereinstimmung mit der ersten Instruktion und

auswählen aus einem ersten und einem zweiten Gruppenwert entsprechend dem minimalen bzw. maximalen Dithermatrixpegel in Übereinstimmung mit der zweiten Instruktion.

5. Verfahren nach Anspruch 3, mit zuweisen von Pixelwerten zu einer Gruppe nicht einzeln adressierbarer Pixel, wobei die Gruppenwerte einer Anzahl von wie derzugebenden Pixeln in der Gruppe entsprechen, gekennzeichnet durch

auswählen aus einem ersten bzw. zweiten Gruppenwert entsprechend der minimalen und maximalen Anzahl von wiederzugebenden Pixeln in der Gruppe in Übereinstimmung mit der zweiten Instruktion.

6. Bildwiedergabevorrichtung zur Wiedergabe von Grauwerten auf einem Aufzeichnungsmedium, durch Erzeugung von Pixelsignalen für Pixel eines Bildes, das in Gruppen zusammenhängender Pixel aufgeteilt ist, wobei ein Pixel einer Zone mit einer geforderten Größe und einem zu einem Pixelsignal gehörenden Bedeckungsgrad entspricht, mit:

einer Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Grauwertsignalen, die Grauwerte repräsentieren,

einer Quantisierungseinrichtung zum Umwandeln der Grauwertsignale in Pixelsignale, die zur Zufuhr zu einer Reproduktionseinrichtung geeignet sind,

einer Reproduktionseinrichtung zur Wiedergabe der Pixel auf dem Aufzeichnungsmedium als Funktion der Pixelsignale,

wobei die guantisierungseinrichtung aufweist:

eine Generiereinrichtung zum Erzeugen eines Gruppensignals für jedes Grauwertsignal für eine Gruppe von Pixeln,

eine Quantisierungsfehler-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines Quantisierungsfehlersignals, das die Differenz zwischen einem erzeugten Gruppensignal und dem entsprechenden Grauwertsignal ist, und

einer Aufteileinrichtung zum Addieren wenigstens eines Teils des Quantisierungsfehlersignals zu den Grauwertsignalen für benachbarte Gruppen von Pixeln, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Zuweisungseinrichtung aufweist, zum Erzeugen von Pixelsignalen für die Pixel der Gruppe von Pixeln als Funktion des Gruppensignals, dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorrichtung in der Lage ist ein Gruppensignal und entsprechende Pixelsignale für Pixel der Gruppe von Pixeln entweder in einem ersten Betriebsmodus oder in einem davon verschiedenen zweiten Betriebsmodus zu erzeugen, wobei der zweite Betriebsmodus nur zu untereinander identischen Pixelsignalen für zwei oder mehr zusammenhängende Pixel führt, und

die Vorrichtung eine Segmentiereinrichtung aufweist, zum Aktivieren eines der Betriebsmodi für eine Gruppe von Pixeln auf der Grundlage eines vorgegebenen Auswahlkriteriums, das auf Grauwertsignalen für benachbarte Pixelgruppen oder Pixelsignalen von benachbarten Pixeln basiert.

7. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentiereinrichtung eine Randerkennungseinrichtung aufweist, zur Unterscheidung von Pixeln, die Teil eines Randes in dem Bild sind,

und daß die Vorrichtung anhand eines von der Randerkennungseinrichtung zugeführten Schaltsignals für Pixel, die Teil von Randzonen sind, im ersten Betriebsmodus aktiv ist, während sie im zweiten Betriebsmodus aktiv ist, wenn dies nicht der Fall ist.

8. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der wenigstens eine Anzahl möglicher Gruppensignale jeweils zwei oder mehr zusammenhängenden Pixeln mit untereinander identischen Bedeckungsgraden in einer Gruppe entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung dazu geeignet ist, erste oder zweite Gruppensignale zu erzeugen, wobei die zweiten Gruppensignale nur untereinander identischen Pixelsignalen für zwei oder mehr zusammenhängende Pixel in der Gruppe entsprechen und die Erzeugungseinrichtung weiterhin in der Lage ist, im ersten Betriebsmodus ein erstes Gruppensignal und im zweiten Betriebsmodus ein zweites Gruppensignal zu erzeugen.

9. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Generiereinrichtung in der Lage ist, Pixelsignale gemäß einer punktzentrierten Dithermatrix zu erzeugen und bei der die einzelnen Gruppensignale den einzelnen Dithermatrixpegeln entsprechen, und dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahleinrichtung dazu geeignet ist, im zweiten Betriebsmodus zweite Gruppensignale zu erzeugen, die entweder dem minimalen oder dem maximalen Dithermatrixpegel entsprechen.

10. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Generiereinrichtung dazu ausgebildet ist, Pixelsignale für eine Gruppe nicht einzeln adressierbarer Pixel zu erzeugen und bei der die Gruppensignale einer Anzahl von wiederzugebenden Pixeln in der Gruppe entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Generiereinrichtung dazu ausgebildet ist, im zweiten Betriebsmodus ein erstes und ein zweites Gruppensignal zu erzeugen, wobei diese Signale der minimalen bzw. der maximalen Anzahl von wiederzugebenden Pixeln in der Gruppe entsprechen.