CN112534801A - 具有成簇微网点的数字半色调处理 - Google Patents

Abstract

一种利用印刷机重现连续色调图像的方法包括以下步骤：制造具有半色调光栅图像的印版，所述半色调光栅图像包括由图像像素和非图像像素的网格组成的规则平铺的半色调单元；所述半色调单元是通过利用单个阈值阵列的数字半色调处理获得的，并且光栅图像中的半色调单元的至少部分包括多个图像簇，图像簇被定义为多于4个相邻图像像素的相互分开的组；图像簇允许以比其中图像像素被分组为单个簇的常规丝网的情况下更少的印墨来获得相同图像密度的印刷图像。

Description

具有成簇微网点的数字半色调处理

技术领域

本发明涉及用于尤其是通过平版印刷机或柔版印刷机来印刷图像的数字半色调处理方法的领域。

背景技术

印刷机和数字印刷机不能改变施加到特定图像区域的印墨或调色剂的量，除非通过数字半色调处理，也称为抖动（dithering）或加网（screening）。二进制数字半色调处理是借助于半色调光栅图像（也称为“丝网（screen）”）来渲染连续色调图像的假象的过程，所述半色调光栅图像由要么是“开”（图像像素）要么是“关”（非图像像素）的像素（也称为“微网点（microdot）”）组成，即，其分别对应于图像的图像区域和背景区域。

这些像素通常被设置为所谓的半色调单元中的网格。半色调单元中的图像像素与非图像像素的比率定义了半色调单元的相对图像密度还有网点百分比。其中一半像素是图像像素并且一半是非图像像素的半色调单元具有50%的相对图像密度。表示图像的高亮（白色区域）的半色调单元具有低于50%的图像密度，而表示图像的阴影（较暗区域）的半色调单元具有高于50%的图像密度。

数字半色调处理是公知的技术，其在MIT出版社，1987年，ISBN 0-262-21009-6的例如“Digital Halftoning（数字半色调处理）”中进行了解释，其中，关于“成簇网点有序抖动”的第5章是本发明的背景技术，它包括了使用阈值阵列来渲染连续色调图像。在Proc.SPIE 2949，成像科学和显示技术，（1997年2月7日）；doi：10.1117/12.266335的文章“Recent trends in digital halftoning（数字半色调处理的最近趋势）”中公开了数字半色调处理方法的另一概述，其中，也解释了多级数字半色调处理。

最常用的加网技术产生了所谓的调幅（AM）丝网。AM丝网由半色调单元组成，其中，图像像素被分组在单个簇中，该簇通常被称为“（半色调）网点”或“AM网点”，以免与上述微网点（=像素）混淆。在AM加网中，通过加大网点簇的尺寸获得了较高的相对图像密度。当例如用印刷机或数字喷墨印刷机来印刷AM图像时，每个AM网点对应于一定量的印墨，进一步称为墨点，其被压印到或喷射到待印刷、干燥和/或固化的基材上。尤其是当多种印墨（颜色选择）被印刷在彼此的顶部上时，无论是湿碰湿或湿碰（半）干，由墨点的厚度和基材上的局部（去）润湿和/或基材对印墨的吸收所确定的印墨的扩展致使印刷的墨点局部不可控制。结果，印刷的图像可能示出噪声，并且该问题通常取决于基材的性质。

这样的问题可以通过其他加网技术来解决，例如FM（调频）加网或涉及误差扩散的技术。在这两种技术中，微网点不被分组为簇，而是或多或少随机地扩展在图像上。局部图像密度由微网点的频率来调制。然而，这些技术的特征还在于其他问题，如印刷稳定性、平调的欠佳平滑度、较高的网点增大和在长印刷运行中较高的印版磨损。

混合加网技术是可用的，其结合了AM和FM方法以便获得两者的优点。然而，所述加网技术涉及使用多个阈值阵列来渲染连续色调图像，这需要更多的存储器空间来存储这些多个阈值阵列，例如在高亮中使用FM方法的阈值阵列、在中间色调中使用AM方法的阈值阵列、以及在阴影中使用FM方法的另一阈值阵列。此外，从一个阈值阵列到另一个阈值阵列的转变可能会在印刷图像中产生密度跳跃，由此所述加网技术的校准也比AM和FM要花费更多的服务时间。

US2007/0002384公开了一种控制数字印刷机上的印版或中间图像载体的AM半色调区域中的印墨墨点的厚度的方法。该方法生成规则平铺的半色调单元的光栅图像，其中，图像像素被设置成形成同心环，其包围非图像像素的区域。结果，印墨能够在单元内扩展的程度仍然有限，因为一旦封闭区域被填充，印墨就不可能进一步扩展。

后一问题在共同未决的申请PCT/EP2018/079011中得到了解决，该申请在2018年10月23日提交，并且其公开了包括多个螺旋半色调网点的半色调光栅图像，其中，所述螺旋半色调网点包括：

（i）图像像素，其被设置为第一弧或共同表示第一螺旋的多个弧，以及

（ii）非图像像素，其被设置为第二弧或共同表示第二螺旋的多个弧。

与US2007/0002384的同心环相比，螺旋网点包含由第二弧或第二螺旋定义的较长的、优选地端部开口的印墨通道，这使得能够实现印墨的更好扩展。

EP3461116公开了一种数字半色调加网方法，其中，通过网点函数将常规半色调网点分成单独的簇，并且通过簇函数在簇内打开或关闭像素。该方法涉及复杂的数学，并且因此不能在具有有限数据存储器和/或处理能力的印前系统的广泛安装基础中实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用印刷机通过半色调光栅图像重现连续色调图像的方法，该半色调光栅图像具有与在共同未决的申请PCT/EP2018/079011中公开的包括螺旋网点的光栅图像类似的优点，特别是一种允许在平版或柔版印刷过程中节省印墨并且可以在具有有限量的存储器和/或处理能力的印前计算机系统的广泛安装基础中实现的方法。

该问题通过权利要求1中定义的方法来解决，其中，单个阈值阵列用于连续色调图像的渲染，即将连续色调图像变换为半色调光栅图像，所述半色调光栅图像包括由图像像素和非图像像素的网格组成的规则平铺的半色调单元。当光栅图像在印版前体的涂层上曝光时，图像像素对应于印版的印刷（受墨）区域，而非图像像素对应于印版的非印刷区域。在至少部分半色调单元中，图像像素被设置为多个图像簇，其在此被定义为多于4个相邻图像像素的相互分开的组。图像簇允许用比其中图像像素被分组为单个簇的常规丝网更少的印墨来获得相同图像密度的印刷图像。

附图说明

图1在图的上半部分示出6个半色调单元，每个半色调单元由16×16像素网格组成。这些半色调单元各自由根据本发明的方法的相同阈值阵列生成。所述阈值阵列是图的下半部分所示的矩阵。每个半色调单元表示另一相对图像密度，如每个半色调单元下面所示的网点百分比指示的。在图中，图像像素由黑色区域表示，而非图像像素由白色区域表示；

图2至11与图1的不同之处仅在于，在每个图中使用另一阈值阵列；

图12示出6个平铺的半色调单元，每个包括4组3×3图像像素；

图13和图14示出6个平铺的半色调单元，它们分别与图3和图4中的70%的半色调单元相同；

图15示出包括3个图像簇的半色调单元，由虚线A-C表示；被指定为d-h的图像像素不形成多于4个相邻像素的组，因此不符合根据本发明的图像簇的定义；

图16在图的上半部分示出6个半色调单元，每个半色调单元由16×16像素网格组成，并且在下半部分示出用于生成这些单元的阈值阵列。阵列中的阈值值的范围从1到16，与图1-11中的范围从1到256的值不同。

具体实施方式

光栅图像

在本发明的方法中产生的光栅图像适合于渲染连续色调图像（CT），即，它在印刷副本上创建连续色调图像（CT）的假象。这种要求意味着丝网频率（即在产生最大值的方向上每长度单位彼此挨着设置的半色调单元的数量）为40行每英寸（LPI；15.7行/cm）以上，更优选60 LPI（23.6行/cm）以上，最优选100 LPI（39.4行/cm）以上。如果丝网频率为40 LPI以下，则半色调网点在也称为读取距离的观看距离（大约为20 cm）处变得可见。这种低丝网频率通常用于艺术加网中，艺术加网用于装饰目的，例如图案化的插图，其中，期望单独的网点对于肉眼是可见的。因此，其中半色调网点在观看距离处清晰可见的光栅图像在本发明的方法中是不适合的。

上述丝网频率定义了光栅图像中所包括的半色调单元的空间频率。如上所述，半色调单元依次由像素网格组成，并且其空间频率（称为分辨率）被表示为网点每英寸（DPI）或像素每英寸（PPI）。在通过扫描激光在例如胶片或印版上写入光栅图像的情况下，像素也被称为激光网点，并且分辨率则是指每英寸的激光线的数量。本发明的方法中产生的光栅图像优选具有大于600 DPI的分辨率，更优选大于1200 DPI。也可使用高达9600 DPI的更高分辨率，例如用于安全特征的印刷。

由于印版只能转印单一颜色，因此明显的是，本发明的方法中使用的半色调光栅图像是单色图像，其可以表示多色印刷过程的颜色选择，例如CMYK印刷中的4种基本颜色之一。

优选地，利用颜色密度测量来检查印刷图像的质量。然后，可以将颜色密度值用作产生光栅图像的印前计算机系统的输入参数，其由此被调整使得在随后的印刷运行中改进印刷图像的质量和/或在随后的印刷运行中节省更多的印墨。

半色调单元

在本发明的方法中产生的光栅图像包括规则平铺的半色调单元。单元可以沿着三角形、矩形或六边形网格平铺，并且更优选地沿着正方形网格平铺。图13和14各自示出了其中6个半色调单元被平铺为正方形网格的优选实施例的示例。

半色调单元本身也由网格组成，更具体地，由像素网格组成，像素可以是图像像素或非图像像素。这些像素优选地具有正多边形或凸多边形的形状，例如三角形、正方形、矩形、菱形或六边形。附图示出了其中半色调单元由正方形像素的网格组成的优选实施例的示例。

在本发明的方法中产生的光栅图像包括半色调单元，其具有2个或更多图像簇，即，多于4个相邻图像像素的相互分开的组。在更优选的实施例中，光栅图像包括具有多于2个图像簇的半色调单元，例如至少3或4个图像簇，更优选地至少5个并且最优选地至少6个图像簇。

在“图像簇”的上述定义中，如果图像像素共享多边形的至少一个边，则认为它们是相邻的。图15示出了三个这样的图像簇：簇A由7个相邻的图像像素组成；簇B由6个相邻的图像像素组成；并且簇C由5个相邻的图像像素组成。图像像素d、e和f与另一图像像素接触，但仅通过正方形的角接触；由于这些像素并不共享边，所以它们不被认为是相邻的，如上文所定义的。4个或更少图像像素的组（比如组h）也不构成根据上述定义的图像簇。

图12示出了对本文使用的图像簇的定义的进一步细化。当平铺半色调单元时，一个半色调单元中的图像像素组可以与另一个半色调单元中的另一组图像像素以一个或多个相邻边连接。图12示出了其中由3a表示的图像像素组连接到由3b表示的组的示例。根据本发明，这样的组不应被认为是单独的簇，而是一起表示单个簇。结果，图12中表示的半色调单元每个仅包含3个图像簇。

与表示相同网点百分比的常规AM网点不同，本发明中使用的图像簇允许以较少的印墨获得相同图像密度的印刷图像。这种优点的原因尚未完全理解，但本发明的发明人系统地测量到，与相同原始图像的利用常规AM丝网曝光的印版的印刷运行相比，根据本发明方法的印刷运行消耗的印墨明显更少。当与FM丝网比较时，观察到，可以获得更高的运行长度，因为簇大于FM微网点，因此在印刷机上不易磨损。FM丝网由多个单个图像像素或一组四个（2×2）图像像素组成，其比本发明中使用的图像簇更容易降级。

在不受基本机制限制的情况下，目前假设，当与表示相同相对图像密度的常规AM半色调网点相比时，如上所述的具有成簇图像像素的半色调单元吸收版的受墨区域上的较薄印墨膜和/或提供印墨膜到图像簇之间的空（非图像）区域中的更好扩展。已经用各种图像和各种版观察到印墨节省效果。通常获得约10%的印墨节省。印墨和纸是印刷机的主要成本因素，因此即使印墨消耗降低几个百分比也表示高成本节省。关于待印刷的基材对光栅图像的优化（例如通过调整半色调单元中图像簇的数量、尺寸、形状和/或分布）可以导致甚至更多的印墨节省，与常规AM加网相比在10%到20%的范围内的印墨节省。

印墨的较少消耗提供了由此产生的附加优点，例如，通过干燥设备（如固化单元和烘箱）的较快干燥和/或较少能量消耗。更快的干燥对于在未涂覆塑料箔上印刷和在报纸印刷中特别有利。印墨的更好扩展还减少了印墨流失（setoff），即，印墨从一个印刷副本转移到位于其顶部上的另一副本的背面，例如在印刷机输送盘中。透印（也被称为印透）由此图像在基材（例如用于印刷报纸的薄的吸墨基材）的背面处变得可见也被减少。由于所有这些原因，当在双面印刷机（即允许在通过印刷机的一次过程中在基材的两侧上同时印刷的印刷机）上进行时，本发明的方法是特别有利的。

在优选实施例中，图像簇不是随机分布在半色调单元上，而是局部集中，使得图像簇一起模仿常规AM网点，并且该方法尽可能地维持AM丝网的优点。图像簇可以集中在例如半色调单元的四分之一部分中。结果，该四分之一部分比半色调单元的其他部分表现出更高的相对图像密度。更优选地，半色调单元的一个四分之一部分具有是半色调单元整体所表示的相对图像密度的至少两倍的相对图像密度。图5示出了这种设置的示例：单元中心周围的8×8像素定义了由粗线指示的四分之一部分，其具有比单元整体高得多的图像像素密度。较高浓度的图像像素不应必须位于单元中心附近：图3和图4示出了图像像素的不同局部集中，然而，其在这些单元彼此挨着平铺时表示相同的半色调图像，如图13和14分别所示。

本发明中使用的半色调光栅图像可以包含不同类型的半色调单元的组合，例如，如上定义的具有多个图像簇的半色调单元与常规的半色调单元（例如AM半色调单元，其中，所有图像像素被分组成单个簇）组合。图像的一个或多个部分也可以由FM丝网表示。在本发明的高度优选的实施例中，图像的高亮和中间色调（即表示小于50%的相对图像密度的图像中的所有半色调单元的子集）完全由具有2个或更多如上定义的图像簇的半色调单元组成。在另一实施例中，表示图像的高亮和中间色调的半色调单元的仅一部分包含2个或更多图像簇。所述部分可以低至5%。优选地，所述部分为至少10%，更优选至少25%，并且甚至更优选至少50%。

在本发明的另一优选实施例中，图像簇沿表示回路或螺旋的路径而设置。回路可以是正方形、矩形、环形或椭圆形。图10表示其中簇沿环形的路径设置的半色调单元，而图6-9表示其中簇沿螺旋的路径设置的半色调单元，其在下文中被称为“螺旋网点”。图像像素和簇表示受墨区域的第一螺旋，从而也定义了由第一螺旋的绕圈之间的空白空间所表示的非图像像素的第二螺旋。在不受理论约束的情况下，假设从螺旋网点转移到诸如纸张的基材上的印墨可流入第二螺旋，其似乎充当了受墨通道。螺旋网点具有其所有非图像像素彼此接触的独特特性，使得与US2007/0002384的同心环相比获得更高程度的印墨扩展。在图像的中间色调和高亮部分中，第二螺旋优选地是端部开口的，使得其可以充当将印墨引导出螺旋网点的印墨通道：当印墨被压印到基材上时，部分印墨可从第二螺旋排出，并且随着少量印墨在通道出口处的排放而在印刷图像的放大后变得可见。开口通道使得印墨能够进一步扩展，结果，节省了更多印墨并且仍然更快干燥。通过图10中表示的半色调单元可以获得类似的效果，其中，环形具有允许排出印墨的簇之间的间隙。

本领域技术人员应当清楚，相同的网点覆盖可以用相同总体尺寸的不同螺旋网点来产生：由一定厚度的第一螺旋的仅一个绕圈构成的网点产生与具有较小厚度的第一螺旋的更多绕圈的网点相同的覆盖。第一螺旋的厚度也可以在相同的网点内变化，例如，在该网点的中心处比在边处更小。螺旋的绕圈可以是顺时针或逆时针，并且这两个实施例可以组合在相同的光栅图像中。在网点中心处的第一螺旋的起始角优选地对于图像中的所有螺旋网点都相同，或者可以通过随机数发生器随机地选择。合适的螺旋网点的更多细节在2018年10月23日提交的共同未决申请号PCT/EP2018/079011中公开了。

阈值阵列

根据本发明，光栅图像由单个阈值阵列生成。借助于有时也称为阈值矩阵或阈值拼块的阈值阵列的数字半色调处理在本领域中是已知的。当用于多色印刷时，阈值阵列的数量优选地与原始连续色调图像中的颜色通道的数量相同。利用阈值阵列的数字半色调处理通常意味着原始图像被采样成映射在阈值阵列上的单元。然后将原始图像的局部密度值与阵列中的每个值进行比较（如果必要，调整原始图像的密度范围，使得其等于阵列中的范围）。如果原始密度值低于所述像素的阈值值，则输出像素被设置为0。否则，如果密度值等于或超过阈值值，则输出像素被设置为1。针对图像中的所有单元重复这些步骤。

阵列的尺寸（即每个半色调单元的像素的数量）可以取决于各种因素，例如图像设定器的分辨率和印刷图像的期望质量。阵列优选地被设置为正方形（n×n维）或矩形（m×n，其中，m＞n）。图1-6示出了具有16×16个位置的维度的正方形阈值阵列的示例，其中，每个位置包含在特定范围内的阈值值。在这些特定示例中，阈值值范围（1-256）等于阵列中的位置的数量（16×16）；在其他实施例中，例如图16中所示的示例，值范围可小于位置的数量，并且然后，每个单独值可出现在阵列的多个位置处。

为了产生较高的相对图像密度，以使得图像簇的数量和/或尺寸与原始图像的对应密度一致地增加的方式来设计阈值阵列。例如，图1示出了表示具有7个图像簇的25%的相对图像密度的单元，其尺寸随着图像密度的增加而增大。图3示出具有5个图像簇的10%单元，其中，簇的尺寸和数量两者都随着图像密度的变高而增大。当半色调单元的图像密度通过增加图像像素而增大时，优选的是，将非图像像素一起保持在非图像簇中，所述非图像簇被定义为相邻非图像像素的相互分开的组。通过在图像的阴影中使非图像簇的数量保持得尽可能低，与当非图像像素被隔离或分布在多个簇上时相比，印墨的扩展程度可以更高。这样，印墨也可以被保存在图像的阴影区域中。

在使用螺旋网点的优选实施例中，通过增加第一螺旋（其包括图像像素）的长度和/或厚度（如图6所示），或者通过在第二螺旋内插入图像像素；或通过这些方法中的任何的组合，可以增加相对图像密度。在图像的阴影中，更多的图像像素以使得由第二螺旋（其包括非图像像素）形成的印墨通道收缩和/或变得更薄的方式被添加到半色调单元，如图6和9所示。

印版

本发明方法中使用的印版通过将半色调光栅图像曝光在称为印版前体的光敏或热敏材料上而获得。印版前体可以是正性或负性工作的。正印版前体具有涂层，该涂层在曝光和显影之后在非曝光区域接受印墨而在曝光区域不接受印墨。负印版在曝光区域接受印墨而在非曝光区域不接受印墨。图中所示的图像像素定义了印版的印墨接受区域，因此分别对应于负版或正版前体的曝光或非曝光区域。

本发明方法中使用的印版优选是平版或柔版印版。平版通常是通过借助于扫描激光器（优选是紫色或近红外激光器）或另一数字调制光源（诸如数字反射镜装置、LCD或LED显示器）将半色调光栅图像曝光在印版前体的光敏或热敏涂层上而获得的。在用合适的显影液处理曝光的前体之后，获得载有本发明的光栅图像的平版印版。然后，该印版可以安装在平版印刷机上，优选地安装在胶印机上，其中，印墨被供应到印版，然后其被转印到待印刷的基材上。替代地，曝光的前体可以直接即在没有任何先前的液体处理或其他显影的情况下安装在印刷机上，然后图像的显影可以通过在印刷机开始时供应给印版的印墨和/或润版液来进行。

柔版通常通过光敏聚合物涂层的UV曝光来获得，UV曝光通常使用UV灯通过掩模进行，该掩模可以是与光敏聚合物涂层接触的图形膜或存在于光敏聚合物涂层顶部上的原位掩模。优选地，掩模通过借助于扫描激光器将半色调光栅图像曝光在膜上或原位掩模层上来获得，优选地近红外层。

可以在其上印刷光栅图像的基材可以是任何种类的，例如塑料膜或箔、隔离衬垫、纺织品、金属、玻璃、皮革、兽皮、棉和当然各种纸基材（轻质、重质、涂层、未涂层、纸板、卡纸板等）。基材可以是刚性工件或柔性片、辊或套筒。优选的柔性材料包括例如纸、透明箔、粘性PVC片等，其厚度可以小于100微米，并且优选小于50微米。优选的刚性基材包括例如硬板、PVC、纸箱、木材或受墨体，其厚度可高达2厘米，并且更优选高达5厘米。基材也可以是柔性网材料（例如纸、粘性乙烯树脂、织物、PVC、纺织品）。可以在基材上施加接收层，例如受墨层，以得到重现图像在基材上的良好粘附性。

Claims (10)

1.一种用印刷机重现连续色调图像的方法，所述方法包括以下步骤：

（i）通过将所述连续色调图像变换成包括规则平铺的半色调单元的半色调光栅图像来进行数字半色调处理，所述规则平铺的半色调单元由图像像素和非图像像素的网格组成；

（ii）将所述半色调光栅图像曝光在印版前体上；

（iii）使所述前体显影，从而获得印版；

（iv）将所述印版安装在印刷机上；

（v）将印墨供应到所述印版并将所述印墨从所述印版转印到基材；

其中，步骤（iii）可在步骤（iv）之后进行，而不是在步骤（ii）之后进行，

其特征在于，步骤（i）通过单个阈值阵列来执行，并且光栅图像中的所有半色调单元的至少部分包括2个或更多图像簇，图像簇被定义为多于4个相邻图像像素的相互分开的组。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述部分包括相对图像密度小于50%的所有半色调单元的至少10%。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述部分包括相对图像密度小于50%的所有半色调单元的至少50%。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述部分基本由相对图像密度小于50%的所有半色调单元组成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述部分的半色调单元包括至少4个图像簇。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述部分的半色调单元中的图像簇沿着表示回路或螺旋的路径而设置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述部分的半色调单元具有四分之一部分，所述四分之一部分表示是所述半色调单元整体表示的相对图像密度的至少两倍的相对图像密度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述印版为平版印版或柔版印版。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括步骤（vi），其中，在所述基材上测量颜色密度值，并且其中，在步骤（i）中使用所述颜色密度值来调整所述半色调光栅图像。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在步骤（vi）中，所述图像簇通过改变其数量、尺寸、形状和/或在所述半色调单元中的分布来进行调整。

Images