Rastern und Dithern

Halbtöne und Mischfarben durch Rastern und Dithern

Abhängig von der Drucker - Technologie kann nur eine begrenzte Anzahl Farben dargestellt werden. Tatsächlich können viele Druckverfahren keine Halbtöne, also Helligkeitsabstufungen einer Farbe, darstellen.

• Bildschirme können jedes Pixel in fast beliebiger Farbmischung darstellen. Üblicherweise können drei Hauptfarben wie Rot, Grün und Blau in beliebigem Verhältnis und Helligkeit angezeigt werden.
• Farblaser und Farbsublimations - Drucker können unterschiedliche Farbmischungen für jeden Pixel erstellen. Hier werden 3, 4, 5, 7 und mehr Hauptfarben verwendet. Die Anzahl der Farbabstufungen (pro Hauptfarbe) reicht je nach Technik von wenigen dutzend bis quasi stufenlos.
• Tintenstrahl - Drucker und monochrome Laserdrucker können Pixel nur in den Grundfarben und ohne Helligkeitsabstufungen erzeugen.

Insbesondere bei Tintenstrahl - Druckern müssen zur Darstellung von Mischfarben mehrere Volltonpunkte (Pixel) verschiedener Farben zusammenfasst werden. Erst bei einem gewissen Sichtabstand ensteht der gewünschte Farbeindruck. Diese Technik der Farbdarstellung wird als Rastern, Dithern oder bei monochromen Bildern auch als Halftoning bezeichnet.

Dithern reduziert die Auflösung

Die Reduktion der Auflösung durch Dithern kann an einem Beispiel dargestellt werden. Tintenstrahl- oder Schwarzweiß-Laserdrucker können nur schwarze Punkte drucken. Zum Drucken einer grauen Fläche müssen mehrere Punkte geeignet in einer Matrix angeordnet werden. Dabei gilt: Je mehr Punkte dieser Matrix schwarz gedruckt werden, desto dunkler erscheint die Matrix dem menschlichen Auge.

Für die Darstellung von 256 unterschiedliche Graustufen wird eine Matrix von 16 x 16 Punkten benötigt. Für jeden original Bildpunkt werden damit 256 Punkte im Ausdruck benötigt. Ein hochauflösenden 600 dpi Laserdruckern kann damit bei der Darstellung von Grauwerten nur eine Auflösung von 600/16 = 38 dpi erreichen.

Einige Verfahren erlauben es, die wahrgenommene Auflösung etwas zu erhöhen. Dabei wird ausgenutzt, dass der Kontrast von benachbarten Bildpunkten sich bei fotorealistischem Bildmaterial nur wenig ändert. Abhängig vom Bildmaterial können dafür aber auch stärkere Störmuster entstehen, so dass sich diese Verfahren für die automatisierte Bildverarbeitung nicht durchgesetzt haben.

Monochrome Dither - Verfahren

Dither - Verfahren stellen Farbwerte also durch die Kombination mehrerer Punkte dar. Alle Verfahren bestimmen über die Anzahl der Punkte den wahrgenommenen Grauwert. Sind die Punkte klein genug, kann das menschliche Auge sie nicht mehr unterscheiden. Neben der Reduktion der Auflösung wird der optische Eindruck beim Dithern noch durch unerwünschte Musterbildung gestört. Es wurden zahlreiche Verfahren entwickelt, um den optischen Eindruck von Ditherverfahren zu verbessern. Der Fachmann unterscheidet zwischen amplitudenmodulierten mit autotypischen (sich wiederholenden) Mustern und frequenzmodulierten Verfahren mit stochastischen (zufälligen) Mustern. Im ersten Fall wird die Größe eines Bildpunktes entsprechend des gewünschten Helligkeitseindruckes variiert, im zweiten Fall die Anzahl der Bildpunkte in einer Fäche. Auch sind kombinierte Verfahren bekannt.

• "clustered dithering" simuliert das Rasterdruckverfahren bekannt aus dem Zeitungsdruck. Verschieden große Druckpunkte werden durch kleinere Punkte zusammengesetzt. Diese Verfahren werden oft als grobpixelig wahrgenommen und benötigen einen erhöhten Betrachtungsabstand.
• "dispersed dithering" erreicht eine gleichmäßige Verteilung der Punkte auf einer Fläche. Bei fotorealistischen Bildmaterial entstehen leicht störende Interferrenzmuster, sogenannte Moiree - Bilder.
• "dispersed dot diffusion dithering" oder "Error diffusion" zählt zu den stochastischen Rasterverfahren. Die einzelnen Punkte werden quasi zufällig auf der Fläche verteilt. Das bekannteste Verfahren heisst "Floyd Steinberg". Bei fotorealistischen Bildern werden gute Ergebnisse erziehlt.

Alle Verfahren erzeugen abhängig vom verwendeten Bildmaterial stark unterschiedliche Ergebnisse. Die Auswahl eines geeigneten Verfahrens hängt damit wesentlich vom Einsatzgebiet des Druckers ab.

Farbige Dither - Verfahren

Das Drucken von Farben auf Druckern mit reduzierter Farbtiefe kann durch eine geeignete Kombination von additiver und subtraktiver Farbmischung erziehlt werden. Mischfarben entstehen:

• subtraktiv durch Überdrucken von zwei oder mehr Druckfarben.
• additiv durch dithern farbige Punkte nebeneinander.

Werden Punkte mit unterschiedlichen Farben nebeneinander gedruckt, nimmt das Auge die reflektierenden Farben wie eine Farbe war. Bei dieser additiven Mischung entsteht z.B. aus cyan und yellow dicht nebeneinander grün.

Bei dieser Kombination von farbigen Bildpunkten kann es zu einer ungünstigen Anordnung der Farbmuster kommen. Es entstehen dann sogenannte Moiré - Effekte, die als große sich wiederholende Wellen, Kreise oder Muster wahrgenommen werden. Deshalb werden beim CMYK - Farbdruck (Vierfarbdruck) die 4 Farben jeweils in einem versetzten Raster und in unterschiedlichen Winkeln angeordnet. Üblich sind die Winkel Gelb=15°, Magenta=30°, Schwarz=45° und Cyan=60°.

Die Anordnung der Raster beeinflußt stark das Druckergebnis und wird i.d.R. direkt vom Drucker vorgenommen. Einige Druckersprachen wie Postscript bieten hier zwar Möglichkeiten zum Eingriff an, i.d.R. sind solche Eingriffe aber Aufwendig und bleiben damit dem Druckerhersteller vorbehalten. Immerhin reduziert das Dithern von Farbwerten die Farbtiefe nicht ganz so stark wie beim monochromen Dithern.