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Es gibt einige Dinge, die Computergeräte tun können, die ein wenig wundersam erscheinen, wenn man sich damit befasst, wie sie funktionieren. Eine davon ist das Drucken von Bildern in fein detaillierten Farben. Ein moderner Tintenstrahldrucker ist normalerweise mit nur drei Primärfarben plus Schwarz und möglicherweise einigen Sekundärfarben basierend auf den Primärfarben ausgestattet.

Mit diesem begrenzten Satz von Bausteinen lässt sich jedoch eine nahezu unendliche Farbpalette erstellen. Um dies zu erreichen, werden eine Reihe von Prozessen verwendet, aber der wichtigste wird als Dithering bezeichnet, und in dieser Funktion werden wir genau erklären, wie es funktioniert.

Der grundlegende Prozess des Dithering umfasst die Annäherung eines kontinuierlichen Farbverlaufs unter Verwendung des Vorhandenseins oder Fehlens von Farbe mit einer einzigen Intensität. Bei einem monochromatischen Dithering sind die Punkte entweder weiß oder schwarz. Beim Farbdithering sind die Punkte die verfügbaren Primärfarben, die im richtigen Verhältnis für den beabsichtigten Farbton gemischt werden. Durch geschickte Platzierung der Punkte wird die Farbdichte des kontinuierlichen Bildes imitiert.

Das menschliche Auge wird das durchgehend farbige Bild auch dann sehen, wenn die Punkte sichtbar sind, weil das Gehirn so verdrahtet ist, dass es die Lücken ausfüllt, so wie wir eine kontinuierliche Bewegung bei einem Film mit 24 Standbildern pro Sekunde wahrnehmen, oder aus einem TV-Bild, das nur alle 25stel Sekunden aktualisiert wird. Bei modernen Drucken müssen Sie genau hinschauen, um die Auswirkungen des Ditherings zu erkennen, wenn es überhaupt sichtbar ist.

Ein Pixel auf einem Farbdisplay hat nur drei Farboptionen, Rot, Grün und Blau, und diese werden zu anderen Farben kombiniert. Die Farbe ist additiv, d. h. die Lichtwellenlängen mischen sich, um verschiedene Farbtöne zu erzeugen, und werden weiß, wenn alle drei Grundtöne mit voller Intensität gemischt werden.

Das Drucken hingegen ist subtraktiv, sodass die Pigmente einige Wellenlängen des Lichts absorbieren, und ihre Kombination bedeutet, dass ein breiterer Wellenlängenbereich absorbiert wird. Aus diesem Grund dreht sich der Druck um Cyan, Magenta und Gelb, und warum entsteht Schwarz, wenn alle drei mit voller Intensität gemischt werden. Trotzdem gibt es normalerweise eine vierte schwarze Patrone, um einen möglichst reinen Schwarzdruck zu gewährleisten.

Bei einem Bildschirm stehen jedoch für jedes Farbpixel mehrere Intensitätsstufen zur Verfügung, normalerweise 256 für eine 8-Bit-Anzeige. Kombinationen der Intensität jeder Primärfarbe können Ihnen Millionen von Farben ergeben – 16.777.216 für eine 8-Bit-Anzeige. Ursprünglich konnte ein Drucker wie ein Tintenstrahldrucker Tintenpunkte nur binär platzieren – entweder hatte man einen Punkt oder nicht.

In den letzten Jahrzehnten hat sich jedoch eine Technologie entwickelt, um die Dichte durch Übereinanderschichten mehrerer Punkte zu variieren. 1994 führte HPs PhotoREt die Möglichkeit ein, vier Tintentropfen pro Punkt aufzutragen, was 48 Farben ergibt. PhotoREt II erhöhte diese Zahl auf 16 und ermöglichte 650 verschiedene Farben, und bis Ende 1999 konnte PhotoREt III bis zu 29 Tintentropfen mit 5 pl pro Stück produzieren, was bedeutete, dass es über 3.500 Farben pro Punkt produzieren konnte. Das neueste PhotoREt IV verwendet sechs Tintenfarben und bis zu 32 Punkte, um über 1,2 Millionen verschiedene Farbtöne zu erzeugen.

Dies ist immer noch ein Stück weit von den 16,7 Millionen Farben eines Bildschirms entfernt, sodass die Frequenz der Punkte immer noch verwendet werden muss, um den gesamten Intensitätsbereich einer Primärfarbe nachzuahmen, wobei Nicht-Primärfarben durch Mischen der Intensitäten von Primärfarben abgeleitet werden . Dithering-Algorithmen in der RIP-Software (Raster Image Processor) des Druckers berechnen die Anzahl und Anordnung der Punkte, die erforderlich sind, um die angegebene Farbintensität zu erzeugen. Es gibt viele Methoden, diese Punkte so anzuordnen, dass die feinen Tonabstufungen so gut wie möglich erhalten bleiben.

Die einfachste Anordnung für diese Punkte ist ein Muster-Dithering, bei dem für jeden Pixelwert unterschiedliche feste Muster verwendet werden, die den 256 Stufen eines 8-Bit-Farbwerts entsprechen. Im Allgemeinen wird eine 4 x 4 oder 8 x 8-Matrix verwendet, und eine Reihe von Musteroptionen sind verfügbar, einschließlich Halbton, Bayer und Void-and-Cluster.

Ein komplexeres System wird als Fehlerdiffusion bezeichnet. In seiner einfachsten Form, wenn ein Pixel entweder ein- oder ausgeschaltet sein kann, wird die Differenz zwischen dem wahren Intensitätswert und dem vollständig eingeschalteten Zustand als Fehlerwert an das nächste Pixel weitergegeben, bis der Gesamtwert für einen vollständig eingeschalteten Zustand ausreicht. Dann beginnt der Prozess von neuem. Dieses System führt jedoch zu einem erheblichen Detailverlust und einigen ungewöhnlichen Mustern.

Glücklicherweise gibt es viele ausgeklügeltere Varianten der Fehlerdiffusion. Floyd & Steinberg ist einer der ältesten und am häufigsten verwendeten. Bei diesem System wird der oben beschriebene Fehler auf vier benachbarte Pixel statt auf nur einen verteilt, wobei jeder einen gewichteten Anteil erhält. Dies sorgt für ein viel klareres und gleichmäßigeres Dithering.

Es hat jedoch einen Verarbeitungsaufwand, da Gleitkommaberechnungen erforderlich sind. Es gibt also zahlreiche andere Dithering-Algorithmen, die die hohe Qualität von Floyd & Steinberg für eine bessere Verarbeitungsgeschwindigkeit opfern, wie Stucki, Burkes und Sierra Filter Lite. Der Druckertreiber kann je nach Tinten- und Papiertyp zwischen diesen variieren oder dem Benutzer sogar die Möglichkeit geben, zu wählen.

Tintenstrahldrucker führen zu weiteren Komplikationen beim Dithering-Prozess. Zunächst verwenden die meisten Tintenstrahldrucker mehrere Durchgänge, die oft bidirektional sind. Dies kann eine Fehlausrichtung zwischen Punktreihen verursachen, was die Genauigkeit des Dithering-Musters verringert und zu Streifenbildung führen kann. Die Tropfengröße kann auch für verschiedene Farben variieren, was die Verwendung angepasster Algorithmen erfordert. Auch bei verstopften Düsen kommt es zu Qualitätseinbußen.

Fotodrucker mit sekundären, helleren Versionen der Primärfarben können diese verwenden, um ein subtileres Dithering bereitzustellen. Diese fügen helles Magenta und helles Cyan hinzu. HPs PhotoREt IV verwendet, wie oben erwähnt, sechs statt vier Farben. Da Tintenstrahldrucker jedoch in der Lage werden, kleinere Punkte zu erzeugen und diese zu stapeln, um die Intensität wie bei PhotoREt zu variieren, wird der Bedarf an sekundären Farbtönen reduziert. Das Problem mit mehreren Durchgängen wird auch durch die PageWide-Technologie von HP überwunden, die eine volle Seitenbreite in einem einzigen Durchgang druckt.

Es wird viel mehr Raffinesse benötigt, um großartig aussehende Drucke zu erstellen, als ein Bild auf einem Monitorbildschirm. Ein Tintenstrahldrucker muss eine ganze Reihe von Technologien einsetzen, um die gesamte Farbpalette bereitzustellen und gleichmäßige Abstufungen zwischen ihnen über die Seite zu erzeugen. Aber diese Technologien funktionieren in der Tat sehr gut und ermöglichen es modernen Inkjets, Drucke zu erstellen, die keine Anzeichen der ausgeklügelten Technologie zeigen, die in ihre Produktion einfließt.

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