謝光橋 王立春 唐先均 王強 劉和平

四川中煙綿陽卷煙廠 四川綿陽 621000

卷煙紙是卷煙生產中重要工序組成部分，國內外的香煙制造企業(yè)在其煙支上印刷著由文字、圖案等組合成的特有標記，稱為牌號鋼印。同時，部分煙支上還印刷了由字母、數(shù)字組合的編碼，稱為編碼鋼印。如果煙支鋼印存在質量問題流入市場，那么品牌香煙的信譽，也會受到巨大的影響。在ZJ17 卷接機組中，煙支鋼印是預先填充好各種油墨，使用印模在線印制在卷煙紙上，在長期生產過程中發(fā)現(xiàn)，由于油墨供應不均勻、印模磨損等原因，存在鋼印印刷圖案模糊、位置錯位等鋼印不合格的情況。傳統(tǒng)檢測方法依靠操作工人眼檢測，存在效率低，反饋慢等特點，不能很好的滿足現(xiàn)代化印刷企業(yè)大生產的需求。因此，利用機器視覺系統(tǒng)實時全幅面檢測煙支鋼印，用計算機硬件和圖像處理軟件代替人腦進行圖像分析處理、缺陷識別及信息的反饋，大大提高了印刷質量的檢測效率及檢測質量[1]。

1 工作原理

ZJ17 卷接機組每分鐘能夠卷制7000 支煙，對應的卷煙紙紙帶線速度達到7 米/秒。為了實現(xiàn)在線實時全幅面精細質量檢測，系統(tǒng)采用70k 高速線掃描彩色CCD 相機和高亮度白色LED，同時安裝編碼器同步于卷煙紙紙帶速度拍照，并用專用的圖像采集卡采集線掃描CCD 的圖像數(shù)據。圖像數(shù)據由雙支煙構成，把采集到的雙支煙圖像與存儲在數(shù)據庫中的標準圖像，進行對比分析。為了能夠檢測到多個圖案的顏色信息和位置信息，可以在采集圖像中設置多個感興趣區(qū)域（ROI），再分別對每一個區(qū)域進行自適應模板匹配和色差檢測，檢測是否存在鋼印油墨過濃過淡，存在墨點、殘缺不良、褶皺、裂口、漿塊、污漬、接頭等缺陷信息；通過計算各個模板與目標區(qū)域圖像的相關性，來判斷圖案是否存在位置偏移等缺陷信息。一旦檢測到缺陷，軟件系統(tǒng)與PLC 控制單元通訊進行移位后通過卷接機剔除機構將對應煙支剔除。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)結構

圖像處理的核心部分如下圖所示，根據系統(tǒng)的功能要求，劃分為如下幾個功能子模塊：

（1）圖像采集。該圖像采集模塊為線掃描彩色CCD、高亮白色LED 光源和圖像采集卡及其周邊電路組成。

（2）圖像顏色校正。在系統(tǒng)成像過程中不同機臺的機器，不同的相機，導致光線環(huán)境也不同，每臺機器都需要單獨的模板以適應不同的光線環(huán)境。為了解決這個問題，我們提出了顏色校正算法，其主要思想為直方圖規(guī)定化，有選擇地增強某個灰度值范圍內的對比度。

（3）彩色空間變換。為定量分析產品色差差異，系統(tǒng)使用了Lab 顏色空間，并使用了單層及綜合色差分析方法。

（4）圖像多級搜索定位。圖像多重搜索定位模塊是為了保證全幅面檢測精度，允許卷煙紙伸縮變形（非嚴重變形）和在不同的印次過程中有一定套印公差，因此需要對圖像分區(qū)域進行精細多級搜索定位。不同印層（紙張、印次1、印次2）實現(xiàn)由粗到精的定位。首先通過紙張的紙邊定位區(qū)域進行粗定位，然后通過區(qū)域定位核進行不同印層的精確定位，設定鋼印有無閾值表示檢測區(qū)域圖像與定位核圖像的相關系數(shù)，當檢測區(qū)域圖像與定位核圖像的內容相似或一致，則相關系數(shù)越大。

（5）印次分離和全幅面檢測。印次分離是根據不同區(qū)域定位核按照印刷順序區(qū)分為不同的檢測區(qū)域，系統(tǒng)按照不同的印次順序建立了彩色模型。全幅面檢測模塊包括：實時生產時，將當前采集鋼印圖像與之前建立的彩色模型進行對比分析，同時采用OCR 算法對編碼鋼印圖像分析，實現(xiàn)質量全面檢測。

（6）色差檢測。色差檢測模塊是將實時鋼印圖像與標準圖像進行色差對比，根據預設的色差參數(shù)，采用單層及綜合色差分析方法實現(xiàn)鋼印缺陷分類。

（7）BLOB 分析輸出結果。BLOB 分析輸出模塊是實時圖像與標準圖像對比檢測后，對有缺陷區(qū)域進行聚類分析。根據預設的判廢標準，比較聚類結果的面積和能量等指標，實現(xiàn)鋼印缺陷分類和判廢。

2.2 圖像處理流程

采集的煙支鋼印圖像首先進行顏色校正和LAB 空間變換預處理，然后通過卷煙紙的紙邊定位區(qū)域進行粗定位，接著通過不同區(qū)域定位核進行不同印層的精確定位，設定鋼印有無閾值表示檢測區(qū)域圖像與定位核圖像的相關系數(shù)，當檢測區(qū)域圖像與定位核圖像的內容相似或一致，則相關系數(shù)越大。牌號鋼印區(qū)域和編碼鋼印區(qū)域分別采用自適應模板匹配和OCR 算法來檢測。

2.3 色彩檢測

色彩檢測就是將采集鋼印圖像與標準模板圖像進行色差對比。L＊a＊b＊彩色空間的a＊分量和b＊分量反映的是色度的信息，而L分量反映的是明度的信息。

①首先將采集鋼印圖像與標準模板圖像進行色差對比，如標準模板圖像彩色空間變換為，采集鋼印圖像彩色空間變換為。則：

③CIELab 彩色空間中a＊分量和b＊分量反映的是色度的信息，而L 分量反映的是明度的信息。因此把綜合色差計算公式定義為：

④綜合考慮 ΔL 、 Δa 、 Δb 、 ΔC2，采用單層及綜合色差分析方法實現(xiàn)鋼印色差檢測。

2.4 檢測效果

系統(tǒng)對連續(xù)印刷的卷煙紙表面及鋼印實時進行全幅面質量檢測，其檢測范圍包括墨點、油墨污漬、鋼印錯無、鋼印殘缺、鋼印模糊、鋼印顏色不符、鋼印位置不對、接頭等[2]。

3 使用效果

利用高速機器視覺實現(xiàn)的煙支鋼印外觀檢測系統(tǒng)，在ZJ17 卷接機組進行實際應用，結果表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了煙支鋼印及卷煙紙的實時全幅面檢測，煙支誤剔率在0.1%以下，避免了鋼印不合格的煙支流入后續(xù)工序。