DE2556565A1

DE2556565A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von pseudo-halbton-mustern

Info

Publication number: DE2556565A1
Application number: DE19752556565
Authority: DE
Inventors: Kwan Yui Wong
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-01-20
Filing date: 1975-12-16
Publication date: 1976-07-22
Also published as: FR2298242B1; FR2298242A1; GB1528377A; IT1058322B; BE836819A; DE2556565C3; CH591335A5; BR7600355A; DE2556565B2; NL187143C; SE7600470L; JPS5187921A; ES444424A1; JPS5524634B2; SE412152B; CA1047935A; NL7600518A; ES444425A1; US4032978A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Pseudo-Halbton-Mustern

Die Erfindung betrifft ein im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenes Verfahren zum Erzeugen von Pseudo-Halbton-üustern.

Im graphischen Gewerbe, das die Publikation von Zeitungen, Büchern bis hin zu sogenannten "Computer Print-Outs" umfaßt, wird vorwiegend ein binärer Druckprozess angewandt, der darin besteht, einen Farbpunkt auf einem Papier abzudrucken, wo immer das erwünscht ist, und keine Farbe zum Abdruck zu bringen, wo das Fehlen eines Bildes erwünscht ist. Dieses Druckverfahren ist besonders geeignet, wenn alphanumerische Zeichen oder Symbole gedruckt werden sollen. Ein Problem entsteht jedoch, wenn Bilder abgedruckt werden sollen, die Grauwerte oder kontinuierliche Schattierungen enthalten, wie bei-

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spielsweise Photographien. Dieses Problem wird allgemein dadurch gelöst, dass die kontinuierliche Schattierung der Vorlage in ein Halbton-oder Pseudo-Halbton-Bild verwandelt wird.

Halbton-Bilder umfassen eine grosse Anzahl von Farbpunkten unterschiedlicher Grossen. Die Grösse der Farbpunkte entspricht den Schattierungen oder Tönen, die wiedergegeben werden sollen. Wenn die Punkte in den entsprechenden Räumen auf dem Papier klein sind im Verhältnis zur Auflösung des menschlichen Auges, bleiben sie für das Auge sozusagen unterschwellig und werden nicht erkannt. Vielmehr fliessen die Punkte und Flächen auf dem Papier ineinander und täuschen das Auge in der Weise, dass der Betrachter glaubt, Schattierungen verschiedener kontinuierlicher Tönung wahrzunehmen.

Pseudo-Halbton-Bilder ergeben sich bei dem Verfahren, kontinuierliche Grauwerte mit einem Druckwerk wiederzugeben, das feste Punktgrösse und feste gegenseitige Punktabstände aufweist. Der wiederzugebende Grauwert wird also dadurch dargestellt, dass aus einem vorgegebenen Zeilensegment oder einer Matrix von Druckpositionen eine entsprechende Anzahl von Punkten wiedergegeben wird. Falls die einzelnen Punkte genügend klein sind, fliessen sie zusammen, da das Auge sich bemüht, zwischen Punkten und leeren Räumen eine Vermischung herbeizuführen, so dass das Auge dahingehend getäuscht

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wird, es sähe verschiedene Schattierungen von kontinuierlichen Grautünen.

Es sind bereits Verfahren zum Erzeugen von Halbton- oder Pseudo-Halbton-Bildern bekannt geworden. Ein Beispiel ist in der USA-Patentschrift 3 373 437 beschrieben, die einen Tintenstrahl-Drucker zeigt, in dem irehrere Tintenstrahlen in individuelle Tropfen aufgelöst werden, die auf einen Aufzeichnungsträger gelenkt werden, auf dem sie zum Abdruck gebracht werden sollen. Ausgewählte Tropfen, die nicht zum Drucken verwendet v/erden, werden beim Abbrechen vom Strahl geladen und mittels eines konstanten elektrostatischen Feldes in eine Auffangvorrichtung abgelenkt. Ein die relative Helligkeit oder den inversen Grauwert des wiederzugebenden Bildes darstellendes Videosignal wird abgetastet und der Ladeelektrode aufgeprägt. Die Abtastimpulse klingen ab mit einer Zeitkonstanten, die durch ein mit der Ladeelektrode verbundenes ROGlied bestimmt ist. Solange die Amplitude des Videosignals einen bestimmten Schwellwert übersteigt, werden die sich vom Strahl lösenden Tropfen geladen und in die Auffangvorrichtung abgelenkt. Fällt das Videosignal unter den

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Schweilwert, so treffen die demzufolge ungeladenen Tropfen auf den Aufzeichnungsträger auf. Das Verhältnis der den Aufzeichnungs träger erreichenden Tropfen zur totalen Anzahl der vor dem Anlegen des nächsten Videosignals erzeugten Tropfen entspricht dem Grauwert des abgetasteten Videosignals. In einer Druckzeile, die aus einer Kette von Tintentropfen und nicht bedruckten Druckpositionen besteht, sind die Tropfen in Abhängigkeit von den Perioden des Videosignals periodisch gruppiert, wobei die Tropfen am Ende einer jeden Periode und die Zwischenräume am Beginn einer jeden Periode erscheinen.

Ein anderes Beispiel ist durch das IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Vol. 9, Nr. 6, November 1966, Seiten 636/37 unter dem Titel "Pseudo-Half-Tone for Representing Continuous Tone Images in Black-White Facsimily Systems" bekannt. Dieses Beispiel zeigt die Ableitung von Pseudo-Halbton-Matrizen in Übereinstimmung mit vorgegebenen logischen Verknüpfungen. Das analoge Videosignal wird einem Quantisierer zugeführt, der das Videosignal abtastet und ein binär codiertes Ausgangssignal liefert, das den Grauwert am Abtastpunkt darstellt. Die logische Schaltung übersetzt dann für jede Druckposition der Matrix das binäre Codeelement in ein weiß oder schwarz zugeordnetes Steuersignal für das Druckwerk.

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In der USA-Patentschrift 3 604 846 werden die Matrixmuster in Form einer Tabelle in den Speicher eingegeben, in welchem sie in Abhängigkeit von einem quantisierten Video-Dichtewert adressiert v/erden können.

Die Schwierigkeit beim Verfahren gemäß der genannten USA-Patentschrift 3 307 437 liegt darin, daß es innerhalb jeder größeren

Fläche mit gleichem oder ähnlichem Grauwert ein ausgeprägtes j Moire-Muster erzeugt. Sehr sorgfältige Wahl der Matrizen im Zu- ', sammenhang mit dem im IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN veröffent-\ lichten Vorschlag sowie der USA-Patentschrift 3 604 846 ist geeignet, die Bildung von Moire-Mustern zu reduzieren aber nicht ; zu eliminieren. Andererseits bedingen diese Vorschläge sehr kor«- ^! plizierte logische Schaltungen oder großen Speicherraum und entsprechende Zugriffsvorrichtungen, um den quantisierten Grauwert in die geeignete Form umzusetzen.

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Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zum Erzeugen von Pseudo-Halbton-Mustern vorzuschlagen, mit dem die Bildung von Moire-Mustern vermieden werden kann.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Eingang zum Zuführen vorgegebener Grauwerte und mit einem Ausgang zum Steuern eines Druckwerks, ist im Anspruch 10 angegeben.

Weitere Ilerkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen .

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Es zeigen:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Pseudo-HaIbton-Generator s;

Fig. 2 Grauwert-llatrizenj

Fig. 3 Punktmuster entsprechend den Matrizen von Fig. 2;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Äbtast- und Druckvorrichtung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Startvorrichtung für die Anordnung nach Fig. 4j

Fig. 6 Reihen von Grauwert-Matrizen und 7

Fig. 8 eine Grauwertmatrix und die zugeordnete Gewichtsverteilungs-Matrix;

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Fig. 9 eine Grauwertmatrix und zugeordnete Punktmuster

Fig. 10 eine Grauwertmatrix mit den einzelnen Zeilen zugeordneten

Anfangszählwerten

Fig. 11 Grauwert-Matripen unterschiedlicher Grosse mit Angabe des

Anfangszä'hlwertes für jede Zeile

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Reihe von Pseudo-Halbton-Genera-

toren in Parallelschaltung.

Der Begriff "Pseudo-Halbton" wir¹, auf Verfahren angewandt, bei denen Halbtonbilder oder kontinuierliche Grauwerte mit einem Druckwerk reproduziert werden, das nur zwei Grauwerte, nämlich schwarz und weiss besitzt, und bei dem mit einer festen Punktgrösse und einem festen Punktabstand gearbeitet wird. Ein Ausführungsbeispiel eines Pseudo-Halbton-Generators gemäss der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Darin werden die quantisierten, binär codierten Grauwerte über Leitungen 1 einem Vergleicher zugeführt. Ueber Leitungen 3 .bis 6 werden dem Vergleicher 2 zyklisch erzeugte binär codierte Zählsignale zugeführt. Derartige digitale Vergleicher sind bekannt und können so ausgelegt werden, dass sie ein Ausgangssignal auf einer

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Leitung 7 liefern, wenn der digitale Wert auf der Leitung 1 den Wert auf den Leitungen 3 bis 6 übersteigt. Wenn daher der eingegebene Grauwert den Wert des Zählsignals auf den Leitungen 3 bis 6 übersteigt, liefert der Vergleicher 2 auf der Leitung 7 ein Ausgangssignal an das Druckwerk und veranlasst dieses, einen Punkt an der entsprechenden Druckposition zu drucken. Zu Beginn einer Druckzelle wird ein Startsignal über eine Leitung 8 geliefert. Der Wert des Startsignals kann durch einen Zufallsgenerator oder in vorher festgelegter Weise erfolgen, was weiter unten beschrieben wird. Die Signale auf der Leitung 8 werden'Flipflops 9 und 10 sowie den Eingangsleitungen 5 und 6 des Vergleichers 2 zugeführt. Die Flipflops 9 und 10 werden selektiv eingestellt oder zurückgestellt, in Abhängigkeit von den an ihren Eingängen 11 und 12 auftretenden Signalen. Die an den Flipflop" auftretenden Ausgangssignale werden über die Leitungen 3 und 4 an den Vergleicher 2 übertragen. Beispielsweise kann ein positives Signal auf irgendeiner der Leitungen das Vorhandensein eines binären Bits repräsentieren, während ein negatives Signal auf einer der Leitungen das Fehien dieses binären Bits bedeutet. Für jede Druckposition in einer Druckzeile wird über eine Leitung 13 ein Impuls geliefert. Dieser Impuls veranlasst den Flipflop 10, seinen Zustand umzukehren, z.B. vom Zustand der Lieferung einer binären 1 auf der Leitung 4 zu wechseln in den Zustand der Lieferung einer 0. Beim Umschalten vom Zustand¹¹!*^ den Zustand"ü" liefert der Flipflop 10 ferner einen Uebertrag-Impuls über eine Leitung 14 an

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den Flipflop 9. Das Auftreten eines Impulses auf der Leitung 14 veranlasst nunmehr den Flipflop 9 seinen Zustand umzukehren. Daraus folgt, dass ein auf der Leitung 13 auftretender Impuls bewirkt, dass das binäre Equivalent von 4 zu dem auf den Leitungen 3 bis 6 anstehenden Zählsignal für den Vergleicher 2 hinzugefügt wird (N = 4). Bei dem gezeigten Beispiel kann der auf den Leitungen 3 bis 6 auftretende Zählwert in einem Bereich von 0 bis 15 liegen, was einer "1" auf allen Leitungen entspricht. Da vom Flipflop 9 kein Uebertrag an einen Eingang höherer Ordnung des Vergleichers 2 geliefert wird, ist der Effekt eines Impulses auf der Leitung 13, wenn beide Flipflops 9 und 10 im "1" - Zustand sind, dass beide Flipflops in den "O"-Zustand umgeschaltet werden. Das hat zur Folge, dass der Zählwert an den Eingängen"3 bis 6 nochmals in Umlauf gesetzt wird, da er sonst einen Wert von 16 oder grosser erreichen würde.

Wenn beispielsweise der Zählwert auf den Leitungen 3 bis 15 einer binären (1110) entspricht, bewirkt das Auftreten eines Impulses auf der Leitung 13 das Umschalten der Flipflops 9 und 10 in ihren anderen Zustand, so dass der resultierende Zählwert auf den Leitungen 3 bis 6 dem binären Equivalent von"2" (0010) entspricht. Der auf den Leitungen 3 bis 6 erscheinende Zählwert kann daher um eine vorgewählte Zahl N = 4 inkrementiert und beim Zählerstand"IG'', entsprechend dem Quadrat der vorgewählten Inkrernent-Zahl N, zyklisch regeneriert werden.

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Der beispielhafte Bereich von Grauwerten, der über die Leitungen 1 dem Vergleicher 2 angeboten wird, liegt zwischen "0" (nur weiss) und "16" (nur schwarz). Es sind daher fünf Leitungen erforderlich, um den grössten Grauwert von "16" anzudeuten, der in der Form 10000 auftritt. Falls es erwünscht ist, die 16 Grauwerte von "0" bis "15" reichen zu lassen, kann eine logische Schaltung vorgesehen werden, die automatisch den Grauwert "15" (1111) in den Wert "16" (10000) verwandelt.

Fig. 2 zeigt einige Druckzeilen-Matrizen. Das Teilbild 2a entspricht einem von der Schaltung gemäss Fig. 1 erzeugten Muster, worin jede Druckzeile einer der Zeilen der Figur entspricht. Bezüglich der Zeile 15 wird die Schaltung durch den Zählwert "0" gestartet und für jede folgende Druckposition um N = 4 inkrementiert, wobei statt auf "16" zu zählen, nach "0" zurückgekehrt wird. Die Zeile 16 wird mit einem Zählwert von "11" gestartet und ebenfalls mit N = 4 für jede Druckposition inkrementiert. Die Zeile 17 wird mit dem Zählwert "1" gestartet, die Zeile 18 mit dem Zählwert "10"; beide werden mit N = 4 inkrementiert. Die für jede der Druckpositionen der Matrizen erscheinende Zahl gibt auf diese Weise den Grauwert an, der überschritten werden muss, damit an der zugeordneten Druckposition ein Punkt gedruckt wird. Das in der Matrix des Teilbildes b der Fig. 2 dargestellte Muster ist rein sequenziell und wird nicht durch die Schaltung gemäss Fig. 1 erzeugt.

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Fig. 3 zeigt beispielhafte Punktmuster,, die den Eingabe-Grauwerten der Matrizen gemäss Fig. 2 entsprechen. Im T_eilbild a der Fig. 3 bewirkt der auf der Leitung! ankommende Grauwert von "4", dass der Vergleicher 2 ein Aus- ' gangssignal für die Druckposition 0 erzeugt, doch wird der auf den Leitungen 3 bis 6 angebotene Zählwert für keine andere Druckposition der Zeile 15 überschritten. In ähnlicher Weise überschreitet der Grau wert 4 in der Zeile 16 lediglich den Wert 3, in der Zeile 17 lediglich den angebotenen Wert 1 und in der Zeile 18 lediglich den Wert 2. Daraus ergibt sich, dass die Schaltung gemäss Fig. 1 die Punkte über die Matrix verteilt und dadurch sowohl eine Zusammenballung wie auch die Tendenz zur Erzeugung von Moire-Mustern vermeidet.

Die Anordnung der Grauwerte für die Druckpositionen gemäss Teilbild b in Fig. 2 entspricht nicht der vorliegenden Erfindung und resultiert in einem Punktmuster gemäss Teilbild b in Fig. 3. Dieses Punktmuster ändert im wesentlichen den Grauwert in eine Kombination von schwarzer Linie und weissern Feld. Auch andere auf die Matrix gemäss Teilbild b in Fig. 2 angewandte Grauwerte ergeben ein Punktmuster, in dem sich die Punkte zusammenballen, und in dem Moire-Muster vorkommen.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild, in welchem der Pseudo-Halbton -Genera tor

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gemäss Fig, 1 verwandt wird. Der Pseudo-IJalbton-Generator 19 kann verwendet werden, um Grauwerte zum Drucken umzuwandeln, die entv/eder vom Ausgang eines Abtasters 20 über einen Quantisierer 21 kommen oder von einer Rechenanlage 22. Ueber einen Schalter 23 können die Daten selektiv vom Abtaster und Quantisierer bzw, von der Rechenanlage in einen Pufferspeicher 24 eingegeben werden. Der Schalter 23 kann wahlweise die vom Abtaster 20 und Quantisierer 21 gelieferten Daten an die Rechenanlage 22 übertragen, in deren Speicher die Daten eingeschrieben werden. Die Rechenanlage kann dann die gespeicherten Daten selektiv abrufen und an den Pufferspeicher 24 übertragen. Der Puffer 24 ist erforderlich, da die Dotenübertragungseigenschaften des Quantisierers 21 und der Rechenanlage 22 nicht notwendigerweise mit der Eingangskapazität des Pseudo-Halbton-Generators 19 übereinstimmen müssen. Die Grauwertdaten werden vom Puffer 24 über die Leitungen 11 an den Pseudo-Halbton-Generator 19 übertragen. Die Ausgangssignale des Generators 19 werden über eine Leitung 7 einem Drucker 2 5 zugeführt. Der Drucker 2 5 kann ein Tintenstrahl-Drucker, ein Katodenstrahl-Mikrofilmdrucker, ein Draht-Drukker oder eine Hochdruckmaschine bzw. Schreibmaschine sein, die mit speziellen Punktdruck-Elementen ausgerüstet ist. All diese Drucker weisen einen Zeilenstart-Anzeiger 2 6 auf, der angibt, wann eine Druckzeile beendet wird und eine neue beginnt. Der Anzeiger 26 ist über eine Leitung 27 mit dem Puffer 24 verbunden und über eine Leitung 28 mit einem Zufalls-Generator 29.

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Zufalls-Generatoren enthalten normalerweise einen regenerierenden Zählrnechanismus, wie beispielsweise einen Binärzähler, der durch auf summierte, bestimmte Schwellen überschreitende Geräuschsignale fortgeschaltet wird. Die von derartigen Generatoren erzeugten Zahlen sind daher vollkommen zufällig in Bezug auf die Maschinenzyklen oder die Taktsignale der Maschine, an die sie angeschlossen sind. Das auf der Leitung 28 auftretende Signal vom Zeilenstart-Anzeiger 2 6 veranlasst den Zufallsgenerator 29, seine dann zufällig ausgewählte Zahl über die Leitung 8 an den Starteingang des Pseudo-Halbton-Generators 19 abzugeben. Ein Taktgeber 30 erzeugt einen Impuls auf der Leitung 13 für jede Druckposition des Druckers 25. Synchronismus zwischen dem Taktgeber 30 und dem Drucker 2 5 wird hergestellt durch ein Rückkopplungssignal vom Drucker auf einer Leitung 31 oder durch ein Steuersignal vom Taktgeber 30, das über eine Leitung den Drucker 25 in Betrieb setzt. Der Taktgeber 30 liefert über eine Leitung 33 Signale an den Puffer 24 in Uebereinstimmung mit der Periodizität der Grauwert -Eingangsgrössen bezüglich der Druckgeschwindigkeit des Druckers 25. Beispielsweise können die auf der Leitung 33 übertragenen Taktimpulse mit halber Frequenz oder mit einem Viertel der Frequenz der über die Leitung 13 übertragenen Impulse auftreten, was bedeutet, dass die Grauwerte einmal für je zwei Druck Positionen des Druckers 2.' ändern. Mit Ausnahme des Pseudo-Halbton-Generators 19 gemäss Fig. 1 sind alle in Fig. 4 vorkommenden Elemente vorbekannt, .so dass sich eine nähere

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Beschreibung an dieser Stelle erübrigt.

Im Betrieb liefert der Abtaster 20 über den Quantisierer 21, bzw. die Rechenanlage 22, über den Schalter 23 Grauwerte an den Pufferspeicher 24. Wenn der Zeilenstart-Anzeiger 26 des Druckers 2 5 den Beginn einer Zeile durch ein Signal auf der Leitung 27 anzeigt, liefert der Puffer 24 Grauwert-Daten über die Leitung 1 unter Steuerung durch das Taktsignal auf der Leitung 33. Das auf der Leitung 28 erscheinende Startsignal veranlasst den Zufalls-Generator 29, den Pseudo-Halbton—Generator 19 durch Signale auf der Leitung 8 zu starten. Der Pseudo-Halbton-Generator 19 vergleicht darauf den anfänglichen Zählwert mit dem Grauwert und liefert ein Pseudo-Halbton-Signal in serieller Form auf der Leitung, 7, wodurch der dem Vergleicher 2 zugeführte Zählwert in Uebereinstimmung mit den auf der Leitung 13 gelieferten Impulsen vom Taktgeber 30 fortgeschaltet wird.

Die Anordnung gemäss Fig. 5 umfasst eine Alternative zum Zufalls-Generator 29 nach Fig. 4. Bei Benutzung des Zufall-Generators 29 wird für jede der Zeilen 15 bis 18 (Fig. 2a) bei einem zufälligen Startpunkt begonnen, und es ergibt sich nicht die in der Figur gezeigte gleichmässige Matrix. Mit andern Worten, jede Drückzeile beginnt mit irgendeiner zufällig ausgewählten Zahl zwischen 0 und 15.

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Um die vorgegebene Matrix zu implementieren, ist die Anordnung gemäss Fig. ' erforderlich. Das Signal des Zeilenstart-Anzeigers 26 auf der Leitung 28 wird dem Eingang eines Taktgeberrings 34 zugeführt . Eine Ausgangsleitung 35 des Rings 34 ist mit einem Zufalls-Generator 36 verbunden, mit einer Torschaltung 37 und mit den Ladeeingängen von Registern 38 bis 40. Die Ausgangsleitungen 41 bis 43 des Rings 34 sind mit Torschaltungen 44 bis 46 verbunden. Der Zufalls-Gen era tor 36 ist identisch mit dem Zufalls-Generator 29 in Fig. 4, ausser dass die niedrigsten Stellen seines Zahlers voreingestellt sind und dass die Anregung durch Rauschen an der Stelle der binären "4" (N) erfolgt. Daraus ergibt sich, dass der Zufalls-Generator 36 zufällig einen aus den Werten'0^4" "8"oder'l2" auswählt . Der Generator 36 ist über Leitungen 47 mit der Torschaltung 37 sowie mit Addierwerken 48 bis 50 verbunden. Die Torschaltungen 37 und 44 bis 46 sind an die Leitung 8 der Fign. 4 und 1 angeschlossen.

Zum Betrieb der Anordnung sei angenommen, dass die letzte Stufe (Nr. 3) des Rings 34 aktiv sei. Das nächste Signal vom Zeilenstart-Anzeiger 26 über die Leitung 28 schaltet den Ring in den "0"-Zustand und bewirkt einen entsprechenden Impuls über die Leitung 35. Dieses Signal veranlasst den Zufalls-Generator 36, eine zufällig gewählte Zahl auf den Leitungen 47 abzugeben. Beispielsweise kann eine der Zahlen'O", *A\ "8*oder "12*ausgewählt sein, die in der Zeile 15 der Fig. 2a vorkommen. Die zufällig ausgewählte Zahl wird der

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Torschaltung 37 zugeführt sowie den Addierwerken 48 bis 50. Jedes der Addierwerke addiert einen vorgegebenen verschiedenen Wert zur zufällig ausgewählten Zahl und liefert das betreffende Resultat an die Register 38 bis 40. Um die Vorschrift der Matrix gemäss Fig. 2a zu erfüllen, muss das Addierwerk 48 den Wert"irzu der auf der Leitung 47 anstehenden Zufallszahl hinzuaddieren. Dabei entsteht kein Uebertrag. Das bedeutet, dass jedes Total von binär*16*oder grosser als ein Wert binär"0"oder grosser erscheint. Wenn beispielsweise die Zufallszahl auf der Leitung 47 den Wert'8'hat, ergibt sich ein Total vom Addierwerk 48 mit Uebertrag von binär" 19* doch erscheint das Ergebnis als binär'3"ohne Uebertrag. Entsprechend addiert das Addierwerk 49 den Wert"1"zu der gleichen Zufollszahl auf Leitung 47, und das Addierwerk 50 addiert den Wert"lO" zur gleichen Zufallszahl. Das Signal auf der Leitung 35 schaltet die Torschaltung 37 durch, und überträgt damit die Zufallszahl auf die Leitung 8, um dadurch den Pseudo-Halbton-Generator 19 zu starten. Das Signal auf der Leitung 35 läuft ausserdem zu den Ladeeingängen der Register 38 bis 40 und lädt diese mit den Ausgangs Signalen der zugeordneten Addierwerke 48 bis 50.

Beim nächsten Signal des Zeilenstart-Anzeigers 26 auf der Leitung 28 schaltet der Taktgeberring 34 in seinen "!"-Zustand und liefert ein Ausgangssignal auf der Leitung 41. Dieses Signal betätigt die Torschaltung 44 und überträgt

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das im Register 38 stehende Total auf die Leitung 8 des Pseudo-Halbton-Generators 19, der dadurch für die Druckzeile 16 in Fig. 2a eingeschaltet wird. Das nächste Signal des Zeilenstart-Anzeigers 26 auf der Leitung 28 schaltet den Ring 34 in seinen Zustand "2", in welchem ein Ausgangssignal auf der Leitung 42 erscheint. Dieses Signal betätigt die Torschaltung 45 und überträgt das Total vom Register 39 auf die Eingangslcitung 8 des Halbton-Generators 19. Dieses veranlasst den Generator, die Zeile 17 der Fig. 2a zu erzeugen. Schliesslich wird der Ring 34 durch das nächste Signal auf der Leitung 28-in seinen "3"-Zustand geschaltet, indem er ein Ausgangssignal auf der Leitung 43 abgibt. Dieses Signal betätigt die Torschaltung 46, welche das Total vom Register 40 auf die Leitung 8 des Halbton-Generators 19 leitet. Der Generator erzeugt darauf die Druckzeile 18 gemäss Fig. 2a. Das nächste Signal des Zeilenstart-Anzeigers 26 bringt den Ring 34 wieder in den "0"-Zustand und veranlasst die Erzeugung einer anderen Zufallszahl.

Als Alternative können die Register 38 bis 40 eliminiert und eine Leitung 51 vorgesehen werden,um die Leitung 28 direkt mit dem Zufalls-Generator 36 zu verbinden. Dadurch wird die Auswahl einer Zufallszahl in Zeile 15 der Fig. 2a für jedes Zeilenstartsignal auf der Leitung 28 veranlasst. Der Betrieb mit den Registern 38 bis 40 und ohne die Leitung 51 bewirkt die Erzeugung eines regulären Matrixmusters, mit dem Moire-Muster soweit als möglich vermieden wcrdt

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Der Betrieb mit der Leitung 51 und ohne die Register 38 bis 40 erlaubt eine Verschiebung der Druckzeilen 16 bis 18 einzeln mit Bezug auf die Druckzeile 15. Daraus kann sich ein noch zufälligeres Punktmuster als das in der Fig. 3ö gezeigte ergeben, und falls es wirklich zufällig ist, kann es in einer ähnlichen oder etwas besseren Vermeidung von Moire-Mustern resultieren. Sollte der Betrieb des Zufallsgenerators jedoch ein reguläres Muster annehmen, was z.B. durch ei. bestimmtes Rauschverhalten der gesamten Anordnung hervorgerufen werden kann, ist es möglich, dass sich ausgeprägtere Moire-Muster ergeben.

Die in der Fig. 2a dargestellte Matrix ist in der Fig. 6a wiederholt. Bei Anwendung der Anordnungen gemä'ss Fign. 4 und 5 kann der Zufalls-Generator den Pseudo-Halbton-Generator 19 so starten, dass für irgeneine gegebene Reihe von Zeilen eine der äquivalenten Matrizen der Teilbilder b bis d der Fig. 6 erzeugt werden. Die Matrix der Fig. 2a ist auch in der Fig. 7a wiederholt. Das zeigt, dass der Zufalls-Generator 36 und die Addierwerke 48 bis anders ausgelegt werden können, um die Zeilenorganisation der Matrix zu variieren, und doch eine völlig äquivalente Matrix zu erzeugen. Unter äquivalent wird verstanden, dass die Matrizen ein Ppnktmuster gleicher Form für einen Bereich gleichförmigen Grauwertes erzeugen, und dass sie sich lediglich an den Grenzen zwischen den einzelnen Grauwerten unterscheiden.

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Fig. 8 zeigt die Gewichtsverteilung der Matrix der Fig. 2a. Die Grauwert-Matrix der Fig. 2a ist als die T-Matrix und die korrespondierende Gewichtsverteilung ist als S-Matrix dargestellt. Die S-Matrix ist eine Matrix der Summen gebildet aus jeder Position der T-Matrix mit den benachbarten rechten und niedrigeren T-Matrix-Positionen. Auf diese Weise repräsentiert die Leitung 52 die Summender Grauwert-Matrix-Positionen 0, 4, 11 und 15, die ein Total von 30 ausmachen.

Fig·. 9 zeigt die Grau wert-Matrix der Fig. 2a und die zugehörigen Punktmuster für alle Grauwerte grosser 0. Wie aus Fig. 9 ersichtlich, sind die wichtigsten Eigenschaften der 4x4-Pseudo-Halbton-Matrix die folgenden: (a) die Elemente jeder Zeile der Matrix könrun zyklisch erzeugt werden; (b) wenn das Ausgabemuster mit einem Fenster von der Grosse 2x2 abgetastet wird, bleiben die Punktmuster invariant und (c) die Elemente der Matrix, die unterschiedliche Intensitätswerte darstellen, sind gleichmässig verteilt. Für das Drucken mit Matrizen, deren Grosse von 4x4 abweicht, können die Eigenschaften (a) und (c) nahezu erhalten werden, während die Eigenschaft (b) nicht erhalten werden kann.

Die Auslegung eines zyklischen Codes für die Pseudo-Halbton-Matrix kann in zwei Teilen erfolgen: 1) Wahl der Zeilenordnung der Druckzeilen der Matrix

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und 2) Zuordnung des Anfangswertes der zyklischen Folge in jeder Zeile zu einer geeigneten Spalte der Matrix. Bei einer NxN-Matrix gibt es also N-Zeilen von zyklischen Elementen. G _T sei ein N-Vektor, dessen Elemente die Anfangswerte der zyklischen Folge enthalten, d.h. G (.) geht von 0, 1, 2 ... (N-I). Ausserdem sei T die entsprechende Pseudo-Halbton-Matrix,gebildet durch Expandieren der Anfangs werte für G in Reihen von zyklischen Folgen. Daraus ergibt sich, dass für gegebenes G_M viele Verschiedene Wege zur Bildung von T existieren, da es viele Wege gibt, in den einzelnen Zeilen der Matrix die Startspalte für die anfänglichen Werte der zyklischen Folgen zu wählen. Ein Weg zum Vermeiden von Moire-Mustern ist der Versuch, die Summen zweier benachbarter Zeilen gleich zu machen. Für gegebenes N kann G,. daher gewählt werden wie folgt:

	(N	O	D
		-
	(N	1	3)
		-
		3
^GN ⁼		•
	(N	• 4.	4)
		-
	(N	2	2)
	_

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Da der Durchschnittswert von O bis (N-I) gleich dem Wert (N-l)/2 ist, stellt die oben getroffene Wahl von G sicher, dass die Summen irgend zweier Zeilen von Elementen in T wenigstens angenähert gleiche Werte aufweisen. Mit andern Worten, wenn T durch Expandieren des oben definierten G₁. _T ge-

G N

bildet wird, wird die maximale Differenz zwischen den Summen zweier benachbarter Zeilen von Elementen in TV ein Minimum. Dabei ist zu beachten, dass die Summe der Elemente in jeder Zeile in T gleich ist dem Wert:

CjJ

x_oN

N-I
k = 0

worin χ der anfängliche Wert der zyklischen Folge ist . Daraus ergibt sich, ο

dass für gegebenes N die Summe Jer Elemente in jeder Zeile durch den anfänglichen Wert χ bestimmt ist. Die Anordnung der Elemente in G.._T definiert ο JM

dann vollständig die Summe der Elemente in jeder Zeile von T . Es sei darauf hingewiesen, dass, was die Minimisierung der maximalen Differenz zwischen den Summen zweier Zeilen von Elementen in T betrifft, G nicht einzig cla-

G -N

steht, und dass G_M in der nachstehenden Definition das gleiche Resultat ergeben würde.

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	(N	O	2)
		-
	(N	2	4)
		-
		4
^GN ⁼		β
	(N	3	3)
		-
	(N	1	1)

Für gewähltes G^ ist es dann erforderlich, die Spalte zu finden, bei welcher für jede Zeile der Anfangswert der zyklischen Folge stehen soll, um die resultierende Matrix T zu bilden. Es drängt sich auf, dass die Anfangswerte in der Matrix voneinander äquidistant entfernt sein sollten, wobei die Distanz gleich "\/n sein sollte, und falls VN keine ganze Zahl ist, man die nächst höhere ganze Zahl wählt. Wie in Fig. 10 dargestellt, ergibt wiederholte Verschiebung um den gleichen Betrag des anfänglichen Wertes der zyklischen Folge bei grösseren Matrizen ein niedrig-frequentes Linienmuster. ■Das in Fig. 10 dargestellte Beispiel ist eine 9x9-Matrix, worin eine Verschie bung der anfänglichen Werte der zyklischen Elemente um drei in jeder Zeile in einem sehr auffälligen niedrig-frequenten Linienmuster resultiert und möglicherweise in einem sichtbaren Moire-Muster.

Um Linienmuster zu vermeiden, werden die anfänglichen Werte für die Druck zeilen von einer Zolle zur nächsten um so viele Spalten verschoben, wie die ganze Zahl VN angibt und für die übernächste Zeile um so viele Spalten

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wie die ganze Zahl VN - 1 angibt. Fig. 11 zeigt Beispiele von

Pseudo-Halbton-Druckmatrizen mit zyklischen Codes von der Grosse. 5x5 bis 12x12. Es sind nur die anfänglichen Werte der zyklischen Folgen in den einzelnen Zeilen angegeben. Die anderen Elemente in jeder Zeile können durch die Addition von N zum vorhergehenden Element in zyklischer Weise bestimmt werden.

Fig. 12 zeigt die parallele Anordnung mehrerer Pseudo-Halbton-Generatoren zum simultanen Drucken aller Druckzeilen einer einzelnen Matrix. Unter der Annahme, dass die vorliegenden Grauwerte einer 4x4-Matrix entsprechen, wird über die Leitung 1 der gleiche Eingabe-Grauwert an die Eingänge 53 bis 56 der Pseudo-Halbton-Generatoren 57 bis 60 geliefert. Falls die Grauwerte einer 2x2-Matrix angehören, wird ein Satz von Grauwertdaten über die Leitunger '61 an die Eingänge 53 und 54 der Halbton-Generatoren 57 und 58 übertragen, während ein anderer Satz von Grauwerten über die Leitungen 62 den Eingängen 55 und 56 der Halbton-Generatoren 59 und 60 zugeführt würde.

Der Taktgeber 3 0 ist mit jedem der Halbton-Generatoren über die Leitung 13 verbunden, die gemä'ss Fig. 4 mit dem Druckwerk 25 synchronisiert ist. Die Leitung 28 vom Zeilenstart-Anzeiger 26 des Druckers 25 ist an den Zufalls-Generator 36 angeschlossen und veranlasst den Generator, seine jeweils ge-

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wählte Zufallszahl an die Ausgangsleitung 63 zu liefern. Die Leitung 63 ist mit dem Starteingang des Halbton-Generators 57 sowie mit den Addierwerken 64, 65 und 66 verbunden. Die Pseudo-Halbton-Generatoren 57 bis 60 sind mit dem Pseudo-Halbton-Generator 19 in Fig. 4 bzw. in Fig. 1 identisch. Ferner sind die Addierwerke 64 bis 66 mit den entsprechenden Addierwerken 48 bis 50 in Fig. 5 identisch. Die Halbton-Generatoren liefern ihre individuellen, seriellen Ausgangssignale über die Leitungen 67 bis 70 für die entsprechenden parallelen Druckzeilen des Druckers 25.

Im Betrieb betätigt ein Zeilenstartsignal auf der Leitung 28 den Zufalls-Generator 36, um die ausgewählte Zahl von denen in der Matrixzeile 15 (Fig. 2a) auf die Leitung 63 zu übertragen. Die durch die Signale auf der Leitung 63 dargestellte Zahl startet den Halbton-Generator 57 und wird den Addierwerken ■64, 65 und 66 zugeführt. Die Addierwerke addieren jeweils einen vorbestimmte; Wert ohne Uebertrag zu der ausgewählten Zahl, was entsprechend in den Zeilen 16 bis 18 der Fig. 2a dargestellt ist und liefern das Total, um die Pseudo-Halbton-Generatoren 58, 59 und 60 zu starten. Ein Taktsignal betätigt den Puffer 24, der Grauwert-Daten auf der Leitung 1 den Eingängen 53 bis der Halbtongeneratoren 57 bis 60 zuführt. Die Halbton-Generatoren arbeiten dann in Abhängigkeit von den Grauwert-Daten,um auf den entsprechenden Ausgangsleitungen 67 bis 70 Drucksignale zu liefern, oder nicht zu liefern. Beim

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nächsten Taktsignal auf der Leitung 24 vom Taktgeber 30 werden die Halbton-Generatoren ohne Uebertrag weitergeschaltet und vergleichen den neuen Zählwert zum anliegenden Grauwert, und liefern wiederum ein Drucksignal, oder kein Drucksignal, auf den entsprechenden Ausgangsleitungen 67 bis 70, Das Fortschalten und geeignete Eingeben von Grauwerten wird fortgesetzt, bis das Ende der Druckzeile erreicht und eine neue Zeile begonnen ist, zu welcher Zeit ein Zeilenstartsjgnal auf der Leitung 28 erscheint.

Die Repetitionsgeschwindigkeit, mit welcher Grauwerte auf der Leitung 1 unter Steuerung durch die Taktsignale auf der Leitung 33 zugeführt werden können, ist verknüpft mit der Anzahl von Druckpositionen entlang der Druckzeile, die durch einen einzigen Grauwert repräsentiert werden. Wenn also eine gesamte (NxN) Matrix durch einen einzigen Grauwert repräsentiert wird, ist das Verhältnis der Repetitionsgeschwindigkeit zur Fortschaltgeschwindigkeit gleich l/N. Wenn nur eine nxn-Untermatrix der Druckmatrix NxN durch einen einziger. Grauwert repräsentiert wird, ist das Verhältnis der Repetitionsgeschwindigkeit zur Fortschaltgeschwindigkeit gleich n/N.

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Claims

PAT E H TA N SPRÜCHE

1. Verfahren zum Erzeugen von Pseudo-Halbton-Hustern entlang wenigstens einer Druckzeile in Übereinstimmung mit vorgegebenen Grauwerten, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Starten einer Zählung der Druckpositionen bei Beginn einer Druckzeile,

Zuführen des vorgegebenen Grauwertes für die betreffende Druckposition,

Vergleichen des genannten Grauwertes mit dem Zählwert für die betreffende Druckposition, Einleiten des Drückens an der betreffenden Druckposition, falls der Vergleich ergeben hat, daß der Grauwert ..größer ist als der Zählwert,

Inkrementieren des Zählwertes um eine vorgegebene Größe

Regenerieren mit dein Quadrat dieser Größe (N ) für die nächste Druckposition der Druckzeile, und Rückkehr zum genannten Zuführ-Schritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

2 vorgegebenen Grauwerte die Werte 0 bis N annehmen können.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Starten der Zählung der Anfangszählwert zufällig gewählt

_{Λ Λ} 609830/0552
wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle von N benachbarten Druckzeilen, die eine NxN-Matrix von Druckpositionen bilden, beim Starten der Zählung für die erste Druckzeile der Anfangszählwert zufällig gewählt wird, und daß für jede folgende Druckzeile ein Anfangszählwert gewählt wird, der vom zufällig gewählten Anfangszählwert um eine vorgegebene, für jede Druckzeile verschiedene Größe abweicht.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Grauwerte eine Fläche repräsentieren, die größer ist als eine Druckposition, und daß die Grauwerte sequentiell mit einer Repetitionsgeschwindigkeit zugeführt werden, die kleiner ist als die Geschwindigkeit des Inkrementierens des Zählwertes.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der parallelen Erzeugung von Pseudo-Halbton-Mustern in N benachbarten Druckzeilen der Startschritt das simultane und separate Starten aller N Druckzeilen umfaßt, und daß die übrigen Schritte parallel für jede Druckzeile durchgeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Starten der Zählung der Anfangszählwert für die erste Druckzeile zufällig aus einem Satz von N Größen gewählt wird, bei denen zwei benachbarte sich jeweils um den Wert N voneinander

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unterscheiden, daß die übrigen Anfangszählwerte in einem eine

Matrix bildenden Huster zugeführt werden, vjobei allen Druck- : zeilen verschiedene Anfangszählwerte zugeordnet sind, welche ! Anfangszäh!werte zwischen 0 und N-I liegen, daß die Differenz' zwischen den Summen der Zählwerte für je zwei benachbarte Druckzeilen ein Minimum wird, und daß die Anfangszählwerte entlang den Druckzeilen vorn kleinsten Zählwert der vorhergehenden Druckzeile der Matrix um eine Anzahl von Druckpositionen verschoben werden, die gleich der nächsten ganzen Zahl zur Quadratwurzel aus N ist.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß clie vorgegebenen Grauwerte jeweils eine Fläche von der Größe der Ilatrix repräsentieren, und daß die Zuführung der Grauwerte in digitaler Form mit einer Repetitionsgeschwindigkeit erfolgt, die mit dem Faktor l/N mit der Geschwindigkeit der Inkrementierung zusammenhangt.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Grauwerte jeweils einer Fläche von der Größe einer nxn-üntermatrix der WxIi-Matrix entsprechen, und daß die Zuführung der Grauwerte für die Untermatrix in digitaler Form mit einer Repetitionsgeschwindigkeit erfolgt, die mit dem Faktor n/N mit der Geschwindigkeit der Inkrementierung zusammenhängt.

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λ 10J Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Patentanspruch

[ 1, mit einem Eingang zum Zuführen vorgegebener Grauwerte und ί ■ . ...

mit einem Ausgang zum Steuern eines Druckwerks, gekennzeichnet durch wenigstens einen Zähler (19, 57-6O) zum Fortschalten eines Zählwertes um eine vorgegebene Größe (N) für jede Druckposition und zum Regenerieren des Zählwertes beim Qua-

2
drat der Größe (N ) , und durch einen mit dem Eingang (1) und dem Zähler (19, 57-60) verbundenen Vergleicher (2) zum Vergleichen des Grauwertes mit dem Zählwert für jede Druckzeile, welcher Zähler (19, 57-60) so ausgelegt ist, daß er ein Ausgangssignal abgibt, v/enn der Grauwert den Zählwert überschreitet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (19, 57-6O) am Beginn einer Druckzeile auf einen Anfangszählwert einstellbar ist, und daß ein Taktgeber (30) vorgesehen ist, der zum Liefern von Taktimpulsen erster Art an den Zähler (19, 57-60) angeschlossen ist, um den Zähler fortzuschalten, und der zum Liefern von Taktimpulsen zweiter Art an einen mit dem Grauwerteingang (1) verbundenen Pufferspeicher (24) angeschlossen ist, und gekennzeichnet durch eine druckergesteuerte Starteinrichtung (26) die mit einem Zufalls Generator (29) verbunden ist, dessen Ausgang (8) zum Liefern des Anfangszählwertes an den Zähler (19, 57-6O) angeschlosser ist.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß

jeder Druckzeile ein Zähler (57-60) zugeordnet ist, und daß der Zufalls-Generator (36) über eine Leitung (63) direkt an den der ersten Druckzeile zugeordneten Zähler (57) angeschlosf sen ist, während er jeweils über ein Addierv/erk (64-66) an
die den übrigen Druckzeilen zugeordneten Zähler (58-60) angeschlossen ist, wobei die Addierwerke (64-66) zum Addieren unterschiedlicher fester Werte zu dem vom Zufalls-Generator (36) gelieferten Wert ausgelegt sind.

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