基于機(jī)器視覺技術(shù)檢測(cè)印刷品質(zhì)量的應(yīng)用

王愛艾

傳統(tǒng)的印刷品質(zhì)量檢測(cè)方法受主觀因素的影響較大，隨著科技的發(fā)展，基于機(jī)器視覺的印刷品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)以其高精度、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)受到人們的青睞，該方法可對(duì)印刷品質(zhì)量進(jìn)行高質(zhì)量、高效率的檢測(cè)。本文介紹了印刷品質(zhì)量檢測(cè)的機(jī)器視覺系統(tǒng)以及印刷品質(zhì)量檢測(cè)軟件的處理流程，利用機(jī)器視覺系統(tǒng)替代人眼來檢測(cè)印刷品質(zhì)量，克服了檢測(cè)人員生理因素和主觀因素的影響，為印刷質(zhì)量進(jìn)行全過程控制提供了條件。

引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)印刷品的質(zhì)量要求日益提高，印刷企業(yè)受到的壓力越來越大，單獨(dú)地依靠人工檢測(cè)印刷品質(zhì)量已經(jīng)不能滿足需要。利用機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)來檢測(cè)印刷品質(zhì)量可以使印刷品質(zhì)量達(dá)到持續(xù)、穩(wěn)定的效果。

受印刷機(jī)械及印刷環(huán)境等因素的影響，在印刷過程中，印刷品經(jīng)常會(huì)存在一些問題（如偏色、套印不準(zhǔn)、有污點(diǎn)、飛墨等），導(dǎo)致印刷品質(zhì)量不能滿足客戶的要求。在質(zhì)量檢測(cè)中，大多數(shù)企業(yè)采取的都是利用人工來檢測(cè)印品質(zhì)量的方法，而且在檢測(cè)過程中，長時(shí)間地工作，員工容易產(chǎn)生視覺疲勞，可能出現(xiàn)印品漏檢或檢測(cè)質(zhì)量不夠精確的問題，不但需要大量的人力，增加了成本，而且影響印刷企業(yè)的聲譽(yù)，使企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力難以提高。因此，在行業(yè)需求和技術(shù)發(fā)展迅猛的情況下，利用機(jī)器視覺技術(shù)來逐漸替代傳統(tǒng)的印品質(zhì)量檢測(cè)方法，是未來印刷行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

基于機(jī)器視覺技術(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成及原理

1.基本構(gòu)成

基于機(jī)器視覺的印刷品質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，主要包括兩部分：硬件部分和軟件系統(tǒng)，其中硬件部分包括CCD、鏡頭、圖像采集卡、光源等，軟件系統(tǒng)主要包含檢測(cè)系統(tǒng)的操作。

2.檢測(cè)原理

首先通過CCD對(duì)印刷品的圖像進(jìn)行采集，然后對(duì)所采集的圖像進(jìn)行處理，根據(jù)預(yù)先所設(shè)定的印刷品要達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行判斷，若待測(cè)印品的相關(guān)指數(shù)不在設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，則系統(tǒng)會(huì)判斷為印刷品的質(zhì)量不合格。其處理流程如圖2所示。

標(biāo)準(zhǔn)印品或樣張是客戶簽樣后的樣張。在對(duì)印刷品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，將印刷品放在滾筒上，操作機(jī)器使?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)CCD攝像機(jī)進(jìn)行采樣，要保證相機(jī)的采樣頻率與滾筒的轉(zhuǎn)速同步，這樣會(huì)避免由于兩者速度不均而導(dǎo)致采集到的圖像變形;之后，機(jī)器視覺系統(tǒng)通過機(jī)箱內(nèi)的圖像采集卡將采得的信息轉(zhuǎn)化為圖像信號(hào)，并傳送到圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行圖像處理，圖像處理系統(tǒng)在對(duì)像素分布、顏色信息等分析的基礎(chǔ)上，對(duì)圖像特征進(jìn)行提取和校配，然后作出判斷，將判斷結(jié)果顯示出來并對(duì)印品進(jìn)行篩選或分揀。

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)避免視覺檢測(cè)系統(tǒng)由于以下原因造成的問題：①由于攝像機(jī)的抖動(dòng)而影響圖像采集的質(zhì)量;②注意對(duì)光源亮度的變化進(jìn)行控制;③在印品的傳送過程中，難免出現(xiàn)位置的偏差，如何避免或?qū)@些偏差進(jìn)行補(bǔ)救。

通過機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)印刷品質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了印刷質(zhì)量檢測(cè)的智能化、精確性和穩(wěn)定性，提高檢測(cè)速度的同時(shí)，也使勞動(dòng)力得到了解放。

印刷品質(zhì)量檢測(cè)軟件

印刷品檢測(cè)軟件通過圖像采集系統(tǒng)獲得標(biāo)準(zhǔn)樣張的原始圖像，且以該圖像信息為標(biāo)準(zhǔn)輸入到檢測(cè)系統(tǒng)中，把標(biāo)準(zhǔn)樣張上的圖像信息分為無限多塊，并對(duì)每一小塊的圖像信息設(shè)置一個(gè)合格范圍，稱之為檢測(cè)精度閾值，一般需要設(shè)置顏色偏差閾值和缺陷面積閾值。完成此過程后，即得到了標(biāo)準(zhǔn)模板，之后開始對(duì)待檢測(cè)樣張進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，在采集信息的同時(shí)質(zhì)量檢測(cè)軟件也對(duì)其進(jìn)行處理（如圖像分色、圖像校配、圖像對(duì)比，對(duì)比對(duì)后的圖像進(jìn)行分析和處理等）。根據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣張上所設(shè)置信息的顏色偏差閾值和缺陷面積閾值來判斷待檢測(cè)印刷品是否滿足質(zhì)量要求，如果超出了所設(shè)置的合格閾值，檢測(cè)軟件則會(huì)判斷為質(zhì)量不合格，如果在合格閾值之內(nèi)，檢測(cè)軟件則會(huì)判斷為符合質(zhì)量要求。

印刷品質(zhì)量檢測(cè)軟件中的圖像處理方法

常用的圖像處理方法有分色處理、模板匹配、二值化處理等。由于所采集到的圖像不僅包括目標(biāo)部分的有用信息，此外還有噪聲等無用信息的出現(xiàn)，所以要對(duì)圖像進(jìn)行處理，使得檢測(cè)目標(biāo)主體突出，進(jìn)而方便對(duì)印品進(jìn)行檢測(cè)。

1.圖像的分色處理

在印刷過程中，通常使用的是CMYK四色油墨，而在對(duì)圖像信息進(jìn)行采集后，要將信息傳送到顯示器上進(jìn)行顯示，顯示器是基于RGB色彩模型進(jìn)行顯示的，由于CMYK顏色空間不同于RGB顏色空間，導(dǎo)致顯示圖像與實(shí)際圖像之間存在一定的偏差。所以在對(duì)印刷品質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要把印刷品上的圖像轉(zhuǎn)變成相機(jī)輸出的數(shù)碼圖像，即把CMYK圖像通過相機(jī)轉(zhuǎn)化為RGB圖像，因?yàn)镽GB色空間大于CMYK色空間，所以除了少量在RGB色空間之外的專色會(huì)產(chǎn)生一定的損失外，絕大多數(shù)顏色都可以保持印刷品上原來的顏色。

由于任何顏色都能用紅、綠、藍(lán)3種顏色表示出來，所以每一幅彩色圖像都可以分為含有R、G、B 3個(gè)顏色通道的圖片?？梢詫⒉噬珗D像轉(zhuǎn)換為灰度圖，通過如下轉(zhuǎn)換公式計(jì)算圖像的灰度值：

Gray=0.11R+0.59G+0.3B

這樣，原來的彩色圖像就變成了灰度圖，之后再對(duì)3個(gè)通道的圖片分別進(jìn)行處理。

2.模板匹配

匹配是指在機(jī)器進(jìn)行識(shí)別時(shí)，把傳感器在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)、各種成像條件下對(duì)印刷品上同一位置所獲得的兩幅（或多幅）圖像進(jìn)行比對(duì)，或依照一張圖上的已知信息到另一幅圖中找尋相應(yīng)的信息。

通常，以樣張圖像作為標(biāo)準(zhǔn)圖像，以標(biāo)準(zhǔn)圖像上任意區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)，將模板圖與待檢測(cè)圖做某種運(yùn)算，計(jì)算出兩幅圖像的相似值，把相似值最高的圖像區(qū)域作為最后的匹配結(jié)果，然后再進(jìn)行質(zhì)量合格與否的判斷。

對(duì)于不同的圖像，由于特征不同，采用的匹配算法也各有不同。例如：傅立葉變換（或小波變換），屬于諧波分析，將圖像從頻域變換到時(shí)域，再與標(biāo)準(zhǔn)圖像的時(shí)域特征進(jìn)行對(duì)比，從而得到兩者間的相似程度，雖然此方法的匹配精度高，而且具有極強(qiáng)的抗干擾能力，但是計(jì)算量過大;基不變矩陣法，該方法主要應(yīng)用在比較簡(jiǎn)單的圖形識(shí)別中，在旋轉(zhuǎn)過程中具有不變性，但不適于對(duì)形狀復(fù)雜或有形狀發(fā)生變化的圖像的識(shí)別;絕對(duì)值差法，這種方法比較簡(jiǎn)單，且計(jì)算量小，在圖像變化速度慢的情況下，表現(xiàn)出良好的實(shí)用性。雖然各種算法有優(yōu)勢(shì)也有弊端，但它們實(shí)現(xiàn)了在目標(biāo)追蹤以及由簡(jiǎn)單圖形到復(fù)雜圖像的識(shí)別領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

小結(jié)

機(jī)器視覺技術(shù)檢測(cè)系統(tǒng)可以提高印刷品質(zhì)量檢測(cè)的效率和質(zhì)量。目前，國內(nèi)很多企業(yè)都采用了印刷品質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備，但在顏色檢測(cè)能力上存在一些不足，如果能進(jìn)一步完善圖像采集和檢測(cè)中的精準(zhǔn)度，那么機(jī)器視覺技術(shù)將可以完全替代傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方法，不但可以節(jié)省人力，而且能夠降低生產(chǎn)成本，使企業(yè)更具競(jìng)爭(zhēng)力，是印刷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和方向。

作者單位：曲阜師范大學(xué)工學(xué)院

責(zé)任編輯：李倩 liqian@cprint.cn