“全息防偽印刷質量在線檢測系統(tǒng)”實現(xiàn)方法

呂偉，石俊民

（1.深圳勁嘉集團股份有限公司，深圳 518057；2. 北京弘浩千瑞科技有限公司，北京 102209）

“全息防偽印刷質量在線檢測系統(tǒng)”實現(xiàn)方法

呂偉1，石俊民2

（1.深圳勁嘉集團股份有限公司，深圳 518057；2. 北京弘浩千瑞科技有限公司，北京 102209）

全息防偽材料的隨角變色性導致其印刷圖像質量難以檢測和控制。通過顯微分析全息防偽材料表面微觀結構，結合材料特有的光學特性，設計檢測系統(tǒng)整體方案，包括圖像采集單元，圖像處理單元，通訊與輸入輸出單元。圖像處理與分析模塊是檢測系統(tǒng)的核心功能模塊，通過軟件對輸入的圖像數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化計算，并與標準圖像數(shù)據(jù)進行對比分析，輸出運算結果。系統(tǒng)具有自我學習功能，對印刷產品的細小缺陷能夠自動識別并補充到數(shù)據(jù)庫中，同時修訂標準圖像參數(shù)。項目提出新型印刷圖像在線檢測系統(tǒng)方案，能有效解決了現(xiàn)有印刷質量在線檢測系統(tǒng)的圖像處理與數(shù)據(jù)傳輸不適合全息防偽印刷的問題。

全息材料；防偽印刷；在線監(jiān)測

全息防偽印刷是以全息防偽材料為承印物的印刷技術。全息防偽材料是以塑料薄膜或紙為基材，其上有全息圖案，具有防偽功能的新型材料，包括全息鍍鋁膜、全息透明上光膜、全息燙金紙、全息轉移紙等[1]。全息防偽材料不僅具有防偽功能，而且其色彩澤麗，在包裝印刷中得到廣泛應用，全息防偽印刷已成為產品防偽包裝及提高產品檔次的最佳解決方案，國內不少高檔煙酒產品都采用全息防偽材料包裝。

但全息防偽材料的隨角變色性導致其印刷圖像質量難以檢測和控制，如顏色失真、漏印、沾污等常見印刷圖像質量問題。國內外大多數(shù)印刷質量在線檢測系統(tǒng)是基于普通紙張研發(fā)，不適合全息防偽印刷質量的在線檢測，導致全息防偽印刷品質量無法得到保證，極大的制約全息防偽印刷行業(yè)的發(fā)展。

目前大多數(shù)印刷企業(yè)對全息防偽印刷品主要采用人工在線肉眼監(jiān)視、通過監(jiān)視器對生產線進行監(jiān)控并對產品隨機抽樣定格檢查、印后人工復查等幾種方法來檢測和控制印刷質量。人工在線肉眼檢測，只能適合印刷機低速生產，速度超過70米/分鐘，肉眼無法識別，同時很容易造成視覺疲勞。監(jiān)視器監(jiān)控并隨機抽樣檢查方法，屬于隨機性抽檢，存在漏檢的可能性，無法全面保證產品的品質。產品印刷完成后人工復檢，可以保證交付給客戶的產品符合客戶品質要求，但是由于生產已經完成，發(fā)現(xiàn)問題時已經造成材料的浪費，損失不能及時拯救和挽回。

1 全息防偽材料的光學特性研究

顯微分析全息防偽材料表面微觀結構，分析不同類型全息防偽材料表面光柵的排列和光柵組成；并采用電鏡掃描儀分析不同全息轉移膜，如BOPP、PVC、OPP與PET的表面微觀結構的組成與排列，并分析不同轉移膜所形成的衍射光柵對印刷圖像質量檢測的影響。

根據(jù)全息防偽材料表面微觀結構分析結果，分析不同光柵結構和不同光柵排列方法對衍射光柵偏移量的影響，并研究衍射光柵所轄區(qū)域的空間色彩變化情況；依據(jù)全息防偽材料衍射光柵結構與光柵衍射原理，從理論上分析全息防偽材料表面光學特性，并根據(jù)光學原理建立相應的全息防偽材料表面反射變化的數(shù)學模型。分析全息防偽材料表面衍射光柵的呈色機理對鐳射紙表面印刷圖像探測的影響，為全息防偽印刷的在線質量檢測系統(tǒng)研究提供理論依據(jù)。

2 檢測系統(tǒng)整體方案設計

通過對全息防偽材料的分析，結合材料特有的光學特性，對檢測系統(tǒng)整體方案進行設計，包括圖像采集單元，圖像處理單元，通訊與輸入輸出單元。其中：圖像采集單元通過掃描完成印刷圖像的數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)傳送到圖像處理單元進行數(shù)據(jù)處理；圖像處理單元依據(jù)設定的產品品質標準，將接收到的印刷圖像數(shù)據(jù)信息處理運算，輸出運算結果；通訊與輸入單元完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，協(xié)調各個單元完成相關的工作，接收操作人員的輸入指令以及印刷設備上的相關控制信號，同時也可以向操作人員反饋運算結果信號以及向印刷機發(fā)出控制調整信號。

首先基于全息防偽材料的光學特性研究圖像處理算法消除全息防偽材料衍射光對印刷圖像數(shù)字化的影響?？紤]印刷圖像在線檢測的大數(shù)據(jù)量、大運算量、耗時及圖像檢測的實時性要求等特點，建立一個簡單易行的運動圖像采集標準，并基于此標準研究彩色圖像的在線檢測實現(xiàn)算法。研究印刷圖像質量分類的圖像識別算法，實現(xiàn)高精度、高速度的圖像質量判斷以及圖像質量問題判斷。研究高速采集的圖像數(shù)據(jù)流的圖像運算、存儲、傳輸與管理方法。

圖像采集模塊主要包括圖像傳感器、圖像數(shù)據(jù)傳輸控制和光源系統(tǒng)，主要完成印刷圖像的在線數(shù)據(jù)采集。光源系統(tǒng)設計為光源腔結構，用于消除全息材料反射引起的掃描信號偏差。圖像處理模塊完成圖像采集模塊傳回的圖像數(shù)據(jù)的處理工作。將圖像數(shù)據(jù)與設定的標準圖像閾值進行對比，判斷印刷圖像是否存在質量問題，通過執(zhí)行模塊輸出處理結果。如印刷品顏色出現(xiàn)偏差，發(fā)出控制調整信號調整印刷機水墨位，從而實現(xiàn)印刷品色差的調整。系統(tǒng)控制模塊對檢測系統(tǒng)進行流程管控，通過人機交互設計完成對系統(tǒng)的管理，相關信息可以在輸出端顯示器實時顯示。

圖像處理與分析模塊是檢測系統(tǒng)的核心功能模塊，通過軟件對輸入的圖像數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化計算，并與標準圖像數(shù)據(jù)進行對比分析，輸出運算結果。系統(tǒng)具有自我學習功能，對印刷產品的細小缺陷能夠自動識別并補充到數(shù)據(jù)庫中，同時修訂標準圖像參數(shù)，通過對數(shù)據(jù)庫信息不斷完善和分析，總結產品缺陷類型，為操作人員和管理人員全面了解產品品質提供資料。

3 采用的方法

（1）顯微分析全息防偽材料表面微觀結構，并基于信息光學理論分析全息防偽材料的光學特性。

（2）針對全息防偽印刷圖像的特點，采用數(shù)字圖像處理算法對印刷圖像預處理中的彩色圖像的灰值化、圖像對比度增強、閾值分割、運動模糊的消除等關鍵環(huán)節(jié)的處理方法和算法進行了研究，如采用分段線性轉換算法或直方圖處理算法來提高灰度圖像對比度，考慮基于數(shù)學形態(tài)學理論來研究印刷圖像的運動模糊消除算法。

（3）從特征空間的選擇與特征提取、相似性測度的選擇、搜索空間和搜索策略的選擇等幾個方面對印刷圖像的配準算法進行了研究，如基于灰度形態(tài)學研究全息防偽印刷圖像的邊緣提取算法。

4 技術路線及工藝流程

技術路線及工藝流程如圖1。

圖1 技術路線及工藝流程

5 項目的特色和創(chuàng)新突破點

（1）全息防偽印刷圖像的光學特性及呈色機理分析，為全息防偽印刷圖像處理提供理論依據(jù)。

（2）設計全息防偽印刷圖像的采集光路，包括光源和相機類型的選擇、照明和探測光路的設計等，可解決現(xiàn)有印刷圖像質量檢測系統(tǒng)不能準確獲取全息防偽印刷圖像的問題。

（3）建立客觀有效的全息防偽印刷圖像質量的評判標準并提出一整套的全息印刷圖像處理方法，如全息印刷真彩色圖像灰值化方法；全息印刷圖像運動模糊定向補全算法和全息印刷圖像最佳閾值分割算法等。

（4）提出新型印刷圖像在線檢測系統(tǒng)方案，能有效解決了現(xiàn)有印刷質量在線檢測系統(tǒng)的圖像處理與數(shù)據(jù)傳輸不適合全息防偽印刷的問題。

6 總結

通過對全息防偽印刷品質量在線檢測技術進行研究，完善圖像檢測系統(tǒng)的光路設計，研究新的全息防偽印刷圖像配準算法，不僅可以大大提高全息防偽材料印刷品質量的穩(wěn)定性和一致性，而且大幅度地節(jié)省勞動力，減輕工人勞動強度，并填補了技術空白，對提高我國包裝印刷行業(yè)技術現(xiàn)代化水平有著重要意義。

[1] GB/T22467.3-2008，防偽材料通用技術條件 第3部分：防偽膜[S].

Implementation Method of On - line Quality Inspection System for Anti - counterfeiting Printing on Holographic Material

LYU Wei, SHI Jun-min

Holographic anti-counterfeiting materials with the color discoloration of the printed image quality is diff i cult to detect and control. Through the microscopic analysis of the microstructure of holographic anti - falsif i cation materials, combined with the unique optical properties of materials, the overall design of the detection system, including image acquisition unit, image processing unit, communication and input and output unit. The image processing and analysis module is the core function module of the detection system. The input image data is systematically calculated by software, and compared with the standard image data, the operation result is output. The system has a self-learning function, the small defects in printed products can be automatically identif i ed and added to the database, while revising the standard image parameters. Project put forward a new printing image online detection system program,can effectively solve the existing printing quality online detection system, image processing and data transmission is not suitable for holographic security printing.

holographic materials; anti - counterfeiting printing; on - line inspection system

TS853+.6

A

1400 (2017) 10-0051-03

10.19362/j.cnki.cn10-1400/tb.2017.10.003

呂偉（1971-），男（漢族），深圳勁嘉集團股份有限公司副總經理，碩士。二十余年包裝印刷行業(yè)工作經驗，主要從事技術研發(fā)、生產管理、品質管理以及設備管理工作。