DE2556565B2

DE2556565B2 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von pseudo-halbton-mustern

Info

Publication number: DE2556565B2
Application number: DE19752556565
Authority: DE
Inventors: Kwan Yui San Jose Calif. Wong (V.StA.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-01-20
Filing date: 1975-12-16
Publication date: 1977-04-21
Also published as: FR2298242B1; FR2298242A1; GB1528377A; IT1058322B; BE836819A; DE2556565C3; CH591335A5; BR7600355A; DE2556565A1; NL187143C; SE7600470L; JPS5187921A; ES444424A1; JPS5524634B2; SE412152B; CA1047935A; NL7600518A; ES444425A1; US4032978A

Description

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

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, du Grauwerte oder kontinuierliche Schattierungen enthalten, wie beispielsweise 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 Größen. 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 Anzanl von Punkten wiedergegeben wird. Falls die einzelnen Punkte genügend klein sein, fließen sie zusammen, da das Auge sich bemüht zwischen Punkten und leeren Räumen eine Vermischung herbeizuführen, so daß das Auge dahingehend getäuscht wird, es sähe verschiedene Schattierunger, von kontinuierlichen Grautönen.

Es sind bereits Verfahren zum Erzeugen von Halbtonoder Pseudo-Halb ton-Bildern bekanntgeworden. Ein Beispiel ist in der US-Patentschrift 33 73 437 beschrieben, die einen Tintenstrahl-Drucker zeigt in dem mehrere 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 werden, 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 KC-Glied 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 Schwellwert so treffen die demzufolge ungeladenen Tropfen auf den Aufzeichnungsträger auf. Das Verhältnis der den Aufzeichnungsträger e. -eichenden 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 TECHNICAI DISCLOSURE BULLETIN, VoL 9, Nr. 6, November 1966, Seiten 636/37, unter dem Titel »Pseudo-Half-Tone for Representing Continous Tone Images in Black-White Facsimily Systems« bekannt Dieses Beispiel zeigt die Ableitung von Pseudo-Halbton-Matrizen in Obereinstimmung mit vorgegebenen logischen Verknüpfungen. Das analoge Videosignal wird einem Quantisierer zugeführt, der das Videosignal abtastet und ein binär codiertes Ausgangssignal liefert, das den ίο Grauwert am Abtastpunkt darstellt Die logische Schaltung übersetzt dann für jede Druckposition der Matrix das binäre Codeelement in ein schwarz oder weiß zugeordnetes Steuersignal für das Druckwerk.

In der US-Patentschrift 36 04 846 werden die Matrixmuster in Form einer Tabelle in den Speicher eingegeben, in welchem sie in Abhängigkeit von einem quantisierten Video-Dichtewert adressiert werden können.

Die Schwierigkeit beim Verfahren gemäß der genannten US-Patentschrift 33 73 437 liegt darin, daß es innerhalb jeder größeren Fläche mit gleichem oder ähnlichem Grauwert ein ausgeprägtes Moir6-Muster erzeugt Sehr sorgfältige Wahl der Matrizen im Zusammenhang mit dem im IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN veröffentlichen Vorschlag sowie der US-Patentschrift 36 04 846 ist geeignet die Bildung von Moire-Mustern zu reduzieren aber nicht zu eliminieren. Andererseits bedingen diese Vorschläge sehr komplizierte logische Schaltungen oder großen Speicherraum und entsprechende Zugriffsvorrichtungen, um den quantisierten Grauwert in die geeignete Form umzusetzen.

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 Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

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

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Pseudo-Halbton-Generators,

F i g. 2 Grauwert-Matrizen,

F i g. 3 Punktmuster entsprechend den Matrizen von Fig. 2,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer ADtast- und Druckvorrichtung,

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer Startvorrichtung für die Anordnung nach F i g. 4,

F i g. 6 und 7 Reihen von Grauwert-Matrizen,

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

Fig.9 eine Grauwertmatrix und zugeordnete Punktmuster,

Fig. 10 eine Grauwertmatrix mit den einzelnen Zeilen zugeordneten Anfangszählwerten,
Fig. 11 Grauwert-Matrizen unteischiedlicher Größe mit Angabe des Anfangszählwertes für jede Zeile,

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Reihe von Pseudo-Halbton-Generatoren in Parallelschaltung.

Der Begriff »Pseudo-Halbton« wird 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 niit einer festen Punktgröße und einem festen Punktabstand gearbeitet wird. Ein Ausführungsbeispiel eines Pseudo-Halbton-Generators gemäß der vorliegenden Erfindung ist in F i g. 1 dargestellt. Darin werden die quantisierten, binär codierten Grauwerte über Leitungen 1 einem Vergleieher 2 zugeführt Über 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 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 Druckzeile wird ein Startsignal über eine Leitung 8 geliefert. Der Wen 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 Flipflops 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 des Fehlen dieses binären Bits bedeutet. Für jede Druckposition in einer Druckzelle 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 Zustand »1« in den Zustand »0« liefert der Flipflop 10 ferner einen Übertrag-Impuls über eine Leitung 14 an 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 Äquivalent 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 Übertrag 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 »0«-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 größer erreichen würde. Es wird demnach »modulo-15« gezählt

Wenn beispielsweise der Zählwert auf den Leitungen

3 bis 6 einer binären 14 (IUO) entspricht, bewirkt das Auftreten eines Impulses auf der Leitung 13 das Umschalten des 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 wird daher um eine vorgewählte Zahl N = 4

s inkrementiert, und beim Zählerstand »16«, entsprechend dem Quadrat der vorgewählten Inkrement-Zahl N, wird wieder mit »0« beginnend weitergezählt, d. h., es wird zyklisch »modulo-15« gezählt.

Der beispielhafte Bereich von Grauwerten, der über

ίο 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 F i g. 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 F i g. 2 dargestellte Muster ist rein sequenziell und wird nicht durch die Schaltung gemäß F i g. 1 erzeugt

F i g. 3 zeigt beispielsweise Punktmuster, die den Eingabe-Grauwerten der Matrizen gemäß F i g. 2 entsprechen. Im Teilbild a der F i g. 3 bewirkt der auf der Leitung 1 ankommende Grauwert von »4«, daß der Vergleicher 2 ein Ausgangssignal 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 Grauwert 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 F i g. 1 die Punkte über die Matrix verteilt und dadurch sowohl eine Zusammenballung wie auch die Tendenz zur Erzeugung von Moirfe-Mustern vermeidet

Die Anordnung der Grauwerte für die Druckpositio nen gemäß Teilbild b in Fig.2 entspricht nicht dei vorliegenden Erfindung und resultiert in einem Punkt muster gemäß Teilbild b in F i g. 3. Dieses Punktmustei ändert im wesentlichen den Grauwert in eine Kombina tion von schwarzer Linie und weißem Feld. Auch ander« auf die Matrix gemäß Teilbild b in F i g. 2 angewandt! Grauwerte ergeben ein Punktmuster, in dem sich dii

6c Punkte zusammenballen, und in dem Moire-Muste vorkommen.

Fig.4 zeigt ein Blockschaltbild, in welchem de Pseudo-Halbton-Generator 19 gemäß Fig. 1 verwand wird. Der Pseudo-Halbton-Generator 19 kann verwen det werden, um Grauwerte zum Drucken umzuwandelr die entweder vom Ausgang eines Abtasters 20 übe einen Quantisierer 21 kommen oder von eine Rechenanlage 22. Über einen Schalter 23 können di

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 s 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 Datenübertragungseigenschaften 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 1 an den Pseudo-Halbton-Generator 19 übertragen- Die Ausgangssignale des Generators 19 κ werden über eine Leitung 7 einem Drucker 25 zugeführt. Der Drucker 25 kann ein Tintenstrahl-Drukker,. ein Katodenstrahl-Mikrofilmdrucker, ein Draht-Drucker oder eine Hochdruckmaschine bzw. Schreibmaschine sein, die mit speziellen Punktdruck-Elementen ausgerüstet ist All diese Drucker weisen einen Zeilensiart-Anzeiger 26 auf, der angibt, wann eine Druckzelle 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.

Zufalls-Generatoren enthalten normalerweise einen regenerierenden Zählmechanismus, wie beispielsweise einen Binä.'zähler, der durch aufsummierte, bestimmte Schwellen überschreitende Geräuschsignale fortge- -50 schaltet 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 26 veranlaßt den Zufallsgenerator 29, seine dann zufällig ausgewählte Zahl über die Leitung 8 an den Starteingang des Pseudo-Haibton-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 25 wird hergestellt durch ein Rückkopplungssignal vom Drucker auf einer Leitung 31 oder durch ein Steuersignal vom Taktgeber 30, das über eine Leitung 32 den Drucker 25 in Betrieb setzt. Der Taktgeber 30 liefert über eine Leitung 33 Signale an den Puffer 24 in Übereinstimmung mit der Periodizität der Grauwert-Eingangsgrößen bezüglich der Druckgeschwindigkeit des Druckers 25. Beispielsweise können die auf der Leitung 33 übertragenen Taktimpulse mit halber so Frequenz oder mit einem Viertel der Frequenz der über die Leitung 13 übertragenen Impulse auftreten, was bedeutet, daß die-Grauwerte einmal für je zwei Druckpositionen des, Druckers 25 ändern. Mit Ausnahme des Pseudo-Halbton-Generators 19 gemäß Fig. 1 sind alle in Fig.4syorkommenden Elemente vorbe kannt, so daß sich eine nähere 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 25 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 Übereinstimmung mit den auf der Leitung 13 gelieferten Impulsen vom Taktgeber 30 fortgeschaltet wird.

Die Anordnung gemäß F i g. 5 umfaßt eine Alternative zum Zufalls-Generator 29 nach F i g. 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 anderen Worten, jede Druckzeile beginnt mit irgendeiner zufällig ausgewählten Zahl zwischen 0 und 15.

Um die vorgegebene Matrix zu implementieren, ist die Anordnung gemäß F i g. 4 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 27 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-Generator 36 ist identisch mit dem Zufalls-Gererator 29 in F i g. 4, außer daß die niedrigsten Stellen seines Zählers 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 »12« 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 F i g. 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 2b 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 »0«. »4«, »8« oder »12« ausgewählt sein, die in der Zeile 15 der F i g. 2a vorkommen. Die zufällig ausgewählte Zahl wird der Torschaltung 37 zugeführt sowie den Addierwerken 48 bis 50. Jedes der Addierwerke addiert einen vorgegebenen, 'erschiedenen Wert zur zufällig ausgewählten Zahl und liefert das betreffende Resultat an die Register 38 bis 40. Um die Vorschrift der Matrix gemäß F i g. 2a zu erfüllen, muß das Addierwerk 48 den Wert »11« zu der auf der Leitung 47 anstehender Zufallszahl hinzuaddieren. Dabei entsteht kein Übertrag. Das bedeutet, daß jedes Total von binär »16« odei größer als ein Wert binär »0« oder größer erscheint Wenn beispielsweise die Zufallszahl auf der Leitung 4) den Wert »8« hat, ergibt sich ein Total vom Addierwerk 48 mit Obertrag von binär »19«, doch erscheint da; Ergebnis als binär »3« ohne Obertrag. Entspt«chenc addiert das Addierwerk 49 den Wert »1« zu der gleichet Zufallszahl auf Leitung 47, und das Addierwerk 5( addiert den Wert »10« zur gleichen ZufallszahL Da: Signal auf der Leitung 35 schaltet die Torschaltung 31 durch, und Oberträgt damit die Zufallszahl auf dii Leitung 8, um dadurch den Pseudo-Halbton-Generato 19 zu starten. Das Signal auf der Leitung 35 lauf außerdem zu den Ladeeingängen der Register 38 bis 41 und lädt diese mit den Ausgangssignalen der zugeordne ten Addierwerke 48 bis 50.

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Beim nächsten Signal des Zeilenstart-Anzeigers 26 auf der Leitung 28 schaltet der Taktgeberring 34 in seinen »1 «-Zustand und liefert ein Ausgangssignal auf der Leitung 41. Dieses Signal betätigt die Torschaltung 44 und überträgt das im Register 38 stehende Total auf die Leitung 8 des Pseudo-Halbton-Generators 19, der dadurch für die Druckzeile 16 in F i g. 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 Eingangsleitung 8 des Halbton-Generators 19. Dieses veranlaßt den Generator, die Zeile 17 der F i g. 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 F i g. 2a. Das nächste Signal des Zeilenstart-Anzeigers 26 bringt den Ring 34 wieder in den »O«-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 F i g. 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 werden.

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 noch ein zufälligeres Punktmuster als das in der F i g. 3a gezeigte ergeben, 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 ein bestimmtes Rauschverhalten der gesamten Anordnung hervorgerufen werden kann, ist es möglich, daß sich ausgeprägtere Moire-Muster ergeben.

Die in der F i g. 2a dargestellte Matrix ist in der F i g. 6a wiederholt Bei Anwendung der Anordnungen gemäß F i g. 4 und 5 kann der Zufalls-Generator 36 den Pseudo-Halbton-Generator 19 so starten, daß für irgendeine gegebene Reihe von Zeilen eine der äquivalenten Matrizen der Teilbilder b bis d der F i g. 6 erzeugt werden. Die Matrix der F i g. 2a ist auch in der Fig.7a wiederholt Das zeigt, daß der Zufalls-Generator 36 und die Addierwerke 48 bis 50 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 Punktmuster gleicher Form für einen Bereich gleichförmigen Grauwertes erzeugen, und daß sie sich lediglich an den Grenzen zwischen den einzelnen Grauwerten unterscheiden.

Fig.8 zeigt die Gewichtsverteilung der Matrix der Fig.2a. Die Grauwert-Matrix der Fig.2a ist als die Γ-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 ergibt die Summe der Grauwert-Matrix-Positionen 0, 4, 11 und 15 ein Total von 30.

F i g. 9 zeigt die Grauwert-Matrix der F i g. 2a und die

zugehörigen Punktmuster für alle Grauwerte größer als

s 0. Wie aus Fig.9 ersichtlich, sind die wichtigsten Eigenschaften der 4 χ 4-Pseudo-Halbton-Matrix die folgenden:

(a) die Elemente jeder Zeile der Matrix können zyklisch erzeugt werden;

ίο (b) wenn das Ausgabemuster mit einem Fenster von der Größe 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 Größe 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 Zeilenanordnung der Druckzeilen dei Matrix und 2) Zuordnung des Anfangswertes dei zyklischen Folge in jeder Zeile zu einer geeigneter Spalte der Matrix. Bei einer N χ N-M?trix gibt es alsc N-Zeilen von zyklischen Elementen. Gs sei eir N-Vektor, dessen Elemente die Anfangswerte dei zyklischen Folge enthalten, d. h. G^ ·) geht von 0,1,2.. (N-1). Außerdem sei T_c die entsprechende Pseudo Halbton-Matrix, gebildet durch Expandieren der An fangswerte für G Reihen von zyklischen Folgen. Daraui ergibt sich, daß für gegebenes Gm viele verschieden« Wege zur Bildung von Tp existieren, da es viele Weg« gibt, in den einzelnen Zeilen der Matrix die Startspalti für die anfänglichen Werte der zyklischen Folgen zi wählen. Ein Weg zum Vermeiden von Moire-Musten ist der Versuch, die Summen zweier benachbarte Zeilen gleichzumachen. Für gegebenes N kann Gi daher gewählt werden wie folgt:

(N-I)

1 (N -3)

(N-4)

(N-2)

Da der Durchschnittswert von 0 bis (W-I) gleic dem Wert (N~l)/2 ist, stellt die oben getroffene Wal von G_Nsicher,daß die Summen irgendzweier Zeilen ve blementen in T_G wenigstens angenähert gleiche Wer aufweisen. Mit anderen Worten, wenn T_G du« Expandieren des oben definierten G_n gebildet wir

wird die maximale Differenz zwischen den Summen zweier benachbarter Zeilen von Elementen in Tc ein Minimum. Dabei ist zu beachten, daß die Summe der Elemente in jeder Zeile in To gleich dem Wert

k .-- (I

worin x₀ der anfängliche Wert der zyklischen Folge ist. Daraus ergibt sich, daß für gegebenes N die Summe der Elemente in jeder Zeile durch den anfänglichen Wert x₀ bestimmt ist. Die Anordnung der Elemente in Gn definiert dann vollständig die Summe der Elemente in jeder Zeile von Tg. Es sei darauf hingewiesen, daß, was die Minimisierung der maximalen Differenz zwischen den Summen zweier Zeilen von Elementen in Tc betrifft, Gn nicht einzig dasteht, und daß Gn in der nachstehenden Definition das gleiche Resultat ergeben würde.

0
[N-2)

(N-4)
4

(N - 3)

(N-I)

Für gewähltes Gn ist es dann erforderlich, die Spalte zu finden, bei welcher für jede Zeile der Anfangswert der zyklischen Folge stehen soll, um die resultierende Matrix Tb zu bilden. Es drängt sich auf, daß die Anfangswerte in der Matrix voneinander äquidistam entfernt sein sollten, wobei die Distanz gleich j/N sein sollte, und falls yWkeine 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 niedrigfrequentes Linienmuster. Das in Fig. 10 dargestellte Beispiel ist eine 9 x 9-Matrix, worin -jine Verschiebung der anfänglichen Werte der zyklischen Elemente um drei in jeder Zeile in einem sehr auffälligen niedrigfrequenten Linienmuster resultiert und möglicherweise in einem sichtbaren Moir6-Muster.

Um Linienmuster zu vermeiden, werden die anfänglichen Werte für die Druckzeilen von einer Zeile zur nächsten um so viele Spalten verschoben, wie die ganze Zahl i/Nangibt und für die übernächste Zeile um so viele Spalten wie die ganze Zahl ftj± 1 angibt Fi g. 11 zeigt Beispiele von Pseudo-Halbton-Druckmatrizen mit zykuschen Codes von der Größe 5 χ 5 bis 12 χ 12. Es sind nur die anfänglichen Werte der zyklischen Folger; 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

ίο Annahme, daß die vorliegenden Grauwerte einer 4 χ 4-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 2 χ 2-Matrix angehören, wird ein

is Sai7 von Grauwertdaten über die Leitungen 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.

:o Der Taktgeber 30 ist mit jedem der Halbton-Generatoren über die Leitung 13 verbunden, die gemäß F i g. 4 mit d^m 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 gewählte 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 F i g. 4 bzw. in F i g. 1 identisch. Ferner sind die Addierwerke 64 bis 66 mit den entsprechenden Addierwerken 48 bis 50 in F i g. 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 Zeiienstartsignal aui der Leitung 28 den Zufalls-Generator 36, um die ausgewählte Zahl von denen in der Matrixzeile 15 (F i g. 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 vorbestimmten Wert ohne Übertrag 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-Generator ;n 58, 59 und 60 zu starten. Ein Taktsignal betätigt den Puffer 24, der Grauwert-Daten auf der Leitung 1 den Eingängen 53 bis 56 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 nächsten Taktsignal auf der Leitung 13 vom Taktgeber 30 werden die Halbton-Generatoren ohne Übertrag wekergeschaltet und vergleichen den neuen Zählwert zum anliegenden Grauwert und liefern wiederum ein Drucksignal oder keir Drucksignal, auf den entsprechenden Ausgangsleitun gen 67 bis 70. Das Fortschalten und geeignete Eingeber von Grauwerten wird fortgesetzt, bis das Ende dei Druckzelle erreicht und eine neue Zeile begonnen ist, zi welcher Zeit ein Zeilenstartsignal auf der Leitung 2t erscheint

Die Repetitionsgeschwindigkeit, mit welcher Grau werte auf der Leitung 1 unter Steuerung durch di< Taktsignale auf der Leitung 33 zugeführt werder können, ist verknüpft mit der Anzahl von Druckpositio

nen entlang der Druckzeile, die durch einen einzigen Grauwert repräsentiert werden. Wenn also eine gesamte (N χ Λ^-Matrix dusch einen einzigen Grauwert repräsentiert wird, ist das Verhältnis der Repetitionsgeschwindigkeit zur Fortschaltegeschwin-

digkeit gleich i/N. Wenn nur eine π χ n-Untermatrix der Dryckmatrix N χ Λ/durch einen einzigen Grauwert repräsentiert wird, ist das Verhältnis der Repetitionsgeschwindigkeit zur Fortschaltgeschwindigkeit gleich n/N.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen von Pseudo-Halbton-Mustern entlang wenigstens einer seriell mit Punkten zu bedruckenden Druckzeile in Übereinstimmung mit vorgegebenen Grauwerten, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Starten einer Zählung der Druckposition bei Beginn einer Druckzeile,

Zuführen des vorgegebenen Grauwertes für die betreffende Druckposition als Zahl, 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 (N) bei jeder folgenden Druckposition in der Zeile,

übertragsloses zyklisches Zählen bis zum Quadrat dieser Größe, d. h. »πκκηιΙο-ί,Λ/² — 1)«-

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die vorgegebenen Grauwerte die Werte 0 bis N² annehmen können.

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

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß im Falle von N benachbarten Druckzeilen, die eine N χ Λ/Matrix von Druckpositionen bilden, beim Starten der Zählung für die erste Druckzeile der Anfangszähiwert zufällig gewählt wird, und daß für jede folgende Druckzeile ein Anfangszählwert gewählt wird, der vom zufällig gewählten Anfangszähiwert 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 ^benachbarten Druck-Keilen 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 unterscheiden, daß die übrigen Anfangszählwerte in einem eine Matrix bildenden Muster zugeführt werden, wobei allen Druckzeilen verschiedene Anfangszählwerte zugeordnet sind, welche Anfangszählwerte 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 vom kleinsten Zählwert der vorhergehenden Druckzeile der Matrix um eine Anzahl von Druckpositionen verschoben werden, die gleich der nächsten ganzen Zahl zur Quadrat-

wurzel aus N ist

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Grauwerte jeweils eine Fläche von der Größe der Matrix reprasentie-

S ren, und daß die Zuführung der Grauwerte in digitaler Form mit einer Repetitionsgeschwindigkeit erfolgt, die mit dem Faktor i/N mit der Geschwindigkeit der Inkrementiening zusammenhängt

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Grauwerte jeweils einer Fläche von der Größe einer η χ /J-Untermatrix der JVx N-Matrix entsprechen, und daß die Zuführung der Grauwerte für die Untermatrix in digitaler Form mit einer Repetitionsgeschwindigkeit erfolgt, die mit dem Faktor a/N mt der Geschwindigkeit der Inkrementierung zusammenhängt

10. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Patentanspruch 1, mit einem Eingang zum Zuführen vorgegebener Grauwerte als Zahlen und mit einem Ausgang zum Steuern eines Druckwerks, gekennzeichnet durch wenigstens einen Zähler zum Fortschalten eines Zählwertes um eine vorgegebene Größe (N) für jede Druckposition und zum zyklischen Zählen ohne Übertrag bis zum Quadrat

dieser Größe, d.h. »modulo-fN²—1)«, und durch einen mit dem Eingang (1) und dem Zähler verbundenen Vergleicher (2) zum Vergleichen des Grauwertes mit dem Zählwert für jede Druckzeile, welcher so ausgelegt ist daß er ein Ausgangssignal abgibt wenn der Grauwert den Zählwert überschreitet

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Zähler am Beginn einer Druckzelle auf einen Anfangszählwert einstellbar ist und daß ein Taktgeber (30) vorgesehen ist der zum Liefern von Taktimpulsen erster Art an den Zähler 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 angeschlossen ist

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß jeder Druckzeile ein Zähler mit Vergleicher (57—60) zugeordnet ist und daß der Zufalls-Generator (36) über eine Leitung (63) direkt an den der ersten Druckzeile zugeordneten Zähler angeschlossen ist während er jeweils über ein Addierwerk (64—66) an die den übrigen Druckzeilen zugeordneten Zähler angeschlossen ist, wobei die Addierwerke (64—66) zum Addieren unterschiedlicher fester Werte zu dem vom Zufalls-Generator

(36) gelieferten Wert ausgelegt sind.