機(jī)器視覺在印刷質(zhì)量檢測中的應(yīng)用分析

郭杰

（天津長榮數(shù)碼科技有限公司，天津300400）

機(jī)器視覺主要是指借助于機(jī)器來替代人眼進(jìn)行判斷與測量，而機(jī)器視覺系統(tǒng)則是借助于機(jī)器視覺產(chǎn)品來將被攝取目標(biāo)及時(shí)轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的圖像信號(hào)，其中常見的機(jī)器視覺產(chǎn)品主要是CMOS和CCD這兩種。圖像攝取裝置在獲得圖像信號(hào)之后，機(jī)會(huì)及時(shí)將獲得的圖像傳送給圖像處理系統(tǒng)，然后再按照像素分布、顏色以及亮度等多方面信息來將其轉(zhuǎn)化成為數(shù)字化信號(hào)，從而有效基于此來進(jìn)行質(zhì)量檢測。

由此可見，機(jī)器視覺在印刷質(zhì)量檢測之中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，而為了能夠真正有效發(fā)揮出其應(yīng)用效果，本文也就此展開了探討。

1 機(jī)器視覺相關(guān)概述

1.1 機(jī)器視覺內(nèi)涵

機(jī)器視覺主要是將自動(dòng)控制機(jī)器、視覺傳感進(jìn)行有效結(jié)合第一種新技術(shù)。具體而言，機(jī)器視覺在應(yīng)用過程中人們即可直接借助于眼睛來對外部世界形成有效了解，之后再借助于大腦將所得到的信息進(jìn)行分析處理與判斷，然后再交由手腳來完成相應(yīng)的動(dòng)作。機(jī)器視覺能夠?qū)⑦@樣整個(gè)過程借助于自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，通常情況下機(jī)器視覺主要是借助于攝像機(jī)來替代人的眼睛，而計(jì)算機(jī)則用于替代人的大腦，以此來有效展開質(zhì)量檢測。機(jī)器視覺作為新時(shí)代產(chǎn)物，其本身涉及到的新技術(shù)較多，比如計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、模式識(shí)別、圖像處理等多個(gè)方面，具有精度高、速度快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢。

1.2 機(jī)器視覺系統(tǒng)構(gòu)成

機(jī)器視覺則是借助于攝像機(jī)來將需要進(jìn)行識(shí)別的目標(biāo)進(jìn)行圖相化處理的一種手段，然后再將完成的圖像及時(shí)傳輸?shù)教囟ǖ膱D像操作系統(tǒng)之中。圖像處理系統(tǒng)在這一過程中會(huì)按照像素實(shí)際情況、信息、亮度等信息來對其進(jìn)行有效識(shí)別，然后作出準(zhǔn)確的判斷，并且將得到的結(jié)果進(jìn)行操作與控制。機(jī)器視覺系統(tǒng)構(gòu)成部分主要是以LED 燈光源、彩色線陣CCD 相機(jī)、旋轉(zhuǎn)增量式編碼器、圖像采集卡等部分為主。

2 機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 光源與照明系統(tǒng)

照明光源以及照明系統(tǒng)在整個(gè)視覺檢測系統(tǒng)之中屬于十分重要的部分，起著十分重要的作用。首先，照明光源能夠?qū)⒂∷a(chǎn)品色彩真實(shí)地再現(xiàn)出來，而且還不會(huì)出現(xiàn)顏色失真等情況，而要想實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)則需要光源發(fā)光光譜接近日光，確保其亮度是足夠的，而且在整個(gè)照明區(qū)域內(nèi)的亮度也需要控制為一致。其次，光源和照明系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，還需要盡可能避免印刷產(chǎn)品上的一些高發(fā)射率的特色區(qū)域，比如激光防偽標(biāo)志、燙金等部位。最后，在應(yīng)用時(shí)還需要綜合考慮光源與照明方案之間的配合，并且盡可能突出物體特征量，在物體需要進(jìn)行檢測的部分以及不需要進(jìn)行檢測的部分可以區(qū)別對待，這樣就能有效提高對比度，有效物體位置變化也不能對成像質(zhì)量造成影響。在機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)之中，通常會(huì)使用反射光和透射光，如果應(yīng)用反射光的話則需要考慮到光源、光學(xué)鏡頭相對位置，還有物體表面的紋理、背景以及物體幾何形狀等多方面。總之，在對光源以及照明系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與選擇的時(shí)候，一定要結(jié)合印刷產(chǎn)品實(shí)際情況來對光源均勻度、照明亮度、幾何形狀、廣譜特性等多方面進(jìn)行綜合分析。

2.2 光學(xué)鏡頭

光學(xué)鏡頭就好比是人眼的晶狀體，其也會(huì)直接對機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)檢測效果造成影響，一個(gè)鏡頭其成像質(zhì)量好壞，會(huì)直接對圖像對比度、成像清晰范圍造成影響，從而直接對印刷質(zhì)量造成影響。而要對鏡頭城鄉(xiāng)質(zhì)量進(jìn)行判斷的話，則需要就其對像差矯正優(yōu)良與否、像差大小來進(jìn)行衡量。

2.3 攝像機(jī)

通常情況下，光學(xué)鏡頭大多是借助于對所拍攝物體的光學(xué)信息，然后在計(jì)算機(jī)中處理物體信息，然后再交由攝像機(jī)來實(shí)現(xiàn)高效率的信息轉(zhuǎn)換。在機(jī)器視覺系統(tǒng)之中，攝像機(jī)也是十分重要的部分。其芯片之中會(huì)整齊排列著像小水池一樣的單元，但其承載的缺失電荷、攜帶被拍攝物體光學(xué)信息的光線則能夠借助于鏡頭來有效到達(dá)芯片表明，光信息就能夠變成電荷信號(hào)，這也是人們經(jīng)常提到的曝光。如果位置廣度較大的話，電荷自然也會(huì)更多，反之則越少，這一點(diǎn)在印刷質(zhì)量檢測中也是相同的。印刷產(chǎn)品質(zhì)量檢測過程中使用到的攝像機(jī)通常有兩種情況，分別是線陣式攝像機(jī)和面陣式攝像機(jī)，其中線陣式攝像機(jī)主要是從攝像機(jī)前來回通過獲得完整的圖像，所以通常被用于速度較為均勻的運(yùn)動(dòng)物體中進(jìn)行圖像檢測；而面陣式攝像機(jī)則能夠直接一次得到整幅圖像信息，攝像速度較快，類似人們?nèi)粘Ｖ械臄?shù)碼相機(jī)。

2.4 圖像信息處理與執(zhí)行機(jī)構(gòu)

圖像信息處理與執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是指計(jì)算機(jī)，這是機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心部分，就好比是人的大腦。整個(gè)圖像信息在進(jìn)行處理時(shí)，其通常包含了以下幾個(gè)部分：①預(yù)處理。高速運(yùn)動(dòng)的印刷產(chǎn)品在通過攝像機(jī)時(shí)，與模板圖像進(jìn)行對比的話，其通常會(huì)產(chǎn)生位置上的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，有時(shí)候甚至還會(huì)出現(xiàn)飄動(dòng)等情況，這促使采集到的圖像很容易出現(xiàn)變性失真等現(xiàn)象；光源不夠穩(wěn)定或受到了外界因素影響，也會(huì)促使采集到的圖像亮度出現(xiàn)不均勻或者是顏色發(fā)生變化；而外部設(shè)備、采集設(shè)備、供電電源本身在應(yīng)用過程中會(huì)出現(xiàn)一些噪聲干擾。因此，在安裝視覺系統(tǒng)的時(shí)候，一定要及時(shí)消除上述不利因素，同時(shí)借助于圖像預(yù)處理來及時(shí)減輕這些不良因素對于印刷質(zhì)量造成的影響，而在這一過程中常見的圖像預(yù)處理技術(shù)主要是以數(shù)據(jù)編碼和傳輸、圖像增強(qiáng)、邊緣銳化、平滑、分割等為主，可以借助于這些手段來有效提升印刷圖像質(zhì)量，從而有效改善圖像整個(gè)視覺效果。②特征的提取與識(shí)別。③測量。這一點(diǎn)簡而言之就是與模板進(jìn)行對比并且尋找到差異。綜上所述，機(jī)器視覺系統(tǒng)是集光、電、機(jī)、計(jì)算機(jī)為一體的技術(shù)，十分適合將其應(yīng)用于大批量生產(chǎn)與質(zhì)量檢測之中。

3 機(jī)器視覺在印刷質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

3.1 在線檢測與離線檢測

機(jī)器視覺系統(tǒng)在安裝時(shí)，其載體差異主要有兩種，分別是在線檢測系統(tǒng)、離線檢測系統(tǒng)。其中，在線檢測系統(tǒng)主要是安裝在凹印機(jī)、膠印機(jī)、印碼機(jī)、柔印機(jī)等相關(guān)印刷設(shè)備上面，主要是用于實(shí)時(shí)檢測印刷產(chǎn)品質(zhì)量。印刷產(chǎn)品則可以是單張紙或卷筒紙。在線檢測系統(tǒng)與離線檢測系統(tǒng)在視覺檢測這一部分功能基本上是一致的，區(qū)別還是在于對于不合格印刷產(chǎn)品處理方式上，具體而言，在發(fā)現(xiàn)存在印刷產(chǎn)品質(zhì)量問題時(shí)，在線檢測系統(tǒng)通常都會(huì)將缺陷位置進(jìn)行記錄，或是直接使用貼標(biāo)機(jī)、噴碼機(jī)、打標(biāo)機(jī)在紙張邊上進(jìn)行標(biāo)記；而發(fā)現(xiàn)離線檢測系統(tǒng)存在缺陷的話，則通常會(huì)直接裝在檢品機(jī)、復(fù)卷機(jī)上。除了可以有效實(shí)現(xiàn)在線檢測位置標(biāo)記之外，檢品機(jī)在使用過程中還具備分倉功能，具體而言就是可以按照檢測出來的結(jié)果來將其自動(dòng)分配到不同的倉之中。

3.2 質(zhì)量分析、跟蹤與管理

在應(yīng)用機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)進(jìn)行印刷產(chǎn)品質(zhì)量檢測時(shí)，能夠?qū)φ麄€(gè)印刷過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與報(bào)警，并且因此而獲得詳細(xì)且完善的分析報(bào)告，現(xiàn)場操作人員還可以在這一過程中按照全自動(dòng)檢測系統(tǒng)實(shí)時(shí)報(bào)警與分析報(bào)告，來對印刷過程中存在的問題及時(shí)進(jìn)行處理與優(yōu)化。另外，管理人員也可以結(jié)合得到的報(bào)告結(jié)果來對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行跟蹤，這十分有利于質(zhì)量管理工作的順利開展，從而有效提升印刷產(chǎn)品印刷質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，本文主要是對機(jī)器視覺在印刷質(zhì)量檢測之中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，機(jī)器視覺系統(tǒng)在高速印刷機(jī)在線質(zhì)量檢測方面本身就具有較大的應(yīng)用價(jià)值，而且也具有較長應(yīng)用時(shí)間，可是就實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀來看還是存在著一些問題，例如從被測目標(biāo)圖像采集處理一直到控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令，再到執(zhí)行器件相應(yīng)動(dòng)作，整個(gè)時(shí)間段自然會(huì)出現(xiàn)一些控制延遲等現(xiàn)象，最終對印刷質(zhì)量造成影響。為此，在實(shí)際應(yīng)用過程中還是需要結(jié)合技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行優(yōu)化，做好推廣與普及等工作，這樣才能最大程度發(fā)揮出機(jī)器視覺在印刷質(zhì)量檢測之中的價(jià)值。