DE69731258T2

DE69731258T2 - Randverbesserte Fehlerdiffusion

Info

Publication number: DE69731258T2
Application number: DE69731258T
Authority: DE
Inventors: David A. Mantell
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2017-06-28
Also published as: MX9703421A; JP3992789B2; JPH1084478A; BR9703696A; EP0817466A2; EP0817466B1; DE69731258D1; US5835238A; EP0817466A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die randverbesserte Fehlerdiffusion und beschäftigt sich insbesondere mit der Verwendung von Phantompegeln bei der randverbesserten Fehlerdiffusion für die Quantisierung oder Rasterung bei Farb- oder Monochromvorlagen.
Die Darstellung von Halbton-Bilddaten in einem Binär- oder Mehrpegelformat ist von großer Bedeutung, da der Bedarf am Senden und Anzeigen von Bildern wächst. Die Binärdarstellung oder die Mehrpegeldarstellung von Halbtonbildinformationen ist erwünscht, um die Empfindlichkeit gegenüber Rauschen bei der Sendung und Speicherung der Bildinformationen zu verringern, oder die präzise Darstellung von Halbtonoriginalen mit Binär- oder Mehrpegelmedien zu ermöglichen.
Auf dem allgemeinen Gebiet der Digitalrasterung existieren unterschiedliche Verfahren für die Umwandlung von Halbtonbildern in Binärbilder, um die Erscheinung der Tonabstufungen derart beizubehalten, dass sie dem Originalbild gleichen. Bei der digitalen Reproduktion von Vorlagen wird eine Farbseparation, die die Änderung der Dichte einer einzigen Primärfarbe erlaubt, mit anderen Separationen kombiniert, um ein Vollfarbbild zu erzeugen. Die Farbseparation wird in geeigneter Weise als monochrome Bitmap dargestellt, die als elektronische Abbildung mit diskreten Signalen (im folgenden "Pixel" genannt) beschrieben werden kann, die durch eine Position und eine Dichte definiert sind. In einem derartigen System ist die Dichte als ein Pegel in einer Vielzahl möglicher Zustände oder Pegel beschrieben. Wenn mehr als zwei Dichtpegel bei der Beschreibung des Bildes verwendet werden, werden die Pegel oftmals als "Grau" bezeichnet, womit gekennzeichnet ist, dass sie zwischen einem Maximum und einem Minimum variieren, wobei auf ihre tatsächliche Farbe kein Bezug genommen wird. Die meisten Drucksysteme sind in der Lage, ein Bild mit einer geringen Zahl von Pegeln wiederzugeben, wenngleich andere Pegelzahlen möglich sind. Beispielsweise arbeiten Tintenstrahldrucker normalerweise mit zwei Pegeln, während akustische Tintenstrahldrucker mit mehr als zwei Pegeln arbeiten können.
Drucksysteme oder Anzeigesysteme empfangen Informationen von bekannten Eingabevorrichtungen, wie etwa Vorlagenscannern, Digitalkameras und Computer-Bilderzeugungsvorrichtungen. Diese bekannten Eingabevorrichtungen sind jedoch in der Lage, ein Bild mit einer wesentlich größeren Zahl von Graupegeln zu beschreiben, wobei 256 Pegel eine häufig gewählte Zahl ist, wenngleich mehr und weniger Pegel möglich sind. Demzufolge ist es notwendig, dass ein Bild, das zuvor mit einer großen Zahl von Pegeln beschrieben wurde, mit einer geringeren Zahl von Pegeln in einer Weise beschreibbar ist, mit der die Informationen des Originalbildes erfasst werden können, und die für den Endbenutzer zufriedenstellen ist. Bei der digitalen Reproduktion von Farbvorlagen bedeutet dies, dass jede der Farbseparationen von der eingegebenen Anzahl von Pegeln auf eine geringere Ausgabezahl von Pegeln reduziert wird. Die zahlreichen Farbseparationen werden beim Drucken kombiniert, um den fertigen Farbausdruck zu erzeugen. Im allgemeinen werden Farbdokumente unter Verwendung von Zyan-, Magenta- und Gelbfarbmitteln oder unter Verwendung von Zyan-, Magenta-, Gelb- und Schwarzfarbmitteln ausgebildet. Ebenso können eine größere Zahl oder alternative Farbmittel verwendet werden.
Beim Drucken oder Anzeigen eines Bildes wird die gewünschte Farbdichte in einem Bereich im allgemeinen durch Rasterung erreicht, wobei die Änderung der Separationsdichte durch Anordnen einer größeren oder geringeren Zahl von EIN-Pixeln in einem diskreten Separationsbereich dargestellt wird. Bei einem Rasterverfahren, das als Dithering oder Screening bekannt ist, wird in einem gegebenen Bereich mit einer darin enthaltenen Zahl von Grauseparationspixeln ein Wert, der die Dichte jedes Separationspixels einer Anordnung von Grauseparationspixeln innerhalb des Bereiches repräsentiert, mit einem einer Gruppe von vorgewählten Schwellenwerten verglichen (die Schwellenwerte sind als Dithermatrix gespeichert, wobei das Wiederholungsmuster, das durch diese Matrix erzeugt wird, als Rasterzelle betrachtet wird), wie es etwa in US-A-4 149 194 beschrieben ist. Der Effekt einer derartigen Anordnung besteht darin, dass für einen Bereich, in dem das Bild grau ist, einige der Schwellenwerte innerhalb der Dithermatrix überschritten werden, d.h. der Bildwert an diesem speziellen Ort ist größer als der Wert, der in der Dithermatrix für denselben Ort gespeichert ist, während andere dies nicht sind. Im binären Fall können die Separationspixel oder Zellelemente, für die die Schwellenwerte überschritten werden, als Maximalfarbwert gedruckt werden, während die verbleibenden Separationspixel abhängig von der tatsächlichen physikalischen Menge, die durch die Daten beschrieben ist, weiß bleiben dürfen oder nicht gedruckt werden. Das beschriebene Rasterverfahren erzeugt ein Ausgabemuster, das in den Raumkoordinaten periodisch oder quasi-periodisch ist.
Die Fehlerdiffusion ist ein weiteres Rasterverfahren und ist in "An Adaptive Algorithm For Spatial Gray Scale" von Floyd und Steinberg, in den Tagungsberichten des SID 17/2, 75 bis 77 (1976) beschrieben. Ein weiteres, aufwendigeres Verfahren sind die Fehlerdiffusionstechniken von US-A-5 045 952, die eine bildabhängige Randverbesserung durch dynamisches Einstellen des Schwellenpegels eines Fehlerdiffusionsalgorithmus erzeugen, um selektiv den Umfang der Randverbesserung zu steuern, die in einer kodierten Ausgabe induziert ist. Der Schwellenpegel wird selektiv auf Pixel-für-Pixel-Basis modifiziert. Darüber hinaus beschreibt US-A-5 353 127 die Fehlerdiffusion unter Anwendung eines Verfahrens zum Quantisieren von Graustufen-Pixeldaten mit einer erweiterten Verteilungsgruppe, in der unterschiedliche Schemata für die Verteilungsgewichtung eines Fehlers verwendet werden. Die Fehlerdiffusion versucht, Grau dadurch präzise wiederzugeben, dass eine Umwandlung von Graupixeln zu Binär- oder Mehrstufenpixeln auf Pixel-für-Pixel-Basis ausgeführt wird. Die Fehlerdiffusion untersucht jedes Pixel im Bezug auf einen Schwellenwert, wobei der Unterschied zwischen dem Graustufenpixelwert und dem Ausgabewert zu einer gewählten Gruppe oder Satz benachbarter Pixel gemäß einem Gewichtungsschema weitergeleitet wird. Das Ausgabebinärmuster des Fehlerdiffusionsalgorithmus und dessen Ableitungen erzeugen ein Muster mit einer lokalen Periodizität, die sich auf den Eingabepegel bezieht, jedoch ohne globale Periodizität. Siehe "Analytic Description of the 1-D Error Diffusion Technique for Halftoning", Optics Communications, Volume 52, No. 3, 165-168 (1984) von R. Eschbach und R. Hauck.
Das Dithering führt zu Problemen bei der Farbvorlagenreproduktion, wobei das sich wiederholende Muster des Bildschirms über das gesamte Bild bei der Überlagerung mit sich ähnlichen wiederholenden Mustern bei Mehrfachseparationen ein Moiré oder andere Artefakte insbesondere bei Drucksystemen verursachen kann, die übe keine ideale Ausrichtung zwischen den Separationen verfügen.
Die Fehlerdiffusion arbeitet hingegen auf einer Pixel-für-Pixel-Basis und ist somit nicht periodisch, wodurch die Probleme des Moiré verringert werden können. Da die Fehlerdiffusion ein deterministischer Vorgang ist, kann die Ausrichtung der unterschiedlichen deterministischen Farbseparationen zu einer Farbverschiebung führen. Eine derartige Farbverschiebung kann verringert werden, indem ein Zufallselement in den Fehlerdiffusionsvorgang eingeführt wird, geht jedoch zu Lasten des Bildrauschens. Wenngleich darüber hinaus der Algorithmus, der in US-A-5 045 952 beschrieben ist und der eine bildabhängige Randverbesserung erzeugt, die Wiedergabe von Rändern in einem Bild verbessern kann, werden bestimmte Artefakte in den extremen Lichten und Schatten erzeugt. Diese Artefakte können insbesondere bei großen Randverbesserungsfaktoren die Qualität des Bildes beeinträchtigen, anstatt sie zu verbessern. Eine mögliche Lösung zur Verringerung derartiger Artefakte, die aus dem Randverbesserungsalgorithmus resultieren, ist in "New Edge-enhanced Error Diffusion Algorithm Based on the Error Sum Criterion" von Kim et al., Journal of Electronic Imaging 4(2), 172-178 (April 1995) beschrieben. Das beschriebene Verfahren versucht diese Probleme durch Analysieren einer Fehlersumme zu lösen, um zu bestimmen, ob ein Randbereich derartige Problemzonen enthält, und wenn dies der Fall ist, ein Konstante zum Fehler hinzuzufügen.
"Threshold Modulation in Error Diffusion" von Knox and Eschenbach, Journal of Electronic Imaging, Juli 1993, Ausgabe 2, Seite 185-192 beschreibt eine theoretische Analyse der Schwellenwertmodulation bei der Fehlerdiffusion. Eine räumliche Modulation hat sich als mathematisch identisch mit der Verarbeitung eines äquivalenten Eingabebildes mit einem herkömmlichen Standardfehleralgorithmus erwiesen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verfahren für die Umwandlung eines Eingabebildes zu verbessern, das von einer Eingabevorrichtung zur Ausgabe des Bildes beim Drucken oder Anzeigen zugeführt wird. Dieses Ziel wird durch ein Verfahren zum Umwandeln eines Eingabebildes gemäß Anspruch 1 erreicht. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. In diesen ist:
1 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild, das ein Bilderzeugungssystem darstellt, in dem die vorliegende Erfindung eingesetzt wird;
2 ein ausgedehntes Bild, das ein Artefakt darstellt, das aus dem randverbesserten Fehlerdiffusionsalgorithmus des Standes der Technik resultiert;
3 ein ausgedehntes Bild, das die Verringerung der randverbesserten Artefakte unter Verwendung des Verfahrens und des Gerätes der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein Graph eines Beispiels eines Fehlers plus Schwellenwert gegenüber den Pixelorten ohne die Verwendung von Phantompegeln, die einen großen Artefaktbereich zeigen;
5 ein Graph eines Beispiels eines Fehlers plus Schwellenwert gegenüber Pixelorten für die vorliegende Erfindung unter Verwendung von Phantompegeln;
6 eine Darstellung eines modifizierten Schwellenpegels T_n wie auch von Pixelunterdrückungspegeln C_n sowie Phantomausgabepegeln O_n der vorliegenden Erfindung; und
7 eine Randverbesserungs-Phantompegel-Fehlerdiffusionsschaltung der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein grundlegendes Bildverarbeitungssystem 10. Beim System 10 leitet eine elektronische Darstellung einer Vorlage (im folgenden eine Abbildung) von einem Bildeingabeendgerät (IIT) 12 elektronische Digitaldaten in einer bestimmten Weise von einer Originalabbildung oder einer anderen Quelle in einem Format ab, das sich auf die physikalischen Eigenschaften der Vorrichtung bezieht und normalerweise Pixel enthält, die in m Bits pro Pixel unterteilt sind. Typische Bildeingabeendgeräte umfassen einen Scanner 14, eine Computer-Bilderzeugungseinrichtung 16 und eine Bildspeichervorrichtung 18. Herkömmliche Farbscanner, wie etwa die Xerox Digitalfarbkopierer oder der Pixel Craft 7650C erzeugen 8 Bits je Pixeldaten bei Auflösungen, die für zahlreiche Zwecke ausreichend sind. Die elektronischen Digitaldatensignale, die durch eine Bildverarbeitungseinheit (IPU) 20 übertragen werden, werden für eine geeignete Wiedergabe an einem Bildausgabeendgerät (IOT) 22 verarbeitet, das eine Bildspeichervorrichtung 24, einen Drucker 26 und eine Anzeigeeinrichtung 28 umfassen kann. Der Drucker 26 kann zahlreiche Arten von digitalen Bilderzeugungsdruckern beinhalten, wie etwa xerografische Drucker und Flüssigfarbdrucker, wie etwa mit kontinuierlicher Strahlstromtechnik, Tropfen-auf-Bedarf-Technik, einschließlich piezoelektrischer, akustischer Technik, wachsbasierter Phasenänderungstechnik oder thermischer Technik. In ähnlicher Weise umfasst die Anzeigeinrichtung 28 nicht nur Anzeigeeinrichtungen vom Typ der Kathodenstrahlröhren, sondern auch Flüssigkristallanzeigen und andere Bildanzeigeeinrichtungen. Die Bildverarbeitungseinheit 20 umfasst einen Rasterprozessor 30, der m Bitdigitalbildsignale in n Bitdigitalbildsignale umwandelt, die sich für die Wiedergabe durch das Bildausgabeendgerät 22 eignen, wobei m und n ganze Zahlen sind.
Wie es hier verwendet wird, bezieht sich ein "Pixel" auf ein Bildsignal, das einer speziellen Position in einer Abbildung zugeordnet ist, die eine optische Dichte zwischen einem Minimum und einem Maximum hat. Demzufolge sind Pixel durch die Intensität und die Position definiert. Die Pixel können sich auf eine spezielle Position, einen Bereich oder auf Superpixel (Ansammlung von Pixeln) in der Ausgabeabbildung beziehen. Darüber hinaus findet die vorliegende Erfindung sowohl bei Monochrom- als auch bei Farbsystemen Anwendung, wobei Farbvorlagen durch mehrere Sätze von Bildsignalen dargestellt werden und jeder Satz (oder Separation) durch einen unabhängigen Kanal dargestellt wird, der normalerweise unabhängig verarbeitet wird. Jede Separation erzeugt einen Satz Bildsignale oder Separationspixel. Diese können verwendet werden, um einen Drucker anzusteuern oder um eine Farbseparation der Abbildung zu erzeugen. Für den Fall von Mehrfarbdruckern erzeugen diese Separationen, wenn sie übereinandergelegt werden, die Farbabbildung. In diesem Zusammenhang werden Pixel als diskrete Bildsignale beschriebene, die die optische Dichte der Vorlageabbildung in einem gegebenen kleinen Bereich (Grau) darstellen, wobei sich dies hier nicht auf eine Farbe bezieht, solange diese nicht speziell als solche identifiziert ist, da die vorliegende Erfindung in gleicher Weise sowohl in Monochrom- als auch in Farbräumen eingesetzt werden kann. Anstelle dessen bezieht sich der Begriff auf Bildsignale, die zwischen einem Maximum und einem Minimum unabhängig von der Farbe der Separation schwanken, in der die Signale verwendet werden. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen Farbraum beschränkt, bei dem Zyan, Magenta, Gelb und Schwarz verwendet werden, sondern kann auch bei anderen Farbräumen, wie etwa jenen, die Luminanz, Chrominanz und Farbton beinhalten, zur Verbesserung des Luminanzsignals oder bei anderen beliebigen Räumen oder Separationen verwendet werden.
Bevor eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird, werden die Grundlagen der Erfindung erläutert. Beim randverbesserten Phantompegel-Fehlerdiffusionsvorgang der vorliegenden Erfindung und der hier beschriebenen Schaltung wird eine Monochrom- oder Farbabbildung unter Verwendung des randverbesserten Fehlerdiffusionsalgorithmus und eines Gerätes verarbeitet, wie es in US-A-5 045 952 beschrieben ist. Dieses Verfahren ist jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung abgeändert, um dessen Randverbesserungseigenschaften zu verbessern. Es hat sich gezeigt, dass der Randverbesserungsalgorithmus, der in US-A-5 045 952 beschrieben ist, insbesondere für Tintenstrahlbilder geeignet ist, bei denen die Druckvorgänge dazu neigen, Ränder infolge der Abscheidung von Tintentropfen und des Phänomens des Tintenverlaufs zu entfernen. Der bestehende Algorithmus kann jedoch unerwünschte Artefakte erzeugen, die in den extremen Lichten und Schatten einer wiederzugebenden Abbildung entstehen. Diese Artefakte können insbesondere bei großen Randverbesserungsfaktoren die Qualität des Bildes beeinträchtigen anstelle diese zu verbessern. Die vorliegende Erfindung verbessert daher den Algorithmus von US-A-5 045 952 durch Einschließen einer Vielzahl von Phantom-Ausgabepegeln, die bei der Berechnung des Fehlers verwendet werden, der benutzt wird, um ein Eingabebildsignal zu modifizieren.
Die vorliegende Erfindung ist zudem bei jedem beliebigen Fehlerdiffusionsalgorithmus und Schaltungen einsetzbar, bei denen Umwandlungsfehler auf Pixel verteilt werden. Darüber hinaus eignet sich die vorliegende Erfindung für Bildverbesserungsalgorithmen und Schaltungen, bei denen die Zahl der Eingabepegel gleich der Zahl von Ausgabepegeln ist, die Abbildung jedoch durch die Veränderung gewünschter Bildattribute, wie etwa der Randverbesserung, verbessert wird. Bei diesen Systemtypen kann die Zahl der Eingabepegel beispielsweise 256 sein, wobei die Zahl der Ausgabepegel dementsprechend 256 sein würde.
Bei den bekannten Fehlerdiffusionsalgorithmen ist der Fehler die Differenz zwischen dem Grauwert (0 bis 255) des Original-Eingabe-Digitalgraustufenbildes und dem tatsächlichen Wert, der Weiß (0) oder Schwarz (255) gedruckt wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Fehler jedoch als Differenz zwischen dem Grauwert (0 bis 255) des Original-Eingabe-Digitalgraustufenbildes und einem Ausgabewert ermittelt. Dieser Ausgabewert kann einer der möglichen Ausgabepegel oder ein Phantom-Ausgabepegel sein, der nicht gedruckt werden kann. Diese Phantompegel können beispielsweise Pegel unter 0 oder über 255 sein, die nicht gedruckt werden können, so dass anstelle dessen die Pegel 0 bzw. 255 gedruckt werden. Demzufolge wird für die vorliegende Erfindung der Standard-Diffusionsalgorithmus, der in zwei Gleichungen ausgedrückt ist, durch Einschließen dieser beiden Phantompegel verändert. Die erste Gleichung (Gleichung 1) wird nicht verändert, wobei die Ausgabebildpixel b(m,n) wie folgt definiert sind: b(m,n) = Schritt [i(m,n) – Σajke(m – j, n – k) – t] Gleichung 1wobei i gleich den Bildeingabepixeln ist.
Die zweite Gleichung (Gleichung 2) wird durch Einschließen der Phantomausgabepegel abgeändert. Für druckbare Pegel ist e(m,n) gleich o(m,n), aber für Phantompegel ist o(m,n) gleich dem nächstgelegenen Pegel (normalerweise 0 oder 255). e(m,n) beschreibt die Fehler, die beim Schwellenwertvorgang gemacht werden, wie folgt: e(m,n) = o(m,n) – [i(m,n) – Σajke(m – j, n – k)] Gleichung 2wobei o(m,n) gleich einem Phantomausgabepegel ist, wenn der Schwellenwert plus Fehler geringer als 0 oder größer als 255 ist und o(m,n) gleich einem druckbaren Ausgabepegel, wie etwa 0 oder 255 (in einem Binärsystem) ist, sofern der Schwellenwert plus Fehler zwischen 0 und 255 liegt.
Durch Abändern der Gleichung 2 in dieser Weise werden Artefakte des Eschbach-Randverbesserungsalgorithmus von US-A-5 045 952 deutlich verringert.
Phantompegel sind Pegel, die außerhalb des Bereiches der n möglichen Ausgabepegel liegen. Diese Pegel werden lediglich für die Fehlerberechnung verwendet, da nur der nächstgelegene mögliche Ausgabepegel tatsächlich gedruckt oder angezeigt wird. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Erzeugens eines modifizierten optischen Dichtewertes durch Addieren eines Fehlerwertes, sofern vorhanden, zum Eingabepegel eines der Eingabepixel, des Einstellens des Schwellenwertes auf der Basis des Eingabepixelpegels, des Bestimmens des Fehlwertes als eine Funktion des modifizierten optischen Dichtepegels und des Schwellenwertes sowie des Erzeugens eines Ausgabepegels als eine Funktion des modifizierten optischen Dichtepegels und des Schwellenwertes.
2 zeigt einen repräsentativen Abschnitt einer Abbildung, wie sie gemäß dem Randverbesserungsverfahren gedruckt wird, das in US-A-5 045 952 beschrieben ist. Wie zu erkennen, erzeugt dieses Verfahren ein Artefakt bei einem Übergang an einem Rand 32, der zwischen einem dunkelgrauen (Pegel 253) Bildabschnitt 34 und einem hellgrauen (Pegel 8) Bildabschnitt 36 auftritt. Der dunkelgraue Abschnitt entsteht, indem hauptsächlich Schwarz gedruckt wird, wobei einige Bereiche unbedruckt bleiben und weiß sind. Der hellgraue Abschnitt entsteht durch spärliches Abscheiden von Schwarz auf Weiß. Am Rand 32 oder der Grenze zwischen beiden Teilen verringert sich die Dichte heller Pixel auf der dunklen Seite des Randes und/oder die Zahl dunkler Pixel verringert sich auf der hellen Seite, wodurch der Randeffekt verbessert wird. Das Problem tritt bei sehr hellen oder dunklen Bereichen auf, bei denen eine nur geringe Zahl von Pixeln verringert wer den muss. Der Randbereich enthält vollschwarze und vollweiße Bereiche; beispielsweise weißes Papier, das zu 100% mit schwarzer Farbe bedeckt ist, und weißes Papier, das nicht bedruckt ist. Wird ein derartiger Bereich zu groß, erscheint er nicht als verbesserter Rand, sondern als weißer oder schwarzer Bereich, der an einen Rand grenzt. Dieses Artefakt kann ebenfalls an einem Rand 40 der Vorlage auftreten, wo ein großer Artefaktbereich 42 in schwarz zu erkennen ist. Derselbe repräsentative Abschnitt der Abbildung, wie sie in 3 dargestellt ist, bei der die Phantompegel der vorliegenden Erfindung Anwendung finden, weist jedoch einen deutlich verringerten Randbereich 38 wie auch einen deutlich verringerten Randbereich 42 auf.
4 zeigt einen Graph des Schwellenwertes plus Fehler gegenüber dem Pixelort nach Pixelzahl ohne die Verwendung der Phantompegel. Wie zu erkennen ist, verfügt der Bereich etwa zwischen dem Pixelort 25 und dem Pixelort 45 über einen Bereich, bei dem der Schwellenwert plus Fehler geringer ist als Null. Dieser Bereich würde als weißer Bereich gedruckt werden, wie etwa der Bereich 38 von 2. In diesem Bereich werden die Fehlerwerte für eine Änderung des Schwellenwertes am Rand nicht schnell genug kompensiert und erzeugen somit das dargestellte Artefakt.
5 zeigt jedoch einen Graph des Schwellenwertes plus Fehler gegenüber Pixelorten nach Pixelzahl unter Verwendung von Phantompegeln. Wie zu sehen ist, enthält der Bereich etwa zwischen Pixelort 25 bis 27 einen Bereich, in dem der Schwellenwert plus Fehler geringer ist als Null. Dieser Bereich wird als weißer Bereich gedruckt, wie etwa der Bereich 38 von 3. Wie es zu erkennen ist, verringert die Verwendung von Phantompegeln die Menge der Artefakte, die sich in der ausgedruckten Abbildung zeigen. Dieser Bereich, der in manchen Fällen die dargestellten Beispiele enthält, kann deutlich verringert werden. Es ist ebenfalls wichtig, drauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung keine zusätzlichen Schritte zum Abändern des Fehlersignals enthält, wie etwa durch Pixelunterdrükkung der Fehlerfunktion.
In der Praxis ist jeder Phantompegel einem Pixelunterdrückungspegel zugeordnet. Wie es in 6 dargestellt ist, gibt es mehrere Phantompegel O_n und mehre re Pixelunterdrückungspegel C_n. Wie zu erkennen ist, schwankt ein modifizierter Schwellenwertpegel T_n zwischen einem Wert 0 und 255, um einen Schwellenwert für die Eingabepixel zu bilden. Die Phantomausgabepegel O_n wie auch die Pixelunterdrückungspegel C_n sind jedoch auf Pegel eingestellt, die außerhalb des normalen Bereiches möglicher Pegel erscheinen, d.h. über und unter 0 bis 255, so dass die Phantompegel und Pixelunterdrückungspegel den Vorgang der Randverbesserung durch Reduzieren der Artefakte ohne Hinzufügen zusätzlicher Verfahrensschritte verbessern. Diese Pixelunterdrückungspegel und Phantompegel werden zur Berechnung des Fehlers verwendet, während die Pegel 0 und 255 als Ausgabepegel bei diesem Binärdruckbeispiel verwendet werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist der Pixelunterdrückungspegel C_n jedoch größer eingestellt als der Wert 255 (oder geringer als 0), so dass beliebige Eingabebildsignale plus Fehler, die sich zu dem Punkt anhäufen, der größer ist als der Pixelunterdrückungspegel C_n, bewirken, dass ein voreingestellter Phantomausgabepegel O_n gewählt wird. Der Phantomausgabepegel O_n wird anschließend von der modifizierten Abbildung angezogen, anstelle den gedruckten Ausgabepegel von 255 (oder Null) abzuziehen. Die Phantomausgabepegel werden nicht gedruckt oder angezeigt, sondern anstelle dessen lediglich für die Fehlerberechnung verwendet, wodurch eine Eigenkorrektur der Fehlersumme in den Bereichen bewirkt wird, die normalerweise Artefakte erzeugen. Wenn demzufolge die Summe aus Schwellenwert plus Fehler den Pegel von 255 überschreitet oder unter den Pegel 0 abfällt, werden die Ausgabepegel von 255 oder 0 weiterhin gedruckt. Bei dieser Ausführungsform werden die Pixelunterdrückungspegel und die Phantompegel lediglich bei der Berechnung des Fehlers verwendet.
Wenngleich sich die Pixelunterdrückungspegel C_n normalerweise in der Mitte zwischen realen Pegeln befinden, sind die Pixelunterdrückungswerte vorzugsweise näher an den Phantompegeln angeordnet. Dies verhindert große Bewegungen der Fehlerfunktion innerhalb des Bereiches druckbarer Pegel, die als Rauschen innerhalb der gedruckten Abbildung erscheinen würden. Bei einer Ausführungsform sind die realen Pegel 0 und 255, und die Phantomausgabepegel betragen –32, –64, ... und 287, 319 bis zu einem bestimmten Minimum und Maximum, das vom Randverbesserungsfaktor abhängen würde. Die Pixelunterdrückungspegel könnten in diesem Fall auf ..., –56, –24, 128, 279, 311, ... eingestellt sein. Diese Werte können beim Binärdruckvorgang verwendet werden, wie dies bei einem Tintenstrahldrucker der Fall ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch gleichermaßen gut bei der Mehrfachpegel-Fehlerdiffusion und der Binär-Fehlerdiffusion einsetzbar und würde mehrere reale Ausgabepegel wie auch mehrere Phantomausgabepegel enthalten. Die Mehrfachpegel-Fehlerdiffusion kann bei unterschiedlichen xerographischen Druckern und bei akustischen Tintenstrahldruckern verwendet werden, die über mehr als zwei Ausgabepegel verfügen.
6 zeigt eine Phantomausgabepegel-Randverbesserungs-Fehlerdiffusionschaltung der vorliegenden Erfindung. Die Schaltung von 6 ist im Rasterprozessor 30 von 1 enthalten. Der Rasterprozessor von 1 kann entweder eine zugewiesene Hardware-Schaltung sein, die Standard-Logikschaltungen verwendet, oder ein einzelner Chip, bei dem ein VLSI-Aufbau Verwendung findet. Häufiger ist die Schaltung von 6 jedoch Bestandteil eines Mikroprozessors, der die geeignete Softwaresteuerung enthält, die gemäß hinlänglich bekannter Praktiken programmiert ist. Es ist allgemein üblich, Fehlerdiffusions-Steueralgorithmen mit Softwareanweisungen für herkömmliche oder allgemeinen Zwecken dienenden Mikroprozessoren zu programmieren und auszuführen. Dies ist in unterschiedlichen vorherigen Patenten und kommerziellen Produkten beschrieben. Einer derartige Programmierung oder Software kann natürlich in Abhängigkeit der speziellen Funktionen, des Softwaretyps, des Mikroprozessors oder eines anderen verwendeten Computersystems variieren, steht jedoch ohne übermäßiges Experimentieren aus Funktionsbeschreibungen, wie etwa jenen, die hier bereitgestellt werden, oder mit vorheriger Kenntnis der Funktionen, die zusammen mit der allgemeinen Kenntnis von Software und Computern bekannt sind, zur Verfügung oder kann einfach programmiert werden. Eine derartige Software kann objektorientierte Softwareentwicklungsumgebungen umfassen, wie etwa C++.
7 zeigt eine Phantomausgabepegel-Randverbesserungs-Fehlerdiffusionschaltung. Das Bildeingabeendgerät 12 sendet ein Signal zu einem RAM (Random Access Memory) 70, der Abschnitte einer Bitmap oder eine oder mehrere vollständige ganzseitige Bitmaps speichert. Der Eingabe-RAM wird adressiert, um das eingegebene digitale Bildsignal I_n in die Schaltung auf einer Pixel-für-Pixel-Basis einzuleiten. Jedes Eingabepixel hat seinen entsprechenden Fehler E_n–1, der dem Eingabewert bei einer Addiereinrichtung hinzugefügt wird. Diese modifizierte Abbildung wird vorübergehend in einem Modifiziert-Abbildungsregister 74 gespeichert. Die modifizierte Abbildung I_n+E_n–1 wird zu einer Schwellenwert-/Pixelunterdrückungspegel-Vergleichseinrichtung 76 übertragen. Ein modifizierter Schwellenwertpegel T_n wird ermittelt, indem zunächst ein Modifizierfaktor auf der Basis des Eingabewertes I_n jedes Pixels berechnet wird, wie es durch eine Schwellenwert-Modifizierfaktor-Suchtabelle 78 dargestellt wird, die in einem RAM oder einer anderen Datenspeichervorrichtung gespeichert ist. Werte der Eingabepegel I_n wie auch entsprechende Schwellenwert-Modifizierfaktoren (K-1) sind in der Suchtabelle 78 gespeichert und werden in Abhängigkeit des Wertes der Eingabe I_n gewählt. Das modifizierte I_n(K–1) wird anschließend vom nominellen Schwellenwert T_n in einer Schwellenwertberechnungs-Subtraktionseinrichtung 80 abgezogen, um den Schwellenwert T_n zu bestimmen, der in der Schwellenwert/Pixelunterdrückungspegel-Vergleichseinrichtung 76 verwendet werden soll.
Der modifizierte Bildwert I_n+E_n–1 wird mit dem modifizierten Schwellenwert T_n verglichen, um den geeigneten Ausgabepegel B_n zu ermitteln, der in einer Schwellenwert-Ausgabe-/Phantomausgabe-Suchtabelle 82 gespeichert wird, die in einem RAM oder einer anderen Speichervorrichtung gespeichert ist. Der Vergleich bestimmt den Ausgabepegel B_n, der zum Bildausgabeendgerät 22 von 1 gesendet werden soll. Darüber hinaus ermittelt die Schwellenwert/Pixelunterdrückungspegel-Vergleichseinrichtung 76 den geeigneten Fehlerpegel entsprechend dem modifizierten Bildwert I_n+E_n–1, der für die Fehlerberechnung verwendet werden soll. Wie es zuvor beschrieben wurde sind die beiden Pegel, einer für die Ausgabe und einer für die Fehlerberechnung für die realen Pegel dieselben, unterscheiden sich jedoch für die Phantompegel.
Wenn die modifizierte Abbildung I_n+E_n–1 einen Pixelunterdrückungspegel C_n für einen Phantompegel überschreitet, wird der entsprechende Phantomausgabepegel O_n gewählt und zur Vorzeichenumkehreinrichtung 84 gesendet. Der Phantomausgabepegel wird von dem modifizierten Bildwert abgezogen, um den Fehlerpegel für die nachfolgenden Eingabepixel zu ermitteln. Der Subtraktionsvorgang fin det infolge der Vorzeichenumkehrung statt, die durch die Vorzeichenumkehreinrichtung und die Additionseinrichtung 86 vorgenommen wird, wobei deren Wert im Fehler-RAM 88 gespeichert wird. Ein Verzögerungspuffer 90 erzeugt eine Einzelpixelverzögerung, um den Fehlerwert in einer eindimensionalen Situation zu speichern. In einer mehrdimensionalen Situation wird der Fehlerwert aufgeteilt und gemäß einem Verteilungsschema unter benachbarten und nahegelegenen Pixeln verteilt, wie es nach dem Stand der Technik bekannt ist.
Die Vergleichseinrichtung 76 kann nicht nur einen einzigen Pixelunterdrückungspegel und zugehörigen Phantomausgabepegel erzeugen, sondern mehrere Pixelunterdrückungspegel und zugehörige Phantomausgabepegel für Mehrfachpegelvorrichtungen oder für Superpixelanwendungen. In diesem Fällen ist der gewählte Pixelunterdrückungspegel derjenige, der einen bestimmten Pixelunterdrückungspegel überschreitet, den nächst höchsten Pixelunterdrückungspegel jedoch unterschreitet. Wie es beispielsweise in 5 gezeigt ist, überschreitet die modifizierte Abbildung 58 den Pixelunterdrückungspegel 48, jedoch nicht den Pixelunterdrückungspegel 92, so dass der Phantompegel 44 zum Ermitteln des Fehlers gewählt wird, anstelle den Phantompegel 94 zu wählen.
Wenngleich die hier beschriebenen Ausführungsformen bevorzugt werden, wird aus dieser Erläuterung deutlich, das unterschiedliche Alternativen, Abänderungen, Variationen oder Verbesserungen hier vom Fachmann vorgenommen werden können, von denen beabsichtigt ist, dass sie durch die folgenden Ansprüche eingeschlossen sind. Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise nicht ausschließlich auf Kopiergeräte und Drucker sämtlicher Typen beschränkt, sondern schließt Anzeigevorrichtungen, wie etwa Kathodenstrahlröhren, Leuchtdioden-Anzeigeinrichtungen, Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen und beliebige Anzeigeeinrichtungen mit ein, die Abbildungen unter Verwendung von Mehrfachpegel-Ausgabepixeln anzeigen. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Fehlerdiffusion beschränkt, sondern umfasst andere Bildbearbeitungsverfahren und -geräte, die die Rückmeldung und die Schwellenwertbildung zur Veränderung einer Abbildung nutzen. Weiterhin können die Phantomwerte einen beliebigen Wert annehmen, solange die Phantomwerte nicht druckbar und nicht anzeigbar sind.

Claims

Verfahren zum Umwandeln eines Eingabebildes, das mehrere Eingabepixel enthält, die jeweils eine erste Zahl von möglichen Eingabepegeln einer optischen Dichte haben, in ein Ausgabebild, das mehrere Ausgabepixel enthält, die jeweils eine zweite Zahl möglicher Ausgabepegel einer optischen Dichte haben, wobei das Verfahren folgende Schritte enthält: a) Erzeugen eines modifizierten optischen Dichtewertes durch Hinzufügen eines Fehlerwertes, sofern vorhanden, zum Eingabepegel eines der Eingabepixel; b) Erzeugen eines Phantom-Ausgabepegels als eine Funktion des modifizierten optischen Dichtepegels; c) Ermitteln des Fehlerwertes als eine Funktion des erzeugten Phantom-Ausgabepegels; und d) Erzeugen eines Ausgabepixels, das einen der Ausgabepegel hat, der als Funktion des modifizierten optischen Dichtewertes ermittelt wurde, wobei der Schritt b) das Erzeugen des Phantom-Ausgabepegels durch Vergleichen des modifizierten optischen Dichtewertes mit einem Pixelunterdrückungspegel enthält und der Phantompegel einen nicht druckbaren oder nicht anzeigbaren Pegel enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Pixelunterdrückungspegel größer ist als der größte der m möglichen Eingabepegel der optischen Dichte.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Phantom-Ausgabepegel größer ist als der gewählte Pixelunterdrückungspegel.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Pixelunterdrückungspegel derart erzeugt wird, daß er geringer ist als der kleinste der m Eingabepegel der optischen Dichte.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Phantom-Ausgabepegel geringer ist als der gewählte Pixelunterdrückungspegel.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Phantom-Ausgabepegel aus mehreren Phantom-Ausgabepegeln erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Pixelunterdrückungspegel aus mehreren Pixelunterdrückungspegeln gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem jeder Phantom-Ausgabepegel einem der zahlreichen Pixelunterdrückungspegel zugeordnet ist.