DE10143942A1

DE10143942A1 - Prüfmittel und Verfahren zur Kontrolle des Offset- und Digitaldrucks

Info

Publication number: DE10143942A1
Application number: DE10143942A
Authority: DE
Inventors: Kurt Muenger; Karl Heuberger; Markus Daettwyler; Herbert Janser
Original assignee: Wifag Maschinenfabrik AG
Current assignee: Wifag Maschinenfabrik AG
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-03-27
Also published as: EP1291179B1; DE50214696D1; ATE483584T1; US20030063302A1; EP1291179A2; EP1291179A3

Abstract

Es wurden ein neues Prüfmittel und Verfahren zur Ermittlung drucktechnischer Parameter entwickelt. Die Erfindung betrifft ein Muster von Aufzeichnungspunkten, sogenannten Dots, welches derart verkleinert wurde, dass es für den Beobachter nahezu unsichtbar ist. Das Testtarget wird mikroskopisch vergrößert und vorzugsweise via CCD-Kamera erfasst. Das Signal zu Rausch Verhältnis der Messung wird vorteilhafterweise erhöht, indem über mehrere aufeinander folgende Druckmuster gemittelt wird. Mittels hochentwickelter Bildanalyse ist es möglich, die drucktechnischen Parameter direkt aus den Punktmustern zu bestimmen. Die Maßnahmen zur Verkleinerung des Testtargets werden beschrieben. Sodann ist beispielhaft die Anwendung auf den Typus einer Prozesskontrolle skizziert, welche im Wesentlichen auf den geometrischen Merkmalen der Punktmuster gründet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Prüfmittel und ein Verfahren zur Kontrolle des Offset- und Digitaldrucks, insbesondere ein Testtarget und ein Verfahren zur Ermittlung drucktechnischer Parameter im Bereich des Offsetdrucks.
Konventionelle Druckkontrollstreifen sind normalerweise für densitometrische oder visuelle Prüfungen ausgelegt. Druckkontrollstreifen sind in Testelemente unterteilt, welche es gestatten, die einzelnen Funktionen des Druckprozesses zu prüfen. Dies resultiert in Kontrollstreifen von beträchtlicher Größe, typischerweise 12 mm × 150 mm. Diese Art von Kontrollstreifen ist nicht generell anwendbar für Prozesskontrollen, zumal wenn es an Platz zur Positionierung fehlt. Der Einsatz der konventionellen Kontrollmittel ist gleichermassen eingeschränkt, wenn das Wegschneiden nach dem Druck nicht möglich ist und somit das Kontrollmittel beim Betrachter störend in Erscheinung tritt.
Es bieten sich prinzipiell zwei aussichtsreiche Verfahren an, um dieser Problematik zu begegnen:

- Messungen im Bild
- Miniaturisierung des Kontrollstreifens.

Messungen im Bild, welche sich auf die originalen Bilddaten beziehen, werden vorzugsweise zur Qualitätsbeurteilung des Druckergebnisses angewendet. Im Gegensatz dazu liefern auf Testelementen basierende Kontrollen Informationen über den Druckprozesses. Eine Übersicht des aktuellen Standes der Technik ist im IFRA-Bericht wiedergegeben (Ifra, 2001, "Closed loop printing quality control for coldset web offset", Darmstadt, noch nicht veröffentlicht).
Das von Künzli et al. beschriebene MiniTarget Messsystem verfolgt das zweitgenannte Verfahren (Künzli H., et al. (1998), MiniTargets: A new dimension in print quality control, SPIE Conf. Proc., vol 3300, S. 286-91). Es stellt einen grossen Schritt in Richtung Miniaturisierung von Qualitätskontrollmitteln dar. Mit seinen Dimensionen von 7 mm × 10 mm ist es möglich, durch Einzelmessung mit einer CCD-Kamera die gesamte Bildinformation des MiniTargets zu erfassen und daraus die drucktechnischen Parameter rechnerisch abzuleiten. In den wesentlichen Ausprägungen versteht sich das MiniTarget Konzept als eine Fortsetzung einer Idee, welche bereits bei den konventionellen Druckkontrollstreifen angewendet wird. Im besonderen ist es analog wie Druckkontrollstreifen auf Testelementen aufgebaut, welche kleinflächig angeordnet sind. Mit den vorhandenen Dimensionen tritt beim Leser das MiniTarget nach wie vor störend in Erscheinung. Um unsichtbar, oder treffender gesagt "nicht wahrnehmbar" zu sein, ist eine Größe gefordert, welche signifikant unter 1 mm² liegt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Prüfmittel und ein Verfahren zur Kontrolle des Offset- und Digitaldrucks zu schaffen, das die Kontrolle verbessert und zuverlässig gestaltet, insbesondere eine weitergehende Miniaturisierung des Testtargets in einem Ausmaß ermöglicht, das dieses zumindest nicht augenfällig wahrnehmbar ist.
Diese Aufgabe wird von der Erfindung durch ein Testtarget nach dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach dem Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Bildanalyse wurde bislang insbesondere für integrale Flächenmessungen von Rastern angewendet. Diese Anwendung schöpft allerdings das Potenzial der Bildanalyse für die Qualitäts- und Prozesskontrolle bei weitem nicht aus. Ortsauflösende Bildanalyse in Kombination mit hochentwickelter Analyse der Daten sind der Schlüssel zu zwei Verfahren, welche sich grundlegend von den integralen Messverfahren wie Densitometrie und Spektralfotometrie unterscheiden:

- Mustererkennung: Schafft die Voraussetzungen für die Ermittlung von Punktcluster Positionen und für die Adaption der Messblende an das Punktmuster der Messprobe
- Charakterisierung von Punktclustern: Damit ist es möglich, die drucktechnischen Parameter aus Punktclustern anstatt aus Rastertonflächen abzuleiten.

Es wurden im Rahmen der Erfindung ein neues Prüfmittel und Verfahren zur Ermittlung drucktechnischer Parameter entwickelt. Die Erfindung betrifft ein Muster von Aufzeichungspunkten, sogenannten Dots, welches derart verkleinert wurde, dass es für den Beobachter nahezu unsichtbar ist. Das Testtarget wird mikroskopisch vergrößert und vorzugsweise via CCD-Kamera erfasst. Das Signal zu Rausch Verhältnis der Messung wird vorteilhafterweise erhöht, indem über mehrere aufeinanderfolgende Druckmuster gemittelt wird. Mittels hochentwickelter Bildanalyse ist es möglich, die drucktechnischen Parameter direkt aus den Punktmustern zu bestimmen. Die Massnahmen zur Verkleinerung des Testtargets werden beschrieben. Sodann ist beispielhaft die Anwendung auf den Typus einer Prozesskontrolle skizziert, welche im wesentlichen auf den geometrischen Merkmalen der Punktmuster gründet.
Das Punktmuster bzw. das Testtarget ist so klein, dass es für den Beobachter mit dem bloßen Auge praktisch nicht mehr wahrnehmbar ist. Das Punktmuster (dot pattern) wird von einer Mehrzahl von Punktclustern in einer typischen Anordnung, vorzugsweise ohne Punktschluss der Punktcluster untereinander gebildet. Die Anordnung der Punktcluster ist typisch in dem Sinne, dass das Punktmuster als solches im Druckexemplar identifizierbar ist. Vorzugsweise ist die Anordnung der Punktcluster im Testtarget, also das Punktmuster, periodisch. Das Testtarget weist eine Gesamtfläche, d. h. Fläche der Punktcluster + Fläche der Zwischenräume, von höchstens einem Quadratmillimeter auf und ist vorzugsweise quadratisch. Vorzugsweise beträgt seine Fläche weniger als 0.5 mm². Die Größenangaben bezüglich der Fläche gelten vorteilhafterweise auch dann, wenn um die Gesamtheit der Punktcluster des Testtargets ein virtueller Rahmen gezogen ist, d. h. die Größenangabe gilt für die Fläche innerhalb des Rahmens. Jedes der Punktcluster ist vorzugsweise in genau einer Druckfarbe gedruckt und wird bevorzugt von wenigstens zwei Aufzeichnungspunkten in X-Richtung und zwei Aufzeichnungspunkten in Y-Richtung, d. h. von vorzugsweise wenigstens vier Aufzeichnungspunkten, die in X- und Y-Richtung unmittelbar benachbart sind, gebildet. Im Rotationsdruck entsprechen die X- und Y- Richtung der Umfangs- und der Seitenrichtung. Als Aufzeichnungspunkt wird im Sinne der Erfindung das gedruckte Pixel verstanden.
Mittels einer hochentwickelten Bildanalyse können aus dem Testtarget vorteilhafterweise sowohl die Dichte, der Farbort und die Flächendeckung jeder der Einzelfarben der Punktcluster, wie auch im Mehrfarbendruck der Passer ermittelt werden. Außerdem wird auch eine zuverlässige Diagnose in Bezug auf Schieben und Dublieren ermöglicht. Im Mehrfarbendruck kann das Punktmuster über dies auch zur Kontrolle der Graubalance eingesetzt werden.
Die Punktcluster sind wenigstens so groß, dass sie planimetrisch auswertbar sind. Die Auswertung erfolgt vorteilhafterweise in der Druckmaschine während des Druckens.
Zur Ermittlung von Farbdichten und Farborten im Übereinanderdruck von mehreren Farben kann das erfindungsgemäße Testtarget (Dot Pattern) mit einem ergänzenden Testtarget (Trapping Pattern) erweitert werden. Das ergänzende Target hat vorzugsweise die gleiche Größe und Gestalt wie das auf dem Punktmuster basierende Testtarget. Im Vierfarbendruck kann das ergänzende Testtarget beispielsweise, je nach Farbreihenfolge, folgende vier Farbfelder enthalten: C/M, C/Y, M/Y und C/M/Y. Das Trapping Pattern kann entweder Seite an Seite zum Dot Pattern oder aber auch unabhängig davon auf der Seite des Druckexemplars plaziert werden.
Die Erfindung ist mit Vorteil im Offsetdruck, insbesondere im Nassoffsetdruck, einsetzbar. Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet ist der Zeitungsdruck auf Rollenrotationsdruckmaschinen. Ein erfindungsgemäßes Testtarget kann vorteilhafterweise im Bild oder an bildfreien Stellen, insbesondere an einem Seitenrand, eines Druckexemplars der Zeitungsauflage mitgedruckt werden. Die größten Vorteile bietet die Erfindung im Mehrfarbendruck, obgleich sie auch mit Vorteil im einfarbigen Druck zum Einsatz gelangen kann.
Nachstehend ist ein bevorzugtes Design eines Punktmusters am Beispiel des Vierfarbendrucks ausgeführt und bezugnehmend auf die oben erwähnten Gesichtspunkte und die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung stellen dar:
Fig. 1a bis 1c Darstellung eines spezifischen Punktmusters nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2a Reliefdarstellung eines Punktclusters,
Fig. 2b Reliefdarstellung gemittelter Punktcluster,
Fig. 3a bis 3c Computersimulation von runden Punktclustern,
Fig. 4a Grauwertbilder von vier Punktclustern und
Fig. 4b Binärbilder der Grauwertbilder aus Fig. 4a.
Das Testtarget basiert wie in den Fig. 1a bis 1c gezeigt auf einem spezifischen Punktmuster, wobei ein "invisible Testtarget" entsteht.
Fig. 1a zeigt die Anordnung von Punktclustern C, M, Y und K. C, M, Y und K symbolisieren Cluster von Aufzeichnungspunkten in den entsprechenden Farben. n ist die gesamte Anzahl von Punktclustern in horizontaler bzw. vertikaler Richtung. Die Cluster sind aus vorzugsweise in x-und y-Richtung gleich vielen, d. h. 1 × 1, 2 × 2, 3 × 3, . . ., p × p benachbarten Aufzeichungspunkten aufgebaut. Die Punktgröße entspricht der Adressierbarkeit des Ausgabegerätes, welche in dpi (dots pro inch) angegeben ist. Der unbedruckte Zwischenraum im Testtarget beträgt q Pixel sowohl in x- wie auch y- Richtung.
Fig. 1b zeigt beispielhaft eine Realisierung des Testtarget aus Fig. 1a für die Parameter n = 4, p = 2 und q = 2. Die Punktcluster sind in Matrixschreibweise durch Elemente mit den Indices (i, j) bezeichnet.
Das für den Fall des Vierfarbendrucks gezeigte Punktmuster ist auf den Mehrfarbendruck übertragbar. Die Anordnung der Farben ist vorzugsweise so, dass die von links oben nach rechts unten diagonal verlaufenden Punktcluster gleiche Farbe haben und in der obersten Linie der Reihe nach alle Primärfarben angeordnet sind.
Für auf Punktmustern basierende Testtargets wird ein fiktiver Rahmen vorzugsweise in der Weise definiert, dass eine Zelle mit einer periodischen Regelmässigkeit resultiert. Diese Massnahme wird hinsichtlich der Auswertung getroffen, welche nicht von der Positionierung der Messblende abhängen soll. Auf diese Thematik wird weiter unten eingegangen.
Das Kontrollverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass aus den in den Fig. 1a bis 1c an einem Beispiel beschriebenen Testmustern sowohl die Passerabweichungen wie auch die drucktechnischen Parameter entnommen werden können. Hierbei ist speziell erwähnt, dass mittels ortsauflösender Bildanalyseauswertung nicht nur Schieben, Dublieren, Flächendeckung ermittelt werden können, sondern Punktcluster basierende Kenngrößen ermittelbar sind, welche in der konventionellen Densitometrie bzw. Spektralfotometrie nicht zugänglich sind.
Die vorgestellte Art von Punktclustern zeichnet sich durch eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft aus. Die Punktmuster entsprechen kleinflächigen Rasterpunkten, welche charakteristische Informationen des Druckprozesses beinhalten. Kleinflächige Punktcluster, wie in den Fig. 1a bis 1c gezeigt, reagieren auf prozessbedingte Abweichungen des Druckes bedeutend empfindlicher als Rasterpunkte in konventionellen Kontrollstreifen oder im MiniTarget. Der wichtigste Einflussfaktor ist der Tonwertzuwachs, der sich darin äussert, dass Punkte im Vergleich zur theoretischen Flächenbelegung in der Regel zu gross wiedergegeben werden. Der Effekt ist in Fig. 1b und in Fig. 1c visualisiert, in welchen ein Druckbeispiel des Musters aus Fig. 1a dargestellt sind. Der Tonwertzuwachs vergrößert den Punkt um einen festen Betrag, welcher nicht vom Punktdurchmesser abhängt. Infolgedessen nimmt der Effekt umgekehrt proportional zum Punktradius zu. Die Art von Punktmustern wie in den Fig. 1a bis 1c gezeigt reagieren infolgedessen besonders empfindlich auf Prozessschwankungen.
Die Seitenlänge des Testtargets in Fig. 1b wird folgendermassen berechnet:
Die prozentuale Punktfläche A beträgt
Typische Werte für A sind 25% mit p = q, 16% mit p = 2 und q = 3, 11.1% mit p = 2 und q = 4.
Für das Punktmuster in Fig. 1b beträgt die Seitenlänge bei 635 dpi Ausgabe 0.56 mm. Die Fläche beträgt 0.31 mm². Dies ist mehr als hundert mal kleiner als das MiniTarget nach Künzli, 1998.
Speziell für die Dichte- und Farbmessungen wurde ein ergänzendes Testtarget entwickelt. Dieses Testtarget hat bevorzugt die gleiche Größe und Gestalt wie das auf einem Punktmuster basierende Target. Es ist im Falle des Vierfarbendrucks in vier Quadranten unterteilt, welche übereinandergedruckte Farbfelder enthalten. Es sind dies im Falle des Vierfarbendrucks, je nach Farbreihenfolge, beispielsweise, C/M, C/Y, M/Y, und C/M/Y. Das Target kann Seite an Seite zum auf einem Punktmuster basierenden Target, oder auch unabhängig davon platziert werden. Es wird speziell eingesetzt, um die Farbdichten im Übereinanderdruck und die Farbannahme zu ermitteln. Hierzu wird ein Verfahren angewendet, welches in Künzli H., (2000), "How to convert RGB signals to colorimetric and densitometric values", Proceedings of SPIE, Vol. 3963, S. 70-76, und Künzli H., (2000), "MiniTarget for Quality Control in Newspaper Printing", TAGA Proceedings, S. 509-520 vorgestellt ist.
Bei der Konzeption des "Invisible Testtargets" muss auf die Wahl der Parameter in Gleichung (1a/b) geachtet werden. n sollte aus Rücksicht auf die Forderung nach einem kleinflächigen Testtarget klein gewählt werden. Andererseits ist sicherzustellen, dass die gedruckten Punktcluster für den Druckprozess repräsentativ sind. Bei der Festlegung von p und q ist speziell auf die Tonwertzunahme zu achten. Es sollte vermieden werden, dass sich Punktcluster der gleichen Farbe auf der Probe berühren, da dann die bildanalytische Beurteilung nicht mehr punktcluster spezifisch vorgenommen werden kann oder zumindest erheblich erschwert wird. Aus diesem Grund mag ein Testmuster mit 16% oder 11.1% Flächendeckung statt 25% Flächendeckung vorteilhaft sein.

Herstellung der Messproben

Für die Untersuchungen wurden vier Proben hergestellt. Die Punktmuster wurden in der Programmiersprache PostScript programmiert. Die Spezifikationen sind in Tabelle 1 aufgelistet. Tabelle 1 Spezifikationen der Proben im Überblick

Messeinrichtung

Die Komponenten des Bildanalysesystems schliessen eine 3-CCD-Kamera, ein Mikroskop, eine Framegrabber-Karte und eine Bildanalysesoftware ein. Bei der Messung muss insbesondere durch korrektes Einstellen des Mikroskops, der Beleuchtung und der Kamera dafür gesorgt werden, dass ein stabiles und kontrastreiches Bild erhalten wird. Eine zu hohe Verstärkung des Messsignals resultiert in einem starken Rauschen des Bildes.
Kritisch ist ausserdem sowohl die Größe der Messblende wie auch deren Positionierung auf der zu messenden Probe. Wenn die Messblende klein eingestellt ist, werden nur wenige Punktcluster erfasst. Es muss somit riskiert werden, dass die Stichprobe nicht repräsentativ ist, d. h. die verschiedenfarbigen Punktcluster nicht entsprechend ihrem anteilmässigen Auftreten in der Messprobe berücksichtigt werden. Daraus resultiert ein systematischer Messfehler, wie in Romano D., (1999), "Recorder spot size and its effect on image quality and halftone reproduction", S. 280-293, beschrieben. Dieser ist besonders gross, wenn das Verhältnis der Messblendengröße und der Punktclusterperiode einen niedrigen Wert hat und zwischen zwei aufeinanderfolgenden ganzen Zahlen liegt, also z. B. 1.5 ist. Aus diesem Grund wird der erfasste Bildausschnitt softwaremässig an den fiktiven Bildrahmen angepasst, welcher ein ganzzahliges Vielfaches einer Periode darstellt. Dadurch werden Parameter erhalten, welche unabhängig von der Messblendeneinstellung sind. Im Grunde genommen genügt ein einziger Punktcluster pro Druckfarbe zur Charakterisierung des Druckprozesses. Aus Gründen der Probenherstellung und der Messtechnik ist jedoch empfehlenswert, dass für die Messung zumindest vier Punktcluster pro Druckfarbe vorgesehen werden.
Die beiden vorgestellten Testfelder sind trotz der extrem kleinen Abmessungen geeignet, um Farb- und Dichtemessungen durchzuführen. Die Messung der Volltondichte und der Farbwerte der Einzelfarben wird an Punktclustern vorgenommen. Für die Messungen von übereinandergedruckten Farben wird das auf Farbfeldern basierende ergänzende Testfeld verwendet, welches weiter vorne beschrieben ist. Dazu ist erforderlich, dass die Messbereiche softwaremässig errechnet werden. Für die Messungen ist eine Kalibration der 3 Chip CCD-Kamera erforderlich (Künzli, 2000).

Methoden

Die Beurteilung der digitalisierten Bilder erfolgt mittels Bildanalyse, wie bei Demant Ch., Streicher-Abel B. und Waszkewitz P., (1998), "Industrielle Bildverarbeitung", Springer Verlag, Heidelberg und Jähne B., (1997), "Digitale Bildverarbeitung", Springer Verlag, Heidelberg beschrieben. Die Bildanalyse geht vom RGB-Bild des Testmusters aus, welches in genügend hoher Auflösung dargestellt ist. Der Durchmesser eines Punktclusters sollte durch mindestens 30 Pixel aufgenommen worden sein. Die meisten Messungen werden für jede Druckfarbe separat vorgenommen. In diesem Fall wird der Kanal mit derjenigen Farbe ausgewertet, welche komplementär zur beobachteten Druckfarbe ist. Die Festlegung des Schwellenwertes ist ein grundlegender Bildanalyseprozess, um die Purxktcluster vom Papierweiss zu unterscheiden, der z. B. von Mourad S., et al. (2001), "Predicting Transmittance Spectra of Electrophotographic Color Prints", Proceeding of SPIE, Vol. 4300, S. 50-57 beschrieben wird. Im Grauwerthistogramm des Grauwertbildes werden die Signale von Papierweiss und von der Druckfarbe ermittelt. Als Schwellenwert wird der arithmetische Mittelwert der Modalwerte von Papierweiss und der Druckfarbe genommen. Artefakte werden bei der Messung ausgeschieden, indem kleinflächige Gebilde ausserhalb der Punktclusterpositionen bildanalytisch entfernt werden.
Eine bevorzugte Auswertung verläuft wie folgt:

- Berechnung der Mittelpunkte für alle Punktcluster als arithmetisches Mittel aus den x- und y-Koordinaten der zu den Punktclustern gehörenden Pixel
- Unterteilung des Punktmusters in Punktcluster mit periodischer Regelmässigkeit wie z. B. in Abb. 1 und anschliessende Berechnung der Passerabweichungen
- Ermittlung der Parameter der Punktcluster, insbesondere Fläche, Gestalt (elliptisch oder rund), die Gleichmässigkeit des Randes
- Berechnung des Schiebens und Dublierens.

Mittelung der Signale

Konventionelle Druckkontrollstreifen zeichnen sich dadurch aus, dass die drucktechnischen Parameter in genügender Genauigkeit aus den Testelementen entnommen werden können. Im Gegensatz dazu unterliegen miniaturisierte Kontrollmittel diesbezüglich Einschränkungen, da die Probenfläche nur eine niedrige Anzahl Punktcluster enthält. Diese Punktcluster unterliegen zufälligen Schwankungen, welche druck- und materialtechnisch bedingt sind. Zum kleineren Teil rühren zufällige Schwankungen vom optischen Messprozess her. Durch Signalmittelung können diese Schwierigkeiten grossenteils behoben werden.
Eine Mittelung über N Signale erhöht das Signale zu Rausch Verhältnis um den Faktor √N, wie Romano D., (1999), "Recorder spot size and its effect on image quality and halftone reproduction", S. 280-293 zeigt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Untersuchung werden zwei unterschiedliche Arten betrachtet, welche verschiedene Zwecke verfolgen:

- Bestimmung der Eigenschaften eines individuellen Punktclusters in hoher Genauigkeit
- Bestimmung der mittleren Geometrie von Punktclustern.

Um die Eigenschaften eines individuellen Punktclusters in hoher Genauigkeit zu bestimmen, wird der Messvorgang bei konstant gehaltenen Einstellungen. wiederholt. Hierbei wird entsprechend Bovik Alan C., (2000), angenommen, dass die Rauschanteile der Signale gaussförmig verteilt sind. Die Mittelung erfolgt nach Gleichung 2a. Es stellte sich heraus, dass diese Art der Mittelung nicht relevant ist, da das Signal zu Rausch Verhältnis ausreichend ist.
Im zweiten Fall werden Signale unterschiedlicher Punktcluster verwendet, um die mittlere Geometrie S(x,y) eines Punktclusters gemäß Gleichung 2b zu berechnen.

i = i-ter Punktcluster
(x_i,y_i): Zentrum des i-ten Punktcluster
(x,y)ε Fläche des Punktclusters
Dazu werden die Lichtintensitäten I von N unterschiedlichen Punktclustern aus Testmustern der gleichen oder aufeinanderfolgender Drucke erfasst. Sodann werden die Signale logarithmiert. Damit wird berücksichtigt, dass die optische Dichte mit der Farbschichtdicke korreliert. Schliesslich werden die Bilder der N Punktcluster mit gemeinsamem Mittelpunkt überlagert und durch N dividiert. Daraus resultiert ein Bild, welches die mittlere Geometrie von Punktclustern darstellt, wie die Fig. 2a und 2b zeigen. Fig. 2a ist eine Reliefdarstellung eines Punktclusters. Links ist ein elektrofotografischer Druck von 126 µm × 126 µm und rechts ein Zeitungsdruck von 250 µm × 250 µm dargestellt. In Fig. 2b ist eine Reliefdarstellung gemittelter Punktcluster gezeigt. Links ist ein elektrofotografischer Druck mit einem Probenumfang von 26 auf 126 µm × 126 µm und rechts ein Zeitungsdruck mit einem Probenumfang von 41 auf 250 µm × 250 µm dargestellt. Die vertikalen Achsen in den Fig. 2a und 2b stellen Grauwerte dar.
Die physikalische Bedeutung des ersten Mittelungsprozesses ist offensichtlich, wogegen die physikalische Bedeutung des zweiten Mittelungsprozesses kommentiert werden muss. In der realen Welt existiert eine nach dieser Art berechnete mittlere Geometrie eines Punktclusters nicht. Allerdings enthalten die Ausprägungen der mittleren Geometrie druckprozess spezifische Merkmale, welche am einzelnen Punktcluster wegen Unregelmässigkeiten der verwendeten Materialien und der Wiedergabe nicht ersichtlich sind. In analoger Weise können Prozessparameter durch statistische Behandlung der numerischen Daten sämtlicher N Punktcluster erhalten werden, wie weiter unten zu Tabelle 2 beschrieben wird. Eine Übereinstimmung zwischen den am gemittelten Punkt gemessenen Parametern und den Mittelwerten der an den einzelnen Punktclustern gemessenen Parametern ist im Falle der Fläche, der Gestalt, der Dichte und Farbwerte zu erwarten.

Passerabweichungen

Für das Testtarget aus Fig. 1b werden die Mittelpunkte der einzelnen Punktmuster für C, M, Y und K gemäss Gleichung (3a-d) berechnet. (i,j) bezeichnen den Mittelpunkt des Punktclusters in Matrixschreibweise in Bezug auf Abb. 1b.

(3a) X-Cyan = 0.25 (X-Cyan(1,1) + X-Cyan(2,2) + X-Cyan(3,3) + X-Cyan(4,4))
Y-Cyan = 0.25 (Y-Cyan(1,1) + Y-Cyan(2,2) + Y-Cyan(3,3) + Y-Cyan(4,4))

(3b) X-Magenta = 0.25 (X-Magenta(1,2) + X-Magenta(2,3) + X-Magenta(3,4) + X- Magenta(4,1))
Y-Magenta = 0.25 (Y-Magenta(1,2) + Y-Magenta(2,3 + Y-Magenta(3,4) + Y- Magenta(4,1))

(3c) X-Yellow = 0.25 (X-Yellow(1,3) + X-Yellow(2,4) + X-Yellow(3,1) + X- Yellow(4,2))
Y-Yellow = 0.25 (Y-Yellow(1,3) + Y-Yellow(2,4) + Y-Yellow(3,1) + Y- Yellow(4,2))

(3d) X-Black = 0.25 (X-Black(1,4) + X-Black(2,1) + X-Black(3,2) + X-Black(4,3))
Y-Black = 0.25 (Y-Black(1,4) + Y-Black(2,1) + Y-Black(3,2) + Y-Black(4,3))
Schliesslich werden die Passerabweichungen DX und DY gemäss Gleichung (3e-g) berechnet, wobei Schwarz als Referenz genommen wird.

(3e) DX(Cyan/Black) = X-Cyan - X-Black
DY(Cyan/Black) = Y-Cyan - Y-Black

(3f) DX(Magenta/Black) = X-Magenta - X-Black
DY(MagentaBlack) = Y-Magenta - Y-Black

(3g) DX(Yellow/Black) = X-Yellow - X-Black
DY(Yellow/Black) = Y-Yellow - Y-Black.
Die absoluten Werte der Passerabweichungen werden aus den Distanzmassen in den Punktclustermustern gleicher Farben erhalten, welche in dpi Einheiten des Ausgabegerätes definiert sind.

Die Ermittlung charakteristischer Größen der Punktcluster

Einige Parameter lassen sich direkt aus den Grauwertbildern der Punktmuster in Fig. 3a ermitteln. Hierbei wird durch das Schwellenwertverfahren das Grauwertbild in eine binäre Darstellung umgerechnet, um die Punktcluster vom Papierweiss zu separieren.
Die prozentuale Flächendeckung ist ein massgebender Faktor im Druckprozess. Im Gegensatz zur konventionellen Densitometrie basiert die bildanalytische Flächenmessung auf dem Prinzip der Planimetrie. Zunächst werden die Flächen der Punktcluster individuell bestimmt. Sodann werden für sämtliche Farben die Punktclusterflächen aufsummiert und durch die Fläche der fiktiven Messblende dividiert. Der resultierende Wert entspricht der prozentualen Flächendeckung.
Vorzugsweise werden nachstehende Parameter aus den geometrischen Flächen der Punktcluster ermittelt:

- Umfang des Punktclusters
- grösster/kleinster Durchmesser des Punktclusters
- Lagewinkel (α).

Für die Punktcluster werden aus den obigen Kennwerten weitere Parameter berechnet.
Der Parameter E beschreibt die Geometrie des Punktclusters bezüglich einer Ellipsengestalt. Dieser Parameter wird weiter unten benutzt, um Schieben und Dublieren zu ermitteln.
Je nach resultierendem Wert von E neigt der Punktcluster zu einer kreisrunden Gestalt (E = 1), zu einer Ellipsenform (E innerhalb 0% und 100%) oder zu einer geraden Linie (E = 0%).
Der sogenannte Faktor R ist ein Mass für die Glätte des Randverlaufes von Punktclustern, wie es bei Haberäcker P., (1995), "Praxis der digitalen Bildverarbeitung", 4. Auflage, Hauser Verlag, München, beschrieben ist, welche eine charakteristische Größe des Druckprozesses darstellt. R ist das Verhältnis der Punktclusterfläche zum Quadrat des Umfanges (Geichung 5):
Je nach resultierendem Wert von R wird der Randverlauf als glatt (R = 1), fransig (R innerhalb von 0 und 1) oder als fraktal (R = 0) eingestuft.

Prozessparameter mit Diagnosefunktion

Schieben und Dublieren sind zwei typische Effekte im Druckprozess, welche auf eine gestörte Prozessführung hinweisen, wie Romano F. J., Romano R. M., (1998), "Encyclopedia of graphic communications", GATF, Prentice Hall, London zeigt. Schieben kann durch unterschiedliche Umdrehungsgeschwindigkeiten der beiden Zylinder verursacht werden und äussert sich in verbreiterten Linien quer zur Druckrichtung. Der Effekt äussert sich visuell in senkrecht verlaufenden Linien, welche verbreitert sind und dadurch dunkler erscheinen.
Dublieren wird durch Registerprobleme zwischen verschiedenen Druckwerken von Mehrfarbendruckmaschinen verursacht und äussert sich darin, dass der Punkt seitlich versetzt und abgeschwächt nochmals erscheint. Visuell erkennt man den Effekt daran, dass Linienfelder in einer Richtung infolge der Verbreiterung dunkler erscheinen. Im Gegensatz zum Schieben kann Dublieren in irgend einer Orientierung auftreten.
Beide Arten von Abweichungen werden visuell oder messtechnisch anhand von Schiebe- oder Dublierfeldern ermittelt. Fig. 3 zeigt eine Computersimulation des Effektes.
Mittels Bildanalyseverfahren können beide Effekte aus dem Punktmuster abgeleitet werden, welches bereits für die Messung des Passers und der Farbe verwendet wurde.
Ein Vorhandensein von Schieben wird entsprechend Gleichung (4) aus dem Faktor E in Verbindung mit dem Lagewinkel der Punktcluster abgeleitet. Aus der statistischen Behandlung werden diesbezügliche Trends sichtbar. Eine Vorzugsrichtung ist dann erwiesen, wenn die Standardabweichung des Winkels hinreichend klein ist.
Dublieren äussert sich im Histogramm der Grauwerte. Dieses zeigt im wesentlichen zwei Signale, welche vom Papierweiss und den gedruckten Punktclustern herrühren. Beim Dublieren wird das Signal der Punktcluster leicht verbreitert oder zeigt sogar ein Seitenmaximum. Das Ausmass des Dublierens wird gemäss den nachstehenden Schritten ermittelt:

- Transformation des originalen Grauwertbildes mittels Schwellenwertverfahren in ein binäres Bild. Der Schwellenwert wird in der Weise gesetzt, dass eine durch dublieren bedingte Punktverbreiterung eingeschlossen wird. Sodann werden die Koordinaten (x,y)-2 der Mittelpunkte der Punktcluster berechnet
- Transformation des originalen Grauwertbildes mittels Schwellenwertverfahren in ein binäres Bild. Der Schwellenwert wird in der Weise gesetzt, dass eine durch dublieren bedingte Punktverbreiterung nicht eingeschlossen ist. Sodann werden die Koordinaten (x,y)-1 der Mittelpunkte der Punktcluster berechnet.

Der Dubliereffekt D ergibt sich aus der Differenz beider Vektoren nach Gleichung 6:

(6) D = (x,y) - 2 - (x,y) - 1

Resultate und Diskussion

Die im vorangegangenen Kapitel beschriebenen Methoden wurden experimentell überprüft. Hierzu wurden die Proben 1-4 aus Tabelle 1 verwendet. Die Testergebnisse der Bildanalyse im Vergleich zu den spezifizierten Werten eines einfarbigen Testmusters, das auf einem elektrofotografischen Drucker und im Zeitungsdruck hergestellt wurde, d. h. für die der Proben 1 und 2, sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Tabelle 2 Ergebnisse der Bildanalyse im Vergleich
Repräsentative Ergebnisse der Bildanalyse sind in den bereits beschriebenen Fig. 2a und 2b sowie in den Fig. 4a und 4b dargestellt. Die Fig. 2a und 2b zeigen eine dreidimensionale Auftragung eines Punktclusters vor und nach der Mittelung.
Die Fig. 4a und 4b zeigen Grauwertbilder von Punktclustern vor und nach dem Schwellenwertprozess. Fig. 4a stellt Grauwertbilder von vier Punktclustern dar, wobei links einen fotografischen Druck von 250 µm × 250 µm und rechts ein Zeitungsdruck von 500 µm × 500 µm gezeigt ist. In Fig. 4b sind die Binärbilder nach der Schwellenwertbildung der Grauwertbilder der Fig. 4a gezeigt.
Die Flächendeckung des Testmusters von Probe 1 beträgt 8.7%. Der Stichprobenumfang beträgt 36 Punktcluster. Die Standardabweichung von 0.8% resultiert aus zufälligen Prozess- und Materialschwankungen, welche unterschiedlich grosse Punktcluster ergeben. Orientierende Messungen zeigen, dass densitometrische Flächenmessungen generell Größere Werte ergeben. Dies wird mit dem optischen Lichtfang begründet, welcher bei der Bildanalyse nicht berücksichtigt wird. Überdies wurde festgestellt, dass die Genauigkeit der Messungen wesentlich von der Beleuchtung sowie von der Wahl des Schwellenwertes abhängt. Es ist deshalb besonders auf reproduzierbare Messbedingungen zu achten. Die nachstehenden Parameter betreffen geometrische Punktcluster und Parameter, welche numerisch aus den Flächen der Punktcluster erhalten werden. Der Punktumfang ist 159 µm, was gegenüber dem spezifizierten Wert von 169 µm aufgrund der kleineren Flächendeckung etwas kleiner ausfällt. Der Ellipsoidfaktor E beträgt 87%, woraus auf eine rundliche Geometrie geschlossen wird. Dieser Befund wird aus der gemittelten Struktur gemäß der Fig. 2a und 2b bestätigt. Dies erklärt denn auch, dass der Winkel stark streut und somit keine Vorzugsrichtung erkennen lässt. Der Mittelwert beträgt 73 Grad und hat eine Standardabweichung von 59 Grad. Der Faktor R von 0.72 zeigt eine ungleichmässige Randstruktur an. Dieser Befund stimmt visuell mit der Reliefdarstellung in Fig. 2a und den Grauwertbildern der Fig. 4a und 4b überein. Die Ergebnisse der Zeitungsdruckmuster zeigen ein ähnliches Verhalten wie Probe 1.
Dichte- und Farbmessungen können gleichermassen am Testmuster in Abb. 1 durchgeführt werden. Zuvor wird das Bildanalysesystem nach einem Verfahren wie bei Künzli H., et al. (1998), "MiniTargets: A new dimension in print quality control", SPIE Conf. Proc., vol 3300, S. 286-91, kalibriert. Es ermöglicht die Umrechnung von RGB- Werten in farbmetrische und Dichtewerte. Für die Messungen werden Blenden rechnerisch ermittelt, welche die Punktcluster selektiv erfassen.
Die Mittelung von Signalen wurde am elektrofotografisch (Probe 2) und im Zeitungsdruck (Probe 3) hergestellten Druckmuster untersucht. In den Fig. 2a und 2b sind die Punktcluster vor und nach der Mittelung wiedergegeben. Es ist offensichtlich, dass die gemittelten Strukturen verglichen zu den Strukturen von Einzelpunkten glättere Verläufe aufweisen. Die gemittelten Strukturen der Fig. 2a und 2b lassen erkennen, dass die elektrofotografisch hergestellten Punktcluster zu einer quadratischen Struktur neigen. Im Gegensatz dazu haben die Punktcluster im Zeitungsdruck eine rundliche Gestalt. Aus dem Vergleich der Ergebnisse in Tabelle 2 geht hervor, dass die aus den Einzelwerten errechneten Kenngrößen der Punktcluster gut mit den Kenngrößen übereinstimmen, welche aus den gemittelten Strukturen ermittelt wurden. Dies trifft für die absoluten Flächen, die prozentuale Flächendeckung, den Ellipsoidfaktor E und den grössten und kleinsten Durchmesser zu. Im Falle der Randglätte R werden für die gemittelten Strukturen 0.92 im Zeitungsdruck und 0.91 für Elektrofotografie erhalten. Diese Werte sind wie erwartet deutlich höher im Vergleich zu den entsprechenden Mittelwerten von 0.65 und 0.72 in Tabelle 2. Diese Differenz rührt vom Glättungseffekt, welcher sich durch die Mittelung ergibt.
Die Passerdifferenzen wurden nach Gleichung (3a-g) aus dem Testmuster des Farbdruckers ermittelt (Probe 1). Es wurden Abweichungen erhalten, welche zwischen 15 und 55 µm liegen. Dieser Wert liegt unter dem spezifizierten Durchmesser des Punktclusters, welcher 63 µm beträgt. Die ermittelten Werte liegen innerhalb der Toleranzen des Offsetdrucks, welche in ISO 12647-2 zu 83.3 µm für 60 l/cm angegeben sind. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Analyse der Passerabweichungen an einem Testmuster vorgenommen werden können, welches nicht augenfällig in Erscheinung tritt.
Die Fig. 3a bis 3b zeigen eine Computersimulation des Schiebens und Dublierens. In Fig. 3a ist ein Muster von runden Punktclustern gezeigt, in Fig. 3b das Schieben und in Fig. 3c das Dublieren gezeigt.
Die Analyse des Schiebens wurde an einer Probe vorgenommen, welche durch Computersimulation hergestellt wurde, wie in Fig. 3b gezeigt ist. Die Auswertung basiert auf dem Ellipsoidfaktor E in Gleichung 4. Der kleinste und grösste Durchmesser wurden zu 1.72 und 1.77 relative Einheiten, und der Winkel zu 172 Grad ermittelt. Diese Werte stimmen gut überein mit den Eingabewerten der Computersimulation. Damit ist ein Schieben quantitativ nachgewiesen. Die Analyse des Dublierens, wie in Fig. 3c, erfolgt nach der Gleichung 6. Die resultierende Vektordifferenz wird als Abstand und Winkel bezüglich der Mittelpunktskoordinaten des Punktclusters ohne Dublieren berechnet. Es werden eine Distanz von 0.18 relative Einheiten und ein Winkel von 145 Grad erhalten. Geringe Schwankungen dieser Werte werden auf digitales Rauschen zurückgeführt, welches beim Modellieren eingeführt wurde.
Es wurde gezeigt, dass das erfindungsgemäße Testmuster bzw. Testtarget in Verbindung mit dem beschriebenen Auswerteverfahren für die Kontrolle des Mehrfarbendrucks eingesetzt werden kann. Das Verfahren ist speziell dort angesagt, wo eine Prozesskontrolle erforderlich ist, aus Platzgründen jedoch keine Kontrollstreifen eingesetzt werden können. Mit einer Testmusterfläche, welche deutlich unter 1 mm² liegt, ist ein nahezu uneingeschränkter Einsatz möglich. Insbesondere kann nun eine gezielte Positionierung nahe an ausgewählte Bildstellen vorgenommen werden. Mit dem beschriebenen Verfahren wurden konsequent die Grenzen des Machbaren ausgelotet. Sie gipfeln in der Feststellung, dass die drucktechnisch relevanten Parameter letztendlich aus einem Testmuster entnommen werden können, welches aus einem Punktcluster pro Druckfarbe aufgebaut ist. Vorteilhaft ist jedoch eine Mittelung über mehrere aufeinanderfolgend gedruckte Druckmuster. Sämtliche beschriebenen Massnahmen, welche in ihrer Gesamtheit eine derartige Miniaturisierung des Testtargets ermöglichen, wurden experimentell oder durch Simulation getestet.
Mit der Anwendung von Prädiktionsmethoden, wie sie derzeit bei der EMPA, St. Gallen, Schweiz, entwickelt werden, ist eine Extrapolation der Ergebnisse über den gesamten Bereich der Tonwertkurve wie bei Mourad S., et al (2001), "Predicting Transmittance Spectra of Electrophotographic Color Prints", Proceeding of SPIE, Vol. 4300, S. 50-57 zu erwarten.

Claims

1. Testtarget zur Ermittlung drucktechnischer Parameter, das mehrere Punktcluster umfasst, die je von mehreren benachbarten Aufzeichnungspunkten gebildet werden und in Form eines als solches identifizierbaren Punktmusters auf ein Druckexemplar gedruckt sind.

2. Testtarget nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere Punktcluster einer Druckfarbe enthält.

3. Testtarget nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es von mehreren Einzelfarben, vorzugsweise von allen Einzelfarben des Drucks, je wenigstens ein Einzelfarben-Punktcluster enthält.

4. Testtarget nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es allein von den Punktclustern gebildet wird.

5. Testtarget nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keines der Punktcluster in einem Punktschluss mit einem benachbarten Punktcluster des Testtargets steht.

6. Testtarget nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktcluster als Punktmuster eine Matrix bilden, deren Zeilen und Spalten mit dem Punktclustern als Matrixelemente vollbesetzt sind.

7. Testtarget nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktcluster eine Matrix bilden, in deren Zeilen die Einzelfarben des Drucks der Reihe nach angeordnet sind.

8. Testtarget nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktcluster eine Matrix bilden, in deren Spalten die Einzelfarben des Drucks der Reihe nach angeordnet sind.

9. Testtarget nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktcluster in Form einer Matrix angeordnet sind, deren Diagonalen je von Punktclustern nur einer Einzelfarbe des Drucks gebildet werden, wobei jede Einzelfarbe des Drucks wenigstens eine Diagonale mit vorzugsweise wenigstens zwei Punktclustern bildet.

10. Verfahren zur Ermittlung drucktechnischer Parameter unter Verwendung des Testtargets nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem:

a) das Testtarget automatisch erkannt,

b) ausgemessen

c) und zur Ermittlung der drucktechnischen Parameter, wie beispielsweise Flächendeckung, Volltondichte und/oder Farbwert und/oder zur Diagnose in Bezug auf Schieben und/oder Dublieren, ausgewertet wird.

11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Testtarget bildanalytisch als Testtarget erkannt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktcluster des Testtargets planimetrisch ausgemessen werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Durchmesser, Umfang und Form (Lagewinkel α, Ellipsenparameter E, Faktor R) der Punkcluster ermittelt werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten drucktechnischen Parameter zur Kontrolle und vorzugsweise zur Steuerung und/oder Regelung des Druckprozesses in einer Steuerung und/oder Regelung verwendet werden.