王愛艾

傳統(tǒng)的印刷品質(zhì)量檢測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)量檢測技術(shù)以其高精度、自動化等優(yōu)點(diǎn)受到人們的青睞，該方法可對印刷品質(zhì)量進(jìn)行高質(zhì)量、高效率的檢測。本文介紹了印刷品質(zhì)量檢測的機(jī)器視覺系統(tǒng)以及印刷品質(zhì)量檢測軟件的處理流程，利用機(jī)器視覺系統(tǒng)替代人眼來檢測印刷品質(zhì)量，克服了檢測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

隨著時代的發(fā)展，人們對印刷品的質(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)地依靠人工檢測印刷品質(zhì)量已經(jīng)不能滿足需要。利用機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)來檢測印刷品質(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)量檢測中，大多數(shù)企業(yè)采取的都是利用人工來檢測印品質(zhì)量的方法，而且在檢測過程中，長時間地工作，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)的競爭力難以提高。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)量檢測方法，是未來印刷行業(yè)的發(fā)展趨勢。

基于機(jī)器視覺技術(shù)檢測系統(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)主要包含檢測系統(tǒng)的操作。

2.檢測原理

首先通過CCD對印刷品的圖像進(jìn)行采集，然后對所采集的圖像進(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。在對印刷品進(jìn)行檢測時，將印刷品放在滾筒上，操作機(jī)器使?jié)L筒轉(zhuǎn)動，此時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，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)在對像素分布、顏色信息等分析的基礎(chǔ)上，對圖像特征進(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)避免視覺檢測系統(tǒng)由于以下原因造成的問題：①由于攝像機(jī)的抖動而影響圖像采集的質(zhì)量;②注意對光源亮度的變化進(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)器視覺檢測系統(tǒng)對印刷品質(zhì)量進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)了印刷質(zhì)量檢測的智能化、精確性和穩(wěn)定性，提高檢測速度的同時，也使勞動力得到了解放。

印刷品質(zhì)量檢測軟件

印刷品檢測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，并對每一小塊的圖像信息設(shè)置一個合格范圍，稱之為檢測精度閾值，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，之后開始對待檢測樣張進(jìn)行質(zhì)量檢測，在采集信息的同時質(zhì)量檢測軟件也對其進(jìn)行處理（如圖像分色、圖像校配、圖像對比，對比對后的圖像進(jìn)行分析和處理等）。根據(jù)對標(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，檢測軟件則會判斷為質(zhì)量不合格，如果在合格閾值之內(nèi)，檢測軟件則會判斷為符合質(zhì)量要求。

印刷品質(zhì)量檢測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)，所以要對圖像進(jìn)行處理，使得檢測目標(biāo)主體突出，進(jìn)而方便對印品進(jìn)行檢測。

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。所以在對印刷品質(zhì)量進(jìn)行檢測時，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3個通道的圖片分別進(jìn)行處理。

2.模板匹配

匹配是指在機(jī)器進(jìn)行識別時，把傳感器在各個時間點(diǎn)、各種成像條件下對印刷品上同一位置所獲得的兩幅（或多幅）圖像進(jìn)行比對，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域，再與標(biāo)準(zhǔn)圖像的時域特征進(jìn)行對比，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)用在比較簡單的圖形識別中，在旋轉(zhuǎn)過程中具有不變性，但不適于對形狀復(fù)雜或有形狀發(fā)生變化的圖像的識別;絕對值差法，這種方法比較簡單，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)勢也有弊端，但它們實(shí)現(xiàn)了在目標(biāo)追蹤以及由簡單圖形到復(fù)雜圖像的識別領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

小結(jié)

機(jī)器視覺技術(shù)檢測系統(tǒng)可以提高印刷品質(zhì)量檢測的效率和質(zhì)量。目前，國內(nèi)很多企業(yè)都采用了印刷品質(zhì)量檢測設(shè)備，但在顏色檢測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)更具競爭力，是印刷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢和方向。

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