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淺談機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在印刷包裝中的應(yīng)用
福州印刷網(wǎng) 2009-1-4 11:13:10 來(lái)源：東祺網(wǎng)
1、自動(dòng)印刷品質(zhì)量檢測(cè)
自動(dòng)印刷品質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備采用的檢測(cè)系統(tǒng)多是先利用高清晰度、高速攝像鏡頭拍攝標(biāo)準(zhǔn)圖像，在此基礎(chǔ)上設(shè)定一定標(biāo)準(zhǔn)；然后拍攝被檢測(cè)的圖像，再將兩者進(jìn)行對(duì)比。CCD線(xiàn)性傳感器將每一個(gè)像素的光量變化轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，對(duì)比之后只要發(fā)現(xiàn)被檢測(cè)圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像有不同之處，系統(tǒng)就認(rèn)為這個(gè)被檢測(cè)圖像為不合格品。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。
最早用于印刷品質(zhì)量檢測(cè)的是將標(biāo)準(zhǔn)影像與被檢測(cè)影像進(jìn)行灰度對(duì)比的技術(shù)，現(xiàn)在較先進(jìn)的技術(shù)是以RGB三原色為基礎(chǔ)進(jìn)行對(duì)比。全自動(dòng)機(jī)器檢測(cè)與人眼檢測(cè)相比，區(qū)別在哪里?以人的目視為例，當(dāng)我們聚精會(huì)神地注視某印刷品時(shí)，如果印刷品的對(duì)比色比較強(qiáng)烈，則人眼可以發(fā)現(xiàn)的、最小的缺陷，是對(duì)比色明顯、不小于0.3mm的缺陷；但依靠人的能力很難保持持續(xù)的、穩(wěn)定的視覺(jué)效果�？墒菗Q一種情況，如果是在同一色系的印刷品中尋找缺陷，尤其是在一淡色系中尋找質(zhì)量缺陷的話(huà)，人眼能夠發(fā)現(xiàn)的缺陷至少需要有20個(gè)灰度級(jí)差。而自動(dòng)化的機(jī)器則能夠輕而易舉地發(fā)現(xiàn)0.10mm大小的缺陷，即使這種缺陷與標(biāo)準(zhǔn)圖像僅有一個(gè)灰度級(jí)的區(qū)別。
但是從實(shí)際使用上來(lái)說(shuō)，即便是同樣的全色對(duì)比系統(tǒng)，其辨別色差的能力也不同。有些系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)輪廓部分及色差變化較大的缺陷，而有些系統(tǒng)則能識(shí)別極微小的缺陷。對(duì)于白卡紙和一些簡(jiǎn)約風(fēng)格的印刷品來(lái)說(shuō)，如日本的KENT煙標(biāo)、美國(guó)的萬(wàn)寶路煙標(biāo)，簡(jiǎn)單地檢測(cè)或許已經(jīng)足夠了，而國(guó)內(nèi)的多數(shù)印刷品，特別是各種標(biāo)簽，具有許多特點(diǎn)，帶有太多的閃光元素，如金、銀卡紙，燙印、壓凹凸或上光印刷品，這就要求質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備必須具備足夠的發(fā)現(xiàn)極小灰度級(jí)差的能力，也許是5個(gè)灰度級(jí)差，也許是更嚴(yán)格的1個(gè)灰度級(jí)差。這一點(diǎn)對(duì)國(guó)內(nèi)標(biāo)簽市場(chǎng)是至關(guān)緊要的。
標(biāo)準(zhǔn)影像與被檢印刷品影像的對(duì)比精確是檢測(cè)設(shè)備的關(guān)鍵問(wèn)題，通常情況下，檢測(cè)設(shè)備是通過(guò)鏡頭采集影像，在鏡頭范圍內(nèi)的中間部分，影像非常清晰，但邊緣部分的影像可能會(huì)產(chǎn)生虛影，而虛影部分的檢測(cè)結(jié)果會(huì)直接影響到整個(gè)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，如果僅僅是全幅區(qū)域的對(duì)比并不適合于某些精細(xì)印刷品。如果能夠?qū)⑺玫降膱D像再次細(xì)分，比如將影像分為1024dpi X 4096dpi或2048dpi X 4096dpi，則檢測(cè)精度將大幅提高，同時(shí)因?yàn)楸苊饬诉吘壊糠值奶撚�，從而使檢測(cè)的結(jié)果更加穩(wěn)定。
采用檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)可提供檢測(cè)全過(guò)程的實(shí)時(shí)報(bào)告和詳盡、完善的分析報(bào)告�，F(xiàn)場(chǎng)操作者可以憑借全自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的及時(shí)報(bào)警，根據(jù)實(shí)時(shí)分析報(bào)告，及時(shí)對(duì)工作中的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整，或許減少的將不僅僅是一個(gè)百分點(diǎn)的廢品率，管理者可以依據(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，更有利于生產(chǎn)技術(shù)的管理。因?yàn)榭蛻?hù)所要求的，高質(zhì)量的檢測(cè)設(shè)備，不僅僅是停留在檢出印刷品的好與壞，還要求具備事后的分析能力。某些質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備所能做的不僅可以提升成品的合格率，還能協(xié)助生產(chǎn)商改進(jìn)工藝流程，建立質(zhì)量管理體系，達(dá)到一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
2、凹版印刷機(jī)位置控制及產(chǎn)品檢測(cè)
由設(shè)置在生產(chǎn)線(xiàn)上的攝像機(jī)連續(xù)攝取印制品的視頻圖像，攝像的速度在30 幀／s以下且可調(diào)。攝像機(jī)采集到的圖像，首先進(jìn)行量化，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，從中抽取一張有效代表鏡頭內(nèi)容的關(guān)鍵幀，并將其顯示在顯示器上。對(duì)于一幀圖像，可采用對(duì)靜止圖像的分析方法來(lái)處理，通過(guò)尺寸測(cè)量和多光譜分析可識(shí)別出視頻圖像上各色標(biāo)，得出色標(biāo)間距和色標(biāo)的顏色參數(shù)以及一些其他相關(guān)。由于各種因素影響，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的噪聲，如高斯噪聲、椒鹽噪聲及隨機(jī)噪聲等。
噪聲給圖像處理帶來(lái)很多困難，它對(duì)圖像分割，特征提取，圖像識(shí)別，具有直接的影響，因此實(shí)時(shí)采集的圖像需進(jìn)行濾波處理。圖像濾波要求能去除圖像以外的噪聲，同時(shí)又要保持圖像的細(xì)節(jié)。當(dāng)噪聲為高斯噪聲時(shí)，最常使用的是線(xiàn)性濾波器，易于分析和實(shí)現(xiàn)；但線(xiàn)性濾波器對(duì)椒鹽噪聲的濾波效果很差，傳統(tǒng)的中值濾波器能減少圖像中的椒鹽噪聲，但效果不算理想，即充分分散的噪聲被去掉，而彼此靠近的噪聲會(huì)被保留下來(lái)，所以當(dāng)椒鹽噪聲比較嚴(yán)重時(shí)，它的濾波效果明顯變壞。本系統(tǒng)改進(jìn)型中值濾波法。該方法首先求得噪聲圖像窗口中去除最大和最小灰度值像素后的中值，然后計(jì)算該中值與對(duì)應(yīng)的像素灰度值的差，再與閾值相比較以確定是否用求得的值代替該像素的灰度值。
圖像分割在該階段中檢測(cè)出各色標(biāo)并與背景分離，物體的邊緣是由灰度不連續(xù)性所反映的L邊緣種類(lèi)可分為兩種，其一是階躍性邊緣，它兩邊的像素的灰度值有顯著不同；其二是屋頂狀邊緣，它位于灰度值從增加到減小的變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)L對(duì)于階躍性邊緣，其二階方向?qū)?shù)在邊緣處呈零交叉，因而可用微分算子來(lái)做邊緣檢測(cè)算子。微分算子類(lèi)邊緣檢測(cè)法類(lèi)似于高空間域的高通濾波，有增加高頻分量的作用，這類(lèi)算子對(duì)噪聲相當(dāng)敏感，對(duì)于階躍性邊緣，通常可用的算子有梯度算子Sobel算子和Kirsh 算子。對(duì)于屋頂狀邊緣可用拉普拉斯變換和Kirsh算子。由于色標(biāo)為長(zhǎng)方形，且相鄰邊緣灰度級(jí)相差較大，故采用邊緣檢測(cè)來(lái)分割圖像。這里采用Sobert邊緣子來(lái)進(jìn)行邊緣檢測(cè)，它是利用局部差分算子來(lái)尋找邊緣，能較好的將色標(biāo)分離出來(lái)。在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，采用彩色圖像邊緣檢測(cè)方法，選擇合適的彩色基(如強(qiáng)度、色度、飽和度等)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)印刷機(jī)的類(lèi)型特點(diǎn)，即印刷機(jī)各色的顏色和版圖的特點(diǎn)，進(jìn)行多閾值處理，得到各色的二值圖。
將分割后的圖像進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)測(cè)量值來(lái)識(shí)別物體，由于色標(biāo)為形狀規(guī)則的矩形，所以可對(duì)下述特征進(jìn)行提�。�(1) 由像素計(jì)算矩形面積，(2) 矩形度，(3) 色度(H ) 和飽和度(S )，然后根據(jù)各色標(biāo)的間隔的像素點(diǎn)數(shù)量得到色標(biāo)間的間距，與設(shè)定值比較，得到兩者的差值，共進(jìn)行m次測(cè)量，取平均差值，給數(shù)字交流伺服調(diào)節(jié)部分提供相應(yīng)的調(diào)節(jié)信號(hào)。以調(diào)節(jié)色輥的相對(duì)位置，從而消除或減少印刷錯(cuò)位。在特征提取時(shí)，對(duì)圖像進(jìn)行多光譜圖像分析，可以定量地表示色標(biāo)，如彩色數(shù)圖像中像素的顏色，采用HIS格式得到各色標(biāo)顏色信息的兩個(gè)參數(shù)：色度和飽和度，以此來(lái)檢測(cè)油墨的質(zhì)量。對(duì)各色二值圖再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算或與標(biāo)準(zhǔn)圖形進(jìn)行樣板匹配，測(cè)量印刷過(guò)程中墨屑等參數(shù)。
本文關(guān)鍵詞：淺談機(jī)器|視覺(jué)系統(tǒng)|印刷包裝
本文標(biāo)題：淺談機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在印刷包裝中的應(yīng)用
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