Was ist Dithering?

Lasergravur ist ein Verfahren, bei dem ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte auf die Oberfläche eines Materials gerichtet wird, wodurch diese sofort erhitzt, geschmolzen, verdampft oder abgetragen wird, um so den Gravureffekt zu erzielen. Nach der Lasergravur unterscheidet sich die Hintergrundfarbe von der ursprünglichen Farbe der Materialoberfläche. Dieser Gravureffekt wird häufig als gefüllte Gravur bezeichnet oder kann als ein „Schwarz-Weiß“ - Gravureffekt beschrieben werden. 

Wie kann man dann während der Gravur einen Farbübergangseffekt erzielen, wenn jedoch das zu gravierende Bild selbst Farb- oder Graustufenvariationen enthält?

Die Lasergravur kann in der Regel keine farbigen Gravuren direkt erzeugen, doch lassen sich Farb­tiefen- und Übergangseffekte mit den folgenden zwei Methoden wirkungsvoll simulieren:

• Dynamische Laserleistung: Die Laserleistung beeinflusst die Gravurtiefe. Durch das dynamische Anpassen der Laserleistung während des Gravurprozesses kann die Gravurtiefe den Graustufenwerten im Bild entsprechen— höhere Leistung für dunklere Bereiche (führt zu tieferer Gravur) und niedrigere Leistung für hellere Bereiche (führt zu flacherer Gravur). Dadurch entsteht ein natürlicher Graustufenübergang, ähnlich wie beim Mischen von schwarzen und weißen Pigmenten in unterschiedlichen Anteilen,um verschiedene Grauschattierungen zu erzeugen.

• Dithering: Dies ist eine Technik, mit der ein Bild in ein pickelartiges Muster umgewandelt wird, wobei dunklere Bereiche dichtere Punkte und hellere Bereiche spärliche Punkte aufweisen .Obwohl nur schwarze und weiße Punkte verwendet werden, kann sie reiche Schattierungen und Kontraste darstellen und einen visuellen Effekt schaffen, der Farbübergängen ähnelt. Laser Engraving kann diese Technik verwenden, um einen Graustufenübergangseffekt zu simulieren.

Es ist erwähnenswert, dass die Software von LaserPecker Design Space die Verwendung von Dithering zur Verarbeitung von Bildern mit Farbverläufen unterstützt.

1. Funktionsprinzip des Dithering

Dithering ist ein Bildverarbeitungsalgorithmus, der erstmals in den Anfängen der Computergrafik eingesetzt wurde. In den 1980er-Jahren konnten viele Computer Bildschirme oder Drucker nur Schwarz-Weiß oder eine begrenzte Anzahl an Farben (z. B. 2, 4 oder 16 Farben) darstellen, was eine originalgetreue Wiedergabe farbiger Bilder unmöglich machte. Durch diese Einschränkungen traten in Bildern häufig sichtbare Farbblöcke und Farbstreifen auf – sogenannte „Color Bands“ –, was zu einem unnatürlichen Erscheinungsbild führte. Wenn zum Beispiel ein Farbbild auf Schwarz-Weiß reduziert wurde, sah das Ergebnis wie im folgenden Beispiel aus.

Zur Lösung dieses Problems wurde die Dithering-Technik entwickelt. Sie funktioniert, indem Punkte unterschiedlicher Farben (z. B. schwarze und weiße Punkte) in einem regelmäßigen Muster innerhalb des Bildes angeordnet werden. Aus einer bestimmten Entfernung entsteht dadurch ein visueller Effekt eines „gemischten Farbtons“. Die zentrale Idee des Dithering besteht darin, durch die Anordnung und Dichtevariation der Punkte Graustufenübergänge zu simulieren und so einen visuellen Farbübergangseffekt zu erzielen.Das folgende Bild zeigt, wie Dithering durch unterschiedliche Punktdichten Graustufenübergänge nachbildet.

Gängige Dithering-Algorithmen umfassen:

Geordnet	Sierra
Das Geordnete-Dithering eignet sich für Bilder mit einheitlichen Farbflächen oder starkem Kontrast, wie etwa Symbole, Logos und einfache Illustrationen. Da es ein regelmäßiges Gittermuster erzeugt, ist es nicht ideal für Bilder, die feine Übergänge oder detaillierte Strukturen erfordern.	Das Sierra-Dithering eignet sich für Bilder, bei denen Bilddetails beibehalten sollen, insbesondere bei kontrastreichen oder Graustufenbildern. Bei Bildern mit weniger feinen Details kann es jedoch zu sichtbarem Rauschen kommen.
Atkinson	Jarvis
Das Atkinson-Dithering eignet sich für Bilder, die hohen Kontrast und einfache Strukturen erfordern, insbesondere einfache Grafiken, Schwarz-Weiß-Illustrationen oder kontrastreiche Bilder. Für die Verarbeitung komplexer Farbverläufe oder detailreicher Bilder ist es hingegen weniger geeignet.	Das Jarvis-Dithering eignet sich für Bilder, die eine hohe Farbtreue und das Erhalten von Details erfordern, insbesondere Graustufenbilder oder solche mit deutlichen Farbübergängen. Es erzeugt in den Farbverläufen des Bildes einen natürlicheren Effekt, ohne offensichtliche Gittermuster zu erzeugen.
Stucki	Floyd
Das Stucki-Dithering hilft, Bilddetails zu bewahren, Unschärfe zu reduzieren und Graustufenübergänge natürlicher wiederherzustellen. Es vermeidet Farbblöcke oder abrupte Veränderungen, weshalb es besonders gut für die Verarbeitung feiner Bilder wie Fotografien geeignet ist, mit glatteren und realistischeren Gravur Ergebnissen.	Das Floyd-Dithering eignet sich gut für Bilder mit einfachen Details oder weniger komplexen Übergängen. Für Bilder mit vielen feinen Details ist es jedoch nicht ideal, da es ein leichtes Wellenmuster im Bild erzeugen kann.

Im LaserPecker Design Space wird für den Dithering-Effekt der Stucki-Algorithmus verwendet, der speziell aufgrund seiner Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit bei einer Vielzahl von Bildtypen ausgewählt wurde. Die Software wandelt zunächst das Farbbild in ein Graustufenbild um. Das konvertierte Bild besteht aus Pixeln mit unterschiedlichen Grauwerten – von tiefstem Schwarz über hellsten Weiß bis hin zu verschiedenen Zwischentönen. Der Stucki-Dithering-Algorithmus sorgt dafür, dass die Übergänge der Graustufen gleichmäßig und konsistent verlaufen, was ihn ideal für ein breites Spektrum an Bildtypen macht.

Der Grund, warum Stucki warum Stucki gegenüber anderen Dithering-Algorithmen bevorzugt wird, liegt in seiner Fähigkeit, sowohl bei einfachen als auch bei hoch detaillierten Bildern hochwertige Ergebnisse zu erzielen . Egal, ob es sich um eine einfache Grafik oder ein fein ausgearbeitetes Porträt handelt, bietet Stucki-Dithering eine hervorragende visuelle Konsistenz und Tiefe.

Anschließend wird das Bild mithilfe des Stucki-Algorithmus, in ein Bild umgewandelt, das ausschließlich aus schwarzen und weißen Punkten besteht.

2. Welche Bilder eignen sich für Dithering

Nachdem die grundlegenden Prinzipien des Dithering-Modells verstanden wurden, erfolgt im nächsten Schritt die Einführung der zwei gängigen Bildtypen: Bitmaps und Vektorbilder.

• Bitmaps, die grundlegenden Prinzipien des Dithering-Modells verstanden wurden, erfolgt im nächsten Schritt die Einführung der zwei gängigen Bildtypen: Bitmaps und Vektorbilder. Bitmaps, auch als Rastergrafiken bekannt, bestehen aus vielen einzelnen Pixeln, wobei jedes Pixel die Farbe einer bestimmten Position im Bild repräsentiert. Gängige Bitmap-Formate sind JPG, PNG, and BMP. Die LDS-PC-version unterstützt das Importieren von JPG, PNG, and BMP -Dateien, während die Mobile-Version den Import von JPG- und PNG -Dateien erlaubt.
• Vektorbilder hingegen stellen Bilder mittels geometrischer Formen dar (z. B. Linien, Kurven, Kreise, Rechtecke usw.). Diese Formen werden mit Hilfe mathematischer Formeln (wie Koordinaten, Winkel oder Krümmung) beschrieben, wodurch die Bilder ohne Qualitäts- oder Detailverlust beliebig vergrößert oder verkleinert werden können. Gängige Vektorformate sind SVG, AI, und EPS. Sowohl die LDS- PC- als auch die Mobile-Version unterstützen den Import von SVG-Vektorgrafiken.

In der Regel eignet sich der Dithering -Effekt für Bitmap-Bilder mit Farb- oder Graustufenverläufen.

Ein Schwarz-Weiß-Bild ist ebenfall seine Art von Bitmap, bei der jedes Pixel nur Schwarz oder Weiß enthält. Wenn ein solches Bild importiert wird, empfiehlt es sich, den Schwarz-Weiß-Effekt auszuwählen, um den Gravur-Prozess zu vereinfachen und die Effizienz zu steigern.

Wird hingegen Dithering ausgewählt, führt die Software eine aufwändigere Bildverarbeitung durch, wodurch sich die Gravur Zeit verlängert. (Im untenstehenden Screenshot steht die Füllung für den Schwarz-Weiß-Effekt und das Bild für den Dithering -Effekt. )

Wenn das Bild nur zwei oder drei Farben enthält und ein hoher Kontrast zwischen den benachbarten Farben besteht, ist der the Schwarz-Weiß-Effekt ebenfalls eine gute Wahl.Dies eignet sich für Szenarien wie einfache Logos, Cartoon-Bilder oder Linienzeichnungen.

3. Wie verwendet man den Dithering-Effekt in LDS？

• Bild importieren: Am Beispiel der PC-Version gilt: Wenn Sie ein Bild im JPG-, PNG-, oder BMP-Format importieren, stellt die Software den Bildeffekt automatisch auf Dithering ein.

• Bildeffekte wechseln: Für importierte Bilder können Sie die Bildeffekte innerhalb der Software anpassen und vom standardmäßig eingestellten Dithering-Effekt zu anderen Effekten wechseln.

• Kontrast: Passt den Unterschied zwischen hellen und dunklen Bereichen des Bildes an. Eine Erhöhung des Kontrasts macht helle Bereiche heller und dunkle Bereiche dunkler, wodurch die Bildschärfe verstärkt wird.

• Helligkeit: Passt die allgemeine Helligkeit oder Dunkelheit des Bildes an. Eine Erhöhung der Helligkeit hellt das gesamte Bild auf, während eine Verringerung es dunkler erscheinen lässt.

• Farben umkehren: Diese Funktion kehrt die Farben des Bildes um und ist besonders nützlich für die Gravur auf dunkleren Materialien oder zur Erzeugung spezieller visueller Effekte.

Bei Materialien mit einer dunkleren Oberfläche Farbe, entspricht die Farbe des Materials bereits den Schatten Bereichen im Bild. Während des Graviervorgangs werden die dunkleren Bildbereiche jedoch mit einer dichteren Punktstruktur graviert. Wenn das Material durch die Gravur heller wird, kann dies zu einem gegenteiligen Effekt führen. Durch das Umkehren der Farben werden in den dunklen Bildbereichen weniger Gravur Punkte gesetzt, wodurch mehr von der ursprünglichen Farbe des Materials erhalten bleibt. Dies passt besser zu den Schattenbereichen des Bildes und führt zu einem natürlichen Gravurresult.

Originalbild:

Gravurergebnis auf dunklem Material:

Bei schwarzen Aluminiumkarten ist es erforderlich, die Farben vor Beginn der Gravur umzukehren. Das folgende Bild zeigt das Gravurergebnis mit folgenden Einstellungen: mit LP4 1064nm, 4K-Auflösung, 5 Leistungseinheiten und 3 Tiefeneinheiten.

Bei gewelltem Papier ist ein Umkehren der Farben nicht erforderlich. Das folgende Bild zeigt das Gravurergebnis mit folgenden Einstellungen: mit LP4 450nm, 2K-Auflösung, 6 Leistungseinheiten und 1 Tiefeneinheit.

4. Zusammenfassung

Dithering ist eine häufig verwendete Bildverarbeitungstechnik, die Farbübergänge innerhalb eines begrenzten Farbbereichs mithilfe von Punktmustern simuliert und so ein reichhaltigeres Spektrum an Hell- und Dunkelschichten erzeugt. Diese Technik eignet sich besonders für Bilder mit Farbübergängen, wie Porträts und Landschaften, und findet auch im Bereich der Lasergravur Anwendung. Im LaserPecker Design Space wird empfohlen, den Dithering-Effekt für Bilder mit Farbübergängen zu verwenden, da er effektiv dabei hilft, die Integrität der Gravurdetails zu erhalten.