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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Drucken von Farbdokumenten in einer solchen Weise, dass, wenn
die Farbdokumente auf einem Schwarzweiß-Kopierer oder -Drucker reproduziert
werden, deren Farbinformationsinhalt erhalten bleibt.
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Farbdrucker
und Kopierer arbeiten üblicherweise
in Arbeitsumgebungen, welche immer noch Schwarzweißgeräte enthalten.
Obwohl Farbdruck am Arbeitsplatz zunehmend üblicher wird, bleiben die Kosten
für den
Farbdruck immer noch wesentlich über
dem von Schwarzweißdruck.
Somit legt, obwohl Farbdokumente ohne weiteres für Kleinvolumen-Einsatz erzeugt werden
können,
die Großvolumenreproduktion
nahe, dass Schwarzweißdrucker
oder Kopierer verwendet werden sollten.
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Wenn
ein Farbdokument schwarzweiß kopiert
wird, kann die von der Farbe transportierte Information verlorengehen.
Information wird oft mittels Farbe durch die Verwendung bestimmter
Farben, welche eine besondere Information repräsentieren, transportiert. Wenn
Farbdokumente auf einem Schwarzweiß-Kopierer kopiert oder auf
einem Schwarzweiß-Faksimilegerät ausgegeben
werden, oder aus einer Farbdatei auf einen Schwarzweißdruck reproduziert
werden, kann Information verlorengehen. Diese Geräte unterwerfen üblicherweise
die Helligkeitskomponente des Quellenbildes einer Schwellenwertentscheidung,
um das Bild entweder schwarz oder weiß darzustellen, was das Problem
der Umsetzung der Zwischenhelligkeit von Farbobjekten auf einer
Seite ergibt. Viele dunklere Farben werden oft als schwarz kopiert,
während
hellere Farben vollständig
wegfallen. Wenn Grautöne
reproduziert werden, werden sie oft gesprenkelt oder fransig. Ironischerweise verschlimmern
Steigerungen in der Druckerauflösung
und der Rasterfrequenz, welche die Farbbildqualität verbessern,
das Kopierproblem. Zunahmen in der Druckerauflösung fassen das Bild dem Kopierer
sowie dem menschlichen Betrachter als einheitliche Bereiche einer
Zwischenhelligkeit anstelle eines Musters von Rasterpunkten erscheinen.
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Selbst
wenn ein Kopierer den Helligkeitspegel von Quellenfarben zuverlässig reproduzieren
könnte, besitzen
viele unterschiedliche Farben dieselbe Helligkeit und sind daher
nach dem Kopieren nicht unterscheidbar. Dieses muss für bildliche
Darstellungen, in welchen ein Grossteil der Information in der Helligkeitskomponente
liegt, kein ernstes Problem sein, während für Text oder Präsentationsgrafiken
Farbe neue Dimensionen für
den Transport von Information bietet. Farbe kann dazu genutzt werden,
wichtige Punkte zu organisieren, Kategorien zu unterscheiden und
Dokumente und Dokumentinhalt zu organisieren. Wenn sie jedoch schwarzweiß kopiert
oder gefaxt werden, geht die Unterscheidungsvermögen der Farbe verloren.
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Das
primäre
Ziel der meisten Dokumente ist der Transport von Information. Wenn
man annehmen kann, dass das Dokument mit einem Schwarzweiß-Reproduktionsgerät kopiert
oder gefaxt wird und daher Information verloren gehen könnte, könnte es
erwünscht
sein, etwas von dem Aussehen des Originaldokuments zugunsten des
Informationsinhalts zu opfern. Man könnte sich beispielsweise entscheiden, überhaupt
keine Farbe zu verwenden. Alternativ kann eine Auswahl getroffen
werden, um Farbe und Farbmerkmale zu wählen, die gut kopiert werden
können.
Derartige Auswahlmöglichkeiten
sind signifikante Barrieren in der Dokumentenerzeugung.
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Es
ist bekannt, dass ausgewählte
Hintergrund- und/oder alphanumerische Textbereiche in sich wiederholenden
und/oder variierenden Mustern einer Hervorhebungsfarbe und mit schwarzen
sich wiederholenden oder variierenden Mustern verschachtelt gedruckt
werden können,
wie es z. B. für
einen Einzeldurchlauf-Xerografiedruck von zusammengesetzten Bildsicherheitsdokumenten
in US-A 5,291,243 für
Heckman et al. offenbart ist. Ein Teil derartiger Farbmuster kann
auch reproduziert werden, wenn derartige Dokumente auf einem Schwarzweiß-Kopierer
kopiert werden, wobei jedoch ein derartiges Kopieren nicht zuverlässig ist.
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Von
weiterem Hintergrundinteresse sind US-A 5,308,553, US-A 5,153,576
und EP-A-0,446,008.
Diese Patente wandeln jedoch elektronisch ein Vierfarbendokument
in ein monochromes Faksimile zum anschließenden monochromen Drucken
um, indem elektronisch Pixel für
Pixel die ursprünglichen
Volltöne
in verschiedene unterschiedliche Muster von nur schwarzen Abbildungen
umgewandelt werden. Eine derartige Anordnung erzeugt per Definition
keine Originale, welche in Farbe für ein anschließendes Kopieren auf
einem Schwarzweiß-Kopierer,
welcher den Informationsgehalt des ursprünglichen Farbbildes beibehält, reproduziert werden.
Ferner sind die Muster, die diese Verfahren erzeugen, entweder auf
einem festgelegten Satz oder auf Designs beschränkt, welche direkt nur durch
die drei Farbkomponenten gesteuert werden und wobei sich von den
unterschiedlichen Farbdokumenten gesteuerte Bereiche nicht überlappen.
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Weitere
interessierende Patente umfassen US-A 4,703,318 für Haggerty,
welches die Idee der Erzeugung eines zeichenbasierenden monochromatischen
Bildes aus einer digitalen Repräsentation
eines Farbbildes darstellt, indem: (1) eine zeichenbasierende Repräsentation
des Farbbildes erzeugt wird, in welchem eine Vielzahl von Farbzeichen
jeweils die Vordergrund- oder Hintergrund-Farbe innerhalb eines
definierten Bereichs des Farbbildes beschreiben; (2) eine Vielzahl
von jeweils einer Farbe in dem Farbbild entsprechender Farbmustermasken
bereitgestellt wird, die ein Muster heller und dunkler Punkte umfassen,
die in der Lage sind, in dem monochromatischen Bild eine visuelle
Unterscheidung zwischen Bereichen unterschiedlicher Farben bereitzustellen;
(3) die Farbzeichen in monochromatische Zeichen transformiert werden,
indem die Hintergrund- und Vordergrundfarben jedes Farbzeichens
in dem entsprechenden Muster heller und dunkler Punkte ersetzt werden;
und (4) die monochromatischen Zeichen auf einem zeichenbasierenden
Ausgabegerät
dargestellt werden.
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Die
vorliegende Erfindung unterscheidet sich von Haggerty dahingehend,
dass das Ziel das Erzeugen eines gedruckten Bildes ist, in welches
es kopierbar ist, und in welchem Farben und Farbtöne reproduziert
werden können,
um den Informationsgehalt des ursprünglichen Dokumentes, welches
diese Farben verwendete, beizubehalten.
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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren und einer
Vorrichtung zum Erzeugen eines variierenden Musters in Farben, welches
die Verwendung von Farbe in der Erzeugung eines Farboriginals erlaubt,
und welches den unterscheidenden Farbinhalt beibehält, wenn
das Farboriginal in Schwarzweiß gedruckt
oder kopiert wird.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Reproduzieren eines
Farbdokumentes in einem Format, das Schwarzweißdrucken oder -kopieren unter
Beibehaltung des Farbinhalts des Farbdokumentes ermöglicht,
die Schritte: Empfangen eines elektronischen Dokumentes mit Bildbereichen
darin, die für
einen Druck in einer Vielzahl von Farben bestimmt sind, Definieren
für eine
vorgewählten
Farbe, eines für
die vorgewählte
Farbe eindeutigen Musterblockes, Erzeugen einer farbigen Repräsentation
der Bildbereiche in Form von Wiederholungen der für jede Farbe
definierten Musterblöcke,
wobei jede Wiederholung eines Musterblockes mit jeder Dichteänderung
innerhalb der Bildbereiche variiert, um die Dichte der farbigen
Repräsentation
zu verändern,
Drucken des elektronischen Dokuments mit jeder von den Repräsentationen
in überlagerter
Beziehung.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Dokumentenreproduktionssystem
zum Reproduzieren eines Farbdokumentes in einem Format, das Schwarzweißdrucken
oder -kopieren unter Beibehaltung des Farbinhalts des Farbdokumentes
ermöglicht:
eine Dokumenteneingabe, die ein elektronisches Dokument mit darin
zum Drucken in einer Vielzahl von Farben bestimmten Bildbereichen
empfängt,
eine Bildverarbeitungseinheit, die das Dokument zum Drucken und
Umwandeln jeder Farbe in einen Satz wiederholter Farbmuster verarbeitet,
wobei jeder Satz der wiederholten Farbmuster für eine einzelne Farbe eindeutig
ist und einem Basisfarbensatz entspricht, die Dichte der Farbmuster
mit der Dichte der Farbe in einem entsprechenden Bereich in dem
Dokument variiert, und einen Drucker, der die Bildbereiche mit den
Mustern für
jede zum Erzeugen eines endgültigen
Bildes hinzugefügte
Farbe reproduziert, welches, wenn es in Schwarzweiß gedruckt
oder kopiert wird, den Farbinhalt im Hinblick auf eine Unterscheidung
von Farbbereichen beibehält.
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Die
vorliegende Erfindung wird weiter im Rahmen eines Beispiels unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 den
Gesamtprozess der Erfindung beschreibt;
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2A und 2B das
Grundprinzip der Erfindung darstellen, dass unterschiedliche Dichten
durch bestimmte wiederholbare Muster modelliert werden können;
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3A und 3B Beispiele
eines unterschiedlichen Musters sind, das besonders für starke
Farben nutzbar ist;
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4A, 4B und 4C Muster
für jede
von den Primärfarben
R, G und B darstellen;
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5A,
und 5B Muster für
Schwarz (manchmal als K bezeichnet) darstellen;
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6A, 6B und 6C Muster
für die
Farbmittel oder Sekundärfarben
C, M und Y darstellen;
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7A und 7B darstellen,
wie zunehmend starke gelbe Farben behandelt werden;
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8 eine
Funktionsblockdarstellung einer Möglichkeit zeigt, in der die
Erfindung unter Verwendung von Nachschlagetabellen für die Muster
implementiert werden kann;
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9 eine
Funktionsblockdarstellung einer Implementation der Erfindung zeigt,
in welcher die Muster durch Rasterung (Screening) oder Schattierung
(Dithering) erzeugt werden; und
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10 eine
Variante in einer Musternutzung darstellt, wenn die Muster direkt
auf Schwarz gedruckt werden.
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Zu
Beginn werden die Prinzipien der Erfindung diskutiert, bevor eine
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben wird. Gemäß der Erfindung besteht ein
Verfahren, um ein schwarzweiß-freundliches
Kopieren zu ermöglichen,
darin, ein Muster in den Farben in Volltonbereichen eines Bildes
dort zu erzwingen, wo das Muster ein bestimmtes Aussehen in der
Helligkeitskomponente des Bildes aufweist. Die Idee besteht darin,
dass nach dem Kapieren das Muster beibehalten bleibt, obwohl die
Farbe verloren gegangen ist. Somit kann man sagen, dass der Bereich
Farbe hatte und selbst zwischen Bereichen unterschiedlicher Farben
unterscheiden, da sich unterschiedliche Texturmuster besitzen. Die
Motivation ist ähnlich
denen der vorstehend erwähnten Patente,
welche Farben Schwarzweiß-Texturen
zuordnen, die kopiert werden können.
Das hier beschriebene Verfahren unterscheidet sich jedoch dahingehend,
dass es Farbtexturen erzeugt, die nicht stark von der ursprünglichen
Farbe zur Verwendung in dem ursprünglichen Farbdokument abweichen.
Somit behält
das Dokument sein farbiges Aussehen bei, wenn es nicht auf einem
Schwarzweißdrucker
kopiert oder gedruckt wird.
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Bei
der Betrachtung des Gesamtprozesses wird Bezug auf 1 genommen.
Zu Beginn wird ein Bild empfangen, das typischerweise in Form von
Rot, Grün,
Blau (R, G, B) oder Zyan, Magenta, Gelb (C, M, Y) definiert ist.
Bei dem Block 2 wird das Farbbild auf einen Basismustersatz
projiziert, welcher das Komponentenmuster repräsentiert, das verwendet wird,
vielleicht R, G, B, C, M, Y, W (Weiß) und K (Schwarz). Anschließend werden
bei dem Schritt 4 die Komponentenmuster für jede von
den Farben in dem Basissatz mit Ausnahme von Weiß auf der Basis der Intensität der Farbe
erzeugt. Bei dem Schritt 6 muss überall dort, wo eine Farbe
in Form einer Nicht-Druckfarbe definiert ist, diese Farbe in Form
einer eine Druckfarbe neu definiert werden. Schließlich werden
bei dem Schritt 8 alle von den definierten Farben kombiniert,
so dass die Muster für eine
gegebene Druckfarbe das erforderliche Farbmittel repräsentieren.
Zu Beginn projiziert das Verfahren unter Betrachtung des Blockes 2 zum
Erzeugen eines Musters unter Beibehaltung der Farbe die ursprüngliche Farbe
auf einem Basisfarbensatz. Die Basisfarben werden in den Komponentenmustern
verwendet. Der Basisfarbensatz könnte
beispielsweise die acht Farben Zyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Blau,
Schwarz und Weiß sein,
und die Projektion auf diese Basis wird beschrieben, wobei aber
auch andere Farben verwendet werden könnten.
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Nun
wird unter Bezugnahme auf den Block 2 des Prozesses zu
Beginn die weiße
Komponente der Gesamtfarbkombination abgetrennt. Somit wird anstelle
des Druckes von Rosa ein Muster von Rot und Weiß bei dem Block 4 erzeugt.
Für eine
in additiven Rot-Grün-Blau-Koordinaten
(r, g, b) ausgedrückte
Farbe ist der Anteil an vorhandenem Weiß das Minimum der Koordinatenwerte. w = min(r, g, b).
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Die
restliche Farbe mit der entfernten Weißkomponente ist r' = r – w g' = g – w b' = b – w.
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Wenn
beim Kopieren das Rot (beispielsweise) zu Schwarz wird, bleibt das
Weiß weiß und es
wird ein Muster reproduziert. Die Trennung wird im Block 4 in
einer Musterzelle ausgeführt,
welche dann wiederholt wird, um den Farbbereich abzudecken. Die
Musterzelle kann jede Form sein, die in regelmäßiger Weise angeordnet werden
kann, wobei jedoch eine rechteckige Form die einfachste ist. Man
könnte
beispielsweise ein Quadrat für
eine Musterzelle verwenden und die rote Komponente der Farbe in
der Form eines vertikalen Striches zeichnen, wobei die Breite des
Striches den Anteil des in der Farbe enthaltenen Rotes darstellt.
Ein leichtes Rosa hätte
einen dünnen
roten Strich, während
ein stärkeres
Rosa einen breiteren Strich gemäß Darstellung
in den 2A und 2B hätte. Um
getreu ein volles Rot zu reproduzieren, ist die gesamte (oder nahezu die
gesamte) Musterzelle ausgefüllt.
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Wenn
dieses gemacht wird, erzeugt es eine gleichmäßige Fläche ohne Unterscheidungsmuster;
es sieht lediglich Schwarz aus, wenn es auf einem Schwarzweiß-Kopierer
kopiert wird. Um eine gewisse Textur selbst für volle Rottöne zu bewahren,
kann man entweder das Maß der
Strichbreite begrenzen, so dass sie nicht die gesamte Zelle einnimmt,
wie in 3A, oder eine Weißtextur
innerhalb des roten Striches hinzufügen, wenn er dick wird, wie
es in 3B dargestellt ist. Indem die
weiße
Linie an der Position platziert wird, in welchem das Muster zusammenkommt,
um die Zelle zu füllen,
wird der Intensitätssprung,
der auftreten würde, wenn
die Linie abrupt eingeführt
würde,
vermieden.
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Muster
vertikaler und horizontaler Streifen können verwendet werden, und
wurden in anfänglichen
Implementationen des Verfahrens verwendet, stellten sich aber als
zu augenfällig
heraus und neigten dazu, das Bild zu stören und zu verschlechtern.
Es hat sich herausgestellt, dass ein angenehmeres Muster durch eine
in 4A dargestellte S-förmige
Kurve gebildet wird. Diese Kurve wird von Zelle zu Zelle verbunden,
um vertikale Wellen statt Streifen zu erzeugen. Weitere verwendete
Musterformen waren das Kreuz für
Grün in 4B und
diagonale Streifen für
Blau, wie es in 4C dargestellt ist. Man wird
jedoch deutlich erkennen, dass viele unterschiedliche Muster möglich sind,
wovon jedes seine eigenen Vorteile hat.
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Die
Idee der Abtrennung des Weißanteils
aus der Farbe und die Verwendung beider zum Erzeugen eines Musters
funktioniert gut für
helle ungesättigte
Farben, wobei jedoch dunkle Farben einer bestimmten Schattierung
nur wenig Weiß besitzen
und sich voneinander durch den Anteil des vorhandenen Schwarzes
unterscheiden. Um Schwarzweißkopien
dieser Farben unterschiedlich aussehen zu lassen, muss man das Muster
mit dem vorhandenen Schwarzanteil verändern.
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Der
Schwarzanteil ist gegeben durch: k = 1 – max(r,
g, b).
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Diese
Unterscheidung von dunklen Farben kann erzeugt werden, indem man
Schwarz seine eigene Form gibt, welche mit dem vorhandenen Schwarzanteil
zunimmt oder abnimmt. Somit wird das Muster aus einer Kombination
von Formen zusammengesetzt, welche die Form für die primäre Farbe (Rot, Grün oder Blau) und
die Farbe für
Schwarz enthalten. Eine mögliche
Form für
den Schwarzanteil könnte
die Ecken der Musterzelle mit schwarzen Dreiecken füllen, wie
es in 5A dargestellt ist. Ein Grund
für die
Wahl dieser Form besteht darin, dass nur eine geringe Überlappung
mit den Mustern anderer Farben vorliegt, bis die Farbanteile oder
das Schwarz groß wird.
Dieses Muster hat sich jedoch für
Grautöne
als zu grob herausgestellt. Bessere Ergebnisse wurden unter Verwendung
eines Fingermusters erzielt, das durch die Hinzufügung einer
Raute in der Mitte gemäß Darstellung
in 5B erzeugt wird. Weitere Muster können möglich sein.
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Das
Entfernen der Weißkomponente
aus einer Farbe reduziert wenigstens eine von den r, g, b Koordinaten
auf Null, so dass man in Betracht ziehen könnte, das Muster aus den Formen
für die
zwei anderen Komponenten und das Schwarz zu erzeugen. Bei diesem
Lösungsansatz
stören
sich jedoch die Formen für viele
von den Farben gegenseitig. Der Grund besteht darin, dass beide
Formen einen Großteil
oder sogar die gesamte Musterzelle ausfüllen können und daher sich überlappen
müssen.
Die schlimmsten Fälle
sind die Sekundärfarben
(Zyan, Magenta und Gelb), die beide von den Komponentenprimärfarben
benötigen,
um die Zelle zu füllen,
was eine vollständige Überlappung
ergibt. Wir können
kleinere Formen verwenden und deren gegenseitige Störung reduzieren,
wenn wird Formen für
eine primäre
und eine Sekundärfarbe
anstelle für
zwei primäre
Farben verwenden. Beispielsweise kann Orange aus Rot (r') und einem kleineren
Anteil von Grün
(g') erzeugt werden,
wobei wir jedoch das Grün
mit einer gleichen Menge an Rot kombinieren könnten, um Gelb zu erzeugen.
Das Orange würde
dann aus dem Gelb (y = g')
und dem restlichen Rot (r'' = r' – g') erzeugt werden. Die gesamte Fläche der
Musterzelle, die gefärbt
werden muss, wird zu r' =
r'' + y statt r' + g'. Dieses macht es
leichter, alle Formen mit unterzubringen. Die Strategie besteht
dann darin, eine Musterzelle mit einer Form für die Primärfarbe, einer für die Sekundärfarbe und
einer für
Schwarz zu füllen,
wobei der Rest der Zelle weiß bleibt.
Dieses erfordert, dass Formen für
die Sekundärfarben
definiert werden. Ein Lösungsansatz
besteht darin, die Formen aus den Primärfarben, welche die Sekundärfarben
bilden, zu entleihen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine
bessere Farbunterscheidung erzielt werden könnte, indem besondere und unterschiedliche
Muster für
die Sekundärfarben
verwendet würden.
Das Kriterium in der Musterauswahl war die Minimierung der Überlappung
zwischen den primären
und sekundären
Mustern, die zusammen existieren können. Ein Mustersatz, der gut
funktioniert, ist die horizontale Welle für Zyan, diagonale Streifen
für Magenta
und ein Kreis für
Gelb, wie es jeweils in den 6A, 6B und 6C dargestellt
ist.
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Wie
bei den primären
können
die sekundären
Formen sich ausdehnen, um die Zelle auszufüllen. Um das Muster zu bewahren,
wenn dieses erfolgt, wird ein dünner
weißer
Pfad in der Mitte der Form für
Zyan, Magenta, ähnlich
wie dem vorstehend in 3A dargestellten gezeichnet.
Gelb ist zu hell, dass eine weiße
Linie sichtbar ist, so dass in diesem Falle eine schwarze Linie
verwendet werden kann. Wenn eine durchgezogenen schwarze Linie das
sich ergebende Gelb zu dunkel macht, kann eine unterbrochene schwarze
Linie verwendet werden, oder eine Linie, die aus roten und grünen Strichen
zusammengesetzt ist, wie es in den 7A und 8B dargestellt ist. Da Gelb üblicherweise
als Weiß kopiert,
ist ein bestimmtes Verfahren erforderlich, um helles Gelb von dunklem
Gelb zu unterscheiden. Eine Möglichkeit
besteht in der Vergrößerung der
Länge der
Mittelstriche mit zunehmender Stärke
des Gelbs.
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Eine
Zusammenfassung der Berechnung der Anteile der Primär- und Sekundärfarben
folgt. Wenn Farben ursprünglich
als additives Rot, Grün
und Blau (R, G, B), welche von 0 bis 1 reichen, ausgedrückt werden, sind
die Berechnungen: k = 1 – max(R, G, B) w = min(R, G, B) rt = R – w gt = G – w bt = B – w c = min(gt, bt) m = min(rt, bt) y = min(gt, rt) r = rt – m – y g = gt – y – c b = bt – c – mwobei
die Werte r, g, b, c, m, y, k angeben, wieviel Fläche von
der Musterzelle die entsprechende Farbe gegeben werden sollte.
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Wenn
die Farben ursprünglich
in dem subtraktiven Zyan, Magenta, Gelb und Schwarz (C, M, Y, K), welche
zwischen 0 und 1 liegen, ausgedrückt
werden, werden die Musterfarbanteile wie folgt berechnet: kt = min(C, M, Y) k = K + kt ct = C – kt mt =
M – kt r = min(mt, yt) g = min(ct, yt) b = min(mt, ct) c = ct – g – b m = mt – r – b y = yt – r – g
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Man
beachte, dass die Musterzelle bis zu drei Muster für jede gegebene
Farbe, die Primärfarbe,
die Sekundärfarbe
und Schwarz enthalten kann. Da sich diese Muster dieselbe Zelle
teilen, ist eine gewisse Überlappung
vorhanden; und die Farbe oben ersetzt die Farbe unter dieser. Die
tatsächlichen
Tinten für
die verborgenen Muster sind keinesfalls erwünscht und es tritt eine Farbverschiebung
auf. Beispielsweise kommt, wenn man Orange erzeugt, ein Teil des
Rots mit dem Gelb in Konflikt und es liegt eine Farbverschiebung
von dem gewünschten
Zustand dort vor, wo beide gezeigt werden. Die einfachste Strategie
zur Behandlung dieser Farbverschiebung besteht in der Einführung von
Kompensationsanpassungen in den gewünschten Farben. Diese Kompensationen
können
in den Farbkorrekturprozess einbezogen werden, welcher vor dem Rasterungsschritt erfolgen
könnte.
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Wenn
jedoch aus irgendeinem Grund keine Farbkorrektur vorliegt oder diese
nicht die erforderliche Anpassung enthalten kann, können die
Anpassungen explizit an den Farbwerten ausgeführt werden. Die Lösung besteht
in der Erweiterung der Breite der primären Form (der roten Welle),
um den Überlappungsbereich zu
kompensieren und dann im Drucken der Sekundärfarbe (Gelb) überall dort,
wo ein Konflikt vorliegt. Dasselbe kann für Schwarz durchgeführt werden.
Wenn entweder eine Primär-
oder Sekundärfarbe
das Schwarz überlappt,
kann das Schwarz verbreitert werden und die Primär- oder Sekundärfarbe kann
in dem Überlappungsbereich
verwendet werden. Die Anpassung muss nur an denjenigen Farben stattfinden,
welche durch andere Farben "überdeckt" werden können.
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Wenn
beispielsweise das Modell so ist, dass Schwarz zuerst platziert
wird, gefolgt von einer Farbe aus dem Satz (Zyan, Magenta oder Gelb)
und wenigstens eine Farbe aus dem Satz (Rot, Grün oder Blau) muss dann die
zweite Farbe bezüglich
der letzten angepasst werden und Schwarz muss für beide angepasst werden. Die
Anpassungen haben die Form: c = c + Acg(c, g) + Acb(c,
b) m = m + Amr(m,
r) + Amb(m, b) y
= y + Ayr(y, r) + Ayg(y,
g) k = k + Akcg(k,
c, g) + Akcb(k, c, b) + Akmr(k,
m, r)
+ Akmb(k, m, b) + Akyr(k,
y, r) + Akyg(k, y, g)
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Die
Funktionen Aij geben die inkrementale Anpassung
an die zweite Farbe i aufgrund des Vorhandenseins der letzten Farbe
j an. Die Funktionen Akij geben die inkrementale
Anpassung von Schwarz aufgrund des Vorhandenseins beider Farben
i und j an.
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Wenn
sich die Muster in einer leicht modellierten Weise überlappen,
können
die Anpassungsterme fliegend berechnet werden. Andernfalls können die
Anpassungen vorberechnet und in einer Tabelle gespeichert werden.
Kleine Tabellen und Interpolation können genutzt werden, um Speicherplatz
einzusparen. Optimale Korrekturen hängen nicht nur von dem Design
des Musters sondern auch von den Markierungseigenschaften des Druckgerätes ab.
Selbst mit ziemlich groben Korrekturen kann eine gute Farbentspre chung
zwischen einem breiten Satz von Originalfarben und deren Ausdruck
als Muster erzielt werden.
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Der
erste Schritt in dem Prozess ist die Berechnung der Gewichtungen
oder Anteile von jeder der mehreren Farben in dem Basisfarbensatz
gemäß vorstehender
Beschreibung. Diese Anteile können
für eine
angenommene Überlappung
von Mustern angepasst werden. Die zweite Stufe besteht in der tatsächlichen
Erzeugung der Komponentenmuster.
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Dieses
Verfahren der Erzeugung von Farbmustern ist algorithmisch; d. h.,
es liegt ein Algorithmus vor, der ein Muster für jede Farbe erzeugt. Das Verfahren
ist nicht auf einen kleinen Satz von Mustern beschränkt oder
auf eine spezielle Palette von Farben. Ferner besitzen ähnliche
Farben ähnliche
Muster. Dieses bedeutet, dass Farbverläufe sich sanft ändernde
Texturen ohne abrupte Änderungen
in den Mustern werden.
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Bei
der Auswahl einer Mustergröße muss
die Musterzelle groß genug
sein um gesehen zu werden und trotzdem klein genug, um kleine Objekte
auszufüllen
und nicht aufdringlich zu sein. Für Kopierer scheint eine Zellengröße von 1,1
mm (1/24 inch) gut zu funktionieren. Für Faxgeräte ist jedoch die Wiedergabequalität schlechter,
und eine größere Musterzelle
von wenigstens 1,6 mm (1/16 inch) ist erforderlich.
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Bei
der Implementation der vorstehenden Prinzipien besteht ein Lösungsansatz
in der Verwendung der Musterfähigkeit
von Adobe PostScript Level II (ein Produkt der Adobe Corporation,
California). Die Operatoren zum Füllen grafischer Objekt werden
so umdefiniert, dass sie zuerst die aktuelle Farbe extrahieren,
ein entsprechendes Muster aufbauen und das Muster für die Aufbereitung
(Rendering) installieren, und schließlich die grafische Form ausfüllen. Ein ähnlicher
Lösungsansatz
kann bei der Microsoft Windows Graphic Device Interface (GDI) gewählt werden,
indem Farben mit Mustern unter Verwendung der Bitmap- und Brush-Operationen
ersetzt werden. Ein Vorteil dieses PDL-Lösungsansatzes
besteht darin, dass er ziemlich leicht zu implementieren ist. Man
muss nur einen Vorspann einfügen,
der die Operatoren an dem Beginn des PostScript-Dokumentes umdefiniert. Der Nachteil
dieses Lösungsansatzes
besteht darin, dass er für
einige Bilder langsam ist.
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Eine
effizientere Implementation basiert auf Rasterung und weist ebenfalls
eine einfache Implementation auf, erfordert aber eine Modifikation
der Rendering-Software. Die Hauptidee ist, wie nachstehend erläutert, nicht
nur eine Rasterung der Tintenfarben (Zyan, Magenta, Gelb und Schwarz),
sondern aller auf der Basis von Farben (einschließlich der
Sekundärfarben
Rot, Grün
und Blau). Die Raster bauen die Musterformen für diese Farben auf. Die Tinten-Bitmaps
werden dann durch Kombination der geeigneten primären und
sekundären Muster
mit logischen Operationen in den dritten und vierten Schritten aufgebaut.
In der PostScript-Implementation wird dieser Prozess, welcher die
Trennung der Musterfarben in den Farbmittelsatz und die Kombination dieser
Beiträge
für jedes
spezielle Farbmittel umfasst, implizit durch die PostScript-Mustermaschine
ausgeführt.
Für den
Rasterlösungsansatz
muss sie jedoch explizit ausgeführt
werden.
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Die
Rasterung ist ein herkömmlicher
Prozess, in welchem die Farbwerte (r, g, b, t, m, y, oder k) mit einem
Rasterschwellenwert für
diese Position in dem Bild verglichen werden. Beispielsweise wird
dort wo r(x, y) der Rot-Farbwert an der Position (x, y) ist, Tr die Schwellenwertanordnung für Rot ist,
mod der Modulusoperator ist, m, n die Abmessungen der Musterzelle
sind, und βr der sich ergebende Bitwert für das Rot-Muster
ist, dann der Rasterungsprozess beschrieben durch:
if r(x,
y) > dr(x
mod m, y mod n)
then br = 1
else
br = 0
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Ähnliche
Tests werden für
alle anderen Farben durchgeführt.
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Die
Schwellenwertanordnungen sind so ausgelegt, dass, sobald der Anteil
an Tinte zunimmt, das Grundmuster gezeichnet und dann verdickt wird.
Beispielsweise könnte,
wenn die Musterzellengröße 4 × 4 wäre, die
Farbwerte zwischen 0 und 1 variiert würden und das Muster ein vertikaler
Streifen wäre,
dann die Schwellenwertanordnung wie dargestellt aussehen.
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Die
nächsten
Schritte, dargestellt bei den Blöcken 6 und 8 in 1 bestehen
in der Kombination der Muster. In Block 6 werden die Farbmuster
in die entsprechenden Beiträge
für die
tatsächlichen
Farbmittel getrennt. Beispielsweise wird das Muster für die rote
Basisfarbe tatsächlich
durch Drucken von Gelb- und Magenta-Farbmitteln erzeugt. In gleicher
Weise wird Grün
aus Gelb- und Zyan-Farbmitteln erzeugt und Blau wird aus Zyan- und
Magenta-Farbmitteln erzeugt. Somit wird das Rot-Muster tatsächlich zweimal
verwendet, einmal für
den Gelbauszug und einmal für
Magenta.
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Gemäß dem bei
dem Block 8 implementierten Prozess können, sobald wir die Farbmittel-(Zyan,
Magenta, Gelb und Schwarz)-Auszüge
für alle
von den Basisfarbensatzmustern haben, diese kombiniert werden, um
die tatsächlichen
Farbmittelsteuerungen zu erzeugen. Beispielsweise müssen die
Zyan-Spezifikationen aus den Zyan-, Blau- und Grün-Mustern alle durch logische
Operationen kombiniert werden, um das Gesamtsteuermuster für das Zyan-Farbmittel
zu erzeugen. Diese Kombinationsoperation wird nachstehend beschrieben.
Das V-Symbol zeigt die logische Disjunktion (Oder-Verknüpfung) der
Bitmuster an. βc = βc V βb V βg βm = βm V βr V βb by = βy V βg V βr
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Es
kann erwünscht
sein, explizit die Bereiche zu entfernen, in welchen sich Farben
mit Schwarz überlappen.
Man kann sich entweder dafür
entscheiden, dass Schwarz oder die Farbe an der Oberseite erscheint, und
die explizite Steuerung des Ergebnisses vermeidet auch den Tintenüberschuss,
der auftreten würde,
wenn beide gedruckt würden.
Das ^ und ¬ zeigen
eine Konjunktion bzw. Negation an. Die Entfernung der Überlappungsfarbe
aus dem Schwarz würde
wie folgt erfolgen: βk = βk ^ ¬ βc ^ ¬ βm ^ ¬ βy
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Die
Bitmaps βk, βc, βm, βy werden dann zur Steuerung der Tintenmarkierung
verwendet.
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Man
könnte
sich wünschen,
zusätzliche
weiße
oder schwarze Bereiche als Teil des Musters hinzuzufügen, wie
z. B. weiße
oder schwarze Linien zur Mitte der Farbbereiche hin, um das Muster
in Fällen
zu bewahren, in welcher sich die Farbe bis zur Füllung der Zelle ausdehnt. Weiße und schwarze
Hilfsbereiche können
durch weitere Rasterungs- und Logikoperationen eingeführt werden.
Es werde beispielsweise angenommen, dass man eine vertikale weiße Linie
in der Mitte des Musters zeichnen möchte, wenn große Anteile
der Farbe i vorhanden sind. Die weiße Linie kann durch eine Rasterzelle
aufgebaut werden. Der Zellenschwellenwert würde mit Werten für die Farbe
i verglichen werden und würde
so eingestellt werden, dass die Linie nicht auftritt, solange ein
ausreichender Anteil der Farbe für
deren Hintergrund wie in der nachstehenden Zelle vorhanden ist:
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Wenn
die Schwellenwertanordnung für
Weiß auf
der der Farbe i (i = r, g, b, c, m, y oder k) mit Twi bezeichnet
wird, erzeugt der Rasterungstest dann Bitwerte βwi.
Das Gesamtweiß ist
die Kombination aller Weißmuster. βw = βwr V βwg V βwb V βwc V βwm V βwy V βwk
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Die
Weiß-Bits
müssen
aus den angepassten Primärtintenmustern
entfernt werden. βc = βc ^ ¬ βw βm = βm ^ ¬ βw βy = βy ^ ¬ βw βk = βk ^ ¬ βw
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Schwarze
Bereiche können
durch Rastermuster in genau derselben Weise wie weiße Bereiche
erzeugt werden. In diesem Falle sind die sich ergebenden Bereiche
durch βi (i = r, g, b, c, m, y) gegeben. Der gesamte
zusätzliche
schwarze Bereich wäre βko = βkr V βkg V βkb V βkc V βkm V βky
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Dieses
muss auf das Schwarz addiert und von den anderen Farben subtrahiert
werden. βc = βc ^ ¬ βko βm = βm ^ ¬ βko βy = βy ^ ¬ βko βk = βk ^ ¬ βko
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Man
beachte, dass Schwarz gewählt
wird, wenn sich schwarze und Farbbereiche überlappen, und dann das reguläre Schwarz βk mit dem
Hilfs-βk0 vor dem Entfernen der schwarzen Überlappungsbereiche
aus den anderen Farben kombiniert wird.
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Bezugnehmend
auf die Zeichnungen, in welchen die Darstellungen dem Zweck der
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
nicht einer Einschränkung
derselben dienen, ist eine Grundfunktionsdarstellung der Erfindung
eines Systems zum Ausführen
der vorliegenden Erfindung in 8 dargestellt.
Für eine
Beispielsausführungsform
nehmen wir an, dass ein Bild in einem Farbraum in Form von Zyan,
Magenta und Gelb (CMY-Raum) möglicherweise
durch eines der in US-A 5,528,386 für Rolleston et al., oder US-A
5,483,360 für
Rolleston et al. beschriebenen Verfahren erzeugt wurde, wobei die
Bilder ursprünglich in
einem geräteunabhängigen Farbraum
durch einen Bilderzeuger oder Bildgebungsvorrichtung dargestellt,
in einen geräteabhängigen Farbraum
umgewandelt werden. Das Bild wird ursprünglich in Form einer Vielzahl
von Auszügen,
möglicherweise
drei oder mehr dargestellt, und in diesem Falle durch einen Zyan-Auszug,
einen Magenta-Auszug und einen Gelb-Auszug. Für die Zwecke der Diskussion
kann angenommen werden, dass dieses Bild bereits korrigiert ist.
Jedes Pixel in jedem Auszug kann entweder ein Graupegel- oder ein
Mehrfachpegelbildsignal sein, welches einen Farbmittelanteil zwischen
einem Minimum oder Weißpegel
und einem maximalen Farbmittelpegel repräsentiert.
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Zu
Beginn wird bei Empfangen der Signale an einem insgesamt mit 10 bezeichnetem
Systemeingang die Schwarz-Komponente eines Farbwertes aus den Signalen
entfernt. Die Schwarz-Komponente ist üblicherweise gleich dem minimalen
Signalwert zwischen entsprechenden Pixeln in jedem Auszug. Entsprechende Farbmittelanteile,
wo k = min (c, m, y) ist, werden entfernt, was den minimalen Signalwert
auf Null reduziert. Nun ist das Bild als eine Kombination von zwei
Farben definiert. Dieser Schritt wird durch ein Schwarz-Entfernungselement 12 erreicht,
welcher das Minimum detektiert und dann das detektierte Minimum
von jedem Signal subtrahiert. Das Ausgangssignal dieser Vorrichtung
sind zwei Farben, ein Nullsignal und ein Schwarzsignal K gleich
dem detektierten Minimalwert.
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An
diesem Punkt beginnen wir mit dem Aufbau mehrerer überlappender
Muster, um das Bild zu erzeugen. Zu Beginn wird jedes Muster in
jedem Auszug durch Reproduzieren von Musterwiederholungen von Bereichen
einer Größe von etwa
1 mm × 1
mm (1/25 inch × 1/25
inch) oder zwischen 3 × 3
bis 20 × 20
Pixeln abhängig
von der Auflösung
des Druckers, an welchem der Druckvorgang gewünscht wird, aufgebaut. Jedes Muster
besitzt einen Farbanteil und einen Weißanteil. Das Verhältnis des
Farbanteils zu dem Weißanteil
gibt jeder Musterwiederholung ihre Helligkeitsreaktion. Jedoch ist
für viele
wichtige Farben eine hundertprozentige Überdeckung erforderlich, was
den Anteil des Helligkeitsunterschiedes in den wiederholten Mustern
reduziert. Somit werden anstelle einer Wiedergabe mit jedem der
restlichen Farbmittel, Formen, welche Primärfarben (r, g, b) und Sekundärfarben
(c, m, y) repräsentieren,
verwendet.
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Der
nächste
Schritt im Prozess besteht in dem Herausfinden, welche von den zwei
restlichen Farben größer ist.
Bezeichnet als 14 wird der Zweifarben-Minimum-Detektor
verwendet, um das Minimum der zwei restlichen Farben herauszufinden.
Der minimale oder Sekundärfarbwert
wird dann bei dem Wandler 16 in einen r, g, b Wert umgewandelt.
Der Maximalwert abzüglich
des Minimalwertes wird als ein c, m, y Wert beibehalten. Schwarz
wird als der Schwarzwert beibehalten. Anpassungen zur Musterüberlappung
können
ebenfalls an diesem Punkt ausgeführt
werden, wenn sie nicht in dem Farbumwandlungsprozess ausgeführt wurden. Farbumwandlung
aus c, m, y ist ein allgemein bekannter Prozess, der beispielsweise
in US-A 5,528,386 für Rolleston
et al. oder US-A 5,483,360 für
Rolleston et al. beschrieben ist.
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In
dem nächsten
Schritt wird der Wert der min-, max- und Schwarz-Signale verwendet,
um ein Muster bei LUT-Tabellen 20a, 20b und 20c zu
bestimmen. Die Nachschlagetabellen empfangen einen Eingangwert, der
den Graupegel C, M, Y Wert repräsentiert,
ein Wert, der den Graupegel R, G, B und den Schwarzwert repräsentiert.
Die LUT gibt ein Muster auf der Basis gespeicherter Musterinformation
aus Musterspeichern 22a, 22b und 22c aus,
die 1) auf die Farbe und 2) die gewünschte Dichte bezogen sind.
Man könnte
auch individuelle Pixel aus dem Muster auswählen, indem auch ein Pixellagen-Modulo in der Mustergröße spezifiziert
würde.
In einer in 9 dargestellten alternativen
Anordnung kann dieser Prozess unter Verwendung eines in etwa standardmäßigen Rasterungsprozesses
implementiert werden, wobei Rasterwerte in Komparatoren 21a, 21b und 21c anstelle
der LUT's geladen
werden, und durch die Pixellage, Modulo der Mustergröße aus Rastermusterspeichern 23a, 23b und 23c ausgewählt werden.
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Der
nächste
Schritt bei dem Block besteht in dem Trennen der Farben der Muster
gemäß den in
der Druckvorrichtung tatsächlich
verwendeten Farbmitteln. Zu einem Farbmittel beitragende Muster
werden für
jedes Farbmittel kombiniert. Die Bilddaten sind nun in einem Musterformat
reproduzierbar, wobei es jedoch hoch erwünscht ist, ein Überdrucken
von Schwarz und Farbe zu vermeiden. Demzufolge wird die Schwarz-Logik
angewendet, um zu verhindern, dass zwei Pixel an derselben Stelle
durch die Farbmustersignale und Schwarzmustersignale erzeugt werden.
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In
einem alternativen Prozess können
statt des Druckens der Muster mit entsprechend Farbtinten die Muster
in schwarzer Tinte direkt zum Kopieren gedruckt werden. In einem
derartigen Falle wird das Bild wie vorstehend beschrieben erzeugt,
wobei jedoch jedes Signal dem Ausgangssignal hinzugefügt wird,
um ein Treibersignal für
einen Nur-Schwarz-Drucker
zu erzeugen. Viele Vorteile der Erfindung bleiben erhalten. Es wird
in Betracht gezogen, dass ein Benutzerschnittstellenbefehl zur Verfügung stehen
kann, um einen Drucker so zu steuern, dass er in diesem Szenario
nur schwarz druckt. Es sei angemerkt, dass in derartigen Fällen ein unterschiedlicher
Satz von Mustern, welche in ihrer Art dünner sind, verwendet werden
muss, so dass, wenn ein dicker Farbbereich mit einem Signal niedriger
Dichte gedruckt wird (wie z. B. helles Gelb), welche als volle schwarze
Fläche
gedruckt würde,
angetroffen wird, die neuen Muster (wie möglicherweise in 10 dargestellt
sind) einen niedrigeren Dichtepegel für die Reproduktion bereitstellen.
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Das
offenbarte Verfahren kann ohne weiteres in Software unter Verwendung
objektorientierter Softwareentwicklungsumgebungen implementiert
werden, welche einen portablen Quellencode bereitstellen, der in
einer Vielzahl von Computer- oder Workstation- Hardwareplattformen verwendet werden
kann. Alternativ kann das offenbarte Bildverarbeitungssystem teilweise
oder vollständig
in Hardware unter Verwendung von Standardlogikschaltungen oder insbesondere
nur eines einzigen Chips unter Verwendung eines VLSI-Designs implementiert
werden. Ob Software oder Hardware zum Implementieren verwendet wird,
variiert abhängig
von den Geschwindigkeits- und den Wirkungsgradanforderungen des
Systems und auch von der speziellen Funktion und den speziellen
Software- und Hardwaresystemen oder von dem verwendeten speziellen
Mikroprozessor- oder Mikrocomputersystemen. Das Bildverarbeitungssystem
kann jedoch leicht von dem Fachmann in den zutreffenden Gebieten
ohne übermäßige Experimente
aus der hierin bereitgestellten Funktionsbeschreibung zusammen mit
einer allgemeinen Kenntnis der Computertechnik entwickelt werden.
