印刷過程往往受到溫度、濕度、機(jī)器精度、設(shè)備操作等各種因素干擾，印刷質(zhì)量達(dá)不到既定要求，這就需要對印刷全流程進(jìn)行檢測控制。印刷品常會出現(xiàn)這樣或那樣的缺陷，常見的印刷品缺陷主要有：漏印、飛墨、偏色、黑點(diǎn)、刮擦、套印不準(zhǔn)等。但由于人受自身?xiàng)l件的限制，并不能完成實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此建立起有效的自動印刷質(zhì)量檢測技術(shù)十分重要。本文以此為研究對象，研究國內(nèi)外自動檢測系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及自動檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)成。
1.影響印刷質(zhì)量的兩個(gè)核心問題及自動檢測技術(shù)必要性、可行性
總結(jié)印刷中最常出現(xiàn)的印刷質(zhì)量問題可以分為印刷色彩問題和印刷缺陷問題兩大類，印刷色彩問題主要表現(xiàn)為偏色，印刷缺陷問題主要表現(xiàn)形狀缺陷。
彩色印刷所使用的膠印機(jī)通常有單色膠印機(jī)、雙色膠印機(jī)和四色膠印機(jī)。產(chǎn)生偏色的原因主要有三點(diǎn)：第一，雙色膠印機(jī)印刷彩色封面的一般原則，當(dāng)使用雙色膠印機(jī)印刷彩色封面時(shí)，同時(shí)印刷的兩個(gè)色是濕疊濕方式，而后印的兩個(gè)色印刷方式相對于前兩個(gè)色而言是濕疊干的。第二，四色膠印機(jī)印刷彩色封面的一般原則，當(dāng)用四色印刷機(jī)印刷彩色封面時(shí)，由于它是濕疊濕的印刷方式，這在印刷工藝上增加了難度，要求四種顏色的油墨疊印后的密度值要小，每一色的墨層厚度要薄，否則就會出現(xiàn)背面蹭臟或其他印刷事故。第三，油墨的黏度與顏色的關(guān)系，油墨的黏度是指油墨內(nèi)聚力的大小或墨層斷裂時(shí)所產(chǎn)生的阻力大小，在多色印刷中，我們要按照油墨黏度由大到小的印刷順序進(jìn)行印刷，即前一色的油墨黏度大于后一色的油墨黏度，這樣才能保證油墨正常疊印。
根據(jù)對印刷品質(zhì)量影響因素的分析，可知其缺陷一般為形狀缺陷。其主要關(guān)注形狀特征，例如線條形狀缺陷。在多數(shù)可用的圖像質(zhì)量檢測中，有一些是適合于評價(jià)圖像質(zhì)量的度量指標(biāo)。這些檢測內(nèi)容包括：點(diǎn)質(zhì)量、線質(zhì)量、文字質(zhì)量、超范圍的噴涂和空間分辨率。常見的印刷品缺陷主要有：飛墨、針孔、漏印、黑點(diǎn)、刮擦、套印不準(zhǔn)等。這些缺陷的檢測目前普遍采用的是人工目測的手段，勞動強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，檢測標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。特別是隨著印刷速度的提高，已逐漸無法滿足生產(chǎn)的需求。因此，印刷品缺陷的自動檢測逐漸成為行業(yè)的趨勢。
為了提高生產(chǎn)效率，在線智能檢測技術(shù)引入了印刷過程，基本原理如下：系統(tǒng)通過ccd攝像鏡頭，采集無缺陷印品作為標(biāo)準(zhǔn)圖像，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)場與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對比分析，找出有質(zhì)量問題的圖像，從而發(fā)現(xiàn)該幀圖像所對應(yīng)印刷品的質(zhì)量問題，最后自動調(diào)節(jié)相應(yīng)的印刷部質(zhì)量的在線控制。印品在線檢測在具體實(shí)施時(shí)，一般分為兩步：首先是檢測準(zhǔn)備，即通過對合格產(chǎn)品的圖像采集，獲得標(biāo)準(zhǔn)印刷品圖像。其次是實(shí)際檢測，即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。以下為各國研究現(xiàn)狀，及其系統(tǒng)構(gòu)成分析。
2.當(dāng)前國內(nèi)外印刷品自動檢測技術(shù)現(xiàn)狀
印刷圖像質(zhì)量自動檢測技術(shù)起步于上個(gè)世紀(jì)八、九十年代。1990年，日本東京的katsuyuki tanimizu進(jìn)行了印刷工業(yè)自動質(zhì)量檢測研究，提了一種用于自動檢測印刷品表面缺陷的索引空間法（index space method），以x、y表示各像素點(diǎn)的位置坐標(biāo)，以z軸表示像點(diǎn)灰度值，建立了空間坐標(biāo)系，這樣每一圖點(diǎn)都能在此坐標(biāo)系中找到其相應(yīng)的位置，通過比較坐標(biāo)系中模板圖像和待檢圖像的對位置的灰度值，確定待檢圖像中是否存在缺陷點(diǎn)，這種方法的圖像處理過程和檢測過程相互獨(dú)立，能夠檢測較復(fù)雜的圖片。但其算法比較復(fù)雜，應(yīng)用上有很多不便。
1993年，法國的b．mehenni也進(jìn)行了本課題的研究工作，他提出了一種把n-tupe法和逐像素比較法相結(jié)合的方法，這種方法具有速度快、參數(shù)輸出多等特點(diǎn)，但它要求專門的硬件設(shè)備，同時(shí)要通過示教才能完成自動質(zhì)量檢測的任務(wù)。
1998年，又陸續(xù)有學(xué)者把gabor filter法引入到印刷品圖像質(zhì)量檢測中，此種方法可檢測出多種圖像缺陷，且有一定的自適應(yīng)性，適用于對大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的檢測，但abor方法有一大缺陷，識別速度慢，因?yàn)樗牧己米R別性是建立在精確匹配基礎(chǔ)上的，這大大提高了運(yùn)算的復(fù)雜性，同時(shí)降低了它的實(shí)用性。
2003年，英國埃克塞特大學(xué)的j.luo和z.zhang，基于圖像處理技術(shù)，提出了一種彩色印刷品檢測算法。該算法首先進(jìn)行照明修正，然后給出色彩三維直方圖，進(jìn)行特征提取，最后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像分類，識別合格圖像。
目前，國外許多廠家已經(jīng)研制出了各種印刷品自動化質(zhì)量檢測系統(tǒng)。例如：德國vision experts公司開發(fā)的印刷質(zhì)量檢測系統(tǒng)能在線檢測出各種紙張、多種材料表面的印刷錯(cuò)誤。德國的eltromat公司生產(chǎn)的ged nota-save系列高精度印刷質(zhì)量檢測系統(tǒng)已用于對鈔票印刷的質(zhì)量檢測過程。實(shí)踐證明它們大大縮短了檢測的時(shí)間，提高了檢測速度，達(dá)到了監(jiān)控高精度印刷品生產(chǎn)過程的目的。以色列avt公司也已生產(chǎn)出用于檢測印刷質(zhì)量的printvision系列產(chǎn)品，能夠探測到顏色差異、漏印、條痕以及斑點(diǎn)等印刷錯(cuò)誤。
在實(shí)際應(yīng)用層面，目前世界上進(jìn)行此方面研究的主要有日本、德國。如日本的futec以及日本株式會社東機(jī)美(tokimec)等公司有easymax系列產(chǎn)品和print-pac系統(tǒng)，德國的vision-experts公司開發(fā)的print-expert 4000 ocv/2系統(tǒng)。此外，能提供全自動印刷品質(zhì)量檢測設(shè)備的還有瑞士的bobst、美國的proimage等公司。
3.在線檢測系統(tǒng)構(gòu)成
為了解決印刷過程中的自動缺陷檢測問題，可以根據(jù)印刷缺陷特征設(shè)計(jì)在線檢測系統(tǒng)，其主要包括圖像獲取、定位、檢測、以及結(jié)果輸出四個(gè)部分組成，圖像采集由ccd、鏡頭、光源、視頻圖像采集卡和計(jì)算機(jī)組成，定位主要通過軟件編程完成圖像的噪聲去除、幾何變換和定位確定，圖像檢測系統(tǒng)主要是通過二值化圖像對印刷產(chǎn)品進(jìn)行自動檢測過程，結(jié)果輸出主要是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分計(jì)算得到的數(shù)據(jù)輸出，并進(jìn)行印刷特征量的顯示，如墨量顯示。當(dāng)建立起了全畫面印刷質(zhì)量檢測系統(tǒng)，通過ccd攝像機(jī)，對印刷品進(jìn)行連續(xù)拍照，將拍攝到的每一幀圖像傳輸給現(xiàn)場計(jì)算機(jī)，通過圖像處理軟件，對圖像信息進(jìn)行分析處理，找出有質(zhì)量問題的圖像，給出該圖像所對應(yīng)的印刷品的質(zhì)量問題，然后通過傳輸線路將信息反饋給操作人員或直接反饋給印刷機(jī)進(jìn)行調(diào)整。這樣不僅可以減輕工人勞動強(qiáng)度，而且將減少次品和提高生產(chǎn)效率。
對于印刷品缺陷的在線檢測系統(tǒng)硬件部分如圖一所示，主要由ccd、鏡頭、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)及其顯示系統(tǒng)組成。
首先， ccd、鏡頭、光源和圖像采集卡共同完成對圖像的采集與數(shù)字化。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)成功與否的關(guān)鍵所在。ccd 器件可以分為線陣式和面陣式兩大類。線陣ccd一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝的物體必須以直線形式從攝像機(jī)前移過，才能獲得完整的圖像，因此非常適合對以一定速度勻速運(yùn)動的物體的圖像檢測。而面陣ccd則可以一次獲得整幅圖像的信息。在全畫面檢測系統(tǒng)中，采用了索尼公司的bayer轉(zhuǎn)化的面陣 ccd。
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，對小幅面的印刷品（200mm×200mm），印刷品與鏡頭的物距為15mm時(shí)，光源的照度最均勻，成像質(zhì)量好。因此選用鏡頭焦距3.5-8mm，成像尺寸為1/3英寸，光圈為f1.4。光源采取前向垂直照明的方式。
再次，圖像采集模塊的任務(wù)主要是完成采集圖像到屏幕實(shí)時(shí)顯示的控制，采集方式分為單幀采集和實(shí)時(shí)采集并顯示。在全畫面印刷質(zhì)量檢測系統(tǒng)中，著重要對采集的圖像進(jìn)行二值化處理后，對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，屬于較復(fù)雜的過程，所以采用了把單幀采集的圖像存儲到指定位置后，再使用圖像的指針調(diào)用圖像進(jìn)行處理。
最后，輸出系統(tǒng)主要完成對結(jié)果的輸出并且根據(jù)輸出數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)印刷過程，包括暫停、重印、覆蓋等操作。
4.主要硬件特性
①ccd攝像機(jī)。ccd(電荷藕合器件，change coupled device)，是上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新型半導(dǎo)體光電成像器件，是一種利用光電效應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)圖像攝取的專門用途芯片。ccd有線型和面型兩大類，兩者都需要用光學(xué)成像系統(tǒng)將景物圖像成像在ccd上。電成像器件，是一種利用光電效應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)圖像攝取的專門用途芯片。這里我們選用的是面陣ccd，它按一定的方式將一維線陣ccd的光敏單元及位移集成器排列成二維陣列。對于選用的ccd攝像機(jī)來說，需要重點(diǎn)考察六個(gè)參數(shù)：顏色、分辨率、最低照度、ccd芯片的尺寸、曝光方式(exposure)、快門速度(shutter)。
②光學(xué)鏡頭。鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體，如果沒有晶狀體，人眼看不到任何物體。如果沒有鏡頭，那么攝像頭所輸出的圖像，就是白茫茫的一片，沒有清晰的圖像輸出。當(dāng)攝像頭在拍攝圖像時(shí)，如果圖像變得不清楚，可以調(diào)整攝像頭的后焦點(diǎn)，改變ccd芯片與鏡頭基準(zhǔn)面的距離，使模糊的圖像變得清晰。
③圖像采集卡。圖像采集卡負(fù)責(zé)將攝像機(jī)攝取的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號交給計(jì)算機(jī)處理。通常圖像采集卡要占用pc機(jī)總線的一個(gè)插槽，并帶有外接的ccd攝像頭，圖像監(jiān)視器、視頻信號接口。圖像采集卡與攝像機(jī)、監(jiān)視器、pc機(jī)一起就構(gòu)成了一個(gè)典型微機(jī)圖像處理系統(tǒng)的基本硬件環(huán)境。信號進(jìn)入圖像采集卡后分為二路，一路經(jīng)同步分離器分出行、場同步信號送給鑒相器，使之與卡內(nèi)時(shí)序發(fā)生器產(chǎn)生的行、場同步信號保持同相關(guān)系，并通過控制電路使卡上的各單元按視頻信號的行、場電視制式的要求同步工作。另一路視頻信號經(jīng)過預(yù)處理電路，將視頻的灰度信號由峰值為1v的標(biāo)準(zhǔn)電視信號放大到a/d轉(zhuǎn)換器所需要的幅度，并調(diào)整好電平和對比度。預(yù)處理電路輸出的信號送a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。時(shí)序控制器將數(shù)字信號存于幀存儲器。同時(shí)，卡上設(shè)置了為模擬監(jiān)視器提供的全電視信號輸出單元。它由查找表、d/a轉(zhuǎn)換器和同步合成電路構(gòu)成。查找表在微機(jī)接口電路的控制下，將a/d轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字圖像中相同灰度值的地址放到指定的空間。這些數(shù)據(jù)經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換成模擬電壓值，使d/a轉(zhuǎn)換器的輸出在查找表指定的行列的灰度，便可快速地還原圖像于視頻監(jiān)視器上。在軟件的作用下，圖像卡可以方便地對數(shù)字圖像進(jìn)行存儲、檢測和加、減等處理。圖像采集卡種類很多，按照不同的分類方法，有黑白圖像和彩色圖像采集卡，有模擬信號和數(shù)字信號采集卡，有復(fù)合信號和rgb分量信號輸入采集卡。在選擇圖像采集卡時(shí)，主要應(yīng)考慮到系統(tǒng)的功能需求、圖像的采集精度和與攝像機(jī)輸出信號的匹配等因素。


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