淺析全自動(dòng)印刷品在線檢測(cè)系統(tǒng)

　　現(xiàn)代印刷行業(yè)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，印刷速度和印刷質(zhì)量大大提高，印品質(zhì)量的在線控制對(duì)印刷工藝管理、剔廢和提高印品質(zhì)量至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的印刷品質(zhì)量靠人眼離線檢測(cè),人眼可以發(fā)現(xiàn)的最小缺陷至少需要有20個(gè)灰度級(jí)差,而且尺寸不小于0.3mm,但很難保持持續(xù)和穩(wěn)定,容易產(chǎn)生疲勞。離線檢測(cè)中若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，高速印刷機(jī)已經(jīng)產(chǎn)生了大量的廢品，從而造成印刷材料和工時(shí)的浪費(fèi)，生產(chǎn)效率低下。因此,印刷品在線質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)運(yùn)而生。

　　一、印刷品在線檢測(cè)技術(shù)

　　印刷品在線檢測(cè)技術(shù)是在印刷過(guò)程中借助于聯(lián)機(jī)的檢測(cè)儀器對(duì)印刷品進(jìn)行在線檢測(cè)，并實(shí)時(shí)將信息通過(guò)反饋回路輸送到中央控制臺(tái)，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)相應(yīng)的印刷機(jī)部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)印刷品質(zhì)量的在線控制，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)印品。

　　二、印品在線檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

　　印刷品的在線檢測(cè)是將圖像處理技術(shù)與印刷原理相結(jié)合而形成的一種適合高速印刷的全自動(dòng)檢測(cè)方法，它的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　①能夠檢測(cè)極細(xì)微缺陷。在線檢測(cè)能夠輕而易舉地發(fā)現(xiàn)0.1mm大小的缺陷，且只需一個(gè)灰度級(jí)的差別就可以。

　　②不會(huì)損壞印刷品。在線監(jiān)測(cè)采用攝像頭為傳感器，不會(huì)與印刷品接觸，因此不會(huì)損害印品的表面質(zhì)量。

　　③提高了生產(chǎn)效率。在線檢測(cè)可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)檢測(cè)，不會(huì)因?yàn)槠谠斐烧`檢。同時(shí)，在出現(xiàn)質(zhì)量缺陷時(shí)，操作者可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)中的實(shí)時(shí)報(bào)告，及時(shí)對(duì)工作中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行解決，減少?gòu)U品率，管理者也可以依據(jù)檢測(cè)結(jié)果的分析報(bào)告，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行跟蹤，提升管理效益。

　　④全工藝：適應(yīng)膠凹印、鐳射、燙金、全息、熒光、水印等印刷工藝。

　　⑤在線檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，還可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件等等。

　　三、印刷品在線檢測(cè)系統(tǒng)

　　1.印品的缺陷種類

　　印品缺陷主要包括形狀缺陷和顏色缺陷兩種形狀缺陷主要是指瑕疵異物污點(diǎn)刀絲等，它表現(xiàn)為缺陷圖像的缺陷處的灰度值與標(biāo)準(zhǔn)圖像的差異將缺陷圖像的灰度值同標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，判斷其差值是否已經(jīng)超出預(yù)先設(shè)定的閾值范圍，就能判斷該圖像是否有形狀缺陷

　　色彩缺陷主要指待檢印品與標(biāo)準(zhǔn)印品顏色上存在偏差可利用顏色空間轉(zhuǎn)換模型得到印品圖像的色度值CIEL*a*b*，用色差來(lái)評(píng)價(jià)印品的偏色狀況

　　2.印品在線檢測(cè)系統(tǒng)工作原理

　　在線檢測(cè)系統(tǒng)工作原理：通過(guò)圖像采集單元(如：CCD攝像鏡頭)，先通過(guò)對(duì)一定數(shù)量的合格產(chǎn)品進(jìn)行圖像采集，去除隨機(jī)因素的影響，獲得印刷版面的標(biāo)準(zhǔn)圖像作為模板，然后在印刷生產(chǎn)線上采集待檢圖像，將采集到的每一幀待檢圖像傳輸給現(xiàn)場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)比較結(jié)果確定生產(chǎn)線上的產(chǎn)品是否符合質(zhì)量要求，是否存在缺陷并判斷缺陷的位置。找出有質(zhì)量問(wèn)題的圖像，從而發(fā)現(xiàn)該圖像所對(duì)應(yīng)印刷品的質(zhì)量問(wèn)題，最后調(diào)節(jié)相應(yīng)的印刷部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)印刷品質(zhì)量的在線控制

　　印品在線檢測(cè)具體實(shí)施步驟分為兩步：首先是準(zhǔn)備，即通過(guò)對(duì)合格產(chǎn)品的圖像采集，獲得標(biāo)準(zhǔn)印刷品圖像，也稱模板采樣過(guò)程應(yīng)該注意掃描分辨率、圖像的空間分辨率、圖像的空間坐標(biāo)的校正、彩色圖像的色調(diào)、CCD速度、光照條件和機(jī)械振動(dòng)等對(duì)采樣圖像的影響。其次將待檢印刷品的圖像與標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行比較，從而根據(jù)比較結(jié)果確定缺陷存在與否及缺陷位置，并記錄該缺陷信息

　　印刷過(guò)程中產(chǎn)生的各種錯(cuò)誤，對(duì)電腦來(lái)說(shuō)只是標(biāo)準(zhǔn)圖像與被檢測(cè)圖像對(duì)比后的不同，如污跡、墨點(diǎn)色差等缺陷都包含在其中。

　　3.在線檢測(cè)系統(tǒng)

　　一個(gè)典型的印品在線檢測(cè)系統(tǒng)，主要包括光源及光學(xué)系統(tǒng)、CCD相機(jī)、圖像采集卡、圖像處理軟件、計(jì)算機(jī)及其外設(shè)、控制執(zhí)行模塊等組成。

　　印品在線檢測(cè)系統(tǒng)工作原理為：通過(guò)CCD攝像機(jī)和圖像采集卡將被檢測(cè)對(duì)象采集到計(jì)算機(jī)里，圖像處理軟件對(duì)所得的圖像進(jìn)行處理分析和解釋等，進(jìn)而做出某些決策，最后通過(guò)外設(shè)輸出檢測(cè)結(jié)果或者直接將結(jié)果用于控制工業(yè)過(guò)程等。

　　下面簡(jiǎn)要介紹各個(gè)部分的作用，對(duì)印品在線檢測(cè)系統(tǒng)有個(gè)總體的認(rèn)識(shí)。

　　①CCD相機(jī)。

　　通常是一個(gè)或多個(gè)攝像頭和鏡頭(光學(xué)部件)，相機(jī)的功能用于拍攝待測(cè)印刷品，完成對(duì)目標(biāo)圖像的采集，將圖像傳感器所接收到的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能處理的電信號(hào)。高質(zhì)量的圖像信息是系統(tǒng)正確判斷和決策的原始依據(jù)，是整個(gè)系統(tǒng)成功與否的又一關(guān)鍵所在。在進(jìn)行相機(jī)選擇時(shí)主要根據(jù)相機(jī)的色彩、掃描制式、分辨率、掃描速度或幀速、同步方式、通信接口等特性。

　　②光源。

　　用于照亮待測(cè)印刷品，以便從攝像機(jī)中拍攝到更好的圖像，保證成像環(huán)境的一致性。在印品在線檢測(cè)系統(tǒng)中，好的光源與照明方案往往是整個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，起著非常重要的作用，它并不是簡(jiǎn)單的照亮物體而已。光源與照明方案的配合應(yīng)盡可能地突出物體特征量，在物體需要檢測(cè)的部分與那些不重要部分之間應(yīng)盡可能地產(chǎn)生明顯的區(qū)別，增加對(duì)比度;同時(shí)還應(yīng)保證足夠的整體亮度，物體位置的變化不應(yīng)該影響成像的質(zhì)量。光源的選擇必須符合所需的幾何形狀、照明亮度、均勻度、發(fā)光的光譜特性等，同時(shí)還要考慮光源的發(fā)光效率和使用壽命。一般可采用高頻熒光燈、LED、白熾燈和石英鹵光燈等。

　　③圖像采集卡。

　　圖像采集卡是控制相機(jī)拍照，完成圖像采集與數(shù)字化，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的重要設(shè)備。它的主要功能是對(duì)相機(jī)所輸出的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，建立攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)的連接，它從攝像機(jī)中獲得數(shù)據(jù)(模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào))，然后轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的信息，同時(shí)可以提供攝像機(jī)控制參數(shù)。在進(jìn)行在線檢測(cè)系統(tǒng)中圖像采集卡選擇時(shí)，需要重點(diǎn)從匹配相機(jī)類型、相機(jī)控制功能、數(shù)據(jù)處理能力、配套軟件情況等方面考慮。圖像采集卡型號(hào)很多，支持不同類型的攝像機(jī)和不同的計(jì)算機(jī)總線。

　　④計(jì)算機(jī)平臺(tái)

　　計(jì)算機(jī)是機(jī)器視覺(jué)的關(guān)鍵組成部分，在檢測(cè)應(yīng)用方面，通常使用PentiumⅣ或更高的CPU。一般來(lái)講，計(jì)算機(jī)的速度越快，視覺(jué)系統(tǒng)處理每一張圖片的時(shí)間就越短。由于在制造現(xiàn)場(chǎng)中經(jīng)常有振動(dòng)、灰塵、熱輻射等，所以一般需要工業(yè)計(jì)算機(jī)。

　　四、影響在線檢測(cè)能力的因素

　　1.印刷基材

　　膠片或紙張等無(wú)紋理型的基材,檢測(cè)到不同于背景的區(qū)域即可視為缺陷。可以用一些稍微簡(jiǎn)單的算法如閾值化、零序背景跟蹤或delta跟蹤器來(lái)檢測(cè)缺陷;對(duì)于紋理型,圖案越復(fù)雜,檢測(cè)缺陷的難度越大,而無(wú)序紋理則比重復(fù)紋理更難檢測(cè)。

　　卷筒材料的缺陷檢測(cè)一般采用模板匹配的方法,將待測(cè)圖像與無(wú)缺陷模板對(duì)齊后相減,對(duì)差異進(jìn)行比較,但是這種方法的難點(diǎn)在于精確地對(duì)齊及對(duì)模板的獲取。這是因?yàn)閺埩Φ挠绊懸约吧a(chǎn)過(guò)程再現(xiàn)性差異,無(wú)法真正獲得理想的模板,而待測(cè)圖像無(wú)論用何種圖像復(fù)原算法或?qū)R算法,只能從圖像輪廓上與模板匹配,缺陷細(xì)節(jié)和材料形變細(xì)節(jié)仍然無(wú)法分離。

　　對(duì)于軟性材料可拉伸的印刷品，它們?cè)趶埩Φ淖饔孟拢匦凶叻较驎?huì)發(fā)生很大程度的拉伸變形，并且這種形變是隨機(jī)的，很難找到一種有效的模型對(duì)圖像進(jìn)行復(fù)原，這種形變對(duì)待測(cè)圖像的直接影響就是待檢測(cè)圖像與標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行對(duì)比后，在紋理輪廓部分會(huì)發(fā)生明顯的誤檢，即使質(zhì)量合格的圖像，也會(huì)出現(xiàn)斑點(diǎn)，很多研究者采取鄰域比較算法來(lái)解決該誤差問(wèn)題，

　　2.圖像處理網(wǎng)絡(luò)化

　　隨著觀測(cè)面積的增大和檢測(cè)任務(wù)的日益復(fù)雜,數(shù)據(jù)處理量急劇增長(zhǎng),單機(jī)系統(tǒng)無(wú)法滿足圖像顯示、數(shù)據(jù)傳輸、圖像處理和實(shí)時(shí)控制的要求,以網(wǎng)絡(luò)為中心的多目視覺(jué)檢測(cè)和分布式計(jì)算成為現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)線量和質(zhì)檢的主流需求。

　　3.信息采集設(shè)備

　　印品檢測(cè)使用的攝像機(jī)根據(jù)實(shí)際情況的不同分為兩大類，線陣攝像機(jī)和面陣攝像機(jī)。線陣CCD一次曝光成像一條線，CCD攝像機(jī)與目標(biāo)圖像之間呈相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，一幅圖像需經(jīng)過(guò)多次曝光組合而成，其主要優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)方向沒(méi)有變形，適宜拍攝寬幅面目標(biāo)，缺點(diǎn)是成像過(guò)程中要保持光源和速度的穩(wěn)定。因此非常適合對(duì)以一定速度勻速運(yùn)動(dòng)的物體(印品)的圖像檢測(cè)。使用面陣CCD采集時(shí)，一幅圖像經(jīng)過(guò)一次曝光即可成像，單幅成像時(shí)CCD攝像機(jī)和目標(biāo)圖像之間不需要相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其主要優(yōu)點(diǎn)是曝光一次完成，抗干擾性強(qiáng)，缺點(diǎn)是成像存在球形效應(yīng)，不適應(yīng)拍攝寬幅面目標(biāo)，像我們?nèi)粘Ｊ褂玫臄?shù)碼相機(jī)。因此，面掃描相機(jī)可以取得相同的縱橫分辨率,但觀測(cè)范圍小;線掃描相機(jī)采用線積分方式采樣,觀測(cè)范圍可以無(wú)限大,但不適合高速生產(chǎn)環(huán)境。

　　4.光源的設(shè)計(jì)

　　圖像數(shù)據(jù)采集的基本要求是信號(hào)的線性度好、噪聲小、分辨率高、轉(zhuǎn)換速度快。在圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，由于CCD圖像傳感器是感光設(shè)備，光照的強(qiáng)弱將直接影響掃描所得圖像的質(zhì)量，因此對(duì)照明裝置的要求一般都很高。在不同場(chǎng)合、不同時(shí)刻或不同天氣狀況，自然光強(qiáng)都會(huì)在很大范圍內(nèi)波動(dòng)，使成像的一致性大大降低，有可能直接導(dǎo)致識(shí)別率的降低。解決該問(wèn)題主要是要保證成像環(huán)境的一致性，在密封環(huán)境下可以使用固定光源保證穩(wěn)定的光強(qiáng)，在不能密封的情況下可以采用高強(qiáng)度的頻閃裝置以屏蔽自然光。

　　5.圖像信號(hào)處理速度

　　圖像信號(hào)的處理是在線檢測(cè)系統(tǒng)的核心，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，對(duì)圖像處理的很多工作都可以借助硬件完成，如DSP等，軟件則主要完成算法中非常復(fù)雜、不太成熟、尚需不斷探索和改變的部分。在圖像信號(hào)處理的時(shí)間上必須要注意的是：為了滿足系統(tǒng)對(duì)圖像連續(xù)無(wú)遺漏處理的實(shí)時(shí)性要求，必須使一幀圖像的處理時(shí)間小于等于一幀圖像的采集時(shí)間，即圖像處理速度大于等于圖像采集的速度。

　　PCI總線技術(shù)+MMX/SSE技術(shù)已成為新一代圖像處理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),可以利用強(qiáng)大的微機(jī)資源實(shí)現(xiàn)快速、低成本的運(yùn)算處理,但要實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)處理,還需要配備專用采集硬件。

　　6.設(shè)備檢測(cè)精度

　　對(duì)于白卡紙和一些簡(jiǎn)約風(fēng)格的印刷品來(lái)說(shuō),簡(jiǎn)單的對(duì)比檢測(cè)已經(jīng)足夠了。而國(guó)內(nèi)的多數(shù)印刷品帶有很多的閃光元素,如金、銀卡紙,燙印、壓凹凸或上光印刷品等,要求質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備必須具備可以發(fā)現(xiàn)5個(gè)以內(nèi)的灰度級(jí)差的能力。

　　五、結(jié)語(yǔ)

　　企業(yè)長(zhǎng)期擁有良好且持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，必須擁有一個(gè)合理的、完善的質(zhì)量管理體系。印品質(zhì)量的在線控制對(duì)印刷工藝管理、剔廢和提高印品質(zhì)量至關(guān)重要。由于印刷品在線檢測(cè)技術(shù)大大減少了印刷品質(zhì)量控制的人為因素,大幅度提高了生產(chǎn)效率,降低了對(duì)操作人員技能的要求，它的應(yīng)用為真正實(shí)現(xiàn)印刷機(jī)械的自動(dòng)化、智能化提供了可行性。因此，印品在線檢測(cè)系統(tǒng)具有廣闊的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景，讓我們將更多的目光投向全自動(dòng)印刷品質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展。